挖槽疏浚在太湖生态清淤中应用研究

作者:沈爱春    文章来源:中国水利    点击数:2062    更新时间:2011/8/28

关键词:太湖;挖槽疏浚;内源治理;生态清淤;研究

中图分类号:X505+TV882.9 文献标识码:A 文章编号:1000-1123201108-0026-02

太湖水环境综合治理作为国家工程已被提上议事日程,措施正在逐项落实。出于治理太湖局部内源需要,修复水生态的底泥清淤试点工作已经展开。太湖湖底大量的流泥应是清淤的重点,但是由于生态清淤技术的成本较高、规模较小、占用大量堆场、淤泥再次污染等问题,建议太湖清淤与挖槽疏浚并举的模式,以克服上述诸问题,并扩大内源治理的效果。

一、太湖污染底泥特点

污染底泥分布广泛。水利部太湖流域管理局《太湖污染底泥疏浚规划总报告》(以下简称总报告) 研究表明,太湖底泥淤积面积1 547 km2,占全太湖面积的66%,底泥总蓄积量为19.1 亿m3,其中淤泥量16.8 亿m3,流泥量2.33 亿m3,流泥量占总蓄积量的12%。

污染物富集于底泥表层的流泥中。总报告的研究结果同样表明,底泥污染物质含量较高的是竺山湖、梅梁湖、贡湖、东太湖等湖湾,在这些湖湾,底泥污染物分层含量一般呈上高下低的趋势,并且集中在底泥浅层020 cm的区域。这个分层区域基本为流泥。

流泥极易受风影响悬起,对水质产生不利影响。太湖北湖心区水面开阔,长年风力要大于周边地区,没有淤积,湖底几乎为硬底。根据太湖流域管理局水文水资源监测局现场调查情况,由于太湖是典型的浅水型湖泊,在大风天气下,太湖湖水透明度会明显降低,出现全湖性水质变差的情况,在大风天气过去12 天后,监测太湖水质,全湖水质有时仍会出现异常情况。由于太湖水面开阔、水流缓慢,全湖区短历时的水质变劣,可以断定和入湖河口的水质没有太多的关联性,主要是大风天气产生波浪,搅起湖底表层富含污染物质的流泥所致。南京地理与湖泊研究所研究认为,太湖中几乎所有的“湖泛”问题均有底泥的参与。

在风力作用下,流泥“行踪不定”,风力助推流泥向下风湖区聚集。太湖盛行东南风,富含污染物的流泥有向北、向西等下风湖区移动的趋势。太湖底泥以有机污染为主,处于风向下风的竺山湖、梅梁湖、贡湖等北部湖湾底泥中有机质、总磷、总氮相比全湖均值含量要高,其最大值约为全湖平均值的78 倍。北部湖湾内源的过度积累,除沿岸河道的输入外,还有湖湾位置及构造特点易于接纳上风湖区输入的污染物。太湖富营养化严重,北部湖湾以及西部沿岸区大量聚集的蓝藻并非全为原位生长,至少有一部分是从风向的上风湖区吹过来的。

二、太湖生态清淤理念

1.生态清淤的特点

早期,利用生态清淤技术清除底泥富含污染物的上覆层难以取得理想的效果。1997 年东太湖清淤时,水色浑浊,透明度一度降到5 cm以内,并且浑水大范围扩散,而在清淤前,100 cm水深左右的湖区可以清澈见底,河口透明度可达100 cm以上。利用生态清淤技术清除湖底上覆层底泥(一般选择40 cm左右,亦即富含污染物质的表层底泥),出发点是有效去除表层的污染物质,达到去除多年累积于湖底污染物的目的。生态清淤时,机器的动作,极易搅动湖底表层流泥,清淤机械在吸走部分泥浆水的同时,也加剧了流泥的迅速悬起和扩散。生态清淤相比河道拓浚,对湖底的搅动作用已降低了很多,这也是生态清淤的关键技术要求,但是搅动问题是无法避免的。近年,生态清淤技术着力于如何避免机械动作对表层流泥搅动影响的研究,并取得一定效果。但是,生态清淤技术难以实现大规模作业。

太湖污染底泥堆放和处理已成为各方关注的重点。太湖污染底泥清出量大,需要占用很多土地。同时,为避免二次污染,需要对污染底泥进行处理。

2.生态清淤效果的有限性

受经济、技术等因素制约,太湖可清淤范围有限。根据总报告规划,确定的疏浚面积近100 km2,占太湖有泥区约6%,疏浚区域包括太湖北部的竺山湖、梅梁湖、贡湖以及太湖东部的东太湖等,疏浚工艺以环保绞吸式挖泥船为主,并对23 个重点入湖河口开展抽槽疏浚。

生态疏浚短时间内局部效果明显,由于生态清淤的范围有限,现有生态清淤理念难以有效去除太湖中广泛分布、污染物含量较高的流泥。

清淤范围基本圈定在北部三湖湾和东太湖区域。特别是北部三湖湾清淤后,由于太湖中流泥不断的输入,恐难较长时间维持清淤初期的效果。

三、挖槽疏浚的思路及其主要优点

1.挖槽疏浚的思路

开阔水面挖槽需横切或斜切东南风向。由于太湖水浅,风浪对表层流泥有搬动能力,在向下风湖区搬动的过程中,风一旦停止,搬动的流泥会就近沉降。横切或斜切风向挖槽,就是要保证尽可能多地使被搬动的流泥能在槽区范围内沉降。

