城市密集構(gòu)筑物區(qū)黑臭暗涵清淤效果評(píng)估

陳 勇，方建國(guó)，陶小飛，王青峰，許傳貝

（中國(guó)電建集團(tuán)華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江 杭州 310000）

隨著我國(guó)社會(huì)的快速發(fā)展，城市經(jīng)濟(jì)及人口不斷增長(zhǎng)，產(chǎn)生的廢（污）水迅猛增加，同時(shí)監(jiān)管制度不完善、監(jiān)管力度不足，導(dǎo)致大量廢（污）水未經(jīng)處理即排入河道中，使河道內(nèi)的水質(zhì)受到嚴(yán)重的污染，局部河道污染嚴(yán)重，形成黑臭水體，部分污染物沉積在河道底部，形成黑臭淤泥[1]。黑臭水體不僅惡化了城市的生態(tài)環(huán)境，同時(shí)也使城市形象受到較大的影響，甚至?xí)?duì)飲用水源造成污染，從而危害流域內(nèi)居民的身體健康和正常生活。河道清淤技術(shù)在我國(guó)水利行業(yè)已經(jīng)得到普遍的應(yīng)用，且取得了一定的成果。如陳阿萍等[2]對(duì)常州城區(qū)河道清淤所遇到的問(wèn)題進(jìn)行研究，在清淤技術(shù)、生態(tài)修復(fù)及改善水環(huán)境等方面提出相關(guān)工作建議；胡玉等[3]對(duì)城市河道清淤的水下清淤、排干清淤及淤泥處理等清淤疏浚技術(shù)的應(yīng)用要點(diǎn)進(jìn)行了說(shuō)明；趙博文[4]給出了城區(qū)小河流清淤的多種施工方案。但在城市密集構(gòu)筑物區(qū)的暗涵清淤效果評(píng)估領(lǐng)域，我國(guó)現(xiàn)有的研究相對(duì)匱乏。而清淤效果評(píng)估對(duì)清淤工程及后續(xù)河道運(yùn)維具有極其重要的作用，因此研究并完善城市密集構(gòu)筑物區(qū)黑臭暗涵清淤效果評(píng)估技術(shù)及評(píng)分體系，顯得尤為重要。掌握城市密集構(gòu)筑物區(qū)黑臭暗涵清淤效果評(píng)估關(guān)鍵技術(shù)對(duì)水質(zhì)達(dá)標(biāo)、安全生產(chǎn)、工程進(jìn)度、質(zhì)量管控和節(jié)約成本等預(yù)期目標(biāo)有著極其良好的影響。

1 工程概述

2018 年以來(lái)，寧德市中心城區(qū)開(kāi)展了黑臭水體全面整治工作。寧德市中心城區(qū)水系綜合治理工程位于寧德市蕉城區(qū)和東僑經(jīng)濟(jì)技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)，本項(xiàng)目包括3 個(gè)流域片區(qū)，分別是金涵片區(qū)、金港片區(qū)、鐵基灣片區(qū)。水系由21 條溪流組成，總長(zhǎng)約72 km。受客觀基礎(chǔ)條件制約，目前中心城區(qū)還存在污水管網(wǎng)不完善、終端污水處理能力不足、內(nèi)河生態(tài)補(bǔ)水缺乏等問(wèn)題，還不能實(shí)現(xiàn)水體長(zhǎng)治久清。一個(gè)重要問(wèn)題是內(nèi)河清淤中暗涵清淤問(wèn)題尚未完全解決，主要包括坪塔溪、后崗溪、古溪、后山溪等暗涵段以及東湖塘北港段等尚未徹底清淤的河道，暗涵總長(zhǎng)約6 400 m，最長(zhǎng)約2 000 m，最短約300 m。

該工程暗涵長(zhǎng)度大、埋深大、覆蓋物復(fù)雜、周邊分布城市道路及建筑物，暗涵內(nèi)部空間大小未知，探測(cè)困難，暗涵內(nèi)部空間有限，淤泥深度未知，檢查井少、通風(fēng)設(shè)施少、空氣不易流通，照明困難，且需要大量排水與封堵，暗涵清淤難度較大，水質(zhì)達(dá)標(biāo)要求高。

