美國Hudson河環(huán)保疏浚工程措施探討

王朋 夏波 張建球 周云亮

摘要：文章總結(jié)歸納了Hudson河環(huán)保疏浚工程的整治要求、工程控制標(biāo)準(zhǔn)、疏浚施工方法、監(jiān)測與采樣情況及再懸浮泥沙控制措施，為類似的河流治理工程的規(guī)劃、設(shè)計和實施提供技術(shù)經(jīng)驗和決策參考。

關(guān)鍵詞：污染泥沙;PCBs;環(huán)保疏浚;原位覆蓋;環(huán)境監(jiān)測

0 引言

Hudson河長約500km，位于美國紐約州東部，自紐約州上州的阿迪朗達(dá)克山脈由北向南流入紐約市和澤西市之間的上紐約灣，最終在紐約港排入大西洋[1]。1977年以前，位于上紐約州的通用電氣公司（GE）的兩個電容廠被允許合法使用和排放多氯聯(lián)苯（PCBs），該物質(zhì)被世界衛(wèi)生組織列為一類致癌物，具有較大的毒性，容易在生物體脂肪中大量富集，排入水體之后，容易富集在河床底泥中，在一定強度的水流沖刷下可帶到下游，成為Hudson河最主要的污染源。

自1977年開始，GE與政府管理機(jī)構(gòu)合作啟動了Hudson河的環(huán)境治理計劃，針對PCBs的特性及其環(huán)境效應(yīng)、污染治理方法等開展了大量的研究。1983年，Hudson河流治理確定為國家專項，美國環(huán)境保護(hù)署（EPA）成為Hudson河環(huán)境條件評價和治理的主導(dǎo)機(jī)構(gòu)。自1984年環(huán)保疏浚方案被否決到1989年開始重新論證，再到2002年形成最終的決議，環(huán)保疏浚方法最終作為Hudson河污染泥沙治理的主要方法開始實施，經(jīng)過7年的設(shè)計、論證和配套工程建設(shè)，2009年正式開始采用環(huán)保疏浚方法開展污染底泥治理。2010年一期工程完工時，專家評審認(rèn)為該工程沒有達(dá)到EPA的標(biāo)準(zhǔn)，GE團(tuán)隊進(jìn)一步細(xì)化了設(shè)計方案并于2011年開始實施二期工程，至2015年，完成疏浚施工目標(biāo)，2016年在原疏浚施工水域進(jìn)行水生植物重建。整個研究和治理過程歷時近40年，總計清除了276萬yd3污染泥沙，去除14.06萬kgPCBs，回填257萬t干凈材料，種植植物140萬株，播種18.4畝，處理污水8.02億km3[1]。

本文將從Hudson河污染泥沙治理項目的治理目標(biāo)、控制標(biāo)準(zhǔn)、工程方法、控制措施等方面進(jìn)行總結(jié)和評述，為類似的河流治理工程的規(guī)劃、設(shè)計和實施提供技術(shù)經(jīng)驗和決策參考。

1 工程標(biāo)準(zhǔn)與要求

1.1 治理目標(biāo)

Hudson河治理的目標(biāo)包括以下方面[2]：（1）通過減少魚類中PCBs的含量，降低人類捕食Hudson河魚類的患癌風(fēng)險和非癌類健康危害;（2）通過減少魚類中PCBs的含量，降低與魚類相關(guān)的生態(tài)受體的風(fēng)險;（3）通過減少河道底泥中的PCBs含量，降低河流上覆水的PCBs含量使其達(dá)到相關(guān)的要求;（4）減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）盡量減少河流中PCBs向下游的長期輸送。

1.2 疏浚工程執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)

為了規(guī)范疏浚工程，將對日常生產(chǎn)生活的影響降到最低，經(jīng)過長期的研究和論證，設(shè)計方和環(huán)保部門共同制定了工程的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)，包括泥沙再懸浮控制標(biāo)準(zhǔn)、疏浚殘留控制標(biāo)準(zhǔn)、生產(chǎn)效率控制標(biāo)準(zhǔn)[1-3]。

泥沙再懸浮控制標(biāo)準(zhǔn)包括懸浮泥沙濃度建議標(biāo)準(zhǔn)、Tri+PCB濃度控制標(biāo)準(zhǔn)和總PCB濃度控制標(biāo)準(zhǔn)，對采樣點的位置、控制值、計算方法、認(rèn)定超標(biāo)準(zhǔn)則及后續(xù)響應(yīng)方法進(jìn)行了嚴(yán)格的規(guī)定。

疏浚殘留物控制標(biāo)準(zhǔn)要求對疏浚完成后的床面高程進(jìn)行測量并針對床面泥沙進(jìn)行采樣，分析表層泥沙PCBs濃度特征及分布，以此為依據(jù)決定是否需要采取相應(yīng)的施工措施，包括再次疏浚、采取回填措施、設(shè)置工程覆蓋層等。

