茅洲河下游綜合整治與綠色清淤技術(shù)研究

湯家源 吳騰

摘 要：茅洲河下游入河排污口眾多，各種污水直排現(xiàn)象嚴(yán)重，且河道內(nèi)淤積嚴(yán)重。針對茅洲河存在的問題，提出了河道清淤、岸坡加固、修建調(diào)節(jié)閘和污水處理等工程措施。為了實(shí)現(xiàn)河道的生態(tài)整治，給出了茅洲河綜合整治綠色清淤的思路，形成了對河道清淤過程水體懸浮污染物擴(kuò)散問題、施工水域突發(fā)性事故污染物擴(kuò)散問題、管道和河道清淤棄土資源化利用問題、清淤棄土修復(fù)問題的解決措施。該研究成果可供河道或航道的生態(tài)化整治提供參考。

關(guān)鍵詞：河道整治;清淤;綠色施工;疏浚土

中圖分類號：U61? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2020）01-0086-03

1概述

茅洲河干流下游河段長度約12km，位于東莞市與深圳市的交界處，河面寬60-90米，東莞一側(cè)流經(jīng)長安涌頭、霄邊、咸西、錦廈、新民、長盛六個社區(qū)，直接匯水面積約25平方公里[1]。目前，共有人民涌、塘下涌以及三八河排澇站等7個排澇站的排洪渠道，直接或間接排入茅洲河。東莞部分作為茅洲河流域不可缺少的一部分，其內(nèi)污水的收集情況直接影響茅洲河的河流水質(zhì)，茅洲河區(qū)位圖如圖1所示。為了提升該流域的水質(zhì)，茅洲河流域下游擬開展二期綜合整治，整治工程主要包括：污水管網(wǎng)工程、活水保質(zhì)工程、調(diào)節(jié)閘工程、清疏工程等，清疏河道共21條，長度約為45.1km，其中明渠約19.4km，暗涵長約25.7km。

由于茅洲河下游綜合整治施工對水動力條件和局部地形條件都有一定程度的改變，這一改變也引起懸浮污染物擴(kuò)散過程的變化，對水環(huán)境產(chǎn)生影響[2-4]。尤其是整治工程中會產(chǎn)生大量疏浚土，因疏浚土含水量高、強(qiáng)度低，其工程應(yīng)用困難，大量疏浚土需廢棄處置。加上部分疏浚土含有大量有機(jī)物、重金屬離子等，處置不當(dāng)將會導(dǎo)致環(huán)境污染[5-6]。疏浚土處理成為當(dāng)前河道及航道整治的難點(diǎn)。為了降低整治工程對環(huán)境的影響，許多國家對疏浚土進(jìn)行了研究，探討了疏浚土的資源化利用措施。尤其是近年來，土地資源越來越緊張，通過疏浚土進(jìn)行吹填造地的應(yīng)用越來越多。如日本修建了許多人工島，甚至有些吹填區(qū)域修建了機(jī)場;在香港、深圳，也開展了大量的填海工程，填海工程中除了石料外，大部分為疏浚土，實(shí)現(xiàn)了疏浚土的資源化利用[7-8]。但將疏浚土轉(zhuǎn)化為可利用的土資源需經(jīng)過復(fù)雜的物理、化學(xué)過程[9]。對于不同的疏浚區(qū)域，該過程中的工藝和參數(shù)需要針對性的制定。本文針對茅洲河整治過程進(jìn)行研究，提出相應(yīng)整治方案和綠色清淤技術(shù)。

2茅洲河流域存在的問題

（1）入河排污口多，污水排放量大。茅洲河流域東莞河段的排污口主要包括生活污水、工業(yè)污水、污水處理廠尾水等不同類型。各種污水口共三千余個，排污口污水排放總量為27萬m3/d。按照每公里的排污口個數(shù)統(tǒng)計(jì)，近30個/km，遠(yuǎn)超一般河道區(qū)域的排污入口數(shù)，污水口的排放給河道水質(zhì)帶來巨大的負(fù)面影響。

（2）茅洲河流域水體污染嚴(yán)重。已有的監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，茅洲河流域水質(zhì)均為劣Ⅴ類，氨氮、總磷、重金屬鋅、銅、鉻、鎘和鎳等指標(biāo)超標(biāo)嚴(yán)重，嚴(yán)重影響該流域人民的生活和工業(yè)生產(chǎn)。產(chǎn)生該現(xiàn)象的原因主要有兩方面：一是排污口密集，很多污水直接排到河流中，引起水質(zhì)變差;二是部分河道垃圾、雜物侵占嚴(yán)重，水體交換不暢通，局部區(qū)域形成死水，使茅洲河水質(zhì)進(jìn)一步降低，甚至成為新的污染源。

