摘要：研究了海底輸水管道施工的兩種主要施工方法，預挖溝法和水力沖射法的施工工藝和ss發(fā)生量進行對比分析，以過飛云江的輸水管道的工程實例為代表，采用污染物擴散模型對ss的環(huán)境影響進行了預測，結果表明：在河飛云江中部施工時，施工懸浮物擴散較快，而在左岸和右岸近岸施工時，受岸線影響懸浮物貼著岸線漂移、擴散，影響范圍較大。

關鍵詞：海底輸水管道;施工工藝;SS;污染物擴散模型

中圖分類號：TU74 文獻標識碼：A 文章編號：1674-9944（2019）22-0105-03

1 引言

近年來，在城市建設過程中，由于生活生產用水的急劇增加，輸水管道的建設越來越顯得重要。尤其在沿海城市，人海河口較多，不可避免地需在近岸河口區(qū)建設輸水管道。輸水管道河流穿越技術按照敷設方式分為開挖式和非開挖式。開挖式即溝埋穿越，在河床上采用各種方式成溝、敷設、回填[1]。根據(jù)國內外的研究，開挖過程對海洋環(huán)境的直接影響主要受開挖面積、開挖深度、開挖時間3個因素的綜合作用;而SS對海洋環(huán)境的影響主要體現(xiàn)在SS的濃度、影響時間兩個因素[2]。本次研究從施工工藝、源強核算兩方面人手，采用污染物擴散模型對施工產生的SS進行研究。

2 海底管道施工工藝介紹

目前，國內河口區(qū)的輸水管道采取海底管道的方式。海底管道挖溝埋設方法很多，歸納起來主要有3種：①預挖溝法，在管道鋪設前預先挖好溝，再將管道鋪設到溝底，繼而用回填方法將管道埋起來;②邊鋪管邊挖溝埋設，在管道鋪設過程同時進行挖溝，使管道落入管溝，管溝回填采用自然回填;③后挖溝埋設，管道鋪設完成后用專門的水下挖溝機械在管道上進行挖溝，隨著挖溝機的前移，管道落入溝底，管溝兩側的挖掘土靠自然回淤到溝內，達到埋管的目的。

邊鋪管邊挖溝埋設的方式目前國內應用較少。本研究重點對預挖溝法和后挖溝埋設的工藝進行比較。圖1為預挖溝法的施工斷面圖，海底管道預挖溝施工時，最常用的施工方法為一邊開挖基槽，一邊埋管敷設，一邊覆土回填的方法，采用抓斗式挖泥船進行開挖施工，所挖土方置于泥駁上，開挖完成后采用鋪管船進行鋪船，鋪管完成后采用抓斗式挖泥船將泥駁中的土方進行回填。圖2為水力沖射式挖溝機挖溝管溝截面示意圖，施工過程中，水力式挖溝機由施工船舶牽引，停靠沖射水流沖刷破除管道附近土層或將土體液化，在該過程中，挖溝機上裝備的軸流泵提供動力，噴射沖刷形成所需要的溝形和溝深，已鋪設于海底的管道可靠自重落入溝底，管道會在水流和波浪的作用下自然回填。

兩種施工工藝的優(yōu)缺點列于表1。

3 海底管道施工過程的SS量核算

管道施工的主工施工機械為抓斗挖泥船和水力沖挖，根據(jù)國內實例，兩種施工過程的SS發(fā)生量如下，根據(jù)以下計算結果可知，水力沖挖法產生的瞬時源強大于抓斗挖泥船。

3.1 抓斗挖泥船開挖

采用4m³抓斗挖泥船進行開挖，抓斗挖泥船的作業(yè)頻率為2min/次，則挖泥船的效率為120m³/h，根據(jù)同類工程經(jīng)驗，抓斗挖泥船開挖時泥泥沙流失率照5%計算。覆土回填強度為120m³/h。根據(jù)同類項目經(jīng)驗，覆土回填泥沙丟失率取10%。開挖及回覆的泥沙的密度取1.56×10³kg/m³，則據(jù)此確定施工時泥沙排放功率為：

