景观湖泊与人工池塘的治理及淤泥利用

王青峰，周 琪，吴国立，刘 珣，刘 爽

（1.中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，杭州 310000；2.华北水利水电大学，郑州 450046；3.黄河勘测规划设计研究院有限公司，郑州 450003）

随着城市居民生活水平的日益提高，人们对于周边环境和水质的要求也逐步增长，越来越多的景观湖泊和人工池塘出现在公园、高档小区、学校和私人别墅中，然而近年来这些景观湖和人工池塘都开始出现不同程度的淤积和污染，不仅没有美化周边环境，反而造成了更加严重的环境污染和水质破环。

石稳民等[1]，向莹等[2]，彭艺艺等[3]，张卿等[4]认为清淤工程首先应考虑控制淤泥和污染物的来源，从根本上解决淤积问题。肖朝红等[5]，邵运贤等[6]，黄志心[7]根据水环境治理工程实践提出了控源截污、内源治理、活水保质、生态清淤、底泥利用和景观改造和文化共融的综合治理措施。董敏等[8]分析了白洋淀水环境治理工程，工程运用沉积学初判、拐点法量化确定了清淤深度，提出了清淤与原位治理、活水循环和生态修复等相结合的内源污染治理方案。胡春宏等[9]根据我国5大流域的河道、水库的淤积情况和清淤实践提出了兼顾适用性、综合性、经济性、长效性与安全性的总体治理原则和提前查明地质和建设条件，合理选择清淤设备，分段顺流清淤的大致施工原则，提出了清淤要与环境保护相结合，要注重重复利用和经济效应相结合的基本原则。谢彬等[10]，苗运江等[11]针对清淤介绍了专门的实时清淤系统，其清淤效率可达人工的5～10倍，为清淤工作提供了良好的方法和思路。谢继勇等[12]提出了利用神经网络和深度学习进行清淤的预警模型。黄朝煊[13]，王凯等[14]提出了基于模糊法原理的综合评分标准对清淤效果进行评价，该方法与传统评价标准相比最大优点是考虑了人工成本和时间成本，但其可能考虑因素过多导致工作量过大或受主观因素影响较严重。郭英卓等[15]认为淤泥（底泥）污染物中的重金属离子浓度经过处理即使在污染物控制标准以下，堆放的底泥随着时间的累积和雨水的淋溶作用也会通过径流、渗透等方式不断进入土壤从而造成二次污染。蒋正武等[16]，杨雷等[17]，林莉等[18]，文国来等[19]对清淤产生的底泥如何二次利用提出了新思路如烧制自保温多孔砖、陶粒，修复土壤，填方，制作混凝土砌块等。

鉴于以上，本文就后期清淤治理和淤泥利用对如何建造景观湖泊和人工池塘提出了合理建议，对景观湖泊和人工池塘进行后期清淤治理给出了施工方案和建议，同时对清淤效果评价方法和如何处理淤泥给出了合理化建议。

1 景观湖泊和人工池塘建造时的意见

景观湖泊和人工池塘具有美化周边环境、降低温差和改善空气质量的功能，同时人工池塘还可以用来种植莲藕、养殖鱼类，具有较大的经济效益。但景观湖泊和人工池塘一般面积较小、水深较浅、容量小和物种单一，年蓄水量变化不大，流动性和自净能力差，易于内源污染和淤积。

