环保疏浚及其控制研究可复制黏贴 优秀毕业论文.pdf

y 分类号 女鳗密纽 五：5 啦望 u d c ( d d c ) 照卫一 河每大哮 工程硕士专业学位论文 环保疏浚及其控制研究 张晴波 指导教师姓名t 置厶地副教控 河燕盘堂窑道堂睦 单位导师l l 基四直缝王狸蛆虫童盘虹遵蛰塞煎d ：皿盎睦直照垒围 申请学位级别_ 王程亟一学科领域建莹与主盥 论文提交日期。上地王生三座幽且论文答辩日期：娅型e 且上咀 学位授予单位和日期：扭捱盘坐2 q q 2 生臼驶且 答辩萤员会主席：缝金竖蛰接一论文评阅人：益l e 蛊熬撞、畦地嘎商1 2 0 0 7 年6 月中国南泉 环保疏浚及其控制研究 工程硕士研究生姓名；张晴波指导老师：管人地副教授工程领域：建筑与土木工程 摘要：污染水体在外源得到有效控制后，采取环保疏浚等工程措施控制河湖水体内源是 必要的。环保疏浚以清除河湖污染底泥为目的，环保疏浚区别于常规疏浚最重要的特点是要 与水生生态系统的恢复和重建相协调。根据水环境治理和生态恢复规划开展环保疏浚，并通 过环保疏浚创造有利于生态恢复的条件。 疏浚工程挖掘、提升、水平运输、处置四个步骤中，挖掘的控制是第一步的，主要应从 提高疏挖精度、控制悬浮物扩散两个方面开展研究国内环保疏浚起步较晚，在这两方面的 研究和开发与国际水平有定差距。从经济、实用角度分析，对国内现有中小型常规疏浚设 备进行技术改造，满足环保疏浚的要求，是目前国内环保琉浚技术发展的主要方向。本文以 国内普遍采用的绞吸挖泥船为母船，从提高疏挖精度、控制悬浮物扩散两方面开展专题研究。 疏浚船垂直定位可通过水面换算定位或采用r t k - - - g p s 定位两种方式。通过水面换算 定位在适用条件下疏挖精度可满足要求，但在狭窄、封闭或风浪等水域。疏挖精度受到一定 影响。而采用r t k - - g p s 定位可达到相同精度，并可克服通过水面换算定位的一些应用限 制，提高系统的适用性。疏挖糖度还受疏浚设备、施工工艺参数( 如绞刀横移和转速、泥泵 流量) 、土质等因素影响，但采用本次研究的控制系统，疏挖精度可以达n 9 5 的目标。 上述研究成果在示范工程中得到检验和应用，并实现了预定目标。 关键词；环保疏浚、精度、扩散、控制 在读期问发表重要学术论文 l 、张晴波、肖勇、戴承札、张景明，上海外高桥港区陆域形成与地基处理，水运工程2 0 0 2 年1 0 期4 5 - 4 7 2 、张晴波，云南洱海湖滨带生态恢复工程基底修复方案研究，水运工程2 0 0 2 年l o 期5 0 - 5 2 3 、张睛波、陆欣华、周海，环保疏浚与生态恢复，2 0 0 4 年7 月中国琉浚协会港航琉浚设计 施工专业委员会技术交流会论文集 4 、张晴波，洋山深水港区一期工程陆域形成，人民交通出版社上海国际航运中心洋山深水 港区一期工程论文集3 0 6 - 3 1 2 5 、张晴波、陆欣华、周海，洱海湖滨湿地生态恢复，世界疏浚协会联合会第十八届世界疏 浚会议论文集 作者简介：张晴波，男，1 9 7 2 年生，1 9 9 4 年毕业于河海大学港口与航道工程专业并获 工学学士学位 e n vir o n m e n t ai d r e d g in ga n dit so o n t r oir e s e a r c h c a n d i d a t e ：z h a n gq i n g b o a d v i s o r ：p r o g u a nr e n d i w o r kf i e l d ：b u i l d i n gs o dc i v i le n g i n e e r i n g a b s t r a c t ：w h e nt h ep o l l u t e dw a t e rb o d yh a sb e e nc o n t r o l l e de f f e c t i v e l yi nt h eo u t s o n r c e ，i ti sn e c e s s a r yt oc o n t r o lt h ei n n e rs o n r c eo fr i v e ra n dl a k ew a t e rb o d y b yt h ee n v i r o n m e n t a ld r e d g i n ge n g i n e e r i n gm e a s u r e m e n t t h ep u r p o s eo f t h e e n v i r o n m e n t a ld r e d g i n gi st or e m o v et h ep o l l u t e db o t t o mm u di nt h er i v e ra n dl a k e t h es i g n i f i c a n ta d v a n t a g eo ft h ee n v i r o n m e n td r e d g i n gd i f f e r e n tt oc o n v e n t i o n a l d r e d g i n gi st ot a k et h ec r e a t i n gc o n d i t i o nf