上海市疏浚泥圈围造地利用前景分析

汪巍巍,濮 勋,赵 楠

(上海市水利工程设计研究院,上海 200061)

上海市疏浚泥圈围造地利用前景分析

汪巍巍,濮 勋,赵 楠

(上海市水利工程设计研究院,上海 200061)

根据上海市疏浚泥样品理化性质,从技术可行性、经济性等方面对上海市疏浚泥圈围造地利用前景进行分析。根据颗分试验结果,所研究区域疏浚泥大多可用作圈围造地的材料;由疏浚泥圈围造地的经济成本盈亏平衡分析可知,当疏浚地点至圈围工程区域的航线距离大于临界航线距离时,可使工程成本降低。认为将清洁疏浚泥应用于上海市圈围造地,既能减轻废弃物海洋倾倒的压力,又能缓解上海市圈围造地工程砂土资源紧张的矛盾,是一项“变废为宝”的绿色海洋产业,在技术上及经济上均有可行性,但在实际操作中还需要针对具体工程具体分析,尤其需要政策上的扶植及引导。

疏浚泥;圈围造地;资源化利用;技术可行性;经济可行性

近几十年来,随着沿海城市的蓬勃发展及人口的增多,大量污染废弃物被倾倒入海洋,海洋环境遭到了严重的污染,可以说造成当前海洋环境持续恶化的一个重要原因就是人类的海洋倾废行为。海洋倾废是人类有意识、有目的地利用海洋环境容量和迁移能力处置废弃物的一种活动,疏浚泥是海洋废弃物中数量最大的一类。为了保护海洋环境,保证海洋经济的可持续发展,将疏浚泥进行资源化再利用已经成为当务之急。根据目前的研究成果,疏浚泥可以通过化学、物理或热处理的方法进行处理[1-2],使其变为良好的土工填方材料[3-4]、建筑材料[5]等。在美国、英国、法国、日本等发达国家,疏浚泥主要来自沿海港口航道疏浚,成分以黏性土和砂质土为主,利用途径和方式主要有吹填造地、土壤改良、海滩养护、湿地恢复、栖息地营造以及用作建筑材料等,疏浚泥在圈围工程[6]中的应用已经取得了许多成就,如东京羽田国际机场吹填工程等。很多国家对疏浚泥的使用有配套的政策法规、技术标准和管理机构,已形成一套科学、合理的利用体系。

上海市疏浚泥大规模资源化利用起步较晚,疏浚泥的利用率还处在一个较低的水平。2010年1月28日上海市发展与改革委员会和交通运输部长江口航道管理局签署了《共同协调推进长江口航道疏浚土综合利用工作备忘录》,确定以横沙东滩促於圈围三期工程吹填造陆项目为起点,实施长江口航道疏浚泥综合利用,并以此为契机积极推进疏浚泥资源化利用,为今后上海市在长江口区域更大范围利用疏浚泥吹填造陆积累经验。目前,横沙三期吹填工程已成功利用长江口深水航道疏浚泥2800万m3,即将开工的横沙六期吹填工程将利用深水航道疏浚泥7400万m3。这些举措的实施极大地推动了上海市疏浚泥利用的进程,但对于长江口深水航道以外的疏浚泥,目前仍然以海洋倾倒为主,其资源化利用基本处于空白状态。

2011年上海市共产生8817万m3清洁疏浚泥,这些疏浚泥基本都直接倾倒入海,而同时上海市圈围造地工程砂源日趋紧张,长江口砂源供需矛盾日益突出。一方面是可利用资源的浪费和海洋环境的破坏,另一方面是资源的匮乏,如果能利用疏浚泥进行圈围造地,既减轻了废弃物海洋倾倒的压力,又解决了圈围造地资源紧缺的问题,是一项“变废为宝”的绿色海洋产业。

