河海直達航道工程懸浮泥沙擴散的環境影響研究
——以大蘆線東延伸航道整治工程為例

夏愛梅

（上海達恩貝環境科技發展有限公司，上海 200127）

0 引言

根據《“十四五”現代綜合交通運輸體系發展規劃》(國發〔2021〕27 號)[1]，“十四五”時期將深入推進運輸結構調整，推動大宗貨物和中長途貨物運輸“公轉鐵”“公轉水”。

隨著運輸結構調整規劃的實施，將有一批航道建設或維護工程開工建設，涉水工程施工作業劇增，對區域水環境的影響將日益加劇。因此，對此類涉水工程施工對水域環境的影響機理、范圍、程度及減緩措施的研究尤為迫切。

本文以河海直達-大蘆線東延伸航道整治工程為例，該工程位于內河與海洋交匯處，潮汐、淡水徑流、波浪、風等多樣化水文動力構成了入?？趶碗s的動力場系統，同時邊界條件差異大且多變，使得此區域的懸沙擴散、輸移、沉積過程復雜。定量分析河海交界處不同水動力條件下，懸沙輸運的影響范圍和程度，為相似區域、同類工程環境影響評價提供技術支撐和科學預判，并為航道疏浚作業方式、時間、疏浚工具的選擇提供依據。

同時，利用該工程地理位置特點，通過情景設置，比較內河航道和外海航道疏浚作業過程中懸沙擴散影響的動力差異，闡述長江入?？趨^域懸沙擴散的主要影響因素，為區域生態環境保護提供技術支撐，進而提高涉水工程的施工質量。

1 大蘆線東延伸航道工程概況

大蘆線東延伸航道整治工程西起大治河（內河航道），東至長江口南槽南支航道（外海航道），呈東西走向，航道總里程約19.6km。見圖1。

圖1 工程地理位置分布圖

2 懸浮泥沙擴散不同預測情景及后果分析

2.1 懸浮泥沙擴散模型構建及水動力條件選取

此次采用耦合平面二維非恒定流和懸浮泥沙擴散數學模型來描述懸浮泥沙的運動形態。

平面二維懸浮泥沙擴散方程如下：

式（1）中：S為懸浮物濃度，在此代表懸沙增量；Dx、Dy為x、y向紊動擴散系數；M為懸浮物釋放源強，-kS為沉降項。

此次懸浮泥沙擴散模型采用近年來最不利的2020 年8 月洪水季大小潮時潮差、最大流速等水文動力參數進行預測。

2.2 懸浮泥沙源強計算

根據《水運工程建設項目環境影響評價指南》[2]，航道疏浚過程產生懸浮泥沙（SS），按下面公式進行計算：

式（2）中：Q 為疏浚時懸浮物發生量（t/h）；W0為懸浮物發生系數（t/m3）；R0為W0時的懸浮物粒徑累積百分比（%）；R 為現場流速懸浮物臨界顆粒粒徑累積百分比（%）；T 為疏浚效率（m3/h）。

此次選擇4m3、8m3抓斗挖泥船和2400m3小型耙吸船三種挖泥機具，泥沙排放時間均為10h/d，懸浮物懸浮臨界流速按Camp 公式進行計算。經計算，4m3、8m3抓斗式挖泥船、2400m3小型耙吸船的疏浚源強分別為2.2kg/s、4.4kg/s、24kg/s。

2.3 模擬情景設置

為探索懸沙擴散范圍和程度的關鍵影響因素，本文根據挖泥機具種類和規格，分別單點、集中及不同位置進行數值模擬，均設置為固定連續點源，釋放時間10h。

2.3.1 單點施工

根據工程區域的實際工況條件，三種挖泥機具單點挖泥模擬情景如下：

情景1：內河段1#，1 艘4m3抓斗挖泥船。

情景2：內河段2#，1 艘4m3抓斗挖泥船。

情景3：外海段3#，1 艘8m3抓斗挖泥船。

情景4：外海段4#，1 艘艙容2400m3小型耙吸船。

情景5：外海段5#，1 艘艙容2400m3小型耙吸船。

單點模擬情景位置見圖2。

圖2 單點模擬情景設置點位分布圖

2.3.2 集中施工

3 種集中數值模擬情景如下：

情景6：13 艘4m3抓斗式挖泥船在內河段6#作業區疏浚。

一個男人走了進來，他五十來歲，蓄著小胡子，棕色的頭發梳向后腦勺，一雙眼睛如鷹眼一般銳利。他身上穿著一套海藍色的西服，深色的鹿皮皮鞋。后來有幾次，我曾夢見他推門走進來，頭發依舊像二十多歲的年輕人那樣烏黑。

