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浅析反向对流吹填排水工艺在沿海水质敏感区的应用设计 摘 要：本文结合北海港铁山港区航道疏浚二期扩建工程施工区周围实际条件和吹填工程情况，设计反向对流吹填排水系统工艺，成功应用于吹填工程排水，大大降低吹填尾水的浑浊度，减少吹填施工对周围海域不良影响，该工艺在水质敏感的养殖区海域吹填项目应用较好。 关键词：排水 工艺 沿海 水质 泥沙 1.前言 近年来，为解决土地稀缺问题和促进沿海经济发展，吹填造陆被越来越多的运用到工程施工中。吹填造陆是将一定比例的砂、泥浆和海水混合成浆体，并用吹管运输至指定区域，经过排水固结形成陆域的土地开发技术。文中根据北海港铁山港区航道疏浚二期扩建工程为例，探讨反向对流吹填布置在水质敏感区的施工应用。 2.工程概况 2.1 建设规模及内容 北海港铁山港区航道疏浚二期扩建工程位于北部湾东部的铁山港湾，起于湾口铁山港5万吨锚地附近的A点，终至规划的铁山港西港池北暮作业区16#泊位东侧Z点，全长约18.7km，建设规模为按10万吨级散货船舶单向乘潮保证率90%标准建设，同时考虑兼顾满足26.3万立方米LNG船等船型安全通航的要求。主要施工内容包括：吹填区临时围堰工程施工、临时储泥坑疏浚吹填施工、航道疏浚及疏浚土直接吹填和二次转吹施工、航标工程施工等。设计工程量（含施工期回淤量）为2232万立方米，疏浚泥土全部采用内吹方式处理，其中挖运吹约1617万立方米，运至C点附近的临时卸泥坑卸下，再用绞吸式挖泥船进行二次转吹填至指定吹填一区，单程平均运距约6.0km；直接吹填约615万立方米，平均吹距约3.5km疏浚土，通过绞吸船直接吹至吹填二区。 2.2工程技术难点问题 （1）本工程若采用传统常规的吹填排水布置方法，会因吹填施工后期吹填细颗粒积堆在排水口前沿，流径短，泥浆水力停留时间短，吹填泥浆得不到有效沉降，造成吹填流失量大。 （2）铁山港区是广西壮族自治区北海市所辖的一个市辖区，是世界著名的“南珠”产地。濒临全国四大渔场之一的北部湾渔场，沿海滩涂17.5万亩，是珍珠、牡蛎、对虾、文蛤、青蟹、方格星虫等优质海养产品的天然养殖场，同时也是习近平主席提出“一带一路”重大战略有机衔接的重要门户。吹填泥浆未经过足够沉积过程会导致排入海水中的尾水浑浊度过高，影响周边海域养殖的水质浓度，严重的会造成整个排放海域养殖物以及红树林的大量死亡，对环境造成难以恢复的恶劣影响。 （3）吹填泥浆大量流失的情况下，势必要加大吹填工程量，增加船舶开挖时间及开挖航道疏浚工程量，同时也会造成更多的吹填量流失及水质污染。 （4）传统的吹填布置在后期吹填排水活动范围小，吹填水上涨快，必须加高围埝标高，防止吹填水外溢冲跨围埝，同时也会造成吹填边角和死角的出现。 2.3 施工目标及施工工艺方法设置 （1）如何降低吹填尾水浓度：根据本工程的实际情况，如何降低吹填尾水排放浓度成为本工程需要解决的重点问题。又因吹填水中泥沙浓度的下降方式主要为泥沙的自然沉降，因此若能在排出吹填区之前完成绝大部分的泥沙沉降即可达到施工经济安全并很好的兼顾环保的要求。 （2）反向对流吹填工艺方案设置。传统吹填方式为由一个方向作为吹填水的进入方向，经过在吹填区内的长距离流动，泥沙等固态物质自然沉降，较纯净的水流通过另一个方向的排水口流出，以此形成陆域。