南漪湖生態清淤試驗工程方案研究

諸 青，黃 偉

（長江河湖建設有限公司，湖北 武漢 430010）

實施生態清淤是落實河湖水污染治理工作方案的重要舉措。通過實施靜水湖泊生態清淤試驗工程，清除試驗區湖泊表層底泥，削減內源污染，提升水體自凈能力，從而為生態系統的恢復創造條件[1]。通過深層疏浚湖泊擴容，增加湖區庫容，增強湖泊水環境容量，為今后若干年的流域泥沙淤積影響留下余地，同時提升湖區防洪保障功能。在試驗工程實施過程中，通過實時監測、數值模擬、專家咨詢等技術手段，不斷分析清淤工程對湖泊防洪、生態環境、灌溉、航運等方面的影響，根據評價結論動態調整實施方案，為湖泊后續推進生態清淤積累經驗[2]。同時，試驗工程結束后對試驗區域水質進行檢測，通過不同期次的水質檢測成果的比對，評價試驗段湖區水質提升效果。之后，對項目進行后評價，包括工程效益評價、環境影響評價、國民經濟評價等，總結經驗并為后續工程實施提供定量化的科學依據。

1 背景

南漪湖位于安徽省宣城市境內，屬水陽江水系，系新構造斷陷洼地經泥沙長期封淤、積水而成的滯積湖，是水陽江中游最大的調蓄洪區。由于逐年淤積，枯水位條件下，南漪湖現狀局部水深已不足1.0 m，水環境容量非常有限；在風浪作用下，底泥易起懸浮，對水質影響較大。受人類活動和流域經濟社會快速發展的影響，流域內N、P等污染物大幅增加，地表徑流攜帶污染物進入湖體，經長期積累，湖泊底泥受到污染[3]。同時，由于湖泊淤淺，風浪掀沙，湖水透明度下降，有研究表明，當湖區透明度降為0.3～0.5 m 時，水下相對光線強度（水下光強與水面上光強之比）大于5%的水層厚度僅0.3～0.5 m，湖底光度還不足水面強度的1%，遠未達到水生植物生長所需光強度（水下相對光線強度大于5%）[4]。透明度不足又反過來制約水生植物的生長，從而在湖區內部形成一個惡性循環，造成湖區內水生植物種類快速下降，最終造成水生動植物生境遭到破壞，水體自凈能力也急劇下降[5]。上述種種原因導致南漪湖水質出現超標現象。因此，為加強南漪湖水環境治理，強化流域污染源控制、生態清淤、優化水產養殖和水生態修復，對南漪湖等呈富營養化的湖泊開展綜合治理工作，消除外源污染、提高水體自凈能力十分必要[6]。

2 生態清淤試驗工程方案

2.1 總體方案

初步確定選擇南漪湖西湖區南姥咀西岸片區作為試驗工程實施范圍，面積約8.18 km2，疏浚深度為2.0 m。

為滿足南漪湖水質達標要求，必須清除湖區表層底泥層；另外，為達到南漪湖庫容擴容要求，并為今后一段時期內南漪湖湖體的淤積預留必要的庫容，確定清淤深度為2.0 m。正常情況下，從方便施工角度出發，從上往下2.0 m 范圍內進行疏浚，既滿足南漪湖水質達標要求，也滿足湖區擴容要求，但表層2.0 m范圍均為淤泥質土，該方案將產生數量巨大的淤泥，消納淤泥難度較大且處理費用極高。為減少因處理大量表層淤泥疏浚量導致環境的二次污染，通過對地勘資料的進一步分析發現，在技術上通過挖除相對便于處理的深層疏浚料可以達到既滿足湖區清淤深度要求、又節省淤泥處理費用的目的，因此推薦疏浚表層+深層的方案。

通過表層底泥污染程度分析，將工程區分成2個疏浚片區，疏浚一區面積5.38 km2，表層和深層疏浚深度分別取0.2、1.8 m；疏浚二區面積2.80 km2，表層和深層疏浚深度分別取0.5、1.5 m。根據本工程的工程特點和現場地形情況，并針對各道工序利用網絡計劃技術加強施工組織協調，采用提早插入、交叉作業、相互搭接等綜合措施，實施方案總流程如圖1所示。

