疏浚及生態(tài)修復(fù)技術(shù)在玄武湖的工程應(yīng)用

高 揚(yáng)，羅榮彪，劉 成

(1.江蘇東方生態(tài)清淤工程有限公司，江蘇 無錫 214125；2.中國船舶重工集團(tuán)第七〇二研究所，江蘇 無錫 214082)

1 概 述

玄武湖是南京市的窗口，承擔(dān)著調(diào)洪蓄存、改善水質(zhì)的重要功能。由于湖泊沉積作用的增強(qiáng)，經(jīng)泄洪溝匯入玄武湖的水中攜帶有大量地表徑流過程中攜裹的污染物質(zhì)，并且在水流作用下在湖內(nèi)輸移、擴(kuò)散、降解，最終沉積在湖底，導(dǎo)致玄武湖污染和淤積情況日益嚴(yán)重。經(jīng)調(diào)查，在不考慮外源污染的情況下，由底泥磷釋放濃度年均維持在0.101 mg/L，超過湖泊富營養(yǎng)化磷標(biāo)準(zhǔn)[1]，東南湖底泥年釋放量甚至達(dá)到1.013 t，內(nèi)源污染釋放導(dǎo)致玄武湖東南湖區(qū)域水質(zhì)下降、透明度降低、水體富營養(yǎng)化程度呈不斷加劇的態(tài)勢，亟需對(duì)湖區(qū)進(jìn)行內(nèi)源污染清除和生態(tài)修復(fù)工作。

針對(duì)水體現(xiàn)狀，實(shí)施玄武湖東南湖水域疏浚及生態(tài)修復(fù)工程，通過疏浚、底泥處置、生態(tài)治理等工程措施對(duì)玄武湖進(jìn)行水環(huán)境綜合治理，使玄武湖水環(huán)境問題得到緩解，水質(zhì)和透明度得到提升。

2 工程實(shí)施內(nèi)容

玄武湖東南湖東南片區(qū)水域疏浚工程是一項(xiàng)綜合性工程，內(nèi)容包括疏浚工程、底泥處置工程及生態(tài)修復(fù)工程，具體如下。

2.1 疏浚工程

對(duì)玄武湖東南湖(區(qū)域①西北起玄武湖菱洲，東至九華山隧道，區(qū)域②玄武湖最東南角)水域進(jìn)行疏浚，疏浚范圍見圖1。該區(qū)域水面面積0.23 km2，經(jīng)初步測量清淤量約9.3萬 m3。

圖1 疏浚范圍

2.2 底泥處置工程

在底泥處置站對(duì)疏浚上岸的泥漿進(jìn)行初步脫水和無害化處理，過程產(chǎn)生的尾水滿足pH值6～9、ρ(SS)≤70 mg/L的排放要求，泥餅含水率<40%的外運(yùn)處置要求。

2.3 生態(tài)修復(fù)工程

清淤完成后，通過對(duì)湖底基質(zhì)的植物、動(dòng)物和生態(tài)改善，持續(xù)修復(fù)水體，實(shí)現(xiàn)水體透明度≥1.2 m的要求。

3 施工方案

3.1 疏浚工程

針對(duì)本次疏浚區(qū)域的水域特點(diǎn)、岸線類型等現(xiàn)狀條件，本次疏浚方案采用“帶水疏浚法+干湖沖挖法+管道輸送的方式”對(duì)玄武湖東南湖東南片區(qū)水域進(jìn)行疏浚和泥漿輸送。

3.1.1 帶水疏浚

帶水作業(yè)區(qū)采用反鏟式挖泥船進(jìn)行疏浚，清淤量約77 760 m3，底泥挖出后堆放于駁船中并轉(zhuǎn)運(yùn)至中轉(zhuǎn)碼頭區(qū)，漿化后的淤泥再通過管道增壓輸送至干化站。

施工過程中挖泥船首先在作業(yè)區(qū)內(nèi)按預(yù)先設(shè)計(jì)的開挖軸線進(jìn)行定位，其次根據(jù)測量得到的水位、水深及圖紙疏浚深度計(jì)算出實(shí)際開挖深度，并對(duì)挖機(jī)上的標(biāo)尺進(jìn)行調(diào)節(jié)以方便實(shí)際施工。同時(shí)現(xiàn)場標(biāo)識(shí)出挖機(jī)大臂范圍內(nèi)船體左右兩側(cè)的疏浚邊線，以便船體移位后確定搭接寬度，避免漏挖。定位和標(biāo)識(shí)工作完成后，開始挖泥船的試挖工作，符合要求即可正式施工。