（3）茅洲河流域行洪不暢。茅洲河流域下游排水管多采用明渠形式，在明渠的上方增加蓋板。但由于該流域渠道維護(hù)缺乏，長期運(yùn)行下，沿程產(chǎn)生較大的淤積，減小渠道的過水面積。正常情況，該渠道可以滿足水體下泄，但當(dāng)降雨強(qiáng)度稍大時，渠道過流能力難以滿足需求，會造成行洪不暢，引起洪水問題。

（4）茅洲河流部分閘門老舊，亟待維護(hù)。茅洲河流部分閘門生銹老舊，難以在淤積時發(fā)揮功能。多區(qū)域在降雨時，水體難以下泄，形成城鎮(zhèn)洪澇災(zāi)害，嚴(yán)重影響當(dāng)?shù)鼐用竦纳畎踩ａ槍υ搯栴}，亟需開展相關(guān)措施，恢復(fù)閘門的安全運(yùn)行。

3茅洲河下游整治措施

茅洲河下游河道具有入河排污口多、污水排量大、水域渠道和河道泄流不暢、水體污染嚴(yán)重等問題。針對該問題，結(jié)合施工場地周邊條件及現(xiàn)有的技術(shù)及設(shè)備情況，需進(jìn)行綜合整治。其工程措施主要包括：

（1）污水管網(wǎng)的治理。河道內(nèi)排污口眾多，大部分排污水直接排放到河道，未經(jīng)過污水處理廠進(jìn)行凈化，成為茅洲河污染的直接因素。為了從內(nèi)源上消除污染源，從而徹底改善長安鎮(zhèn)全流域水體環(huán)境，進(jìn)而提升河道內(nèi)水質(zhì)，應(yīng)開展污水管網(wǎng)的設(shè)計(jì)、鋪排和疏通工作，將主要污水進(jìn)行凈化處理。

（2）修建和維護(hù)調(diào)節(jié)閘。由于茅洲河水體匯流后入海，調(diào)節(jié)閘對水體下泄有重要的作用，控制著流域內(nèi)水體的下泄能力。近年來，多座閘門老化失效，難以發(fā)揮相應(yīng)的功能。為了提升對洪水的調(diào)控能力，一方面對老舊的閘門進(jìn)行維護(hù)，另一方面修建新的調(diào)節(jié)閘，通過調(diào)配內(nèi)部水源，實(shí)現(xiàn)水源調(diào)節(jié)。

（3）進(jìn)行污水管道和河道的清淤。污水管道和河道內(nèi)的泥沙淤積是降低水體下泄能力的又一重要因素。開展管道和河道的清淤施工可有效增加行洪能力，有利于水系聯(lián)通，對茅洲河水質(zhì)的提升和防洪具有重要的意義。

4茅洲河綜合整治綠色清淤思路

茅洲河河道清淤整治工程項(xiàng)目建設(shè)會伴隨著大量的資源消耗，產(chǎn)生直接或間接的環(huán)境污染，尤其是施工過程中的水污染問題、管道和河道清淤棄土問題。隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，綠色的施工理念已成為工程建設(shè)發(fā)展的必然要求。針對河道整治工程施工中存在的問題，提出茅洲河綠色清淤思路，如圖2所示。

5茅洲河綠色清淤關(guān)鍵技術(shù)

5.1清淤過程中水污染防治

（1）河道清淤過程水體懸浮污染物擴(kuò)散。河道清淤施工過程中在不同的施工階段的開挖所造成的懸浮污染物擴(kuò)散的問題?？苫诟呔热S地形數(shù)據(jù)和碼頭施工措施布置信息，建立非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，模擬懸浮污染物空間對流擴(kuò)散過程;分析洪、中、枯組合情況下懸浮污染物的時間空間擴(kuò)散過程，明確工程措施對污染物擴(kuò)散影響的內(nèi)在規(guī)律特征。根據(jù)該擴(kuò)散規(guī)律，選擇合適的施工時間和施工區(qū)位，并在施工過程中布置過濾網(wǎng)減少污染擴(kuò)散帶來的水環(huán)境影響。