圖1 實施方案總流程

（1）底泥清淤疏浚。底泥清淤主要考慮對疏浚一、二區表層厚0.2、0.5 m 底泥進行疏浚，其主要施工流程為絞吸船進場→管道鋪設→接力泵安裝→表層底泥清淤疏?！凉す艽倌喙探Y及土料利用。

（2）深層疏浚。深層疏浚主要考慮對疏浚一、二區深層厚1.8、1.5 m 底泥進行疏浚，其主要施工流程為吸運專用工作船施工→皮帶卸料機上岸→輸送整平→棄土料資源化利用。

2.2 疏浚工程方案

根據地勘資料揭示，疏浚區域底泥厚度基本在0.1～0.5 m。底泥包括浮泥、流泥、淤泥、部分淤泥質土，其下為重粉質壤土、粉質黏土、粉細砂等。根據推薦的疏浚設計方案，疏浚區8.18 km2，距離北側岸邊最小距離為648 m，距離東側岸邊最小距離為175 m。疏浚一區豎向疏浚深度為表層底泥0.2 m+深層1.8 m，疏浚二區豎向疏浚深度為表層底泥0.5 m+深層1.5 m，由此形成疏浚范圍為2.0 m 深的疏浚深度。表層底泥共疏浚247.72 萬m3，其中疏浚一、二區分別為107.70萬、140.02萬m3，考慮在湖區周邊設置臨時堆場，采用土工管袋技術固結處理后，資源化利用于廢舊礦山復綠、回填土方、園林用土、燒磚等。深層疏浚共1 389.38萬m3，其中疏浚一、二區分別為969.32萬、420.06萬m3，采用專用工作船直接插管吸運至臨時指定點，通過皮帶卸料機上岸后輸送整平臨時堆放于堆場內，通過資源化利用進行消納。

2.2.1 湖區疏浚分區

該工程對湖區水質指標和水環境保護具有較高的要求，對整個湖區進行分區分期疏浚。疏挖施工中要求盡可能降低底泥再懸浮和污染物釋放，同時對清淤區域進行劃分并采用圍擋隔離，減少對周邊水體擾動影響，防止二次污染，且泥水輸送過程中不污染環境，為生態修復創造條件，恢復湖區的良性生態系統。同時，綜合考慮施工機械設備選型、施工工期安排、淤泥固結技術、淤泥固結土消納能力以及分區實施先后順序等因素，對南漪湖疏浚進行分區分塊實施，西湖區劃分成4塊疏浚，分別為1#～4#疏浚區；東湖區劃分成6塊疏浚，分別為5#～10#疏浚區，共形成10 塊疏浚區進行分區疏浚施工。根據試驗工程疏浚范圍分析，初步考慮將4#疏浚區作為試驗工程先行實施，在試驗工程實施過程中，通過實時監測、數值模擬、專家咨詢等技術手段，不斷分析工程建設對南漪湖防洪、生態環境、灌溉、航運等方面的影響，根據評價結論動態調整實施方案，為后階段大規模推進積累經驗。

2.2.2 表層底泥清淤疏浚

（1）疏浚量。根據疏浚范圍內表層底泥厚度的分布情況，確定疏浚一、二區豎向表層底泥疏浚深度分別為0.2、0.5 m，疏浚邊坡根據表層土質特點確定為1∶20，由此計算得出表層底泥清淤疏浚工程量為247.72萬m3。

