關(guān)于山美水庫環(huán)保疏浚范圍和厚度確定方法的探討

梅曉慶 王帥

摘 要：在進行以內(nèi)源污染物消減和控制為目的的環(huán)保疏浚時，如何合理確定疏浚范圍及底泥疏浚厚度尚無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。文章結(jié)合山美水庫環(huán)保疏浚工程的特點，利用勘察取樣和底泥化學(xué)分析的方法，對污染底泥進行分類及等級劃分，推薦采用“視覺法+含量分析法”，分析其中氮、磷及重金屬的含量和污染特性，對疏浚厚度進行判斷，逐步縮小和確定疏浚范圍。

關(guān)鍵詞：水庫 環(huán)保疏浚 底泥分析 疏浚范圍 疏浚厚度

1.引言

近年來，由于工農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展，很多湖泊、水庫及河流的水質(zhì)污染有加重的趨勢，特別是以氮、磷污染尤為常見。環(huán)保疏浚作為內(nèi)源污染控制的常見手段，對于疏浚范圍和厚度的確定多是以工程區(qū)底泥調(diào)查結(jié)果為基礎(chǔ)，利用底泥污染物的分類標(biāo)準(zhǔn)對其污染狀況進行全面評估。綜合考慮環(huán)保疏浚范圍和厚度的總體確定原則，結(jié)合泉州市山美水庫的實際特點，對大型山區(qū)水庫在環(huán)保疏浚實施過程中如何合理確認(rèn)疏浚范圍和厚度進行探討分析，為后續(xù)其他工程提供經(jīng)驗參考。

2.項目概況

2.1水庫基本信息

山美水庫位于福建省南安市九都鎮(zhèn)山美村，水域面積約23km2，總庫容6.55億m3，是一座以灌溉為主，結(jié)合防洪、發(fā)電等綜合利用的大型水庫工程。水庫工程于1958年動工興建，1972年建成投產(chǎn)，正常蓄水位96.48m，相應(yīng)庫容4.72億m3，庫區(qū)水深1m-50m不等。

2.2探討背景和前提

山美水庫為集中式生活飲用地表水源地二級保護地，但根據(jù)多年監(jiān)測結(jié)果，入庫斷面水質(zhì)超標(biāo)嚴(yán)重，主要超標(biāo)因子為總氮和總磷。沉積物中的總磷污染較為嚴(yán)重，已經(jīng)威脅庫區(qū)供水安全。在此背景之下，以《山美水庫環(huán)境保護試點總體實施方案》為前提，在控制外源污染的同時，通過科學(xué)、合理的方法選取庫區(qū)內(nèi)污染較為嚴(yán)重的區(qū)域開展環(huán)保疏浚，以期消減內(nèi)源污染，達到改善水庫水質(zhì)的目的。

目前山美水庫沒有總氮（TN）和總磷（TP）的土壤污染物質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，參考國內(nèi)其他工程的取值標(biāo)準(zhǔn)及庫區(qū)內(nèi)重點區(qū)域底泥取樣的氮、磷平均含量，本工程對底泥中總氮超過1000mg/kg、總磷超過500mg/kg、重金屬超標(biāo)的底泥層定義為污染層。

3.底泥界定及污染物評價方法

目前，關(guān)于湖泊、水庫的污染底泥的界定國內(nèi)外還沒有統(tǒng)一的方法，但在我國大致有視覺法、背景值比較法、經(jīng)驗值法、含量分析法、釋放風(fēng)險法等5種方法被工程采用，確定疏浚厚度具體選擇何種方法主要取決于擁有的基礎(chǔ)資料情況和工作的精度要求。

3.1視覺法+含量分析法

（1）視覺法

該方法是不依賴儀器分析、僅憑人的肉眼判斷疏浚厚度。一般對采集的柱狀底泥從視覺上分為3段，黑色部分（一般在上段）認(rèn)為是污染層（A層）；灰色部分認(rèn)為是過渡層，污染較輕（B層）；黃色或棕色部分認(rèn)為是歷史本底（底板）層（C層）。

