提高我国耙吸挖泥船装载土方量的方法研究_龚淼

价值工程0引言随着经济的发展，大型耙吸挖泥船在航道疏浚、港口建设方面发挥着越来越重要的作用。

近几年，国内疏浚能力虽然已取得了长足进步，疏浚设备也得到了更新，尤其是最近几年，“新海龙”、“新海虎”、“新海凤”、“新海牛”、“新海马”等大型疏浚设备的建成和投入使用，大大提高了我国的疏浚能力，但是疏浚性能优化方面尚未被重视，挖泥效率还有较大可提高的空间。

本文就耙吸挖泥船装舱过程与实际操作数据进行分析，提出了有效疏浚、提升装载土方量的方法。

1装舱过程耙吸挖泥船疏浚作业是非常复杂的过程，其中泥舱装载过程包括以下三个阶段：第一阶段：泥舱内装载物的高度低于溢流堰的高度；（图1中OA 段）；第二阶段：始于泥舱内装载物的高度已达到溢流堰的高度时，溢流堰的高度和泥舱内的体积保持不变，因此该阶段被称为恒体积阶段。

最典型的是水或低密度混合物在此阶段流出舱外；（图1中AB 段）；第三阶段：始于船舶已经达到其最大吃水时，自动将溢流堰的高度下降以便使泥舱内的质量维持不变。

该阶段被称为恒载重吨阶段，此时的溢流损失明显大于恒体积阶段。

当溢流损失变得很大以致继续疏浚在经济上已不可行时终止该阶段（图1中BC 段）。

装载开始，泥沙混合物通过耙头、管线进入泥舱。

沙由自身的重力沉积在泥舱底部并形成沙床。

在第二和第三阶段，泥舱顶层的混合物通过溢流堰排出。

在开始阶段，密度比较低，但是随着沙床的上升，混合物密度溢流密度变大，溢流损失开始增大。

溢流损失可以高达进舱的质量。

当继续疏浚在经济上不可行时便终止装载。

2实测疏浚数据分析结果在此采用上海航道局“新海牛”号耙吸挖泥船在长江口作业时的数据进行分析。

“新海牛”也是我国自主研发与建造的新型10000m 3耙吸挖泥船，于2009年12月投入施工。

在此选用了“新海牛”施工过程部分数据，装载质量、装载体积、溢流堰高度波形图如图2所示。

———————————————————————作者简介：龚淼（1991-），女，江苏镇江人，学生，研究方向为船舶自动化。

提高我国耙吸挖泥船装载土方量的方法研究Method of Increasing the TDS of China Trailing Suction Hopper Dredger龚淼Gong Miao（江苏科技大学，镇江212003）（Jiangsu University of Science and Technology ，Zhenjiang 212003,China ）摘要：本文从疏浚机理出发，结合“新海牛”号耙吸挖泥船在长江口疏浚作业时的数据分析，总结了我国耙吸挖泥船当前施工现状，并提出了有效提升装载土方量、提高装载效率的方法。

Abstract:This article starting from the Dredging mechanism,combined with the "New Cow"trailing suction hopper dredger dredging operations in the Yangtze Delta during the data analysis,summarizes our current construction status of the dredger,and proposes effective methods to improve loading earth volume and loading efficiency.关键词：耙吸挖泥船；干土方量；装载效率Key words:trailing suction hopper dredger ；earth volume ；loading efficiency中图分类号：[U6-9]文献标识码：A文章编号：1006-4311（2012）06-0066-02对于统筹城乡发展的意义具体可表现在以下三个方面：一是可实现城市反哺农村，增加农民收入，缩小城乡差距，重庆市有关部门已下达文件，重庆市以后主城区的经营性用地不再下达指标，只能通过地票获得，通过公开竞购交易，实现土地资源远距离、大范围的置换，盘活农村地区闲置的建设用地资源，提升农村特别是偏远地区的土地价值，促进农民增收和改善农村生产生活条件，实现城市反哺农村、农民增收、城乡差距缩小的目的；二是建立城乡统一的土地市场，促进了城乡市场要素的流通，通过地票的形式开展远距离、大范围的优化配置，固化的土地资源转化为可以流动的资本，土地作为农村最主要的生产要素，一旦流动起来，必然带动农村要素市场的发育，有力地促进资本、产权、技术等其他要素市场建设；三是促进城乡一体化建设，通过地票交易的方式，对城市和农村的土地资源重组配置，有利于土地的高效集约使用。

尤其对农村来讲，有利于重新统筹安排基本农田、生活居住、生态保护等空间布局，推进人口居住向社区集中、土地向适度规模经营集中，推动公路、水利等基础设施和医疗、教育、劳动力培训、社会保障等公共服务体系建设，有效推动城乡一体化进程。

2.3建立农村土地退出与利用办法2.3.1农村土地退出与利用办法情况介绍2010年，重庆市制定了《重庆市统筹城乡户籍制度改革意见》的重要配套政策《重庆市户籍制度改革农村土地退出与利用办法（试行）》，提倡农民转市民，对农民转市民的条件予以了界定，并针对土地退出的前提条件、土地退出补偿标准、土地退出流程、土地退出后的权属与发证、土地退出后的利用等一系列问题提出了明确的办法，形成了农民转市民集体土地退出与利用一套完备的管理办法。

