不同类型挖泥船疏浚悬浮物影响的对比分析

曾建军

不同类型挖泥船疏浚悬浮物影响的对比分析

曾建军

广东三海环保科技有限公司

对疏浚作业常用的绞吸式、耙吸式、抓斗式三种不同类型挖泥船施工环境影响因素及其悬浮物污染源强进行综合比较分析，结果表明，在同等疏浚效率下，三种不同挖泥船对环境的影响及其产生悬浮物强度大小为：抓斗式＞耙吸式＞绞吸式，建议在使用疏浚船舶时优先选择悬浮物发生量较小的绞吸式挖泥船。

挖泥船 疏浚 悬浮物

当前，在水域疏浚施工中一般多采用绞吸式挖泥船、耙吸式挖泥船和抓斗式挖泥船进行。挖泥船在疏浚施工过程中不可避免会产生悬浮物污染，对水质环境、生态系统产生一定影响，国内外学者对此问题开展了深入研究，但是针对不同挖泥船疏浚产生的悬浮物源强及其环境影响仍缺乏全面系统的比较分析，为此，本文通过选取常用的挖泥船作为研究对象，对其悬浮物污染开展综合分析，可为疏浚工程环境影响分析评价、挖泥船的合理选型等提供理论依据。

1 不同类型挖泥船疏浚对环境的影响分析

1.1 绞吸式挖泥船疏浚及吹填的影响因素

绞吸式挖泥船的作业方式是船上装有强有力的离心泵，船艏装有一个绞刀架，挖泥时将绞刀架放下，头部的绞刀伸放到挖泥区的底部，旋转绞刀把海泥绞烂，在绞刀口下方利用强有力的离心泵吸口把泥浆通过吸泥管吸上来，通过与排泥管连接，把泥浆泵到填海区进行吹填。此种施工方式可达到挖泥、输泥、卸泥自身连续完成，比较适用于挖泥区附近有吹填区的疏浚作业。

绞吸式挖泥船疏浚作业的环境影响因素包括：绞吸时扰动底泥和吸泥过程产生的悬浮泥沙、绞吸作业扰动底泥导致底栖生物死亡、悬浮泥沙影响水质进而对海洋生物造成损害。

1.2 耙吸式挖泥船疏浚及抛泥的影响因素

耙吸式挖泥船是一种边走边挖，且挖泥、装泥和卸泥等全部工作都由自身来完成的挖泥船，主要设备由泥耙、泥泵、闸阀、管道系统和泥舱组成。耙吸式挖泥船进行疏浚作业时，挖泥船两侧配备的吸泥耙头放置在疏浚的港池、航道上，船往前开，耙头把泥耙起来。吸泥耙头上的吸泥管与泵机连接，靠真空压力将泥吸进泥舱；泥舱两侧设有溢流门，当泥浆进入泥舱时，颗粒较粗的物质沉入舱底，泥浆量超过溢流门底部后，稀泥浆从溢流门溢出，当吸入的泥浆浓度与溢流口溢出浓度基本相同时，船舱装载的仪器指示泥舱已经达到满载。所挖土方采用自带泥舱自航至抛泥区。

耙吸式挖泥船疏浚作业的环境影响因素包括：耙头扰动底泥和吸泥过程产生的悬浮泥沙、耙吸船泥舱溢流产生的悬浮泥沙、耙吸作业扰动底泥导致底栖生物死亡、悬浮泥沙影响水质进而对海洋生物造成损害。

1.3 抓斗式挖泥船疏浚的影响因素

抓斗式挖泥船利用旋转式挖泥机的吊杆及钢索来悬挂泥斗，在抓斗本身重量的作用下，放入海底抓取泥土。然后开动斗索绞车，吊斗索即通过吊杆顶端的滑轮，将抓斗关闭、升起，再转动挖泥机到泥驳将泥卸掉。挖泥机又转回挖掘地点，进行挖泥，如此循环作业。

抓斗式挖泥船疏浚作业的环境影响因素包括：在疏浚过程中，由于挖泥船抓斗的机械搅动作用，使得海底淤泥再悬浮；抓斗在提升过程中会泄漏少量淤泥，造成水体悬浮物含量升高，水质下降；挖泥船抓斗的搅动和挖走底泥，破坏了底栖生物赖以生存的底质环境，使底栖生物受到开挖和掩埋而死亡；浮游生物被驱散，浮游动、植物的生长受到一定影响。

2 挖泥船疏浚悬浮物源强对比分析

污染源源强分析估算的常用方法有类比法、物料衡算法、经验公式法和资料复用法等。在疏浚施工过程中，疏浚作业悬浮物源强可按下式计算[1]：

式中：——疏浚作业悬浮物源强（t/h）；——发生系数0时的悬浮物粒径累计百分比（%）；0——现场流速悬浮物临界粒子累计百分比（%），/0即悬浮物发生率，指进入水体中的悬浮物占挖泥量的百分比；0——悬浮物发生系数（t/m3）；——挖泥船疏浚效率（m3/h）。0即悬浮物再悬浮率，因此上式可简化为：

