疏浚工程發(fā)展簡(jiǎn)介
中國(guó)傳說(shuō)中的部落夏禹(大禹),據(jù)后人記載,約在公元前22世紀(jì)末從事治水,疏通入海河道。公元前5世紀(jì)中國(guó)開(kāi)挖的邗溝,是現(xiàn)代北京至杭州的大運(yùn)河的一段。公元前 6世紀(jì)埃及人開(kāi)挖了條溝通尼羅河和紅海的運(yùn)河。古代的疏浚方法是人在木船或竹筏上使用長(zhǎng)竿泥袋、長(zhǎng)柄斗勺等簡(jiǎn)單工具撈取水底泥沙。15世紀(jì)荷蘭人采用了攪動(dòng)泥沙的疏浚方法,把犁系于航行的船尾,耙松河底泥沙,使其懸浮于水中,利用水流將泥沙帶到深水處沉淀。16世紀(jì)荷蘭人又創(chuàng)造出一種“泥磨”,施工時(shí),用人力或畜力轉(zhuǎn)動(dòng)平底木船上的大鼓輪,通過(guò)循環(huán)鏈條帶動(dòng)木刮板,將水底泥沙刮起,經(jīng)溜泥槽卸入泥駁。17世紀(jì)初用銅制斗勺代替木刮板,成為現(xiàn)代鏈斗挖泥船的雛形。18世紀(jì)中國(guó)制造了名為清河龍的人力挖泥船,船上設(shè)有絞盤(pán)柱,柱下端圍以鐵齒,能插入泥沙中。作業(yè)時(shí),用人力轉(zhuǎn)動(dòng)絞盤(pán)柱,帶動(dòng)鐵齒挖泥。18世紀(jì)末出現(xiàn)了以蒸汽機(jī)為動(dòng)力的挖泥船以后,疏浚機(jī)具得到不斷改進(jìn)。受工業(yè)革命的影響,開(kāi)辟或維護(hù)大船航道,主要使用挖泥船來(lái)進(jìn)行疏浚了。
我國(guó)疏浚行業(yè)的發(fā)展已有數(shù)百年的歷史,在經(jīng)濟(jì)化浪潮以及國(guó)際貿(mào)易快速發(fā)展的推動(dòng)下,為適應(yīng)集裝箱及油輪運(yùn)輸大型化發(fā)展的需求,我國(guó)各地紛紛興建港口、拓寬并挖深沿海航道,以提高通航能力,疏浚行業(yè)得到了快速的發(fā)展。與此同時(shí),隨著港口、航道、農(nóng)田水利及沿海城市的發(fā)展,疏浚作業(yè)領(lǐng)域也得到了較大程度的延伸,從傳統(tǒng)的港口航道疏浚及維護(hù)、江河湖泊治理及水利設(shè)施興建,先后拓展至農(nóng)田水利與水庫(kù)建設(shè)及維護(hù)、建設(shè)、環(huán)境保護(hù)疏浚、吹填造陸等領(lǐng)域。
2009年疏浚行業(yè)總收入為109.33億歐元,較2000年增長(zhǎng)了超過(guò)3倍。相比之下,我國(guó)的疏浚工程行業(yè)增速更快,2000-2009年,我國(guó)疏浚行業(yè)整體收入增長(zhǎng)超過(guò)5倍,疏浚工程量也大大增加,以基建疏浚和維護(hù)疏浚為例,2009年全國(guó)基建疏浚量約為9.3億立方米,而維護(hù)疏浚則達(dá)到了7060萬(wàn)立方米。未來(lái),我國(guó)疏浚工程行業(yè)仍將保持快速發(fā)展,主要得益于以下幾個(gè)因素:港口建設(shè)投資保持增長(zhǎng);沿海城市規(guī)模擴(kuò)大催生填海造地仍將持續(xù);內(nèi)陸河流航道的維護(hù);各種水利工程設(shè)施建設(shè)投資加快;河流、湖泊等區(qū)域生態(tài)環(huán)境的改善需求增加。由此,疏浚行業(yè)發(fā)展增速快,前景看好。