o rt h er e s t o r a t i o na n dr e g e n e r a t i o no f t h eh y d r o p h i l i cb i o g e o c e n o s ei n t oc o n s i d e r a t i o n c a r r y i n go u tt h e e n v i r o n m e n t a l d r e d g i n ga c c o r d i n gt ow a t e re n v i r o n m e n tt r e a t m e n ta n de c o l o g i cr e s t o r a t i o np l a n n i n g ， a n dc r e a t i n gt h ec o n d i t i o nt h a tm a k e sf o rt h ee c o l o g i cr e c o v e r i n gb ym e a n so f e n v i r o n m e n t a ld r e d g i n g n 幛e x c a v a t i n gc o n t r o li st h ef i r s ts t e pa m o n g t h ef o u rs t e p so fe x c a v a t i n g ，l i f t - u p ， h o r i z o n t a lt r a n s p o r t a t i o na n dt r e a t m e n t t h er e s e a r c hs 1 1 a 1 1b em a i n l ya i m e da tt w o r e s p e c t s ：i m p r o v e m e n to fe x c a v a t i o na c c u r a c ya n dp r e v e n tt h es u s p e n s i o nm a t e r i a l f r o md i f f u s i n g s i n c et h es t a r to fd e v e l o p m e n ti ne n v i r o n m e n t a ld r e d g i n g d o m e s t i c a l l yi sr a t h e rl a t e r ，t h e r ei sc e r t a i nd i s p a r i t yi nt h es t u d ya n dd e v e l o p m e n t o ft h e s et w or e s p e c t sw i t ht h ei n t e r n a t i o n a ll e v e l f r o mt h ep o i n to fv i e wo fe c o n o m y a n dp r a c t i c a l i t ya n a l y s i s ，p r o c e s s i n gt h et e c h n i c a lm o d i f i c a t i o nf o rt h ee x i s t i n g m i d d l ea n ds m a l ls c a l e dr o u t i n ee n v i r o n m e n t a ld r e d g i n ge q u i p m e n ti no r d e rt om e e t w i t ht h er e q u i r e m e n to ft h ee n v i r o n m e n t a ld r e d g i n gi sn a t i o 舱1c u r r e n tm a j o r d e v e l o p i n gh e a d i n g i nt h i s t e x tt h et w or e s p e c t so fi m p r o v i n gt h ee x c a v a t i o n a c c u r a c ya n dp r e v e n tt h es u s p e n s i o nm a t e r i a l f r o md i f f u s i o nw i l lb es p e c i a l l y s t u d i e db a s e do nt h ec u t t e rs u c t i o nd r e d g e ra st h em o t h e rs h i pw h i c hu s e dc o m m o n l y i no u rn a t i o n ， ， t h ev e r t i c a lp o s i t i o n i n go ft h ed r e d g ec a nb ed o n eb yw a t e rc o n v e r s i o nc a l c u l a t i o n p o s i t i o n i n go ru s et h em e t h o do f 盯i 