正常開挖作業(yè)中，首先釋放船體一側(cè)的定位樁并將泥駁固定于船體兩側(cè)，挖機(jī)進(jìn)行扇形面反鏟開挖并卸泥至駁船中，一次作業(yè)遵循“回轉(zhuǎn)—下放—開挖—提升—回轉(zhuǎn)—卸泥”的作業(yè)流程。第一關(guān)施工結(jié)束并檢測合格后進(jìn)行船體延軸線方向的移位工作，利用機(jī)械臂插入湖底頂推完成，完成移位后需再次對(duì)船身進(jìn)行定位確保開挖軸線無偏差，對(duì)船位校核無誤后重復(fù)開挖工作，依次循環(huán)施工。

泥駁船滿載后按規(guī)定的航線行至碼頭區(qū)卸泥。通過碼頭區(qū)配備的高壓射流使開挖的淤泥漿化，再通過泥漿泵和管道加壓輸送至底泥處置站。

3.1.2 干湖沖淤

干湖作業(yè)區(qū)為岸邊淺灘區(qū)，吃水深度無法滿足大船的作業(yè)施工，故采用人工水力法進(jìn)行清淤，并用管道輸送至碧蓮苑干化站，清淤方量為15 000 m3。

施工過程中首先在干湖作業(yè)區(qū)外圍采用“鋼管綁扎+迎水面鋪木板+防滲布”的形式進(jìn)行臨時(shí)圍堰施工。圍堰筑成之后，首先對(duì)圍堰內(nèi)蓄存的水進(jìn)行排出，排干至一定程度后再利用開槽、挖井的明排方式排出殘留余水和周邊滲水。

排水完成后利用人工配合高壓水槍沖刷淤泥，高速射流將灘地的淤泥漿化并逐漸匯集至低洼區(qū)域，由砂漿泵吸取輸送至集漿池內(nèi)，在集漿池內(nèi)初步沉淀后的泥漿濃度得到提高，再利用渣漿泵分級(jí)加壓輸送至底泥處置站。

3.2 底泥處置工程

采用淤泥快速干化技術(shù)對(duì)底泥進(jìn)行快速脫水，尾水經(jīng)過凈化后達(dá)標(biāo)排入湖區(qū)，干化土外運(yùn)處置。工藝流程詳見圖2。

圖2 工藝流程圖

3.2.1 泥漿預(yù)處理

進(jìn)站泥漿通過粗振動(dòng)篩先行粗篩分、細(xì)振動(dòng)篩和旋流器組二次分選清除上岸泥漿中垃圾、礫石和細(xì)沙等固體雜質(zhì)，防止泥漿中的大顆粒雜質(zhì)對(duì)后續(xù)工藝中機(jī)械設(shè)備的損傷。

3.2.2 淤泥改性調(diào)理

預(yù)處理后的泥漿進(jìn)行改性調(diào)理以滿足脫水要求，改性調(diào)理工藝分“強(qiáng)化混凝+淤泥濃縮、淤泥改性調(diào)理”兩階段進(jìn)行。具體如下：

第一階段：強(qiáng)化混凝+淤泥濃縮。通過在泥漿添入高分子無機(jī)混凝劑，泥漿在濃縮池中發(fā)生強(qiáng)化混凝作用，淤泥分散系統(tǒng)的Zeta電位的得到降低并導(dǎo)致淤泥組分中的各項(xiàng)物質(zhì)凝聚、壓縮在一起，使淤泥得到濃縮，分離得到的上清液通過溢流槽退水還湖。

第二階段：淤泥改性調(diào)理。將濃縮池底部不斷形成的沉淀淤泥泵送至調(diào)理箱進(jìn)行改性和勻質(zhì)，過程中添入穩(wěn)定劑和高分子有機(jī)絮凝劑，改善淤泥的脫水性并使泥相中的各組分污染物質(zhì)得到穩(wěn)定化處理。

3.2.3 物理機(jī)械脫水

將調(diào)理改性后的泥漿泵送至隔膜板框機(jī)組進(jìn)行壓榨脫水，通過濾室內(nèi)部先后施加在濾布正向和反向的壓榨力迫使淤泥脫除水分，脫水后的泥餅通過卸料收集后集中外運(yùn)處置，余水進(jìn)入凈化系統(tǒng)進(jìn)一步處理。

3.2.4 尾水凈化排放

脫水過程中形成的余水統(tǒng)一收集后進(jìn)入凈化系統(tǒng)進(jìn)行二次處理，余水在系統(tǒng)內(nèi)經(jīng)旋流混合、電性中和、吸附過濾等作用實(shí)現(xiàn)水質(zhì)凈化并達(dá)標(biāo)排放，產(chǎn)生的泥漿回流至前節(jié)循環(huán)處理。

