汪巍巍,濮 勛,趙 楠

(上海市水利工程設(shè)計研究院,上海 200061)

上海市疏浚泥圈圍造地利用前景分析

汪巍巍,濮 勛,趙 楠

(上海市水利工程設(shè)計研究院,上海 200061)

根據(jù)上海市疏浚泥樣品理化性質(zhì),從技術(shù)可行性、經(jīng)濟(jì)性等方面對上海市疏浚泥圈圍造地利用前景進(jìn)行分析。根據(jù)顆分試驗結(jié)果,所研究區(qū)域疏浚泥大多可用作圈圍造地的材料;由疏浚泥圈圍造地的經(jīng)濟(jì)成本盈虧平衡分析可知,當(dāng)疏浚地點至圈圍工程區(qū)域的航線距離大于臨界航線距離時,可使工程成本降低。認(rèn)為將清潔疏浚泥應(yīng)用于上海市圈圍造地,既能減輕廢棄物海洋傾倒的壓力,又能緩解上海市圈圍造地工程砂土資源緊張的矛盾,是一項“變廢為寶”的綠色海洋產(chǎn)業(yè),在技術(shù)上及經(jīng)濟(jì)上均有可行性,但在實際操作中還需要針對具體工程具體分析,尤其需要政策上的扶植及引導(dǎo)。

疏浚泥;圈圍造地;資源化利用;技術(shù)可行性;經(jīng)濟(jì)可行性

近幾十年來,隨著沿海城市的蓬勃發(fā)展及人口的增多,大量污染廢棄物被傾倒入海洋,海洋環(huán)境遭到了嚴(yán)重的污染,可以說造成當(dāng)前海洋環(huán)境持續(xù)惡化的一個重要原因就是人類的海洋傾廢行為。海洋傾廢是人類有意識、有目的地利用海洋環(huán)境容量和遷移能力處置廢棄物的一種活動,疏浚泥是海洋廢棄物中數(shù)量最大的一類。為了保護(hù)海洋環(huán)境,保證海洋經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展,將疏浚泥進(jìn)行資源化再利用已經(jīng)成為當(dāng)務(wù)之急。根據(jù)目前的研究成果,疏浚泥可以通過化學(xué)、物理或熱處理的方法進(jìn)行處理[1-2],使其變?yōu)榱己玫耐凉ぬ罘讲牧蟍3-4]、建筑材料[5]等。在美國、英國、法國、日本等發(fā)達(dá)國家,疏浚泥主要來自沿海港口航道疏浚,成分以黏性土和砂質(zhì)土為主,利用途徑和方式主要有吹填造地、土壤改良、海灘養(yǎng)護(hù)、濕地恢復(fù)、棲息地營造以及用作建筑材料等,疏浚泥在圈圍工程[6]中的應(yīng)用已經(jīng)取得了許多成就,如東京羽田國際機場吹填工程等。很多國家對疏浚泥的使用有配套的政策法規(guī)、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和管理機構(gòu),已形成一套科學(xué)、合理的利用體系。

上海市疏浚泥大規(guī)模資源化利用起步較晚,疏浚泥的利用率還處在一個較低的水平。2010年1月28日上海市發(fā)展與改革委員會和交通運輸部長江口航道管理局簽署了《共同協(xié)調(diào)推進(jìn)長江口航道疏浚土綜合利用工作備忘錄》,確定以橫沙東灘促於圈圍三期工程吹填造陸項目為起點,實施長江口航道疏浚泥綜合利用,并以此為契機積極推進(jìn)疏浚泥資源化利用,為今后上海市在長江口區(qū)域更大范圍利用疏浚泥吹填造陸積累經(jīng)驗。目前,橫沙三期吹填工程已成功利用長江口深水航道疏浚泥2800萬m3,即將開工的橫沙六期吹填工程將利用深水航道疏浚泥7400萬m3。這些舉措的實施極大地推動了上海市疏浚泥利用的進(jìn)程,但對于長江口深水航道以外的疏浚泥,目前仍然以海洋傾倒為主,其資源化利用基本處于空白狀態(tài)。

2011年上海市共產(chǎn)生8817萬m3清潔疏浚泥,這些疏浚泥基本都直接傾倒入海,而同時上海市圈圍造地工程砂源日趨緊張,長江口砂源供需矛盾日益突出。一方面是可利用資源的浪費和海洋環(huán)境的破壞,另一方面是資源的匱乏,如果能利用疏浚泥進(jìn)行圈圍造地,既減輕了廢棄物海洋傾倒的壓力,又解決了圈圍造地資源緊缺的問題,是一項“變廢為寶”的綠色海洋產(chǎn)業(yè)。

