摘要：基于山东省济宁市引汶灌区斗渠清淤工程，针对淤积物含杂草与板结泥沙的复杂工况，提出通过优化水陆两用挖掘机与泥浆泵组联合设备选型、建立基于实时工况监测的自适应作业机制，包括动态调整清淤深度、泥浆浓度及管路压力，有效解决了单一设备适应性差、管路堵塞及超欠挖等问题。工程实践表明，设计的技术方案使清淤效率提升67%，能耗降低12%，成本节约21%，为农田水利沟渠清淤的标准化、高效化施工提供了涵盖设备选型、过程控制与效能评估的全周期优化技术路径。

　　关键词：农田水利工程；沟渠清淤；机械化施工；技术优化；效能评估

　　农田水利沟渠清淤机械化施工技术在复杂工况下面临的主要挑战在于淤积物成分多变、沟渠断面不规则以及传统作业方式难以实现精准控制。随着我国高标准农田建设与水利设施维护需求的持续增长，机械化清淤项目的实施规模逐年扩大，但施工中仍普遍存在超挖欠挖、管路堵塞频发、设备协同效率低下等问题。清淤施工作为恢复和保障沟渠输水排涝功能的核心环节，其作业质量与工艺水平直接决定了水利工程的运行效能与服役寿命。因此，系统总结与优化该技术的现场应用实践经验，对于提升农田水利基础设施的整体管护水平具有至关重要的现实意义。

　　1.工程概况与清淤作业难点

　　山东省济宁市引汶灌区某斗渠清淤工程于2023年秋季实施，渠道总长3.2公里，断面为梯形，上口宽4.5米，底宽1.2米，设计水深1.0米。清淤前实测淤积厚度在0.4米至0.9米之间，淤积总量约7200立方米。淤积物成分复杂，表层为含大量杂草与农业废弃物的流塑状淤泥，下层为板结的粉质黏土夹少量碎石。施工环境方面，渠道两侧为基本农田，弃淤场距渠首最远排距达1.8公里，且施工期需保障下游部分农田的间歇性灌溉需求。上述工况给机械化清淤带来三个主要难点。一是淤积物分层明显，单一设备难以同时高效处理表层漂浮物与底层板结土。二是长距离输送对泥浆泵扬程与管路密封性要求较高。三是施工期间需频繁启停设备以适应灌溉间歇期，对系统的快速响应与启停稳定性提出了更高要求[1]。

　　2.施工方案优化与设备选型

　　针对工程难点，施工前对清淤方案进行了优化。原设计单一使用长臂挖掘机挖装、自卸车运输的方案调整为水陆两用挖掘机与泥浆泵组联合清淤的工艺。具体设备选型方面，选用一台履带式水陆两用挖掘机，该机配备加长臂与液压快换接头，可快速更换挖斗与液压剪，用于清理表层杂草与板结土的开挖归堆。其履带接地比压小，能够在淤积面上稳定行走，避免在施工过程中沉陷。选用2台22千瓦高扬程泥浆泵，一用一备，单台额定流量每小时150立方米，扬程28米，能够满足最大排距1.8公里的输送要求。泥浆泵过流部件采用耐磨合金材质，提高了对含砂量较高淤积物的通过能力。输排泥管路采用高密度聚乙烯管，公称直径150毫米，管卡采用快速抱箍式连接，便于拆装与维护。在渠首设置1座容积30立方米的集泥池，池内设2道格栅，格栅间隙分别为50毫米与20毫米，用于拦截大块杂物。在输泥管路沿线每500米设置1个排气阀，管路低点设置排空阀。上述设备配置形成挖掘归堆、搅拌制浆、粗格栅拦截、泵送、管路输送的连续作业链条，解决了单一设备工况适应能力不足的问题[2]。