【一吒p sp o s i t i o n i n g e v e nt h ee x c a v a t i n ga c c u r a c y c a nb em e e tw i t ht h er e q u i r e m e n tu r d e ra p p l i c a b l ec o n d i t i o nb yt h ew a t e rc o n v e r s i o n c a l c u l a t i o np o s i t i o n i n g ，b u tt h ee x c a v a t i o na c c u r a c yw i l lb ei n f l u e n c e di nc a s eo f n a r r o w , c l o s e do rs t o r mw a t e ra r e 文t h ea p p l i c a t i o no fr t l 【_ _ g p sp o s i t i o n i n gm e t h o d s h a l ln o to n l yr e a l i z et h es a m ea c c u r a c ya st h ew a t e rc o n v e r s i o nc a l c u l a t i o n ，b u t a l s og e to v e ra p p l i c a t i o nl i m i t a t i o nf r o mt h ew a t e rc o n v e r s i o n c a l c u l a t i o n p o s i t i o n i n gw i t ht h es y s t e ma p p l i c a b i l i t ye n h a n c e d t h ee x c a v a t i n ga c c u r a c ya l s o d e p e n d so nt h ed r e d g i n ge q u i p m e n t ，c o n s t r u c t i o np r o c e s sp a r a m e t e r ( s u c ha st h e t r a v e r s em o v e m e n ta n ds p e e do ft h er e a m e r ，t h ef l o wr a t eo ft h es l u r r yp u m p ) ，s o i l e t c b u tt h ee x c a v a t i n ga c c u r a c yw i l lb er e a c hu pt ot h et a r g e to f l o c mw i t ht h e s t u d i a dc o n t r o ls y s t e mi nt h i st e x t t h er a n g eo ft h ed i f f u s i o nq u a n t i t yd e p e n d so nt h es o i lt y p e p r o c e s sp a r a m e t e r ( t h e e x c a v a t i n gh e a dr o t a t i o ns p e e d ，g r a i nd e p t ho ft h ec u t ，t h ef l o w r a t eo ft h es l u r r y p u m pe t c ) 。e x c a v a t i n gh e a ds t a n c ea n dt h el o c a t i o no fs u c t i o ni n l e te t c 孙es t u d y i sc a r r i e do u ti nt h ea s p e c t so fs e d i m e n ts e t t l e m e n tc h a r a c t e r i s t i c ，c u t t e rh e a d g u a r d ，d i f f u s i o nm e c h a n i s m ，t r a v e r s es h i f td i r e c t i o na n ds u c t i o ni n l e tl o c a t i o ne t c t h et a r g e to fd i f f u s i o nr a n g e 5 mw i t hf i n eg r a i nr e m o v er a t e 9 5 c a nb er e a l i z e d b ya d d i n gt h ec u t t e rh e a dg u a r d ，c o n t r o lt h ep r o c e s sp a r a m e t e r ，s e tu pd o u b l es u c t i o n i n l e t k e yw o r d ：e r l v ir o n m e n t a id r e d g i n g a c c