1 疏浚泥圈圍造地技術(shù)可行性分析

上海地區(qū)石方供應(yīng)緊缺,目前圈圍造地工程基本采用充泥管袋工藝進(jìn)行堤身的構(gòu)筑,筑堤砂料采用砂土或粉砂土。圍堤充泥管袋、砂肋軟體排用砂要求粒徑0.075～0.25 mm的砂粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)在60％以上,粒徑小于0.005 mm的黏粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于10％;堤芯吹填用砂要求砂粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)在50％以上,黏粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)小于15％。圍內(nèi)吹填用砂則結(jié)合后期土地使用規(guī)劃合理選用,工業(yè)性用地吹填宜以粉土和砂土為主,可結(jié)合碎石、巖土類和惰性垃圾填埋,為后期開發(fā)建設(shè)提供相對有利的地質(zhì)條件,降低或避免地基處理的昂貴費用;農(nóng)耕、養(yǎng)殖、高新農(nóng)業(yè)基地吹填,地下水位以上宜以黏性土和粉土為主,不應(yīng)采用有毒有害的污染土。

目前上海海洋傾倒廢棄物主要是黃浦江和長江口清潔疏浚泥,其來源主要分布在以下4個區(qū)域:①吳淞口上下游碼頭前沿;②黃浦江;③深水航道與碼頭前沿之間的區(qū)域;④深水航道。為此,選擇具有代表性的黃浦江碼頭前沿、長江口碼頭前沿和內(nèi)河航道作為采樣點,采樣點分布見圖1,參考GB/T 12763.8—2007《海洋調(diào)查規(guī)范 第8部分:海洋地質(zhì)地球物理調(diào)查》的采樣方法進(jìn)行采樣,對20個疏浚泥樣本的物理特性、化學(xué)性質(zhì)和毒性進(jìn)行了試驗分析。試驗結(jié)果表明:在所采樣品中,僅內(nèi)河2個采樣點,即桃浦河武寧路橋和張家港蓮花路橋疏浚泥中分別由于Hg和Cd不同程度的超標(biāo),定性為沾污疏浚物,其余均為清潔疏浚物。根據(jù)有關(guān)部門規(guī)定,上海市目前海洋傾廢僅限于清潔疏浚物,而每年國家海洋局東海分局環(huán)境監(jiān)測中心對上海市主要傾倒區(qū)及其附近海域的環(huán)境監(jiān)測調(diào)查報告顯示,清潔疏浚物的傾倒對周圍環(huán)境無較大影響。本文所研究的對象為海洋傾倒廢棄物的清潔疏浚泥。

圖1 上海市典型疏浚泥采樣點分布

在疏浚泥為清潔土源的前提條件下,從圈圍造地可利用角度出發(fā),疏浚泥可以分為以下3類:①宜直接用于圈圍造地工程,包括作為筑堤材料及圍內(nèi)吹填材料,此類土主要為砂性土;②僅宜直接用于圍內(nèi)吹填工程,此類土主要包括黏質(zhì)粉土、粉質(zhì)黏土;③不宜直接應(yīng)用于圈圍造地工程,但經(jīng)一定的技術(shù)處理后可以利用,此類土如淤泥。

根據(jù)顆分試驗結(jié)果(表1～3),上海市疏浚泥基本屬于中性或偏微堿性,含水率介于30％～60％之間,濕密度介于1.5～2.0 g/cm3之間。絕大多數(shù)試樣的粉粒(粒徑在0.005～0.075 mm之間)達(dá)70％以上,黏粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)在10％～30％之間,結(jié)合含水率等指標(biāo),可以定性為黏質(zhì)粉土、粉質(zhì)黏土及淤泥,極少部分試樣砂粒質(zhì)量分?jǐn)?shù)在50％以上,定性為細(xì)砂。這些土大多可以作為圈圍造地的材料,具體可依據(jù)土性的不同有選擇性地用作筑堤和吹填材料。

表1 黃浦江碼頭前沿疏浚泥顆分試驗結(jié)果

表2 內(nèi)河航道疏浚泥顆分試驗結(jié)果

表3 長江口碼頭前沿疏浚泥顆分試驗結(jié)果

2 疏浚泥圈圍造地經(jīng)濟(jì)性分析

利用疏浚泥圈圍造地的經(jīng)濟(jì)成本較為復(fù)雜,與工期、運距、土方單價、施工工藝等均有關(guān)系,不同的圈圍工程其疏浚泥利用的經(jīng)濟(jì)成本差異較大。為了簡化問題,在一定程度上體現(xiàn)利用疏浚泥圈圍造地的經(jīng)濟(jì)成本規(guī)律,僅從運距、土方單價和海洋傾倒費等3個方面對利用疏浚泥圈圍造地的經(jīng)濟(jì)成本進(jìn)行盈虧平衡分析。

