疏浚土排水固結過程中水質分析與污染性研究

龔 晨

（江西省地質局九一六地質大隊，江西 九江 332000）

河底的淤泥中含有大量的有機污染物以及有毒重金屬，且成分復雜，因此疏浚河底的淤泥，可以有效改善河道內的水質，并減少河水水體污染。在疏浚淤泥時，需要采取排水固結的方法，使用純物理的方式將疏浚土固結硬化，并以負壓排水的方式處理釋放出來的孔隙水，以減少淤泥中的污染物含量。通過數據對比分析疏浚土排水固結過程對河水生態環境處理功能的影響。在現有的研究中，文獻[1]通過監測高錳酸鹽指數、氮磷含量等多種數據，提取了數值中的有效成分，獲取了河流水質變化的趨勢分析。文獻[2]設計了一種水質分析的方法，并利用該水質分析方法對水質健康進行了評價。文獻[3]基于水質監測設計了一種頻率較低、難度較大的分布式水文模型，并通過對污染物的追根溯源，補足了污染物的監測指標，并計算了污染源的位置。本文在疏浚土排水固結工程的基礎上，設計了一種水質分析以及污染性評價方法，對該過程中的水質進行分析，并研究水質污染情況。

1 實驗準備

1.1 實驗方法及實驗儀器

選取某河流淤泥過多的部位作為本次實驗的地點，分別通過采樣以及分析儀器監測各類污染物濃度，其設備以及分析方法如表1所示。

表1 水質監測設備及方法

根據表1的方法以及實驗設備，獲取實驗數據，并評價該段河流內疏浚土排水固結過程中水質的監測以及污染性分析結果。

1.2 實驗數據處理

輸入通過水質監測設備采集的樣本，設置誤差平方和，并綜合神經元計算樣本的標準誤差：

式中，RE表示河水樣本在神經元計算下的標準誤差；R(i)表示某種檢測項目的含量百分比；g1(j)表示樣本的第一次輸入梯度修正量；k1(i)表示樣本第一次輸出梯度修正量。當神經網絡訓練完畢后，還需要通過均方誤差計算網絡的性能，計算公式為：

式中，eW表示某檢測項目在學習網絡中的均方誤差；ih表示第i個河水樣本的網絡輸出值；ip表示第i個河水樣本的實測值；Ni表示樣本集的數量。通過Matlab進行編程計算，對數據樣本進行歸一化處理，得到的訓練結果如圖1所示。

圖1 水質污染性評價結果

在如圖1所示的水質污染性評價結果中，輸出值越小，表明水質結果越好，污染性越小。當訓練結果為0.5～1.5時，輸出結果為Ⅰ類；當訓練結果為1.5～3.5時，輸出結果為Ⅱ類；當訓練結果為3.5～4.5時，輸出結果為Ⅲ類。Ⅰ類水質為輕度污染，Ⅱ類水質為中度污染，Ⅲ類水質為重度污染。

1.3 實驗過程

收集疏浚土排水固結前的水質樣本，收集疏浚土排水固結工程完成后的水質樣本，作為對照組。在疏浚土排水固結過程中，以絞吸船拖動淤泥，將河道底部的沉積物全部切碎成小塊狀，將其與泥水的混合物一同傳送到排泥場中。在排泥場使用滲透性較低的粘土分層吸附污染物質，避免該類污染物從土壤下滲至地下水中，繼而產生新的污染。在排水固結過程中，由于吹填疏浚的場所不同，不同區域、不同時段的水質樣本監測結果也不相同，因此需要通過水質檢測設備實時監測疏浚土排水固結過程中的水質情況，全時段地分析水質污染現狀，監測排水固結是否對周邊水體造成了污染。將該河段由上游至下游分為4個河段，分別標注為A段、B段、C段、D段，然后分別監測10日內河水水質參數，在第二日起進行疏浚土排水固結工程，直至第6日結束。

