美國Hudson河環保疏浚工程措施探討

王朋 夏波 張建球 周云亮

摘要：文章總結歸納了Hudson河環保疏浚工程的整治要求、工程控制標準、疏浚施工方法、監測與采樣情況及再懸浮泥沙控制措施，為類似的河流治理工程的規劃、設計和實施提供技術經驗和決策參考。

關鍵詞：污染泥沙;PCBs;環保疏浚;原位覆蓋;環境監測

0 引言

Hudson河長約500km，位于美國紐約州東部，自紐約州上州的阿迪朗達克山脈由北向南流入紐約市和澤西市之間的上紐約灣，最終在紐約港排入大西洋[1]。1977年以前，位于上紐約州的通用電氣公司（GE）的兩個電容廠被允許合法使用和排放多氯聯苯（PCBs），該物質被世界衛生組織列為一類致癌物，具有較大的毒性，容易在生物體脂肪中大量富集，排入水體之后，容易富集在河床底泥中，在一定強度的水流沖刷下可帶到下游，成為Hudson河最主要的污染源。

自1977年開始，GE與政府管理機構合作啟動了Hudson河的環境治理計劃，針對PCBs的特性及其環境效應、污染治理方法等開展了大量的研究。1983年，Hudson河流治理確定為國家專項，美國環境保護署（EPA）成為Hudson河環境條件評價和治理的主導機構。自1984年環保疏浚方案被否決到1989年開始重新論證，再到2002年形成最終的決議，環保疏浚方法最終作為Hudson河污染泥沙治理的主要方法開始實施，經過7年的設計、論證和配套工程建設，2009年正式開始采用環保疏浚方法開展污染底泥治理。2010年一期工程完工時，專家評審認為該工程沒有達到EPA的標準，GE團隊進一步細化了設計方案并于2011年開始實施二期工程，至2015年，完成疏浚施工目標，2016年在原疏浚施工水域進行水生植物重建。整個研究和治理過程歷時近40年，總計清除了276萬yd3污染泥沙，去除14.06萬kgPCBs，回填257萬t干凈材料，種植植物140萬株，播種18.4畝，處理污水8.02億km3[1]。

本文將從Hudson河污染泥沙治理項目的治理目標、控制標準、工程方法、控制措施等方面進行總結和評述，為類似的河流治理工程的規劃、設計和實施提供技術經驗和決策參考。

1 工程標準與要求

1.1 治理目標

Hudson河治理的目標包括以下方面[2]：（1）通過減少魚類中PCBs的含量，降低人類捕食Hudson河魚類的患癌風險和非癌類健康危害;（2）通過減少魚類中PCBs的含量，降低與魚類相關的生態受體的風險;（3）通過減少河道底泥中的PCBs含量，降低河流上覆水的PCBs含量使其達到相關的要求;（4）減少用于生物利用或可能用于生物利用的底泥中PCBs的含量;（5）盡量減少河流中PCBs向下游的長期輸送。

1.2 疏浚工程執行標準

為了規范疏浚工程，將對日常生產生活的影響降到最低，經過長期的研究和論證，設計方和環保部門共同制定了工程的執行標準，包括泥沙再懸浮控制標準、疏浚殘留控制標準、生產效率控制標準[1-3]。

泥沙再懸浮控制標準包括懸浮泥沙濃度建議標準、Tri+PCB濃度控制標準和總PCB濃度控制標準，對采樣點的位置、控制值、計算方法、認定超標準則及后續響應方法進行了嚴格的規定。

疏浚殘留物控制標準要求對疏浚完成后的床面高程進行測量并針對床面泥沙進行采樣，分析表層泥沙PCBs濃度特征及分布，以此為依據決定是否需要采取相應的施工措施，包括再次疏浚、采取回填措施、設置工程覆蓋層等。

