長江沿岸低海拔地區城市河道治理技術分析

夏兵兵

摘 要：隨著城市的快速發展、居住人口的增多，城市水生態系統面臨越來越大的污染壓力，城市黑臭水體治理日趨重要，直接影響人們的用水安全和生活質量。通過江西省九江市十里河的實踐，采用淺堤拆除、清淤疏浚以及生態修復等措施改善了該河道流域水生態質量，完成了黑臭水體治理。本文重點介紹河道清淤相關技術，為黑臭水體治理工程提供可借鑒經驗。

關鍵詞：河道治理;清淤;絞吸

中圖分類號：X522 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2021）26-0080-06

Analysis on Urban River Regulation Technology in Low Altitude

Area Along the Yangtze River

XIA Bingbing

（Sinohydro Bureau 8 Co.， Ltd.， Changsha Hunan 410004）

Abstract： With the development of cities and the increase of population， urban water ecosystem is facing more and more pollution pressure， and the treatment of urban black and smelly water becomes increasingly important， which directly affects the water safety and the improvement of people's quality of life. Through the practice of Shili River in Jiujiang City， measures such as removing shallow dike， dredging and ecological restoration have been adopted to improve the water ecological quality of the river basin and eliminate the black and smelly water. This paper focuses on the technology of river silting， providing reference experience for black and smelly water treatment project.

Keywords： river management;desilting;cutter-suction

美國從20世紀六七十年代起對黑臭水體進行了大規模治理，主要依據為1972年出臺的《清潔水法》，對美國的黑臭水體治理起到了關鍵性作用。黑臭水體是城市化發展階段的“環境產物”。隨著城市化發展，居民對環境的期望值越來越高。我國于2015年正式下發了《城市黑臭水體治理工作指南》，在全國全面推進黑臭水體治理工作，其中江西省九江市十里河黑臭水體治理也列入了國家治理示范工程工作計劃。

九江地勢地貌較為復雜，呈“東西高，中部低，南部略高，向北傾斜”的趨勢，以江南丘陵為主，形成集丘陵、山地、濱湖平原以及沿江平原等于一體的多元化地形地貌綜合體。平均海拔32 m（市區海拔20 m）;九嶺山海拔1 794 m，為九江境內最高點;濂溪區姑塘鎮鄧橋村化纖廠碼頭蛤蟆石附近的鄱陽湖底，海拔-9.37 m，為九江境內最低處。十里河位于九江濂溪區境內十里城區，是八里湖的一條支流，發源于廬山北坡，由廬山濂溪水系和蓮花洞水系交匯而成。河流自南向北流經濂溪區、九江經濟技術開發區，在九江職業技術學院于濂溪河交匯后改道向西流入八里湖，全流域面積為47.12 km。十里河上游、天然流域外分布有小（一）水庫1座，為梅山水庫;?。ǘ┬退畮?座，為向陽水庫和紅燈水庫（又名蛇頭嶺水庫）;流域內有山塘1座，為殷家垅水庫。因排水管網不完善、截排措施不到位，十里河下游河道水質流動性不強。同時，隨著流域內的城市化發展，十里河水生態自修復能力逐年減弱，藻類繁殖茂盛，河道淤積擁塞嚴重，水體逐步惡化，黑臭急需治理[1]。

經過取樣分析，十里河河床底泥以黏土質粉砂為主。另外，對十里河設置采樣點進行底泥采集，經化學分析，十里河除入湖口外均為黑褐色淤泥且斷面分層不明顯，存在較重污染;計算有機指數后發現，部分斷面存在有機污染;十里河下游8個斷面的8種重金屬含量均未超過標準限值[2-3]，表明底泥重金屬污染風險較低，疏浚后底泥經脫水處理，重金屬含量滿足建設用地的要求。為確保十里河的長治久清，對該河道進行整治，整治長度為12.5 km。治理內容主要包括下游2.5 km生態清淤，西起八里湖入湖口，東至長虹西大道[4]。

1 采用水下地形測量技術

為了提高數據的準確性和現場實施的可操作性，河道底泥采用中海達HD-370型水下測深儀進行測量，主要流程為“測線布設→測深儀測試→測深儀安裝→單波束水深測量→測量資料整理→測量數據整理”。

2 運用環保底泥疏浚施工工藝

2.1 淤泥內垃圾清理

本工程主河道位于主城區，河道底沉積大量生活垃圾[5]。

在絞吸船進行淤泥絞吸前，采用帶有格耙的清障船在清淤面將淤泥內垃圾進行初步清理和過濾。在固化場角落設置一垃圾堆放處，清理出來的垃圾采用小船輸送到垃圾堆放處進行暫時性堆放。

