關(guān)于河湖清淤工程范圍合理性確定的探討

羅 希 劉 亮 李亞俊 聶夢(mèng)麗

（中工武大設(shè)計(jì)研究有限公司 湖北武漢 430072）

引言

為深入貫徹落實(shí)黨的十九大精神，扎實(shí)踐行習(xí)近平總書(shū)記的綠色發(fā)展理念和生態(tài)文明思想，全國(guó)范圍內(nèi)在不同程度上開(kāi)展了一系列的環(huán)境保護(hù)和生態(tài)文明建設(shè)工程，而對(duì)河湖底泥的處理，則是水體生態(tài)環(huán)境治理中的重要內(nèi)容。

近些年來(lái)，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，大量的污染物排入至河湖中，日積月累，逐漸在河湖底層形成了黑臭的污染底泥。污染底泥的長(zhǎng)期淤積，不僅降低了湖泊的調(diào)蓄能力和河道的過(guò)流能力，而且造成水生態(tài)系統(tǒng)退化，也帶來(lái)一定的內(nèi)源污染。[1]在水生態(tài)修復(fù)項(xiàng)目中，為了保證水體的調(diào)蓄泄洪能力，改善水環(huán)境，時(shí)常需要開(kāi)展清淤工程，而清淤工程一般工程量較大，投資費(fèi)用高，且對(duì)于城區(qū)內(nèi)的河湖，清淤工程的實(shí)施和底泥的處理難度較大，對(duì)工程的經(jīng)濟(jì)性影響較大，基于此，如何合理的確定河湖清淤工程的范圍，對(duì)清淤工程來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。[2]

1 底泥的調(diào)查與分析

底泥的調(diào)查與分析工作應(yīng)收集有關(guān)污染底泥來(lái)源與形成原因等方面的資料，并開(kāi)展以下兩個(gè)方面的工作：

（1）對(duì)河湖底泥的分布情況及其厚度進(jìn)行勘探。

（2）進(jìn)行淤泥進(jìn)行土質(zhì)分析及水質(zhì)分析。

1.1 底泥勘探參數(shù)的確定

淤泥一般根據(jù)污染程度，在垂直方向一般分為污染底泥層、污染過(guò)渡層和正常湖泥層，因此為了合理確定清淤深度，需要采取柱狀分層采樣的方式，而平面勘探點(diǎn)的布置，可參考《湖泊河流環(huán)保疏浚工程技術(shù)指南》[3]的要求確定：可行性研究階段，河流地區(qū)線上勘探點(diǎn)間距不大于150m，且總數(shù)不小于3個(gè)；湖泊地區(qū)塊狀水域按100~200m網(wǎng)格狀或交錯(cuò)梅花狀布置，不規(guī)則狀水域根據(jù)實(shí)際情況按上述間距確定原則布置。工程設(shè)計(jì)階段勘勘探點(diǎn)布置如表1所示。

表1 清淤工程設(shè)計(jì)階段勘探點(diǎn)間距

勘探工作對(duì)工程量統(tǒng)計(jì)和投資估算的準(zhǔn)確性有較大的影響，因此在條件容許的前提下，應(yīng)保證該項(xiàng)工作的精度和方式，但若在工程現(xiàn)狀條件下，取樣難度和檢測(cè)成本較高，可酌情簡(jiǎn)化。

1.2 底泥和水體檢測(cè)指標(biāo)的確定

底泥檢測(cè)指標(biāo)一般包括有機(jī)物含量、顆粒物分析、TN、TP、重金屬、石油烴等，水質(zhì)檢測(cè)指標(biāo)一般包括pH值、COD、BOD、SS值、TN、TP等，將兩者檢測(cè)指標(biāo)相對(duì)應(yīng)，是為了比對(duì)兩者的相關(guān)性，分析確定水質(zhì)中的污染物是否是底泥釋放而來(lái)，若水體附近長(zhǎng)期存在工業(yè)污染，指標(biāo)中應(yīng)根據(jù)工業(yè)類(lèi)型，包含重金屬等有毒物質(zhì)的檢測(cè)，具體指標(biāo)的選取可根據(jù)有關(guān)行業(yè)的排放物確定。[4,5]