生產力標準則規定工程每年施工季需要清除、處理和運離現場的泥沙總量的年度最低量和目標累積量，以便整個項目可以在規定的時間內完成。

1.3 環境質量標準

環境質量標準規定了項目對人類健康和生活影響的控制標準，包括水質量控制標準、空氣質量控制標準、氣味污染控制標準、噪聲污染控制標準、光源污染控制標準、通航標準等。

2 工程措施

2.1 疏浚工程

疏浚工程的重點是清除污染泥沙及水下障礙物，同時包括近岸植被修復、疏浚物運輸、回填工程及岸線穩定工程。

2.1.1 確定疏浚區域

如圖1所示，根據泥沙的污染程度和所處的位置，治理范圍劃分為3段[1]，并基于單位面積PCBs總量和表層（表面約30cm）泥沙PCBs濃度制定了不同的疏浚標準。如須對第1河段中單位面積PCBs總量≥3g/m2、表層泥沙PCBs濃度≥10mg/kg的區域進行疏浚;對第2河段和第3河段中單位面積PCBs總量≥10g/m2、表層泥沙PCBs濃度≥30mg/kg的區域進行疏浚。疏浚邊界和厚度采用插值方法和地球物理統計方法進行確定，綜合考慮開挖坡度穩定性、施工誤差、建筑物的影響等因素，對疏浚邊界和疏浚厚度進行相應的調整，確定了最終的疏浚區域和挖槽。為了方便管理，將大約2.02km3的疏浚區域劃分為100個約0.02km3的區域，建立疏浚單元，疏浚施工、監測、回填、覆蓋、棲息地修復、評價均在相應的單元中獨立開展，在第1河段設置了60個疏浚單元，第2河段設置了18個，第3河段設置了22個。

2.1.2 疏浚設備的配置

采用機械式挖泥船進行施工，挖泥設備裝載在駁船平臺上，既可實現水下挖掘，也可兼顧回填和原位覆蓋工程，且挖泥斗在關閉時被完全封閉，以最大程度減少從河底升起運輸至泥沙駁船的過程中疏浚物流失的情況。所有挖泥船均配有鏟斗定位系統，以使操作員能夠準確地水平和垂直控制挖泥船的操作。根據不同水深情況分別采用常規泥駁、大型泥駁和淺水泥駁輸送疏浚底泥，除此之外，還配備了回填材料運輸船、回填覆蓋施工船舶、植物修剪船舶、拖船等施工船舶，設備的數量和類型根據自然條件靈活配置。

2.1.3 疏浚底泥的運輸

污染底泥從水中清除后通過泥駁運輸到泥沙處理廠。泥駁最大寬度為12.8m，與運輸路線上的船閘相適應。一般采用最大容量約為573.4m3的標準尺寸的泥駁，在極淺或狹窄的區域則使用容量約為130.8m3的淺水泥駁，將疏浚泥沙中轉到較大的泥駁中并運送至泥沙處理廠。

2.1.4 特殊區域的疏浚處理

60號疏浚單元接近ThompsonIsland大壩北側（如圖2所示），分別包括位于西岸和東岸的兩個子單元。由于靠近大壩，水流條件復雜，施工難度較大，為了確保安全，采取在陸地上開展疏挖的方式，在大壩東岸的江心洲上建設和布置施工道路、物資暫存區、轉運站和過渡區，采用回填材料建造自入場道路向疏浚區域延伸的突堤，疏浚和回填工作均由布置在突堤上的長臂挖掘機來實現，通過卡車將疏浚泥沙轉移到轉運站，再裝卸至駁船上運往泥沙處理廠。

61～66號疏浚單元[4，5]位于ThompsonIsland大壩和FortMiller大壩封閉的水域（如圖2所示），船只無法進入，疏浚工程中在江心洲上建設了一個中轉區域將疏浚泥沙運送至停泊在江心洲另一側人工渠道的泥駁上實現疏浚底泥運輸，并建設了裝卸區域，實現材料、機械的運輸。

2.1.5 回填及工程隔離層施工

在疏浚單元中完成疏浚后，若表層15.24cm泥沙平均PCBs濃度>1mg/kg，則在疏浚完成后馬上回填清潔材料，包括以下方式：（1）無其他特殊要求，挖泥完成后，在河底放置30cm的回填材料;（2）在指定用于水生植被種植或自然再生或濱河濕地建造的區域，回填材料高程須達到適合植被種植和生長的高度;（3）近岸區域的回填需要達到疏浚前的水深和高程情況。