　　3.基于工况监测的自适应作业机制

　　3.1关键工况参数的实时监测

　　为实现精准清淤，在作业设备关键位置布设了监测装置。在水陆两用挖掘机斗杆上安装倾角传感器与超声波深度传感器，实时测量铲斗入土深度与渠底高程，数据通过无线传输模块发送至现场控制室。在集泥池入口处安装电磁流量计与浓度计，实时监测泥浆流量与含固率。在输泥管路首端、中段与末端分别安装压力变送器，监测管路压力分布。所有监测数据汇集至1台工业触摸屏控制终端，终端内预置了清淤断面设计数据与泥浆输送参数阈值。现场操作人员可根据控制终端显示的实时数据调整挖掘机作业位置与泥浆泵转速[3]。

　　3.2作业参数的动态调整方法

　　施工中建立了作业参数动态调整机制。当超声波深度传感器显示某一断面实际清淤深度达到设计值后，控制终端自动发出提示，挖掘机操作手据此移动至下一作业面，从而避免超挖。当泥浆浓度计显示含固率低于8%时，表明集泥池内泥浆过稀，控制终端提示挖掘机操作手加大在该区域的搅拌时间或归堆更多淤积物。当含固率高于20%时，提示适当补水，防止管路堵塞风险增加。当管路中段压力变送器显示压力值较首端压力值下降超过25%时，系统判断可能发生管路堵塞或泄漏，控制终端立即发出声光报警，并自动降低泥浆泵转速，同时提示操作人员检查该区段管路。上述动态调整机制使施工参数始终维持在设定范围内，有效减少了人为判断误差。

　　3.3自适应作业的实际效果

　　采用自适应作业机制后，清淤效率与质量得到显著提升。以连续作业的10个工作日为例，统计数据显示，平均日清淤方量由传统作业方式的230立方米提升至385立方米，增幅达67%。断面测量数据显示，清淤后渠底高程与设计高程的偏差值控制在正负5厘米以内，未出现明显超挖或欠挖区段，底坡平整度良好。管路堵塞次数由传统作业方式的平均每天1.8次下降至每3天1次，因堵塞造成的停机时间减少约70%。泥浆泵电机平均运行电流较传统无监测运行方式下降12%，能耗相应降低。上述数据表明，基于实时工况监测的自适应作业机制在提高清淤效率、保障施工质量、降低设备故障率方面效果明显[4]。

　　4.系统调试与效能评估

　　4.1分步调试与联机调试

　　清淤系统调试遵循单机调试、子系统调试、总系统联调的流程。首先对2台泥浆泵进行单机试运转，检查电机转向、轴承温度与振动值，在额定工况下连续运行2小时，确认各项指标正常。对输排泥管路进行分段水压试验，试验压力取设计工作压力的1.5倍，保压30分钟，检查所有法兰连接处与管卡，发现2处渗漏点，经紧固处理后复验合格。对监测系统进行校准，用标准量具标定超声波深度传感器的测量值，用水桶称重法标定电磁流量计与浓度计，确保监测数据准确。联机调试时，模拟实际清淤工况，启动水陆两用挖掘机向集泥池喂料，泥浆泵按设定程序启动，观察流量、浓度、压力等参数是否协调。调试过程中发现泥浆泵启停与挖掘机喂料存在时间差，导致集泥池液位波动较大，通过修改控制程序中的延时参数解决了该问题。

　　4.2清淤质量与效能评估

　　清淤作业完成后，在全渠段布设15个检测断面，每个断面测量5个点位的高程。将清淤后实测数据与设计断面进行对比，计算实际清淤方量为7350立方米，与设计方量7200立方米基本吻合。清淤深度合格率为94%，底坡平整度标准差为3.2厘米，满足设计要求。对排出泥浆的取样检测表明，平均含固率为16.8%，含固率波动范围控制在12%至22%之间，输送稳定性良好。经济性方面，该工程机械化清淤综合成本为每立方米28.6元，较传统人工配合机械方案节约成本约21%。评估结果验证了所采用的设备选型与自适应作业机制的有效性。