2 清淤效果評(píng)估的重要意義

國(guó)內(nèi)關(guān)于城市密集構(gòu)筑物區(qū)黑臭暗涵清淤現(xiàn)有的研究鮮有涉及對(duì)清淤效果的評(píng)估，且未形成相應(yīng)的評(píng)估體系。但效果評(píng)估在工程中具有十分重要的意義。效果是衡量工程經(jīng)過(guò)實(shí)施活動(dòng)所達(dá)到的預(yù)定目標(biāo)和指標(biāo)的實(shí)現(xiàn)程度。效果評(píng)估主要是分析和評(píng)價(jià)目標(biāo)和指標(biāo)的實(shí)現(xiàn)程度，目的在于對(duì)項(xiàng)目計(jì)劃的價(jià)值做出科學(xué)的判斷。通過(guò)對(duì)整個(gè)工程成果進(jìn)行效果評(píng)估，可以確定工程是否達(dá)標(biāo)以及找出工程開(kāi)展過(guò)程中的不足，從而為后續(xù)工程運(yùn)維提供科學(xué)的依據(jù)，并且為今后相關(guān)工程的更好開(kāi)展積累經(jīng)驗(yàn)及提供標(biāo)準(zhǔn)。

3 清淤效果評(píng)估體系

該工程對(duì)清淤后暗涵水流的通暢性、清潔度以及暗涵結(jié)構(gòu)的安全性提出了要求，因此本文從暗涵水流通暢性、水流清潔度及暗涵結(jié)構(gòu)安全性3 個(gè)方面提出評(píng)估技術(shù)及評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，從而構(gòu)建城市密集構(gòu)筑物區(qū)黑臭暗涵清淤效果評(píng)估體系。

3.1 暗涵水流通暢性

由于淤泥的流動(dòng)性以及暗涵空間的局限性，使得淤泥難抓鏟，工作難開(kāi)展，極易導(dǎo)致淤泥清除不徹底從而使水流的流動(dòng)受阻，因此可從淤泥的清除度以及暗涵水流速度對(duì)暗涵水流通暢性進(jìn)行評(píng)估。

暗涵淤泥的清除度評(píng)估主要是通過(guò)人工觀察進(jìn)行初步評(píng)估，局部采用管道機(jī)器人、潛望鏡等復(fù)核[5]。在檢查井較密集且暗涵空間較大、通風(fēng)良好的區(qū)域采取人工檢查，查看是否存在淤泥堆積等影響暗涵輸水功能的情況存在。同時(shí)在進(jìn)行人工檢查時(shí)要采用開(kāi)敞式進(jìn)行持續(xù)通風(fēng)，利用風(fēng)機(jī)加快通風(fēng)速率，并對(duì)氣體濃度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，分析空間內(nèi)氣體濃度變化情況，合理安排單次人工檢查時(shí)間，確保檢查人員安全性。對(duì)于檢查井分布稀少、空間較小或無(wú)檢查井不適合或者無(wú)法進(jìn)行人工檢查的區(qū)域，采用CCTV 全地形管道機(jī)器人對(duì)淤泥的清除情況進(jìn)行復(fù)核。CCTV 全地形管道機(jī)器人由筆記本電腦、電纜盤(pán)、兩棲機(jī)器人3 部分組成。操作筆記本電腦，可控制兩棲機(jī)器人在暗涵內(nèi)行走、漂浮，并將拍攝到的暗涵內(nèi)部圖像傳輸?shù)焦P記本電腦進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示和存儲(chǔ)，且可連接聲吶作為兩棲檢測(cè)一體機(jī)設(shè)備使用，實(shí)現(xiàn)水上攝像頭與水下聲吶的監(jiān)測(cè)。與人工相比，該機(jī)器人靈活多用且更為安全，適合環(huán)境復(fù)雜的暗涵檢測(cè)，可利用該機(jī)器人對(duì)淤泥的清除情況進(jìn)行復(fù)核。暗涵淤泥清除度的評(píng)分準(zhǔn)則見(jiàn)表1。

