对河口水库清淤施工工艺及扰动源强分析

2011-04-03罗建良颜开宇

浙江水利科技 2011年2期

罗建良,颜开宇

(德清县对河口水库管理局,浙江德清 313200)

1 问题的提出

对河口水库地处浙北德清县境内,位于东苕溪支流余英溪上游,坝址以上控制流域面积148.7 km2。水库于1964年建成,是一座以防洪为主,结合供水、灌溉、发电等综合利用的大(2)型水库,是德清县城乡供水一体化主要水源地。2003年水库实施除险加固,截至目前,除库区移民安置外其他工程已全部完成。水库枢纽建筑物由主坝、副坝、溢洪道、泄洪洞、输水隧洞、电站等组成,主坝为黏土心墙坝,坝高38.2 m。水库总库容1.469亿m3,正常蓄水位50.20m,相应库容0.805亿m3,设计洪水标准100 a一遇,校核洪水标准5000 a一遇。

由于工程运行年代久远,水库淤积严重,造成污染物在底泥中沉积,库底淤泥已成为水库水质主要污染源,致使水库水体向富营养化状态发展。2005年6月,浙江省水利水电勘测设计院勘察结果表明,水库库底沉积了1.4～2.6 m厚的含砾粉质黏土和一定厚度的砂砾石层,库底淤泥中含有大量金属和非金属有害物质,估算泥砂砾石总量大于2500万m3。为保护对河口水库水质,保障德清县城乡供水一体化的正常实施,保证水库防洪、供水等效益的正常发挥,对河口水库2008年初开始实施清淤保源工程。工程设计清淤面积3.99 km2,清除淤泥1600万m3。为确保水资源安全,首先在对河口水库库尾进行小范围试验,在小试通过认证后予以整体实施,试验作业区总清淤面积约0.5 km2。通过实施水库清淤工程,可增加灌溉、发电及供水有效库容1200万m3,增加发电量125万kW◦h/a,增加供水规模2.5万t/d,同时增加蓄洪能力。因此开展对河口水库清淤施工工艺及扰动源强分析研究无论对于施工期间保证水库供水安全,还是对于增加今后灌溉、发电和供水效益方面都具有重要的现实意义。

2 工程施工工艺

整个清淤施工过程分为水下取泥 (砂、石),水面运输,泥、砂、石分离等3个工程环节。环保措施主要采取了环保清淤船只、土工布控制浊水、油污染控制、综合堆料场防渗、废水沉淀处理、固体废弃物处置等污染防治措施。各环节施工工艺如下:

2.1 水域施工工艺

本工程取泥(砂、石)采用链斗式清淤船,通过链斗将水下泥、砂、石挖至清淤船上,施工流程:库盆清淤层—链斗式挖泥船—泥、砂、石混合物 (泥浆)入半封闭自航泥驳船—驳船自航运输—库岸码头—陆域泥、砂、石分离。

链斗式挖泥船施工采用前后移动锚缆前移、横向定位锚缆限位逆流挖掘泥层的施工工艺,通过GPS定位仪控制作业区域的定向定位,以作业深度自动控制系统调节斗桥垂深。

2.2 陆域施工工艺

陆域施工区集中布置于综合堆料场内,主要进行泥、砂、石分离、废水处理和淤泥临时堆放。

2.2.1 泥、砂、石分离

清淤后的泥、砂、石混合物(泥浆)由自航泥驳船运送至库岸码头进行卸料后,进入筛分输送系统,筛分后分为3路。一路为粒径5 cm以下的卵石,输送至研磨机制成砂石料外运;一路为粒径5 cm以上的卵石,输送至破碎机,破碎后运至研磨机制成砂石料外运;一路为泥、砂及浑水,进入洗砂池分离后,砂运至堆料场外运,泥浆送至沉淀池沉淀处理。

2.2.2 废水处理

综合堆料场内设置了码头漏洒废水处理沉淀池、污废水集水池和6个泥浆沉淀池。

各码头卸料处设置了漏洒废水处理沉淀池,规格为4 m×2 m×1 m,用来收集卸料时漏洒的泥浆水,并进行沉淀处理。

污废水集水池主要为收集洗砂池分离的泥浆水和其他废水,并将各污废水混合,同时也作为废水处理的初沉池,规格为30m×30 m×4 m。

综合堆料场东北侧设有6个泥浆沉淀池对陆域施工废水进行沉淀处理,单池规格为120 m×60 m×4 m。正常运行时,6个沉淀池串联使用(即进行6级沉淀);沉淀底泥清理时,则为5个沉淀池串联使用(即进行5级沉淀),1个沉淀池底泥清理外运;最后一级沉淀池兼作回用水池。

