关于山美水库环保疏浚范围和厚度确定方法的探讨

梅晓庆 王帅

摘 要：在进行以内源污染物消减和控制为目的的环保疏浚时，如何合理确定疏浚范围及底泥疏浚厚度尚无统一标准。文章结合山美水库环保疏浚工程的特点，利用勘察取样和底泥化学分析的方法，对污染底泥进行分类及等级划分，推荐采用“视觉法+含量分析法”，分析其中氮、磷及重金属的含量和污染特性，对疏浚厚度进行判断，逐步缩小和确定疏浚范围。

关键词：水库 环保疏浚 底泥分析 疏浚范围 疏浚厚度

1.引言

近年来，由于工农业的快速发展，很多湖泊、水库及河流的水质污染有加重的趋势，特别是以氮、磷污染尤为常见。环保疏浚作为内源污染控制的常见手段，对于疏浚范围和厚度的确定多是以工程区底泥调查结果为基础，利用底泥污染物的分类标准对其污染状况进行全面评估。综合考虑环保疏浚范围和厚度的总体确定原则，结合泉州市山美水库的实际特点，对大型山区水库在环保疏浚实施过程中如何合理确认疏浚范围和厚度进行探讨分析，为后续其他工程提供经验参考。

2.项目概况

2.1水库基本信息

山美水库位于福建省南安市九都镇山美村，水域面积约23km2，总库容6.55亿m3，是一座以灌溉为主，结合防洪、发电等综合利用的大型水库工程。水库工程于1958年动工兴建，1972年建成投产，正常蓄水位96.48m，相应库容4.72亿m3，库区水深1m-50m不等。

2.2探讨背景和前提

山美水库为集中式生活饮用地表水源地二级保护地，但根据多年监测结果，入库断面水质超标严重，主要超标因子为总氮和总磷。沉积物中的总磷污染较为严重，已经威胁库区供水安全。在此背景之下，以《山美水库环境保护试点总体实施方案》为前提，在控制外源污染的同时，通过科学、合理的方法选取库区内污染较为严重的区域开展环保疏浚，以期消减内源污染，达到改善水库水质的目的。

目前山美水库没有总氮（TN）和总磷（TP）的土壤污染物质量标准，参考国内其他工程的取值标准及库区内重点区域底泥取样的氮、磷平均含量，本工程对底泥中总氮超过1000mg/kg、总磷超过500mg/kg、重金属超标的底泥层定义为污染层。

3.底泥界定及污染物评价方法

目前，关于湖泊、水库的污染底泥的界定国内外还没有统一的方法，但在我国大致有视觉法、背景值比较法、经验值法、含量分析法、释放风险法等5种方法被工程采用，确定疏浚厚度具体选择何种方法主要取决于拥有的基础资料情况和工作的精度要求。

3.1视觉法+含量分析法

（1）视觉法

该方法是不依赖仪器分析、仅凭人的肉眼判断疏浚厚度。一般对采集的柱状底泥从视觉上分为3段，黑色部分（一般在上段）认为是污染层（A层）；灰色部分认为是过渡层，污染较轻（B层）；黄色或棕色部分认为是历史本底（底板）层（C层）。

（2）含量分析法

该方法主要依据底泥中目标污染物含量垂向所具有的明显变化特征来确定，需要较多的底泥柱状样监测分析资料作基础。

本次环保疏浚工程结合山美水库污染物实际情况，推荐以“视觉法+含量分析法”为基础，通过对不同层的底泥营养物（有机质、重金属、总磷、总氮等）含量分析进行底泥污染的判断，过程中参考典型柱状样的释放风险数据，进而对疏浚厚度进行判断。

3.2底泥重金属潜在生态风险指数评价法

4.初步底泥取样分析及疏浚范围划分

4.1取样点布设及样品采集

山美水库库区内共取孔78个（其中柱状样孔27个），布孔间距约500m×500m，呈网格状。

污染物成分样品根据现场底泥的颜色、性状和长度进行采集，27个柱状样品根据样品长度在垂直方向分别采集2-8个。样品取出后，立即进行封装并编号，在作业平台上用密封箱避光低温保存，及时送往实验室进行分析，分析项目有含水率、容重、总氮、总磷、有机质、重金属Cu、Pb、Zn、Cd 、Cr、Hg、As等。

4.2底泥樣品分析成果

（1）底泥含水率和容重分析

经过对底泥含水率和容重总体特征、水平及垂直变化分析发现，库区底泥中含水率垂直分布特征明显，整体表现为：A层>B层>C层，表明含水率随着底泥深度的增加而逐渐降低；而底泥容重值总体规律为：A层﹤B层﹤C层，表明随着泥层深度的增加，泥质越来越紧密。库区底泥含水率和容重总体情况如表3所示。

（2）底泥总氮和总磷含量分析

通过样品分析可知，库区底泥总氮含量在98-2285mg/kg之间，跨度非常大，平均值为967.46mg/kg。27个柱状样孔A层、B层、C层的总氮含量差异较大，且在垂直方向变化无特别明显的规律，各层总氮含量如图1所示。

与底泥中总氮的含量相比，总磷总体含量稍低，含量范围在52-921mg/kg之间，跨度相对较小，平均值为472.63mg/kg。但与总氮含量呈现规律相同的是，27个柱状样孔A层、B层、C层的总磷含量差异也较大，在垂直方向变化也无特别明显的规律，各层总磷含量如图2所示。