风浪对湖底有一定的作用深度,大风天气作用深度更大。挖槽深度要超过风浪对湖底的作用深度,并留有余度,以保证挖槽区内沉降的流泥不至由于风力作用被再次悬起。

槽区除保证一定的深度外,还应保证一定的宽度和长度,能够承接一定量的流泥,否则,一旦归槽的流泥量比较大,槽区收集被风浪悬起流泥的作用会很快消失。

北部湖湾部可在“口袋”口部挖槽。北部湖湾如“口袋”状,口朝太湖区,在“口袋”的口部挖槽,既能维持湖泊的开放性,又能从湖底阻断部分流泥的输入。

风向下游的近岸区可局部挖深,起收集流泥的作用。

2.主要优点

①挖槽疏浚,收纳流泥,可扩大清淤效果,有利削减整个太湖内源。挖槽形成的槽区起到收纳、稳定流泥的作用。不断有流泥进入槽区沉淀下来,槽区一旦淤满,对槽区进行清淤,可形成太湖持续“抽脂”的固定模式,可在固定区域内有效去除“行踪不定”的流泥。槽区可对其周边一定范围流泥归槽起拉动作用。流泥比较多的区域,槽区会在较短时间内淤满,更加说明挖槽疏浚的必要性。

②清淤技术简单。挖槽疏浚不必再顾忌清淤技术的选择,可广泛选择河道拓浚技术,进行大规模作业,清淤成本降低。

③挖槽疏浚可结合其他工程建设大规模利用土资源的需求,降低生态清淤的成本,扩大挖槽疏浚的范围。结合太湖污染底泥治理,合理利用湖盆土资源是缓解建设用土紧缺状况的有效途径。挖槽疏浚,表层淤泥量相对较少,大多是湖底深层硬质土壤,清出的有一定含水量的土壤晾干后,可进行土资源的有效(或简单处理)利用。

四、流泥归槽的可能性和在太湖湖底形成流泥堆泥场的设想

1.流泥归槽的可能性

太浦河入东太湖河口,1997 年抽槽挖深,2003 年调查发现已有一定程度的淤积,淤泥性状为灰黑色居多,含水率较高,用抓斗抓上岸倒出后很快在地面上摊开,说明槽区再次淤积以流泥为主。2003 年调查贡湖时发现,贡湖清淤湖区有回淤现象。

2.在太湖湖底形成流泥堆泥场的设想

太湖内3 个明显的淤积带犹如巨型水下堆泥场,泥量占到太湖总蓄积量的2/33 个蓄积带底泥厚度平均超过1.5 m,最深处淤深9 m,假如3个淤积带没有淤泥,则均为相对的深水区域,南北两个蓄积带并有古河床之说。由于水深达到一定深度,风力产生的湖流就对其失去了搬移能力,沉降于槽区的流泥不致再被悬起。故而,除槽区自身对周边流泥的拉动作用外,在风生流作用下,槽区不断接纳更大范围特别是湖流上游区的流泥,显然槽区在发挥着堆泥场的作用。

五、对湖湾水生态的影响

对湖湾实施单纯的生态清淤,其生态系统的修复能力较强,湖湾受损的水生态很快会得到太湖大水体的补充。挖槽疏浚在阻断部分流泥向湖湾输入的同时,也一定程度割断了槽区两侧底栖生物的交流与互补,但是,由于湖湾“口袋”口部水面宽阔,湖湾口部挖槽只能是局部的,不会将湖湾和太湖大水体完全割断,可以设想的是可能减缓了湖湾生态修复的时间。

六、主要结论和建议

1.主要结论

挖槽的目的就是收纳流泥,让“行踪不定”的流泥有个稳定的“居所”;形成有利于清除流泥的固定场所;或者在槽区形成流泥堆泥场,使得富含污染物的流泥逐步集中,并稳定于湖底,逐步减少流泥大范围和水体反复混合的机会,达到减弱太湖流泥作用于水体、降低水质受流泥作用而恶化的目的。在槽区淤满时亦可采取清淤的方式,将流泥吸出,持续发挥槽区收纳流泥、稳定流泥的作用。在太湖不同湖区挖漕后短期内不一定能取得明显的效果,但从长远看,相比于生态疏浚,挖槽疏浚或许会在更大范围、更深层次解决表层淤泥的出路问题,提高内源治理的效果,并能更长时间维持湖湾生态清淤的效果。

挖槽疏浚比生态清淤成本低廉,可实现大规模作业。挖出的淤泥中含有大量的硬质土,通过土资源的利用可减少堆场,亦不需作防止二次污染的复杂处理。

2.建议

一般来说,大风天气条件下,无法开展对太湖水质的监测工作。建议采取必要措施,创新监测方式,监测大风天气条件下太湖的水质状况及悬浮物含量,进一步检验流泥对太湖水环境影响的程度和流泥悬浮、移动情况。

进一步加强对太湖已清淤区域的调查,检查其回淤情况,对比回淤淤泥和流泥的物理、化学特性,为持续改进太湖生态清淤工作提供参考依据。

参考文献:

[1] 水利部太湖流域管理局.太湖污染底泥疏浚规划总报告[R].2007.

[2] 成新,江溢,蒋英姿.太湖底泥与污染情况调查[G].太湖高级论坛交流文集,2004.

[3] 水利部太湖流域管理局.太湖底泥与污染情况调查报告[R].2006.

作者简介:沈爱春,副局长,高级工程师。

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