同時(shí)，底泥中的微生物數(shù)量也可在一定程度上反應(yīng)其污染狀況，若條件允許，建議對(duì)大腸桿菌、異養(yǎng)細(xì)菌、硝化細(xì)菌、反硝化細(xì)菌和反硫化細(xì)菌數(shù)量進(jìn)行檢測(cè)，并根據(jù)檢測(cè)結(jié)果分析水體的污染原因。一般情況下，各類(lèi)細(xì)菌對(duì)底泥和水體污染情況的反應(yīng)有以下幾個(gè)方面：

（1）如異養(yǎng)細(xì)菌數(shù)量級(jí)大，則反映底泥中有機(jī)污染嚴(yán)重。

（2）如大腸桿菌數(shù)量級(jí)大，則說(shuō)明水體受糞便污染嚴(yán)重。

（3）如反硝化細(xì)菌和反硫化細(xì)菌數(shù)量級(jí)大，則說(shuō)明底泥處于厭氧狀態(tài)，而硝化細(xì)菌數(shù)量則是評(píng)價(jià)河道環(huán)境質(zhì)量和氮污染物轉(zhuǎn)化暢通程度的重要指標(biāo)。

1.3 底泥的評(píng)價(jià)分析

底泥的評(píng)價(jià)分析是確定清淤必要性和合理性的重要內(nèi)容，[6]一般分為對(duì)底泥本身的評(píng)價(jià)分析，以及水體與底泥污染物相關(guān)性的分析。

1.3.1 底泥污染狀況的分析評(píng)價(jià)

根據(jù)底泥中的污染物類(lèi)型和含量情況，大致可以將污染底泥分為高氮、磷污染底泥、重金屬污染底泥和有毒有害有機(jī)污染底泥三類(lèi)，[7]因此，對(duì)于底泥的污染程度和安全風(fēng)險(xiǎn)分析評(píng)價(jià)應(yīng)采取多種方法相互驗(yàn)證，以準(zhǔn)確地確定底泥的污染狀況，及對(duì)環(huán)境的影響。

一般情況下，對(duì)底泥污染狀況的評(píng)價(jià)分析，可在以下三個(gè)方面開(kāi)展：

（1）運(yùn)用Hakanson潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法判斷底泥中重金屬的污染等級(jí)，確定底泥是否為重金屬污染底泥。

（2）采用內(nèi)梅羅污染指數(shù)（N）、氮磷污染指數(shù)（INP）、底泥綜合營(yíng)養(yǎng)評(píng)價(jià)指數(shù)（F）和底泥有機(jī)質(zhì)評(píng)價(jià)指數(shù)（OI）等方法，判斷底泥的有機(jī)污染程度。

（3）估算底泥污染物的釋放量。

考慮到底泥釋放污染物受水體溫度、PH值和溶解氧等因素的影響較大，且根據(jù)地域性有較大的差別，計(jì)算難以準(zhǔn)確，因此一般可采用地區(qū)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，或考慮進(jìn)行適當(dāng)簡(jiǎn)化，通過(guò)底泥靜態(tài)釋放實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。

底泥釋放率和釋放量的計(jì)算公式如下：

式中：

R——釋放速率mg·（m2·d）-1；

V——柱中上覆水體積（L）；

Cn、Co、Cj-1——第n次、初始和j-1次采樣時(shí)某物質(zhì)含量（mg·L-1）；

Ca——添加原水后水體中某物質(zhì)的含量（mg·L-1）；

Vj-1——第j-1次采樣水體積（L）；

A——沉積物接觸面（m2）；

t——釋放時(shí)間（d）。

式中：

W——水體污染物釋放總量（t·a-1）；

Rij——第j區(qū)域沉積物在i溫度下的釋放速率mg·（m2·d）-1；

Aj——j區(qū)域所代表的面積（m2）；

ti——i溫度下所代表的時(shí)間段（a）。

1.3.2 水體與底泥污染物相關(guān)性的分析評(píng)價(jià)

對(duì)于水體與底泥污染物的相關(guān)性，可選取COD、TN和TP等指標(biāo)數(shù)據(jù)，進(jìn)行Pearson相關(guān)性分析，[8]對(duì)于污染物濃度成正相關(guān)，且相關(guān)強(qiáng)度較大的，則認(rèn)為底泥污染釋放對(duì)水體水質(zhì)影響程度較大。

