长江沿岸低海拔地区城市河道治理技术分析

夏兵兵

摘 要：随着城市的快速发展、居住人口的增多，城市水生态系统面临越来越大的污染压力，城市黑臭水体治理日趋重要，直接影响人们的用水安全和生活质量。通过江西省九江市十里河的实践，采用浅堤拆除、清淤疏浚以及生态修复等措施改善了该河道流域水生态质量，完成了黑臭水体治理。本文重点介绍河道清淤相关技术，为黑臭水体治理工程提供可借鉴经验。

关键词：河道治理;清淤;绞吸

中图分类号：X522 文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2021）26-0080-06

Analysis on Urban River Regulation Technology in Low Altitude

Area Along the Yangtze River

XIA Bingbing

（Sinohydro Bureau 8 Co.， Ltd.， Changsha Hunan 410004）

Abstract： With the development of cities and the increase of population， urban water ecosystem is facing more and more pollution pressure， and the treatment of urban black and smelly water becomes increasingly important， which directly affects the water safety and the improvement of people's quality of life. Through the practice of Shili River in Jiujiang City， measures such as removing shallow dike， dredging and ecological restoration have been adopted to improve the water ecological quality of the river basin and eliminate the black and smelly water. This paper focuses on the technology of river silting， providing reference experience for black and smelly water treatment project.

Keywords： river management;desilting;cutter-suction

美國从20世纪六七十年代起对黑臭水体进行了大规模治理，主要依据为1972年出台的《清洁水法》，对美国的黑臭水体治理起到了关键性作用。黑臭水体是城市化发展阶段的“环境产物”。随着城市化发展，居民对环境的期望值越来越高。我国于2015年正式下发了《城市黑臭水体治理工作指南》，在全国全面推进黑臭水体治理工作，其中江西省九江市十里河黑臭水体治理也列入了国家治理示范工程工作计划。

九江地势地貌较为复杂，呈“东西高，中部低，南部略高，向北倾斜”的趋势，以江南丘陵为主，形成集丘陵、山地、滨湖平原以及沿江平原等于一体的多元化地形地貌综合体。平均海拔32 m（市区海拔20 m）;九岭山海拔1 794 m，为九江境内最高点;濂溪区姑塘镇邓桥村化纤厂码头蛤蟆石附近的鄱阳湖底，海拔-9.37 m，为九江境内最低处。十里河位于九江濂溪区境内十里城区，是八里湖的一条支流，发源于庐山北坡，由庐山濂溪水系和莲花洞水系交汇而成。河流自南向北流经濂溪区、九江经济技术开发区，在九江职业技术学院于濂溪河交汇后改道向西流入八里湖，全流域面积为47.12 km。十里河上游、天然流域外分布有小（一）水库1座，为梅山水库;小（二）型水库2座，为向阳水库和红灯水库（又名蛇头岭水库）;流域内有山塘1座，为殷家垅水库。因排水管网不完善、截排措施不到位，十里河下游河道水质流动性不强。同时，随着流域内的城市化发展，十里河水生态自修复能力逐年减弱，藻类繁殖茂盛，河道淤积拥塞严重，水体逐步恶化，黑臭急需治理[1]。

经过取样分析，十里河河床底泥以黏土质粉砂为主。另外，对十里河设置采样点进行底泥采集，经化学分析，十里河除入湖口外均为黑褐色淤泥且断面分层不明显，存在较重污染;计算有机指数后发现，部分断面存在有机污染;十里河下游8个断面的8种重金属含量均未超过标准限值[2-3]，表明底泥重金属污染风险较低，疏浚后底泥经脱水处理，重金属含量满足建设用地的要求。为确保十里河的长治久清，对该河道进行整治，整治长度为12.5 km。治理内容主要包括下游2.5 km生态清淤，西起八里湖入湖口，东至长虹西大道[4]。

1 采用水下地形测量技术

为了提高数据的准确性和现场实施的可操作性，河道底泥采用中海达HD-370型水下测深仪进行测量，主要流程为“测线布设→测深仪测试→测深仪安装→单波束水深测量→测量资料整理→测量数据整理”。

2 运用环保底泥疏浚施工工艺

2.1 淤泥内垃圾清理

本工程主河道位于主城区，河道底沉积大量生活垃圾[5]。

在绞吸船进行淤泥绞吸前，采用带有格耙的清障船在清淤面将淤泥内垃圾进行初步清理和过滤。在固化场角落设置一垃圾堆放处，清理出来的垃圾采用小船输送到垃圾堆放处进行暂时性堆放。

