羅建良,顏開宇

(德清縣對河口水庫管理局,浙江 德清 313200)

1 問題的提出

對河口水庫地處浙北德清縣境內(nèi),位于東苕溪支流余英溪上游,壩址以上控制流域面積148.7 km2。水庫于1964年建成,是一座以防洪為主,結(jié)合供水、灌溉、發(fā)電等綜合利用的大(2)型水庫,是德清縣城鄉(xiāng)供水一體化主要水源地。2003年水庫實施除險加固,截至目前,除庫區(qū)移民安置外其他工程已全部完成。水庫樞紐建筑物由主壩、副壩、溢洪道、泄洪洞、輸水隧洞、電站等組成,主壩為黏土心墻壩,壩高38.2 m。水庫總庫容1.469億m3,正常蓄水位50.20m,相應(yīng)庫容0.805億m3,設(shè)計洪水標(biāo)準(zhǔn)100 a一遇,校核洪水標(biāo)準(zhǔn)5000 a一遇。

由于工程運行年代久遠,水庫淤積嚴重,造成污染物在底泥中沉積,庫底淤泥已成為水庫水質(zhì)主要污染源,致使水庫水體向富營養(yǎng)化狀態(tài)發(fā)展。2005年6月,浙江省水利水電勘測設(shè)計院勘察結(jié)果表明,水庫庫底沉積了1.4～2.6 m厚的含礫粉質(zhì)黏土和一定厚度的砂礫石層,庫底淤泥中含有大量金屬和非金屬有害物質(zhì),估算泥砂礫石總量大于2500萬m3。為保護對河口水庫水質(zhì),保障德清縣城鄉(xiāng)供水一體化的正常實施,保證水庫防洪、供水等效益的正常發(fā)揮,對河口水庫2008年初開始實施清淤保源工程。工程設(shè)計清淤面積3.99 km2,清除淤泥1600萬m3。為確保水資源安全,首先在對河口水庫庫尾進行小范圍試驗,在小試通過認證后予以整體實施,試驗作業(yè)區(qū)總清淤面積約0.5 km2。通過實施水庫清淤工程,可增加灌溉、發(fā)電及供水有效庫容1200萬m3,增加發(fā)電量125萬kW?h/a,增加供水規(guī)模2.5萬t/d,同時增加蓄洪能力。因此開展對河口水庫清淤施工工藝及擾動源強分析研究無論對于施工期間保證水庫供水安全,還是對于增加今后灌溉、發(fā)電和供水效益方面都具有重要的現(xiàn)實意義。

2 工程施工工藝

整個清淤施工過程分為水下取泥 (砂、石),水面運輸,泥、砂、石分離等3個工程環(huán)節(jié)。環(huán)保措施主要采取了環(huán)保清淤船只、土工布控制濁水、油污染控制、綜合堆料場防滲、廢水沉淀處理、固體廢棄物處置等污染防治措施。各環(huán)節(jié)施工工藝如下:

2.1 水域施工工藝

本工程取泥(砂、石)采用鏈斗式清淤船,通過鏈斗將水下泥、砂、石挖至清淤船上,施工流程:庫盆清淤層—鏈斗式挖泥船—泥、砂、石混合物 (泥漿)入半封閉自航泥駁船—駁船自航運輸—庫岸碼頭—陸域泥、砂、石分離。

鏈斗式挖泥船施工采用前后移動錨纜前移、橫向定位錨纜限位逆流挖掘泥層的施工工藝,通過GPS定位儀控制作業(yè)區(qū)域的定向定位,以作業(yè)深度自動控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)斗橋垂深。

2.2 陸域施工工藝

陸域施工區(qū)集中布置于綜合堆料場內(nèi),主要進行泥、砂、石分離、廢水處理和淤泥臨時堆放。

2.2.1 泥、砂、石分離

清淤后的泥、砂、石混合物(泥漿)由自航泥駁船運送至庫岸碼頭進行卸料后,進入篩分輸送系統(tǒng),篩分后分為3路。一路為粒徑5 cm以下的卵石,輸送至研磨機制成砂石料外運;一路為粒徑5 cm以上的卵石,輸送至破碎機,破碎后運至研磨機制成砂石料外運;一路為泥、砂及渾水,進入洗砂池分離后,砂運至堆料場外運,泥漿送至沉淀池沉淀處理。

2.2.2 廢水處理

綜合堆料場內(nèi)設(shè)置了碼頭漏灑廢水處理沉淀池、污廢水集水池和6個泥漿沉淀池。

各碼頭卸料處設(shè)置了漏灑廢水處理沉淀池,規(guī)格為4 m×2 m×1 m,用來收集卸料時漏灑的泥漿水,并進行沉淀處理。

污廢水集水池主要為收集洗砂池分離的泥漿水和其他廢水,并將各污廢水混合,同時也作為廢水處理的初沉池,規(guī)格為30m×30 m×4 m。

綜合堆料場東北側(cè)設(shè)有6個泥漿沉淀池對陸域施工廢水進行沉淀處理,單池規(guī)格為120 m×60 m×4 m。正常運行時,6個沉淀池串聯(lián)使用(即進行6級沉淀);沉淀底泥清理時,則為5個沉淀池串聯(lián)使用(即進行5級沉淀),1個沉淀池底泥清理外運;最后一級沉淀池兼作回用水池。

2.2.3 沉淀底泥處置

泥漿水沉淀處理時,當(dāng)1個沉淀池底泥積滿后,調(diào)整污廢水進口及各沉淀池間連接,采用5個沉淀池串聯(lián)使用,1個沉淀池底泥堆放干化并作為礦山復(fù)綠材料等綜合利用清理外運。