2 清淤工程范圍的合理確定

2.1 滿足水安全要求

清淤工程在水安全方面的工程效益，主要體現(xiàn)在對(duì)經(jīng)濟(jì)社會(huì)、人類(lèi)的安全方面，對(duì)于湖泊，應(yīng)滿足湖泊的防汛調(diào)蓄方面的要求，而對(duì)于河流，應(yīng)保證過(guò)水?dāng)嗝?，避免阻礙行洪通道，因此，清淤范圍和清淤厚度首要的是滿足防洪安全的要求。

同時(shí)，清淤范圍應(yīng)避開(kāi)水利工程設(shè)施、取水口及安全規(guī)劃保護(hù)的區(qū)域，并考慮到底泥對(duì)于岸坡及擋墻穩(wěn)定性的影響，謹(jǐn)慎地在水體護(hù)岸邊開(kāi)展清淤工程，對(duì)于護(hù)岸坡角3m以內(nèi)的淤泥，選擇不清淤，或僅進(jìn)行清表。

2.2 滿足水環(huán)境要求

清淤工程在水環(huán)境方面的作用，一方面是清除水體底泥，減少內(nèi)源污染；另一方面則是增加水體容積，提高水環(huán)境容量。因此，在滿足水安全的前提下，水環(huán)境方面的要求對(duì)清淤工程范圍的影響主要如下：

2.2.1 根據(jù)底泥污染狀況的評(píng)價(jià)指標(biāo)確定

（1）根據(jù)Hakanson潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法計(jì)算結(jié)果，確定重金屬生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)≥300的區(qū)域（高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域）為清淤區(qū)域；

（2）采用其他方法評(píng)價(jià)，表明底泥有機(jī)污染嚴(yán)重，氮、磷含量較高的區(qū)域。

2.2.2 根據(jù)類(lèi)似工程的指標(biāo)確定

國(guó)內(nèi)許多工程以TN和TP作為確定清淤范圍的指標(biāo)，其清淤標(biāo)準(zhǔn)值如表2所示。

表2 國(guó)內(nèi)清淤工程TN和TP指標(biāo)表 （單位：mg/kg）

2.2.3 參考國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)，如美國(guó)環(huán)保部根據(jù)沉積物TP污染分級(jí)判斷標(biāo)準(zhǔn)如表3所示。

表3 美國(guó)環(huán)保部沉積物TP污染分級(jí)判斷標(biāo)準(zhǔn)表 （單位：mg/kg）

對(duì)于清淤厚度方面，應(yīng)根據(jù)底泥分層取樣檢測(cè)的成果確定，其取值宜小于污染層和過(guò)渡層的總厚度[3]，同時(shí)，應(yīng)結(jié)合河湖的常水位、污染負(fù)荷和采取的治理措施，進(jìn)行水域納污能力計(jì)算，考慮實(shí)施清淤，水環(huán)境容量增大后，水環(huán)境目標(biāo)的可達(dá)性。

2.3 滿足水生態(tài)要求

清淤工程在水生態(tài)方面，主要能改善水質(zhì)環(huán)境，為水生動(dòng)植物營(yíng)造生存繁衍的空間，但清淤工程本身也對(duì)生態(tài)系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生較大影響，[9]總體來(lái)說(shuō)，從水生態(tài)的角度，清淤的深度應(yīng)在滿足水安全和水環(huán)境的基礎(chǔ)上，盡量取小值，其主要原因如下：

（1）清淤工程會(huì)對(duì)現(xiàn)有底泥進(jìn)行擾動(dòng)，造成污染物質(zhì)的大量釋放，污染環(huán)境，破壞生態(tài)。

（2）底泥是沉水植物附著基礎(chǔ)，而底泥中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)也為沉水植物的生長(zhǎng)提供能源，因此過(guò)量清淤對(duì)沉水植物的生長(zhǎng)不利。

