羅 希 劉 亮 李亞俊 聶夢麗

（中工武大設計研究有限公司 湖北武漢 430072）

引言

為深入貫徹落實黨的十九大精神，扎實踐行習近平總書記的綠色發(fā)展理念和生態(tài)文明思想，全國范圍內在不同程度上開展了一系列的環(huán)境保護和生態(tài)文明建設工程，而對河湖底泥的處理，則是水體生態(tài)環(huán)境治理中的重要內容。

近些年來，隨著社會經濟的發(fā)展，大量的污染物排入至河湖中，日積月累，逐漸在河湖底層形成了黑臭的污染底泥。污染底泥的長期淤積，不僅降低了湖泊的調蓄能力和河道的過流能力，而且造成水生態(tài)系統(tǒng)退化，也帶來一定的內源污染。[1]在水生態(tài)修復項目中，為了保證水體的調蓄泄洪能力，改善水環(huán)境，時常需要開展清淤工程，而清淤工程一般工程量較大，投資費用高，且對于城區(qū)內的河湖，清淤工程的實施和底泥的處理難度較大，對工程的經濟性影響較大，基于此，如何合理的確定河湖清淤工程的范圍，對清淤工程來說至關重要。[2]

1 底泥的調查與分析

底泥的調查與分析工作應收集有關污染底泥來源與形成原因等方面的資料，并開展以下兩個方面的工作：

（1）對河湖底泥的分布情況及其厚度進行勘探。

（2）進行淤泥進行土質分析及水質分析。

1.1 底泥勘探參數的確定

淤泥一般根據污染程度，在垂直方向一般分為污染底泥層、污染過渡層和正常湖泥層，因此為了合理確定清淤深度，需要采取柱狀分層采樣的方式，而平面勘探點的布置，可參考《湖泊河流環(huán)保疏浚工程技術指南》[3]的要求確定：可行性研究階段，河流地區(qū)線上勘探點間距不大于150m，且總數不小于3個；湖泊地區(qū)塊狀水域按100~200m網格狀或交錯梅花狀布置，不規(guī)則狀水域根據實際情況按上述間距確定原則布置。工程設計階段勘勘探點布置如表1所示。

表1 清淤工程設計階段勘探點間距

勘探工作對工程量統(tǒng)計和投資估算的準確性有較大的影響，因此在條件容許的前提下，應保證該項工作的精度和方式，但若在工程現狀條件下，取樣難度和檢測成本較高，可酌情簡化。

1.2 底泥和水體檢測指標的確定

底泥檢測指標一般包括有機物含量、顆粒物分析、TN、TP、重金屬、石油烴等，水質檢測指標一般包括pH值、COD、BOD、SS值、TN、TP等，將兩者檢測指標相對應，是為了比對兩者的相關性，分析確定水質中的污染物是否是底泥釋放而來，若水體附近長期存在工業(yè)污染，指標中應根據工業(yè)類型，包含重金屬等有毒物質的檢測，具體指標的選取可根據有關行業(yè)的排放物確定。[4,5]

同時，底泥中的微生物數量也可在一定程度上反應其污染狀況，若條件允許，建議對大腸桿菌、異養(yǎng)細菌、硝化細菌、反硝化細菌和反硫化細菌數量進行檢測，并根據檢測結果分析水體的污染原因。一般情況下，各類細菌對底泥和水體污染情況的反應有以下幾個方面：

（1）如異養(yǎng)細菌數量級大，則反映底泥中有機污染嚴重。

（2）如大腸桿菌數量級大，則說明水體受糞便污染嚴重。

（3）如反硝化細菌和反硫化細菌數量級大，則說明底泥處于厭氧狀態(tài)，而硝化細菌數量則是評價河道環(huán)境質量和氮污染物轉化暢通程度的重要指標。

1.3 底泥的評價分析

底泥的評價分析是確定清淤必要性和合理性的重要內容，[6]一般分為對底泥本身的評價分析，以及水體與底泥污染物相關性的分析。

1.3.1 底泥污染狀況的分析評價

根據底泥中的污染物類型和含量情況，大致可以將污染底泥分為高氮、磷污染底泥、重金屬污染底泥和有毒有害有機污染底泥三類，[7]因此，對于底泥的污染程度和安全風險分析評價應采取多種方法相互驗證，以準確地確定底泥的污染狀況，及對環(huán)境的影響。

