張俊鋒

(長江航道局，湖北 武漢 430010)

長江是貨運量位居全球內(nèi)河第一的黃金水道，是我國綜合運輸體系的重要組成部分，在區(qū)域發(fā)展總體格局中具有重要的戰(zhàn)略地位。黨中央、國務(wù)院于2014年明確提出“依托黃金水道推動長江經(jīng)濟(jì)帶發(fā)展”的重大戰(zhàn)略決策。長江干流宜賓—宜昌段，全長1 045 km，俗稱川江，作為長江黃金水道的上游，對完善西部綜合交通運輸體系至關(guān)重要[1]。

疏浚是川江航道治理最重要的措施之一。疏浚土應(yīng)作為一種有價值的資源予以利用[2]，該理念已在西方發(fā)達(dá)國家及我國沿海地區(qū)普遍實踐[3-6]。但從川江已實施的瀘渝段、敘瀘段航道建設(shè)工程看，疏浚土全部運送至疏浚區(qū)上下游深沱直接拋棄處置[7-8]。這種簡單粗放的疏浚土處理方式不僅造成泥土資源的極大浪費，還對周邊水域生態(tài)環(huán)境造成二次污染。我國目前疏浚土的利用主要以吹填造陸為主，但長江上游沿江城市沒有造陸的需求，在當(dāng)前“生態(tài)優(yōu)先、綠色發(fā)展”的水運工程建設(shè)背景下，對川江航道治理疏浚土有益利用進(jìn)行研究十分必要。本文在分析川江航道疏浚土特點的基礎(chǔ)上，結(jié)合工程實際，從改善環(huán)境和工程利用2種途徑，因地制宜地提出川江航道治理疏浚土有益利用方案，為類似航道治理工程疏浚土利用及內(nèi)河生態(tài)航道建設(shè)提供借鑒。

1 川江航道疏浚土基本情況

1.1 川江航道疏浚土來源

川江為大型山區(qū)河流，素以灘多、礁險、流急、水亂著稱，存在“急、淺、險”等礙航特征的各類灘險，對航運產(chǎn)生較大危害，需要通過疏浚、筑壩等綜合措施塑造航道形態(tài)、改善通航條件，而疏浚是川江航道最直接、最有效的治理措施。川江航道治理產(chǎn)生的疏浚土主要來源于基建性疏浚和維護(hù)性疏浚2種途徑，前者主要采用疏浚措施對航槽進(jìn)行挖深、拓寬，產(chǎn)生的疏浚土一般為卵石土或巖石；后者主要對航道內(nèi)淤積物進(jìn)行疏挖，產(chǎn)生的疏浚土主要為卵石土。

據(jù)估算，“十三五”至“十四五”期，國家投資將超過100億元對川江航道進(jìn)行系統(tǒng)治理，疏浚工程量達(dá)1 100萬m3。據(jù)估算，工程實施后每年枯水期維護(hù)性疏浚工程量將達(dá)80萬m3。疏浚工程量盡管較以往均有較大幅度增加，但和沿海大規(guī)模的吹填造陸的疏浚土相比，川江航道治理疏浚土總體規(guī)模尚小。

1.2 川江航道疏浚土基本特征

川江處于長江上游河谷地帶，總體上屬構(gòu)造-剝蝕丘陵地貌。深槽或險灘多為基巖，淺灘、邊灘及潛磧一般為砂卵石河床質(zhì)。川江航道治理疏浚土分為卵石土和巖石兩大類，粒徑較沿海地區(qū)的疏浚土大。

1)卵石土。卵石土主要由河流泥沙運動產(chǎn)生航道泥沙淤積物，卵石經(jīng)水流搬運、磨圓作用沉積而成，夾雜一定量的砂土，松散-密實狀，重型動力觸探擊數(shù)N63.5為15～30。卵石土為砂土和卵石的混合物。根據(jù)取樣分析，川江河槽表層中值粒徑為91 mm(河床質(zhì)級配見圖1)。其中：卵石體積占比約90%，一般粒徑為2～150 mm，中值粒徑約100 mm，呈亞圓或卵圓狀；砂土占比約10%，中值粒徑約1 mm。