1 疏浚泥圈围造地技术可行性分析

上海地区石方供应紧缺,目前圈围造地工程基本采用充泥管袋工艺进行堤身的构筑,筑堤砂料采用砂土或粉砂土。围堤充泥管袋、砂肋软体排用砂要求粒径0.075～0.25 mm的砂粒质量分数在60％以上,粒径小于0.005 mm的黏粒质量分数小于10％;堤芯吹填用砂要求砂粒质量分数在50％以上,黏粒质量分数小于15％。围内吹填用砂则结合后期土地使用规划合理选用,工业性用地吹填宜以粉土和砂土为主,可结合碎石、岩土类和惰性垃圾填埋,为后期开发建设提供相对有利的地质条件,降低或避免地基处理的昂贵费用;农耕、养殖、高新农业基地吹填,地下水位以上宜以黏性土和粉土为主,不应采用有毒有害的污染土。

目前上海海洋倾倒废弃物主要是黄浦江和长江口清洁疏浚泥,其来源主要分布在以下4个区域:①吴淞口上下游码头前沿;②黄浦江;③深水航道与码头前沿之间的区域;④深水航道。为此,选择具有代表性的黄浦江码头前沿、长江口码头前沿和内河航道作为采样点,采样点分布见图1,参考GB/T 12763.8—2007《海洋调查规范 第8部分:海洋地质地球物理调查》的采样方法进行采样,对20个疏浚泥样本的物理特性、化学性质和毒性进行了试验分析。试验结果表明:在所采样品中,仅内河2个采样点,即桃浦河武宁路桥和张家港莲花路桥疏浚泥中分别由于Hg和Cd不同程度的超标,定性为沾污疏浚物,其余均为清洁疏浚物。根据有关部门规定,上海市目前海洋倾废仅限于清洁疏浚物,而每年国家海洋局东海分局环境监测中心对上海市主要倾倒区及其附近海域的环境监测调查报告显示,清洁疏浚物的倾倒对周围环境无较大影响。本文所研究的对象为海洋倾倒废弃物的清洁疏浚泥。

图1 上海市典型疏浚泥采样点分布

在疏浚泥为清洁土源的前提条件下,从圈围造地可利用角度出发,疏浚泥可以分为以下3类:①宜直接用于圈围造地工程,包括作为筑堤材料及围内吹填材料,此类土主要为砂性土;②仅宜直接用于围内吹填工程,此类土主要包括黏质粉土、粉质黏土;③不宜直接应用于圈围造地工程,但经一定的技术处理后可以利用,此类土如淤泥。

根据颗分试验结果(表1～3),上海市疏浚泥基本属于中性或偏微碱性,含水率介于30％～60％之间,湿密度介于1.5～2.0 g/cm3之间。绝大多数试样的粉粒(粒径在0.005～0.075 mm之间)达70％以上,黏粒质量分数在10％～30％之间,结合含水率等指标,可以定性为黏质粉土、粉质黏土及淤泥,极少部分试样砂粒质量分数在50％以上,定性为细砂。这些土大多可以作为圈围造地的材料,具体可依据土性的不同有选择性地用作筑堤和吹填材料。

表1 黄浦江码头前沿疏浚泥颗分试验结果

表2 内河航道疏浚泥颗分试验结果

表3 长江口码头前沿疏浚泥颗分试验结果

2 疏浚泥圈围造地经济性分析

利用疏浚泥圈围造地的经济成本较为复杂,与工期、运距、土方单价、施工工艺等均有关系,不同的圈围工程其疏浚泥利用的经济成本差异较大。为了简化问题,在一定程度上体现利用疏浚泥圈围造地的经济成本规律,仅从运距、土方单价和海洋倾倒费等3个方面对利用疏浚泥圈围造地的经济成本进行盈亏平衡分析。

疏浚泥海洋倾倒一般选取距离疏浚工程地点较近的倾倒区。若将疏浚泥应用于圈围造地工程,则需将其运送至相应工程区域,不同的圈围工程,其运距是不同的,由此造成了疏浚泥运输成本的不确定性。另外,疏浚泥作为圈围造地工程的原材料,其本身也具有一定的经济价值。

