關(guān)于河湖清淤工程范圍合理性確定的探討

羅 希 劉 亮 李亞俊 聶夢麗

（中工武大設(shè)計研究有限公司 湖北武漢 430072）

引言

為深入貫徹落實黨的十九大精神，扎實踐行習(xí)近平總書記的綠色發(fā)展理念和生態(tài)文明思想，全國范圍內(nèi)在不同程度上開展了一系列的環(huán)境保護和生態(tài)文明建設(shè)工程，而對河湖底泥的處理，則是水體生態(tài)環(huán)境治理中的重要內(nèi)容。

近些年來，隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，大量的污染物排入至河湖中，日積月累，逐漸在河湖底層形成了黑臭的污染底泥。污染底泥的長期淤積，不僅降低了湖泊的調(diào)蓄能力和河道的過流能力，而且造成水生態(tài)系統(tǒng)退化，也帶來一定的內(nèi)源污染。[1]在水生態(tài)修復(fù)項目中，為了保證水體的調(diào)蓄泄洪能力，改善水環(huán)境，時常需要開展清淤工程，而清淤工程一般工程量較大，投資費用高，且對于城區(qū)內(nèi)的河湖，清淤工程的實施和底泥的處理難度較大，對工程的經(jīng)濟性影響較大，基于此，如何合理的確定河湖清淤工程的范圍，對清淤工程來說至關(guān)重要。[2]

1 底泥的調(diào)查與分析

底泥的調(diào)查與分析工作應(yīng)收集有關(guān)污染底泥來源與形成原因等方面的資料，并開展以下兩個方面的工作：

（1）對河湖底泥的分布情況及其厚度進行勘探。

（2）進行淤泥進行土質(zhì)分析及水質(zhì)分析。

1.1 底泥勘探參數(shù)的確定

淤泥一般根據(jù)污染程度，在垂直方向一般分為污染底泥層、污染過渡層和正常湖泥層，因此為了合理確定清淤深度，需要采取柱狀分層采樣的方式，而平面勘探點的布置，可參考《湖泊河流環(huán)保疏浚工程技術(shù)指南》[3]的要求確定：可行性研究階段，河流地區(qū)線上勘探點間距不大于150m，且總數(shù)不小于3個；湖泊地區(qū)塊狀水域按100~200m網(wǎng)格狀或交錯梅花狀布置，不規(guī)則狀水域根據(jù)實際情況按上述間距確定原則布置。工程設(shè)計階段勘勘探點布置如表1所示。

表1 清淤工程設(shè)計階段勘探點間距

勘探工作對工程量統(tǒng)計和投資估算的準確性有較大的影響，因此在條件容許的前提下，應(yīng)保證該項工作的精度和方式，但若在工程現(xiàn)狀條件下，取樣難度和檢測成本較高，可酌情簡化。

1.2 底泥和水體檢測指標的確定

底泥檢測指標一般包括有機物含量、顆粒物分析、TN、TP、重金屬、石油烴等，水質(zhì)檢測指標一般包括pH值、COD、BOD、SS值、TN、TP等，將兩者檢測指標相對應(yīng)，是為了比對兩者的相關(guān)性，分析確定水質(zhì)中的污染物是否是底泥釋放而來，若水體附近長期存在工業(yè)污染，指標中應(yīng)根據(jù)工業(yè)類型，包含重金屬等有毒物質(zhì)的檢測，具體指標的選取可根據(jù)有關(guān)行業(yè)的排放物確定。[4,5]

同時，底泥中的微生物數(shù)量也可在一定程度上反應(yīng)其污染狀況，若條件允許，建議對大腸桿菌、異養(yǎng)細菌、硝化細菌、反硝化細菌和反硫化細菌數(shù)量進行檢測，并根據(jù)檢測結(jié)果分析水體的污染原因。一般情況下，各類細菌對底泥和水體污染情況的反應(yīng)有以下幾個方面：

（1）如異養(yǎng)細菌數(shù)量級大，則反映底泥中有機污染嚴重。

（2）如大腸桿菌數(shù)量級大，則說明水體受糞便污染嚴重。

（3）如反硝化細菌和反硫化細菌數(shù)量級大，則說明底泥處于厭氧狀態(tài)，而硝化細菌數(shù)量則是評價河道環(huán)境質(zhì)量和氮污染物轉(zhuǎn)化暢通程度的重要指標。

