不同類型挖泥船疏浚懸浮物影響的對比分析

曾建軍

不同類型挖泥船疏浚懸浮物影響的對比分析

曾建軍

廣東三海環保科技有限公司

對疏浚作業常用的絞吸式、耙吸式、抓斗式三種不同類型挖泥船施工環境影響因素及其懸浮物污染源強進行綜合比較分析，結果表明，在同等疏浚效率下，三種不同挖泥船對環境的影響及其產生懸浮物強度大小為：抓斗式＞耙吸式＞絞吸式，建議在使用疏浚船舶時優先選擇懸浮物發生量較小的絞吸式挖泥船。

挖泥船 疏浚 懸浮物

當前，在水域疏浚施工中一般多采用絞吸式挖泥船、耙吸式挖泥船和抓斗式挖泥船進行。挖泥船在疏浚施工過程中不可避免會產生懸浮物污染，對水質環境、生態系統產生一定影響，國內外學者對此問題開展了深入研究，但是針對不同挖泥船疏浚產生的懸浮物源強及其環境影響仍缺乏全面系統的比較分析，為此，本文通過選取常用的挖泥船作為研究對象，對其懸浮物污染開展綜合分析，可為疏浚工程環境影響分析評價、挖泥船的合理選型等提供理論依據。

1 不同類型挖泥船疏浚對環境的影響分析

1.1 絞吸式挖泥船疏浚及吹填的影響因素

絞吸式挖泥船的作業方式是船上裝有強有力的離心泵，船艏裝有一個絞刀架，挖泥時將絞刀架放下，頭部的絞刀伸放到挖泥區的底部，旋轉絞刀把海泥絞爛，在絞刀口下方利用強有力的離心泵吸口把泥漿通過吸泥管吸上來，通過與排泥管連接，把泥漿泵到填海區進行吹填。此種施工方式可達到挖泥、輸泥、卸泥自身連續完成，比較適用于挖泥區附近有吹填區的疏浚作業。

絞吸式挖泥船疏浚作業的環境影響因素包括：絞吸時擾動底泥和吸泥過程產生的懸浮泥沙、絞吸作業擾動底泥導致底棲生物死亡、懸浮泥沙影響水質進而對海洋生物造成損害。

1.2 耙吸式挖泥船疏浚及拋泥的影響因素

耙吸式挖泥船是一種邊走邊挖，且挖泥、裝泥和卸泥等全部工作都由自身來完成的挖泥船，主要設備由泥耙、泥泵、閘閥、管道系統和泥艙組成。耙吸式挖泥船進行疏浚作業時，挖泥船兩側配備的吸泥耙頭放置在疏浚的港池、航道上，船往前開，耙頭把泥耙起來。吸泥耙頭上的吸泥管與泵機連接，靠真空壓力將泥吸進泥艙；泥艙兩側設有溢流門，當泥漿進入泥艙時，顆粒較粗的物質沉入艙底，泥漿量超過溢流門底部后，稀泥漿從溢流門溢出，當吸入的泥漿濃度與溢流口溢出濃度基本相同時，船艙裝載的儀器指示泥艙已經達到滿載。所挖土方采用自帶泥艙自航至拋泥區。

耙吸式挖泥船疏浚作業的環境影響因素包括：耙頭擾動底泥和吸泥過程產生的懸浮泥沙、耙吸船泥艙溢流產生的懸浮泥沙、耙吸作業擾動底泥導致底棲生物死亡、懸浮泥沙影響水質進而對海洋生物造成損害。

1.3 抓斗式挖泥船疏浚的影響因素

抓斗式挖泥船利用旋轉式挖泥機的吊桿及鋼索來懸掛泥斗，在抓斗本身重量的作用下，放入海底抓取泥土。然后開動斗索絞車，吊斗索即通過吊桿頂端的滑輪，將抓斗關閉、升起，再轉動挖泥機到泥駁將泥卸掉。挖泥機又轉回挖掘地點，進行挖泥，如此循環作業。

抓斗式挖泥船疏浚作業的環境影響因素包括：在疏浚過程中，由于挖泥船抓斗的機械攪動作用，使得海底淤泥再懸浮；抓斗在提升過程中會泄漏少量淤泥，造成水體懸浮物含量升高，水質下降；挖泥船抓斗的攪動和挖走底泥，破壞了底棲生物賴以生存的底質環境，使底棲生物受到開挖和掩埋而死亡；浮游生物被驅散，浮游動、植物的生長受到一定影響。

2 挖泥船疏浚懸浮物源強對比分析

污染源源強分析估算的常用方法有類比法、物料衡算法、經驗公式法和資料復用法等。在疏浚施工過程中，疏浚作業懸浮物源強可按下式計算[1]：

式中：——疏浚作業懸浮物源強（t/h）；——發生系數0時的懸浮物粒徑累計百分比（%）；0——現場流速懸浮物臨界粒子累計百分比（%），/0即懸浮物發生率，指進入水體中的懸浮物占挖泥量的百分比；0——懸浮物發生系數（t/m3）；——挖泥船疏浚效率（m3/h）。0即懸浮物再懸浮率，因此上式可簡化為：