绞吸船进行清淤作业过程中，每隔一段时间要对绞吸船铰刀上的垃圾进行清理，使铰刀露出水面，待人工将缠绕在铰刀上的垃圾清理干净后再继续进行清淤作业。垃圾用小船输送到固化场进行暂时性堆放。

在除渣池与沉淀池的连接处设置一个格栅机，对泥浆中的大型垃圾和漂浮物进行拦截，并采用人工方法将拦截下的垃圾收集到垃圾堆放处[6]。

每隔一段时间要对沉淀池内的小型绞吸船铰刀上的垃圾进行清理，使铰刀露出水面，人工将缠绕在铰刀上的垃圾清理干净后再继续进行作业。拦截下的垃圾收集到垃圾堆放处。

在搅拌仓与均化池的连接处同样设置一个格栅机，对泥浆内垃圾进行再次过滤和拦截，防止垃圾进入板框压滤机内影响淤泥固化而对设备造成损害。采用人工方法将拦截下的垃圾收集到垃圾堆放处。

最后，统一将固化场垃圾堆放处的垃圾运送到附近的垃圾场。河底垃圾如图1所示。

2.2 环保绞吸式挖泥船绞吸

十里河下游段（长虹西大道至八里河段）设计清淤总量约为8.0万m3，平均清淤深度为0.65 m。另外，对于八里河口门处水下潜堤进行拆除，拆除黏土量共计约5.9 m。该段水深较深，河道较宽，主河道清淤主要采用环保疏浚的方式，用环保型绞吸式挖泥船清除淤泥。

2.2.1 绞刀定位。绞吸式挖泥船在清淤施工区内定位后，松放挖泥船船前斗桥绞车钢缆，绞刀头呈垂直扇形慢速下放入水，按设计开挖，再按照分层开挖厚度和深度数据，通过深度监控仪表操作对绞刀放设深度进行精确复位，并调整绞刀头开挖倾角[7]。环保式绞吸挖泥船如图2所示。

2.2.2 绞刀开挖。绞刀开挖即开始启动绞车液压马达，绞刀头低速旋转，切削挖掘淤泥。

2.2.3 泥浆输送及排弃。通过挖泥船上离心泵的作用吸取绞刀切削挖掘的淤泥，并提升、加压，泥浆通过排泥管线全封闭输送，泥浆在进泥口区域排弃入排泥场。

2.2.4 排泥场尾水排放。泥浆排弃入排泥场后，通过原排泥场内间隔布设的隔埂作用，泥浆呈S形流淌及铺展，并自然地利用排泥场富裕库容及水深进行泥浆离析。泥浆以较长的排水流径和停留时间进行物理处理，泥质逐渐沉淀堆积，低浓度的尾水通过闸箱式退水口排放。

2.2.5 船体短线爬行、扇形横挖、直线前进。挖泥船在工作时，定位桩打设在河底泥层中，实现对船体的中心定位，并通过两个定位桩交替落桩，推动挖泥船位移，使船体在反作用力下短线爬行。挖泥船依靠挖泥船前端左右绞车收放锚缆，使船身以船尾定位桩为中心，船长为半径，绞刀头左右扇形移动，实现扇形横挖法作业。工艺流程如图3所示。

2.3 水力冲挖清淤

水力冲挖机组由高压泵冲水系统、泥浆泵输泥系统和配电系统3部分组成。施工原理是模拟自然界的水流冲刷现象，借水力作用完成土方工程的施工作业。水流由高压泵产生压力，经输水软管输送，通过水枪喷射出一股密集的高压、高速柱状水泥，对要开挖的土体进行切割、粉碎，使之湿化、崩解，形成泥浆和泥块的混合液，再由泥浆泵及其输泥管输送到吹填区进行沉积。水力冲挖清淤具有成本低、效益高、施工易于组织以及工程质量易于保证的特点。

