城市核心區航道環保疏浚施工技術及應用

魏志杰

摘 要：在城市核心區航道進行環保疏浚，面臨懸浮物濃度高、噪聲控制要求高、水下管線密布、疏浚土合規化處置等多重技術難題。利用環保絞吸疏浚、GIS+BIM、土工管袋淤泥干化、超磁分離尾水凈化等技術，嘉興南湖環保清淤項目實現了疏浚施工環保化、安全管控信息化、淤泥處置減量化、尾水處理無害化。多種施工技術在嘉興南湖環保清淤的成功實施及應用，為城市核心區航道環保疏浚提供了借鑒和參考，具有較強的推廣價值和作用。

關鍵詞：環保疏浚;GIS+BIM;淤泥干化;土工管袋;超磁分離水體凈化

中圖分類號：TV5 ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ?文章編號：1006—7973（2021）07-0125-03

傳統基建性疏浚工程在疏浚過程中經常對環境產生一定的負面影響，主要影響表現為水體懸浮泥沙濃度增加和污染物的擴散及輸送。同時，挖掘過程會破壞底棲動植物的生存環境、開挖時易產生揮發性污染物或者散發難聞氣味，此外，疏浚工程對水下地形的改變會帶來的水動力條件變化進而影響污染物的正常輸送[1]。

隨著國家環保政策的收緊以及人們環保意識的不斷提高，內河航道疏浚正在由傳統的基建性疏浚方式向環保疏浚轉變。環保疏浚（environmental dredging）是疏浚工程和環境工程相交叉的工程技術，以減少底泥內源負荷和污染風險為目標，將富含污染物（如營養物重金屬和有機污染物等）的指定量上層沉積物進行精確有效和安全清除的技術，并考慮為水生生物的恢復創造條件[2]。

在城市核心區航道進行環保疏浚，面臨懸浮物濃度高、噪聲控制要求高、水下管線密布、疏浚土合規化處置等多重技術難題，以上都對環保疏浚施工提出了新的挑戰。

1工程概況

1.1 項目名稱

南湖生態環境修復工程（一期）設計施工總承包項目。

1.2 項目背景

南湖位于浙江省嘉興市區，是中國共產黨的誕生之地，革命紅船的啟航之地。南湖常年水面面積僅為0.52km2，海鹽塘、平湖塘、嘉善塘等多條河流在此匯聚。多年以來，由于經濟發展和城鎮化，外加嘉興地區土壤多為細顆粒黏土，導致南湖水體觀感渾濁，水體透明度僅為20～30cm，且氮磷含量偏高。2013年以后，南湖水質逐漸呈好轉趨勢，但是懸浮物含量仍高于標準，透明度較低，總磷（TP）仍遠遠高于水環境功能區考核的III類標準。本工程的實施主要是為改善南湖水體質量，恢復湖區生態系統，實現南湖水質、生態及景觀的全面提升，讓南湖重現“秀水泱泱”的美麗畫卷。

1.3 環保疏浚主要內容

對南湖湖區及5條入湖河道進行環保清淤，共計水下方15.32萬m3。

2 環保疏浚技術難點

2.1 懸浮物濃度高、設備選型難

嘉興南湖與周邊河網總懸浮物濃度平均值高達52.87mg/L，南湖入湖河道水量大，濁度高，所攜帶的懸浮物對南湖水體的透明度影響非常大。入湖河道所攜帶的懸浮物大部分粒徑非常小，短時間內難以通過重力的方式實現自然沉降，在南湖水體中長期處于懸浮狀態，造成南湖水體透明度及感官較差。有研究表明，疏浚機械到頭直接作用位置，懸浮物濃度高達300～350mg/L，通常情況下疏浚刀頭作用影響范圍內懸浮物濃度30～50mg/L[3]。懸浮物濃度升高會進一步降低水體透明度，影響水體的直接感官效果，破壞水底生態系統。如何減小疏浚設備開挖過程中對懸浮物的影響，成為疏浚設備選型時考慮的頭號難題。

2.2 景區內部施工、噪聲控制難

嘉興南湖為國家AAAAA級旅游景區，作為中國共產黨一大召開地，前往南湖湖心島瞻仰紅船的游客絡繹不絕。在對噪聲極其敏感的景區內部施工，如何控制疏浚機械水下挖泥、設備旋轉、船舶航行移位等作業過程產生的噪聲，成為湖區疏浚施工面臨的又一難題。

2.3 水下管線密布、安全管控難

本工程施工區域位于嘉興市的核心區域，湖區及主要入湖河道下方管道密布，根據前期委托的專業資質物探單位對施工區域內的全方位探摸，初步探查發現施工區域內有近40根管線。疏浚施工區域與管線交叉影響，導致安全管控難。

2.4 環保要求嚴格、合規處置難

絞吸式挖泥船在疏浚污染底泥的過程中，底泥由于絞刀的絞松作用產生大量懸浮物極高的泥漿，泥漿通過排泥管線輸送至處理場地，疏浚土在減量化過程中不可避免地將產生大量尾水。污染底泥所含的大部分污染物如有機物、氮、磷、重金屬等附著在細顆粒物上，難以通過脫水沉降，如果直接排放至環境中將造成二次污染[4]。面對嚴格的環保要求，如何合規化地處置疏浚底泥是本工程環保疏浚的關鍵。

