美国Hudson河环保疏浚工程措施探讨

王朋 夏波 张建球 周云亮

摘要：文章总结归纳了Hudson河环保疏浚工程的整治要求、工程控制标准、疏浚施工方法、监测与采样情况及再悬浮泥沙控制措施，为类似的河流治理工程的规划、设计和实施提供技术经验和决策参考。

关键词：污染泥沙;PCBs;环保疏浚;原位覆盖;环境监测

0 引言

Hudson河长约500km，位于美国纽约州东部，自纽约州上州的阿迪朗达克山脉由北向南流入纽约市和泽西市之间的上纽约湾，最终在纽约港排入大西洋[1]。1977年以前，位于上纽约州的通用电气公司（GE）的两个电容厂被允许合法使用和排放多氯联苯（PCBs），该物质被世界卫生组织列为一类致癌物，具有较大的毒性，容易在生物体脂肪中大量富集，排入水体之后，容易富集在河床底泥中，在一定强度的水流冲刷下可带到下游，成为Hudson河最主要的污染源。

自1977年开始，GE与政府管理机构合作启动了Hudson河的环境治理计划，针对PCBs的特性及其环境效应、污染治理方法等开展了大量的研究。1983年，Hudson河流治理确定为国家专项，美国环境保护署（EPA）成为Hudson河环境条件评价和治理的主导机构。自1984年环保疏浚方案被否决到1989年开始重新论证，再到2002年形成最终的决议，环保疏浚方法最终作为Hudson河污染泥沙治理的主要方法开始实施，经过7年的设计、论证和配套工程建设，2009年正式开始采用环保疏浚方法开展污染底泥治理。2010年一期工程完工时，专家评审认为该工程没有达到EPA的标准，GE团队进一步细化了设计方案并于2011年开始实施二期工程，至2015年，完成疏浚施工目标，2016年在原疏浚施工水域进行水生植物重建。整个研究和治理过程历时近40年，总计清除了276万yd3污染泥沙，去除14.06万kgPCBs，回填257万t干净材料，种植植物140万株，播种18.4亩，处理污水8.02亿km3[1]。

本文将从Hudson河污染泥沙治理项目的治理目标、控制标准、工程方法、控制措施等方面进行总结和评述，为类似的河流治理工程的规划、设计和实施提供技术经验和决策参考。

1 工程标准与要求

1.1 治理目标

Hudson河治理的目标包括以下方面[2]：（1）通过减少鱼类中PCBs的含量，降低人类捕食Hudson河鱼类的患癌风险和非癌类健康危害;（2）通过减少鱼类中PCBs的含量，降低与鱼类相关的生态受体的风险;（3）通过减少河道底泥中的PCBs含量，降低河流上覆水的PCBs含量使其达到相关的要求;（4）减少用于生物利用或可能用于生物利用的底泥中PCBs的含量;（5）尽量减少河流中PCBs向下游的长期输送。

1.2 疏浚工程执行标准

为了规范疏浚工程，将对日常生产生活的影响降到最低，经过长期的研究和论证，设计方和环保部门共同制定了工程的执行标准，包括泥沙再悬浮控制标准、疏浚残留控制标准、生产效率控制标准[1-3]。

泥沙再悬浮控制标准包括悬浮泥沙浓度建议标准、Tri+PCB浓度控制标准和总PCB浓度控制标准，对采样点的位置、控制值、计算方法、认定超标准则及后续响应方法进行了严格的规定。

疏浚残留物控制标准要求对疏浚完成后的床面高程进行测量并针对床面泥沙进行采样，分析表层泥沙PCBs浓度特征及分布，以此为依据决定是否需要采取相应的施工措施，包括再次疏浚、采取回填措施、设置工程覆盖层等。