生產(chǎn)力標(biāo)準(zhǔn)則規(guī)定工程每年施工季需要清除、處理和運離現(xiàn)場的泥沙總量的年度最低量和目標(biāo)累積量，以便整個項目可以在規(guī)定的時間內(nèi)完成。

1.3 環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了項目對人類健康和生活影響的控制標(biāo)準(zhǔn)，包括水質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)、空氣質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)、氣味污染控制標(biāo)準(zhǔn)、噪聲污染控制標(biāo)準(zhǔn)、光源污染控制標(biāo)準(zhǔn)、通航標(biāo)準(zhǔn)等。

2 工程措施

2.1 疏浚工程

疏浚工程的重點是清除污染泥沙及水下障礙物，同時包括近岸植被修復(fù)、疏浚物運輸、回填工程及岸線穩(wěn)定工程。

2.1.1 確定疏浚區(qū)域

如圖1所示，根據(jù)泥沙的污染程度和所處的位置，治理范圍劃分為3段[1]，并基于單位面積PCBs總量和表層（表面約30cm）泥沙PCBs濃度制定了不同的疏浚標(biāo)準(zhǔn)。如須對第1河段中單位面積PCBs總量≥3g/m2、表層泥沙PCBs濃度≥10mg/kg的區(qū)域進(jìn)行疏浚;對第2河段和第3河段中單位面積PCBs總量≥10g/m2、表層泥沙PCBs濃度≥30mg/kg的區(qū)域進(jìn)行疏浚。疏浚邊界和厚度采用插值方法和地球物理統(tǒng)計方法進(jìn)行確定，綜合考慮開挖坡度穩(wěn)定性、施工誤差、建筑物的影響等因素，對疏浚邊界和疏浚厚度進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，確定了最終的疏浚區(qū)域和挖槽。為了方便管理，將大約2.02km3的疏浚區(qū)域劃分為100個約0.02km3的區(qū)域，建立疏浚單元，疏浚施工、監(jiān)測、回填、覆蓋、棲息地修復(fù)、評價均在相應(yīng)的單元中獨立開展，在第1河段設(shè)置了60個疏浚單元，第2河段設(shè)置了18個，第3河段設(shè)置了22個。

2.1.2 疏浚設(shè)備的配置

采用機(jī)械式挖泥船進(jìn)行施工，挖泥設(shè)備裝載在駁船平臺上，既可實現(xiàn)水下挖掘，也可兼顧回填和原位覆蓋工程，且挖泥斗在關(guān)閉時被完全封閉，以最大程度減少從河底升起運輸至泥沙駁船的過程中疏浚物流失的情況。所有挖泥船均配有鏟斗定位系統(tǒng)，以使操作員能夠準(zhǔn)確地水平和垂直控制挖泥船的操作。根據(jù)不同水深情況分別采用常規(guī)泥駁、大型泥駁和淺水泥駁輸送疏浚底泥，除此之外，還配備了回填材料運輸船、回填覆蓋施工船舶、植物修剪船舶、拖船等施工船舶，設(shè)備的數(shù)量和類型根據(jù)自然條件靈活配置。

2.1.3 疏浚底泥的運輸

污染底泥從水中清除后通過泥駁運輸?shù)侥嗌程幚韽S。泥駁最大寬度為12.8m，與運輸路線上的船閘相適應(yīng)。一般采用最大容量約為573.4m3的標(biāo)準(zhǔn)尺寸的泥駁，在極淺或狹窄的區(qū)域則使用容量約為130.8m3的淺水泥駁，將疏浚泥沙中轉(zhuǎn)到較大的泥駁中并運送至泥沙處理廠。

2.1.4 特殊區(qū)域的疏浚處理

60號疏浚單元接近ThompsonIsland大壩北側(cè)（如圖2所示），分別包括位于西岸和東岸的兩個子單元。由于靠近大壩，水流條件復(fù)雜，施工難度較大，為了確保安全，采取在陸地上開展疏挖的方式，在大壩東岸的江心洲上建設(shè)和布置施工道路、物資暫存區(qū)、轉(zhuǎn)運站和過渡區(qū)，采用回填材料建造自入場道路向疏浚區(qū)域延伸的突堤，疏浚和回填工作均由布置在突堤上的長臂挖掘機(jī)來實現(xiàn)，通過卡車將疏浚泥沙轉(zhuǎn)移到轉(zhuǎn)運站，再裝卸至駁船上運往泥沙處理廠。

61～66號疏浚單元[4，5]位于ThompsonIsland大壩和FortMiller大壩封閉的水域（如圖2所示），船只無法進(jìn)入，疏浚工程中在江心洲上建設(shè)了一個中轉(zhuǎn)區(qū)域?qū)⑹杩Ｄ嗌尺\送至停泊在江心洲另一側(cè)人工渠道的泥駁上實現(xiàn)疏浚底泥運輸，并建設(shè)了裝卸區(qū)域，實現(xiàn)材料、機(jī)械的運輸。