2.3.1 施工程序。施工程序为“填筑围堰→抽水→吸污泵吸淤泥至罐车运卸→人工清理渣土（含垃圾、石块）→吊运至岸上临时堆放点→渣土车外运至卸土点→河底清淤测量验收合格→进入下一分段施工”。清淤船无法达到的地方采用水力冲挖機组清淤的方式进行疏挖，主要是通过高压水枪冲削河道土层，稀释成浆，通过泥浆泵吸取，并输入板框压滤车间进行处理[8]，或者采用水陆两用反铲挖机配合绞吸式挖泥船清除淤泥。人工水力冲挖如图4所示。

2.3.2 施工方法。主要的施工方法包括围堰、清淤抽排、清理以及围堰拆除。

①围堰。每一分段施工长度初拟为200 m左右。围堰采用袋装砂土叠筑，迎水面铺编织布（彩条布）防渗并用袋装砂土压盖。袋装砂土叠筑时，须做到排列密实、整齐。围堰顶宽为2.5 m，两侧边坡为1∶3，围堰高度应比正常高水位高出0.5～1.0 m。围堰主体采取土方填筑。利用潜堤拆除所产生满足需求的出土，无法满足需要时外购黄土，用挖掘机配合推土机填筑围堰。围堰断面示意图如图5所示。

②清淤抽排。根据现场施工情况，计划配备6台泥浆泵（BW-150型）进行人工清淤，同时配备50 kW、200 kW移动式柴油发电机各一台，其中一台备用。

③清理。围堰内水抽干后，先用吸污泵将表层淤泥直接吸到罐车上，运至板框压滤场地进行后续作业;下部渣土（含垃圾、石块）采用人工清理，然后吊运至岸上临时堆放点，利用渣土车外运至卸土点堆放;对于局部工作场地允许的地方，直接用反铲挖掘机挖河底淤泥和渣土，渣土车装运至卸土点。每一分段的河底清理后，须经业主和监理测量验收合格后才可进入下一分段的施工。

④围堰拆除。在工程结束后拆除围堰。围堰的拆除需根据施工进度进行，保证在整个工程完成前拆除完毕。采用挖掘机进行拆除，汽车装运，先挖水上部分，留50 cm和水下部分一道挖运。

3 优化布置设备管网

3.1 设备进场

疏浚设备的调遣以便捷、安全为原则，将充分利用以往成功的调遣经验，安全、迅速地完成该项调遣任务。在原河道两侧铺设6 m宽临时道路，用作设备吊运场地，施工完成后恢复原状。

修建临时码头时，主要采用水陆两用挖掘机在十里河水木清华段河岸线边，疏挖一条15 m×30 m的航道供疏浚船临时停靠和组装。

绞吸式挖泥船、接力泵船、排泥管线等小体型设备由大型运输车经十里河南路进入施工现场，采用汽车吊直接将设备吊装至平板车，再通过6 m宽临时道路进场，通过临时码头吊入河道内。

3.2 铺设泥管

沿河道与抽吸式疏浚船配套设置的排泥管道，主要采用浮管，生产必要的岸管和潜管。在绞吸船尾部根据实际需要连接水上浮管，在浮管后连接水下潜水管，沿着河道和陆上管道延伸至填土圈区进入排泥堆积场内。

3.3 泥排水管道布局

沿着以流水管为主体的绞吸疏浚船，制造必要的岸管和潜水管。根据需要连接浮球的端部，浮置管后，水中的管道与水相连，沿着河流和陆地的管道延伸到泥土储存区，进入泥土排放和储存场。浮管连接如图6所示。

3.4 管道铺设方法

3.4.1 铺设浮管。用绞吸式挖泥船后布设实际需要用途的浮管，浮管最长距离为2.5 km。用浮管新设的两个小数泵长10套MPE管新设浮管形式浮管，PE管间连接用长1.5 m的橡皮管。挖掘泥船泥泵体输出管和潜管有良好的活动空间，浮管铺设回线近似流线型弯曲。由于管道受到水流、风浪及工程时冲力等的影响，管道之间必须夹紧。另外，严格控制管道的摆宽和线路的顺畅度，每100 m向双向投掷小锚定位，防止水流、风速引起管道大幅摇晃而影响工程生产。

3.4.2 潜管敷设。目前已经有对水下潜管的铺设非常成熟的施工技术，施工前将预先选择在较宽敞的河岸边连接输泥管线，每隔3根输泥PE管配一节橡胶管柔性连接，并将管线一端采用定制钢板和橡胶垫圈封堵，采用工作船拖带入水、牵引半潜行。管线基本至预定方位后，连接两端端点站。端点站配备水泵和压缩气泵（2 m/min的空压机）及相应闸阀件，通过向潜管内注水、呼吸阀排气实现管线下潜。浮管与潜管连接如图7所示。