一般情況下，對底泥污染狀況的評價分析，可在以下三個方面開展：

（1）運用Hakanson潛在生態(tài)風險指數法判斷底泥中重金屬的污染等級，確定底泥是否為重金屬污染底泥。

（2）采用內梅羅污染指數（N）、氮磷污染指數（INP）、底泥綜合營養(yǎng)評價指數（F）和底泥有機質評價指數（OI）等方法，判斷底泥的有機污染程度。

（3）估算底泥污染物的釋放量。

考慮到底泥釋放污染物受水體溫度、PH值和溶解氧等因素的影響較大，且根據地域性有較大的差別，計算難以準確，因此一般可采用地區(qū)經驗數據，或考慮進行適當簡化，通過底泥靜態(tài)釋放實驗數據進行計算。

底泥釋放率和釋放量的計算公式如下：

式中：

R——釋放速率mg·（m2·d）-1；

V——柱中上覆水體積（L）；

Cn、Co、Cj-1——第n次、初始和j-1次采樣時某物質含量（mg·L-1）；

Ca——添加原水后水體中某物質的含量（mg·L-1）；

Vj-1——第j-1次采樣水體積（L）；

A——沉積物接觸面（m2）；

t——釋放時間（d）。

式中：

W——水體污染物釋放總量（t·a-1）；

Rij——第j區(qū)域沉積物在i溫度下的釋放速率mg·（m2·d）-1；

Aj——j區(qū)域所代表的面積（m2）；

ti——i溫度下所代表的時間段（a）。

1.3.2 水體與底泥污染物相關性的分析評價

對于水體與底泥污染物的相關性，可選取COD、TN和TP等指標數據，進行Pearson相關性分析，[8]對于污染物濃度成正相關，且相關強度較大的，則認為底泥污染釋放對水體水質影響程度較大。

2 清淤工程范圍的合理確定

2.1 滿足水安全要求

清淤工程在水安全方面的工程效益，主要體現在對經濟社會、人類的安全方面，對于湖泊，應滿足湖泊的防汛調蓄方面的要求，而對于河流，應保證過水斷面，避免阻礙行洪通道，因此，清淤范圍和清淤厚度首要的是滿足防洪安全的要求。

同時，清淤范圍應避開水利工程設施、取水口及安全規(guī)劃保護的區(qū)域，并考慮到底泥對于岸坡及擋墻穩(wěn)定性的影響，謹慎地在水體護岸邊開展清淤工程，對于護岸坡角3m以內的淤泥，選擇不清淤，或僅進行清表。

2.2 滿足水環(huán)境要求

清淤工程在水環(huán)境方面的作用，一方面是清除水體底泥，減少內源污染；另一方面則是增加水體容積，提高水環(huán)境容量。因此，在滿足水安全的前提下，水環(huán)境方面的要求對清淤工程范圍的影響主要如下：

2.2.1 根據底泥污染狀況的評價指標確定

（1）根據Hakanson潛在生態(tài)風險指數法計算結果，確定重金屬生態(tài)風險指數≥300的區(qū)域（高風險區(qū)域）為清淤區(qū)域；

（2）采用其他方法評價，表明底泥有機污染嚴重，氮、磷含量較高的區(qū)域。

2.2.2 根據類似工程的指標確定

國內許多工程以TN和TP作為確定清淤范圍的指標，其清淤標準值如表2所示。

表2 國內清淤工程TN和TP指標表 （單位：mg/kg）

2.2.3 參考國外標準，如美國環(huán)保部根據沉積物TP污染分級判斷標準如表3所示。

表3 美國環(huán)保部沉積物TP污染分級判斷標準表 （單位：mg/kg）

對于清淤厚度方面，應根據底泥分層取樣檢測的成果確定，其取值宜小于污染層和過渡層的總厚度[3]，同時，應結合河湖的常水位、污染負荷和采取的治理措施，進行水域納污能力計算，考慮實施清淤，水環(huán)境容量增大后，水環(huán)境目標的可達性。