生产力标准则规定工程每年施工季需要清除、处理和运离现场的泥沙总量的年度最低量和目标累积量，以便整个项目可以在规定的时间内完成。

1.3 环境质量标准

环境质量标准规定了项目对人类健康和生活影响的控制标准，包括水质量控制标准、空气质量控制标准、气味污染控制标准、噪声污染控制标准、光源污染控制标准、通航标准等。

2 工程措施

2.1 疏浚工程

疏浚工程的重点是清除污染泥沙及水下障碍物，同时包括近岸植被修复、疏浚物运输、回填工程及岸线稳定工程。

2.1.1 确定疏浚区域

如图1所示，根据泥沙的污染程度和所处的位置，治理范围划分为3段[1]，并基于单位面积PCBs总量和表层（表面约30cm）泥沙PCBs浓度制定了不同的疏浚标准。如须对第1河段中单位面积PCBs总量≥3g/m2、表层泥沙PCBs浓度≥10mg/kg的区域进行疏浚;对第2河段和第3河段中单位面积PCBs总量≥10g/m2、表层泥沙PCBs浓度≥30mg/kg的区域进行疏浚。疏浚边界和厚度采用插值方法和地球物理统计方法进行确定，综合考虑开挖坡度稳定性、施工误差、建筑物的影响等因素，对疏浚边界和疏浚厚度进行相应的调整，确定了最终的疏浚区域和挖槽。为了方便管理，将大约2.02km3的疏浚区域划分为100个约0.02km3的区域，建立疏浚单元，疏浚施工、监测、回填、覆盖、栖息地修复、评价均在相应的单元中独立开展，在第1河段设置了60个疏浚单元，第2河段设置了18个，第3河段设置了22个。

2.1.2 疏浚设备的配置

采用机械式挖泥船进行施工，挖泥设备装载在驳船平台上，既可实现水下挖掘，也可兼顾回填和原位覆盖工程，且挖泥斗在关闭时被完全封闭，以最大程度减少从河底升起运输至泥沙驳船的过程中疏浚物流失的情况。所有挖泥船均配有铲斗定位系统，以使操作员能够准确地水平和垂直控制挖泥船的操作。根据不同水深情况分别采用常规泥驳、大型泥驳和浅水泥驳输送疏浚底泥，除此之外，还配备了回填材料运输船、回填覆盖施工船舶、植物修剪船舶、拖船等施工船舶，设备的数量和類型根据自然条件灵活配置。

2.1.3 疏浚底泥的运输

污染底泥从水中清除后通过泥驳运输到泥沙处理厂。泥驳最大宽度为12.8m，与运输路线上的船闸相适应。一般采用最大容量约为573.4m3的标准尺寸的泥驳，在极浅或狭窄的区域则使用容量约为130.8m3的浅水泥驳，将疏浚泥沙中转到较大的泥驳中并运送至泥沙处理厂。

2.1.4 特殊区域的疏浚处理

60号疏浚单元接近ThompsonIsland大坝北侧（如图2所示），分别包括位于西岸和东岸的两个子单元。由于靠近大坝，水流条件复杂，施工难度较大，为了确保安全，采取在陆地上开展疏挖的方式，在大坝东岸的江心洲上建设和布置施工道路、物资暂存区、转运站和过渡区，采用回填材料建造自入场道路向疏浚区域延伸的突堤，疏浚和回填工作均由布置在突堤上的长臂挖掘机来实现，通过卡车将疏浚泥沙转移到转运站，再装卸至驳船上运往泥沙处理厂。

61～66号疏浚单元[4，5]位于ThompsonIsland大坝和FortMiller大坝封闭的水域（如图2所示），船只无法进入，疏浚工程中在江心洲上建设了一个中转区域将疏浚泥沙运送至停泊在江心洲另一侧人工渠道的泥驳上实现疏浚底泥运输，并建设了装卸区域，实现材料、机械的运输。

2.1.5 回填及工程隔离层施工

在疏浚单元中完成疏浚后，若表层15.24cm泥沙平均PCBs浓度>1mg/kg，则在疏浚完成后马上回填清洁材料，包括以下方式：（1）无其他特殊要求，挖泥完成后，在河底放置30cm的回填材料;（2）在指定用于水生植被种植或自然再生或滨河湿地建造的区域，回填材料高程须达到适合植被种植和生长的高度;（3）近岸区域的回填需要达到疏浚前的水深和高程情况。

