疏浚底泥生态护岸材料在河道治理中的应用

王 迪

(深圳市广汇源环境水务有限公司，广东 深圳 518100)

生态环境的组成部分之一是河道，河道的作用是过流、排洪，同时还可以对地下水起到补给的作用，多样性的水流衍生了多样化的水生物[1]。保留河道的蜿蜒性、弯道、回流、水草、石头等，实现变换河道断面，调节水流，深浅潭的交错，为水生动植物及微生物提供多元化的生活环境，进而达到自我净化的功效，实现生态效益。河道整治的前提是实现河道的基本功能，对流域的整个生态环境进行改善，增强水域的自我净化功能，同时有效地建立绿色河道[2]。近些年人民生活水平不断提高，对于河道治理也提出了新的要求，希望不仅传承传统工艺，还可以将亲水性概念融入其中，实现人、水、自然和谐共存。河流建设中不能单一注重水利工程建设的防汛抗旱，更要将自然环境与地域文化相融合，构建多元化的亲水性生态流域[3]。

由于目前河流普遍存在的湖泊淤积严重、两岸塌陷及护岸生态能力弱等问题，田旭等[4]通过采用ISER技术改善河流湖泊泥沙淤积并修复生态环境，生态修复出来的淤泥资源可以用来做护岸、护坡的材料，同时在新建的护岸上种植鸢尾、美人蕉等植物，重新构造河岸并且优化河岸生态景观，经过崇明区工程的示范，证明了对河岸被侵蚀、坍塌引起的排水不通畅，硬质护岸生态功能的不足等难题都有非常显著的功效，改善了生态景观，保障了崇明区的世界级别的生态岛屿的完好以及持续发展的需求；岳景哲[5]致力于降低工程的成本，提升城市河道工程的长久性，选取高密度聚乙烯单向土工体外加筋土叠墙结构来设计护岸，运用回包、反虑的形式建筑加筋体墙面，利用废弃的砂砾料、建筑剩余垃圾进行填充，运用DIBT方法计算墙体的稳定性，采取蠕变极限值设计加筋材料参数，新的墙体结构设计，解决了两个问题：叠墙的上一级墙体基础是否稳定沉降、加筋体与护面天然料石如何连接，能够提高一倍甚至更多的使用年限，节省31%的工程费用，工程竣工后检验表明叠墙结构非常安全。

基于以上研究背景，采用疏浚底泥制备了生态护岸材料，并将其应用到了河道治理中，缓解了河湖淤积、岸坡坍塌以及护岸的生态功能。

1 利用疏浚底泥制备生态护岸材料

1.1 设计疏浚底泥生态护岸材料的配合比

将疏浚底泥生态护岸材料应用到河道治理中，首先需要设计疏浚底泥生态护岸材料的配合比，制备疏浚底泥生态护岸材料。疏浚底泥制备生态护岸材料的目标参数见表1。

表1 疏浚底泥制备生态护岸材料的目标参数

根据疏浚底泥制备生态护岸材料的目标参数，设计了疏浚底泥生态护岸材料的配合比(见表2)。

表2 疏浚底泥生态护岸材料的配合比

1.2 分析疏浚底泥生态护岸材料的理化性质

河道治理采用的疏浚底泥一般选择河道底部表层0～0.3m的沉积物，对于采集到的疏浚底泥进行自然风干处理[6]，经测试，大部分疏浚底泥的粒径都在5～75μm，通常属于粉质黏土[7]。其主要的理化性质以及重金属含量见表3～表5。

表3 疏浚底泥的理化性质统计

续表

表4 疏浚底泥生态护岸材料的化学成分

表5 疏浚底泥生态护岸材料的重金属含量 单位:mg/kg

2 测试疏浚底泥生态护岸材料的性能指标

2.1 测试疏浚底泥生态护岸材料的无侧限抗压强度指标

将疏浚底泥、添加剂和固结剂按照表2的配合比进行混合搅拌，模具选择70.7mm×70.7mm×70.7mm的立体模具，制备疏浚底泥生态护岸材料的结构体试块，将试块养护处理直到规定龄期之后[8]，将试块放到电脑全自动水泥抗折抗压实验机上，以0.03～0.15kN/s的速度进行均匀且连续的加压处理，直到试件破坏为止，将试件破坏时的荷载记作P，利用下式计算疏浚底泥生态护岸材料试块的无侧限抗压强度

式中f——疏浚底泥生态护岸材料试块的无侧限抗压强度，MPa；

P——试块在破坏时的最大受力，N；

A——试块在河道治理中的承压面积，mm2。

疏浚底泥生态护岸材料的抗压强度是衡量坡岸稳定性的一个重要指标，河道底泥的固结强度值越高，说明坡岸越稳定[9]，基本不会发生下沉垮塌现象，疏浚底泥生态护岸材料不同龄期的无侧向抗压强度见表6。

表6 疏浚底泥生态护岸材料不同龄期的无侧向抗压强度

由表6的抗压强度值可知，当疏浚底泥生态护岸材料外掺固结剂的含量为7%、树脂粉添加剂含量为1%、秸秆粉添加剂含量为2%时，固结强度值会随着龄期的增加而越来越高，当龄期为28天时，疏浚底泥生态护岸材料的无侧限抗压强度为0.92MPa，符合设计要求。

