不同類型挖泥船疏浚懸浮物影響的對比分析

曾建軍

不同類型挖泥船疏浚懸浮物影響的對比分析

曾建軍

廣東三海環(huán)?？萍加邢薰?/p>

對疏浚作業(yè)常用的絞吸式、耙吸式、抓斗式三種不同類型挖泥船施工環(huán)境影響因素及其懸浮物污染源強(qiáng)進(jìn)行綜合比較分析，結(jié)果表明，在同等疏浚效率下，三種不同挖泥船對環(huán)境的影響及其產(chǎn)生懸浮物強(qiáng)度大小為：抓斗式＞耙吸式＞絞吸式，建議在使用疏浚船舶時(shí)優(yōu)先選擇懸浮物發(fā)生量較小的絞吸式挖泥船。

挖泥船 疏浚 懸浮物

當(dāng)前，在水域疏浚施工中一般多采用絞吸式挖泥船、耙吸式挖泥船和抓斗式挖泥船進(jìn)行。挖泥船在疏浚施工過程中不可避免會產(chǎn)生懸浮物污染，對水質(zhì)環(huán)境、生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生一定影響，國內(nèi)外學(xué)者對此問題開展了深入研究，但是針對不同挖泥船疏浚產(chǎn)生的懸浮物源強(qiáng)及其環(huán)境影響仍缺乏全面系統(tǒng)的比較分析，為此，本文通過選取常用的挖泥船作為研究對象，對其懸浮物污染開展綜合分析，可為疏浚工程環(huán)境影響分析評價(jià)、挖泥船的合理選型等提供理論依據(jù)。

1 不同類型挖泥船疏浚對環(huán)境的影響分析

1.1 絞吸式挖泥船疏浚及吹填的影響因素

絞吸式挖泥船的作業(yè)方式是船上裝有強(qiáng)有力的離心泵，船艏裝有一個(gè)絞刀架，挖泥時(shí)將絞刀架放下，頭部的絞刀伸放到挖泥區(qū)的底部，旋轉(zhuǎn)絞刀把海泥絞爛，在絞刀口下方利用強(qiáng)有力的離心泵吸口把泥漿通過吸泥管吸上來，通過與排泥管連接，把泥漿泵到填海區(qū)進(jìn)行吹填。此種施工方式可達(dá)到挖泥、輸泥、卸泥自身連續(xù)完成，比較適用于挖泥區(qū)附近有吹填區(qū)的疏浚作業(yè)。

絞吸式挖泥船疏浚作業(yè)的環(huán)境影響因素包括：絞吸時(shí)擾動底泥和吸泥過程產(chǎn)生的懸浮泥沙、絞吸作業(yè)擾動底泥導(dǎo)致底棲生物死亡、懸浮泥沙影響水質(zhì)進(jìn)而對海洋生物造成損害。

1.2 耙吸式挖泥船疏浚及拋泥的影響因素

耙吸式挖泥船是一種邊走邊挖，且挖泥、裝泥和卸泥等全部工作都由自身來完成的挖泥船，主要設(shè)備由泥耙、泥泵、閘閥、管道系統(tǒng)和泥艙組成。耙吸式挖泥船進(jìn)行疏浚作業(yè)時(shí)，挖泥船兩側(cè)配備的吸泥耙頭放置在疏浚的港池、航道上，船往前開，耙頭把泥耙起來。吸泥耙頭上的吸泥管與泵機(jī)連接，靠真空壓力將泥吸進(jìn)泥艙；泥艙兩側(cè)設(shè)有溢流門，當(dāng)泥漿進(jìn)入泥艙時(shí)，顆粒較粗的物質(zhì)沉入艙底，泥漿量超過溢流門底部后，稀泥漿從溢流門溢出，當(dāng)吸入的泥漿濃度與溢流口溢出濃度基本相同時(shí)，船艙裝載的儀器指示泥艙已經(jīng)達(dá)到滿載。所挖土方采用自帶泥艙自航至拋泥區(qū)。

耙吸式挖泥船疏浚作業(yè)的環(huán)境影響因素包括：耙頭擾動底泥和吸泥過程產(chǎn)生的懸浮泥沙、耙吸船泥艙溢流產(chǎn)生的懸浮泥沙、耙吸作業(yè)擾動底泥導(dǎo)致底棲生物死亡、懸浮泥沙影響水質(zhì)進(jìn)而對海洋生物造成損害。