若经过多次疏浚后，表层15.24cm泥沙平均PCBs浓度仍然>1mg/kg，则在疏浚完成后需要设置工程隔离层。本工程使用了有两层材料组成的C型隔离层，底层颗粒材料厚度≥22.86cm，总有机碳（TOC）≥2%，上层材料厚度约15.24cm，根据水流条件和所处位置采用不同的材料。航道以外流速<152.4cm/s的床面采用较粗的碎石覆盖，而航道内或者流速>152.4cm/s的床面则采用尺寸较大的鹅卵石。2011年4月，Hudson河上游遭遇了超过100年一遇设计标准的洪水，2011年6月开展的地形测量与调查表明，2009年一期工程安装铺设的隔离层没有显著的冲刷和材料流失。

2.1.6 岸线稳定与修复

若疏浚高程达到堤岸高度，则需要在河岸处采取岸线稳定措施，包括近岸回填和布置护面块石等。

2.2 泥沙处理与处置

如图3所示，从Hudson河疏浚上岸的疏浚物须进行粗细分离，通过大型筛分设备将水下障碍物、砾石、粗砂分离出来并通过自卸卡车转移到粗物料存放区，剩余的细物料泥沙混合物泵送到脱水区域，通过压滤机将增稠的固体进行机械脱水，以去除泥沙中的额外水分，收集余水在现场水处理厂进行再循环或处理。经过筛分和脱水后的水下障碍物、粗颗粒疏浚物、细颗粒滤饼等固体物料通过铁路运输至专用的泥沙处理厂进行进一步的处理和处置。在此过程中产生的污水、废水以及现场雨污则通过现场水处理厂处理并实现再循环。

2.3 监测与采样

Hudson河疏浚过程中开展了一系列的監测，监测内容包括水样监测（PCBs浓度、TSS、TOC、DO、pH、温度等）、疏浚残留物监测、PCBs空气浓度监测、噪声污染监测、光污染监测、鱼类监测及余水排放监测等。监测的主要作用就是确保疏浚过程能在各种限制条件下尤其是环境限制下得到实施。监测点的布置、监测项目内容、监测频率、取样方法等均在设计过程中进行了明确，监测所获得的信息用于确保施工质量、优化疏浚设计与施工、保护环境、并为其他工程提供借鉴意义。

2.4 疏浚再悬浮控制

疏浚施工时，疏浚挖掘、垂向提升、驳船运输等过程均有可能引起泥沙再悬浮。泥沙再悬浮程度与施工设备类型、操作方式、水流泥沙条件、水深及地形等因素相关。为了达到相应的控制标准和水质要求，疏浚过程中严格采用封闭抓斗和铲斗，减少疏浚泥沙泄漏，泥驳运输不允许溢流且严格控制容量，浅水水域采用小型船舶减少对水流泥沙的扰动，严格控制疏浚施工环节生产率等。同时，综合考虑施工方法、环境条件、泥沙特征及污染程度，在Hudson河疏浚过程中采用了防污屏、板桩围堰等工程措施。

3 结语

Hudson河环保疏浚工程项目在论证过程中开展了大量的观测、取样和科研工作，仅泥沙样本就采集了30000多个，在此基础上制定了严格细致的工程控制标准并在后续的实践中进一步优化和严格执行。项目实施不盲目追求进度，施工过程中及阶段性工程施工完成后均开展了详细的监测，监测结果作为优化施工和下阶段工作的重要依据。

参考文献：

[1]Parsons.RemedialActionCompletionReportforHudsonRiverPCBsSuperfundSite[R].TechnicalReport.GeneralElectricCompany，2019.

[2]EPA.RecordofDecisionforHudsonRiverPCBsSuperfundSite[R].U.S.EnvironmentalProtectionAgency，2002.

[3]EPA.RevisedEngineeringPerformanceStandardsForPhase2[R].U.S.ArmyCorpsofEngineersbytheLouisBergerGroup，2010.

[4]Arcadis.Phase2FinalDesignReportfor2012[R].GeneralElectricCompany，2012.

[5]Arcadis.Phase2FinalDesignReportforReach7（theLandlockedArea）[R].GeneralElectricCompany，2014.