河道底泥反铲式疏浚对水质影响的中试研究

Deng Qun1　Sun Yuanjun2　Lu Shiqiang2　Shao Yiping2　Wang Biao2　(1. Shanghai Dike Pump and Gate Facilities Management Office, Shanghai 200080; 2. Shanghai Academy of Environmental Sciences, Shanghai 200233)

摘要　通过反铲式河道底泥疏浚工艺的中试，研究该工艺对周边水域水质的影响。结果表明，在疏浚点上游100m至下游500m的范围内，反铲式疏浚会对水质产生一定影响，下游区域受影响程度高于上游区域；其中，浊度、氨氮和总氮受影响的范围最广，生化需氧量、总锌、浊度受影响的程度较高，生化需氧量和总磷受影响持续的时间最长，浊度、总氮和总锌受影响持续的时间最短。反铲式疏浚并不会改变周边水域的水质类别。关键词：河道疏浚　反铲式挖泥　中试　水质影响Abstract　A pilot test of backhoe-type sediment dredging was carried out in the river to study the influence of the dredging process on the surrounding water quality. It has shown that in the range along the river from 100m upstream to 500m downstream of the dredging point, backhoe dredging would cause a certain impact on water quality whilst being more affected in the downstream reach. The extents affected by turbidity, ammonia nitrogen and total nitrogen were wider, and the degrees affected by biochemical oxygen demand, total zinc and turbidity were higher. The durations influenced by biochemical oxygen demand and total phosphorus would keep longer, but that affected by turbidity, total nitrogen and total zinc would sustain shorter. Backhoe dredging would not alter the quality categories of surrounding waters.

Key words：River dredging　Backhoe dredging　Pilot test　Influence on water quality

疏浚是用人力或机械进行水下土石方开挖以疏通、扩宽或挖深河湖等水域的工程，一方面用来满足通航防洪的水利需求，同时也可以减少水环境污染，改善滨水空间，创造人文居住的多元共生环境[1-3]。在对河道进行疏浚时，机械式挖泥船一般采用绞吸式、抓斗式、链斗式、铲斗式、气动泵等方式从水下挖取和提升土料，结合河道情况、底泥性质和其它相关要求选择合适的施工工艺[4]。在疏浚实施过程中，机械扰动会导致底泥和污染物悬浮，并在水流的作用下无序扩散，影响周边水域的水环境质量

[5]

“苏州河（真北路-蕰藻浜）底泥疏浚工程”是四期综合整治工程的子项目之一，其工程范围在真北路桥至蕴藻浜断面之间，涉及长宁、普陀、闵行、青浦和嘉定5个辖区，疏浚长度22.15km，底泥的疏浚量为174.1万m3。工程拟采用液压反铲式工艺进行疏浚，铲斗式挖泥船具有受运距影响小、灵活机动的优点，并且挖掘硬质土能力强，但是开放式铲斗将底泥带出水面的过程，扰动和散落底泥会影响河

第一作者邓群，男，1965年生，1987年毕业于河海大学水港系，高级工程师。

。

2Shanghai Environmental Sciences河道底泥反铲式疏浚对水质影响的中试研究　孙远军

1.2　试验方法1.2.1　水质采样方法

在试验河段设置6个水质监测断面（见图2）。反铲式挖泥船启动作业0.5h后，在各个监测断面进行第1批次的水质采样，之后分别在疏浚结束后的第1、2、3h进行另外3个批次的水质采样。1.2.2　水质检测分析方法

浊度采用分光光度法（GB13200-91）进行检测，其余水质指标均按照《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）中指定的方法进行检测。

水的水质[6-7]。因此，在底泥疏浚的中试试验中，研究液压反铲式疏浚对周边区域水质的影响规律，为疏浚工程的实施提供技术支撑。

1　材料与方法

1.1　材料1.1.1　试验场地

选取疏浚中试位于中游河段靠近祁连山南路桥的点位，疏浚船靠近北岸作业，对河道水质进行采样监测的点位也布置在同一岸侧。共设置6个监测断面，其中2个位于疏浚施工区的上游50、100m处，其余分别位于施工区下游50、100、250、500m处（见图1）。1.1.2　河道水质背景值

试验开始前，先对该区域河道进行水质采样，检测河道水质背景值，除了总氮外，各指标均能满足地表水Ⅴ类水的要求（见表1）。1.1.3　仪器设备

原子荧光分光光度计AFS9700、原子荧光分光光度计AFS9700、电感耦合等离子发射光谱、UV-1700紫外可见分光光度计、高温箱式电阻炉、LC212型鼓风干燥箱、YXQ-LS-50A型立式压力蒸汽灭菌器、Orion model 250A酸碱度/电化电位计等。

