羅志強(qiáng)　王德詠

摘 要：為解決引江濟(jì)淮航道疏浚及疏浚土的處置難題，以瓦埠湖航道疏浚工程為依托，開展了疏浚挖泥設(shè)備優(yōu)選工作，研發(fā)了一套利用秸稈吸附流泥而快速凈化排放尾水的裝置，提出了一種基于植物加固疏浚土的生態(tài)固化技術(shù)，并開展了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究。研究結(jié)果表明：檢測(cè)發(fā)現(xiàn)經(jīng)過尾水凈化裝置后的排放尾水可滿足環(huán)保和設(shè)計(jì)要求，先鋒植物能有效地降低疏浚土中的重金屬含量，提高排泥場(chǎng)地的地基承載力，滿足設(shè)計(jì)要求，處理后的場(chǎng)地滿足復(fù)墾需要。該技術(shù)經(jīng)濟(jì)、環(huán)保，可達(dá)到疏浚土資源化利用的目的。

關(guān)鍵詞：疏浚吹填;環(huán)保疏浚;資源化;生態(tài)固化

中圖分類號(hào)：U656.1+39? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1006—7973（2022）01-0124-03

引江濟(jì)淮工程由長(zhǎng)江下游上段引水，向淮河中游地區(qū)補(bǔ)水，是一項(xiàng)以城鄉(xiāng)供水和發(fā)展江淮航運(yùn)為主，結(jié)合灌溉補(bǔ)水和改善巢湖及淮河水生態(tài)環(huán)境等綜合利用的大型跨流域調(diào)水工程，是集供水、航運(yùn)、生態(tài)等效益的一項(xiàng)水資源綜合利用工程。其自南向北分為引江濟(jì)巢、江淮溝通、江水北送三段，疏浚擴(kuò)挖約215.6公里。航道疏浚方式、疏浚土的處置對(duì)該工程環(huán)境影響極為關(guān)鍵。

目前疏浚工程多采用絞吸式[1]挖泥船開挖疏浚河道，對(duì)應(yīng)的排泥區(qū)疏浚土固結(jié)和泥水分離主要采用排水固結(jié)法：如砂井、排水板、砂墊層等排水體，堆載、真空[2]、降水預(yù)壓，聯(lián)合加壓[3]，電滲排水等，這些工程措施均能改善疏浚排泥區(qū)的承載能力，但是對(duì)于大面積復(fù)墾的排泥區(qū)地處理而言，費(fèi)用較高;且河道疏浚土往往攜帶污染物[4]，對(duì)農(nóng)作物及人體有害，常規(guī)的排水固結(jié)措施難以對(duì)土體進(jìn)行改良，不利于土地農(nóng)用資源化。如何高效、環(huán)保處理疏浚土，成為實(shí)現(xiàn)資源再利用的關(guān)鍵。面對(duì)國(guó)家生態(tài)文明建設(shè)，環(huán)保疏浚將成為未來可持續(xù)發(fā)展的方向。為此，本文以引江濟(jì)淮工程江淮溝通段瓦埠湖湖區(qū)航道疏浚工程為依托，開展環(huán)保疏浚及疏浚土的快速農(nóng)用資源化利用研究。

1工程介紹

瓦埠湖湖區(qū)航道疏浚沿線長(zhǎng)度達(dá)41km，設(shè)有14個(gè)拋泥區(qū)。根據(jù)勘察結(jié)果，該航道勘察深度范圍內(nèi)揭露上覆地層主要為全新統(tǒng)淤泥、粉質(zhì)壤土、淤泥質(zhì)粉質(zhì)壤土、上更新統(tǒng)粉質(zhì)壤土、粉質(zhì)粘土;下伏基巖為白堊系粉砂巖，淤泥含水率范圍為40%～120%。為了滿足疏浚過程中的環(huán)水保要求，工程加強(qiáng)了對(duì)疏浚吹填施工過程中環(huán)保措施的控制;為了合理地處置該工程的疏浚棄土并進(jìn)行有效利用，對(duì)該航道疏浚土進(jìn)行了植物生態(tài)固化試驗(yàn)，以滿足承載力要求而達(dá)到快速農(nóng)用資源化的目的。