圖1 河床質(zhì)級配曲線

2)巖石。巖石主要指因航道治理需要清礁作業(yè)產(chǎn)生的塊石，包括砂巖、泥巖和頁巖。其單軸飽和抗壓強(qiáng)度Rc> 30 MPa，疏浚施工前須進(jìn)行爆破預(yù)處理。經(jīng)爆破預(yù)處理破碎后的巖石粒徑一般為50～1 500 mm，中值粒徑約800 mm。

2 川江航道疏浚土有益利用方案

2.1 思路及方案設(shè)計

在當(dāng)前“生態(tài)優(yōu)先、綠色發(fā)展”的新形勢下，川江疏浚土有益利用的思路為：按照“最大限度控制資源占有、降低能源消耗、減少污染排放、保護(hù)和改善生態(tài)環(huán)境”的理念，從改善環(huán)境和工程利用2種途徑對疏浚土進(jìn)行有益利用。

根據(jù)川江航道疏浚土特點，針對不同疏浚土類，對川江航道疏浚土有益利用途徑、方案設(shè)計及生態(tài)效果進(jìn)行分析，結(jié)果見表1。

表1 川江航道疏浚土有益利用方案及效果對比

2.2 問題及處理措施

1)合理確定疏浚土有益利用方案。川江河道自然條件復(fù)雜，應(yīng)在分析工程疏浚土類別及總量的基礎(chǔ)上，根據(jù)工程河段地形、河勢、水文等條件，結(jié)合防洪、通航等政策要求及航道治理需要，確定疏浚土有益利用方案。利用疏浚土構(gòu)建生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)時，應(yīng)根據(jù)陸水生物習(xí)性特點，合理確定生態(tài)工程的規(guī)模、結(jié)構(gòu)以及高程等重要參數(shù)，確保疏浚土利用的生態(tài)效果。

2)嚴(yán)格落實有益利用施工過程中的環(huán)境保護(hù)措施。在疏浚土疏挖、轉(zhuǎn)運過程中，應(yīng)按照項目環(huán)評報告有關(guān)要求，選擇合理的施工設(shè)備，優(yōu)化施工工藝，并嚴(yán)格落實驅(qū)魚、降噪、防溢流明確的環(huán)境保護(hù)措施，減少施工對環(huán)境的影響。

3)加強(qiáng)施工過程及完工后生態(tài)環(huán)保監(jiān)測。疏浚土疏挖及轉(zhuǎn)運過程中，應(yīng)開展噪聲、水質(zhì)等監(jiān)測，及時掌握施工期環(huán)境影響指標(biāo)；疏浚及生態(tài)工程完工后，應(yīng)開展疏浚區(qū)及生態(tài)工程區(qū)的生態(tài)監(jiān)測，為疏浚土利用的生態(tài)效果評價提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

4)處理好疏浚土利用涉及的有關(guān)管理問題。將疏浚土轉(zhuǎn)運上岸提供給第三方作為建筑材料進(jìn)行利用時，應(yīng)和水利、海事等有關(guān)部門加強(qiáng)溝通，辦理相關(guān)手續(xù)，確保疏浚土利用合法、合規(guī)。施工過程中，應(yīng)加強(qiáng)觀測與分析，防止超深、超寬等超挖現(xiàn)象，確保疏浚工程質(zhì)量。

3 工程應(yīng)用實例

3.1 工程概況

長江上游九龍坡—朝天門河段航道建設(shè)工程是服務(wù)長江經(jīng)濟(jì)帶國家戰(zhàn)略、支持西南地區(qū)航運發(fā)展的重點工程。該工程主要采取疏浚與筑壩相結(jié)合的工程措施對重慶九龍坡—朝天門22 km河段內(nèi)的5處重點礙航灘險進(jìn)行綜合治理，將航道等級從目前的Ⅲ級提高到Ⅰ級，解決三峽蓄水運行以后重慶市主城區(qū)內(nèi)航道尺度不足的問題。工程疏?？偭窟_(dá)245萬m3，其中砂卵石類疏浚土230萬m3，巖石類疏浚土15萬m3。工程河段位于重慶主城區(qū)，找不到適宜的位置作為拋泥區(qū)，且大量的拋泥將占用魚類的產(chǎn)卵場、索餌場、越冬場，無法滿足環(huán)保要求。