办法中指出农民转户不以退地为前提、自愿有偿退出农村土地的市场化机制。

转户居民退出的宅基地及建（构）筑物，参照地票收益分配给予补助，实现土地房屋财产变现，提高转户居民在城镇的生活能力。

2.3.2农村土地退出与利用对统筹城乡发展的意义农民转市民农村集体土地退出与利用办法对于统筹城乡发展的意义主要表现在以下两个方面：一是通过提倡农民转市民，农民进城，大大推动了城市化进程，同时，转户农民退出宅基地及承包地，可以促进农村的现代化、产业化，对于统筹城乡经济社会全面发展具有重要意义；二是农民退出宅基地及承包地能够获得一定的收益，享受和城市居民同等的就业、社保、住房、教育、医疗保险，缩小了城乡差距。

3结论通过对重庆市为统筹城乡发展在土地改革方面所做的相关探索的介绍及分析，重庆市土地改革对于统筹城乡发展的借鉴意义可以概括为：3.1土地改革要以充分保障农民权益为前提，农民权益得不到保障土地改革就无法进行，统筹城乡发展就无法实现。

无论是土地承包经营权作价入股，还是地票制度、农民转市民农村集体土地退出与利用办法，首先都是把农民权益摆在第一位，通过股份分红、地票收益反馈、给转户农民购买保险等多种方式实现农民增收，缩小城乡收入差距。

3.2土地改革的重点是要建立城乡统一的土地市场。

统筹城乡发展就必须要打破城乡二元结构，促进城市反哺农村，通过建立城乡统一的土地市场，能够促进城乡要素的流动，带动农村要素市场的发育，有力地促进资本、产权、技术等其他要素市场建设。

参考文献：[1]重庆市统计局.2010年重庆市国民经济和社会发展统计公报[R].重庆市：国家统计局重庆调查总队，2011.[2]钟春燕.城乡差距与统筹城乡发展途径[J].经济地理，2007，27（6）：936-938.[3]易中天编.成都方式———破解城乡改革难题的观察与思考[M].桂林：广西师范大学出版社，2007：2.66··Value Engineering从图2中可以看出，装载过程中只有第一、第二阶段，而缺少第三横载重阶段。

从疏浚开始至周期结束溢流堰高度都保持在同一高度上没有任何变化，这样并没有充分发挥其作用。

恒载重阶段可以在吃水保持不变的情况下，通过降低溢流堰高度，继续提高干土方量，提高疏浚效率，创造更大的经济效益。

其重要性不容忽视。

具体情况如下：目前施工时，溢流停止时间主要取决于操作人员的经验。

船舶操作主要参考两个参数：船舶吃水和干土方量。

以“新海牛”为例，“新海牛”规定挖泥最大吃水为8.5米。

当船吃水达到8.5米时，操作人员依据经验参考干土方量数值（一般在5000m3）停止装载，随后航行至抛泥区抛泥。

装舱过程中并没有降低溢流堰的操作。

有时候会在航行至抛泥区过程中有降低溢流堰高度的操作，其目的主要是排出泥舱上层密度非常低接近水的混合物。

实际上，在达到最大吃水时，通过PID控制器降低溢流堰高度，由于进舱密度大于溢流密度，虽然使舱容减小，但可以保持吃水不变。

此过程干土方量继续增加。

原因是计算装载土方体积公式如下所示：土方体积（m3）=装舱重量-舱容*水密度土密度-水密度恒载重阶段，装载重量保持不变，舱容减小，舱内密度不断变大。

土密度、水密度不变，土方量增大。

随着沙床高度的不断上升，溢流密度逐渐变大，当溢流损失变得很大继续疏浚变得不经济时停止疏浚。

通过体积和质量平衡方程，我们可以在线得到溢流密度与溢流量值，进而可计算溢流损失。

体积和质量平衡方程如下式所示：V t=Q i-Q o（1）m t=Q iρi-Q oρo（2）式中：混合物在泥舱中的总体积V t、泥舱中的总质量m t、进舱混合物的流量Q i、进舱混合物密度ρi、溢流量Q o、溢流密度ρo。

现代耙吸挖泥船上都有测量吃水和水面高度的传感器，故可知装载质量与装载体积。

同时，进舱流量与进舱密度也可通过传感器直接测量得到。

因此，根据公式由装载质量、装载体积、进舱流量与进舱密度可得溢流量与溢流密度。

体积和质量平衡方程可以使用Euler方法进行离散：V t，k+1=V t，k+T s（Q i，k-Q o，k）（3）m t，k+1=m t，k+T s（ρi，k Q i，k-ρo，k Q o，k）（4）式中：取样周期T s=60s，这也是挖泥船上数据采集系统的储存数据周期。

状态方程利用随机行走模型对Q o和ρo进行扩充。

假定最普遍的非线性状态-空间模型：x k+1=f（x u，u k，εk）（5）y k=h（x k，εyk）（6）利用以下增广状态的定义，输入和输出矢量为：x=V tm tQ oρooooo ooooo oooooo ooooo oo，u=Q iρii i，y=V tm ti i（7）于是完整的非线性状态-空间模型变为：x1，k+1=x1，k+T s（u1，k-x3，k）+εx1，kx2，k+1=x2，k+T s（u1，k u2，k-x3，k x4，k）+εx2，kx3，k+1=x3，k+εx3，kx4，k+1=x4，k+εx4，ky k=x1，kx2，ki i+εy1，kεt2，ki i其目的是在线估计Q o和ρo。

3装载效率确定疏浚最佳停止时间的一个重要指标是装载效率。