2.3 滿足水生態(tài)要求

清淤工程在水生態(tài)方面，主要能改善水質環(huán)境，為水生動植物營造生存繁衍的空間，但清淤工程本身也對生態(tài)系統(tǒng)會產生較大影響，[9]總體來說，從水生態(tài)的角度，清淤的深度應在滿足水安全和水環(huán)境的基礎上，盡量取小值，其主要原因如下：

（1）清淤工程會對現有底泥進行擾動，造成污染物質的大量釋放，污染環(huán)境，破壞生態(tài)。

（2）底泥是沉水植物附著基礎，而底泥中的營養(yǎng)物質也為沉水植物的生長提供能源，因此過量清淤對沉水植物的生長不利。

（3）清淤會降低河湖底部高程，增加水深，若水體透明度較低，會造成沉水植物死亡，造成二次污染，惡化水質。

2.4 滿足工程經濟的需求

從工程經濟性的角度，清淤工程投資成本高，所占投資份額較大，若工程無其他治理措施配合，沒有管養(yǎng)維護配套，若干年后，底泥淤積的問題又會重復出現，因此，為了避免重復投資，清淤工程應建立在合理措施和科學管養(yǎng)的基礎上，同時應從以下幾個方面進行考慮，以提高工程的經濟性：

（1）對不影響防洪安全，水環(huán)境風險不高，底泥污染物釋放對整體污染負荷貢獻較低的區(qū)域不實施清淤，或者少清淤，采取其他工程措施替代。

（2）針對城區(qū)河湖的特性，實施清淤工程對周邊環(huán)境的擾動和破壞，以及淤泥處置的風險和成本，更應充分論證清淤的合理性。

（3）清淤深度的確定還應根據工程施工方案及清淤設備合理確定，一般情況下，采用水力沖挖，則清淤厚度不低于0.3m，采用干挖或挖泥船清淤，則清淤厚度不小于0.5m。[10,11]

3 對于消減底泥污染物的措施和建議

對于不具備清淤條件、清淤不徹底，或經分析清淤不合理的河湖，仍需通過其他技術措施作為補充，保障河湖的生態(tài)環(huán)境。主要措施有以下幾個方面：

（1）做好截污措施，增加水體溶解氧：一方面是避免外源污染繼續(xù)進入水體，沉積在河湖底部，形成新的污染底泥；另一方面，由于污染底泥是在厭氧狀態(tài)下形成的，因此，保持水體透明度，并通過曝氣增氧等方式，提高水體溶解氧含量，有利于河湖剩余沉積底泥的消減。

（2）利用微生物消減底泥污染物：利用缺氧菌、有機質分解菌可在一定程度上消減底泥中的污染物，對表層底泥進行改良，同時，改良的底泥也能作為下部污染底泥與水體的“屏障”，阻礙污染物進入水體。

（3）種植沉水植物：在水深及水體透明度允許的前提下，在河湖底部種植沉水植物，形成“水下森林”，一方面能吸收底泥中的污染物質，另一方面也能防止魚類活動對穩(wěn)定底泥的擾動，而釋放污染物質。

結語

本文以如何合理確定河湖清淤工程范圍為主要內容，從底泥的調查分析入手，通過不同角度對清淤工程范圍合理性的確定進行論述，為今后水生態(tài)修復項目清淤工程的科學實施提供了一定的經驗和借鑒，主要表現在以下幾個方面：

（1）清淤工程范圍的確定應建立在詳細、有針對性的現狀調查和檢測的基礎上，主要包括底泥的勘探和底泥、水體指標的檢測。

（2）底泥的評價應采取多種方法全面的分析其污染特性，并分析與水體污染物的相關性。

（3）底泥的清淤范圍和深度應綜合考慮水安全、水環(huán)境、水生態(tài)和工程經濟等方面的因素，合理確定，對不影響防洪安全，水環(huán)境風險不高或不具備實施條件的區(qū)域，可以不清淤或者少清淤。

（4）作為清淤工程的補充，可采取微生物、沉水植物等技術措施，消減河湖中淤泥的污染物釋放。