2.2 测试重金属浸出安全性

对疏浚底泥生态护岸材料进行重金属浸出试验，测试出浸出液是否满足国家生态指标，从而探究出河道治理过程中的环境安全性[10]。疏浚底泥生态护岸材料浸出浓度与生态指标的试验测试结果见表7。

表7 疏浚底泥生态护岸材料的重金属浸出浓度 单位：mg/kg

从表7的结果可以看出，疏浚底泥固结体的每一种重金属浸出浓度都小于国家生态指标中的每一种重金属浓度指标，说明疏浚底泥固结体制备出来的生态护岸材料不会让重金属污染物浸出，避免了二次污染发生，固结剂对疏浚底泥生态护岸材料的处理具有比较良好的稳定性和固化作用。

2.3 分析疏浚底泥生态护岸材料的抗剪强度

疏浚底泥生态护岸材料经过固结处理之后应用到河道护岸结构体上具有一定的抵抗剪切的能力，而抗剪强度是指疏浚底泥生态护岸材料在外力作用下，一部分土体对另一部分土体产生相对滑动过程中，所具有的抵抗剪切破坏的极限强度[11]。将河道土体颗粒之间的内摩擦角、胶结物以及束缚水膜的分子产生的黏聚力作为抗剪强度指标，利用三轴压缩固结不排水试验的方法[12]，测量疏浚底泥生态护岸材料的内摩擦角和黏聚力(见表8)。

表8 疏浚底泥生态护岸材料的内摩擦角和凝聚力测量结果

从表8的结果可以看出，疏浚底泥生态护岸材料经过固结处理之后，抗剪切性能有了比较显著的改善，随着龄期的增加也在不断增强，由于后期植被的生长，当根系进入到固结体之后，并伴随植被根系的协同作用，疏浚底泥生态护岸材料的抗剪切强度越来越强，岸坡的稳定性也发生了显著性改善。

2.4 测试疏浚底泥生态护岸材料的固化泥干密度和孔隙率

由于干密度和孔隙率之间的关系非常密切[13]，通过测量疏浚底泥生态护岸材料的固化泥干密度和孔隙率，分析两者之间的关联性能(见表9)。

表9 疏浚底泥生态护岸材料的干密度和孔隙率值

由表9可知，当疏浚底泥生态护岸材料的干密度和孔隙率分别为1.2g/cm3和21%时，符合设计要求，疏浚底泥生态护岸材料的孔隙率高，可以增加疏浚底泥生态护岸材料的比表面积，为河道中的微生物繁殖提供一个比较良好的载体，为水陆能量和物质之间的交换提供了一条良好的通道。

3 工程实例分析

为了评估生态效果，当生态河道建设工程施工完成之后，定性观测施工之前和施工一年之后的河岸区域植被覆盖度和区域水土流失情况，生态河道建设工程竣工结束的一年以内，对生态护岸和护坡进行生态监测和水质监测。

3.1 生态河道建设工程施工前后的效果对比

利用疏浚底泥生态护岸材料，进行河道整治、岸坡修复以及植被修复[14]。生态河道建设工程施工前后的对比情况见图1。

图1 生态河道建设工程施工前后的对比情况

生态河道建设工程实施后，河道边坡整体水土的保持能力有了显著性的提升，完全不会因为水位区域的变动和水流的冲刷作用发生垮塌或者滑移的现象；在护坡区域栽植一些绿色植被或者在护岸区域种植一些挺水植物，增加河道边缘处的植被多样性，可以使河道景观性恢复达到良好的状态；河道边缘处由于居民违章搭建房屋建筑而导致出现脏乱差的现象也得到集中性整治，河道治理后，水生态环境恢复能力越来越好，水的质量也越来越高[15]。

3.2 监测并分析水质指标情况

在一年当中监测生态护岸、护坡的水质4次，经分析，生态河道建设工程实施后，溶解氧和水体透明度都得到了显著提高，分别提高了50%和75%，这一结果是水体理化性质和生物学的综合反映，说明河道水体的自净能力得到了非常显著的改善。水质指标监测数据见表10。

表10 河道水质监测结果

从表10的结果可以看出，在水质的前三次监测中，总磷、总氮、氨氮、化学需氧量和pH值都呈现出显著性降低，氨氮含量下降大约20%左右，pH值下降大约10.8%左右，总氮和总磷的含量大约下降12%左右，说明通过河道治理可以为生物多样性创造更好的条件，水质也出现了明显改善，提高了河道的生态效果。

4 结 语

在应用疏浚底泥生态护岸材料进行河道治理过程中，通过设计疏浚底泥生态护岸材料的配合比，分析了疏浚底泥生态护岸材料的理化性质，实现了疏浚底泥生态护岸材料的制备，并测试了疏浚底泥生态护岸材料的性能指标，通过工程实例分析，验证了疏浚底泥生态护岸材料在河道治理具有良好的应用前景。