3.4.3 岸管敷设

岸管由PE管和不同角度的弯头、橡胶管组成，并采用法兰加橡胶垫圈、螺栓连接。岸管铺设时采用人工挑抬连接施工，铺设中尽量平坦顺直，避免死弯。岸管及潜管各单元结构如图8所示。

3.5 加强管道铺设中对苗木、道路的保护

排泥管道在穿越苗木植被区域时，严禁系带林木，为避免管线直接压载破坏植被，在每个法兰接头处垫保护木板。输泥管道在穿过道路、堤防设施时，尽量利用涵洞通过。必须穿越时，采取引坡道架设或破路下埋，保证正常交通，且在完工后及时进行修复。

4 系统配置机组及输送淤泥

4.1 通过压力管输送泥浆

绞吸式浑泥采用3艘输出在270 W以下的环境保护型绞吸式疏浚船，1台浑泥能力为150 m/h，1台浑泥能力为80 m/h。疏浚船在165 kW大口徑泥泵上装备DN315管，向指定的泥沉积物灌入泥。当泥输送距离超过单泵输送距离时，增设继电器泵船。3个管线现场可以满足工程强度和时间要求。

在输送管道的过程中，应尽量避免压力管道破裂、接头和管道漏水，一旦出现问题，需及时修理。水浮管和潜管都由专业厂家采购，保证质量。

浮管和潜管连接胶管密封，安装时做接头密封工作。正式出厂前要进行管道压力测试，确认全面密封无漏，才能正式排出泥巴。

在设备生产停止前，先吸10 min以上的水，然后放流管道，以免发生堵塞现象。

4.2 抽吸式疏浚船的定位

4.2.1 向上下流抛锚。根据风向和水流决定抛锚的顺序。先抛上风和上游锚。起锚时，将绞刀移到挖泥的边线上，放下在泥中固定船体，好好把握起锚的位置，乘坐锚绳与当时船体前面的角度在45°的位置，但不要小于45°，待到达后立即抛锚。放下锚后，系好绳子，上下放下锚，把绞刀伸到泥面上。

4.2.2 横置锚。根据左右的地形状况，确定抛锚的顺序。先投出上风、上游锚。起锚时，必须将绞刀移动到泥边线上，向下放在泥中固定船体，好好把握起锚的位置。在约单侧的锚线和当时船体前角45°的位置，但不小于45°，待到位即行抛锚。放下锚后，关上横纲，等锚抓住后，把绞刀伸到泥面上。

4.3 河道青痣块分区

采用全河道淤青同步进行环保式绞吸船淤青打水方式。绞吸船从下游①号区块向上游⑤号区块挖痣，水力冲挖痣从上游⑨号区块向⑤号区块同步进行。河道清淤平面图如图9所示。

5 板框压滤脱水

5.1 流程

疏浚底泥脱水固化是泥通过除渣、沉淀等工艺，提高泥浆浓度，添加化学改性剂，改善淤泥的脱水性能，再通过板框压滤机等机械手段脱水，使疏浚底泥最终形成泥饼并运至指定位置。

板框式压滤脱水处理系统主要包括筛分除杂系统、絮凝浓缩系统、泥浆调理系统和压滤成固系统4部分，能够对污染底泥进行减量化和稳定化处理。筛分除杂系统的主要作用为去除泥浆中5 cm以上的生活垃圾、石块等杂物，防止泥浆中的杂物对后续处理系统造成影响。由于输送至淤泥处理场的泥浆含水率高（95%左右）、泥浆量大，如果这些泥浆全部进入后续处理系统，将会对系统造成巨大压力，处理时间长，影响工程工期。絮凝浓缩系统通过添加絮凝药剂进行沉淀，可排除泥浆中的大部分水，降低后续淤泥固结系统的处理负荷。泥浆调理系统经过絮凝浓缩的泥浆有机质含量高、脱水性能不佳，直接进行压滤处理效率较低，所以在进入压滤成固系统前需对泥浆进行调理，提高其脱水性能。泥浆调理主要是在泥浆中加入环保固化剂，一方面在淤泥中形成骨架材料，提高泥浆脱水性，另一方面固化剂与淤泥中的重金属等污染物发生络合作用，对淤泥中的污染物进行固结。压滤成固系统即使调理后的泥浆经高压泵入板框压滤机，通过板框式压滤机分离泥浆中的水分，分离后渣料的含水率不超过40%。板框压滤固结工艺流程如图10所示。