2 環(huán)保疏浚施工及控制措施

2.1 疏浚設(shè)備選擇

考慮到瓦埠湖湖區(qū)沿線均分布有城市取水口和漁業(yè)資源，施工期內(nèi)對(duì)取水口水質(zhì)產(chǎn)生一定影響，施工需采取環(huán)保疏浚工程施工。

結(jié)合太湖[5]、巢湖、洱海等地疏浚工程的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，絞吸式挖泥船和抓斗船是本工程較為適宜的疏浚船型。由于受淺水湖區(qū)施工條件的限制，疏浚對(duì)水體的擾動(dòng)較大，挖泥機(jī)具上應(yīng)安裝環(huán)保絞刀頭，配備高精度定位裝置的絞吸式挖泥船進(jìn)行施工，并且一次上岸，疏浚施工應(yīng)控制懸浮泥沙的影響，以減少施工二次污染。

2.2 疏浚工藝及控制措施

由于瓦埠湖是淮南市重要的飲用水水源地，湖區(qū)疏浚余水最終會(huì)流回湖中，因此疏浚余水排放務(wù)必要加強(qiáng)控制，為了降低排泥場(chǎng)管口出泥濃度，設(shè)計(jì)了一套利用秸稈吸附疏浚流泥、快速凈化尾水的裝置，如圖2所示。

經(jīng)過濾后，施工期間分階段定期在泄水口取樣，檢測(cè)分析并計(jì)算各階段泄水含泥濃度及土方流失量?，F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)表明，過濾后余水中的含泥量能夠滿足環(huán)保和設(shè)計(jì)要求?？紤]到環(huán)水保要求，現(xiàn)場(chǎng)還采取下列措施：①排泥區(qū)底部為透水層時(shí)在底部采取鋪設(shè)防滲膜等措施;②排泥區(qū)四周各打設(shè)水質(zhì)監(jiān)控井一口，并定期測(cè)定水質(zhì)，發(fā)現(xiàn)異常應(yīng)及時(shí)采取處理措施;③制定排泥區(qū)余水排放標(biāo)準(zhǔn)以及檢測(cè)方式和要求;④根據(jù)排泥區(qū)及疏浚土的具體情況制定加速泥漿固結(jié)措施。此外，開展典型施工，對(duì)疏浚區(qū)域水質(zhì)及拋泥區(qū)退排水進(jìn)行監(jiān)測(cè)，總結(jié)典型施工經(jīng)驗(yàn)，優(yōu)化施工組織。

3 排泥區(qū)快速生態(tài)固化技術(shù)

3.1 生態(tài)固化方法及原理

引江濟(jì)淮疏浚排泥場(chǎng)地面積極大，采用傳統(tǒng)的泥水快速分離或者真空預(yù)壓技術(shù)存在技術(shù)復(fù)雜、流程冗長(zhǎng)、成本高等問題。農(nóng)用承載力要求相對(duì)較低（大于4t/m2即可），為此提出一種利用植物生長(zhǎng)生態(tài)固化疏浚場(chǎng)地的方法。其原理體現(xiàn)于：①植物的蒸騰作用加速疏浚土中水分的蒸發(fā);②通過固結(jié)在土壤中先鋒植物根系的“加筋”作用;③天然植物生長(zhǎng)過程中可消耗掉疏浚土中過量的營(yíng)養(yǎng)鹽并固化一部分重金屬;④先鋒植物枯萎后，可增強(qiáng)土壤肥料，利于復(fù)墾農(nóng)用。先鋒植物固土并進(jìn)行土地復(fù)墾在理論上是可行的。

通過已有研究基礎(chǔ)及室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果，選取皇竹草及高丹草作為生態(tài)固化疏浚土的先鋒植物，二者根系發(fā)達(dá)，生長(zhǎng)快，蒸騰作用強(qiáng)，且為一年生植物，不會(huì)造成外來物種“入侵”的問題。皇竹草雖耗水性好，但沒有種子，需管節(jié)繁殖;而高丹草有種子，適合于大面積撒播或無人機(jī)播種。