1.3 抓斗式挖泥船疏浚的影響因素

抓斗式挖泥船利用旋轉(zhuǎn)式挖泥機(jī)的吊桿及鋼索來懸掛泥斗，在抓斗本身重量的作用下，放入海底抓取泥土。然后開動斗索絞車，吊斗索即通過吊桿頂端的滑輪，將抓斗關(guān)閉、升起，再轉(zhuǎn)動挖泥機(jī)到泥駁將泥卸掉。挖泥機(jī)又轉(zhuǎn)回挖掘地點(diǎn)，進(jìn)行挖泥，如此循環(huán)作業(yè)。

抓斗式挖泥船疏浚作業(yè)的環(huán)境影響因素包括：在疏浚過程中，由于挖泥船抓斗的機(jī)械攪動作用，使得海底淤泥再懸浮；抓斗在提升過程中會泄漏少量淤泥，造成水體懸浮物含量升高，水質(zhì)下降；挖泥船抓斗的攪動和挖走底泥，破壞了底棲生物賴以生存的底質(zhì)環(huán)境，使底棲生物受到開挖和掩埋而死亡；浮游生物被驅(qū)散，浮游動、植物的生長受到一定影響。

2 挖泥船疏浚懸浮物源強(qiáng)對比分析

污染源源強(qiáng)分析估算的常用方法有類比法、物料衡算法、經(jīng)驗(yàn)公式法和資料復(fù)用法等。在疏浚施工過程中，疏浚作業(yè)懸浮物源強(qiáng)可按下式計(jì)算[1]：

式中：——疏浚作業(yè)懸浮物源強(qiáng)（t/h）；——發(fā)生系數(shù)0時(shí)的懸浮物粒徑累計(jì)百分比（%）；0——現(xiàn)場流速懸浮物臨界粒子累計(jì)百分比（%），/0即懸浮物發(fā)生率，指進(jìn)入水體中的懸浮物占挖泥量的百分比；0——懸浮物發(fā)生系數(shù)（t/m3）；——挖泥船疏浚效率（m3/h）。0即懸浮物再懸浮率，因此上式可簡化為：

式中，為懸浮物源強(qiáng)（kg/s），為挖泥船疏浚效率（m3/h），為泥沙再懸浮率（kg/m3）。

由此可見，疏浚懸浮物產(chǎn)生量的大小與所使用的挖泥船疏浚效率及其所對應(yīng)的泥沙再懸浮率有關(guān)，挖泥船的疏浚效率是一定的，而不同挖泥船產(chǎn)生的泥沙再懸浮率則是反映疏浚懸浮物環(huán)境影響及源強(qiáng)大小的重要參數(shù)。通過綜合比較分析相關(guān)文獻(xiàn)資料及調(diào)查試驗(yàn)結(jié)果，針對絞吸式挖泥船、耙吸式挖泥船和抓斗式挖泥船，分別分析其疏浚懸浮物源強(qiáng)，并通過其泥沙再懸浮率的比較，探討對環(huán)境影響的差異。

2.1 絞吸式挖泥船源強(qiáng)

當(dāng)水域疏浚產(chǎn)生的疏浚泥用于填海區(qū)吹填時(shí)，常采用絞吸式挖泥船進(jìn)行疏浚。參考1991年交通部天津水運(yùn)工程科學(xué)研究所對天津港絞吸式挖泥船作業(yè)源強(qiáng)進(jìn)行的現(xiàn)場試驗(yàn)結(jié)果，1600m3/h絞吸式挖泥船作業(yè)時(shí)的懸浮泥沙源強(qiáng)為2.25kg/s。根據(jù)Mott MacDonald 1990年的疏浚泥沙再懸浮系數(shù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，絞吸式挖泥船泥沙再懸浮率為3～5kg/m3[2]，環(huán)境影響評價(jià)中泥沙再懸浮率一般取最大值5kg/m3，則疏浚效率為1600m3/h的絞吸式挖泥船作業(yè)將產(chǎn)生8000kg/h的懸浮泥沙，換算源強(qiáng)為2.22 kg/s，與天津港的現(xiàn)場試驗(yàn)結(jié)果接近。