1.3 底泥的評價分析

底泥的評價分析是確定清淤必要性和合理性的重要內(nèi)容，[6]一般分為對底泥本身的評價分析，以及水體與底泥污染物相關(guān)性的分析。

1.3.1 底泥污染狀況的分析評價

根據(jù)底泥中的污染物類型和含量情況，大致可以將污染底泥分為高氮、磷污染底泥、重金屬污染底泥和有毒有害有機污染底泥三類，[7]因此，對于底泥的污染程度和安全風險分析評價應(yīng)采取多種方法相互驗證，以準確地確定底泥的污染狀況，及對環(huán)境的影響。

一般情況下，對底泥污染狀況的評價分析，可在以下三個方面開展：

（1）運用Hakanson潛在生態(tài)風險指數(shù)法判斷底泥中重金屬的污染等級，確定底泥是否為重金屬污染底泥。

（2）采用內(nèi)梅羅污染指數(shù)（N）、氮磷污染指數(shù)（INP）、底泥綜合營養(yǎng)評價指數(shù)（F）和底泥有機質(zhì)評價指數(shù)（OI）等方法，判斷底泥的有機污染程度。

（3）估算底泥污染物的釋放量。

考慮到底泥釋放污染物受水體溫度、PH值和溶解氧等因素的影響較大，且根據(jù)地域性有較大的差別，計算難以準確，因此一般可采用地區(qū)經(jīng)驗數(shù)據(jù)，或考慮進行適當簡化，通過底泥靜態(tài)釋放實驗數(shù)據(jù)進行計算。

底泥釋放率和釋放量的計算公式如下：

式中：

R——釋放速率mg·（m2·d）-1；

V——柱中上覆水體積（L）；

Cn、Co、Cj-1——第n次、初始和j-1次采樣時某物質(zhì)含量（mg·L-1）；

Ca——添加原水后水體中某物質(zhì)的含量（mg·L-1）；

Vj-1——第j-1次采樣水體積（L）；

A——沉積物接觸面（m2）；

t——釋放時間（d）。

式中：

W——水體污染物釋放總量（t·a-1）；

Rij——第j區(qū)域沉積物在i溫度下的釋放速率mg·（m2·d）-1；

Aj——j區(qū)域所代表的面積（m2）；

ti——i溫度下所代表的時間段（a）。

1.3.2 水體與底泥污染物相關(guān)性的分析評價

對于水體與底泥污染物的相關(guān)性，可選取COD、TN和TP等指標數(shù)據(jù)，進行Pearson相關(guān)性分析，[8]對于污染物濃度成正相關(guān)，且相關(guān)強度較大的，則認為底泥污染釋放對水體水質(zhì)影響程度較大。

2 清淤工程范圍的合理確定

2.1 滿足水安全要求

清淤工程在水安全方面的工程效益，主要體現(xiàn)在對經(jīng)濟社會、人類的安全方面，對于湖泊，應(yīng)滿足湖泊的防汛調(diào)蓄方面的要求，而對于河流，應(yīng)保證過水斷面，避免阻礙行洪通道，因此，清淤范圍和清淤厚度首要的是滿足防洪安全的要求。

同時，清淤范圍應(yīng)避開水利工程設(shè)施、取水口及安全規(guī)劃保護的區(qū)域，并考慮到底泥對于岸坡及擋墻穩(wěn)定性的影響，謹慎地在水體護岸邊開展清淤工程，對于護岸坡角3m以內(nèi)的淤泥，選擇不清淤，或僅進行清表。

2.2 滿足水環(huán)境要求

清淤工程在水環(huán)境方面的作用，一方面是清除水體底泥，減少內(nèi)源污染；另一方面則是增加水體容積，提高水環(huán)境容量。因此，在滿足水安全的前提下，水環(huán)境方面的要求對清淤工程范圍的影響主要如下：

2.2.1 根據(jù)底泥污染狀況的評價指標確定

（1）根據(jù)Hakanson潛在生態(tài)風險指數(shù)法計算結(jié)果，確定重金屬生態(tài)風險指數(shù)≥300的區(qū)域（高風險區(qū)域）為清淤區(qū)域；

（2）采用其他方法評價，表明底泥有機污染嚴重，氮、磷含量較高的區(qū)域。

2.2.2 根據(jù)類似工程的指標確定

國內(nèi)許多工程以TN和TP作為確定清淤范圍的指標，其清淤標準值如表2所示。

表2 國內(nèi)清淤工程TN和TP指標表 （單位：mg/kg）

2.2.3 參考國外標準，如美國環(huán)保部根據(jù)沉積物TP污染分級判斷標準如表3所示。

表3 美國環(huán)保部沉積物TP污染分級判斷標準表 （單位：mg/kg）

對于清淤厚度方面，應(yīng)根據(jù)底泥分層取樣檢測的成果確定，其取值宜小于污染層和過渡層的總厚度[3]，同時，應(yīng)結(jié)合河湖的常水位、污染負荷和采取的治理措施，進行水域納污能力計算，考慮實施清淤，水環(huán)境容量增大后，水環(huán)境目標的可達性。