表1 暗涵淤泥清除度評(píng)分準(zhǔn)則

暗涵水流速度主要通過(guò)多普勒流速儀進(jìn)行測(cè)量評(píng)估。多普勒流速儀是基于超聲波原理，利用多普勒效應(yīng)，在和被測(cè)液體接觸過(guò)程中，利用多普勒頻移測(cè)量出被測(cè)液體的水流速度。多普勒流速儀采用接觸式測(cè)量，安裝操作簡(jiǎn)便，精度較高，響應(yīng)速度快，既可用于瞬時(shí)流速的測(cè)量，也可用于平均流速的測(cè)量，且防水等級(jí)高，可長(zhǎng)期浸泡于水中測(cè)量流速。在暗涵出水口布設(shè)多普勒流速儀，對(duì)水流速度進(jìn)行短期及長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)。取短期監(jiān)測(cè)的平均流速與工程要求的暗涵清淤后流速進(jìn)行比較，從而對(duì)暗涵流速進(jìn)行評(píng)分，評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表2。同時(shí)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)可以為后續(xù)的工程運(yùn)維提供長(zhǎng)期數(shù)據(jù)支撐。

表2 暗涵流速評(píng)分準(zhǔn)則

3.2 暗涵水流清潔度

暗涵水流的清潔度評(píng)估需要對(duì)暗涵水質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)指標(biāo)分別為透明度、溶解氧（DO）、氧化還原電位（ORP）、氨氮（NH3-N）[6]。水體透明度大小由水體的渾濁程度與色度決定，水體透明度的降低不僅影響感官性狀，且會(huì)對(duì)水中生物產(chǎn)生不利影響；水體溶解氧是水生生物生存的必要條件，同時(shí)其含量可以反映水體的自?xún)裟芰?；一個(gè)水體的氧化還原體系通常是由多種氧化還原電位構(gòu)成，監(jiān)測(cè)氧化還原電位有助于了解水體的電化學(xué)特征，分析水體的性質(zhì)；氨氮是水體中的營(yíng)養(yǎng)素，水體氨氮含量過(guò)高可造成水體富營(yíng)養(yǎng)化，是水體中的主要耗氧污染物，造成水體含氧量降低，對(duì)魚(yú)類(lèi)及某些水生生物有毒害。這4項(xiàng)指標(biāo)是反映水質(zhì)狀況的重要指標(biāo)，對(duì)其進(jìn)行監(jiān)測(cè)，可評(píng)估淤泥清除效果。評(píng)估采用國(guó)內(nèi)先進(jìn)的城市河道水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用傳感器電極監(jiān)測(cè)方案，成本低廉，且安裝維護(hù)方便，可節(jié)省大量人力財(cái)力，同時(shí)該系統(tǒng)安裝方式多樣，可對(duì)水質(zhì)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并通過(guò)GPRS上傳至水質(zhì)檢測(cè)平臺(tái)，在水質(zhì)異常時(shí)給出提醒，適合各種復(fù)雜環(huán)境下的水質(zhì)監(jiān)測(cè)工作。

在暗涵進(jìn)水口與出水口分別布設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，監(jiān)測(cè)指標(biāo)及限值見(jiàn)表3，監(jiān)測(cè)指標(biāo)均符合限值一為水質(zhì)達(dá)標(biāo)。暗涵出水口監(jiān)測(cè)系統(tǒng)長(zhǎng)期開(kāi)啟，若出水口水質(zhì)不達(dá)標(biāo)，則開(kāi)啟暗涵進(jìn)水口的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，若暗涵進(jìn)水口水質(zhì)達(dá)標(biāo)，則說(shuō)明水質(zhì)污染是由于暗涵淤泥清除效果不理想引起的；若暗涵進(jìn)水口水質(zhì)仍不達(dá)標(biāo)，則說(shuō)明水流在進(jìn)入暗涵前就已被污染，此時(shí)需上報(bào)相關(guān)部門(mén)查找并消除污染源。暗涵水流的清潔度評(píng)分準(zhǔn)則見(jiàn)表4，該評(píng)分的前提條件為暗涵進(jìn)水口水質(zhì)達(dá)標(biāo)。該在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與傳統(tǒng)的方法相比，可長(zhǎng)期實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)暗涵清淤后的水質(zhì)變化情況，節(jié)省大量人力物力，為水質(zhì)長(zhǎng)期達(dá)標(biāo)提供科學(xué)依據(jù)。