2.2 耙吸式挖泥船源強(qiáng)

耙吸式挖泥船多用于航道疏浚，目前常用船型為疏浚效率為4500m3/h的耙吸式挖泥船，耙吸式挖泥船疏浚懸浮物污染源強(qiáng)主要來自挖泥時(shí)的泥沙再懸浮以及泥艙溢流排放的懸沙。根據(jù)Mott MacDonald 1990年進(jìn)行的疏浚泥沙再懸浮系數(shù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，在淤泥沙質(zhì)海床進(jìn)行耙吸式挖泥，泥沙再懸浮率約為15kg/m3[2]。長江口的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，耙吸式挖泥船泥艙溢流濃度為1.5kg/m3，流量5650m3/h。據(jù)此估算，4500m3/h耙吸式挖泥船挖泥時(shí)產(chǎn)生的懸浮泥沙為67500kg/h，泥艙溢流的懸浮泥沙為8475 kg/h，每艘疏浚效率為4500m3/h耙吸式挖泥船施工懸浮泥沙源強(qiáng)約為75975kg/h（21.11kg/s）。

2.3 抓斗式挖泥船源強(qiáng)

8m3抓斗式挖泥船是水域疏浚的常用設(shè)備，根據(jù)Mott MacDonald 1990年對抓斗式挖泥船挖泥產(chǎn)生泥沙再懸浮系數(shù)的調(diào)研資料和試驗(yàn)結(jié)果，抓斗式挖泥船施工懸浮泥沙的再懸浮率為11～20kg/m3[2]。挖泥過程中懸浮物的產(chǎn)生近似為連續(xù)點(diǎn)源，產(chǎn)生總量與單位時(shí)間挖泥量有關(guān)。

3 結(jié)論與建議

絞吸式挖泥船主要通過絞刀和吸泥泵完成疏浚作業(yè)，其產(chǎn)生的疏浚泥沙再懸浮率為3~5kg/m3；耙吸式挖泥船疏浚懸浮物來源于挖泥懸浮和泥艙溢流兩部分，其泥沙再懸浮率約為15kg/m3；抓斗式挖泥船依靠抓斗機(jī)械挖掘，其產(chǎn)生的疏浚泥沙再懸浮率為11～20kg/m3。比較三種常用挖泥船可見，絞吸式挖泥船疏浚產(chǎn)生的泥沙再懸浮率最小，在同等疏浚效率下，疏浚懸浮物源強(qiáng)及環(huán)境影響大小為：抓斗式挖泥船＞耙吸式挖泥船＞絞吸式挖泥船。絞吸式和耙吸式屬于水力式疏浚，其所造成的環(huán)境影響要小于抓斗的機(jī)械式疏浚，這是因?yàn)樗κ绞杩Τ练e物的擾動較小，并且新形成的沉積物表面具有較高的壓實(shí)性，不利于懸浮物的擴(kuò)散[3,4]。

為最大限度減少疏浚施工懸浮物的影響，建議優(yōu)先選用疏浚懸浮物發(fā)生量小的絞吸式挖泥船，此外，還可采用密閉型抓斗、環(huán)保型鉸刀[5]、無溢流耙吸疏浚[6]等新技術(shù)。

[1] 中華人民共和國交通運(yùn)輸部. 港口建設(shè)項(xiàng)目環(huán)境影響評價(jià)規(guī)范: JTS105-1-2011[S]. 2011.

[2] Mott MacDonald. Contaminated spoil management study，final report， Volume 1，for EPD. 1991.

[3] 陳超,鐘繼承,范成新,等.湖泊疏浚方式對內(nèi)源釋放影響的模擬研究[J].環(huán)境科學(xué),2013,34（10）：3872-3878.

[4] 宋向群,喬菲菲,王文淵,等.考慮浮游生物量損失的疏浚船舶選型方法研究[J].水道港口,2016,37（2）：198-202.

[5] 楊永森.濕地公園底泥污染及生態(tài)疏浚研究[J].環(huán)境保護(hù)與循環(huán)經(jīng)濟(jì),2015,（3）：44-47.

[6] 天津港(集團(tuán))有限公司.水深維護(hù)無溢流耙吸疏浚新技術(shù)應(yīng)用[J].交通節(jié)能與環(huán)保,2015,11（6）：8-12.