（2）施工水域突發(fā)性事故污染物擴(kuò)散。施工過程中，施工船舶在突發(fā)情形下發(fā)生緊急污染物泄露時，污染物的空間擴(kuò)散過程。具體包括：①分析不同空間位置事故排放工況下，不同徑流動力因素作用下污染物的空間擴(kuò)散過程;②揭示水體污染物濃度的分布與水動力條件之間的關(guān)系;③提出在不影響通航條件下，最大程度減少污染物擴(kuò)散的空間范圍和濃度的措施;④在施工現(xiàn)場預(yù)置污染物污染吸附材料和制定防止污染擴(kuò)散方案。

5.2清淤棄土資源化利用

內(nèi)河航道綠色施工主要是通過新型節(jié)能、環(huán)保技術(shù)來進(jìn)行河道和管道清淤、整治、徑流調(diào)節(jié)等，以最低的成本和消耗來獲得理想的施工經(jīng)濟(jì)效益的目標(biāo)。清淤棄土的處理問題是當(dāng)前航道工程的難點(diǎn)。對于茅洲河流域清淤棄土的處理主要包括：

（1）通過真空濃縮快速干化技術(shù)。針對清淤中輸出的泥漿，開展室內(nèi)實(shí)驗(yàn)研究，設(shè)計(jì)不同的排水系統(tǒng)方案，布設(shè)孔隙水壓力計(jì)，在不同真空度、不同運(yùn)行時間條件下，研究泥漿的孔隙水壓力發(fā)展變化規(guī)律，得到不同真空度和不同運(yùn)行時間條件下的泥土快速排水干化處理效果，并采用快速排水原則優(yōu)化真空濾池模型和排水處置方案。

（2）通過物料摻混固結(jié)清淤棄土。針對已排水后成淤泥狀的清淤土，通過與廉價的礦物摻料進(jìn)行拌和，實(shí)現(xiàn)清淤土的快速固結(jié)，研究礦渣粒徑分布、拌和量、以及與礦渣等共同使用的協(xié)同效果，優(yōu)化礦渣等摻合料與疏浚土拌和的配合比，并提出推薦方案。通過無側(cè)限抗壓強(qiáng)度測定固化后疏浚土的強(qiáng)度，通過掃描電子顯微鏡觀測固化土的微觀結(jié)構(gòu)，結(jié)合能量色散譜儀和X射線衍射分析固化土中的物相變化。探尋快速提高清淤土體強(qiáng)度的固體廢棄物配合比，實(shí)現(xiàn)快速資源化。

5.3清淤棄土修復(fù)技術(shù)

一般利用物理、化學(xué)和生物的方法轉(zhuǎn)移、吸收、降解或轉(zhuǎn)化土壤中的重金屬污染物，使其濃度降低到可接受水平，或?qū)⒂卸居泻Φ奈廴疚镛D(zhuǎn)化為無害的物質(zhì)。對于茅洲河河道和管道清淤棄土可采用下列處理方法：

（1）重金屬泥漿快速干化?；谒π鞣蛛x、振篩脫水和真空濃縮的串并聯(lián)技術(shù)，進(jìn)行重金屬泥漿的組分分選，研究重金屬泥漿快速干化系統(tǒng)，提高處理效率，實(shí)現(xiàn)將泥漿快速干化到濃度50%左右，并對濃縮尾水進(jìn)行處理。

（2）重金屬泥土的固化和穩(wěn)定化。基于快速干化重金屬污染泥土中污染物理化性質(zhì)分析，研究清淤泥土的固化和穩(wěn)定化處理技術(shù)。

（3）清淤棄土土壤化處理技術(shù)。分析清淤棄土的土壤化處理技術(shù)及植物的可適性。利用清淤棄土的固化土作為下層填方加固材料，土壤化處理土作為表層化土壤基質(zhì)，調(diào)查不同種類的植物的可適性，構(gòu)建人工濕地和回填土等。

6結(jié)束語

茅洲河下游河道淤積嚴(yán)重、水體污染嚴(yán)重，為解決河道行洪和水污染問題，需采用河道清淤、岸坡加固、修建調(diào)節(jié)閘和污水處理等工程措施進(jìn)行綜合整治。河道整治過程中會產(chǎn)生較多的環(huán)境問題，對于施工過程中的水環(huán)境問題可通過數(shù)值模擬預(yù)先分析水污染的運(yùn)動規(guī)律，并根據(jù)研究結(jié)果在施工現(xiàn)場預(yù)置污染物污染吸附材料和制定防止污染擴(kuò)散方案。對于管道和河道清淤過程中的棄土，可先進(jìn)行干化處理，然后用物理、化學(xué)的方法將生物有毒有害的污染物轉(zhuǎn)化為無害的物質(zhì)，實(shí)現(xiàn)棄土的資源化。

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本文得到了重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃專題（2016YFC0402506）的支持。