城区河道闸前漂浮污染物处理措施探析

张维杰，王子文，邢 军

（1.山东省水利科学研究院，山东 济南 250014；2.山东省水资源与水环境重点实验室，山东 济南 250014；3.中国水利水电科学研究院，北京 100038；4.兰陵县水利局，山东 兰陵 277700）

随着社会经济及城市建设的迅速发展，城市人口急剧扩张，产生了大量生活垃圾。这些生活垃圾有的堆放在河道两岸，有的甚至直接进入河道系统中，尤其是每年丰水期，随着径流增加、河道水位上升，两岸大量生活垃圾进入河道，形成水面漂浮污染物。与此同时，城区河道中闸坝的修建破坏了水系的连通性，改变了河道水动力特性，造成大量漂浮物聚集在闸坝前，不但造成水体污染加剧，更破坏了城市生活环境，对沿河水质、水面景观、供水等都产生不利影响。

目前，对水面漂浮污染物的治理研究多为库区漂浮污染物，城区河道水面漂浮物研究较少。城区河道常用的漂浮物治理措施主要为沿河打捞，不仅浪费大量的人力，而且清漂效率低、效果差，特别是丰水期，河道水流流量大、流速快，还会对打捞人员生命安全构成威胁；对于打捞上岸的漂浮物，通常采用简单堆放、卫生填埋、焚烧、堆肥和再生利用[1]等单一后处理措施，存在诸多不足。因此，参照库区水面漂浮物治理措施，在河道拦河闸段设计一套适用于城区河道的有效漂浮物治理设施，具有十分重要的现实意义。

1 水面漂浮污染物概述

1.1 漂浮污染物来源和组成

河道水面漂浮污染物主要来源[2-3]包括：1）汛期沿河道两岸随雨水冲刷进入河网的垃圾，主要包括生活垃圾和杂草、树枝等；2）沿河两岸城镇、乡村和工矿企业修建的垃圾场，坡上垃圾滑落水中，形成垃圾带；3）水体富营养化造成水葫芦、绿藻等猖獗，产生水生植物漂浮污染物；4）通航河道中还包括过往船只、乘客倒入河中的垃圾。对于城区河道，由于两岸人类活动频繁，漂浮污染物的来源主要为前两个方面。

河道漂浮污染物的组成主要包括：1）旧玻璃瓶、废旧塑料制品等生活垃圾和工业垃圾，此类漂浮物一年四季均有，是城区河道漂浮物的主要成分；2）树枝、树根、落叶、秸秆等，多出现在汛期和秋季；3）意外事故类漂浮物，主要为人畜尸体、房屋旧料和木材等，多是由汛期暴雨形成灾难性洪水造成的，此类污染物较少。

1.2 漂浮污染物影响因素

1）与河道流量关系密切，随流量的增大而逐渐增多。流量较小时，河道水流所携带的漂浮污染物较少，主要为塑料泡沫、水草、树枝、生活垃圾等较轻的污染物；随着流量逐渐增大，水流所携带的污染物数量开始增加，单个重力增大，种类增多。

2）与洪水场次有关，一般每年第一场洪水所携带的污染物种类、数量较多。非汛期河道流量较小，断流也时有发生，河道两岸边坡、滩地成为垃圾的集聚场所。每年第一场洪水会把这些堆积的垃圾冲到河道中，导致第一场洪水的漂浮污染物较多。如果第二场洪水比第一场洪水小，那么污染物的种类、数量将明显减少。

3）与河道水流来源有关。来源于城镇区域的水流，其所携带的漂浮污染物主要为塑料泡沫、生活垃圾、编织袋等；来源于山区、丘陵等地带的水流，主要携带树木、树枝、麦草等漂浮污染物。

2 漂浮物治理常用设施

2.1 导漂设施

漂浮污染物会随着水流方向漂动，同时也受风力和风向的影响。要改变漂浮污染物的流动方向，关键是改变表层水流的流向[4]。导漂设施正是基于此原理设计而来的，利用导流结构调整水流表层流向，使漂浮物按照既定路线流动，便于漂浮物拦截、收集。

