城區河道閘前漂浮污染物處理措施探析

張維杰，王子文，邢 軍

（1.山東省水利科學研究院，山東 濟南 250014；2.山東省水資源與水環境重點實驗室，山東 濟南 250014；3.中國水利水電科學研究院，北京 100038；4.蘭陵縣水利局，山東 蘭陵 277700）

隨著社會經濟及城市建設的迅速發展，城市人口急劇擴張，產生了大量生活垃圾。這些生活垃圾有的堆放在河道兩岸，有的甚至直接進入河道系統中，尤其是每年豐水期，隨著徑流增加、河道水位上升，兩岸大量生活垃圾進入河道，形成水面漂浮污染物。與此同時，城區河道中閘壩的修建破壞了水系的連通性，改變了河道水動力特性，造成大量漂浮物聚集在閘壩前，不但造成水體污染加劇，更破壞了城市生活環境，對沿河水質、水面景觀、供水等都產生不利影響。

目前，對水面漂浮污染物的治理研究多為庫區漂浮污染物，城區河道水面漂浮物研究較少。城區河道常用的漂浮物治理措施主要為沿河打撈，不僅浪費大量的人力，而且清漂效率低、效果差，特別是豐水期，河道水流流量大、流速快，還會對打撈人員生命安全構成威脅；對于打撈上岸的漂浮物，通常采用簡單堆放、衛生填埋、焚燒、堆肥和再生利用[1]等單一后處理措施，存在諸多不足。因此，參照庫區水面漂浮物治理措施，在河道攔河閘段設計一套適用于城區河道的有效漂浮物治理設施，具有十分重要的現實意義。

1 水面漂浮污染物概述

1.1 漂浮污染物來源和組成

河道水面漂浮污染物主要來源[2-3]包括：1）汛期沿河道兩岸隨雨水沖刷進入河網的垃圾，主要包括生活垃圾和雜草、樹枝等；2）沿河兩岸城鎮、鄉村和工礦企業修建的垃圾場，坡上垃圾滑落水中，形成垃圾帶；3）水體富營養化造成水葫蘆、綠藻等猖獗，產生水生植物漂浮污染物；4）通航河道中還包括過往船只、乘客倒入河中的垃圾。對于城區河道，由于兩岸人類活動頻繁，漂浮污染物的來源主要為前兩個方面。

河道漂浮污染物的組成主要包括：1）舊玻璃瓶、廢舊塑料制品等生活垃圾和工業垃圾，此類漂浮物一年四季均有，是城區河道漂浮物的主要成分；2）樹枝、樹根、落葉、秸稈等，多出現在汛期和秋季；3）意外事故類漂浮物，主要為人畜尸體、房屋舊料和木材等，多是由汛期暴雨形成災難性洪水造成的，此類污染物較少。

1.2 漂浮污染物影響因素

1）與河道流量關系密切，隨流量的增大而逐漸增多。流量較小時，河道水流所攜帶的漂浮污染物較少，主要為塑料泡沫、水草、樹枝、生活垃圾等較輕的污染物；隨著流量逐漸增大，水流所攜帶的污染物數量開始增加，單個重力增大，種類增多。

2）與洪水場次有關，一般每年第一場洪水所攜帶的污染物種類、數量較多。非汛期河道流量較小，斷流也時有發生，河道兩岸邊坡、灘地成為垃圾的集聚場所。每年第一場洪水會把這些堆積的垃圾沖到河道中，導致第一場洪水的漂浮污染物較多。如果第二場洪水比第一場洪水小，那么污染物的種類、數量將明顯減少。

3）與河道水流來源有關。來源于城鎮區域的水流，其所攜帶的漂浮污染物主要為塑料泡沫、生活垃圾、編織袋等；來源于山區、丘陵等地帶的水流，主要攜帶樹木、樹枝、麥草等漂浮污染物。

2 漂浮物治理常用設施

2.1 導漂設施

漂浮污染物會隨著水流方向漂動，同時也受風力和風向的影響。要改變漂浮污染物的流動方向，關鍵是改變表層水流的流向[4]。導漂設施正是基于此原理設計而來的，利用導流結構調整水流表層流向，使漂浮物按照既定路線流動，便于漂浮物攔截、收集。