2.2.3 沉淀底泥处置

泥浆水沉淀处理时,当1个沉淀池底泥积满后,调整污废水进口及各沉淀池间连接,采用5个沉淀池串联使用,1个沉淀池底泥堆放干化并作为矿山复绿材料等综合利用清理外运。

3 水域施工作业影响特征分析

3.1 链斗挖泥船作业影响特征分析

链斗挖泥船属于机械式疏浚方式,主要运用链斗挖掘机械进行水下泥沙的挖掘、提升和接送,以达到疏浚的目的 (见图1)。

图1 链斗挖泥船示意图

工作原理:在疏浚作业中,将斗桥的下端放入水下一定深度,使之与疏浚土层相接触,然后,在斗桥上端的上导轮驱动下,使斗链连续运转,通过斗链上安装的各个泥斗,随斗链转动而对土层的泥沙挖掘,泥沙经挖掘后装入泥斗,再随斗链的转动沿斗桥提升出水面,并传送至上端的斗塔顶部,当泥斗到达塔顶部,经过上导轮而改变方向后,斗内的泥沙在自身的重力作用下,从泥斗倒入斗塔中的泥井,最后,倒入泥井的疏浚泥沙经过两边的溜泥槽排入泥驳船,再由泥驳船运至指定处抛弃或由吹泥船吹送至岸上。

链斗挖泥船一般需要配置泥驳、起锚船等。施工主要以作业灵活性见长,且基本不受运距限制。

适用范围:一般适用于工况条件复杂、弃土点较远且具备航运条件的疏浚工程。

3.2 防止二次污染措施

3.2.1 水域防止二次污染措施

本工程试挖期间水域采取的防止二次污染的措施主要包括:①严格控制清淤作业强度,即扰动强度;②对挖泥船出料口进行密闭,防止泥浆水流入库区水体;③合理调度作业船只,防止运输船内泥浆水外溢;④加强监测、监控;⑤挖泥船作业区下游设置2道土工布隔离带,减少库底扰动对下游水质的影响。

3.2.2 陆域防止二次污染措施

本工程试挖期间陆域 (即综合堆料场)采取的防止二次污染的措施主要包括:①陆域设置完善的集排水系统用以收集泥浆废水和冲刷雨水,并在陆域靠河岸侧设置围堰对泥浆水和冲刷雨水进行拦截,防止其进入水库造成二次污染;②设置沉淀池,收集的泥浆水和冲刷雨水经处理后排入大坝下游河道,不排入水库。

3.3 试挖工程源强及衰减监测

为分析链斗挖泥船施工时引起的污染物源强和污染物衰减过程,工程建设单位委托了相应的环境保护监测部门对单台挖泥船作业时,距挖泥斗不同距离和水深处的水质进行了监测。监测结果见表1,各水质因子衰减过程见图2～4。

表1 挖泥斗污染物源强和衰减监测成果表 (单台挖泥船作业时)

续表1

图2 挖泥船作业时总磷衰减变化趋势图

图3 挖泥船作业时悬浮物衰减变化趋势图

图4 挖泥船作业时总氮衰减变化趋势图

根据挖泥船施工时监测资料和现场观察,单只挖泥船作业引起的污染范围约为半径为20 m的区域,污染物(悬浮物、总磷)在距源强中心20 m的范围内迅速衰减,20 m范围外与水库本底浓度基本一致,总体上污染物浓度变化趋势较为平稳。由于对河口水库本底总氮浓度超标,因此挖泥船作业时总氮变化不具规律,但总体上与水库本底总氮浓度较为吻合。当多个链斗挖泥船同时清淤作业时,由于链斗挖泥船的固定半径为150 m,链斗挖泥船间最小距离为300 m,因此结合单只挖泥船作业污染范围20m的监测结果分析,多个链斗挖泥船同时清淤作业时对区域水环境基本无叠加影响;本工程清淤范围边界为大坝上游500 m,距离取水口最近为400m,因此本工程实施对取水口水质基本无影响。

由表1可知,除悬浮物外,土工布上游1m表层各污染因子浓度均大于土工布下游1 m表层,土工布对污染物有一定拦截作用;由于土工布距源强中心约400 m,土工布附近悬浮物浓度已基本为本底值。