城市密集構筑物區黑臭暗涵清淤效果評估

陳 勇，方建國，陶小飛，王青峰，許傳貝

（中國電建集團華東勘測設計研究院有限公司，浙江 杭州 310000）

隨著我國社會的快速發展，城市經濟及人口不斷增長，產生的廢（污）水迅猛增加，同時監管制度不完善、監管力度不足，導致大量廢（污）水未經處理即排入河道中，使河道內的水質受到嚴重的污染，局部河道污染嚴重，形成黑臭水體，部分污染物沉積在河道底部，形成黑臭淤泥[1]。黑臭水體不僅惡化了城市的生態環境，同時也使城市形象受到較大的影響，甚至會對飲用水源造成污染，從而危害流域內居民的身體健康和正常生活。河道清淤技術在我國水利行業已經得到普遍的應用，且取得了一定的成果。如陳阿萍等[2]對常州城區河道清淤所遇到的問題進行研究，在清淤技術、生態修復及改善水環境等方面提出相關工作建議；胡玉等[3]對城市河道清淤的水下清淤、排干清淤及淤泥處理等清淤疏浚技術的應用要點進行了說明；趙博文[4]給出了城區小河流清淤的多種施工方案。但在城市密集構筑物區的暗涵清淤效果評估領域，我國現有的研究相對匱乏。而清淤效果評估對清淤工程及后續河道運維具有極其重要的作用，因此研究并完善城市密集構筑物區黑臭暗涵清淤效果評估技術及評分體系，顯得尤為重要。掌握城市密集構筑物區黑臭暗涵清淤效果評估關鍵技術對水質達標、安全生產、工程進度、質量管控和節約成本等預期目標有著極其良好的影響。

1 工程概述

2018 年以來，寧德市中心城區開展了黑臭水體全面整治工作。寧德市中心城區水系綜合治理工程位于寧德市蕉城區和東僑經濟技術開發區，本項目包括3 個流域片區，分別是金涵片區、金港片區、鐵基灣片區。水系由21 條溪流組成，總長約72 km。受客觀基礎條件制約，目前中心城區還存在污水管網不完善、終端污水處理能力不足、內河生態補水缺乏等問題，還不能實現水體長治久清。一個重要問題是內河清淤中暗涵清淤問題尚未完全解決，主要包括坪塔溪、后崗溪、古溪、后山溪等暗涵段以及東湖塘北港段等尚未徹底清淤的河道，暗涵總長約6 400 m，最長約2 000 m，最短約300 m。

該工程暗涵長度大、埋深大、覆蓋物復雜、周邊分布城市道路及建筑物，暗涵內部空間大小未知，探測困難，暗涵內部空間有限，淤泥深度未知，檢查井少、通風設施少、空氣不易流通，照明困難，且需要大量排水與封堵，暗涵清淤難度較大，水質達標要求高。

2 清淤效果評估的重要意義

國內關于城市密集構筑物區黑臭暗涵清淤現有的研究鮮有涉及對清淤效果的評估，且未形成相應的評估體系。但效果評估在工程中具有十分重要的意義。效果是衡量工程經過實施活動所達到的預定目標和指標的實現程度。效果評估主要是分析和評價目標和指標的實現程度，目的在于對項目計劃的價值做出科學的判斷。通過對整個工程成果進行效果評估，可以確定工程是否達標以及找出工程開展過程中的不足，從而為后續工程運維提供科學的依據，并且為今后相關工程的更好開展積累經驗及提供標準。

3 清淤效果評估體系

該工程對清淤后暗涵水流的通暢性、清潔度以及暗涵結構的安全性提出了要求，因此本文從暗涵水流通暢性、水流清潔度及暗涵結構安全性3 個方面提出評估技術及評分標準，從而構建城市密集構筑物區黑臭暗涵清淤效果評估體系。

3.1 暗涵水流通暢性

由于淤泥的流動性以及暗涵空間的局限性，使得淤泥難抓鏟，工作難開展，極易導致淤泥清除不徹底從而使水流的流動受阻，因此可從淤泥的清除度以及暗涵水流速度對暗涵水流通暢性進行評估。

暗涵淤泥的清除度評估主要是通過人工觀察進行初步評估，局部采用管道機器人、潛望鏡等復核[5]。在檢查井較密集且暗涵空間較大、通風良好的區域采取人工檢查，查看是否存在淤泥堆積等影響暗涵輸水功能的情況存在。同時在進行人工檢查時要采用開敞式進行持續通風，利用風機加快通風速率，并對氣體濃度進行實時監測，分析空間內氣體濃度變化情況，合理安排單次人工檢查時間，確保檢查人員安全性。對于檢查井分布稀少、空間較小或無檢查井不適合或者無法進行人工檢查的區域，采用CCTV 全地形管道機器人對淤泥的清除情況進行復核。CCTV 全地形管道機器人由筆記本電腦、電纜盤、兩棲機器人3 部分組成。操作筆記本電腦，可控制兩棲機器人在暗涵內行走、漂浮，并將拍攝到的暗涵內部圖像傳輸到筆記本電腦進行實時顯示和存儲，且可連接聲吶作為兩棲檢測一體機設備使用，實現水上攝像頭與水下聲吶的監測。與人工相比，該機器人靈活多用且更為安全，適合環境復雜的暗涵檢測，可利用該機器人對淤泥的清除情況進行復核。暗涵淤泥清除度的評分準則見表1。