3.2 水力沖挖法

根據(jù)同類項目經(jīng)驗，在江底管道鋪設完成后，采用水力噴沖式海底管道后挖溝機進行開挖下沉，管溝開挖的同時，管道可以快速下沉，且溝底寬度基本與管道直徑相當，降低管溝邊坡比的要求及溝底寬度的要求。

開挖深度約4m、溝槽底寬1.2m、開溝速度10～ 20m/h，開挖量約48m³/h，工程區(qū)沉積物平均密度按1560kg/m³，懸浮物源強以施工土方量的500～2000計，施工過程產生的懸浮泥沙計算按照所有參數(shù)的最大值計算。

懸浮沙的產生速率如下：產生速率～攪動沉積物的橫截面積×管線埋鋪設的速度×沉積物密度×起沙率，根據(jù)以上公式計算可得，埋設施工懸浮物釋放強度=

4 SS影響分析

4.1 預測模型

預測模式采用污染物擴散方程，擴散方程與二維水流預測模式聯(lián)解，即可得到懸浮物濃度分布。通過Mike21的MT模塊進行計算。

式（3）中：D_x為向懸沙紊動擴散系數(shù)（m²/s），D_x=

4.2 預測源強

本次研究以瑞安市過飛云江的輸水管道為例，以水力沖射法的施工源強8.32kg/s進行保守估算。源強概化為移動點源，懸浮物濃度增量計算的時間步長為1min。模擬方案假設32h連續(xù)作業(yè)，因此預測結果偏保守。

4.3 預測結果

采用以上預測模式、源強，對施工期間各施工位置處懸浮物的影響情況進行預測，根據(jù)預測結果最終統(tǒng)計懸浮物的最大影響范圍。

由于江面相對較寬，因此選取若干有代表性的位置進行預測，作業(yè)點分別在飛云江左岸、右岸以及中部。

從預測結果可以看出。

（1）在整個施工過程中，漲潮階段懸浮物對上游影響距離較短，落潮階段對下游的影響距離較長。

（2）在飛云江中部施工時，受江內水流的作用，施工懸浮物擴散較快，濃度大于10mg/L的影響面積為0.57km²;而在左岸和右岸近岸施工時，受岸線影響懸浮物貼著岸線漂移、擴散，影響范圍較大，濃度大于10mg/L的影響面積為1.09km²。

（3）統(tǒng)計整個施工期內懸浮物的影響范圍可知，在整個潮周期內大于150mg/L懸浮物主要在管溝施工區(qū)內，經(jīng)過測量最大影響面積約為0.41km²，濃度大于10mg/L懸浮物最大影響面積約為7.31km²，懸浮物最大影響范圍在管溝上游0.7km、下游5km的范圍內（表2，圖3）。

（4）本工程下游5.2km處為生態(tài)紅線所劃定的飛云江河口區(qū)，在下游5.8km的外海均為海洋功能區(qū)劃所劃定的農漁業(yè)區(qū)，因此在整個施工過程中，濃度大于10mg/L懸浮物均不會對以上保護目標產生直接影響。另外由于施工懸浮物僅在施工期內出現(xiàn)，施工一旦結束，懸浮物對本工程周圍水域的影響也隨著之消失。

5 結論

（1）通過對海底輸水管道施工的兩種主要施工方法預挖溝法和水力沖射法的施工工藝進行比較，本次研究認為預挖溝法施工應用較為廣泛，但是開挖面積大，而水力沖射法水下施工量少，適用于埋深淺、海床為淤泥質和和沙質的海床。（2）對預挖溝法和水力沖射法作業(yè)過程產生的SS進行核算，水力沖射法產生的SS較大。（3）采用污染物擴散模型對SS的影響進行研究，在飛云江中部施工時，受江內水流的作用，施工懸浮物擴散較快，而在左岸和右岸近岸施工時，受岸線影響懸浮物貼著岸線漂移、擴散，影響范圍較大。

參考文獻：

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[3]楊文婷，朱澤聰，曾維丁.走馬塘拓浚延伸工程對區(qū)域河網(wǎng)水環(huán)境影響調查[J].綠色科技，2019（18）：87～89.

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[6]俞韻棋.海底輸水管道中駝峰氣阻臨界特性研究[D].杭州：浙江大學，2015.

收稿日期：2019-10-22

作者簡介：錢利紅（1984-），女，工程師，主要從事環(huán)境影響評價工作。