式中，為懸浮物源強（kg/s），為挖泥船疏浚效率（m3/h），為泥沙再懸浮率（kg/m3）。

由此可見，疏浚懸浮物產生量的大小與所使用的挖泥船疏浚效率及其所對應的泥沙再懸浮率有關，挖泥船的疏浚效率是一定的，而不同挖泥船產生的泥沙再懸浮率則是反映疏浚懸浮物環境影響及源強大小的重要參數。通過綜合比較分析相關文獻資料及調查試驗結果，針對絞吸式挖泥船、耙吸式挖泥船和抓斗式挖泥船，分別分析其疏浚懸浮物源強，并通過其泥沙再懸浮率的比較，探討對環境影響的差異。

2.1 絞吸式挖泥船源強

當水域疏浚產生的疏浚泥用于填海區吹填時，常采用絞吸式挖泥船進行疏浚。參考1991年交通部天津水運工程科學研究所對天津港絞吸式挖泥船作業源強進行的現場試驗結果，1600m3/h絞吸式挖泥船作業時的懸浮泥沙源強為2.25kg/s。根據Mott MacDonald 1990年的疏浚泥沙再懸浮系數試驗數據，絞吸式挖泥船泥沙再懸浮率為3～5kg/m3[2]，環境影響評價中泥沙再懸浮率一般取最大值5kg/m3，則疏浚效率為1600m3/h的絞吸式挖泥船作業將產生8000kg/h的懸浮泥沙，換算源強為2.22 kg/s，與天津港的現場試驗結果接近。

2.2 耙吸式挖泥船源強

耙吸式挖泥船多用于航道疏浚，目前常用船型為疏浚效率為4500m3/h的耙吸式挖泥船，耙吸式挖泥船疏浚懸浮物污染源強主要來自挖泥時的泥沙再懸浮以及泥艙溢流排放的懸沙。根據Mott MacDonald 1990年進行的疏浚泥沙再懸浮系數試驗數據，在淤泥沙質海床進行耙吸式挖泥，泥沙再懸浮率約為15kg/m3[2]。長江口的實驗結果表明，耙吸式挖泥船泥艙溢流濃度為1.5kg/m3，流量5650m3/h。據此估算，4500m3/h耙吸式挖泥船挖泥時產生的懸浮泥沙為67500kg/h，泥艙溢流的懸浮泥沙為8475 kg/h，每艘疏浚效率為4500m3/h耙吸式挖泥船施工懸浮泥沙源強約為75975kg/h（21.11kg/s）。

2.3 抓斗式挖泥船源強

8m3抓斗式挖泥船是水域疏浚的常用設備，根據Mott MacDonald 1990年對抓斗式挖泥船挖泥產生泥沙再懸浮系數的調研資料和試驗結果，抓斗式挖泥船施工懸浮泥沙的再懸浮率為11～20kg/m3[2]。挖泥過程中懸浮物的產生近似為連續點源，產生總量與單位時間挖泥量有關。

3 結論與建議

絞吸式挖泥船主要通過絞刀和吸泥泵完成疏浚作業，其產生的疏浚泥沙再懸浮率為3~5kg/m3；耙吸式挖泥船疏浚懸浮物來源于挖泥懸浮和泥艙溢流兩部分，其泥沙再懸浮率約為15kg/m3；抓斗式挖泥船依靠抓斗機械挖掘，其產生的疏浚泥沙再懸浮率為11～20kg/m3。比較三種常用挖泥船可見，絞吸式挖泥船疏浚產生的泥沙再懸浮率最小，在同等疏浚效率下，疏浚懸浮物源強及環境影響大小為：抓斗式挖泥船＞耙吸式挖泥船＞絞吸式挖泥船。絞吸式和耙吸式屬于水力式疏浚，其所造成的環境影響要小于抓斗的機械式疏浚，這是因為水力式疏浚對沉積物的擾動較小，并且新形成的沉積物表面具有較高的壓實性，不利于懸浮物的擴散[3,4]。

為最大限度減少疏浚施工懸浮物的影響，建議優先選用疏浚懸浮物發生量小的絞吸式挖泥船，此外，還可采用密閉型抓斗、環保型鉸刀[5]、無溢流耙吸疏浚[6]等新技術。

[1] 中華人民共和國交通運輸部. 港口建設項目環境影響評價規范: JTS105-1-2011[S]. 2011.

[2] Mott MacDonald. Contaminated spoil management study，final report， Volume 1，for EPD. 1991.

[3] 陳超,鐘繼承,范成新,等.湖泊疏浚方式對內源釋放影響的模擬研究[J].環境科學,2013,34（10）：3872-3878.

[4] 宋向群,喬菲菲,王文淵,等.考慮浮游生物量損失的疏浚船舶選型方法研究[J].水道港口,2016,37（2）：198-202.

[5] 楊永森.濕地公園底泥污染及生態疏浚研究[J].環境保護與循環經濟,2015,（3）：44-47.

[6] 天津港(集團)有限公司.水深維護無溢流耙吸疏浚新技術應用[J].交通節能與環保,2015,11（6）：8-12.