然而,由于業(yè)務(wù)資質(zhì)、資金、技術(shù)裝備等原因,我國(guó)的疏浚工程企業(yè)的業(yè)務(wù)能力未能實(shí)現(xiàn)同步快速增長(zhǎng),行業(yè)需求存在一定的缺口。對(duì)于行業(yè)內(nèi)的企業(yè),只要抓住機(jī)會(huì),充分了解市場(chǎng)、合理把握投資機(jī)會(huì)、準(zhǔn)確出擊就一定能夠行業(yè)中崛起、壯大。[2]
疏浚工程規(guī)劃設(shè)計(jì)
拓寬和浚深航道和港口水域,應(yīng)該*行規(guī)劃設(shè)計(jì)。進(jìn)行疏浚工程會(huì)破壞原來(lái)的自然平衡。自然力總是趨向于恢復(fù)固有的平衡狀態(tài)。在內(nèi)河水流、河口和海岸的潮流、沿岸流、異重流、波浪等動(dòng)力作用下,泥沙不斷運(yùn)動(dòng)并在挖槽中沉積,造成回淤,導(dǎo)致疏浚的成果喪失或減少。所以在進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí),要了解和掌握挖泥區(qū)各種動(dòng)力因素與泥沙運(yùn)動(dòng)的關(guān)系,考慮減淤措施。航道疏浚設(shè)計(jì)包括挖槽定線,挖槽斷面尺寸的確定,挖泥船的選擇和棄土處理方法等。[3]
挖槽定線
選擇航行便利、安全和回淤率小的挖槽軸線必須考慮水流動(dòng)力條件和自然演變趨勢(shì)。如內(nèi)河淺灘,挖槽位置應(yīng)選在水流輸沙能力的區(qū)域,走向與枯水流向一致,交角不宜大于15°,使上游來(lái)沙順利通過(guò)以保持挖槽穩(wěn)定。潮汐河口挖槽,應(yīng)選在落潮主流深泓線上;在有多條叉道時(shí)則應(yīng)選取其中輸沙量較少、平面較穩(wěn)定、漲落潮流路較一致、落潮流占優(yōu)勢(shì)的主流線上,以利泥沙出海。海岸港口挖槽軸線方向的選定尤其要考慮水文、氣象和船舶操縱性能等因素,避免航道方向與強(qiáng)風(fēng)、大浪方向的夾角過(guò)大。如港址在沿岸漂沙嚴(yán)重地區(qū),須筑堤攔沙或用噴射泵從沿岸流上方吸取漂沙經(jīng)海底管線越過(guò)航道輸往下方。
挖槽斷面尺寸的確定
航道挖槽斷面尺寸既要滿足船舶安全行駛,又要避免尺寸過(guò)大導(dǎo)致疏浚量過(guò)多。航道挖槽寬度的確定應(yīng)根據(jù)船舶的類型和航行性能,風(fēng)、浪、流的漂移作用,航行密度所要求的單線或雙線,由于避免岸吸和船吸作用船與岸、兩船交會(huì)所需間距,以及助航設(shè)施等。通常單航線挖槽底寬取5~7倍船寬,雙航線取 8~10倍船寬。限制性航道或環(huán)境條件差的采用高值;彎曲段應(yīng)有附加的富裕寬度。挖槽深度的確定應(yīng)根據(jù)船舶滿載吃水再加上船的縱傾、橫搖、航速所引起的下坐和考慮底質(zhì)軟硬所需的最小的富裕水深。維護(hù)性疏浚尚須預(yù)留同兩次施工間斷時(shí)期的回淤厚度相適應(yīng)的備淤水深。挖槽形狀通常為對(duì)稱的梯形斷面,采用挖區(qū)土質(zhì)在水中和動(dòng)力條件下自行穩(wěn)定的邊坡。如果橫流或水流同挖槽軸線交角較大,可采用不對(duì)稱的橫斷面,即在來(lái)水來(lái)沙一側(cè)超深挖一、二條壟溝,用以截留泥沙并經(jīng)常清除淤積,既可免致挖槽橫向位移,又可減少挖淤和航行的相互干擾。