3.2 疏浚土有益利用方案

在工程前期研究及設(shè)計階段，對疏浚土處置方式進(jìn)行了多方案的比選和分析，最終根據(jù)工程特點，提出疏浚土有益利用的方案。既改善了生態(tài)環(huán)境，又解決了環(huán)評、防洪有關(guān)問題，還節(jié)約了工程投資[9]。

3.2.1工藝設(shè)計

對于砂卵石，采用鏈斗式挖泥船初挖和抓斗式挖泥船精挖相結(jié)合的施工工藝進(jìn)行疏浚施工，提高施工效率及疏浚土利用率。將挖槽斷面內(nèi)大部分砂卵石疏浚土通過鏈斗式挖泥船，應(yīng)用水砂分離技術(shù)(水力旋流分離設(shè)備)將砂和卵石分開，分別輸送至泥駁轉(zhuǎn)運上岸，作為建筑材料進(jìn)行利用。對于砂卵石底層及航道清礁產(chǎn)生的巖石，采用抓斗式挖泥船疏挖工藝，通過泥駁轉(zhuǎn)運至指定位置進(jìn)行環(huán)保利用。工藝流程見圖2。

圖2 疏浚土有益利用工藝設(shè)計

3.2.2 環(huán)保利用方案設(shè)計

利用部分疏浚土構(gòu)建生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)(圖3)。利用豬兒磧、磚灶子灘清礁塊石在該河段駱公子、九口缸兩處深沱填槽工程區(qū)的表面構(gòu)筑人工魚礁群5.8萬m2(圖4)。利用棄渣塊石在部分壩體背水坡結(jié)合扭王字塊護(hù)坡構(gòu)筑魚類棲息地2.3萬m2。利用部分砂卵石在三角磧、磚灶子灘段部分筑壩區(qū)壩田、胡家灘采砂坑、部分壩體根部背水坡沖刷坑營造人工濕地(圖5、6)及水生生物棲息地，總面積達(dá)41.8萬m2。

圖3 九龍坡至朝天門河段航道建設(shè)工程疏浚土有益利用方案平面布置

圖4 人工魚礁(單位：m)

圖5 壩體根部生態(tài)恢復(fù)

圖6 壩體背水坡及壩田生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)

3.3 效果分析

3.3.1投資效益

疏浚土運費僅計算運至就近岸邊，不計其他任何費用，后續(xù)發(fā)生的費用由接收企業(yè)承擔(dān)。估算節(jié)約運輸費用1 500萬元。

3.3.2生態(tài)效果

平均減少疏浚土轉(zhuǎn)運運距20 km，節(jié)約了燃料等資源消耗，間接保護(hù)了生態(tài)環(huán)境。據(jù)估算，節(jié)約柴油約735 t，折合1 071 t標(biāo)準(zhǔn)煤。完工后的人工魚礁區(qū)、人工濕地、水生生物棲息地等生境恢復(fù)良好，各類水生生物種類增加了1～3種，密(豐)度提高了4.7%～51.6%(表2)，逐步形成了各類水生生物及鳥類活動的生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)，實現(xiàn)了航道整治與生態(tài)環(huán)境的和諧發(fā)展。

表2 疏浚土構(gòu)建生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)實施前后生態(tài)效果監(jiān)測對比

4 結(jié)語

1)在當(dāng)前生態(tài)環(huán)保新形勢下，對川江航道疏浚土進(jìn)行有益利用有助于“資源節(jié)約型、環(huán)境友好型”的生態(tài)航道建設(shè)，改善環(huán)境和工程利用是川江航道治理疏浚土利用的有效途徑。

2)川江疏浚土有益利用應(yīng)根據(jù)不同疏浚土類別，合理確定有益利用的施工工藝和設(shè)計方案。表層砂卵石疏浚土可應(yīng)用水砂分離技術(shù)將砂和卵石分開，分別轉(zhuǎn)運上岸作為建筑材料進(jìn)行利用，底層砂卵石及清礁塊石疏浚土宜作為生態(tài)工程原材料構(gòu)建生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)。

3)九龍坡—朝天門河段航道建設(shè)工程通過改善環(huán)境和工程利用兩種途徑對疏浚土進(jìn)行有益利用，獲得了良好的效果。監(jiān)測表明，水生生物增加了1～3種，密(豐)度提高4.7%～51.6%，生態(tài)效果初步顯現(xiàn)，可為類似工程提供借鑒。