在前期吹填过程中，吹填水有足够的距离进行自然沉降，但在后期吹填区域内大部分陆域已经形成、有较大高差的情形下，收尾区域没有足够长的沉降路径。基于这些方面考虑，设计的反向对流吹填工艺方案，其思路是充分利用前期吹填区内纳水量大的优势，首先吹填覆盖泄水口前区域，然后在已形成陆域内人工开挖一条排水通道作为排水路径，再吹填距排水口较远的区域，以此达到延长吹填水沉降距离的目的。 3.反向对流吹填工艺方案设计 吹填水通过管线排至吹填区后，汇流到排水渠?龋?形成非均匀悬浮液，在排水渠的外排过程中，泥沙沉降所需距离，与排水渠内流速、排水渠高度、泥沙粒径和沉降速度有关。不同粒径的泥沙在不同状态下沉降速度不同，当求出泥沙沉降速度后，可根据明渠高度和流速求出其沉降所需的大致距离。由此可见，该方案的关键在于泥沙沉降速度的确定及沉降所需距离确定。 3.1沉降速度确定 3.1.1 沉降速度的计算方法 根据实践来说，遇到的是有一定粗、细颗粒含量的非均匀砂浑水悬浮液，浑水的含沙量和粒径级配是已知的，可按公式计算浑水的粘滞系数、运动粘滞系数。将非均匀砂分组，根据各组的粒径和所占重量的百分数，可以求得其分组沉速。再按经验公式求出该非均匀砂浑水悬浮液考虑了含沙量影响的群体沉速。从工程泥沙角度考虑可简便地按含沙量1960N/m3，作为高、低含沙量的分界值，当含砂量大于分界值时，应考虑含沙量对沉速的影响。 在沉降速度的研究中，现在存在多种经验公式，如斯托克斯公式（即球体公式）、冈恰洛夫公式、沙玉清公式、张瑞瑾公式、窦国仁公式等等，都有不同的使用范围和参考价值，在本次计算中，我们根据经验采用原水电部推荐公式出发，考虑采用以下公式进行沉降速度计算： （1）层流区（d1.5mm） （3）过渡区（0 . 1 m m d1.5mm） 具体计算?r，可根据已知条件，将公式适当变型以便利计算。泥沙下沉时的三种运动状态可通过泥沙粒径或砂粒雷诺数判断。 3.1.2 沉降速度的试算 根据本项目吹填区排水明渠（尺寸为深1m、宽10m）初始位置实测的平均含沙量S=6.94KN/m3，平均泥沙级配如表1所示，测验时水温t=20。 根据泥沙级配可求得： 根据不同粒径，进行试算，得出其相应沉降速度，根据设计排水明渠尺度，其排水渠（1m深）或沉淀内沉降所需距离最大值如表3（距离取整数）。 由此可见，在排水明渠断面尺寸为1m10m时，300m即可满足细沙以上土质沉降，对粉砂、粘土和淤泥继续进行细分计算（见表4） 在满足排水渠长1200m的时候，预计能完成87.5%的泥沙沉降。 3.3沉降效果分析 由上述计算结果进行初步估计，考虑到吹填水从管头至排水渠（距离50m左右）的过程，至少有54.4%的泥沙已经完成沉降，300m范围内至少有74.5%的泥沙沉淀，在经过1200m的排水渠（断面尺寸1m10m）后，有87.5%的泥沙可以完成沉降，其余泥沙经排水明渠后进入沉淀池。 北海港铁山港区航道疏浚二期扩建工程施工过程按照该设计方案，结合现场实际进一步细化实施后，目前施工主体工程基本完成，施工效果好，施工质量优良。 4.结语 应用反向对流吹填排水布置施工方法，有效降低了吹填泥浆流速，延长了吹填细颗粒土质的沉淀路径，使细颗粒得以有效的沉降在吹填区内，并使吹填尾水净化后排放，优化了吹填施工环保措施，在海洋环保日益严格要求下具有广阔的应用前景，并在工