式中，为悬浮物源强（kg/s），为挖泥船疏浚效率（m3/h），为泥沙再悬浮率（kg/m3）。

由此可见，疏浚悬浮物产生量的大小与所使用的挖泥船疏浚效率及其所对应的泥沙再悬浮率有关，挖泥船的疏浚效率是一定的，而不同挖泥船产生的泥沙再悬浮率则是反映疏浚悬浮物环境影响及源强大小的重要参数。通过综合比较分析相关文献资料及调查试验结果，针对绞吸式挖泥船、耙吸式挖泥船和抓斗式挖泥船，分别分析其疏浚悬浮物源强，并通过其泥沙再悬浮率的比较，探讨对环境影响的差异。

2.1 绞吸式挖泥船源强

当水域疏浚产生的疏浚泥用于填海区吹填时，常采用绞吸式挖泥船进行疏浚。参考1991年交通部天津水运工程科学研究所对天津港绞吸式挖泥船作业源强进行的现场试验结果，1600m3/h绞吸式挖泥船作业时的悬浮泥沙源强为2.25kg/s。根据Mott MacDonald 1990年的疏浚泥沙再悬浮系数试验数据，绞吸式挖泥船泥沙再悬浮率为3～5kg/m3[2]，环境影响评价中泥沙再悬浮率一般取最大值5kg/m3，则疏浚效率为1600m3/h的绞吸式挖泥船作业将产生8000kg/h的悬浮泥沙，换算源强为2.22 kg/s，与天津港的现场试验结果接近。

2.2 耙吸式挖泥船源强

耙吸式挖泥船多用于航道疏浚，目前常用船型为疏浚效率为4500m3/h的耙吸式挖泥船，耙吸式挖泥船疏浚悬浮物污染源强主要来自挖泥时的泥沙再悬浮以及泥舱溢流排放的悬沙。根据Mott MacDonald 1990年进行的疏浚泥沙再悬浮系数试验数据，在淤泥沙质海床进行耙吸式挖泥，泥沙再悬浮率约为15kg/m3[2]。长江口的实验结果表明，耙吸式挖泥船泥舱溢流浓度为1.5kg/m3，流量5650m3/h。据此估算，4500m3/h耙吸式挖泥船挖泥时产生的悬浮泥沙为67500kg/h，泥舱溢流的悬浮泥沙为8475 kg/h，每艘疏浚效率为4500m3/h耙吸式挖泥船施工悬浮泥沙源强约为75975kg/h（21.11kg/s）。

2.3 抓斗式挖泥船源强

8m3抓斗式挖泥船是水域疏浚的常用设备，根据Mott MacDonald 1990年对抓斗式挖泥船挖泥产生泥沙再悬浮系数的调研资料和试验结果，抓斗式挖泥船施工悬浮泥沙的再悬浮率为11～20kg/m3[2]。挖泥过程中悬浮物的产生近似为连续点源，产生总量与单位时间挖泥量有关。

3 结论与建议

绞吸式挖泥船主要通过绞刀和吸泥泵完成疏浚作业，其产生的疏浚泥沙再悬浮率为3~5kg/m3；耙吸式挖泥船疏浚悬浮物来源于挖泥悬浮和泥舱溢流两部分，其泥沙再悬浮率约为15kg/m3；抓斗式挖泥船依靠抓斗机械挖掘，其产生的疏浚泥沙再悬浮率为11～20kg/m3。比较三种常用挖泥船可见，绞吸式挖泥船疏浚产生的泥沙再悬浮率最小，在同等疏浚效率下，疏浚悬浮物源强及环境影响大小为：抓斗式挖泥船＞耙吸式挖泥船＞绞吸式挖泥船。绞吸式和耙吸式属于水力式疏浚，其所造成的环境影响要小于抓斗的机械式疏浚，这是因为水力式疏浚对沉积物的扰动较小，并且新形成的沉积物表面具有较高的压实性，不利于悬浮物的扩散[3,4]。

为最大限度减少疏浚施工悬浮物的影响，建议优先选用疏浚悬浮物发生量小的绞吸式挖泥船，此外，还可采用密闭型抓斗、环保型铰刀[5]、无溢流耙吸疏浚[6]等新技术。

[1] 中华人民共和国交通运输部. 港口建设项目环境影响评价规范: JTS105-1-2011[S]. 2011.

[2] Mott MacDonald. Contaminated spoil management study，final report， Volume 1，for EPD. 1991.

[3] 陈超,钟继承,范成新,等.湖泊疏浚方式对内源释放影响的模拟研究[J].环境科学,2013,34（10）：3872-3878.

[4] 宋向群,乔菲菲,王文渊,等.考虑浮游生物量损失的疏浚船舶选型方法研究[J].水道港口,2016,37（2）：198-202.

[5] 杨永森.湿地公园底泥污染及生态疏浚研究[J].环境保护与循环经济,2015,（3）：44-47.

[6] 天津港(集团)有限公司.水深维护无溢流耙吸疏浚新技术应用[J].交通节能与环保,2015,11（6）：8-12.