假定疏浚地点至倾倒区的航线距离为L1,km;疏浚地点至圈围工程区域的航线距离为L2,km;疏浚泥运费为a,元/(km·m3);采用圈围工程选定砂源或开山用土综合单价为b,元/m3;疏浚泥的海洋倾倒费为c,元/m3。据此,疏浚泥直接倾倒至倾倒区的费用为L1a+c,倾倒至圈围造地工程区的费用为L2a-b。当L2a-b＜L1a+c时,倾倒至圈围造地工程区的费用较低,即当(L2-L1)a＜b+c时,由运距增加带来的追加成本低于工程材料费用,疏浚泥用于圈围造地工程可降低工程成本。同理,当(L2-L1)a＞b+c时,由运距增加带来的追加成本高于工程材料费用,疏浚泥用于圈围造地使工程成本增加;当(L2-L1)a=b+c时,运距增加带来的成本提高与工程材料费用相当,处于盈亏平衡状态,此时L2=(b+c)/a+L1,称其为临界航线距离L0,即L0=(b+c)/a+L1。由以上分析可知,当L2＜L0时,疏浚泥用于圈围造地可使工程成本降低;当L2=L0时,盈亏平衡;当L2＞L0时,工程成本增加。

如图2所示,以疏浚地点为圆心,以L0为半径,绘制一区域。当圈围造地工程区域到疏浚地点航线距离小于L0时,工程成本降低;大于L0时,工程成本增加。

图2 疏浚泥圈围造地经济性分析

以吴淞口码头前沿疏浚为例,从疏浚地点至吴淞口北倾倒区的距离大约为15 km,即L1=15 km,按疏浚泥运费为1元/(km·m3)、工程用土综合单价为10元/m3、吴淞口北倾倒区倾倒费用为0.3元/m3计算,可得到此处疏浚泥的临界距离L0=25.3 km,若将疏浚泥运送至长兴岛货运码头中转库场圈围工程区域,其运距大约为8 km,可以有效降低工程成本;而将疏浚泥运送至横沙东滩促淤圈围(六期)工程区域,其运距大约为40 km,此时工程成本增加。

上述分析结果表明,在满足一定条件的情况下,将疏浚泥用于圈围造地工程可节省工程投资。随着社会、经济发展对海洋环境要求的提高和对海洋资源开发利用需求的扩大,现有海洋倾倒区的容量逐渐趋于饱和,海洋倾倒区的设置有逐步外移的趋势。如果将海洋倾倒区设置在离海岸较远的外海,会使疏浚工程的倾倒运距L1大幅度增加。此外,随着砂源的日益紧张,生态补偿机制的建立,圈围工程用土综合单价b和海洋倾倒费c也会不断上涨。由此,临界航线距离L0也会相应有所增大,即疏浚泥用于圈围造地工程的经济可行性更大。

3 疏浚泥圈围造地利用前景分析

根据《长江中下游干流河道采砂规划上海段实施方案(2011—2015)研究报告》估算,“十二五”期间上海共需砂3.3亿m3,年均需砂量约6000万m3,其中,筑堤砂约为0.4亿m3,吹填和堆载砂约为2.9亿m3。

受到上游水利工程拦砂、水土保持工作加强等因素的综合影响,长江上游来砂量持续减少,特别是2003年三峡工程调度运行以来,长江来砂量锐减。据统计,近年来长江上游来砂量年均约为4000万m3,与年均需砂量比较,尚有约2000万m3的缺口。

2008—2011年的统计资料(表4)结果显示:①吴淞口上下游码头前沿及黄浦江沿线年疏浚量约为300万～450万m3;②深水航道与码头前沿之间区域的年疏浚量为1 600万m3;③长江口深水航道年疏浚量约为3900万～9000万m3。可见,上海市疏浚泥产量丰富且稳定,能够持续提供大量砂源。根据前文分析结果,这些疏浚泥大多可以作为圈围造地的材料,且具有一定的经济可行性,因此,在上海地区利用疏浚泥进行圈围造地具有广阔的前景。

表4 上海市疏浚泥年产量万m3

但是,实际操作中还需要解决一些问题,如拟开工的圈围工程距离疏浚泥来源地大多比较远,其运输成本较高;圈围工程一般对工期都有一定的要求,目前除了长江口深水航道的疏浚泥外,其余地方清洁疏浚泥供应时间的不确定性较大。另外,疏浚工程和圈围工程分属不同的行业主管部门审批,存在多头管理的问题。因此,利用疏浚泥进行圈围造地,还需要针对具体工程具体分析,尤其需要政策上的扶植引导。