情景7：13 艘4m3抓斗式挖泥船在內河段7#作業區疏浚。

情景8：3 艘8m3抓斗式挖泥船在外海段8#作業區疏浚。

集中模擬情景位置見圖3。

圖3 集中模擬情景設置點位分布圖

2.4 懸浮物擴散預測結果

根據2.3 章節，本文設置了8 種疏浚作業模擬情景，其中5 種單點疏浚施工情景（1#～5#），3 種集中疏浚施工情景（6#～8#）。通過集成各施工點的懸沙包絡線圖，得到工程區域施工的懸沙包絡線范圍。見表1、圖4。

圖4 懸沙包絡線范圍圖

表1 懸沙包絡線范圍統計單位：km2

從懸沙包絡線范圍可知，雖然內河段疏浚量為外海段的4 倍，但高濃度（＞100mg/L）懸沙增量區域范圍基本相似，低濃度（＜50mg/L）懸沙增量區域范圍成反比，且大潮期基本為小潮期的2 倍。主要原因為內河段徑流流速比潮流小，且內河段航道兩側均為閉邊界。

為探索懸沙擴散范圍和程度的關鍵影響因素，該報告根據預測結果，計算單位源強、單位疏浚量懸沙增量范圍和程度，分析影響懸沙擴散的關鍵因素。單位源強、單位疏浚量懸沙增量范圍和程度見表2、表3。

表2 單位源強懸浮物增量值最大影響面積統計單位：km2

由表2、表3 可知：

表3 單位疏浚量懸浮物增量值最大影響面積統計單位：km2

第一，內河及入?？谔幩鲃恿^弱，單點施工高濃度（＞100mg/L）懸沙增量擴散范圍大、小潮基本一致，隨著濃度降低，大、小潮導致的擴散范圍差異劇增；

第二，外海段潮流動力較強，單點施工懸沙各濃度增量區擴散范圍大、小潮差異較小，小潮期略小于大潮期；

第三，內河段集中施工高濃度（＞100mg/L）懸沙增量擴散范圍比單點施工大，低濃度（＞10mg/L）懸沙增量擴散范圍比單點施工小0.2～0.5 倍，且內河段大潮期擴散范圍是小潮期的2～10 倍；

第四，外海段集中施工懸沙各濃度增量區擴散范圍及大、小潮差異與單點施工基本一致。

其二，單位疏浚量懸沙擴散范圍分析結果：

第一，內河段大潮期隨懸沙濃度遞增，擴散范圍呈現等量梯度遞減；小潮期擴散范圍變化較小；

第二，外海段隨懸沙濃度遞增，擴散范圍呈現等量梯度遞減，大、小潮變化規律一致，且各濃度增量擴散范圍高濃度區（＞100mg/L）基本一致，低濃度區（＜50mg/L）大潮期為小潮期的2 倍。

2.5 懸沙擴散影響因素分析

根據分析結果可知：

第一，懸沙擴散范圍受疏浚作業方式影響較大，集中疏浚導致施工區域產生高濃度懸沙增量，但懸沙增量整體擴散范圍比零星、流水線式作業倍數減小。此結論與陳翔、王義剛等對《海域環境對懸浮泥沙擴散影響的敏感性分析》的研究結論“本底含沙量越大，同一源強下，懸浮泥沙擴散范圍越??；本底含沙量對低濃度增長區的影響大于高濃度增長區”一致。

第二，懸沙主要受潮流、徑流水動力驅動而擴散，低濃度懸沙增量區域范圍大潮期比小潮期大，高濃度懸沙增量區域范圍大、小潮基本一致。

因此，建議疏浚作業選擇枯（平）水期、盡可能集中區域快速施工。

2.6 疏浚懸沙環境影響及措施建議

根據數模計算，施工懸浮物影響區域主要集中在施工區域及其附近水域。內河航道疏浚引起的懸浮泥沙影響主要集中在船閘口門以內，航道兩側位置，懸沙增量10mg/L 以上的最大范圍為5.73km2。外海航道疏浚引起的懸浮泥沙影響主要集中在航道兩側區域，懸沙增量10mg/L 以上的最大范圍為13.23km2。

根據相關工程實踐，施工引起的懸浮物擴散主要限于施工時，施工結束后數小時內（與源強、施工結束的時刻有關），人為增加的懸浮物濃度迅速衰減至10mg/L 以下。

基于影響分析結果，除了前述疏浚作業選擇枯（平）水期、盡可能集中區域快速施工外，還應盡量采用耙吸船疏浚，可以縮短施工時間。此外，通過減少挖泥船溢流、精準定位疏浚點，也可以有效控制懸沙影響范圍。

3 結語

疏浚等工程建設擾動水體引起懸浮物濃度增加，對周邊海洋生態環境造成一定影響。但施工活動對海洋生態和漁業資源影響主要集中在工程區域，不會對周邊區域生物多樣性帶來較大影響，通過增殖放流等措施可以減緩對海洋生態損失的影響。