0＃断面1＃断面2＃疏浚断面3＃断面4＃断面5＃断面图1　反铲式疏浚中试河道水质监测点位现场布置示意

表1　试验河段水质指标

指标名称溶解氧/（mg/L）

浊度pH 氨氮/（mg/L）总氮/（mg/L）化学需氧量/（mg/L）生化需氧量/（mg/L）高锰酸盐指数/（mg/L）

浓度6.8142.0NTU7.41.44.215.01.03.7

名称总磷/（mg/L）

铅铜锌/（mg/L）

汞砷/（mg/L）

硒镉/（mg/L）

下游浓度0.2NDND2.4×10ND1.3×10-3

ND2.0×10

-4-2

名称六价铬石油类/（mg/L）阴离子表面活性剂

硫化物氰化物挥发酚氟化物/（mg/L）粪大肠菌群/（个/L）

浓度ND0.2×10-1

NDNDNDND0.61.1×103

500m上游100m50m50m100m250m施工区流向断面0断面1断面2断面3断面4断面5图2　水环境监测断面布置示意

2652020年第39卷第6期Shanghai Environmental Sciences2　试验结果

2.1　反铲式疏浚影响河道水质的空间范围

反铲式挖泥船启动作业后，对6个监测断面进行同步采样，并对溶解氧、浊度、氨氮、总氮、总磷、生化需氧量、化学需氧量和总锌8个指标进行了监测，结果见图3，横坐标为断面与疏浚点的距离，疏浚点上游方向为负值。

7.57.0

浊度（NTU）-100

-50

50

100

250

500

DO/（mg/L）6.56.05.55.04.54.0

距离疏浚点距离/m

6.0氮营养盐/（mg/L）5.04.03.02.01.00.0

-100

-50

50氨氮；100总氮

250

500

总磷/（mg/L）由图3可知，下游断面溶解氧所受的影响高于上游，其中下游50m处断面溶解氧含量最低，减少了0.20mg/L，降幅2.9％。6个断面的浊度的增幅均在2.8%以上，其中下游50m处断面浊度所受影响最大，增幅达21.8%，可见反铲式疏浚会造成河道附近水域浊度的升高。

200

180160140120100806040200

-100

-50

50

100

250

500

距离疏浚点距离/m

0.250.200.150.100.050.00

-100

-50

50

100

250

500

距离疏浚点距离/m

距离疏浚点距离/m

1816141210820

-100

-50

50CODCr；100BOD5

250

500

0.0350.030总锌/（mg/L）0.0250.0200.0150.0100.0050.000

-100-5050100250500距离疏浚点距离/m

需氧量/（mg/L）距离疏浚点距离/m

图3　疏浚作业过程中各监测断面污染物的检测结果

在疏浚作业过程中，各断面氨氮和总氮含量均有所增加，两者增幅分别在2.1％和7.3％以上，其中下游50m断面处增幅最大，分别达6.4%和11.8%。底泥中的氮有氨氮、硝态氮、有机氮等多种形式，在还原性条件下氨氮的占比较大[8-9]，疏浚作业过程中氨氮和总氮的平均比值为31.8%，低于初始比值33.8%，由此可以推断疏浚会造成河水中氨氮以外形式氮的增

加。在疏浚进行的过程中，除上游100m断面外，其余5个断面总磷含量均有所增加，增幅在5.0％以上，其中疏浚点下游100、下游150m处的增幅高达15.0%。

疏浚对河水生化需氧量和化学需氧量的影响范围相对较小，集中在下游50～250m的区域，2种需氧量在下游50m断面处增幅最大，分别达到40%和13.3%。生化需氧量和化学需氧量的平均比值为7.5%，

266Shanghai Environmental Sciences河道底泥反铲式疏浚对水质影响的中试研究　孙远军

含量进一步下降，溶氧浓度最大降幅达14.7%，结束2h时DO的含量开始回升，基本上升至背景值差不多的水平，最后两轮溶解氧的含量相差不大。疏浚一旦结束，附近区域水体的浊度就开始下降，1h后疏浚区下游仍有断面浊度增幅超过20%，2h后断面浊度增幅均低于20%。因此，可以认为反铲式疏浚对浊度的影响基本在停止作业2h后结束（见图4）。

180170160150140130120110100

-100

-50疏浚进行中；结束3h

50

100结束1h；

250

500结束2h；

距离疏浚点距离/m

结束2h；

高于初始比值6.7%，由此可推断疏浚操作会引起河水中可生化有机物含量的增加。疏浚对河水重金属锌的影响范围主要集中在下游4个断面，总锌在下游50m断面处的增幅最大，达37.5%。2.2　反铲式疏浚影响河道水质的时间范围

