城市核心区航道环保疏浚施工技术及应用

魏志杰

摘 要：在城市核心区航道进行环保疏浚，面临悬浮物浓度高、噪声控制要求高、水下管线密布、疏浚土合规化处置等多重技术难题。利用环保绞吸疏浚、GIS+BIM、土工管袋淤泥干化、超磁分离尾水净化等技术，嘉兴南湖环保清淤项目实现了疏浚施工环保化、安全管控信息化、淤泥处置减量化、尾水处理无害化。多种施工技术在嘉兴南湖环保清淤的成功实施及应用，为城市核心区航道环保疏浚提供了借鉴和参考，具有较强的推广价值和作用。

关键词：环保疏浚;GIS+BIM;淤泥干化;土工管袋;超磁分离水体净化

中图分类号：TV5          文献标识码：A            文章编号：1006—7973（2021）07-0125-03

傳统基建性疏浚工程在疏浚过程中经常对环境产生一定的负面影响，主要影响表现为水体悬浮泥沙浓度增加和污染物的扩散及输送。同时，挖掘过程会破坏底栖动植物的生存环境、开挖时易产生挥发性污染物或者散发难闻气味，此外，疏浚工程对水下地形的改变会带来的水动力条件变化进而影响污染物的正常输送[1]。

随着国家环保政策的收紧以及人们环保意识的不断提高，内河航道疏浚正在由传统的基建性疏浚方式向环保疏浚转变。环保疏浚（environmental dredging）是疏浚工程和环境工程相交叉的工程技术，以减少底泥内源负荷和污染风险为目标，将富含污染物（如营养物重金属和有机污染物等）的指定量上层沉积物进行精确有效和安全清除的技术，并考虑为水生生物的恢复创造条件[2]。

在城市核心区航道进行环保疏浚，面临悬浮物浓度高、噪声控制要求高、水下管线密布、疏浚土合规化处置等多重技术难题，以上都对环保疏浚施工提出了新的挑战。

1工程概况

1.1 项目名称

南湖生态环境修复工程（一期）设计施工总承包项目。

1.2 项目背景

南湖位于浙江省嘉兴市区，是中国共产党的诞生之地，革命红船的启航之地。南湖常年水面面积仅为0.52km2，海盐塘、平湖塘、嘉善塘等多条河流在此汇聚。多年以来，由于经济发展和城镇化，外加嘉兴地区土壤多为细颗粒黏土，导致南湖水体观感浑浊，水体透明度仅为20～30cm，且氮磷含量偏高。2013年以后，南湖水质逐渐呈好转趋势，但是悬浮物含量仍高于标准，透明度较低，总磷（TP）仍远远高于水环境功能区考核的III类标准。本工程的实施主要是为改善南湖水体质量，恢复湖区生态系统，实现南湖水质、生态及景观的全面提升，让南湖重现“秀水泱泱”的美丽画卷。

1.3 环保疏浚主要内容

对南湖湖区及5条入湖河道进行环保清淤，共计水下方15.32万m3。

2 环保疏浚技术难点

2.1 悬浮物浓度高、设备选型难

嘉兴南湖与周边河网总悬浮物浓度平均值高达52.87mg/L，南湖入湖河道水量大，浊度高，所携带的悬浮物对南湖水体的透明度影响非常大。入湖河道所携带的悬浮物大部分粒径非常小，短时间内难以通过重力的方式实现自然沉降，在南湖水体中长期处于悬浮状态，造成南湖水体透明度及感官较差。有研究表明，疏浚机械到头直接作用位置，悬浮物浓度高达300～350mg/L，通常情况下疏浚刀头作用影响范围内悬浮物浓度30～50mg/L[3]。悬浮物浓度升高会进一步降低水体透明度，影响水体的直接感官效果，破坏水底生态系统。如何减小疏浚设备开挖过程中对悬浮物的影响，成为疏浚设备选型时考虑的头号难题。

2.2 景区内部施工、噪声控制难

嘉兴南湖为国家AAAAA级旅游景区，作为中国共产党一大召开地，前往南湖湖心岛瞻仰红船的游客络绎不绝。在对噪声极其敏感的景区内部施工，如何控制疏浚机械水下挖泥、设备旋转、船舶航行移位等作业过程产生的噪声，成为湖区疏浚施工面临的又一难题。

2.3 水下管线密布、安全管控难

本工程施工区域位于嘉兴市的核心区域，湖区及主要入湖河道下方管道密布，根据前期委托的专业资质物探单位对施工区域内的全方位探摸，初步探查发现施工区域内有近40根管线。疏浚施工区域与管线交叉影响，导致安全管控难。

2.4 环保要求严格、合规处置难

绞吸式挖泥船在疏浚污染底泥的过程中，底泥由于绞刀的绞松作用产生大量悬浮物极高的泥浆，泥浆通过排泥管线输送至处理场地，疏浚土在减量化过程中不可避免地将产生大量尾水。污染底泥所含的大部分污染物如有机物、氮、磷、重金属等附着在细颗粒物上，难以通过脱水沉降，如果直接排放至环境中将造成二次污染[4]。面对严格的环保要求，如何合规化地处置疏浚底泥是本工程环保疏浚的关键。