u r a c y d i 仟u s i o f l c o n t r o l r e s e a r c ha c h i e v e m e n t s ： 1 z h a n gq i n g b o ，x i a oy o n g ，d a ic h e n g l i ，z h a n gj i n g m i n g ，s h a n g h a iw a i g a o q i a op o r t a r e al a n df o r m a t i o na n df o u n d a t i o nt r e a t m e n t p o r ta n dw a t e r w a ye n g i n e e r i n g ，2 0 0 2 i s s u e d1 0 。4 5 - 4 7 2 z h a n gq i n g b e ，r e s e a r c ho nf o u n d a t i o nb a s er e h 曲i l i t a t i o ns c h e m eo fy a n n a ne r h a l s e al a k e f r o n te c o l o g i c a lr e s t o r a t i o np r o j e c t ，p o r ta n dw a t e r w a ye n g i n e e r i n g 。2 0 0 2 i s s u e d1 0 5 0 一5 2 3 z h a n go i n g b o ，l ux i n h u a ，z h o uh a i ，e n v i r o n m e n t a ld r e d g i n ga n de c o l o g i c a l r e s t o r a t i o n ，2 0 0 4 ，c i i i n ad 髓d g i 4 g s s o c i a t i o nt e c h n i c a le x c h a n g ep a p e rc o r p u s 4 z h a n go i n g b o ，l a n df o r m a t i o ne n g i n e e r i n gq l l a l i t yc o n t r o lf o rs h a n g h a i i n t e r n a t i o n a ls h i p p i n gc e n t e ry a n g s h a nd e e p w a t e rp o r tf i r s tp h a s ep r o j e c t ，c h i n a c o m m u n i c a t i o np r e s s ，p a p e rc o r p u so ff i r s t p h a s ey a n g s a nd s e p w a t a rp o r to fs h a n g h a i i n t e r n a t i o n a ls h i p p i n gc e n t e r , 3 0 6 3 1 2 5 z h a n gq i n g b o ，l ux i n h i l a ，z h a nh a i 。e c o l o g i c a lr e s t o r a t i o ns t u d i e so nn a t u r a lw e t l a n d ， t h ep r o c e e d i n go fe i g h t e e n t hw o r l dd r e d g i n gc o n f e r e n c eo ft h ew o r l dd r e d g i n ga s s o c i a t i o n c o m m i t t e e i n t r o d u c t i o no ft h ea u t h o r ：z h a n gq i n g b o ，m a l e ，b i r t ho n1 9 7 2 ，g r a d u a t e df r o mh e h a i u n i v e r s i t yi nt h ey e a r1 9 9 4 m a j o ri np o r ta n ds e a - r o u t ee n g i n e e r i n ga n dt o o ka b a c h e l o r sd e g r e ei ne n g i n e e r i n g 第一章绪论 近几十年来，由于经济快速增长和人类干扰活动的加剧，富营养化成为世界 范围河湖水环境的通病。在城市湖泊、大型浅水湖泊的局部区域甚至出现了以“有 机污染十分突出、重富营养化、生态系统严重退化”为表征的重污染水域。 经过多年的研究和探索，人们逐渐认识到，对水污染的防治，必须采取控源 与生态修复相结合的治理模式。 控源包括内源和外源。作为最直接、最快速清除内源的途径之环保疏 浚在国内得到了比较广泛的应用。实践也证明，对重污染底泥实施环保疏浚是必 要的。 