4 结 论

a.根据颗分试验成果,本文研究区域疏浚泥可定性为黏质粉土、粉质黏土、细砂及淤泥。结合上海市的工程经验及后期土地开发使用要求,依据土性的不同可选择性地作为筑堤及吹填材料。

b.疏浚泥圈围造地的经济成本与工期、运距、土方单价、施工工艺等均有关系,经简化分析,在一定条件下,疏浚泥用于圈围造地工程是经济可行的。

c.2011—2015年期间,上海市圈围造地工程需砂量巨大,长江上游来砂量不能满足工程需要,砂源日趋紧张,长江口砂源供需矛盾日益突出。而黄浦江、长江口港口和航道疏浚泥产量丰富、来源稳定,可以作为泥沙资源填补这一缺口。因此,将疏浚泥应用于上海市的圈围造地,能够促进长江口水土资源的合理利用,缓解上海市圈围造地工程砂土资源紧张的矛盾,在技术及经济上都有一定的可行性。

[1]张和庆,谢健,朱伟,等.疏浚物倾倒现状与转化为再生资源的研究:中国海洋倾废面临的困难和对策[J].海洋通报,2004,23(6):54-60.(ZHANG Heqing,XIE Jian,ZHUWei,etal.Presentsituationofdredged materials dumping and the study of transforming dredged mud into regenerative resources:difficulties of refuses dumping in China seas and countermeasures to deal with these problems[J].Marine Science Bulletin,2004,23 (6):54-60.(in Chinese))

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[3]林安珍,郑荣跃,黄亦真.固化疏浚泥作为填方材料的试验研究[J].宁波大学学报:理工版,2006,19(4): 525-528.(LINAnzhen,ZHENGRongyue,HUANG Yizhen.Study on dredged spoils as materials for water conservancy[J].Journal of Ningbo University:Natural Science＆Engineering Edition,2006,19(4):525-528. (in Chinese))

[4]KHANBIL VARDI R,AFAHARI S.Mud ash as fine aggregate for concrete mix[J].Journal of Environmental Engineering,ASCE,1994,121(9):633-638.

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《水稻控制灌溉理论与技术》获首届江苏省新闻出版政府奖提名奖

国家“十一五”重点出版规划项目、河海大学出版社重点图书《水稻控制灌溉理论与技术》获首届江苏省新闻出版政府奖提名奖。《水稻控制灌溉理论与技术》由河海大学彭世彰教授和徐俊增教授编著。水稻控制灌溉理论与技术作为我国促控栽培稻作理论又一新的代表成果,是河海大学几代研究人员持续性试验研究提出的水稻节水灌溉特色成果,汇集了作者及其团队20余年试验研究的精华,是“在实践中诞生,并经实践验证”的水稻节水灌溉理论。

(本刊编辑部供稿)

Prospect analysis of reclamation projects using dredged spoils in Shanghai

//WANG Weiwei,PU Xun,ZHAO Nan (Shanghai Water Engineering Design＆Research Institute,Shanghai 200061,China)

Based on the physical and chemical properties of the dredged spoil samples in Shanghai,prospect analysis of reclamation projects using clean dredged spoils was conducted in terms of the availability and economic costs.Grain-size analysis results show that the dredged spoils can be used as a material of the reclamation projects in this study area.Based on the economic analysis of breakeven in reclamation projects using clean dredged spoils,project costs can be reduced when route distance from the dredging place to the reclamation projects is longer than the critical route distance.Reclamation projects using clean dredged spoils in Shanghai are considered a green marine industry.It can reduce the pressure of waste dumping at sea,and can alleviate the problem of resources shortage in reclamation projects in Shanghai.The application of the dredged spoils in reclamation projects has technical and economic feasibility,and needs specific analysis for specific projects,and especially needs policy support and guidance.

dredged spoils;reclamation projects;resource utilization;technical feasibility;economic feasibility

10.3880/j.issn.10067647.2013.03.015

X705

A

10067647(2013)03006804

2012-07-06 编辑:骆超)

汪巍巍(1974—),女,安徽安庆人,高级工程师,硕士,主要从事水利工程设计工作。E-mail:gabions@163.com