常用的導漂設施有水流表層導漂屏、浮動型承水擋誘導漂子、人工浮動式誘導渠道共3 種。其中，水流表層導漂屏通常是由竹材、板條等組成的水工結構物，有效水流寬度為水深的1.0～1.2倍范圍內，導漂效果主要受屏板與水流方向的夾角影響；浮動型承水擋誘導漂子由浮筒連接而成，具有平衡漂子所受水流、漂浮物和風的作用力與承水擋所受水流作用力的特點，從而使其能在河流中保持所需位置，控制并引導漂浮物沿規定路線和方向漂流；人工浮動式誘導渠道通常由入口、誘導渠道、渠道漂子、出口等幾部分組成。

2.2 排漂設施

排漂設施主要包括排漂孔、泄水閘、溢流堰等水工建筑物。工程中，通過合理布置排漂設施，使洪水中的漂浮物盡可能通過建筑物，避免漂浮物在擋水建筑物前堆積，堵塞其他水工建筑物，帶來經濟損失，甚至造成工程安全事故。排漂設施是當前應用最為廣泛、治漂效果較好、效率較快的漂浮物治理措施，在葛洲壩、三峽等許多大型水利工程中得到廣泛應用。但其存在只是將漂浮污染物下泄，而不能從根本上徹底清理的缺點，這會造成大量污染物在下游聚集，帶來更大治理難度。

2.3 攔漂設施

攔漂設施是將上游漂流而來的污染物攔截到特定區域或岸邊，防止漂浮物繼續流向下游，其可單獨設置，也可與導漂設施聯合運用[5]。這一設施的設計思路是將河道上下游作為一個大系統，即上游攔截的漂浮物越多，則下游重攔、清漂浮物工作量越小，是一種徹底清除水面漂浮物的工程措施。

攔漂設施主要有攔污柵、攔漂排和羊圈工程。攔污柵是工程中最常見、應用最為廣泛的攔漂設施，常設在泵站、水電站的進水口處，起到保護機組、閘閥及管道不受損害的作用。攔漂排通常在水電站進水口處設置，用于攔截一些具有一定尺寸的污染物。祁濟棠等人借鑒洪流中漂木動態與洪水漂浮物動態相同的特點，參照洪水單漂流送生產工藝收集洪水漂木的技術措施，提出利用羊圈工程收集漂浮污染物。

2.4 撈漂設施

撈漂裝置主要有拖船拖網、撈漂船、岸式輸送機、反鏟挖掘機等。其中，拖船拖網和撈漂船主要用于水上漂浮物打撈，岸式輸送機和反鏟挖掘機則用于岸邊聚漂區漂浮污染物的打撈。拖船拖網將漂浮污染物收集并運送到垃圾處理點，可分為單船拖網和雙船拖網兩種作業形式。撈漂船是一種集“收集—濾水—壓縮—運輸”等多功能于一體的打撈設備。

3 城區河道漂浮物治理設計

與山區河道相比，城區河道具有底坡較緩、河道順直、水流平穩等特點。河道漂浮物類型上以生活垃圾為主，如廢舊塑料制品，質量較輕、體積小，樹木、樹根等大型漂浮物較少；數量上，主要集中在汛期，隨來流量增加而增多，平枯水期較少，比較分散。因此，確定城區河道漂浮污染物治理原則為：豐水期自動清漂、枯水期集中人工打撈。

以某城區河道為例，進行漂浮物治理措施設計。河道攔河閘段采用水閘與溢流堰相結合的布置形式。水閘共1 孔，位于河道正中位置，兩側布置兩孔溢流堰。

根據城區河道及其漂浮物特點和治理原則，借鑒庫區漂浮物治理措施，城區河道漂浮物治理借助水閘一側溢流堰，采用浮動型承水擋誘導漂子、攔污柵與岸式輸送機相結合的方法徹底清理閘前水面漂浮物。