但国内环保疏浚所采用的设备多为普通常规疏浚设备，由于缺乏关键技术及 设备，我国的环保疏浚在污泥精确疏浚和疏浚防扩散技术等方面均与国外发达国 家存在着一定的差距，影响甚至制约了环保疏浚技术的应用和推广。 能否精确疏浚直接影响环保疏浚实施效果和疏浚土处理量：能否有效防止疏 浚过程中的扩散，直接决定疏浚现场的二次污染。正是认识到这些关键技术的重 要性，国家8 6 3 计划“十五”重大水专项太湖项目第三子课题：“重污染水体底 泥环保疏浚与生态重建技术”也将环保疏浚技术的研发作为一项重要内容。 本文从环保疏浚特点、环保疏浚精度控制、环保疏浚防扩散三个方面开展研 究，力图寻找国内环保疏浚技术发展方向，并实现疏挖精度l o o m 、扩散范围 5 m 、细颗粒去除率 9 5 的课题立项耳标。 本文所论述的内容和资料是研究小组共同工作的结晶，作者在研究小组中承 担的工作为：环保疏浚技术发展分析的第一完成人、疏浚精度控制优化系统的第 一完成人、防扩散技术的第二完成人和其他工作的主要参加入。本文所论述的成 果还在示范工程中得到了检验和应用，并实现了研究的预定目标。 第二章环保疏浚的工程特点 2 1 常规疏浚对环境影响 整治河道湖泊水库、增深港池航道、形成一片生产生活场地、清除污染底泥 或者恢复湿地，上述工程往往要采取疏浚这种手段来实现其目标。疏浚是一个统 称，它可以分为常规疏浚和环保疏浚。 常规疏浚往往以创建新的设施或维持水深为目的，如基建疏浚和维护疏浚。 河湖水库、港池航道和吹填造地这些基建疏浚工程的主要特点【1 1 有： 疏浚土比较密实，土层未受扰动； 疏浚泥层厚度大# 疏浚土污染成份含量低； 工程量大，有大量疏浚土需要处置； 为某一目的开展的基建疏浚往往是一次性、非重复的活动。 为了维持河湖水库、港池航道水深而从水底清除淤积物的维护疏浚的主要特 点f l 】有： 疏浚土比较松软或非密实； 疏浚泥层较簿； 疏浚土可能含有污染物成份( 如有污染物排入) ； 疏浚的淤积物一般是自然产生的，且疏浚量是变化的； 工程量不大，往往需重复进行。 一项疏浚工程对环境的影响由许多不同的因素相互作用而产生。因此，很难 对不同的疏浚设备和工程各自的优点作比较。这就需要系统地从疏浚设备和疏浚 过程等方面分析其对环境的影响。 一般来说，需要考虑以下的因素f 2 7 l ： 疏挖的精度：考虑到疏浚弃土处理、处置要耗费大量的成本，疏浚时要尽 可能按预先确定的断面准确地疏挖，提高疏浚的精度和有效性，以减少疏浚弃土 体积，减少处理或存放的容积或占用的场地、水域。 疏挖过程中泥沙的悬浮：在疏浚现场附近，由于疏挖的搅动，大量产生的 2 悬浮泥沙可能会危及当地敏感的动物和植物群。 疏挖过程中疏浚土的散落：由于控制不够，一部分泥沙在疏挖过程中散落 在水底，会造成吸附在泥沙上的污染物的扩散，这些未完全清除的上部土层由于 其凝聚力受到疏挖破坏而易于遭受自然的冲刷。 疏浚土含水量的增加或稀释：疏挖产生的大含水量的细颗粒泥沙会在重新 处置现场导致严重的脱水困难，增加待处理疏浚物的体积和处理成本。 对海底或河床生态系统所产生的影响：从海底或河床挖走天然底质以及将 疏浚土弃置在海底或河床上，会引起水体浑浊、水质下降，还可能有化学毒性、 以及掩埋当地生物体，这些都可能破坏当地已经建立起来的生态系统。 上述各个因素对环境的影响取决于每个工程特定的性质，如疏浚土特性、采 用的设备、工艺等。因此，需要根据不同的工程特性识别和减少常规疏浚所造成 的环境影响。 从消极的方面来说，疏挖或抛泥活动对环境的不利影响常常表现为对自然生 态的破坏，例如，对湿地进行疏挖或吹填、在生物敏感区或潮间带内抛卸疏浚弃 土。但是，从积极的方面来说，疏挖或抛泥可以创造出另一块湿地或潮间带以及 保护重要的场地免受冲刷。 对于基建疏浚工程，一般在规划设计阶段就能确定其对环境的影响究竟有多 大。因此，基建疏浚工程在规划设计阶段就可提出适当的应对措施，包括选择合 适的工艺、机具，将其对环境的影响降到允许范围，使环境得到最好的保护，甚 至可以利用疏浚土对工程现场的整个环境产生有益的影响。 而维护疏浚主要是在人工增深的水域内进行，疏浚活动本身未必破坏自然环 境。对环境产生影响的主要来自疏浚弃土的抛卸以及在疏浚过程中所增加的悬浮 泥沙。而这些问题可以通过选择疏浚设备、工艺和程序来加以控制。因为回淤不 ， + 会终止，维护疏浚也将定期和重复进行。 。 另外，待挖底泥中污染物的含量对环境影响也很重要。长时期以来，许多 城市将垃圾和工业废料弃置到水域，而水底的淤泥在这么多年中已经吸附了进入 水体中的大量的污染物。而在基建疏浚前，吸附在疏浚土上的化学污染物对环境 的影响一般是很少受到关注的。疏浚能扩散附有污染物的细颗粒泥沙并增加它们 扩散的速度。对这一点，常规疏浚往往重视不够。 2 2 与水环境治理和生态恢复相结合的环保琉浚 近几十年来。由于经济快速增长和人类干扰活动的加剧，富营养化成为世界 范围河湖水环境的通病。在城市湖泊、大型浅水湖泊的局部区域甚至出现了以“有 机污染十分突出、重富营养化、生态系统严重退化”为表征的重污染水域 3 1 。世 界各国纷纷采取措施治理河湖水体富营养化。为大家所接受的治理方案一般是： 富营养化的河湖水环境治理需要截断外部污染进入河湖水体的途径，并清除河湖 中的内部污染源1 4 l 。 在外源( 包括流域的点源和面源) 截断的情况下，清除内污染源显得尤为重 要。