5.2 除渣

除渣池配备一套5 cm耙齿间隙的格栅机，疏浚泥浆通过管道输送至岸上除渣池，经过重力分选，将大粒径碎石、砖块、泥块等沉淀、漂浮杂物用格栅机进行拦截，防止泥浆中的杂物对后续处理系统造成影响。底泥除渣如图11所示。

5.3 泥浆沉淀

疏浚泥浆经过除渣池的分选和除杂，通过渠道流入沉淀池储存。经过一定时间的自然沉淀，沉淀后的清水通过自排流入清水池。沉淀池内配备300 m/h小型绞吸船1台，其机动性强，能均匀控制泥浆浓度。

5.4 加药系统和搅拌系统

通过计量铰刀加入脱水药剂，通过自身紊流完成调理调质。将脱水药剂和泥浆在立式搅拌罐（Ф6.0×3.5 m）充分混合后送入均化池，在搅拌机与均化池的连接处同样配备一套5 cm耙齿间隙的格栅机对漂浮杂物进行拦截，防止泥浆中的杂物对后续压滤系统造成影响。

5.5 泥浆均化

混合后的泥浆送入均化池（32 m×4.5 m×3 m），通过采用机械搅拌和曝气反吹的方式，对均化池泥浆进行调质均化，使脱水药剂和泥浆充分混合，提高其脱水性能。

5.6 机械脱水

板框压滤机脱水可分为4个步骤，分别为压紧、进料及压榨、反吹、卸料。

5.6.1 压紧。板框压滤机运行前要进行检查，查看滤布有无打折或重叠现象，电源是否已正常连接。检查后即可进行压紧操作。先按“启动”按钮，使油泵开始工作;后按“压紧”按钮，使活塞推动压滤板压紧;最后当压紧力到达调定高点压力后，液压系统自动跳停。

5.6.2 进料及压榨。当压滤机压紧后，就可以开启渣浆泵，并缓慢开启进料阀门，使进料压力逐渐升高至正常压力。进料完成后，利用空气压缩机输送压力对泥浆进行压榨，使尾水泄出。这时观察压滤机出液情况和滤板间的渗漏情况，过滤一段时间后，压滤机出液孔出液量逐渐减少，说明滤室内滤渣正在逐渐充满。当出液口不出液或只有很少量液体时，证明滤室内滤渣已经完全充满形成滤饼。正常运行时，进料时间约为40 min，压榨时间约为15 min。

5.6.3 反吹。压榨完成后，打开反吹球阀，空氣压缩机多余的空气进入压滤机中心进料孔，将中心进料孔未经压榨的淤泥吹回至均化池，与其他泥浆混合后方便下次进料。

5.6.4 卸料。反吹完成后，按住操作面板上的“松开”按钮，活塞杆带动压紧板退回。退至合适位置后，放开按住的“松开”按钮，滤板松开卸下滤饼，同时清理粘在密封面处的滤渣，防止滤渣夹在密封面上影响密封性能而产生渗漏现象。以此为一个操作周期完成循环作业，卸下的泥饼履用带式推土机推送至泥饼堆场，经检测后转运至弃渣场回填。

5.7 余水处理达标

板框压滤出来的余水经过管道自流，与沉淀池的余水混合后通过溢流口流入尾水池，在余水处理池旁设污水一体化净水系统。采用一体化净水设备处理达标后，可作还河处理。板框压滤脱水现场，如图12所示。透明度治理前后对比如图13所示，溶解氧治理前后对比如图14所示，氨氮治理前后对比如图15所示，氧化还原电位（Oxidation-Reduction Potential，OPR）治理前后对比如图16所示。

6 结语

通过河道水质断面取样数据对比分析，河道治理效果明显，解决了十里河黑臭问题，河道水质明显提升达标。该施工工艺环保，社会效益显著。通过采取“绞吸清淤+水力冲淤+板框压滤脱水”组合成闭合的治理工艺，实现了十里河流域的长治久清目标和底泥的资源化利用。类似项目可借鉴使用，同时应进行充分勘测、取样分析，视具体情况选择合理工艺进行水生态治理。

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