（2）含量分析法

該方法主要依據(jù)底泥中目標(biāo)污染物含量垂向所具有的明顯變化特征來確定，需要較多的底泥柱狀樣監(jiān)測分析資料作基礎(chǔ)。

本次環(huán)保疏浚工程結(jié)合山美水庫污染物實際情況，推薦以“視覺法+含量分析法”為基礎(chǔ)，通過對不同層的底泥營養(yǎng)物（有機質(zhì)、重金屬、總磷、總氮等）含量分析進行底泥污染的判斷，過程中參考典型柱狀樣的釋放風(fēng)險數(shù)據(jù)，進而對疏浚厚度進行判斷。

3.2底泥重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)評價法

4.初步底泥取樣分析及疏浚范圍劃分

4.1取樣點布設(shè)及樣品采集

山美水庫庫區(qū)內(nèi)共取孔78個（其中柱狀樣孔27個），布孔間距約500m×500m，呈網(wǎng)格狀。

污染物成分樣品根據(jù)現(xiàn)場底泥的顏色、性狀和長度進行采集，27個柱狀樣品根據(jù)樣品長度在垂直方向分別采集2-8個。樣品取出后，立即進行封裝并編號，在作業(yè)平臺上用密封箱避光低溫保存，及時送往實驗室進行分析，分析項目有含水率、容重、總氮、總磷、有機質(zhì)、重金屬Cu、Pb、Zn、Cd 、Cr、Hg、As等。

4.2底泥樣品分析成果

（1）底泥含水率和容重分析

經(jīng)過對底泥含水率和容重總體特征、水平及垂直變化分析發(fā)現(xiàn)，庫區(qū)底泥中含水率垂直分布特征明顯，整體表現(xiàn)為：A層>B層>C層，表明含水率隨著底泥深度的增加而逐漸降低；而底泥容重值總體規(guī)律為：A層﹤B層﹤C層，表明隨著泥層深度的增加，泥質(zhì)越來越緊密。庫區(qū)底泥含水率和容重總體情況如表3所示。

（2）底泥總氮和總磷含量分析

通過樣品分析可知，庫區(qū)底泥總氮含量在98-2285mg/kg之間，跨度非常大，平均值為967.46mg/kg。27個柱狀樣孔A層、B層、C層的總氮含量差異較大，且在垂直方向變化無特別明顯的規(guī)律，各層總氮含量如圖1所示。

與底泥中總氮的含量相比，總磷總體含量稍低，含量范圍在52-921mg/kg之間，跨度相對較小，平均值為472.63mg/kg。但與總氮含量呈現(xiàn)規(guī)律相同的是，27個柱狀樣孔A層、B層、C層的總磷含量差異也較大，在垂直方向變化也無特別明顯的規(guī)律，各層總磷含量如圖2所示。

（3）底泥有機質(zhì)分析

經(jīng)過對底泥有機質(zhì)總體特征、水平及垂直變化分析發(fā)現(xiàn)，大部分柱狀采樣點有機質(zhì)含量隨深度增加呈逐漸減小趨勢，即含量變化趨勢為：A層>B層>C層，表層底泥中有機質(zhì)含量稍高，庫區(qū)底泥有機質(zhì)含量及分層變化值如表4所示。

（4）底泥重金屬分布特征

通過樣品分析可知，底泥重金屬垂直分布特征明顯，底泥中重金屬Cu、Pb、Zn、Cd、Hg、As等垂直分布特征明顯，其濃度隨土層深度增加而減小，但在過渡層略有波動。

根據(jù)Lars Hakanson提出的潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)評價法對庫區(qū)污染底泥中重金屬的生態(tài)危害系數(shù)Eir和多金屬潛在生態(tài)風(fēng)險系數(shù)RI進行計算，結(jié)果見表5。

結(jié)果表明底泥中Cd屬于高污染風(fēng)險，Hg屬于較高污染風(fēng)險，其余重金屬均為低污染風(fēng)險，對水庫生態(tài)不構(gòu)成潛在危害，但是Cd和Hg的生態(tài)危害指數(shù)屬強潛在生態(tài)危害，對水庫生態(tài)和水源供水有較嚴(yán)重的潛在危害。

4.3疏浚范圍劃分

根據(jù)“視覺法+含量分析法”對庫區(qū)內(nèi)各取樣點位底泥的污染物厚度進行判斷，并結(jié)合主要污染物氮、磷的垂直變化分布，同時考慮重金屬潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)，初步分析出不同點位的有效疏挖深度，見表6。