表1 暗涵淤泥清除度評分準則

暗涵水流速度主要通過多普勒流速儀進行測量評估。多普勒流速儀是基于超聲波原理，利用多普勒效應，在和被測液體接觸過程中，利用多普勒頻移測量出被測液體的水流速度。多普勒流速儀采用接觸式測量，安裝操作簡便，精度較高，響應速度快，既可用于瞬時流速的測量，也可用于平均流速的測量，且防水等級高，可長期浸泡于水中測量流速。在暗涵出水口布設多普勒流速儀，對水流速度進行短期及長期監測。取短期監測的平均流速與工程要求的暗涵清淤后流速進行比較，從而對暗涵流速進行評分，評分標準見表2。同時長期監測數據可以為后續的工程運維提供長期數據支撐。

表2 暗涵流速評分準則

3.2 暗涵水流清潔度

暗涵水流的清潔度評估需要對暗涵水質進行監測，監測指標分別為透明度、溶解氧（DO）、氧化還原電位（ORP）、氨氮（NH3-N）[6]。水體透明度大小由水體的渾濁程度與色度決定，水體透明度的降低不僅影響感官性狀，且會對水中生物產生不利影響；水體溶解氧是水生生物生存的必要條件，同時其含量可以反映水體的自凈能力；一個水體的氧化還原體系通常是由多種氧化還原電位構成，監測氧化還原電位有助于了解水體的電化學特征，分析水體的性質；氨氮是水體中的營養素，水體氨氮含量過高可造成水體富營養化，是水體中的主要耗氧污染物，造成水體含氧量降低，對魚類及某些水生生物有毒害。這4項指標是反映水質狀況的重要指標，對其進行監測，可評估淤泥清除效果。評估采用國內先進的城市河道水質在線監測系統，該監測系統采用傳感器電極監測方案，成本低廉，且安裝維護方便，可節省大量人力財力，同時該系統安裝方式多樣，可對水質進行實時監測，并通過GPRS上傳至水質檢測平臺，在水質異常時給出提醒，適合各種復雜環境下的水質監測工作。

在暗涵進水口與出水口分別布設監測點，監測指標及限值見表3，監測指標均符合限值一為水質達標。暗涵出水口監測系統長期開啟，若出水口水質不達標，則開啟暗涵進水口的監測系統，若暗涵進水口水質達標，則說明水質污染是由于暗涵淤泥清除效果不理想引起的；若暗涵進水口水質仍不達標，則說明水流在進入暗涵前就已被污染，此時需上報相關部門查找并消除污染源。暗涵水流的清潔度評分準則見表4，該評分的前提條件為暗涵進水口水質達標。該在線監測系統與傳統的方法相比，可長期實時監測暗涵清淤后的水質變化情況，節省大量人力物力，為水質長期達標提供科學依據。

表3 水質監測指標及限值

表4 暗涵水流清潔度評分準則

3.3 暗涵結構安全性

清淤過程中避免對暗涵結構造成破壞以及清淤時對已經受損存在安全隱患的暗涵進行修復是清淤工程的基本要求。存在結構性缺陷的暗涵若不及時進行修復，易發生垮塌等危險，造成暗涵堵塞甚至危及人的生命安全。因此為更加全面地對城市密集構筑物區黑臭暗涵清淤效果進行評估，還需對暗涵結構的安全性進行評估。

首先利用CCTV 全地形管道機器人、QV 潛望鏡等初步分析暗涵結構的表面完整性：是否存在破裂、變形、起伏和滲漏等明顯缺陷。CCTV 全地形管道機器人小巧方便，配備高清防水攝像頭，在不適宜人工作業的環境下仍可查明暗涵結構的表面完整性情況。QV 潛望鏡機身輕便，安裝操作方便，配備高清攝像頭，同時可搭配激光測距儀，可以精準定位缺陷位置。使用這兩種設備進行暗涵結構表面完整性的檢測，可節省大量人力，提高檢測效率，同時為檢測人員帶來更高的安全性。其次在重點部位（結構較復雜、安全等級較高、結構縫，破壞產生后果較嚴重或前期探測時已存在較嚴重缺陷的部位）采用人工調查、鋼筋定位儀、鋼筋銹蝕儀、超聲波探測儀和探地雷達等多種手段對暗涵進行調查，評估其結構的安全性[7]。暗涵結構安全性評分準則見表5。

表5 暗涵結構安全性評分準則

4 結束語

對城市密集構筑物區黑臭暗涵清淤效果的評估應從暗涵水流的通暢性、清潔度及暗涵結構的安全性多方面綜合評估，結合相應評分準則進行評分，綜合評分8 分為清淤效果良好，符合工程要求；綜合評分4～7 分為清淤效果一般，需對評分較低的方面進行檢查維護；綜合評分低于4 分視為清淤效果較差，需返工重新修改完善清淤方案后再次清淤。同時，清淤效果評估應短期檢測與長期監測相結合，保證評估的有效性和科學性，從而為清淤后河道生態的總體恢復及沿河兩岸居民生活環境的改善保駕護航。