（2）疏浚方案。①底泥特征及施工條件分析：南漪湖是宣城市重要的水系湖泊，對水環境保護具有較高的要求，其底泥疏浚主要目的是改善水生態環境。為此，需實施底泥疏浚，清除底泥中的污染物，防止疏漏和余水的二次污染，同時為生態修復創造條件，恢復湖區的良性生態系統。因此，疏浚機械選擇應根據疏浚目的、地質條件、施工條件、機械性能，綜合各方面要求進行。南漪湖疏浚清除的底泥主要是呈懸浮狀稀泥狀的流泥及部分受污染的淤泥質黏土，選擇的疏浚施工設備能有效清除以上受污染底泥。疏挖施工中要求盡可能降低底泥再懸浮和污染物釋放，防止二次污染，同時泥水輸送過程中要求不污染環境。疏浚時擴散半徑控制在10 m 以內。選擇的疏浚施工設備應具有平面精確定位和較高的垂直精度，垂直精度應控制在5～10 cm。南漪湖上下游河道具有一定的通航能力，施工設備進場可以通過航運。常水位下湖水深1.2～2.0 m，不利水文條件時水深不足1.0 m。船型選擇時應對土質、水深、排距、浚深等因素充分考慮。②疏浚設備選型：在水深能夠滿足絞吸式挖泥船施工條件時，均采用環保絞吸式挖泥船施工，并且施工時可根據施工需要調節水位，增加絞吸式挖泥船的疏浚范圍。針對整個湖區表層底泥疏浚施工實際，分別對抓斗式、環保絞吸式和耙吸式挖泥船進行分析比較，選擇合適的疏浚設備。根據各類挖泥船性能可知，抓斗式挖泥船無法挖除浮泥，不具有環保性，不能滿足本工程環保要求，但挖除垃圾時比較適用，因此可用于湖周污染底泥的清理。絞吸式挖泥船可進行疏浚，但需進行余水處理，挖除垃圾較多的區域時絞刀易被漁網等雜物纏住導致工效降低，疏浚前需先對垃圾進行清理，同時其臨時堆場退水較多。耙吸式挖泥船疏浚能力小，對大面積和大方量的疏浚工程有一定的局限性；同時，由于南漪湖底泥細顆粒含量高，其脫水設備不能有效減少其尾水處理量，但其疏浚設備本身疏浚含固率較高，余水處理量較環保絞吸式挖泥船小。各種船型的分析對比情況，詳見表1。

表1 施工機械分析對比

綜合以上分析，考慮采用絞吸式挖泥船進行疏浚，并且考慮采用環保絞吸式挖泥船，配備環保罩，以減少對周邊水域環境的影響；同時，對排出的淤泥土直接充灌進入土工管袋進行固結處理，其余水均達標排放，對臨時堆場地周邊水質不造成污染影響，因此表層淤泥疏浚推薦采用環保絞吸式挖泥船進行。部分湖區平均水深小于挖泥船的最小挖深，可通過由深水區向淺水區作業的順序來滿足挖泥船性能需求。由于湖區進水和出水通路較多，在實際水深與施工需要水深差距太大時，也可通過湖區水位調度減少向外供水來滿足施工水深要求。

2.2.3 深層疏浚

（1）疏浚量。深層疏浚一、二區疏浚深度分別為1.8、1.5 m，其疏浚范圍按下開挖線面積控制，由此計算得出深層疏浚工程量為1 389.38萬m3。

（2）疏浚方案。深層疏浚采用吸運的施工工藝，考慮選用專用工作船吸運至臨時指定點，通過皮帶卸料機上岸后輸送整平臨時堆放于堆場內，通過資源化利用進行消納。

2.3 表層疏浚土固結方案

根據地勘資料可知，疏浚出來的湖區表層淤泥土含水率高、力學性能差，基本無法直接利用，為解決此難題，需首先研究對淤泥土的固結技術，再提出對固結土的利用途徑。在對淤泥固結技術調查的基礎上，對真空預壓技術、機械脫水固結一體化技術、土工管袋固結技術和自然固結法4種淤泥固結技術進行比選分析。

2.3.1 真空預壓技術

真空預壓技術是基于軟土地基內設置豎向排水通道，隨后在地基表面鋪設砂墊層，并在砂墊層內埋設透水管作為水平排水層，再在砂墊層上覆蓋不透氣的密封薄膜使之與外界大氣隔絕的加固技術。該技術采用抽真空裝置將密封膜內需加固處理的軟土地基內的空氣和水不斷被抽出，使軟土地基與外界大氣的壓力差逐漸增大，導致軟土地基隨空氣和水的不斷排出而固結，達到加固處理軟土地基的目的[7]。