2 實驗結果與分析

2.1 高錳酸鉀含量測定

通過高錳酸鉀指數測定方法，計算不同時段內河水的水質，可以得到10日內該河段水質情況如表2所示。

表2 高錳酸鉀含量測定結果

在四個不同河段中，10日內高錳酸鉀含量如表2所示。第1日的四個數值分別為四個河段沒有進行疏浚土排水固結之前的高錳酸鉀含量，至第9日和第10日，為疏浚土排水固結工程結束后，河水中高錳酸鉀含量的測試結果。通過表2可以很明顯地看出，在實施排水固結工程時，河道內高錳酸鉀含量急速上升，直至工程結束后，高錳酸鉀含量才緩慢下降，直至第9日，含量的下降趨勢趨于平緩。且由第1日和第10日的高錳酸鉀含量對比可知，疏浚土排水固結工程可以降低水中的高錳酸鉀含量，此時河水中的高錳酸鉀含量由重度污染轉變為中度污染。

2.2 溶解氧含量測定

使用碘量法測定水中溶解氧的含量，可以得到10日內4個河段的溶解氧含量測定結果如表3所示。

表3 溶解氧含量測定結果

10日內不同河段溶解氧含量變化趨勢如表3所示。河水中的溶解氧通常可以代表河水中微生物的含量，溶解氧的含量越高，則表明微生物含量越少，河水越清澈，溶解氧的含量越小，則表明微生物含量越高，河水越渾濁。在10日內，四個河段內的溶解氧含量先減少，后增加，至第10日時，四個河段的河水中溶解氧的含量距第1日均有小幅度增加。由此可見疏浚土排水固結過程可以使水中溶解氧含量小幅度增長，對減少河道內微生物具備促進作用。

2.3 氮元素總含量測定

測定10日內四個河道中氮元素總含量，并得到如表4所示的測定結果。

表4 氮元素總含量測定結果

8日 2.92 2.32 2.62 2.32 9日 1.58 1.65 1.32 1.41 10日 1.57 1.51 1.36 1.42

10日內氮元素在四個河道內的含量變化如表4所示，河水內氮元素的含量通常來源于氨氮、硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮、凱氏氮四類，若水中氮元素含量超出一定界限，會直接導致水質富營養化，微生物大量繁殖，水體遭受污染。因此水中氮元素總含量越少，則該河段的水質越好。在表4中，四個河段內初始的氮元素總含量為2.3mg/L～2.5mg/L，在疏浚土排水固結過程中，河水中氮元素含量不斷增加至6mg/L。工程結束后，氮元素含量逐漸減小，至1.3mg/L～1.6mg/L。此時河道內的氮元素含量已經不同程度降低，可見疏浚土排水固結工程對減少河水中氮元素含量具有一定的促進作用。河水中的污染指數由中度污染轉變為輕度污染。

2.4 磷元素總含量測定

測定10日內四個河道中磷元素總含量，并得到如表5所示的測定結果。

表5 磷元素總含量測定結果

如表5所示，四個河道中磷元素的總含量會隨著疏浚土排水固結過程的變化而變化。在第1日中，四個河段內磷元素總含量均為1.1mg/L～1.5mg/L，此時的數據為四個河段沒有經歷疏浚土排水固結工程的磷元素含量測定結果。隨后5日，直至第6日，為疏浚土排水固結工程中磷元素含量的測定結果。隨著工程的逐漸開展，磷元素的含量不斷增加，至7mg/L。這是因為清除淤泥的過程中會導致河道底部污染物排至河水中，造成河水的污染。由第7日至第10日，四個河段內的磷元素總含量均呈急速下降趨勢，直至第10日截止，其內部的磷元素總含量為0.4mg/L～0.6mg/L，比第1日為開展疏浚土排水固結工程時的磷元素含量少。可見疏浚土排水固結工程可以減少河水中的磷元素含量，減少河道污染。

3 結語

本文以時間以及地理位置的區別對河道內疏浚土排水固結工程前后的水質進行分析，并總結其污染性指標。分別判斷河水中高錳酸鉀含量、溶解氧含量、磷元素含量以及氮元素含量，在不同時段中的變化規律。在疏浚土排水固結工程中，污染會逐漸增加，但是隨著工程的結束，沉淀一段時間后，河水中的污染會逐漸降低，直至小于工程前。