表3 水質(zhì)監(jiān)測(cè)指標(biāo)及限值

表4 暗涵水流清潔度評(píng)分準(zhǔn)則

3.3 暗涵結(jié)構(gòu)安全性

清淤過(guò)程中避免對(duì)暗涵結(jié)構(gòu)造成破壞以及清淤時(shí)對(duì)已經(jīng)受損存在安全隱患的暗涵進(jìn)行修復(fù)是清淤工程的基本要求。存在結(jié)構(gòu)性缺陷的暗涵若不及時(shí)進(jìn)行修復(fù)，易發(fā)生垮塌等危險(xiǎn)，造成暗涵堵塞甚至危及人的生命安全。因此為更加全面地對(duì)城市密集構(gòu)筑物區(qū)黑臭暗涵清淤效果進(jìn)行評(píng)估，還需對(duì)暗涵結(jié)構(gòu)的安全性進(jìn)行評(píng)估。

首先利用CCTV 全地形管道機(jī)器人、QV 潛望鏡等初步分析暗涵結(jié)構(gòu)的表面完整性：是否存在破裂、變形、起伏和滲漏等明顯缺陷。CCTV 全地形管道機(jī)器人小巧方便，配備高清防水?dāng)z像頭，在不適宜人工作業(yè)的環(huán)境下仍可查明暗涵結(jié)構(gòu)的表面完整性情況。QV 潛望鏡機(jī)身輕便，安裝操作方便，配備高清攝像頭，同時(shí)可搭配激光測(cè)距儀，可以精準(zhǔn)定位缺陷位置。使用這兩種設(shè)備進(jìn)行暗涵結(jié)構(gòu)表面完整性的檢測(cè)，可節(jié)省大量人力，提高檢測(cè)效率，同時(shí)為檢測(cè)人員帶來(lái)更高的安全性。其次在重點(diǎn)部位（結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、安全等級(jí)較高、結(jié)構(gòu)縫，破壞產(chǎn)生后果較嚴(yán)重或前期探測(cè)時(shí)已存在較嚴(yán)重缺陷的部位）采用人工調(diào)查、鋼筋定位儀、鋼筋銹蝕儀、超聲波探測(cè)儀和探地雷達(dá)等多種手段對(duì)暗涵進(jìn)行調(diào)查，評(píng)估其結(jié)構(gòu)的安全性[7]。暗涵結(jié)構(gòu)安全性評(píng)分準(zhǔn)則見(jiàn)表5。

表5 暗涵結(jié)構(gòu)安全性評(píng)分準(zhǔn)則

4 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)城市密集構(gòu)筑物區(qū)黑臭暗涵清淤效果的評(píng)估應(yīng)從暗涵水流的通暢性、清潔度及暗涵結(jié)構(gòu)的安全性多方面綜合評(píng)估，結(jié)合相應(yīng)評(píng)分準(zhǔn)則進(jìn)行評(píng)分，綜合評(píng)分8 分為清淤效果良好，符合工程要求；綜合評(píng)分4～7 分為清淤效果一般，需對(duì)評(píng)分較低的方面進(jìn)行檢查維護(hù)；綜合評(píng)分低于4 分視為清淤效果較差，需返工重新修改完善清淤方案后再次清淤。同時(shí)，清淤效果評(píng)估應(yīng)短期檢測(cè)與長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)相結(jié)合，保證評(píng)估的有效性和科學(xué)性，從而為清淤后河道生態(tài)的總體恢復(fù)及沿河兩岸居民生活環(huán)境的改善保駕護(hù)航。