2.1.5 回填及工程隔離層施工

在疏浚單元中完成疏浚后，若表層15.24cm泥沙平均PCBs濃度>1mg/kg，則在疏浚完成后馬上回填清潔材料，包括以下方式：（1）無其他特殊要求，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種植或自然再生或濱河濕地建造的區(qū)域，回填材料高程須達(dá)到適合植被種植和生長的高度;（3）近岸區(qū)域的回填需要達(dá)到疏浚前的水深和高程情況。

若經(jīng)過多次疏浚后，表層15.24cm泥沙平均PCBs濃度仍然>1mg/kg，則在疏浚完成后需要設(shè)置工程隔離層。本工程使用了有兩層材料組成的C型隔離層，底層顆粒材料厚度≥22.86cm，總有機(jī)碳（TOC）≥2%，上層材料厚度約15.24cm，根據(jù)水流條件和所處位置采用不同的材料。航道以外流速<152.4cm/s的床面采用較粗的碎石覆蓋，而航道內(nèi)或者流速>152.4cm/s的床面則采用尺寸較大的鵝卵石。2011年4月，Hudson河上游遭遇了超過100年一遇設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的洪水，2011年6月開展的地形測量與調(diào)查表明，2009年一期工程安裝鋪設(shè)的隔離層沒有顯著的沖刷和材料流失。

2.1.6 岸線穩(wěn)定與修復(fù)

若疏浚高程達(dá)到堤岸高度，則需要在河岸處采取岸線穩(wěn)定措施，包括近岸回填和布置護(hù)面塊石等。

2.2 泥沙處理與處置

如圖3所示，從Hudson河疏浚上岸的疏浚物須進(jìn)行粗細(xì)分離，通過大型篩分設(shè)備將水下障礙物、礫石、粗砂分離出來并通過自卸卡車轉(zhuǎn)移到粗物料存放區(qū)，剩余的細(xì)物料泥沙混合物泵送到脫水區(qū)域，通過壓濾機(jī)將增稠的固體進(jìn)行機(jī)械脫水，以去除泥沙中的額外水分，收集余水在現(xiàn)場水處理廠進(jìn)行再循環(huán)或處理。經(jīng)過篩分和脫水后的水下障礙物、粗顆粒疏浚物、細(xì)顆粒濾餅等固體物料通過鐵路運輸至專用的泥沙處理廠進(jìn)行進(jìn)一步的處理和處置。在此過程中產(chǎn)生的污水、廢水以及現(xiàn)場雨污則通過現(xiàn)場水處理廠處理并實現(xiàn)再循環(huán)。

2.3 監(jiān)測與采樣

Hudson河疏浚過程中開展了一系列的監(jiān)測，監(jiān)測內(nèi)容包括水樣監(jiān)測（PCBs濃度、TSS、TOC、DO、pH、溫度等）、疏浚殘留物監(jiān)測、PCBs空氣濃度監(jiān)測、噪聲污染監(jiān)測、光污染監(jiān)測、魚類監(jiān)測及余水排放監(jiān)測等。監(jiān)測的主要作用就是確保疏浚過程能在各種限制條件下尤其是環(huán)境限制下得到實施。監(jiān)測點的布置、監(jiān)測項目內(nèi)容、監(jiān)測頻率、取樣方法等均在設(shè)計過程中進(jìn)行了明確，監(jiān)測所獲得的信息用于確保施工質(zhì)量、優(yōu)化疏浚設(shè)計與施工、保護(hù)環(huán)境、并為其他工程提供借鑒意義。

2.4 疏浚再懸浮控制

疏浚施工時，疏浚挖掘、垂向提升、駁船運輸?shù)冗^程均有可能引起泥沙再懸浮。泥沙再懸浮程度與施工設(shè)備類型、操作方式、水流泥沙條件、水深及地形等因素相關(guān)。為了達(dá)到相應(yīng)的控制標(biāo)準(zhǔn)和水質(zhì)要求，疏浚過程中嚴(yán)格采用封閉抓斗和鏟斗，減少疏浚泥沙泄漏，泥駁運輸不允許溢流且嚴(yán)格控制容量，淺水水域采用小型船舶減少對水流泥沙的擾動，嚴(yán)格控制疏浚施工環(huán)節(jié)生產(chǎn)率等。同時，綜合考慮施工方法、環(huán)境條件、泥沙特征及污染程度，在Hudson河疏浚過程中采用了防污屏、板樁圍堰等工程措施。

3 結(jié)語

Hudson河環(huán)保疏浚工程項目在論證過程中開展了大量的觀測、取樣和科研工作，僅泥沙樣本就采集了30000多個，在此基礎(chǔ)上制定了嚴(yán)格細(xì)致的工程控制標(biāo)準(zhǔn)并在后續(xù)的實踐中進(jìn)一步優(yōu)化和嚴(yán)格執(zhí)行。項目實施不盲目追求進(jìn)度，施工過程中及階段性工程施工完成后均開展了詳細(xì)的監(jiān)測，監(jiān)測結(jié)果作為優(yōu)化施工和下階段工作的重要依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

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

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