常用的导漂设施有水流表层导漂屏、浮动型承水挡诱导漂子、人工浮动式诱导渠道共3 种。其中，水流表层导漂屏通常是由竹材、板条等组成的水工结构物，有效水流宽度为水深的1.0～1.2倍范围内，导漂效果主要受屏板与水流方向的夹角影响；浮动型承水挡诱导漂子由浮筒连接而成，具有平衡漂子所受水流、漂浮物和风的作用力与承水挡所受水流作用力的特点，从而使其能在河流中保持所需位置，控制并引导漂浮物沿规定路线和方向漂流；人工浮动式诱导渠道通常由入口、诱导渠道、渠道漂子、出口等几部分组成。

2.2 排漂设施

排漂设施主要包括排漂孔、泄水闸、溢流堰等水工建筑物。工程中，通过合理布置排漂设施，使洪水中的漂浮物尽可能通过建筑物，避免漂浮物在挡水建筑物前堆积，堵塞其他水工建筑物，带来经济损失，甚至造成工程安全事故。排漂设施是当前应用最为广泛、治漂效果较好、效率较快的漂浮物治理措施，在葛洲坝、三峡等许多大型水利工程中得到广泛应用。但其存在只是将漂浮污染物下泄，而不能从根本上彻底清理的缺点，这会造成大量污染物在下游聚集，带来更大治理难度。

2.3 拦漂设施

拦漂设施是将上游漂流而来的污染物拦截到特定区域或岸边，防止漂浮物继续流向下游，其可单独设置，也可与导漂设施联合运用[5]。这一设施的设计思路是将河道上下游作为一个大系统，即上游拦截的漂浮物越多，则下游重拦、清漂浮物工作量越小，是一种彻底清除水面漂浮物的工程措施。

拦漂设施主要有拦污栅、拦漂排和羊圈工程。拦污栅是工程中最常见、应用最为广泛的拦漂设施，常设在泵站、水电站的进水口处，起到保护机组、闸阀及管道不受损害的作用。拦漂排通常在水电站进水口处设置，用于拦截一些具有一定尺寸的污染物。祁济棠等人借鉴洪流中漂木动态与洪水漂浮物动态相同的特点，参照洪水单漂流送生产工艺收集洪水漂木的技术措施，提出利用羊圈工程收集漂浮污染物。

2.4 捞漂设施

捞漂装置主要有拖船拖网、捞漂船、岸式输送机、反铲挖掘机等。其中，拖船拖网和捞漂船主要用于水上漂浮物打捞，岸式输送机和反铲挖掘机则用于岸边聚漂区漂浮污染物的打捞。拖船拖网将漂浮污染物收集并运送到垃圾处理点，可分为单船拖网和双船拖网两种作业形式。捞漂船是一种集“收集—滤水—压缩—运输”等多功能于一体的打捞设备。

3 城区河道漂浮物治理设计

与山区河道相比，城区河道具有底坡较缓、河道顺直、水流平稳等特点。河道漂浮物类型上以生活垃圾为主，如废旧塑料制品，质量较轻、体积小，树木、树根等大型漂浮物较少；数量上，主要集中在汛期，随来流量增加而增多，平枯水期较少，比较分散。因此，确定城区河道漂浮污染物治理原则为：丰水期自动清漂、枯水期集中人工打捞。

以某城区河道为例，进行漂浮物治理措施设计。河道拦河闸段采用水闸与溢流堰相结合的布置形式。水闸共1 孔，位于河道正中位置，两侧布置两孔溢流堰。

根据城区河道及其漂浮物特点和治理原则，借鉴库区漂浮物治理措施，城区河道漂浮物治理借助水闸一侧溢流堰，采用浮动型承水挡诱导漂子、拦污栅与岸式输送机相结合的方法彻底清理闸前水面漂浮物。

