茅洲河下游综合整治与绿色清淤技术研究

来源:用户上传      作者:汤家源 吴腾

　　摘 要：茅洲河下游入河排污口众多，各种污水直排现象严重，且河道内淤积严重。针对茅洲河存在的问题，提出了河道清淤、岸坡加固、修建调节闸和污水处理等工程措施。为了实现河道的生态整治，给出了茅洲河综合整治绿色清淤的思路，形成了对河道清淤过程水体悬浮污染物扩散问题、施工水域突发性事故污染物扩散问题、管道和河道清淤弃土资源化利用问题、清淤弃土修复问题的解决措施。该研究成果可供河道或航道的生态化整治提供参考。
　　关键词：河道整治;清淤;绿色施工;疏浚土
　　中图分类号：U61            文献标识码：A            文章编号：1006—7973（2020）01-0086-03
　　1概述
　　茅洲河干流下游河段长度约12km，位于东莞市与深圳市的交界处，河面宽60-90米，东莞一侧流经长安涌头、霄边、咸西、锦厦、新民、长盛六个社区，直接汇水面积约25平方公里[1]。目前，共有人民涌、塘下涌以及三八河排涝站等7个排涝站的排洪渠道，直接或间接排入茅洲河。东莞部分作为茅洲河流域不可缺少的一部分，其内污水的收集情况直接影响茅洲河的河流水质，茅洲河区位图如图1所示。为了提升该流域的水质，茅洲河流域下游拟开展二期综合整治，整治工程主要包括：污水管网工程、活水保质工程、调节闸工程、清疏工程等，清疏河道共21条，长度约为45.1km，其中明渠约19.4km，暗涵长约25.7km。
　　由于茅洲河下游综合整治施工对水动力条件和局部地形条件都有一定程度的改变，这一改变也引起悬浮污染物扩散过程的变化，对水环境产生影响[2-4]。尤其是整治工程中会产生大量疏浚土，因疏浚土含水量高、强度低，其工程应用困难，大量疏浚土需废弃处置。加上部分疏浚土含有大量有机物、重金属离子等，处置不当将会导致环境污染[5-6]。疏浚土处理成为当前河道及航道整治的难点。为了降低整治工程对环境的影响，许多国家对疏浚土进行了研究，探讨了疏浚土的资源化利用措施。尤其是近年來，土地资源越来越紧张，通过疏浚土进行吹填造地的应用越来越多。如日本修建了许多人工岛，甚至有些吹填区域修建了机场;在香港、深圳，也开展了大量的填海工程，填海工程中除了石料外，大部分为疏浚土，实现了疏浚土的资源化利用[7-8]。但将疏浚土转化为可利用的土资源需经过复杂的物理、化学过程[9]。对于不同的疏浚区域，该过程中的工艺和参数需要针对性的制定。本文针对茅洲河整治过程进行研究，提出相应整治方案和绿色清淤技术。
　　2茅洲河流域存在的问题
　　（1）入河排污口多，污水排放量大。茅洲河流域东莞河段的排污口主要包括生活污水、工业污水、污水处理厂尾水等不同类型。各种污水口共三千余个，排污口污水排放总量为27万m3/d。按照每公里的排污口个数统计，近30个/km，远超一般河道区域的排污入口数，污水口的排放给河道水质带来巨大的负面影响。
　　（2）茅洲河流域水体污染严重。已有的监测数据表明，茅洲河流域水质均为劣Ⅴ类，氨氮、总磷、重金属锌、铜、铬、镉和镍等指标超标严重，严重影响该流域人民的生活和工业生产。产生该现象的原因主要有两方面：一是排污口密集，很多污水直接排到河流中，引起水质变差;二是部分河道垃圾、杂物侵占严重，水体交换不畅通，局部区域形成死水，使茅洲河水质进一步降低，甚至成为新的污染源。
　　（3）茅洲河流域行洪不畅。茅洲河流域下游排水管多采用明渠形式，在明渠的上方增加盖板。但由于该流域渠道维护缺乏，长期运行下，沿程产生较大的淤积，减小渠道的过水面积。正常情况，该渠道可以满足水体下泄，但当降雨强度稍大时，渠道过流能力难以满足需求，会造成行洪不畅，引起洪水问题。
　　（4）茅洲河流部分闸门老旧，亟待维护。茅洲河流部分闸门生锈老旧，难以在淤积时发挥功能。多区域在降雨时，水体难以下泄，形成城镇洪涝灾害，严重影响当地居民的生活安全。针对该问题，亟需开展相关措施，恢复闸门的安全运行。
　　3茅洲河下游整治措施
　　茅洲河下游河道具有入河排污口多、污水排量大、水域渠道和河道泄流不畅、水体污染严重等问题。针对该问题，结合施工场地周边条件及现有的技术及设备情况，需进行综合整治。其工程措施主要包括：
　　（1）污水管网的治理。河道内排污口众多，大部分排污水直接排放到河道，未经过污水处理厂进行净化，成为茅洲河污染的直接因素。为了从内源上消除污染源，从而彻底改善长安镇全流域水体环境，进而提升河道内水质，应开展污水管网的设计、铺排和疏通工作，将主要污水进行净化处理。
　　（2）修建和维护调节闸。由于茅洲河水体汇流后入海，调节闸对水体下泄有重要的作用，控制着流域内水体的下泄能力。近年来，多座闸门老化失效，难以发挥相应的功能。为了提升对洪水的调控能力，一方面对老旧的闸门进行维护，另一方面修建新的调节闸，通过调配内部水源，实现水源调节。