　　5.常见问题处置与长效运维策略

　　5.1施工中典型问题及处置

　　施工过程中遇到的主要问题包括格栅堵塞、管路接头渗漏与泥浆泵气蚀。格栅堵塞多发生在雨季，杂草与漂浮物大量聚集。处置措施是在挖掘机液压剪上增加1组加长齿，在向集泥池喂料前对杂草进行预破碎，同时在格栅前增设1道可提升式拦污栅，每2小时人工清理一次。管路接头渗漏主要发生在快速抱箍连接处，原因为橡胶密封圈老化或安装时未对中。处置方法是更换为耐油橡胶密封圈，并在安装时使用定位标记确保管道轴线对中。泥浆泵气蚀发生在灌溉间歇期重新启动时，由于管路内存在空气。处置方法是在泵进口管路上增设自动排气阀，并在启动前先开启泵体上的放气螺塞，待连续出水后再关闭。以上处置措施均形成书面记录，纳入设备技术档案。

　　5.2运行维护与预防性管理

　　日常运行中建立设备点检制度。每班作业前，检查挖掘机液压油油位与管路有无渗漏，检查泥浆泵轴承润滑脂加注情况。每4小时巡检1次输泥管路，用手触摸管卡位置判断有无异常振动，用听音棒检查泵体有无异响。每班作业结束后，对泥浆泵进行清水冲洗，冲洗时间不少于15分钟，直至排出水清澈。每周对监测传感器探头进行清洁与校准，清理集泥池内沉积物。建立设备运行台账，详细记录每台设备运行时间、维护保养内容、故障现象与处理过程。依据运行时间制定预防性维修计划，如每运行300小时更换泥浆泵叶轮密封，每运行500小时更换挖掘机液压油滤芯。该项目施工期间未发生因设备故障导致的长时间停机。

　　5.3技术优化与后续改进方向

　　基于本工程实践经验，后续技术优化可从3个方面展开。一是提升监测系统的集成度与智能化水平，将深度传感器、流量计、浓度计的数据统一接入远程管理平台，实现多工地集中监控，同时探索在挖掘机上集成自动定深控制系统，使铲斗入土深度与设计断面自动匹配。二是改进挖掘机属具，研发集破碎、搅拌、抽吸于一体的复合式清淤工作头，减少工序转换时间，提升单机作业效率。三是探索淤积物资源化利用途径，本工程将泥浆直接输送至弃淤场自然干化，后续可引入移动式泥水分离设备，将干化后的淤泥用于低洼地填筑或配制营养土，减少弃淤场占地。通过持续改进，逐步形成更加高效、经济、环保的机械化清淤技术体系。

　　6.结语

　　农田水利沟渠清淤机械化施工属于技术集成度高、现场管理要求严的系统工程，成功实施既要有扎实的理论知识作为支撑，又要有丰富的现场实践经验的积累。山东省济宁市引汶灌区斗渠清淤工程实践表明，对复杂工况优化设备选型、建立基于实时工况监测的自适应作业机制，可以提高清淤效率和施工质量。通过科学的施工组织设计、规范化的作业流程、严格的质量控制标准、全面的系统调试和效能评价，可以保证清淤工程达到预期的目的。随着智能感知和远程控制技术的不断发展，机械化清淤技术体系会越来越完善。相关工程技术人员要注重在实践中总结经验，加强技术交流与协同创新，不断提高自身专业素养和解决问题的能力，为我国农田水利基础设施高质量管护和农业水资源可持续利用提供坚实的科技支撑。

参考文献：

　　[1]赵朝良.农田水利灌溉渠道防渗衬砌施工技术探析[J].当代农机,2025(11):49-50.

　　[2]营幼峰.中国水利水电出版社[J].全国新书目,2018,(12):43.

　　[3]河海大学.一种基于无线通信网络的河道清淤智能管理系统的控制方法:CN201910762812.2[P].2022-08-02.

　　[4]尹宜亮.大型农田水利工程运行管理的信息化转型路径研究[J].信息产业报道,2025(09):0086-0088.