3.1 浮动型承水挡诱导漂子

在拦河闸上游设置一浮动型承水挡诱导漂子。该浮动型承水挡诱导漂子倾斜布置于闸前，与水流方向的夹角为45°，起点位于闸室前河道左侧主槽边缘，终点位于右侧闸墩边缘。其由钢丝绳将一节节浮筒连接而成，可依水流、漂浮物和风对漂子的作用力与水流对承水挡的作用力相互平衡，对水位波动具有一定的适应性。

当上游来漂进入闸前水域诱导漂子作用范围内时，诱导漂子通过改变表层水流流动方向，进而改变随流漂浮物的流向，使其按规定的路线漂流，顺畅地聚集到闸门一侧溢流堰前聚漂区，达到漂浮物自流化的目的。浮动型承水挡诱导漂子的设置可避免漂浮物在闸前聚集，影响闸门运行、破坏城市水景观，也可阻止漂浮物随闸门调度下泄，加重下游治理负担。同时，还为城区河道漂浮物聚集到溢流堰前，进行集中打捞提供了可能。

3.2 拦污栅

拦污栅布置于闸门右侧溢流堰前，截留由浮动型承水挡诱导漂子诱导而来的漂浮物，形成聚漂区，以便进一步打捞治理，防止由于打捞不及时，漂浮物经溢流堰继续向下游漂流。为保障拦污栅安全运行，应及时对拦污栅前聚集的漂浮物进行打捞，防止其由于受力过大而破坏。

3.3 岸式输送机

岸式输送机输送带底端深入到拦污栅前聚漂区内，将汛期聚漂区内聚集的大量漂浮物打捞上岸；输送带另一端可直接连接漂浮物输运装置，避免打捞上岸的漂浮物堆积在城区河道沿岸，影响城市水景观。岸式输送机的设置可有效提高汛期漂浮物的打捞效率，保障打捞人员人身安全。

根据漂浮物治理原则，丰水期，河道流量大、水位高，经浮动型承水挡诱导漂子诱导而来的大量漂浮污染物聚集到拦污栅前，为节省人力，保障打捞人员安全，提高清理效率，采用岸式输送机打捞栅前漂浮污染物；平枯水期，河道流量小、水位低，河流水动力不足，漂浮物少而分散，聚集而来的漂浮污染物建议人工打捞，此时，若要采用岸式输送机打捞，可在溢流堰一侧设置一排漂孔，可有效增加河流水动力。

4 漂浮污染物后处理

对于打捞上岸的漂浮污染物，目前国内外的后处理方法主要有简单堆放、卫生填埋、焚烧、堆肥和再生利用。由于漂浮物种类较多，化学成分复杂，如果采取单一处理方法，会造成漂浮物中大量可回收资源浪费，且不符合垃圾资源化处理原则。因此，改变目前单一处理垃圾的不合理方式，建立相对科学合理的漂浮物综合处理方法，显得十分必要。在上述几种主要处理方法中，尽管直接焚烧法可以在一定程度上实现漂浮物的资源化、无害化和减量化处理目的，但这种方法一次性投资费用巨大，且需要严格的管理水平和较高的设备维修技术，这在我国大部分地区尚不能推广。此外，在焚烧产生的废气中含有大量二噁英等有害气体，直接排放会造成大气污染，现有的废气净化系统也不能完全净化。因此，漂浮物的后处理建议采用“再生利用+堆肥处理+卫生填埋”的综合处理方法。

5 结语

借鉴库区水面漂浮物的治理和后处理措施，总结了四类库区漂浮污染物治理措施，根据城区河道底坡较缓、河道顺直、水流平稳及漂浮物质量较轻、体积小、汛期集中、枯水期分散的特点，提出了“丰水期自动清漂、枯水期集中人工打捞”的城区河道漂浮物治理原则，并设计了一套“拦污栅+浮动型诱导漂子+岸式输送机”相结合的自动捞漂设施。对于打捞上岸的漂浮物，其后处理建议采用“再生利用+堆肥处理+卫生填埋”的综合后处理方法。