2.3 滿足水生態(tài)要求

清淤工程在水生態(tài)方面，主要能改善水質(zhì)環(huán)境，為水生動植物營造生存繁衍的空間，但清淤工程本身也對生態(tài)系統(tǒng)會產(chǎn)生較大影響，[9]總體來說，從水生態(tài)的角度，清淤的深度應(yīng)在滿足水安全和水環(huán)境的基礎(chǔ)上，盡量取小值，其主要原因如下：

（1）清淤工程會對現(xiàn)有底泥進行擾動，造成污染物質(zhì)的大量釋放，污染環(huán)境，破壞生態(tài)。

（2）底泥是沉水植物附著基礎(chǔ)，而底泥中的營養(yǎng)物質(zhì)也為沉水植物的生長提供能源，因此過量清淤對沉水植物的生長不利。

（3）清淤會降低河湖底部高程，增加水深，若水體透明度較低，會造成沉水植物死亡，造成二次污染，惡化水質(zhì)。

2.4 滿足工程經(jīng)濟的需求

從工程經(jīng)濟性的角度，清淤工程投資成本高，所占投資份額較大，若工程無其他治理措施配合，沒有管養(yǎng)維護配套，若干年后，底泥淤積的問題又會重復(fù)出現(xiàn)，因此，為了避免重復(fù)投資，清淤工程應(yīng)建立在合理措施和科學(xué)管養(yǎng)的基礎(chǔ)上，同時應(yīng)從以下幾個方面進行考慮，以提高工程的經(jīng)濟性：

（1）對不影響防洪安全，水環(huán)境風險不高，底泥污染物釋放對整體污染負荷貢獻較低的區(qū)域不實施清淤，或者少清淤，采取其他工程措施替代。

（2）針對城區(qū)河湖的特性，實施清淤工程對周邊環(huán)境的擾動和破壞，以及淤泥處置的風險和成本，更應(yīng)充分論證清淤的合理性。

（3）清淤深度的確定還應(yīng)根據(jù)工程施工方案及清淤設(shè)備合理確定，一般情況下，采用水力沖挖，則清淤厚度不低于0.3m，采用干挖或挖泥船清淤，則清淤厚度不小于0.5m。[10,11]

3 對于消減底泥污染物的措施和建議

對于不具備清淤條件、清淤不徹底，或經(jīng)分析清淤不合理的河湖，仍需通過其他技術(shù)措施作為補充，保障河湖的生態(tài)環(huán)境。主要措施有以下幾個方面：

（1）做好截污措施，增加水體溶解氧：一方面是避免外源污染繼續(xù)進入水體，沉積在河湖底部，形成新的污染底泥；另一方面，由于污染底泥是在厭氧狀態(tài)下形成的，因此，保持水體透明度，并通過曝氣增氧等方式，提高水體溶解氧含量，有利于河湖剩余沉積底泥的消減。

（2）利用微生物消減底泥污染物：利用缺氧菌、有機質(zhì)分解菌可在一定程度上消減底泥中的污染物，對表層底泥進行改良，同時，改良的底泥也能作為下部污染底泥與水體的“屏障”，阻礙污染物進入水體。

（3）種植沉水植物：在水深及水體透明度允許的前提下，在河湖底部種植沉水植物，形成“水下森林”，一方面能吸收底泥中的污染物質(zhì)，另一方面也能防止魚類活動對穩(wěn)定底泥的擾動，而釋放污染物質(zhì)。

結(jié)語

本文以如何合理確定河湖清淤工程范圍為主要內(nèi)容，從底泥的調(diào)查分析入手，通過不同角度對清淤工程范圍合理性的確定進行論述，為今后水生態(tài)修復(fù)項目清淤工程的科學(xué)實施提供了一定的經(jīng)驗和借鑒，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）清淤工程范圍的確定應(yīng)建立在詳細、有針對性的現(xiàn)狀調(diào)查和檢測的基礎(chǔ)上，主要包括底泥的勘探和底泥、水體指標的檢測。

（2）底泥的評價應(yīng)采取多種方法全面的分析其污染特性，并分析與水體污染物的相關(guān)性。

（3）底泥的清淤范圍和深度應(yīng)綜合考慮水安全、水環(huán)境、水生態(tài)和工程經(jīng)濟等方面的因素，合理確定，對不影響防洪安全，水環(huán)境風險不高或不具備實施條件的區(qū)域，可以不清淤或者少清淤。

（4）作為清淤工程的補充，可采取微生物、沉水植物等技術(shù)措施，消減河湖中淤泥的污染物釋放。