降雨携带污染物和泥沙通过地表径流进入其中是景观湖泊和人工池塘内源污染和淤积的主要原因之一。鉴于此，建议在建造景观湖泊和人工池塘时除了考虑美学、风水和传统文化等因素外，还要考虑工程环境与经济等，为方便其后期治理可适当增加其边缘高程，使其略高于四周地面，并进行混凝土抹平或设置草皮进行固土，也可以布设污水截流工程，防止降雨时大量泥沙和污染物进入造成污染。流动性差也是景观湖泊和人工池塘淤积的重要原因之一，针对与此可以在建造时布设循环管道、多级景观台和涌浪系统，增加景观湖泊和人工池塘的活水循环。物种单一导致池塘自净能力差是其淤积的另一因素，建造时可设置生态浮岛，种植不同藻类和植物，在水体内投放不同种类的鱼、龟品种，形成良好的食物链和小型生态系统，尽量减少人工投喂避免造成淤积。考虑到随着使用时间的不断增长，仍有可能产生淤积，建议在建造景观湖泊和人工池塘时应采用圆形或类圆形设计，尽量不使用狭长形设计；另外在设计时可选用日月湖、连理湖和双鱼湖等类似的复合型景观湖泊和人工池塘，使塘水得以循环造氧并增加其流动性，从而使得生物种类多样性增加并增强水体自净能力，还可以在建造时安装基于神经网络的预警模型，方便将来清淤工作。

2 景观湖泊和人工池塘的清淤建议

景观湖泊和人工池塘一般都是在公园、高档小区、学校和私人别墅中，其作用是美化周边环境、改善空气质量，在清淤时一定要遵循保护环境、避免噪音的原则，在具体施工时要提前查明地质和建设条件，合理选择清淤设备和作业时间，尽量避免大型设备的使用，并分段逐步清淤。

目前国内外湖泊底泥清淤方式主要包括干式和湿式2种。前者是将湖泊分段并修筑围堰，利用水泵将围堰范围内的积水排干后再进行清淤施工；后者无须进行围堰排水，在带水环境下采用挖泥机械进行清淤施工。由于景观湖泊和人工池塘的面积较小且需保持长期有水，综合考虑清淤能力、环保效果和技术经济性等因素，在清淤时不宜选用挖泥船、铲运机和推土机等大型设备。具体施工时应根据设计图纸首先了解其地质条件及周边地下管线情况，然后利用回声探测仪或根据神经网络预警模型运用沉积学和拐点法等计算确定大致清淤深度，完成清淤前的准备工作。对于复合型景观湖泊或人工池塘，可以将鱼、龟和各种植物移入其他湖泊或池塘后逐个排水进行人工挖掘清淤，该方法成本低，效果好，且不会破坏周边环境，噪音小。对于无法单独排水的景观湖泊或人工池塘，可以先将鱼、龟和各种植物暂时移走，然后选择多个合适功率和扬程的高浓度泥浆泵均匀排布清淤，该方法成本较高，效果较好，但鱼、龟和各种植物在运移过程中容易死亡，且可能会产生一定噪音，需要合理选择作业时间。

3 清淤效果综合评价

景观湖泊和人工池塘具有环境效益、经济效益和社会效益等，在传统的清淤评价中主要考量清淤的环境效益，很少考虑经济效益和社会效益。事实上，景观湖泊和人工池塘作为公园、高档小区、学校和私人别墅的一部分，除了美化环境外，其经济效益和社会效益也是不可忽略的。

对于景观湖泊和人工池塘这类具有多功能、多效益的工程而言，基于模糊算法能够考虑多因素的综合评分标准较传统方法更适合对其进行清淤效果评价。具体评价时首先应依据其功能性和因素占比确定参评项及权重，然后根据清淤结果对各参评项给出合理的评分标准和依据，最后根据权重累加得到不同效益下的评分，归一化得到综合评分。由于评分标准受主观因素影响较大，各效益参评项应适量，以5～8项为宜，过少则考虑因素不全且偏差较大；过多则工作量较大且评价标准难以确定。清淤效果最终评价应根据综合评分Z和清淤成本X客观评价。

