河道疏浚技術在河道整治中的運用分析

1 引言

我國地域遼闊，南北跨度較廣，領土范圍內分布著許多走向不一的江河湖泊，這些湖泊的存在改善了區域景觀，為珍稀動植物的生存提供了空間和水源。 但受到氣候、地質等因素的制約，很多河流也出現了嚴重的泥沙淤積、河床抬高問題，給洪澇災害的發生埋下了伏筆。 為解決該種狀況，我國很多學者都加入了河道整治、河道疏浚的研究當中，其中，李長雨[1]系統論述了河道疏浚技術內涵、要點，對比介紹了挖泥船疏浚、挖掘機疏浚方式的異同點，給出了底泥固化、淤泥焚燒等幾種不同的河道淤泥處理方式。艾翠蘭[2]歸納了疏浚工程常見的難點問題，重點論述了資源化淤泥處理方式優越性。 梁作達[3]則以疏浚施工為背景， 闡述了施工進度控制、 安全控制的內容要點，為河道疏浚理論的充實、完善提供了助力。 本文吸取已有成果優點，結合甘肅省洮河支流某段河道整治案例進行闡述，從實踐角度出發梳理河道淤積量計算方式、開挖量計算方式，結合案例工程實際情況分析了挖掘機疏浚方案、 挖泥船疏浚方案的異同點及優劣，最后引入創新淤泥制磚技術、淤泥田土改造技術，具有較高的借鑒意義。

2 案例工程概況

為直觀說明河道疏浚技術應用要點， 本文引入甘肅省洮河某支流河段疏浚工程案例， 目標疏浚河段全長8.20 km，疏浚總長為2.13 km。 本次疏浚作業難點主要集中在以下兩個方面：（1）河岸坍塌。 河流部分節段的河道較為狹窄，河水變道轉彎且坡降較大，兩側的土壤抗沖擊性能較差，水流狀態也經常呈現出不穩定狀態，在河流凹岸部分可見多處崩岸，凸岸部分則多見淤積，再加上案例河流區域多處分布有粉質壤土，因此抗沖刷性能較差，水土流失愈發嚴峻。 （2）河床抬高。 由于河道蜿蜒曲折， 水泥混合物很容易在離心力作用下形成橫向環流，底層結構含泥沙量較大，在凸岸部分產生淤積，長此以往造成了河床的抬高，一旦發生洪澇災害將給周邊農田村莊帶來嚴重危害。 這種情況的發生與人為因素同樣有極大關聯，由于整治區域內部人流分布較為密集，且河流保護意識較差，因此生活垃圾排放問題時有發生， 部分河段甚至出現搭棚、 開荒等情況，進一步縮窄了河道行洪斷面，給河道安全帶來較大威脅。

3 河道疏浚技術應用要點

3.1 河道淤積量計算

河道淤積量是疏浚技術應用環節極為重要的原始依據，主要用于衡量河道現有過水能力， 輔助評估河道水土流失情況等，其計算方式較為簡單，以河床深度除以設計河深算出比值即可。 以設計斷面為基準進行判斷，當河道深度降至標準值的70%以下時，就說明河道存在淤積情況，需要開展疏浚整治。 造成河道淤積的原因較為多樣，既有自然沉積也有人為因素的影響，淤積量過大會導致河床抬高，還會帶來槽蓄減小等問題，因此日常管理中必須要加強維護。 案例河段中部分區域為天然河道，也有部分為人工開挖河道，二者的淤積量計算方式是存在一定差異的。 其中自然形成部分的計算較為復雜，可以采用人工淤積探測方式，也可以使用河道規劃斷面、實測斷面擬合推斷方式。 人工開挖部分的計算方式相對明確一些，即：

式中，W 為河道淤積量；Sj為開挖時河道的大斷面面積；Si為實測河道大斷面面積；Li為該斷面的河道控制長度。

3.2 河道開挖量確定

開挖量對于疏浚施工來說有著較為直接的指導意義，計算方式與淤積量計算方法類似， 具體來講應當用規劃斷面尺寸減去現狀斷面尺寸，算出差值后乘以河道控制長度，多個節段的乘積相加即為總開挖量。 在人工開挖河道中，開挖量直接取淤積量即可，但對于自然河道來說，則要適當提高開挖土方量， 以確保疏浚效果的優化。 本次采用絞吸式挖泥船開挖方案，施工環節需要嚴格控制開挖總量，最大允許超寬值、超深值不能超過表1 所述標準。

表1 開挖河道最大允許超寬值及超深值

3.3 河道規劃斷面測量

除河道淤積量、開挖量外，疏浚施工過程中還需要關注河道規劃斷面問題，結合圩區級別、河道級別等確定堤頂高程、河底高程，同時根據土質調查結果確定邊坡系數。 對于黏土分布區域來說，邊坡系數控制在1∶1.5 較為適宜，壤土地區控制在1∶2 即可，本工程處于含粉砂土區域，因此邊坡控制系數定為1∶2.5。實踐操作時需要首先測量河床斷面，以設計斷面為基準進行對比分析，計算出相應的開挖土方量和深度系數，準確把控河道橫斷面情況，并根據測量結果精準放樣，設置定點號樁。 冬春季節工程竣工后，也要進行系統的水深測量，借助水尺、測深桿，或者回聲測深儀等對河流深度進行測量，為減少測量誤差帶來的評估錯誤，通常要求疏浚施工中前、中、后測量方式相同。