若經過多次疏浚后，表層15.24cm泥沙平均PCBs濃度仍然>1mg/kg，則在疏浚完成后需要設置工程隔離層。本工程使用了有兩層材料組成的C型隔離層，底層顆粒材料厚度≥22.86cm，總有機碳（TOC）≥2%，上層材料厚度約15.24cm，根據水流條件和所處位置采用不同的材料。航道以外流速<152.4cm/s的床面采用較粗的碎石覆蓋，而航道內或者流速>152.4cm/s的床面則采用尺寸較大的鵝卵石。2011年4月，Hudson河上游遭遇了超過100年一遇設計標準的洪水，2011年6月開展的地形測量與調查表明，2009年一期工程安裝鋪設的隔離層沒有顯著的沖刷和材料流失。

2.1.6 岸線穩定與修復

若疏浚高程達到堤岸高度，則需要在河岸處采取岸線穩定措施，包括近岸回填和布置護面塊石等。

2.2 泥沙處理與處置

如圖3所示，從Hudson河疏浚上岸的疏浚物須進行粗細分離，通過大型篩分設備將水下障礙物、礫石、粗砂分離出來并通過自卸卡車轉移到粗物料存放區，剩余的細物料泥沙混合物泵送到脫水區域，通過壓濾機將增稠的固體進行機械脫水，以去除泥沙中的額外水分，收集余水在現場水處理廠進行再循環或處理。經過篩分和脫水后的水下障礙物、粗顆粒疏浚物、細顆粒濾餅等固體物料通過鐵路運輸至專用的泥沙處理廠進行進一步的處理和處置。在此過程中產生的污水、廢水以及現場雨污則通過現場水處理廠處理并實現再循環。

2.3 監測與采樣

Hudson河疏浚過程中開展了一系列的監測，監測內容包括水樣監測（PCBs濃度、TSS、TOC、DO、pH、溫度等）、疏浚殘留物監測、PCBs空氣濃度監測、噪聲污染監測、光污染監測、魚類監測及余水排放監測等。監測的主要作用就是確保疏浚過程能在各種限制條件下尤其是環境限制下得到實施。監測點的布置、監測項目內容、監測頻率、取樣方法等均在設計過程中進行了明確，監測所獲得的信息用于確保施工質量、優化疏浚設計與施工、保護環境、并為其他工程提供借鑒意義。

2.4 疏浚再懸浮控制

疏浚施工時，疏浚挖掘、垂向提升、駁船運輸等過程均有可能引起泥沙再懸浮。泥沙再懸浮程度與施工設備類型、操作方式、水流泥沙條件、水深及地形等因素相關。為了達到相應的控制標準和水質要求，疏浚過程中嚴格采用封閉抓斗和鏟斗，減少疏浚泥沙泄漏，泥駁運輸不允許溢流且嚴格控制容量，淺水水域采用小型船舶減少對水流泥沙的擾動，嚴格控制疏浚施工環節生產率等。同時，綜合考慮施工方法、環境條件、泥沙特征及污染程度，在Hudson河疏浚過程中采用了防污屏、板樁圍堰等工程措施。

3 結語

Hudson河環保疏浚工程項目在論證過程中開展了大量的觀測、取樣和科研工作，僅泥沙樣本就采集了30000多個，在此基礎上制定了嚴格細致的工程控制標準并在后續的實踐中進一步優化和嚴格執行。項目實施不盲目追求進度，施工過程中及階段性工程施工完成后均開展了詳細的監測，監測結果作為優化施工和下階段工作的重要依據。

參考文獻：

[1]Parsons.RemedialActionCompletionReportforHudsonRiverPCBsSuperfundSite[R].TechnicalReport.GeneralElectricCompany，2019.

[2]EPA.RecordofDecisionforHudsonRiverPCBsSuperfundSite[R].U.S.EnvironmentalProtectionAgency，2002.

[3]EPA.RevisedEngineeringPerformanceStandardsForPhase2[R].U.S.ArmyCorpsofEngineersbytheLouisBergerGroup，2010.

[4]Arcadis.Phase2FinalDesignReportfor2012[R].GeneralElectricCompany，2012.

[5]Arcadis.Phase2FinalDesignReportforReach7（theLandlockedArea）[R].GeneralElectricCompany，2014.