3.2 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)研究

為了檢驗(yàn)先鋒植物生態(tài)固化疏浚土的可行性，并探索其影響因素，在依托工程3#排泥區(qū)開展了現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，試驗(yàn)區(qū)范圍如圖3（a）所示，疏浚土的構(gòu)成以淤泥、粉質(zhì)壤土、粉質(zhì)粘土為主，含水量達(dá)90%，承載力幾乎為0，如圖3（b）所示。

如圖4，根據(jù)疏浚土的水力分選特點(diǎn)，設(shè)置試驗(yàn)區(qū)1（E區(qū)，黏土團(tuán)較多，面積1200m2）和試驗(yàn)區(qū)2（粉細(xì)顆粒多，面積3000m2），其中試驗(yàn)區(qū)2分為4個(gè)區(qū)：A（皇竹草扦插，間距0.5m）、B（皇竹草扦插，間距1.0m）、C（皇竹草拋種）、D（高丹草撒播），另設(shè)一個(gè)空白對(duì)照區(qū)（O區(qū)）。各區(qū)間均分塊并設(shè)置有排水溝（寬1m*深1m）。

3.3 試驗(yàn)結(jié)果分析

試驗(yàn)場(chǎng)地植物生長(zhǎng)效果如圖5所示。為了滿足基本的人機(jī)作業(yè)需要，設(shè)計(jì)文件要求固化達(dá)到4T/m2（40kPa）荷載，利用靜力觸探對(duì)試驗(yàn)區(qū)的典型位置進(jìn)行檢測(cè)，換算后地基承載力隨深度的變化如圖6所示。從圖6可以看出，淺層（0～0.6m）植物的生長(zhǎng)可以提高土體的承載力。

不同處理對(duì)疏浚土重金屬含量的影響如表1所示。種植后土壤中的重金屬均低于種植前，說明先鋒植物對(duì)重金屬有吸收固化作用，能減少土壤中的重金屬污染，改善土壤的化學(xué)性質(zhì)。根據(jù)《農(nóng)用污泥中污染物控制標(biāo)準(zhǔn)》（GB 4284-2018），重金屬等有毒有害物質(zhì)含量能滿足農(nóng)用要求，且湖泊疏浚土有機(jī)質(zhì)、氮、磷等養(yǎng)分含量豐富，故處理后的場(chǎng)地可以直接用于農(nóng)業(yè)復(fù)墾。

先鋒植物加固疏浚土技術(shù)與真空預(yù)壓排水固結(jié)法相比，二者處理需要的時(shí)間相當(dāng)，約6-9個(gè)月;本法處理后的地基承載力略低于真空預(yù)壓，不過能達(dá)到40kPa，滿足農(nóng)用資源化需要;從成本上來說，本法約4-7元/m2，遠(yuǎn)低于預(yù)壓法（50～60元/m2）。

4結(jié)論

以瓦埠湖航道疏浚工程為依托，針對(duì)疏浚的環(huán)境影響及排泥場(chǎng)地的承載力問題，開展了環(huán)保疏浚施工及控制措施分析，提出了高含水率條件下一種基于先鋒植物的疏浚土生態(tài)加固技術(shù)，通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)分析了該技術(shù)的效果，得出的主要結(jié)論如下：

（1）基于秸稈研制的疏浚水體凈化裝置能有效地降低尾水中的泥土含量，滿足環(huán)保和設(shè)計(jì)要求;

（2）瓦埠湖疏浚土現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)表明，利用先鋒植物生長(zhǎng)能有效地提高排泥場(chǎng)地的淺層地基承載力的要求，同時(shí)在一定程度上能降低土體中的重金屬含量，處理后的場(chǎng)地滿足規(guī)范要求，可用于農(nóng)用復(fù)墾。需要說明的，在此技術(shù)的應(yīng)用過程中，常規(guī)的排水溝、排水管等輔助措施仍是必須的。

（3）創(chuàng)新性研發(fā)一種基于先鋒植物的納泥區(qū)快速?gòu)?fù)墾技術(shù)，綜合生態(tài)固化河道疏浚土，達(dá)到復(fù)墾農(nóng)用標(biāo)準(zhǔn)，該技術(shù)經(jīng)濟(jì)、環(huán)保，避免二次污染的可能。

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