3 环保疏浚关键技术

3.1 绞吸式挖泥船配备环保绞刀

内河航道疏浚常采用的疏浚设备主要有绞吸式挖泥船、抓斗式挖泥船、链斗式挖泥船及反铲挖泥船。抓斗式、链斗式、反铲挖泥船在挖泥过程中，机械手臂旋转、入水、驳船靠离泊等多个作业环节均会产生噪声污染，而绞吸式挖泥船由于绞刀始终位于水下，泥浆通过排泥管运输，噪声控制效果优于其他三种挖泥船。但是，绞刀疏松泥土所带来的悬浮物增加和污染物释放量也远大于其他挖泥船。因此，本工程采用带有防护罩的环保绞刀头的300m3/h绞吸式挖泥船清淤，配合封闭式输泥管线转输疏浚泥浆，最大程度地控制了噪声污染、减小了悬浮物和污染物释放量。

3.2 GIS+BIM 数字孪生

本项目搭建了智慧水务平台，该平台基于大数据平台、地理空间库、物联网技术，整合南湖水域及汇流水域、水下管线位置埋深等数据，构建于一张图的水务综合信息可视化平台，推进环保疏浚施工管理向主动精细、现代高效转变，助力项目安全管控。智慧水务平台的数字孪生充分利用物理模型、传感器更新、运行历史等数据，集成多学科、多物理量、多尺度、多概率的仿真过程，在虚拟空间中完成映射，从而反映工程建设全过程的实景。

3.3土工管袋淤泥干化

传统的航道疏浚泥土通常采用水中设抛泥区或者利用陆地上的泥塘、空地等设置排泥场，非常容易造成二次污染。环保疏浚淤泥脱水技术主要有浅层真空预压脱水、土工管袋过滤、机械脱水等，其中机械脱水又有离心脱水、带式压滤脱水和板框压滤脱水[5]。本工程底泥脱水方式采用土工管袋脱水固化的方式，利用土工织物仅能透水的原理，并通過添加药剂使水从管袋分离，而污泥存留在管袋内或外运进行资源化利用，渗出水完全达到相关排放标准后进行排放。

3.4超磁分离尾水净化等技术

为了尾水的达标排放，需加速尾水中细颗粒物的沉淀，降低悬浮颗粒物浓度。在尾水中加入絮凝剂，可以使水体快速沉淀，提高水体的净化效率 [6]。超磁分离水体净化技术成套设备主要由加药、混凝反应、超磁分离机和磁分离磁鼓等主要功能性设备组成。经预处理后的尾水，与磁粉、PAC、PAM等混合形成磁性絮团，再利用超磁分离机产生的超强磁力实现水与磁性絮团的快速分离。分离后的污泥进行焚烧再利用，磁粉可实现循环再利用，出水可达标直接排放。整套超磁净化技术采用集装箱形式，最大程度地减小了占地面积，并且噪声低，适合在核心城区用地紧张的地区使用。此外还具有出水水质好、处理速度快、运行费用低、排泥浓度高等优点。

4 应用与展望

根据南湖湖区多个点位的水体透明度每日实时监测，南湖湖区环保疏浚过程中透明度无明显下降，本工程采用的环保疏浚技术未造成悬浮物的增加。疏浚尾水经4次检测，悬浮物SS指标均不超过4mg/L，远优于《污水综合排放标准》（GB8978-1996）一级标准70mg/L的控制指标。

嘉兴南湖环保疏浚采用的施工技术为城市核心区航道环保疏浚提供了借鉴和参考，建设者仍需考虑解决核心城区干化场地、排泥管线布置等矛盾，但目前仍具有较强的推广价值和作用。

参考文献：

[1]熊赞，夏璐.疏浚工程对环境的影响分析[J].中国水运（下半月），2014，14（07）：188-189.

[2]范成新，钟继承，张路，刘成，申秋实.湖泊底泥环保疏浚决策研究进展与展望[J].湖泊科学，2020，32（05）：1254-1277.

[3]左甲鹏，陈一梅，周剑雄.基于生态保护的内河航道生态疏浚探讨[J].中国水运（下半月），2014，14（03）：176-178.

[4]霍守亮，荆一凤，席北斗，吕，陈雄峰，刘鸿亮.环保疏浚堆场余水处理生产性试验研究[J].环境科学研究，2007（01）：75-79.

[5]高扬，孙科，谭一军，王晓英.多种疏浚淤泥脱水技术的典型应用及分析[J].江苏水利，2020（09）：51-54.

[6]袁星，梅晓庆.环保疏浚尾水处理工程设计运用[J].中国水运（下半月），2017，17（07）：167-169+184.