瓦埠湖航道環(huán)保疏浚及疏浚土資源化處理技術

羅志強　王德詠

摘 要：為解決引江濟淮航道疏浚及疏浚土的處置難題，以瓦埠湖航道疏浚工程為依托，開展了疏浚挖泥設備優(yōu)選工作，研發(fā)了一套利用秸稈吸附流泥而快速凈化排放尾水的裝置，提出了一種基于植物加固疏浚土的生態(tài)固化技術，并開展了現場試驗研究。研究結果表明：檢測發(fā)現經過尾水凈化裝置后的排放尾水可滿足環(huán)保和設計要求，先鋒植物能有效地降低疏浚土中的重金屬含量，提高排泥場地的地基承載力，滿足設計要求，處理后的場地滿足復墾需要。該技術經濟、環(huán)保，可達到疏浚土資源化利用的目的。

關鍵詞：疏浚吹填;環(huán)保疏浚;資源化;生態(tài)固化

中圖分類號：U656.1+39? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號：1006—7973（2022）01-0124-03

引江濟淮工程由長江下游上段引水，向淮河中游地區(qū)補水，是一項以城鄉(xiāng)供水和發(fā)展江淮航運為主，結合灌溉補水和改善巢湖及淮河水生態(tài)環(huán)境等綜合利用的大型跨流域調水工程，是集供水、航運、生態(tài)等效益的一項水資源綜合利用工程。其自南向北分為引江濟巢、江淮溝通、江水北送三段，疏浚擴挖約215.6公里。航道疏浚方式、疏浚土的處置對該工程環(huán)境影響極為關鍵。

目前疏浚工程多采用絞吸式[1]挖泥船開挖疏浚河道，對應的排泥區(qū)疏浚土固結和泥水分離主要采用排水固結法：如砂井、排水板、砂墊層等排水體，堆載、真空[2]、降水預壓，聯合加壓[3]，電滲排水等，這些工程措施均能改善疏浚排泥區(qū)的承載能力，但是對于大面積復墾的排泥區(qū)地處理而言，費用較高;且河道疏浚土往往攜帶污染物[4]，對農作物及人體有害，常規(guī)的排水固結措施難以對土體進行改良，不利于土地農用資源化。如何高效、環(huán)保處理疏浚土，成為實現資源再利用的關鍵。面對國家生態(tài)文明建設，環(huán)保疏浚將成為未來可持續(xù)發(fā)展的方向。為此，本文以引江濟淮工程江淮溝通段瓦埠湖湖區(qū)航道疏浚工程為依托，開展環(huán)保疏浚及疏浚土的快速農用資源化利用研究。

1工程介紹

瓦埠湖湖區(qū)航道疏浚沿線長度達41km，設有14個拋泥區(qū)。根據勘察結果，該航道勘察深度范圍內揭露上覆地層主要為全新統(tǒng)淤泥、粉質壤土、淤泥質粉質壤土、上更新統(tǒng)粉質壤土、粉質粘土;下伏基巖為白堊系粉砂巖，淤泥含水率范圍為40%～120%。為了滿足疏浚過程中的環(huán)水保要求，工程加強了對疏浚吹填施工過程中環(huán)保措施的控制;為了合理地處置該工程的疏浚棄土并進行有效利用，對該航道疏浚土進行了植物生態(tài)固化試驗，以滿足承載力要求而達到快速農用資源化的目的。

2 環(huán)保疏浚施工及控制措施

2.1 疏浚設備選擇

考慮到瓦埠湖湖區(qū)沿線均分布有城市取水口和漁業(yè)資源，施工期內對取水口水質產生一定影響，施工需采取環(huán)保疏浚工程施工。

結合太湖[5]、巢湖、洱海等地疏浚工程的實踐經驗，絞吸式挖泥船和抓斗船是本工程較為適宜的疏浚船型。由于受淺水湖區(qū)施工條件的限制，疏浚對水體的擾動較大，挖泥機具上應安裝環(huán)保絞刀頭，配備高精度定位裝置的絞吸式挖泥船進行施工，并且一次上岸，疏浚施工應控制懸浮泥沙的影響，以減少施工二次污染。

2.2 疏浚工藝及控制措施

由于瓦埠湖是淮南市重要的飲用水水源地，湖區(qū)疏浚余水最終會流回湖中，因此疏浚余水排放務必要加強控制，為了降低排泥場管口出泥濃度，設計了一套利用秸稈吸附疏浚流泥、快速凈化尾水的裝置，如圖2所示。

經過濾后，施工期間分階段定期在泄水口取樣，檢測分析并計算各階段泄水含泥濃度及土方流失量。現場監(jiān)測表明，過濾后余水中的含泥量能夠滿足環(huán)保和設計要求?？紤]到環(huán)水保要求，現場還采取下列措施：①排泥區(qū)底部為透水層時在底部采取鋪設防滲膜等措施;②排泥區(qū)四周各打設水質監(jiān)控井一口，并定期測定水質，發(fā)現異常應及時采取處理措施;③制定排泥區(qū)余水排放標準以及檢測方式和要求;④根據排泥區(qū)及疏浚土的具體情況制定加速泥漿固結措施。此外，開展典型施工，對疏浚區(qū)域水質及拋泥區(qū)退排水進行監(jiān)測，總結典型施工經驗，優(yōu)化施工組織。