3 環保疏浚關鍵技術

3.1 絞吸式挖泥船配備環保絞刀

內河航道疏浚常采用的疏浚設備主要有絞吸式挖泥船、抓斗式挖泥船、鏈斗式挖泥船及反鏟挖泥船。抓斗式、鏈斗式、反鏟挖泥船在挖泥過程中，機械手臂旋轉、入水、駁船靠離泊等多個作業環節均會產生噪聲污染，而絞吸式挖泥船由于絞刀始終位于水下，泥漿通過排泥管運輸，噪聲控制效果優于其他三種挖泥船。但是，絞刀疏松泥土所帶來的懸浮物增加和污染物釋放量也遠大于其他挖泥船。因此，本工程采用帶有防護罩的環保絞刀頭的300m3/h絞吸式挖泥船清淤，配合封閉式輸泥管線轉輸疏浚泥漿，最大程度地控制了噪聲污染、減小了懸浮物和污染物釋放量。

3.2 GIS+BIM 數字孿生

本項目搭建了智慧水務平臺，該平臺基于大數據平臺、地理空間庫、物聯網技術，整合南湖水域及匯流水域、水下管線位置埋深等數據，構建于一張圖的水務綜合信息可視化平臺，推進環保疏浚施工管理向主動精細、現代高效轉變，助力項目安全管控。智慧水務平臺的數字孿生充分利用物理模型、傳感器更新、運行歷史等數據，集成多學科、多物理量、多尺度、多概率的仿真過程，在虛擬空間中完成映射，從而反映工程建設全過程的實景。

3.3土工管袋淤泥干化

傳統的航道疏浚泥土通常采用水中設拋泥區或者利用陸地上的泥塘、空地等設置排泥場，非常容易造成二次污染。環保疏浚淤泥脫水技術主要有淺層真空預壓脫水、土工管袋過濾、機械脫水等，其中機械脫水又有離心脫水、帶式壓濾脫水和板框壓濾脫水[5]。本工程底泥脫水方式采用土工管袋脫水固化的方式，利用土工織物僅能透水的原理，并通過添加藥劑使水從管袋分離，而污泥存留在管袋內或外運進行資源化利用，滲出水完全達到相關排放標準后進行排放。

3.4超磁分離尾水凈化等技術

為了尾水的達標排放，需加速尾水中細顆粒物的沉淀，降低懸浮顆粒物濃度。在尾水中加入絮凝劑，可以使水體快速沉淀，提高水體的凈化效率 [6]。超磁分離水體凈化技術成套設備主要由加藥、混凝反應、超磁分離機和磁分離磁鼓等主要功能性設備組成。經預處理后的尾水，與磁粉、PAC、PAM等混合形成磁性絮團，再利用超磁分離機產生的超強磁力實現水與磁性絮團的快速分離。分離后的污泥進行焚燒再利用，磁粉可實現循環再利用，出水可達標直接排放。整套超磁凈化技術采用集裝箱形式，最大程度地減小了占地面積，并且噪聲低，適合在核心城區用地緊張的地區使用。此外還具有出水水質好、處理速度快、運行費用低、排泥濃度高等優點。

4 應用與展望

根據南湖湖區多個點位的水體透明度每日實時監測，南湖湖區環保疏浚過程中透明度無明顯下降，本工程采用的環保疏浚技術未造成懸浮物的增加。疏浚尾水經4次檢測，懸浮物SS指標均不超過4mg/L，遠優于《污水綜合排放標準》（GB8978-1996）一級標準70mg/L的控制指標。

嘉興南湖環保疏浚采用的施工技術為城市核心區航道環保疏浚提供了借鑒和參考，建設者仍需考慮解決核心城區干化場地、排泥管線布置等矛盾，但目前仍具有較強的推廣價值和作用。

參考文獻：

[1]熊贊，夏璐.疏浚工程對環境的影響分析[J].中國水運（下半月），2014，14（07）：188-189.

[2]范成新，鐘繼承，張路，劉成，申秋實.湖泊底泥環保疏浚決策研究進展與展望[J].湖泊科學，2020，32（05）：1254-1277.

[3]左甲鵬，陳一梅，周劍雄.基于生態保護的內河航道生態疏浚探討[J].中國水運（下半月），2014，14（03）：176-178.

[4]霍守亮，荊一鳳，席北斗，呂，陳雄峰，劉鴻亮.環保疏浚堆場余水處理生產性試驗研究[J].環境科學研究，2007（01）：75-79.

[5]高揚，孫科，譚一軍，王曉英.多種疏浚淤泥脫水技術的典型應用及分析[J].江蘇水利，2020（09）：51-54.

[6]袁星，梅曉慶.環保疏浚尾水處理工程設計運用[J].中國水運（下半月），2017，17（07）：167-169+184.