　　（3）进行污水管道和河道的清淤。污水管道和河道内的泥沙淤积是降低水体下泄能力的又一重要因素。开展管道和河道的清淤施工可有效增加行洪能力，有利于水系联通，对茅洲河水质的提升和防洪具有重要的意义。
　　4茅洲河综合整治绿色清淤思路
　　茅洲河河道清淤整治工程项目建设会伴随着大量的资源消耗，产生直接或间接的环境污染，尤其是施工过程中的水污染问题、管道和河道清淤弃土问题。随着经济的快速发展，绿色的施工理念已成为工程建设发展的必然要求。针对河道整治工程施工中存在的问题，提出茅洲河绿色清淤思路，如图2所示。
　　5茅洲河绿色清淤关键技术
　　5.1清淤过程中水污染防治
　　（1）河道清淤过程水体悬浮污染物扩散。河道清淤施工过程中在不同的施工阶段的开挖所造成的悬浮污染物扩散的问题。可基于高精度三维地形数据和码头施工措施布置信息，建立非结构化网格，模拟悬浮污染物空间对流扩散过程;分析洪、中、枯组合情况下悬浮污染物的时间空间扩散过程，明确工程措施对污染物扩散影响的内在规律特征。根据该扩散规律，选择合适的施工时间和施工区位，并在施工过程中布置过滤网减少污染扩散带来的水环境影响。 　　（2）施工水域突发性事故污染物扩散。施工过程中，施工船舶在突发情形下发生紧急污染物泄露时，污染物的空间扩散过程。具体包括：①分析不同空间位置事故排放工况下，不同径流动力因素作用下污染物的空间扩散过程;②揭示水体污染物浓度的分布与水动力条件之间的关系;③提出在不影响通航条件下，最大程度减少污染物扩散的空间范围和浓度的措施;④在施工现场预置污染物污染吸附材料和制定防止污染扩散方案。
　　5.2清淤弃土资源化利用
　　内河航道绿色施工主要是通过新型节能、环保技术来进行河道和管道清淤、整治、径流调节等，以最低的成本和消耗来获得理想的施工经济效益的目标。清淤弃土的处理问题是当前航道工程的难点。对于茅洲河流域清淤弃土的处理主要包括：
　　（1）通过真空浓缩快速干化技术。针对清淤中输出的泥浆，开展室内实验研究，设计不同的排水系统方案，布设孔隙水压力计，在不同真空度、不同运行时间条件下，研究泥浆的孔隙水压力发展变化规律，得到不同真空度和不同运行时间条件下的泥土快速排水干化处理效果，并采用快速排水原则优化真空滤池模型和排水处置方案。
　　（2）通过物料掺混固结清淤弃土。针对已排水后成淤泥状的清淤土，通过与廉价的矿物掺料进行拌和，实现清淤土的快速固结，研究矿渣粒径分布、拌和量、以及与矿渣等共同使用的协同效果，优化矿渣等掺合料与疏浚土拌和的配合比，并提出推荐方案。通过无侧限抗压强度测定固化后疏浚土的强度，通过扫描电子显微镜观测固化土的微观结构，结合能量色散谱仪和X射线衍射分析固化土中的物相变化。探寻快速提高清淤土体强度的固体废弃物配合比，实现快速资源化。
　　5.3清淤弃土修复技术
　　一般利用物理、化学和生物的方法转移、吸收、降解或转化土壤中的重金属污染物，使其浓度降低到可接受水平，或将有毒有害的污染物转化为无害的物质。对于茅洲河河道和管道清淤弃土可采用下列处理方法：
　　（1）重金属泥浆快速干化。基于水力旋流分离、振筛脱水和真空浓缩的串并联技术，进行重金属泥浆的组分分选，研究重金属泥浆快速干化系统，提高处理效率，实现将泥浆快速干化到浓度50%左右，并对浓缩尾水进行处理。
　　（2）重金属泥土的固化和稳定化。基于快速干化重金属污染泥土中污染物理化性质分析，研究清淤泥土的固化和稳定化处理技术。
　　（3）清淤弃土土壤化处理技术。分析清淤弃土的土壤化处理技术及植物的可适性。利用清淤弃土的固化土作为下层填方加固材料，土壤化处理土作为表层化土壤基质，调查不同种类的植物的可适性，构建人工湿地和回填土等。
　　6结束语
　　茅洲河下游河道淤积严重、水体污染严重，为解决河道行洪和水污染问题，需采用河道清淤、岸坡加固、修建调节闸和污水处理等工程措施进行综合整治。河道整治过程中会产生较多的环境问题，对于施工过程中的水环境问题可通过数值模拟预先分析水污染的运动规律，并根据研究结果在施工现场预置污染物污染吸附材料和制定防止污染扩散方案。对于管道和河道清淤过程中的弃土，可先进行干化处理，然后用物理、化学的方法将生物有毒有害的污染物转化为无害的物质，实现弃土的资源化。
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　　本文得到了重點研发计划专题（2016YFC0402506）的支持。
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