挖泥船的選擇
疏浚選用何種挖泥船,主要取決于疏浚物質(zhì)的性質(zhì)以及施工區(qū)氣象、水文、地理環(huán)境等條件。在風(fēng)浪大又無(wú)掩護(hù)的濱海和河口地區(qū),宜選用自航式耙吸挖泥船;結(jié)合吹填的常采用帶輸泥管線的絞吸挖泥船;水底為硬土的用鏟斗挖泥船;作業(yè)面小的情況下,例如在港口的碼頭前沿,宜用抓斗挖泥船。挖泥船作業(yè)時(shí),要避免妨礙運(yùn)輸船舶航行,注意安全操作和設(shè)施的齊備。在現(xiàn)場(chǎng)要標(biāo)定挖槽的準(zhǔn)確位置,布設(shè)水位訊號(hào)、挖泥和卸泥區(qū)標(biāo)志,經(jīng)常進(jìn)行水深測(cè)量,提高挖泥船運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間,研究改進(jìn)挖泥方法。
棄土處理方法
保證疏浚成效的重要環(huán)節(jié)之一是處理好棄土。務(wù)使挖出來(lái)的泥沙不能回至挖槽造成人為的回淤,也不允許影響鄰近航道、港口。棄土處理方法大致分為兩類,即水中拋卸和送泥上岸。水中拋卸在內(nèi)河施工中是用棄土填充丁壩、順壩等整治建筑物的堤心或拋卸于深潭;在河口和港灣的淺水區(qū)施工中多用棄土填筑人工島或造陸,這樣須先筑圍堤以防棄土流失;深水拋卸通常在外海進(jìn)行。送泥上岸要選擇好吹填地,主要要考慮岸坡的穩(wěn)定性、容泥量;河流邊上填泥造陸時(shí)不能影響河道的穩(wěn)定,大多先筑圍埝,高岸則采用泥泵管線吹填。棄土處理方式的選取既要根據(jù)疏浚工程整體要求因地制宜,又要作經(jīng)濟(jì)合理性比較。[4]
疏浚工程環(huán)境影響
不同疏浚階段對(duì)環(huán)境的影響分析
對(duì)于不同的疏浚項(xiàng)目,往往根據(jù)疏浚目的、泥沙特性、水文環(huán)境以及施工條件等各方面的因素而采用不同的施工工藝和設(shè)備,疏浚作業(yè)的過(guò)程也各不相同,通常來(lái)說(shuō),均包含水下泥沙挖掘、疏浚泥沙垂向提升、泥沙水平輸送和處置等主要環(huán)節(jié)或階段,不同階段的施工作業(yè)將對(duì)環(huán)境產(chǎn)生不同的影響。
1、水下泥沙挖掘
該步驟的主要目的是將待疏浚泥沙從原位置移除,采用挖斗、鏟斗、鉸刀、耙頭等工具進(jìn)行挖掘,在上述裝置的擠壓、切削作用下,床面泥沙凝聚力被破壞并發(fā)生移位,部分泥沙被疏浚設(shè)備輸送至其他地方待進(jìn)一步處理,部分泥沙散落在疏浚點(diǎn)附近,部分泥沙懸浮至水體中。在挖掘泥沙的過(guò)程中,對(duì)環(huán)境的影響包括:(1)增加懸浮泥沙濃度,在疏浚設(shè)備的旋轉(zhuǎn)切削作用下部分泥沙進(jìn)入懸浮狀態(tài),懸浮泥沙濃度取決于底泥基本特性、疏浚設(shè)備的類型、挖掘能量、垂向提升方法及其他施工參數(shù);(2)釋放污染物,懸浮在水體中的污染泥沙將通過(guò)解吸作用向水體中釋放污染物,釋放強(qiáng)度及速率受懸浮泥沙濃度、泥沙本底吸附值、水體物理化學(xué)環(huán)境、吸附動(dòng)力學(xué)特性;(3)疏浚殘留泥沙若含有污染物則將成為新的污染源。