在得到不同點位的有效疏挖深度后，利用軟件進行空間插值生成整個庫區(qū)內(nèi)底泥有效疏挖厚度分布圖，并結(jié)合庫區(qū)內(nèi)水深、地形及自然空間分割等因素將整個庫區(qū)（除去不用疏挖的區(qū)域以外）分割成若干個疏浚區(qū)，初步形成本工程的疏浚范圍。由于本水庫庫區(qū)水深較深，施工難度大，且環(huán)保疏浚規(guī)范允許超深值一般為0.15-0.2m，經(jīng)綜合分析實施的經(jīng)濟性及合理性，污染底泥厚度小于30cm的區(qū)域本次不予疏浚，初步確定的疏浚范圍如圖3所示。

5.底泥疏浚范圍及厚度的確定

5.1疏浚區(qū)詳細取樣分析

根據(jù)對第一階段鉆孔取樣點底泥物化指標(biāo)及重金屬釋放特性的分析，可以對整個庫區(qū)內(nèi)污染物的分布情況及厚度進行初步的判定，進而對目標(biāo)疏浚區(qū)域的范圍進行了有針對性的縮減，為第二階段詳細判斷范圍及厚度提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

現(xiàn)以第一階段確定的疏浚Ⅰ區(qū)為例，闡明第二階段該區(qū)域取樣分析的過程。疏浚Ⅰ區(qū)面積約60萬m2，按間距100m×100m呈網(wǎng)格狀布置鉆孔52個（其中化學(xué)孔14個），孔深3m。樣品按底泥的顏色、性狀和長度分層進行采集，封裝后送往實驗室進行分析。疏浚Ⅰ區(qū)取孔點布設(shè)位置如圖4所示。

得到取樣孔的底泥樣本之后，對其含水率、容重、總氮、總磷、有機質(zhì)、重金屬Cu、Pb、Zn、Cd 、Cr、Hg、As等進行分析，方法和步驟與第一階段底泥分析類似，而后根據(jù)含量分析結(jié)果對A、B、C層的劃分進行優(yōu)化調(diào)整，以明晰各點位的實際污染物分層。

5.2疏浚范圍和厚度的確定

分析出各取樣孔的有效疏挖深度后，再次利用軟件進行空間插值生成該區(qū)域底泥有效疏挖厚度分布圖，厚度相近的區(qū)域取平均值劃分為一個小區(qū)，考慮到后續(xù)施工的可操作性，小區(qū)塊的數(shù)量不宜過多。疏浚Ⅰ區(qū)地質(zhì)分層與污染分層對照情況見表7。

疏浚Ⅰ區(qū)最終確定的各小區(qū)塊疏浚厚度如圖5所示。

確定疏挖厚度后，對整個區(qū)域的邊界范圍進行優(yōu)化調(diào)整和確定，其原則包括：

（1）將揭示有污染底泥的鉆孔對應(yīng)范圍進行水平方向延伸，并進行空間插值，綜合考慮第一階段確定的疏浚范圍進行二次調(diào)整；

（2）在具體劃分疏浚分區(qū)時適當(dāng)考慮疏浚設(shè)備施工的可操作性和方便性；

（3）在確定各疏浚分區(qū)設(shè)計底邊線時考慮疏浚期間施工水位下疏浚設(shè)備性能和水庫周邊岸坡穩(wěn)定。

6.結(jié)語

（1）根據(jù)山美水庫污染底泥的特點，推薦了“視覺法+含量分析法”的底泥污染物厚度界定方法，A、B、C層能夠較為合理地得以區(qū)分，為疏浚厚度的確定提供了依據(jù)。

（2）確定各取樣點位的疏浚厚度后，在水平方向延伸利用空間差值生成整個區(qū)域的疏浚厚度，并對厚度小于30cm的區(qū)域進行去除，確定疏浚范圍。

（3）分階段由粗略到細致對疏浚厚度和范圍進行分析和確定，符合環(huán)保疏浚精細化的特征。

（4）由于水庫、湖泊環(huán)保疏浚工程尚開展不多，對于如何確定疏浚厚度和范圍尚無統(tǒng)一方法，本文提出的判定方法能為后續(xù)其他工程提供參考。

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