具体评分标准和权重可适当参考以下公式

式中：Z为综合评分；M为环境效益评分；N为经济效益评分；P为社会效益评分。

式中：M为环境效益评分；A为重金属离子含量评分；B为含氧量评分；C为底泥含量评分；D为矿化度评分；E为有机物含量评分；F为含氮量评分。

式中：N为经济效益评分；U为养殖收益评分；V为种植收益评分；W为淤泥二次利用收益评分；Q为其他收益评分，如门票或附近商铺收入。

式中：P为社会效益评分；R为空气质量评分；S为水质评分；T为知名度评分。

式中：X为清淤成本；K为设备投入成本；J为人工投入成本；L为时间投入成本；H为其他成本。

综合评分时各项满分均为100，按照比重进行计算。如清淤治理前水体中重金属离子含量为100 mg/L，清淤治理完成后水体中重金属离子含量为5 mg/L，则可计算得到重金属离子含量评分同理可计算得到含氧量评分B、底泥含量评分C、矿化度评分D、有机物含量评分E和含氮量评分F，将以上各评分代入式（2）即可计算得到环境效益评分M；假设清淤治理前养殖平均收益为2万元/月，清淤治理后养殖收益为10万元/月，则养殖收益评分80，同理可计算得到种植收益评分V、淤泥二次利用收益评分W和其他收益评分Q，将以上各评分代入式（3）即可计算得到经济效益评分N；将空气质量、水质和知名度分为优、良、中及差4个等级，每个等级对应不同分值，具体分值见表1，空气质量评分R=同理可计算得到水质评分S和知名度评分T，将以上各评分代入式（4）即可计算得到社会效益评分P；将环境效益评分M、经济效益评分N和社会效益评分P代入式（1）即可计算得到综合评分Z。当综合评分Z≥80时，认为清淤效果较好；当综合评分80≥Z≥60时，认为清淤效果一般；当综合评分Z<60时，认为清淤效果差。清淤成本X计算时考虑到设备投入成本K、人工投入成本J、时间投入成本L和其他成本H。考虑到景观湖泊和人工池塘需定期清淤，即清淤有一定时效性，则可计算其时效期内的经济效益Y。当综合评分Z＜60且清淤成本X大于经济效益Y时，则不建议进行清淤，而应当对其进行治理改造。

表1 等级评分表

4 淤泥资源化利用

底泥沉积物（淤泥）是景观湖泊或人工池塘外源污染的重要蓄集场所，也是内源污染释放的主要来源，景观湖泊或人工池塘中的淤泥主要成分为黏土矿物、有机质等，但也有可能含有重金属离子等污染物，不能直接堆放处理或利用，防止造成二次污染。

对于清理出的淤泥首先应检测其重金属离子等污染物的含量，然后利用生石灰、铁盐等进行双重钝化稳定重金属离子，或者利用氧化石墨烯、基因重组酵母菌和改性蒙脱石等吸附重金属离子和污染物[20-22]，还可以利用淀粉絮凝剂、改性壳聚糖与电絮凝法等对重金属离子和污染物进行絮凝[23-25]。淤泥中重金属离子和污染物处理后浓度和含量要达到控制标准以下，然后再进行机械和化学絮凝固化脱水。淤泥固化处理处置的方法主要有自然干燥法、真空预压脱水法、土工管袋法、机械脱水法和搅拌固结法等，脱水固结一体化工艺具有脱水效率高、施工工期短、占地面积小、泥饼含水率低及对泥质适应性强等优点，在实际的河湖环保清淤工程中优势明显，得到了广泛的应用，主要包括底泥的筛分除杂系统、均质调理系统、脱水固化系统、尾水处理系统和泥饼的资源化系统等。脱水后的底泥富含大量有机质且无毒无害，可以直接用于修复土壤、农田和林地利用、生态绿化及路基和建筑填方等。另外还可以利用15%～20%淤泥掺量代替砂石再加入适量的水泥、石灰和粉煤灰等制备免烧砖，其立方体试件抗压强度可达30 MPa以上[26]；或者约15%淤泥加入适量的水泥、砂和石制备混凝土砌块，其抗压强度可达57.6 MPa；或者在淤泥和淤泥干粉中加入适量炉渣、微孔成型剂与调整剂等控温焙烧自保温多孔砖，其密度和导热系数较小，性能优良；还可以将淤泥与适量页岩粉混合控温焙烧陶粒，其表面釉化性能和膨胀较好，密实性高，保温隔热性能优良。