3 排泥區(qū)快速生態(tài)固化技術

3.1 生態(tài)固化方法及原理

引江濟淮疏浚排泥場地面積極大，采用傳統(tǒng)的泥水快速分離或者真空預壓技術存在技術復雜、流程冗長、成本高等問題。農用承載力要求相對較低（大于4t/m2即可），為此提出一種利用植物生長生態(tài)固化疏浚場地的方法。其原理體現于：①植物的蒸騰作用加速疏浚土中水分的蒸發(fā);②通過固結在土壤中先鋒植物根系的“加筋”作用;③天然植物生長過程中可消耗掉疏浚土中過量的營養(yǎng)鹽并固化一部分重金屬;④先鋒植物枯萎后，可增強土壤肥料，利于復墾農用。先鋒植物固土并進行土地復墾在理論上是可行的。

通過已有研究基礎及室內試驗結果，選取皇竹草及高丹草作為生態(tài)固化疏浚土的先鋒植物，二者根系發(fā)達，生長快，蒸騰作用強，且為一年生植物，不會造成外來物種“入侵”的問題。皇竹草雖耗水性好，但沒有種子，需管節(jié)繁殖;而高丹草有種子，適合于大面積撒播或無人機播種。

3.2 現場試驗研究

為了檢驗先鋒植物生態(tài)固化疏浚土的可行性，并探索其影響因素，在依托工程3#排泥區(qū)開展了現場試驗，試驗區(qū)范圍如圖3（a）所示，疏浚土的構成以淤泥、粉質壤土、粉質粘土為主，含水量達90%，承載力幾乎為0，如圖3（b）所示。

如圖4，根據疏浚土的水力分選特點，設置試驗區(qū)1（E區(qū)，黏土團較多，面積1200m2）和試驗區(qū)2（粉細顆粒多，面積3000m2），其中試驗區(qū)2分為4個區(qū)：A（皇竹草扦插，間距0.5m）、B（皇竹草扦插，間距1.0m）、C（皇竹草拋種）、D（高丹草撒播），另設一個空白對照區(qū)（O區(qū)）。各區(qū)間均分塊并設置有排水溝（寬1m*深1m）。

3.3 試驗結果分析

試驗場地植物生長效果如圖5所示。為了滿足基本的人機作業(yè)需要，設計文件要求固化達到4T/m2（40kPa）荷載，利用靜力觸探對試驗區(qū)的典型位置進行檢測，換算后地基承載力隨深度的變化如圖6所示。從圖6可以看出，淺層（0～0.6m）植物的生長可以提高土體的承載力。

不同處理對疏浚土重金屬含量的影響如表1所示。種植后土壤中的重金屬均低于種植前，說明先鋒植物對重金屬有吸收固化作用，能減少土壤中的重金屬污染，改善土壤的化學性質。根據《農用污泥中污染物控制標準》（GB 4284-2018），重金屬等有毒有害物質含量能滿足農用要求，且湖泊疏浚土有機質、氮、磷等養(yǎng)分含量豐富，故處理后的場地可以直接用于農業(yè)復墾。

先鋒植物加固疏浚土技術與真空預壓排水固結法相比，二者處理需要的時間相當，約6-9個月;本法處理后的地基承載力略低于真空預壓，不過能達到40kPa，滿足農用資源化需要;從成本上來說，本法約4-7元/m2，遠低于預壓法（50～60元/m2）。

4結論

以瓦埠湖航道疏浚工程為依托，針對疏浚的環(huán)境影響及排泥場地的承載力問題，開展了環(huán)保疏浚施工及控制措施分析，提出了高含水率條件下一種基于先鋒植物的疏浚土生態(tài)加固技術，通過現場試驗分析了該技術的效果，得出的主要結論如下：

（1）基于秸稈研制的疏浚水體凈化裝置能有效地降低尾水中的泥土含量，滿足環(huán)保和設計要求;

（2）瓦埠湖疏浚土現場試驗表明，利用先鋒植物生長能有效地提高排泥場地的淺層地基承載力的要求，同時在一定程度上能降低土體中的重金屬含量，處理后的場地滿足規(guī)范要求，可用于農用復墾。需要說明的，在此技術的應用過程中，常規(guī)的排水溝、排水管等輔助措施仍是必須的。

（3）創(chuàng)新性研發(fā)一種基于先鋒植物的納泥區(qū)快速復墾技術，綜合生態(tài)固化河道疏浚土，達到復墾農用標準，該技術經濟、環(huán)保，避免二次污染的可能。

參考文獻：

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