清除内源有很多方法，比如： 通过环保疏浚清除河湖中的污染底泥，从而将污染底泥中的富营养物质搬 运到河湖以外； 通过更换水体将河湖水体中携带的污染物排出； 通过植物吸收河湖水体和底泥中过多的营养元素、并通过收割植物而取出 营养：等等。 河湖底泥是陆源性入湖污染物( 营养物、重金属、有机毒物等) 的主要蓄积 场所。污染底泥指能够向河湖水体释放污染物的河湖沉积物的表层，其污染物来 源主要是入湖废水及径流挟带泥沙的附着污染物，以及其他污染物的沉积和河湖 死亡生物体及其悬浮物的沉降。 河湖污染底泥在外来污染源存在时，氮磷等营养盐只是在某个季节或某个时 期会对富营养化发挥比较显著的作用，然而，在河湖外污染源切断以后，底泥中 的营养盐会逐渐释放出来，仍然会使河湖发生富营养化。国内外的研究均表明： 污染河湖的外源即使得到了完全或有效的控制，但由于内源负荷的存在，河湖水 质要出现较明显的改善，大约需经过1 0 1 5 年时间t z l 。环保疏浚是最直接、最 快速清除内源的途径之一，通过疏浚可以将污染底泥直接从河湖中取出并处理。 因此，在河湖流域的点源和面源污染基本得到控制以后，对严重污染、释放严重 的底泥，采取环保疏浚工程措施清除是必要的。 因此，环保疏浚以清除河湖污染物为目的，主要考虑怎样将污染底泥从河湖 中取出并搬运到指定的安全区域，主要注重； 疏浚的精度：过多疏挖增加疏浚和处理成本，未达到指定深度和范围又达 4 不到清除污染物的目的； 疏浚过程中的扩散：疏浚过程中疏浚土的搅动和过量扩散会影响水质； 运输过程中洒漏：沿途洒漏的疏浚土会污染路途的环境； 堆存场地的二次污染：如堆存场地处置不当会产生二次污染。 环保疏浚与常规疏浚的主要区别见表2 2 一1 表2 。2 一l 环保疏浚与常规疏浚的区别 2 2 1 环保疏浚 常规疏浚 工程目标清除存在于底泥中的污染物增加水体容积，维持航行深度 边界要求按污染土层分布确定底面平坦，断面规则 疏挖泥层厚度较薄，一般小于l m 较厚，一般几米至十几米 对颗粒物 尽量避免扩散及颗粒物再悬浮只要克服其短期影响 扩散限制 施工精度o 0 5 o 1 0 m0 2 旬5 m 设备选型环保疏浚专用设备或改进设备常规疏浚标准设备 处置场地要求生态堆场，防渗措施、防二次污染一般控制 底泥处置 泥、水根据污染性质特殊处理，余水 泥水分离后一般堆置 应作处理，达标排放 但是，经过一段时间的实践，人们发现，单纯的疏浚往往并不能完全解决水 环境问题i l “。污染底泥的存在破坏了健康的河湖生态系统，但即使在重污染的河 湖中，存在大量污染底泥和其他污染物，也有其特殊的生态系统，也会发挥少量 生态功能。 通过截外源、清内源( 包括环保疏浚) ，污染物质得以清除，但因为单纯的 环保疏浚实际上是全局性地打破了疏浚区的不健康的生态系统，而未采取人工辅 助措施来创造条件修复健康的生态系统，没有形成稳定的生态系统，也未建立强 大的自净能力，加上外源的截断不可能非常彻底，以及疏浚引起的少量搅动和扩 散，随着时间的推移，水环境的改善并不能长久维持，水体物理和化学指标将再 次恶化。 稳定、健康的生态系统是维持河湖清水稳态的必要条件，河湖污染治理的核 心问题在于控制河湖的富营养化进程并使湖泊生态系统形成可持续利用的稳态。 而环保疏浚只能清除河湖污染内源，要想从根本上改善并维持良好的湖泊水质， 在切断污染外源和清除污染内源的基础上还必须实施水生态系统的恢复和重建。 我国许多城市湖泊和大型浅水湖泊的重污染水体已开展过多项治理工程，但效果 并不十分明显，关键问题在于缺少生态系统重建这一重要环节。 随着对水环境治理的不断深入，人们认识到截外源、清内源、生态恢复和长 效管理等措施的综合运用，是实现河湖水环境恢复的根本途径。而生态恢复是其 中最关键的一个环节，它是对截外源、清内源效果的巩固，也是实施长效管理的 基础条件。 稳定的生态系统是大自然赋予的水环境维护和净化者。在一、两百年前，人 类基本能与大自然和平共处，人类并未对水体实施过多干扰，河湖中维持着一定 的生态平衡，虽然大自然不断将一些污染物通过地表径流等途径带入水体，但河 湖中平衡的生态系统有强大的自净能力，水环境一直维持比较良好的状况。但是， 近一、两百年来，人类过度地掠夺大自然，并将过多的污染排入河湖水体，水环 境才发生恶化，而富营养化是最常见的一种现象。 为此，清除河湖现有污染，并恢复健康的生态系统的作用是显而易见的。水 生植物是河湖生态系统的重要组成部分，是初级生产者，是生物链中的基础一环， 其环境生态功能 2 1 主要有： 吸收净化水体中的营养元素； 当河湖中水生植物达到一定覆盖度时，可以抑制风浪和水流，改变水体与 底泥之间的物质交换平衡，促使悬浮或溶解在水体中的污染物质向底泥转移，澄 清净化水质； 通过资源竞争、生化克制和周丛生物的捕食抑制等抑制藻类； 为水生动物提供稳定、安全的栖息环境和丰富的食物。 恢复稳定、健康的水生植物群落，是恢复平衡的河湖生态系统的基础 4 0 1 。因 此河湖生态恢复首先要恢复水生植物，而环保疏浚可以为生态恢复和水生植物恢 复创造条件鲫。 因此，环保疏浚区别于常规疏浚最重要的特点就是要考虑到为水生生态系统 的重建创造条件，要与河湖综合整治方案相协调。