3.4 河道疏浚方案制訂

從前述分析中可以看出，案例工程疏浚河段長度較長，淤泥沉積較深，且周邊環境較為復雜，現場調查后共形成了3 種不同方案。 A 方案將開挖便道布置在河道中，從上游到下游分割出幾個不同區域，開挖時淤泥逐漸轉移到便道側面，結束后渣土車進場統一清理。 這種方案利用原河道導流，能夠解決岸邊構筑物密布的問題，施工效率較高，但機械下河環節需要外借土石方，整體成本較高。 B 方案將便道布置在河岸邊，同樣采取分區開挖的方式，能夠較好地解決機械下河難題，省略了外界土石方的步驟，但對岸邊環境要求較高。 且河流周邊環境本身較為復雜，如果采用排干清淤方式，必將帶來導流難度增大的問題，因此初步分析后確定了帶水清淤的大方向。 C 方案制訂時，主要考慮了斗輪式挖泥船、氣力泵等4 種機械設備，其優缺點對比可見表2。 其中傳統絞吸式挖泥船采用普通刀頭，在電機作用下對底泥進行切割、攪動，混合成泥漿后經由離心泵泵出，雖然效率高且深度易控制，但可能造成水體擾動問題。 本次工程使用環保刀頭，可以在切割清淤的同時降低水體攪渾風險，保障水體穩定性。

表2 河道清淤工程疏浚設備對比

3.5 河道疏浚施工方法

運用環保型絞吸式挖泥船設備疏浚河道時， 要提前進行疏浚前測量， 適當清除河道內的垃圾和水草， 借用挖泥船開挖，并經由設備管道實現淤泥輸送，轉運場設置水泥分離機、固態淤泥及雜質由自卸汽車運輸到指定地點， 液態水體則進入沉砂池，最后排入河道。 駕駛絞吸式挖泥船時，要深入了解船舶設備特性，知曉各種設備的參數、絞刀直徑、主機轉數、負荷等，運行過程中也要時刻緊盯儀表，根據實際情況調節各項控制參數。 左右的橫移纜、錨頭纜等要收放得當，防止收放過多造成絞刀纏繞，橫移錨后，也要及時下放橋梁施加拉力，無特殊要求時，控制在額定壓力的1/3~2/3 即可，第一刀橫移速度要適當放慢，避免出現走錨現象。 若疏浚區域的泥層厚度較大，施工環節還應當采用分層作業方案，厚度要根據土質、絞刀性能等確定，一般控制在絞刀直徑的0.5~2.5 倍為佳，土質較為堅硬的區域可適當縮小取值。

4 河道疏浚淤泥處理技術

4.1 淤泥制磚技術

近年來，我國生態文明建設初見成效，各行業領域紛紛加入了碳減排、碳達峰的戰略行動之中，磚瓦行業作為舊有產業結構中能耗大戶，同樣為節能減排做出了重大貢獻。 據2022年數據顯示，我國磚瓦行業碳總排放量僅有1 934 萬t，在建材行業總排放量中僅占1.31%左右。 本次工程積極響應綠色經濟號召，進行了疏浚淤泥的回收再利用工作，工序流程可見圖1。淤泥挖出堆放至指定地點后，經過進料、加工、制磚坯、晾曬等工序最終成為成品磚， 摻入河泥量達到90%， 另外摻入干粉2%，煤渣8%，在正常氣溫下僅需3~4 d 即可完成晾曬，制成的磚體經過檢驗完全符合使用銷售標準， 帶來的經濟收益也十分可觀。

圖1 河道疏浚淤泥制磚技術操作流程

4.2 淤泥改良田土技術

對于雜質含量較少、富營養化嚴重的區域，還可以將疏浚出的淤泥材料用于改良土壤，泥漿從管泵中流出并經過稀釋、過濾，排放到附近農田之中，厚度控制在10~12 cm，整體低于田埂高度，可以較好地緩和甘肅地區土壤貧瘠、缺水的困境。也可以在翻耕作業后進行淤泥覆蓋， 施工環節應當指定專人負責監管，根據施工速度、實際情況等移動管束，確保田面平整性。 無特殊要求時，隔20~80 m 移動一次管束即可，為避免淤泥中的不可降解雜質進入農田， 造成農田土壤及用水的污染，還可以在泥漿出口位置設置濾網，減少大體積雜質的殘留問題。泥漿上田后不可立即種植作物，而是要空出10 d 左右的沉降時間，以確保改良效果的提升。 本工程選擇了3 000 m2的試驗田以及830 m2的對照田進行試驗， 在試驗期內施加同等種類、重量的肥料，結果發現試驗田玉米秧苗分蘗較快，抗倒伏能力也有所上升，最終產量比對照田增加200 kg/hm2，改良效果極佳。

5 結語