疏浚操作结束后1、2、3h，又分别进行了3个批次的水质监测。在疏浚结束后1h时，各断面DO

8.0溶解氧/（mg/L）7.06.56.05.55.0

-100

-50疏浚进行中；结束3h

50

100结束1h；

250

500

距离疏浚点距离/m

7.5

1.8氨氮/（mg/L）1.61.51.41.31.2

-100

-50疏浚进行中；结束3h

0.400.350.300.250.200.150.100.050.00

-100

-50疏浚进行中；结束3h

2.01.81.61.41.21.00.80.60.40.20.0

-100

-50疏浚进行中；结束3h

50

100结束1h；

250

500结束2h；

距离疏浚点距离/m

50

100结束1h；

250

500结束2h；

距离疏浚点距离/m

50

100结束1h；

250

500结束2h；

距离疏浚点距离/m

总氮/（mg/L）1.7

浊度（NTU）5.0

4.84..44.24.03.83.63.43.23.0

-100

-50疏浚进行中；结束3h

24211815129630

-100

-50疏浚进行中；结束3h

0.040

50

100结束1h；

250

500结束2h；

距离疏浚点距离/m

50

100结束1h；

250

500结束2h；

距离疏浚点距离/m

CODCr/（mg/L）总锌/（mg/L）总磷/（mg/L）BOD5/（mg/L）0.0350.0300.0250.0200.0150.010

-100

-50疏浚进行中；结束3h

50

100结束1h；

250

500结束2h；

距离疏浚点距离/m

图4　疏浚不同阶段各监测断面污染物的检测结果

2672020年第39卷第6期疏浚结束1h后，各断面氨氮的含量继续上升， 2h后开始回落，下游3个断面氨氮含量降至背景值附近；结束3h后所有断面的氨氮含量均回落至初始水平。疏浚操作结束1h后，水体总氮含量开始回落，但仍高于背景值，2h后总氮含量继续回落至背景值附近。

疏浚结束1h后，下游所有断面的化学需氧量继续升高，增幅最大为4.0mg/L， 2h和3h后含量降低至背景值水平。疏浚结束1h后，下游3个断面的生化需氧量继续升高，增幅最大为0.6mg/L；2h后绝大多数断面含量开始回落，3h后进一步回落，但仍高于背景值。

疏浚结束1h后，部分断面的TP继续升高，增幅最大为0.04mg/L；结束2h后各断面含量继续升高，增幅最大为0.09mg/L；结束3h后开始回落，但仍高于背景值。疏浚操作一旦结束，所有断面总锌的含量开始持续降低，3h后总锌含量降低至背景值水平。2.3　反铲式疏浚对河道水质类别的影响

试验对6个监测断面开展了多轮水质监测，参照《地表水环境质量标准》（GB 3838-2002）对Ⅴ类水体考核指标要求，判断疏浚对苏州河临近水域水质类别的影响程度。

疏浚过程对苏州河的水温和pH无明显影响，虽然底泥中存在部分还原性物质，这些物质在疏浚过程会有所释放，但是对苏州河水体的溶解氧影响不大，中试过程中监测的所有溶解氧含量均在5.80mg/L以上。总氮的最大值为4.58mg/L，和初始值一样都超过了Ⅴ类水标准，重金属锌、铜、汞、六价铬、石油类、氟化物等其余20种指标的最大值均能满足地表水Ⅴ类水标准。

Shanghai Environmental Sciences影响的范围最广，其中下游受影响程度高于上游，溶解氧、总磷和总锌受到影响的范围略小，化学需氧量和生化需氧量受影响的范围最小。

3.2　生化需氧量、总锌、浊度受影响的程度较高，总氮、总磷、化学需氧量受影响的程度次之，氨氮受影响的程度再次之，溶解氧受影响的程度最小。3.3　反铲式疏浚对浊度、总氮和总锌影响持续的时间最短，疏浚操作一旦结束影响就开始减小；溶解氧、氨氮、化学需氧量的影响时间较长，在疏浚完成1h后还会进一步恶化；生化需氧量和总磷的影响时间最长，直到结束3h后影响才开始减弱。

3.4　反铲式疏浚会对周边区域河道水质带来一定影响，但是并不会改变水体的水质类别。

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3　结论

3.1　在疏浚进行的过程中，浊度、氨氮和总氮所受

责任编辑 张　弛（收到修改稿日期：2020-12-10）

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