环保疏浚中所要疏挖的污泥厚 度是经过对污染底泥进行采样分析后精确测定出来的，同时在施工过程中的控制 精度也高于一般的工程疏浚，因此，通过环保疏浚清除的只是污染底泥，而湖底 6 的非污染层将暴露出来并得以保持，此外，湖水透明度和光补偿点也将明显提高， 为生态系统的重建创造了条件 由此可见，生态重建需要通过环保疏浚创造条件，而环保疏浚后则需要通过 生态重建来维持和巩固疏浚区的优良生态结构，保持湖泊生态系统的稳态，促进 流域生态系统的良性循环。 与生态恢复相结合的环保疏浚，既具有环保疏浚的特征清除河湖污染 物，又同时为生态恢复创造条件，通过两者的紧密配合，实现区域水环境的改善。 与生态恢复相结合的环保疏浚并不只是根据污染底泥的分布情况，简单地一 挖了之清除污染泥层、保留正常、未受污染的泥层，而是应该根据生态恢复 规划进行疏浚： 首先，工程前应根据特定的需要治理的河湖的条件开展生态和环境调查i s l 旧。看看该河或该湖历史上的生态和环境状况及其演变过程，历史上不同阶段分 别有哪些优势物种，又为什么发生了优势物种的演替。再分析该水域的生态和环 境现状，以及经过治理后，能恢复怎样的生态系统，能恢复怎样的植物群落而长 期稳定。从而制定适宜的生态恢复规划 9 1 ，包括： 恢复哪些水生植物，如沉水植物、浮叶植物、挺水植物、湿生植物， 不同的植物应该配布在哪些不同的区域， 各种植物需要恢复到怎样的规模， 各种植物群落怎样搭配，等等。 植物的生长需要合适的光照、水深、土壤等条件，面不同的植物有不同的生 存条件。制约水生植物生长的主要环境因子有：水温、光照条件、p h 值、水中 营养盐含量、底质条件等。 恢复水生植物需要创建的条件r z l 有： 蓝藻水华的控制， 风浪的控制叫， 沿岸带浅滩环境的创建， 污染底泥的清除， 水深的调控， 水质的改造，等等。 7 然后，可以根据确定的生态恢复规划，分析哪些条件需要或可以通过疏浚来 提供，哪些应采取其他措施来实现。一般来说，通过疏浚可以或有助于创造这么 一些条件： 。l 、适当的水深条件 一个健康、稳定的生态系统有多种生物组成。不同的水生植物需要不同的水 深条件，一方面因为特定的植物对水深有特定的耐受性，过深或过浅的水深条件 都可能影响其正常、健康生长，另一方面，水深条件对水底的光照条件也有影响， 光照进入水体后逐渐衰减，过于衰减或过强的光照都不适宣。 在安排疏浚时可有选择地疏浚，如果需要较小的水深，则污染泥层不一定全 部挖除，甚至通过疏浚手段少量回填，从而满足植物生长的水深条件。只要不对 水体产生过量的污染，保留薄层营养物质丰富的污染层能更好地为植物提供足够 的养分，利于植物初期生长时对营养的旺盛需求。如果需要较大水深，也可适度 多挖深，前提是下面的土壤能适合植物的生长。 2 、适宜的土壤条件 污染底泥往往含水量和细颗粒含量高、土质极软、富含氮、磷、有机质，这 样的土壤有一些缺点： 水生植物生长过程中要抵抗风浪的作用，土质过软，水生植物不容易牢固 地扎根阴。 由于细颗粒含量高，土颗粒之间孔隙小，透气、透水性也比较差，植物呼 吸困难。 由于富含氮、磷等成分，其p h 值也不一定适宜，营养成分含量也可能偏 高。 因此，可通过疏浚来改善土壤条件。根据不同植物对土壤的要求进行有针对 性的疏浚，去除哪些土层，保留哪些土层。 3 、合适的光照条件 一般重污染水体的共性是：水体浑浊，透明度低，水底光照强度不够，不足 以维持植物的生长。而引起浑浊的原因往往是水体中的絮状物和悬浮物。这些物 质很多是由污染底泥引起的：在波浪、水流的掀动下，这些物质从底泥中脱离出 来，悬浮到水体中，并且由于波浪、水流的不断作用和这些物质的相互排斥，很 难再沉淀到水底i 悃l i 3 t 。 s 将河湖近底絮状物与污染底泥一并清除，可以切断水体中污染悬浮物的主要 来源，将改善水质和水体的光照条件，为水底沉水植物的生长创造条件。常规环 保疏浚主要注重对污染底泥的清除，一般对近底絮状物和悬浮物不采取特殊的清 除措施，而在这里，就需要采取特殊的疏浚技术手段。 最后，在完成上述基础和分析工作之后，就可以实施环保疏浚，并在疏浚后 及时开展生态恢复。通过环保疏浚，可以削减有毒有害的污染物质，改造地形地 貌和水深条件，改善水质和光照条件。通过生态恢复，除了可以取得前述水生植 物的环境生态功能外，还可以削减环保疏浚的负作用 在欧美和日本等发达国家，底泥环保疏浚工程的论证是极其慎重的，除对疏 浚区进行详细的调查分析外，还要进行一系列的室内实验模拟研究和生物生态学 影响评价，即使对正在进行的疏浚工程仍采用伴随式研究，以随时指导疏浚中出 现的环境和生态问题。这值得我们借鉴。 2 3 环保疏浚的工程特点和主要控制方面 基于以上认识，总结环保疏浚的工程特点1 4 1 如下： 疏浚量小； 污染物含量高； 疏浚边界、标高要求特殊，根据污染物分布和生态恢复等条件确定； 松软而非密实的土壤； 非重复的活动( 假如污染源被有效控制) 。 这些特点决定了环保疏浚需要极其仔细地进行，其主要的环境影响也应当是 正面的。 这些特点也对疏浚设备和工艺提出了新的挑战，要求在疏浚过程中开展有效 而高精度的控制。 抛开使用的挖泥船等因素，一般一个完整的疏浚过程可以划分为若干不同的 阶段，这些阶段是： 挖掘现场物料； 将疏浚物提升到水面； 水平运输； 处置或进一步处理。 