（3）底泥有机质分析

经过对底泥有机质总体特征、水平及垂直变化分析发现，大部分柱状采样点有机质含量随深度增加呈逐渐减小趋势，即含量变化趋势为：A层>B层>C层，表层底泥中有机质含量稍高，库区底泥有机质含量及分层变化值如表4所示。

（4）底泥重金属分布特征

通过样品分析可知，底泥重金属垂直分布特征明显，底泥中重金属Cu、Pb、Zn、Cd、Hg、As等垂直分布特征明显，其浓度随土层深度增加而减小，但在过渡层略有波动。

根据Lars Hakanson提出的潜在生态风险指数评价法对库区污染底泥中重金属的生态危害系数Eir和多金属潜在生态风险系数RI进行计算，结果见表5。

结果表明底泥中Cd属于高污染风险，Hg属于较高污染风险，其余重金属均为低污染风险，对水库生态不构成潜在危害，但是Cd和Hg的生态危害指数属强潜在生态危害，对水库生态和水源供水有较严重的潜在危害。

4.3疏浚范围划分

根据“视觉法+含量分析法”对库区内各取样点位底泥的污染物厚度进行判断，并结合主要污染物氮、磷的垂直变化分布，同时考虑重金属潜在生态风险指数，初步分析出不同点位的有效疏挖深度，见表6。

在得到不同点位的有效疏挖深度后，利用软件进行空间插值生成整个库区内底泥有效疏挖厚度分布图，并结合库区内水深、地形及自然空间分割等因素将整个库区（除去不用疏挖的区域以外）分割成若干个疏浚区，初步形成本工程的疏浚范围。由于本水库库区水深较深，施工难度大，且环保疏浚规范允许超深值一般为0.15-0.2m，经综合分析实施的经济性及合理性，污染底泥厚度小于30cm的区域本次不予疏浚，初步确定的疏浚范围如图3所示。

5.底泥疏浚范围及厚度的确定

5.1疏浚区详细取样分析

根据对第一阶段钻孔取样点底泥物化指标及重金属释放特性的分析，可以对整个库区内污染物的分布情况及厚度进行初步的判定，进而对目标疏浚区域的范围进行了有针对性的缩减，为第二阶段详细判断范围及厚度提供了基础数据。

现以第一阶段确定的疏浚Ⅰ区为例，阐明第二阶段该区域取样分析的过程。疏浚Ⅰ区面积约60万m2，按间距100m×100m呈网格状布置钻孔52个（其中化学孔14个），孔深3m。样品按底泥的颜色、性状和长度分层进行采集，封装后送往实验室进行分析。疏浚Ⅰ区取孔点布设位置如图4所示。

得到取样孔的底泥样本之后，对其含水率、容重、总氮、总磷、有机质、重金属Cu、Pb、Zn、Cd 、Cr、Hg、As等进行分析，方法和步骤与第一阶段底泥分析类似，而后根据含量分析结果对A、B、C层的划分进行优化调整，以明晰各点位的实际污染物分层。

5.2疏浚范围和厚度的确定

分析出各取样孔的有效疏挖深度后，再次利用软件进行空间插值生成该区域底泥有效疏挖厚度分布图，厚度相近的区域取平均值划分为一个小区，考虑到后续施工的可操作性，小区块的数量不宜过多。疏浚Ⅰ区地质分层与污染分层对照情况见表7。

疏浚Ⅰ区最终确定的各小区块疏浚厚度如图5所示。

确定疏挖厚度后，对整个区域的边界范围进行优化调整和确定，其原则包括：

（1）将揭示有污染底泥的钻孔对应范围进行水平方向延伸，并进行空间插值，综合考虑第一阶段确定的疏浚范围进行二次调整；

（2）在具体划分疏浚分区时适当考虑疏浚设备施工的可操作性和方便性；

（3）在确定各疏浚分区设计底边线时考虑疏浚期间施工水位下疏浚设备性能和水库周边岸坡稳定。

6.结语

（1）根据山美水库污染底泥的特点，推荐了“视觉法+含量分析法”的底泥污染物厚度界定方法，A、B、C层能够较为合理地得以区分，为疏浚厚度的确定提供了依据。

（2）确定各取样点位的疏浚厚度后，在水平方向延伸利用空间差值生成整个区域的疏浚厚度，并对厚度小于30cm的区域进行去除，确定疏浚范围。

（3）分阶段由粗略到细致对疏浚厚度和范围进行分析和确定，符合环保疏浚精细化的特征。

（4）由于水库、湖泊环保疏浚工程尚开展不多，对于如何确定疏浚厚度和范围尚无统一方法，本文提出的判定方法能为后续其他工程提供参考。

参考文献：

[1]邱祖凯，胡小贞，姚程，等.山美水库沉积物氮磷和有机质污染特征及评价[J].环境科学，2016， 37（4）：1389-1396.

[2]周健民，沈仁芳.土壤学大辞典[M].北京：科学出版社，2016.

[3]李一平，逢勇，向军.太湖水质时空分布特征及内源释放规律研究[J].环境科学学报， 2005， 25 （3）： 300-306.

[4]刘志刚.河底泥污染物特性分析及释放风险研究[J].中国高新技术企业，2013， （11），102-103，91.

[5]金相灿，李进军，张晴波.湖泊河流环保疏浚工程技术指南[M].北京：科学出版社，2013.

[6]HAKANSON L.An ecological risk index for aquatic pollution control -a sedimentological approach [J]. Water Research， 1980， 14（2）： 975-1001.

[7]趙海涛，程瑾，付浩，等.滇池宝丰湾疏浚区底泥污染程度评价及环保疏浚深度的确定[J].环境监测管理与技术，2012，24（2）：57-62.