3.1 浮動型承水擋誘導漂子

在攔河閘上游設置一浮動型承水擋誘導漂子。該浮動型承水擋誘導漂子傾斜布置于閘前，與水流方向的夾角為45°，起點位于閘室前河道左側主槽邊緣，終點位于右側閘墩邊緣。其由鋼絲繩將一節節浮筒連接而成，可依水流、漂浮物和風對漂子的作用力與水流對承水擋的作用力相互平衡，對水位波動具有一定的適應性。

當上游來漂進入閘前水域誘導漂子作用范圍內時，誘導漂子通過改變表層水流流動方向，進而改變隨流漂浮物的流向，使其按規定的路線漂流，順暢地聚集到閘門一側溢流堰前聚漂區，達到漂浮物自流化的目的。浮動型承水擋誘導漂子的設置可避免漂浮物在閘前聚集，影響閘門運行、破壞城市水景觀，也可阻止漂浮物隨閘門調度下泄，加重下游治理負擔。同時，還為城區河道漂浮物聚集到溢流堰前，進行集中打撈提供了可能。

3.2 攔污柵

攔污柵布置于閘門右側溢流堰前，截留由浮動型承水擋誘導漂子誘導而來的漂浮物，形成聚漂區，以便進一步打撈治理，防止由于打撈不及時，漂浮物經溢流堰繼續向下游漂流。為保障攔污柵安全運行，應及時對攔污柵前聚集的漂浮物進行打撈，防止其由于受力過大而破壞。

3.3 岸式輸送機

岸式輸送機輸送帶底端深入到攔污柵前聚漂區內，將汛期聚漂區內聚集的大量漂浮物打撈上岸；輸送帶另一端可直接連接漂浮物輸運裝置，避免打撈上岸的漂浮物堆積在城區河道沿岸，影響城市水景觀。岸式輸送機的設置可有效提高汛期漂浮物的打撈效率，保障打撈人員人身安全。

根據漂浮物治理原則，豐水期，河道流量大、水位高，經浮動型承水擋誘導漂子誘導而來的大量漂浮污染物聚集到攔污柵前，為節省人力，保障打撈人員安全，提高清理效率，采用岸式輸送機打撈柵前漂浮污染物；平枯水期，河道流量小、水位低，河流水動力不足，漂浮物少而分散，聚集而來的漂浮污染物建議人工打撈，此時，若要采用岸式輸送機打撈，可在溢流堰一側設置一排漂孔，可有效增加河流水動力。

4 漂浮污染物后處理

對于打撈上岸的漂浮污染物，目前國內外的后處理方法主要有簡單堆放、衛生填埋、焚燒、堆肥和再生利用。由于漂浮物種類較多，化學成分復雜，如果采取單一處理方法，會造成漂浮物中大量可回收資源浪費，且不符合垃圾資源化處理原則。因此，改變目前單一處理垃圾的不合理方式，建立相對科學合理的漂浮物綜合處理方法，顯得十分必要。在上述幾種主要處理方法中，盡管直接焚燒法可以在一定程度上實現漂浮物的資源化、無害化和減量化處理目的，但這種方法一次性投資費用巨大，且需要嚴格的管理水平和較高的設備維修技術，這在我國大部分地區尚不能推廣。此外，在焚燒產生的廢氣中含有大量二噁英等有害氣體，直接排放會造成大氣污染，現有的廢氣凈化系統也不能完全凈化。因此，漂浮物的后處理建議采用“再生利用+堆肥處理+衛生填埋”的綜合處理方法。

5 結語

借鑒庫區水面漂浮物的治理和后處理措施，總結了四類庫區漂浮污染物治理措施，根據城區河道底坡較緩、河道順直、水流平穩及漂浮物質量較輕、體積小、汛期集中、枯水期分散的特點，提出了“豐水期自動清漂、枯水期集中人工打撈”的城區河道漂浮物治理原則，并設計了一套“攔污柵+浮動型誘導漂子+岸式輸送機”相結合的自動撈漂設施。對于打撈上岸的漂浮物，其后處理建議采用“再生利用+堆肥處理+衛生填埋”的綜合后處理方法。