9 整个疏浚过程中的第一阶段是挖掘现场的疏浚土。本次研究也主要针对这一 阶段研究有关控制措施，减少其对环境影响。 疏挖通常是用诸如绞刀头、耙头或链斗的切削刃等切削装置来进行挖掘的。 在破土过程中所发生的最大的环境影响是： 悬浮泥沙的增加：在疏挖过程中底泥的凝聚力被破坏，部分底泥由于受旋 转或直接切削运动的作用而进入悬浮状态。进入悬浮状态的物料数量取决于挖掘 时所施加的能量以及将物料提升到水面的方法。 泥层的散落：当使用各种专门用来切削泥层的设备( 水平和垂直切削相结 合) 时，为了追求高施工效率，造成挖掘与提升能力不匹配，很难避免泥层的散 落。 疏挖精度的不足：常规疏浚往往依赖操作人员对设备的掌控技能，造成疏 挖精度不够，欠挖或超挖。 疏浚土的稀释( 如果采用水力疏浚) ：为了便于运输疏浚土，在切削和泵 吸过程中将水和泥沙混合在一起。土和水的比例因不同类型的挖泥船而异。当待 挖泥层的厚度小于挖泥船的最小切削层厚度时，这一变量也会受到影响。 因此，对疏浚的控制可以从三个方面着手：提高疏挖精度、减少泥沙扩散和 散落、控制疏浚土稀释。 l o 第三章环保疏浚技术发展综述 3 1 国外环保疏浚工程实例 为了控制河湖底泥污染，人们往往优先选用琉浚工程作为解决其污染问题的 方法之一。7 0 年代初起日本先后在手贺沼( 1 9 7 1 ) 、诹访湖( 1 9 7 4 ) 、印幡沼( 1 9 8 2 ) 和霞浦湖( 1 9 7 5 ，1 9 9 1 - - 1 9 9 5 ) 等湖沼进行了局部或大规模的湖泊底泥疏浚工程； 美国在伊利湖和安大略湖南部、荷兰在凯特梅尔湖和g e e r p l a s 湖、匈牙利在巴拉 顿湖、瑞典在t r u m m e n 湖等湖泊也进行了较大规模的湖底疏浚，以上这些疏浚 工程( 在其他工程治理措施的配合下) 多数改善了疏浚水域的污染状况。国际上 比较典型的有：日本霞浦湖从1 9 7 5 开始实施环保疏浚，到2 0 0 0 年已疏浚8 0 0 万方；荷兰凯特梅尔湖工程量2 0 0 0 万方，采用圆盘、螺旋等三种环保绞刀，工 期1 0 年，投资1 1 亿美元；匈牙利巴拉顿湖采用i h c 6 0 0 绞吸船带罩式环保绞刀， 工程量5 0 0 万方，工程实施后均取得了显著效果1 1 5 l 。 ( 1 ) 匈牙利巴拉顿湖 巴拉顿湖位于匈牙利西部特郎斯丹鲁比亚，是一个狭长而面广的浅水湖泊， 最大水深1 0 2 m ，平均水深3 2 m ，水域面积约6 0 0 k m 2 ，为欧洲第二大湖，近三 十年来污染严重，底泥和水中含有大量的磷并产生大量的藻类。1 9 9 1 年使用安 装带罩式环保绞刀的i h c 海狸6 0 0 型绞吸式挖泥船进行了污染底泥的疏浚，污 染底泥的厚度l 孓- 3 0 c m ，其中上层1 知- 2 0c m 为流动层，疏浚水域面积2 6k m 2 ， 疏浚工程量约5 0 0 万m 3 。工程实施后效果显著，绞刀对底泥扰动小，避免了污 染底泥的扩散。 ( 2 ) 荷兰凯特梅尔湖 该湖位于艾瑟尔河东面，形成于1 9 5 0 年，自形成以来湖底沉积物污染严重， 主要有重金属p a c s ( 聚合氯化铅) ，p c b s ( 多氯联二苯) ，在荷兰污染的淤泥分 为4 级，凯特梅尔湖的淤泥为4 级，是污染最严重的。湖底面积3 8 k n l 2 ，底质为 缅粉，污染底泥厚o 1 m o 8 m ，平均厚度0 5 5 m ，工程量约2 0 0 0 万m 3 ，污染 底泥的处置方法是将疏浚后的污染底泥泵送到一个建在湖中心的直径1 0 0 0 m 、深 4 5 m ，并由堤和其它隔离结构围起的积泥坑内。工程工期l o 年，投资超过1 1 亿美元。 1 9 9 5 年和1 9 9 6 年，荷兰琉浚公司使用环保链斗船、h a m 疏浚公司使用带 螺旋环保绞刀的绞吸船、b o s k a l i s 疏浚公司使用带立式环保圆盘绞刀的绞吸船、 国际疏浚公司使用带刮扫吸头的绞吸船进行了试挖。 ( 3 ) 习本霞浦湖 日本霞浦湖从1 9 7 5 年开始实施环保疏浚，到2 0 0 0 年已疏浚8 0 0 万方。霞浦 湖在疏浚过程中采用了蚊龙号环保疏浚船，六条船同时作业，并采用中继船进行 脱水后输送到堆场进行污泥处置。 3 2 国外环保疏浚技术和设备发展情况网 在过去的二、三十年中，伴随着典型工程的实施，环保疏浚技术和设备发生 了令人瞩目的新发展。在此期间，已研制成功了一批新型的疏浚设备，并应用于 工程实践。这些新设备的设计大多是以现有的技术和常规设备为基础，根据环保 疏浚的特殊要求，作了针对性的改进。 所作的改进主要从以下几个方面【1 1 着手： 为了适应被污染泥层的几何尺度，挖泥船上的监测和控制设备的自动化程 度，尤其是挖掘设备的定位系统得到了极大的改进； 为了尽可能减少待挖被污染沉积物的体积以及为了便于对含有不同污染特 点的泥层作选择性疏浚，实现按预先设定的挖掘剖面进行疏浚的精度有了提高； 为了限制需进一步处理、处置的疏浚土的体积，已对设备作改造以提高管 线中混合物的浓度( 减少稀释) ： 为了避免被污染的沉淀物向周围水体的扩散，减少疏浚和抛卸过程中悬浮 泥沙的产生； 为了避免或减少散落物层的产生而作的改进； 考虑到生态成本，追求高产量( 或低成本) 的基本态