絞吸船進行清淤作業過程中，每隔一段時間要對絞吸船鉸刀上的垃圾進行清理，使鉸刀露出水面，待人工將纏繞在鉸刀上的垃圾清理干凈后再繼續進行清淤作業。垃圾用小船輸送到固化場進行暫時性堆放。

在除渣池與沉淀池的連接處設置一個格柵機，對泥漿中的大型垃圾和漂浮物進行攔截，并采用人工方法將攔截下的垃圾收集到垃圾堆放處[6]。

每隔一段時間要對沉淀池內的小型絞吸船鉸刀上的垃圾進行清理，使鉸刀露出水面，人工將纏繞在鉸刀上的垃圾清理干凈后再繼續進行作業。攔截下的垃圾收集到垃圾堆放處。

在攪拌倉與均化池的連接處同樣設置一個格柵機，對泥漿內垃圾進行再次過濾和攔截，防止垃圾進入板框壓濾機內影響淤泥固化而對設備造成損害。采用人工方法將攔截下的垃圾收集到垃圾堆放處。

最后，統一將固化場垃圾堆放處的垃圾運送到附近的垃圾場。河底垃圾如圖1所示。

2.2 環保絞吸式挖泥船絞吸

十里河下游段（長虹西大道至八里河段）設計清淤總量約為8.0萬m3，平均清淤深度為0.65 m。另外，對于八里河口門處水下潛堤進行拆除，拆除黏土量共計約5.9 m。該段水深較深，河道較寬，主河道清淤主要采用環保疏浚的方式，用環保型絞吸式挖泥船清除淤泥。

2.2.1 絞刀定位。絞吸式挖泥船在清淤施工區內定位后，松放挖泥船船前斗橋絞車鋼纜，絞刀頭呈垂直扇形慢速下放入水，按設計開挖，再按照分層開挖厚度和深度數據，通過深度監控儀表操作對絞刀放設深度進行精確復位，并調整絞刀頭開挖傾角[7]。環保式絞吸挖泥船如圖2所示。

2.2.2 絞刀開挖。絞刀開挖即開始啟動絞車液壓馬達，絞刀頭低速旋轉，切削挖掘淤泥。

2.2.3 泥漿輸送及排棄。通過挖泥船上離心泵的作用吸取絞刀切削挖掘的淤泥，并提升、加壓，泥漿通過排泥管線全封閉輸送，泥漿在進泥口區域排棄入排泥場。

2.2.4 排泥場尾水排放。泥漿排棄入排泥場后，通過原排泥場內間隔布設的隔埂作用，泥漿呈S形流淌及鋪展，并自然地利用排泥場富裕庫容及水深進行泥漿離析。泥漿以較長的排水流徑和停留時間進行物理處理，泥質逐漸沉淀堆積，低濃度的尾水通過閘箱式退水口排放。

2.2.5 船體短線爬行、扇形橫挖、直線前進。挖泥船在工作時，定位樁打設在河底泥層中，實現對船體的中心定位，并通過兩個定位樁交替落樁，推動挖泥船位移，使船體在反作用力下短線爬行。挖泥船依靠挖泥船前端左右絞車收放錨纜，使船身以船尾定位樁為中心，船長為半徑，絞刀頭左右扇形移動，實現扇形橫挖法作業。工藝流程如圖3所示。

2.3 水力沖挖清淤

水力沖挖機組由高壓泵沖水系統、泥漿泵輸泥系統和配電系統3部分組成。施工原理是模擬自然界的水流沖刷現象，借水力作用完成土方工程的施工作業。水流由高壓泵產生壓力，經輸水軟管輸送，通過水槍噴射出一股密集的高壓、高速柱狀水泥，對要開挖的土體進行切割、粉碎，使之濕化、崩解，形成泥漿和泥塊的混合液，再由泥漿泵及其輸泥管輸送到吹填區進行沉積。水力沖挖清淤具有成本低、效益高、施工易于組織以及工程質量易于保證的特點。

2.3.1 施工程序。施工程序為“填筑圍堰→抽水→吸污泵吸淤泥至罐車運卸→人工清理渣土（含垃圾、石塊）→吊運至岸上臨時堆放點→渣土車外運至卸土點→河底清淤測量驗收合格→進入下一分段施工”。清淤船無法達到的地方采用水力沖挖機組清淤的方式進行疏挖，主要是通過高壓水槍沖削河道土層，稀釋成漿，通過泥漿泵吸取，并輸入板框壓濾車間進行處理[8]，或者采用水陸兩用反鏟挖機配合絞吸式挖泥船清除淤泥。人工水力沖挖如圖4所示。