2、疏浚泥沙垂向提升
疏浚過(guò)程的第二個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)是將挖取的泥沙提升至水面,可采用機(jī)械方法或水力方法,與采用的疏浚船舶相關(guān)。當(dāng)采用機(jī)械式挖泥船時(shí),疏浚泥沙被置于泥斗之中被提升至水面,而采用水力式挖泥船時(shí),通常采用吸泥管吸取疏浚泥沙,在離心泵作用下,泥水混合物被吸入吸泥管并通過(guò)排泥管線輸送至目的地。挖取的泥沙在提升過(guò)程中對(duì)環(huán)境的影響包括:(1)若采用開(kāi)敞式挖泥斗進(jìn)行機(jī)械輸送,提升過(guò)程中將不可避免與水體接觸,在水體的稀釋和沖刷作用下,水體懸浮泥沙濃度將增大,懸浮泥沙濃度受挖泥斗類型及容量、提升速度等因素影響;(2)而采用水力輸送時(shí),其主要影響因素為吸泥管的吸入能力,若吸入能力不足以輸送全部的挖掘泥沙,則將生成大量的疏浚殘留污染環(huán)境;(3)若采用耙吸式挖泥船或泥駁裝載泥水混合物時(shí),溢流將使得水體中的懸浮泥沙和污染物的濃度增加。
3、疏浚泥沙水平輸送
從床面挖取并提升至水面的泥沙需運(yùn)輸?shù)侥康牡剡M(jìn)行進(jìn)一步處置或處理,其水平輸送方式包括耙吸式挖泥船輸送、泥駁運(yùn)輸和水力管線輸送,一般而言,機(jī)械疏浚采用泥駁運(yùn)輸,水力式挖泥船采用管線輸送,耙吸式挖泥船可直接用船舶輸送。相比其他階段而言,疏浚泥沙的水平輸送對(duì)環(huán)境的影響較為微小,其主要風(fēng)險(xiǎn)來(lái)自于疏浚泥沙泄漏。
4、疏浚泥沙處置
疏浚泥沙被輸送至目的地后,根據(jù)疏浚目的、泥沙特性及可利用程度進(jìn)行進(jìn)一步處置,包括吹填陸域、岸灘養(yǎng)護(hù)、海上棄置、陸上棄置、隔離棄置等。疏浚泥沙處置是疏浚工程的最后階段,處置位置不同,其對(duì)環(huán)境的影響不同:(1)若采用水下處置,在水動(dòng)力作用下,細(xì)顆粒泥沙將不同程度的向四周擴(kuò)散和運(yùn)動(dòng);(2)若采用陸上處置,如吹填陸域、岸灘養(yǎng)護(hù),其主要污染主要來(lái)自于泥水分離過(guò)程中的余水排放和溢流;(3)此外,如若沒(méi)有采取相應(yīng)的保護(hù)措施,陸上處理疏浚泥沙也將可能對(duì)處置點(diǎn)附近地下水水質(zhì)帶來(lái)負(fù)面影響。
不同類型疏浚船舶對(duì)環(huán)境的影響分析
隨著疏浚市場(chǎng)的蓬勃發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的飛速進(jìn)步,為了滿足不同工程的施工要求,各船舶公司研制了不同類型的疏浚船舶投入使用,在工程中較為常見(jiàn)的挖泥船可分為機(jī)械式和水力式兩大類。機(jī)械式挖泥船主要運(yùn)用挖掘機(jī)具進(jìn)行水下挖掘,利用機(jī)具本身進(jìn)行垂向提升以達(dá)到疏浚目的,主要包括抓斗挖泥船、鏟斗挖泥船和鏈斗挖泥船等;水力式挖泥船則利用機(jī)械旋轉(zhuǎn)切割水下土層,將泥沙與水混合形成一定濃度的泥漿,通過(guò)輸泥管道輸送上岸,包括吸揚(yáng)式挖泥船、絞吸式挖泥船和耙吸式挖泥船等。[5]