3 水域施工作業(yè)影響特征分析

3.1 鏈斗挖泥船作業(yè)影響特征分析

鏈斗挖泥船屬于機械式疏浚方式,主要運用鏈斗挖掘機械進行水下泥沙的挖掘、提升和接送,以達到疏浚的目的 (見圖1)。

圖1 鏈斗挖泥船示意圖

工作原理:在疏浚作業(yè)中,將斗橋的下端放入水下一定深度,使之與疏浚土層相接觸,然后,在斗橋上端的上導(dǎo)輪驅(qū)動下,使斗鏈連續(xù)運轉(zhuǎn),通過斗鏈上安裝的各個泥斗,隨斗鏈轉(zhuǎn)動而對土層的泥沙挖掘,泥沙經(jīng)挖掘后裝入泥斗,再隨斗鏈的轉(zhuǎn)動沿斗橋提升出水面,并傳送至上端的斗塔頂部,當(dāng)泥斗到達塔頂部,經(jīng)過上導(dǎo)輪而改變方向后,斗內(nèi)的泥沙在自身的重力作用下,從泥斗倒入斗塔中的泥井,最后,倒入泥井的疏浚泥沙經(jīng)過兩邊的溜泥槽排入泥駁船,再由泥駁船運至指定處拋棄或由吹泥船吹送至岸上。

鏈斗挖泥船一般需要配置泥駁、起錨船等。施工主要以作業(yè)靈活性見長,且基本不受運距限制。

適用范圍:一般適用于工況條件復(fù)雜、棄土點較遠且具備航運條件的疏浚工程。

3.2 防止二次污染措施

3.2.1 水域防止二次污染措施

本工程試挖期間水域采取的防止二次污染的措施主要包括:①嚴格控制清淤作業(yè)強度,即擾動強度;②對挖泥船出料口進行密閉,防止泥漿水流入庫區(qū)水體;③合理調(diào)度作業(yè)船只,防止運輸船內(nèi)泥漿水外溢;④加強監(jiān)測、監(jiān)控;⑤挖泥船作業(yè)區(qū)下游設(shè)置2道土工布隔離帶,減少庫底擾動對下游水質(zhì)的影響。

3.2.2 陸域防止二次污染措施

本工程試挖期間陸域 (即綜合堆料場)采取的防止二次污染的措施主要包括:①陸域設(shè)置完善的集排水系統(tǒng)用以收集泥漿廢水和沖刷雨水,并在陸域靠河岸側(cè)設(shè)置圍堰對泥漿水和沖刷雨水進行攔截,防止其進入水庫造成二次污染;②設(shè)置沉淀池,收集的泥漿水和沖刷雨水經(jīng)處理后排入大壩下游河道,不排入水庫。

3.3 試挖工程源強及衰減監(jiān)測

為分析鏈斗挖泥船施工時引起的污染物源強和污染物衰減過程,工程建設(shè)單位委托了相應(yīng)的環(huán)境保護監(jiān)測部門對單臺挖泥船作業(yè)時,距挖泥斗不同距離和水深處的水質(zhì)進行了監(jiān)測。監(jiān)測結(jié)果見表1,各水質(zhì)因子衰減過程見圖2～4。

表1 挖泥斗污染物源強和衰減監(jiān)測成果表 (單臺挖泥船作業(yè)時)

續(xù)表1

圖2 挖泥船作業(yè)時總磷衰減變化趨勢圖

圖3 挖泥船作業(yè)時懸浮物衰減變化趨勢圖

圖4 挖泥船作業(yè)時總氮衰減變化趨勢圖

根據(jù)挖泥船施工時監(jiān)測資料和現(xiàn)場觀察,單只挖泥船作業(yè)引起的污染范圍約為半徑為20 m的區(qū)域,污染物(懸浮物、總磷)在距源強中心20 m的范圍內(nèi)迅速衰減,20 m范圍外與水庫本底濃度基本一致,總體上污染物濃度變化趨勢較為平穩(wěn)。由于對河口水庫本底總氮濃度超標(biāo),因此挖泥船作業(yè)時總氮變化不具規(guī)律,但總體上與水庫本底總氮濃度較為吻合。當(dāng)多個鏈斗挖泥船同時清淤作業(yè)時,由于鏈斗挖泥船的固定半徑為150 m,鏈斗挖泥船間最小距離為300 m,因此結(jié)合單只挖泥船作業(yè)污染范圍20m的監(jiān)測結(jié)果分析,多個鏈斗挖泥船同時清淤作業(yè)時對區(qū)域水環(huán)境基本無疊加影響;本工程清淤范圍邊界為大壩上游500 m,距離取水口最近為400m,因此本工程實施對取水口水質(zhì)基本無影響。

由表1可知,除懸浮物外,土工布上游1m表層各污染因子濃度均大于土工布下游1 m表層,土工布對污染物有一定攔截作用;由于土工布距源強中心約400 m,土工布附近懸浮物濃度已基本為本底值。

4 結(jié) 語

綜合以上分析,本工程實施過程中僅對鏈斗式挖泥船挖泥斗中心20 m范圍產(chǎn)生影響,20 m外水環(huán)境質(zhì)量將基本接近本底濃度,多個鏈斗挖泥船同時清淤作業(yè)時對區(qū)域水環(huán)境基本無疊加影響,工程淺水區(qū)和深水區(qū)清淤實施對取水口水質(zhì)基本無影響;采用鏈斗式挖泥船作業(yè)方式在水庫清淤的工藝方式是合理的。