2.3.2 施工方法。主要的施工方法包括圍堰、清淤抽排、清理以及圍堰拆除。

①圍堰。每一分段施工長度初擬為200 m左右。圍堰采用袋裝砂土疊筑，迎水面鋪編織布（彩條布）防滲并用袋裝砂土壓蓋。袋裝砂土疊筑時，須做到排列密實、整齊。圍堰頂寬為2.5 m，兩側邊坡為1∶3，圍堰高度應比正常高水位高出0.5～1.0 m。圍堰主體采取土方填筑。利用潛堤拆除所產生滿足需求的出土，無法滿足需要時外購黃土，用挖掘機配合推土機填筑圍堰。圍堰斷面示意圖如圖5所示。

②清淤抽排。根據現場施工情況，計劃配備6臺泥漿泵（BW-150型）進行人工清淤，同時配備50 kW、200 kW移動式柴油發電機各一臺，其中一臺備用。

③清理。圍堰內水抽干后，先用吸污泵將表層淤泥直接吸到罐車上，運至板框壓濾場地進行后續作業;下部渣土（含垃圾、石塊）采用人工清理，然后吊運至岸上臨時堆放點，利用渣土車外運至卸土點堆放;對于局部工作場地允許的地方，直接用反鏟挖掘機挖河底淤泥和渣土，渣土車裝運至卸土點。每一分段的河底清理后，須經業主和監理測量驗收合格后才可進入下一分段的施工。

④圍堰拆除。在工程結束后拆除圍堰。圍堰的拆除需根據施工進度進行，保證在整個工程完成前拆除完畢。采用挖掘機進行拆除，汽車裝運，先挖水上部分，留50 cm和水下部分一道挖運。

3 優化布置設備管網

3.1 設備進場

疏浚設備的調遣以便捷、安全為原則，將充分利用以往成功的調遣經驗，安全、迅速地完成該項調遣任務。在原河道兩側鋪設6 m寬臨時道路，用作設備吊運場地，施工完成后恢復原狀。

修建臨時碼頭時，主要采用水陸兩用挖掘機在十里河水木清華段河岸線邊，疏挖一條15 m×30 m的航道供疏浚船臨時?？亢徒M裝。

絞吸式挖泥船、接力泵船、排泥管線等小體型設備由大型運輸車經十里河南路進入施工現場，采用汽車吊直接將設備吊裝至平板車，再通過6 m寬臨時道路進場，通過臨時碼頭吊入河道內。

3.2 鋪設泥管

沿河道與抽吸式疏浚船配套設置的排泥管道，主要采用浮管，生產必要的岸管和潛管。在絞吸船尾部根據實際需要連接水上浮管，在浮管后連接水下潛水管，沿著河道和陸上管道延伸至填土圈區進入排泥堆積場內。

3.3 泥排水管道布局

沿著以流水管為主體的絞吸疏浚船，制造必要的岸管和潛水管。根據需要連接浮球的端部，浮置管后，水中的管道與水相連，沿著河流和陸地的管道延伸到泥土儲存區，進入泥土排放和儲存場。浮管連接如圖6所示。

3.4 管道鋪設方法

3.4.1 鋪設浮管。用絞吸式挖泥船后布設實際需要用途的浮管，浮管最長距離為2.5 km。用浮管新設的兩個小數泵長10套MPE管新設浮管形式浮管，PE管間連接用長1.5 m的橡皮管。挖掘泥船泥泵體輸出管和潛管有良好的活動空間，浮管鋪設回線近似流線型彎曲。由于管道受到水流、風浪及工程時沖力等的影響，管道之間必須夾緊。另外，嚴格控制管道的擺寬和線路的順暢度，每100 m向雙向投擲小錨定位，防止水流、風速引起管道大幅搖晃而影響工程生產。

3.4.2 潛管敷設。目前已經有對水下潛管的鋪設非常成熟的施工技術，施工前將預先選擇在較寬敞的河岸邊連接輸泥管線，每隔3根輸泥PE管配一節橡膠管柔性連接，并將管線一端采用定制鋼板和橡膠墊圈封堵，采用工作船拖帶入水、牽引半潛行。管線基本至預定方位后，連接兩端端點站。端點站配備水泵和壓縮氣泵（2 m/min的空壓機）及相應閘閥件，通過向潛管內注水、呼吸閥排氣實現管線下潛。浮管與潛管連接如圖7所示。