疏浚泥海洋傾倒一般選取距離疏浚工程地點較近的傾倒區(qū)。若將疏浚泥應(yīng)用于圈圍造地工程,則需將其運送至相應(yīng)工程區(qū)域,不同的圈圍工程,其運距是不同的,由此造成了疏浚泥運輸成本的不確定性。另外,疏浚泥作為圈圍造地工程的原材料,其本身也具有一定的經(jīng)濟(jì)價值。

假定疏浚地點至傾倒區(qū)的航線距離為L1,km;疏浚地點至圈圍工程區(qū)域的航線距離為L2,km;疏浚泥運費為a,元/(km·m3);采用圈圍工程選定砂源或開山用土綜合單價為b,元/m3;疏浚泥的海洋傾倒費為c,元/m3。據(jù)此,疏浚泥直接傾倒至傾倒區(qū)的費用為L1a+c,傾倒至圈圍造地工程區(qū)的費用為L2a-b。當(dāng)L2a-b＜L1a+c時,傾倒至圈圍造地工程區(qū)的費用較低,即當(dāng)(L2-L1)a＜b+c時,由運距增加帶來的追加成本低于工程材料費用,疏浚泥用于圈圍造地工程可降低工程成本。同理,當(dāng)(L2-L1)a＞b+c時,由運距增加帶來的追加成本高于工程材料費用,疏浚泥用于圈圍造地使工程成本增加;當(dāng)(L2-L1)a=b+c時,運距增加帶來的成本提高與工程材料費用相當(dāng),處于盈虧平衡狀態(tài),此時L2=(b+c)/a+L1,稱其為臨界航線距離L0,即L0=(b+c)/a+L1。由以上分析可知,當(dāng)L2＜L0時,疏浚泥用于圈圍造地可使工程成本降低;當(dāng)L2=L0時,盈虧平衡;當(dāng)L2＞L0時,工程成本增加。

如圖2所示,以疏浚地點為圓心,以L0為半徑,繪制一區(qū)域。當(dāng)圈圍造地工程區(qū)域到疏浚地點航線距離小于L0時,工程成本降低;大于L0時,工程成本增加。

圖2 疏浚泥圈圍造地經(jīng)濟(jì)性分析

以吳淞口碼頭前沿疏浚為例,從疏浚地點至吳淞口北傾倒區(qū)的距離大約為15 km,即L1=15 km,按疏浚泥運費為1元/(km·m3)、工程用土綜合單價為10元/m3、吳淞口北傾倒區(qū)傾倒費用為0.3元/m3計算,可得到此處疏浚泥的臨界距離L0=25.3 km,若將疏浚泥運送至長興島貨運碼頭中轉(zhuǎn)庫場圈圍工程區(qū)域,其運距大約為8 km,可以有效降低工程成本;而將疏浚泥運送至橫沙東灘促淤圈圍(六期)工程區(qū)域,其運距大約為40 km,此時工程成本增加。

上述分析結(jié)果表明,在滿足一定條件的情況下,將疏浚泥用于圈圍造地工程可節(jié)省工程投資。隨著社會、經(jīng)濟(jì)發(fā)展對海洋環(huán)境要求的提高和對海洋資源開發(fā)利用需求的擴大,現(xiàn)有海洋傾倒區(qū)的容量逐漸趨于飽和,海洋傾倒區(qū)的設(shè)置有逐步外移的趨勢。如果將海洋傾倒區(qū)設(shè)置在離海岸較遠(yuǎn)的外海,會使疏浚工程的傾倒運距L1大幅度增加。此外,隨著砂源的日益緊張,生態(tài)補償機制的建立,圈圍工程用土綜合單價b和海洋傾倒費c也會不斷上漲。由此,臨界航線距離L0也會相應(yīng)有所增大,即疏浚泥用于圈圍造地工程的經(jīng)濟(jì)可行性更大。

3 疏浚泥圈圍造地利用前景分析

根據(jù)《長江中下游干流河道采砂規(guī)劃上海段實施方案(2011—2015)研究報告》估算,“十二五”期間上海共需砂3.3億m3,年均需砂量約6000萬m3,其中,筑堤砂約為0.4億m3,吹填和堆載砂約為2.9億m3。

受到上游水利工程攔砂、水土保持工作加強等因素的綜合影響,長江上游來砂量持續(xù)減少,特別是2003年三峽工程調(diào)度運行以來,長江來砂量銳減。據(jù)統(tǒng)計,近年來長江上游來砂量年均約為4000萬m3,與年均需砂量比較,尚有約2000萬m3的缺口。

