[发明专利]基于泥沙流失率最小准则确定航道疏浚抛泥时间段的方法

说明书

基于泥沙流失率最小准则确定航道疏浚抛泥时间段的方法，涉及挖掘机或疏浚机的一般操作方法，尤其涉及一种利用疏浚土泥沙的水动力数据选择抛泥时间段，实现航道疏浚船舶抛泥作业时间控制的方法，包括以下步骤：(1)对抛泥坑周边执行水沙运动观测，获取现场试验数据和潮汐数据；(2)确定疏浚土泥沙的临界起动切应力和临界起动流速；(3)计算抛泥坑位置的水动力，绘制流速过程线；(4)基于泥沙流失率最小准则，确定对应抛泥坑的可抛泥时间段。通过有针对性地选择抛泥时间段，进行航道疏浚船舶抛泥作业时间控制，可以使抛泥过程中泥沙的流失率减小大约30％，提高疏浚土的利用率，带来巨大的经济效益。

技术领域

本发明涉及挖掘机或疏浚机的一般操作方法，尤其涉及一种利用疏浚土泥沙的水动力数据选择抛泥时间段，实现航道疏浚船舶抛泥作业时间控制的方法。

背景技术

在江河入海口，深水航道常常需要通过疏浚船舶开展定期的航道维护疏浚来维持航道水深；主要通过专业的疏浚船舶把需要疏浚的航道内的泥沙吸入船舱，并运输至指定地点进行抛泥作业，清空船舱，往复操作最终完成航道的疏浚维护。抛泥坑内泥沙通常还会通过吹泥管线吹至需要吹填的区域，进行疏浚土的再利用。

在疏浚船舶抛泥过程中，由于存在潮汐作用下的水体流动，因而会有泥沙的流失，这些流失泥土一方面会影响疏浚土的利用率，另一方面流失泥土可能会淤积在抛泥站(坑)周边、进入抛泥站(坑)的临时航道、以及需要疏浚的航道主槽，对周边滩槽产生不利于其使用的影响，从而影响航道疏浚的效率和效果。

在江河入海口深水航道水域，由于潮汐作用下的潮流存在一个水动力大小在时间上的循环往复过程，因此，在不同潮流条件下，选择不同抛泥时间段对不同抛泥坑位置进行抛泥，其弃土的流失率及流失泥土对周边水域的影响也会不同。此外，抛泥泥沙的流失主要发生在抛泥过程中，入坑后的自然流失率是相对较小量。现有的潮汐作用下疏浚土抛泥时间段的确定往往单凭经验，或是不进行抛泥时间段的限制。为了增强航道维护的效率，为了减小疏浚船舶抛泥过程中的疏浚土流失率，或者减少由疏浚土流失造成的对周边水域的不利影响，需要根据不同抛泥坑的功能和需求有针对性地选择抛泥时间段。

疏浚土泥沙的临界起动切应力是判断疏浚土抛泥弃土是否会起悬并随水流流失的重要临界动力指标。疏浚土泥沙的临界起动切应力可用于判断抛泥入坑泥沙在当前水动力条件下是否处于起动状态；如当前水动力大于临界起动切应力，则抛泥入坑的疏浚土被判断确定为处于起动状态，即可被水动力带动并随水体流动并从坑内流失。因此，如果要有针对性地选择抛泥时间段，首先必须观测在潮汐作用下疏浚土泥沙的水沙运动规律，确定疏浚土泥沙的临界起动切应力。中国发明专利申请“河口海岸高浊度环境近底水沙观测方法”(发明专利申请号：200910048764.7公开号：CN103252350B)公开了一种河口海岸高浊度环境近底水沙观测方法，该方法首先组建一观测系统，其观测系统由支架及设在支架上的多普勒声学流速剖面仪、脉冲耦合模式多普勒声学流速剖面仪、多普勒点流速仪、光学后向散射浊度仪和浪潮仪组成，通过仪器调制、布放观测系统、采集数据及数据处理等步骤完成近底床水沙过程的水深、有效波高、近底层盐度和含沙量及近底流速流向的观测。中国发明专利“潮滩近底边界层水沙观测方法及系统”(发明专利号：ZL201410029922.5授权公告号：CN103776430B)公开了一种潮滩近底边界层水沙观测方法，包括如下步骤：根据研究滩面的水动力条件、地质条件确定相关参数；根据确定的相关参数，在所述研究地点处安装观测支架；在观测支架完成安装之后，安装观测仪器，并釆集数据；采集数据完成之后，回收所述观测仪器和所述观测支架，并处理所采集的数据。该发明专利的观测系统利用流速、潮位、波浪、浊度监测装置，对近底边界层流速、含沙量剖面进行观测，并记录潮位和波浪数据，可应用于潮滩近底边界层的水动力泥沙现场观测。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于确定航道疏浚船舶抛泥时间段的方法，能够利用潮汐作用下的水动力数据，有针对性地选择抛泥时间段，解决疏浚抛泥作业过程中的泥沙流失，以及流失泥沙影响正在疏浚的主航道及入坑临时航道等关注区域的技术问题。