3.4.3 岸管敷設

岸管由PE管和不同角度的彎頭、橡膠管組成，并采用法蘭加橡膠墊圈、螺栓連接。岸管鋪設時采用人工挑抬連接施工，鋪設中盡量平坦順直，避免死彎。岸管及潛管各單元結構如圖8所示。

3.5 加強管道鋪設中對苗木、道路的保護

排泥管道在穿越苗木植被區域時，嚴禁系帶林木，為避免管線直接壓載破壞植被，在每個法蘭接頭處墊保護木板。輸泥管道在穿過道路、堤防設施時，盡量利用涵洞通過。必須穿越時，采取引坡道架設或破路下埋，保證正常交通，且在完工后及時進行修復。

4 系統配置機組及輸送淤泥

4.1 通過壓力管輸送泥漿

絞吸式渾泥采用3艘輸出在270 W以下的環境保護型絞吸式疏浚船，1臺渾泥能力為150 m/h，1臺渾泥能力為80 m/h。疏浚船在165 kW大口徑泥泵上裝備DN315管，向指定的泥沉積物灌入泥。當泥輸送距離超過單泵輸送距離時，增設繼電器泵船。3個管線現場可以滿足工程強度和時間要求。

在輸送管道的過程中，應盡量避免壓力管道破裂、接頭和管道漏水，一旦出現問題，需及時修理。水浮管和潛管都由專業廠家采購，保證質量。

浮管和潛管連接膠管密封，安裝時做接頭密封工作。正式出廠前要進行管道壓力測試，確認全面密封無漏，才能正式排出泥巴。

在設備生產停止前，先吸10 min以上的水，然后放流管道，以免發生堵塞現象。

4.2 抽吸式疏浚船的定位

4.2.1 向上下流拋錨。根據風向和水流決定拋錨的順序。先拋上風和上游錨。起錨時，將絞刀移到挖泥的邊線上，放下在泥中固定船體，好好把握起錨的位置，乘坐錨繩與當時船體前面的角度在45°的位置，但不要小于45°，待到達后立即拋錨。放下錨后，系好繩子，上下放下錨，把絞刀伸到泥面上。

4.2.2 橫置錨。根據左右的地形狀況，確定拋錨的順序。先投出上風、上游錨。起錨時，必須將絞刀移動到泥邊線上，向下放在泥中固定船體，好好把握起錨的位置。在約單側的錨線和當時船體前角45°的位置，但不小于45°，待到位即行拋錨。放下錨后，關上橫綱，等錨抓住后，把絞刀伸到泥面上。

4.3 河道青痣塊分區

采用全河道淤青同步進行環保式絞吸船淤青打水方式。絞吸船從下游①號區塊向上游⑤號區塊挖痣，水力沖挖痣從上游⑨號區塊向⑤號區塊同步進行。河道清淤平面圖如圖9所示。

5 板框壓濾脫水

5.1 流程

疏浚底泥脫水固化是泥通過除渣、沉淀等工藝，提高泥漿濃度，添加化學改性劑，改善淤泥的脫水性能，再通過板框壓濾機等機械手段脫水，使疏浚底泥最終形成泥餅并運至指定位置。

板框式壓濾脫水處理系統主要包括篩分除雜系統、絮凝濃縮系統、泥漿調理系統和壓濾成固系統4部分，能夠對污染底泥進行減量化和穩定化處理。篩分除雜系統的主要作用為去除泥漿中5 cm以上的生活垃圾、石塊等雜物，防止泥漿中的雜物對后續處理系統造成影響。由于輸送至淤泥處理場的泥漿含水率高（95%左右）、泥漿量大，如果這些泥漿全部進入后續處理系統，將會對系統造成巨大壓力，處理時間長，影響工程工期。絮凝濃縮系統通過添加絮凝藥劑進行沉淀，可排除泥漿中的大部分水，降低后續淤泥固結系統的處理負荷。泥漿調理系統經過絮凝濃縮的泥漿有機質含量高、脫水性能不佳，直接進行壓濾處理效率較低，所以在進入壓濾成固系統前需對泥漿進行調理，提高其脫水性能。泥漿調理主要是在泥漿中加入環保固化劑，一方面在淤泥中形成骨架材料，提高泥漿脫水性，另一方面固化劑與淤泥中的重金屬等污染物發生絡合作用，對淤泥中的污染物進行固結。壓濾成固系統即使調理后的泥漿經高壓泵入板框壓濾機，通過板框式壓濾機分離泥漿中的水分，分離后渣料的含水率不超過40%。板框壓濾固結工藝流程如圖10所示。