3.3 生態(tài)修復(fù)工程

疏浚完成后，在生態(tài)修復(fù)區(qū)域內(nèi)布置柔性圍隔，防止非種植區(qū)域的風(fēng)浪水流侵害水生植物，對(duì)施工過程中破壞的荷花重新進(jìn)行種植并配合一定量的沉水、挺水和浮水植物進(jìn)行布景，形成的新的景觀效果。水生植物種植完后投放一定量的水生動(dòng)物，完善水生態(tài)系統(tǒng)。

3.3.1 水生植物種植

在水深30 cm左右的湖邊處種植挺水植物：蘆葦、香蒲、花葉蘆竹、水蔥、傘草、千屈菜等[2]，不僅起到美觀的效果，同時(shí)還能增加水體的自凈力。湖中1.3 m水深內(nèi)的潛水區(qū)種植沉水植物：苦草、輪葉黑藻、金魚藻、馬來眼子菜等[3]。同時(shí)在景觀節(jié)點(diǎn)種植浮葉植物，如睡蓮、荷花等[4]。

3.3.2 水生動(dòng)物投放

水生植物種植完成后，適當(dāng)放養(yǎng)一定數(shù)量的水生動(dòng)物以完善水生態(tài)系統(tǒng)，種類包括白鰱、鳙魚、白鰱魚、螺螄、河蚌、青蝦等。

4 實(shí)施結(jié)果分析

4.1 泥餅含水率、尾水pH值及SS質(zhì)量濃度

對(duì)施工過程產(chǎn)生的泥餅及尾水進(jìn)行取樣送檢，分別對(duì)泥餅的含水率及尾水SS質(zhì)量濃度進(jìn)行第三方檢測。送檢方案為正式施工初始階段送檢同一天不同批次的3組樣品，以驗(yàn)證工藝穩(wěn)定性。后續(xù)送檢按月進(jìn)行。檢測結(jié)果見圖3。

圖3 泥餅含水率、尾水pH值及SS質(zhì)量濃度曲線

由圖3可以看出，所有檢測項(xiàng)目結(jié)果均符合淤泥含水率<40%、尾水ρ(SS)≤70 mg/L、尾水pH達(dá)到6～9的設(shè)計(jì)要求。2月27日的3組樣品結(jié)果顯示日均變化幅度不大，工藝運(yùn)行較為穩(wěn)定。4月10日至6月26日中各項(xiàng)檢測數(shù)據(jù)存在上下波動(dòng)的情況，可能與干湖沖淤有關(guān)，其施工區(qū)原有荷花覆蓋，底泥中腐殖質(zhì)成分較多，導(dǎo)致其污染程度較高，淤泥污染負(fù)荷的波動(dòng)也許是導(dǎo)致工藝上出現(xiàn)細(xì)微波動(dòng)影響的原因。

4.2 透明度

養(yǎng)護(hù)期內(nèi)利用黑白盤對(duì)湖中潛水區(qū)柔性圍隔兩側(cè)的透明度進(jìn)行檢測，檢測頻次為1月1次，檢測結(jié)果見圖4。

圖4 潛水區(qū)柔性圍隔兩側(cè)的透明度對(duì)比

由圖4可以看出，柔性圍隔內(nèi)的水體透明度≥1.2 m，符合設(shè)計(jì)要求。而圍隔外的非種植區(qū)水體透明度明顯偏低，結(jié)果顯示本工程通過水生植物的種植對(duì)水體透明度的改善起到有益作用。

5 結(jié) 語

本工程通過對(duì)玄武湖東南湖的疏浚及生態(tài)修復(fù)施工，得到以下有益結(jié)果：1)工程實(shí)施有效改善了玄武湖的水生態(tài)環(huán)境。2)底泥處置過程滿足泥餅含水率<40%、尾水ρ(SS)≤70 mg/L、尾水pH值6～9的設(shè)計(jì)要求，受淤泥污染負(fù)荷波動(dòng)的影響4月10日至6月26日運(yùn)行數(shù)據(jù)上出現(xiàn)可控范圍內(nèi)的細(xì)微波動(dòng)，底泥脫水工藝運(yùn)行大致穩(wěn)定。3)通過對(duì)柔性圍隔內(nèi)外水體透明度的檢測，結(jié)果顯示本工程生態(tài)修復(fù)結(jié)果滿足透明度≥1.2 m的設(shè)計(jì)要求，明顯優(yōu)于圍隔外水體的透明度，證明水生動(dòng)植物的養(yǎng)殖和投放對(duì)水體透明度的改善起有益作用。