2008—2011年的統(tǒng)計資料(表4)結(jié)果顯示:①吳淞口上下游碼頭前沿及黃浦江沿線年疏浚量約為300萬～450萬m3;②深水航道與碼頭前沿之間區(qū)域的年疏浚量為1 600萬m3;③長江口深水航道年疏浚量約為3900萬～9000萬m3。可見,上海市疏浚泥產(chǎn)量豐富且穩(wěn)定,能夠持續(xù)提供大量砂源。根據(jù)前文分析結(jié)果,這些疏浚泥大多可以作為圈圍造地的材料,且具有一定的經(jīng)濟(jì)可行性,因此,在上海地區(qū)利用疏浚泥進(jìn)行圈圍造地具有廣闊的前景。

表4 上海市疏浚泥年產(chǎn)量萬m3

但是,實際操作中還需要解決一些問題,如擬開工的圈圍工程距離疏浚泥來源地大多比較遠(yuǎn),其運輸成本較高;圈圍工程一般對工期都有一定的要求,目前除了長江口深水航道的疏浚泥外,其余地方清潔疏浚泥供應(yīng)時間的不確定性較大。另外,疏浚工程和圈圍工程分屬不同的行業(yè)主管部門審批,存在多頭管理的問題。因此,利用疏浚泥進(jìn)行圈圍造地,還需要針對具體工程具體分析,尤其需要政策上的扶植引導(dǎo)。

4 結(jié) 論

a.根據(jù)顆分試驗成果,本文研究區(qū)域疏浚泥可定性為黏質(zhì)粉土、粉質(zhì)黏土、細(xì)砂及淤泥。結(jié)合上海市的工程經(jīng)驗及后期土地開發(fā)使用要求,依據(jù)土性的不同可選擇性地作為筑堤及吹填材料。

b.疏浚泥圈圍造地的經(jīng)濟(jì)成本與工期、運距、土方單價、施工工藝等均有關(guān)系,經(jīng)簡化分析,在一定條件下,疏浚泥用于圈圍造地工程是經(jīng)濟(jì)可行的。

c.2011—2015年期間,上海市圈圍造地工程需砂量巨大,長江上游來砂量不能滿足工程需要,砂源日趨緊張,長江口砂源供需矛盾日益突出。而黃浦江、長江口港口和航道疏浚泥產(chǎn)量豐富、來源穩(wěn)定,可以作為泥沙資源填補這一缺口。因此,將疏浚泥應(yīng)用于上海市的圈圍造地,能夠促進(jìn)長江口水土資源的合理利用,緩解上海市圈圍造地工程砂土資源緊張的矛盾,在技術(shù)及經(jīng)濟(jì)上都有一定的可行性。

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《水稻控制灌溉理論與技術(shù)》獲首屆江蘇省新聞出版政府獎提名獎

國家“十一五”重點出版規(guī)劃項目、河海大學(xué)出版社重點圖書《水稻控制灌溉理論與技術(shù)》獲首屆江蘇省新聞出版政府獎提名獎?！端究刂乒喔壤碚撆c技術(shù)》由河海大學(xué)彭世彰教授和徐俊增教授編著。水稻控制灌溉理論與技術(shù)作為我國促控栽培稻作理論又一新的代表成果,是河海大學(xué)幾代研究人員持續(xù)性試驗研究提出的水稻節(jié)水灌溉特色成果,匯集了作者及其團(tuán)隊20余年試驗研究的精華,是“在實踐中誕生,并經(jīng)實踐驗證”的水稻節(jié)水灌溉理論。

(本刊編輯部供稿)

Prospect analysis of reclamation projects using dredged spoils in Shanghai

//WANG Weiwei,PU Xun,ZHAO Nan (Shanghai Water Engineering Design＆Research Institute,Shanghai 200061,China)

Based on the physical and chemical properties of the dredged spoil samples in Shanghai,prospect analysis of reclamation projects using clean dredged spoils was conducted in terms of the availability and economic costs.Grain-size analysis results show that the dredged spoils can be used as a material of the reclamation projects in this study area.Based on the economic analysis of breakeven in reclamation projects using clean dredged spoils,project costs can be reduced when route distance from the dredging place to the reclamation projects is longer than the critical route distance.Reclamation projects using clean dredged spoils in Shanghai are considered a green marine industry.It can reduce the pressure of waste dumping at sea,and can alleviate the problem of resources shortage in reclamation projects in Shanghai.The application of the dredged spoils in reclamation projects has technical and economic feasibility,and needs specific analysis for specific projects,and especially needs policy support and guidance.

dredged spoils;reclamation projects;resource utilization;technical feasibility;economic feasibility

10.3880/j.issn.10067647.2013.03.015

X705

A

10067647(2013)03006804

2012-07-06 編輯:駱超)

汪巍巍(1974—),女,安徽安慶人,高級工程師,碩士,主要從事水利工程設(shè)計工作。E-mail:gabions@163.com