5.2 除渣

除渣池配備一套5 cm耙齒間隙的格柵機，疏浚泥漿通過管道輸送至岸上除渣池，經過重力分選，將大粒徑碎石、磚塊、泥塊等沉淀、漂浮雜物用格柵機進行攔截，防止泥漿中的雜物對后續處理系統造成影響。底泥除渣如圖11所示。

5.3 泥漿沉淀

疏浚泥漿經過除渣池的分選和除雜，通過渠道流入沉淀池儲存。經過一定時間的自然沉淀，沉淀后的清水通過自排流入清水池。沉淀池內配備300 m/h小型絞吸船1臺，其機動性強，能均勻控制泥漿濃度。

5.4 加藥系統和攪拌系統

通過計量鉸刀加入脫水藥劑，通過自身紊流完成調理調質。將脫水藥劑和泥漿在立式攪拌罐（Ф6.0×3.5 m）充分混合后送入均化池，在攪拌機與均化池的連接處同樣配備一套5 cm耙齒間隙的格柵機對漂浮雜物進行攔截，防止泥漿中的雜物對后續壓濾系統造成影響。

5.5 泥漿均化

混合后的泥漿送入均化池（32 m×4.5 m×3 m），通過采用機械攪拌和曝氣反吹的方式，對均化池泥漿進行調質均化，使脫水藥劑和泥漿充分混合，提高其脫水性能。

5.6 機械脫水

板框壓濾機脫水可分為4個步驟，分別為壓緊、進料及壓榨、反吹、卸料。

5.6.1 壓緊。板框壓濾機運行前要進行檢查，查看濾布有無打折或重疊現象，電源是否已正常連接。檢查后即可進行壓緊操作。先按“啟動”按鈕，使油泵開始工作;后按“壓緊”按鈕，使活塞推動壓濾板壓緊;最后當壓緊力到達調定高點壓力后，液壓系統自動跳停。

5.6.2 進料及壓榨。當壓濾機壓緊后，就可以開啟渣漿泵，并緩慢開啟進料閥門，使進料壓力逐漸升高至正常壓力。進料完成后，利用空氣壓縮機輸送壓力對泥漿進行壓榨，使尾水泄出。這時觀察壓濾機出液情況和濾板間的滲漏情況，過濾一段時間后，壓濾機出液孔出液量逐漸減少，說明濾室內濾渣正在逐漸充滿。當出液口不出液或只有很少量液體時，證明濾室內濾渣已經完全充滿形成濾餅。正常運行時，進料時間約為40 min，壓榨時間約為15 min。

5.6.3 反吹。壓榨完成后，打開反吹球閥，空氣壓縮機多余的空氣進入壓濾機中心進料孔，將中心進料孔未經壓榨的淤泥吹回至均化池，與其他泥漿混合后方便下次進料。

5.6.4 卸料。反吹完成后，按住操作面板上的“松開”按鈕，活塞桿帶動壓緊板退回。退至合適位置后，放開按住的“松開”按鈕，濾板松開卸下濾餅，同時清理粘在密封面處的濾渣，防止濾渣夾在密封面上影響密封性能而產生滲漏現象。以此為一個操作周期完成循環作業，卸下的泥餅履用帶式推土機推送至泥餅堆場，經檢測后轉運至棄渣場回填。

5.7 余水處理達標

板框壓濾出來的余水經過管道自流，與沉淀池的余水混合后通過溢流口流入尾水池，在余水處理池旁設污水一體化凈水系統。采用一體化凈水設備處理達標后，可作還河處理。板框壓濾脫水現場，如圖12所示。透明度治理前后對比如圖13所示，溶解氧治理前后對比如圖14所示，氨氮治理前后對比如圖15所示，氧化還原電位（Oxidation-Reduction Potential，OPR）治理前后對比如圖16所示。

6 結語

通過河道水質斷面取樣數據對比分析，河道治理效果明顯，解決了十里河黑臭問題，河道水質明顯提升達標。該施工工藝環保，社會效益顯著。通過采取“絞吸清淤+水力沖淤+板框壓濾脫水”組合成閉合的治理工藝，實現了十里河流域的長治久清目標和底泥的資源化利用。類似項目可借鑒使用，同時應進行充分勘測、取樣分析，視具體情況選擇合理工藝進行水生態治理。

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