2.3.2 機械脫水固結一體化技術

淤泥機械脫水固結一體化技術是一套完整的清淤-脫水技術，它將清淤泥漿輸送至岸上脫水場地內，其工藝流程如圖2所示。脫水場地由初沉池、一級濃縮池、二級濃縮池、調節池、清水池、加藥攪拌系統、均化池、脫水車間、泥餅輸送設備等組成。

圖2 淤泥機械脫水固結一體化技術工藝流程

進入脫水場地的泥漿通過初沉池分選出砂石、漂浮物、漁網、碎木頭等大顆粒雜質，經復合固結后利用渣土車運往堆場。流經初沉池的泥漿進入一級濃縮池，后續進入加藥攪拌系統，再進入泥漿均化系統，最后通過渣漿泵輸送至板框機進行壓榨脫水[8]。板框機生產泥餅通過皮帶機輸送至臨時堆場，最終利用渣土車外運達到再次利用的目的。機械脫水固結一體化技術實行廠房式施工，對環境影響小，生產過程環保，在淤泥固化的同時對生產余水進行初步處理，使外排余水能夠達到城市污水處理廠排放標準。

2.3.3 土工管袋固結技術

土工管袋是一種由聚丙烯紗線編織而成的具有過濾結構的管狀土工袋，其直徑可根據需要變化，一般為1.0～10 m，最大達200 m，具有強度高、過濾性能和抗紫外線性能好的特點。該技術是在水下疏浚過程中將高分子藥劑按一定比例的劑量投入淤泥泥漿，打入管袋壓濾脫水，可以達到減少污泥體積的目的。這種處理方法無需圍堰，在平地就可施工，在用土的地方就地固化，無需二次轉運，工期較短，約2個月，且全封閉式施工，不受天氣的影響[9]。土工管袋固結技術工藝流程，如圖3所示。

圖3 土工管袋固結技術工藝流程

疏浚底泥通過疏浚船直接充灌至土工管袋，在進入土工管袋前需加入一定劑量的藥劑以加速脫水。加藥設備采用移動式加藥站，加藥能力與挖泥船干泥輸送量的能力相匹配，藥劑通過輸藥管道經混合器與排泥管中淤泥充分混合后充填入管袋，可以大大加快淤泥脫水時間。土工管袋脫水的效率與余水水質取決于脫水助劑，脫水助劑應選用環境友好型、以有機化合物為主的材料，同時具有鎖固重金屬、防止浸水二次泥化等功能。

2.3.4 方案比選

以上3 種淤泥固結技術優缺點分析比選結果，詳見表2。

表2 疏浚土固結技術分析比選結果

由表2 可知，土工管袋固結技術能夠將淤泥從湖區直接充灌至土工管袋，為全封閉施工不需要設置地面淤泥池，對環境影響最小，固結效率較高，淤泥固結在場地周轉時間較短，能夠較好地縮短工期，可以較好地控制脫水后的土料含水率，更加方便于土料的重復利用，且其固結成本也相對較低。因此，本次推薦土工管袋固結技術對南漪湖淤泥進行固結成土。

3 結論

（1）選取南漪湖西湖區南姥咀西岸片區為試驗工程范圍，通過技術性、經濟性、環保性分析，總體方案推薦采用“表層底泥清淤疏浚+深層疏?！钡姆桨?。

（2）表層底泥清淤疏浚一、二區豎向表層底泥疏浚深度分別為0.2、0.5 m，清淤疏浚工程量為247.72萬m3，疏浚機械采用絞吸式挖泥船；深層疏浚一、二區疏浚深度分別為1.8、1.5 m，深層疏浚工程量為1 389.38萬m3。

（3）經成本、技術、環境影響等方面的比選分析，土工管袋固結技術滿足工程施工技術要求，對環境影響小，固結效率高，工期短和成本低。因此，推薦采用該方法進行固結成土。