（3）清淤會(huì)降低河湖底部高程，增加水深，若水體透明度較低，會(huì)造成沉水植物死亡，造成二次污染，惡化水質(zhì)。

2.4 滿足工程經(jīng)濟(jì)的需求

從工程經(jīng)濟(jì)性的角度，清淤工程投資成本高，所占投資份額較大，若工程無(wú)其他治理措施配合，沒(méi)有管養(yǎng)維護(hù)配套，若干年后，底泥淤積的問(wèn)題又會(huì)重復(fù)出現(xiàn)，因此，為了避免重復(fù)投資，清淤工程應(yīng)建立在合理措施和科學(xué)管養(yǎng)的基礎(chǔ)上，同時(shí)應(yīng)從以下幾個(gè)方面進(jìn)行考慮，以提高工程的經(jīng)濟(jì)性：

（1）對(duì)不影響防洪安全，水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)不高，底泥污染物釋放對(duì)整體污染負(fù)荷貢獻(xiàn)較低的區(qū)域不實(shí)施清淤，或者少清淤，采取其他工程措施替代。

（2）針對(duì)城區(qū)河湖的特性，實(shí)施清淤工程對(duì)周邊環(huán)境的擾動(dòng)和破壞，以及淤泥處置的風(fēng)險(xiǎn)和成本，更應(yīng)充分論證清淤的合理性。

（3）清淤深度的確定還應(yīng)根據(jù)工程施工方案及清淤設(shè)備合理確定，一般情況下，采用水力沖挖，則清淤厚度不低于0.3m，采用干挖或挖泥船清淤，則清淤厚度不小于0.5m。[10,11]

3 對(duì)于消減底泥污染物的措施和建議

對(duì)于不具備清淤條件、清淤不徹底，或經(jīng)分析清淤不合理的河湖，仍需通過(guò)其他技術(shù)措施作為補(bǔ)充，保障河湖的生態(tài)環(huán)境。主要措施有以下幾個(gè)方面：

（1）做好截污措施，增加水體溶解氧：一方面是避免外源污染繼續(xù)進(jìn)入水體，沉積在河湖底部，形成新的污染底泥；另一方面，由于污染底泥是在厭氧狀態(tài)下形成的，因此，保持水體透明度，并通過(guò)曝氣增氧等方式，提高水體溶解氧含量，有利于河湖剩余沉積底泥的消減。

（2）利用微生物消減底泥污染物：利用缺氧菌、有機(jī)質(zhì)分解菌可在一定程度上消減底泥中的污染物，對(duì)表層底泥進(jìn)行改良，同時(shí)，改良的底泥也能作為下部污染底泥與水體的“屏障”，阻礙污染物進(jìn)入水體。

（3）種植沉水植物：在水深及水體透明度允許的前提下，在河湖底部種植沉水植物，形成“水下森林”，一方面能吸收底泥中的污染物質(zhì)，另一方面也能防止魚(yú)類(lèi)活動(dòng)對(duì)穩(wěn)定底泥的擾動(dòng)，而釋放污染物質(zhì)。

結(jié)語(yǔ)

本文以如何合理確定河湖清淤工程范圍為主要內(nèi)容，從底泥的調(diào)查分析入手，通過(guò)不同角度對(duì)清淤工程范圍合理性的確定進(jìn)行論述，為今后水生態(tài)修復(fù)項(xiàng)目清淤工程的科學(xué)實(shí)施提供了一定的經(jīng)驗(yàn)和借鑒，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）清淤工程范圍的確定應(yīng)建立在詳細(xì)、有針對(duì)性的現(xiàn)狀調(diào)查和檢測(cè)的基礎(chǔ)上，主要包括底泥的勘探和底泥、水體指標(biāo)的檢測(cè)。

（2）底泥的評(píng)價(jià)應(yīng)采取多種方法全面的分析其污染特性，并分析與水體污染物的相關(guān)性。

（3）底泥的清淤范圍和深度應(yīng)綜合考慮水安全、水環(huán)境、水生態(tài)和工程經(jīng)濟(jì)等方面的因素，合理確定，對(duì)不影響防洪安全，水環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)不高或不具備實(shí)施條件的區(qū)域，可以不清淤或者少清淤。

（4）作為清淤工程的補(bǔ)充，可采取微生物、沉水植物等技術(shù)措施，消減河湖中淤泥的污染物釋放。