樊尊榮，李奇云，劉 歆

(1.江蘇省水利科教中心， 江蘇 南京 210029； 2.江蘇興水建設(shè)工程有限公司， 江蘇 南京 210012；3.江蘇省水利工程規(guī)劃辦公室， 江蘇 南京 210029)

太湖是我國(guó)第三大淡水湖，構(gòu)成長(zhǎng)三角生態(tài)的核心，為長(zhǎng)三角的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及文化繁榮做出了重要貢獻(xiàn)[1]。本文將在實(shí)地調(diào)查基礎(chǔ)上，以太湖西北部半封閉型的竺山湖生態(tài)清淤工程后生態(tài)效益進(jìn)行分析研究：一是開(kāi)展竺山湖生態(tài)清淤區(qū)域的生態(tài)環(huán)境特征調(diào)查。研究竺山湖不同區(qū)域水質(zhì)特性、沉積物的分布格局、有機(jī)物等污染底泥特征、底棲生物群落結(jié)構(gòu)特點(diǎn)；評(píng)估生態(tài)清淤后可增加的生態(tài)緩沖容量；分析湖區(qū)底泥生態(tài)清淤的必要性和可行性；為生態(tài)清淤工程提供必要的依據(jù)和技術(shù)支撐。二是研究竺山湖清淤工程實(shí)施區(qū)域的生態(tài)環(huán)境演化規(guī)律。通過(guò)系統(tǒng)地比較竺山湖水域生態(tài)清淤工程清淤前后、清淤區(qū)域與非清淤區(qū)域水生態(tài)環(huán)境、沉積物理化特性和生物種類(lèi)組成、密度、生物量、生物完整性指數(shù)、藍(lán)藻水華發(fā)生強(qiáng)度等的變化趨勢(shì)，揭示工程實(shí)施后所處水域水質(zhì)、沉積物理化特性和水生生物群落的演化規(guī)律，為科學(xué)評(píng)價(jià)底泥生態(tài)清淤工程的生態(tài)效應(yīng)提供理論依據(jù)。三是竺山湖水域生態(tài)清淤工程生態(tài)效應(yīng)評(píng)估。分析清淤后的區(qū)域水環(huán)境、水生態(tài)系統(tǒng)的演變規(guī)律和趨勢(shì)，對(duì)竺山湖水域底泥生態(tài)清淤工程的生態(tài)效應(yīng)、環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行科學(xué)的評(píng)估；根據(jù)評(píng)估的結(jié)果，提出竺山湖水域水環(huán)境改善和水質(zhì)保持的調(diào)控措施；以《河湖生態(tài)疏浚工程施工技術(shù)規(guī)范》(DB32/T 3258—2017)為依據(jù)，為行政部門(mén)的科學(xué)決策提供依據(jù)。

1 概況及存在問(wèn)題

竺山湖位于太湖西北部，為半封閉型湖灣，湖東是連綿的丘陵山區(qū)，以自然的山體為湖岸線。竺山湖湖泊水面積68.3 km2，為太湖總面積的2.9%；湖底高程1.0～1.5 m。竺山湖呈特殊的袋狀形態(tài)，水流交換緩慢，換水周期長(zhǎng)，水動(dòng)力條件差。由于受入湖河道水質(zhì)的影響，水質(zhì)常年劣V類(lèi)，為太湖水質(zhì)污染最嚴(yán)重的湖區(qū)之一，現(xiàn)狀各入湖口門(mén)均無(wú)控制建筑物[2]。正常情況下湖泊底泥清淤后會(huì)產(chǎn)生一系列的環(huán)境問(wèn)題，主要包括營(yíng)養(yǎng)鹽的釋放、有毒物質(zhì)的再懸浮、水生植物和底棲生物的破壞等。底泥清淤的環(huán)境效應(yīng)，按時(shí)間段來(lái)劃分可分為短期效應(yīng)和長(zhǎng)期效應(yīng)。因此，即使出于對(duì)環(huán)境改善目的的湖泊底泥清淤，如果缺乏足夠的研究也可能存在生態(tài)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題，研究底泥清淤后生態(tài)環(huán)境的變化，對(duì)于定量評(píng)價(jià)清淤生態(tài)環(huán)境效應(yīng)具有非常重要的意義。湖泊底泥清淤工程的生態(tài)效應(yīng)既是湖泊富營(yíng)養(yǎng)化控制研究中需要回答的科學(xué)問(wèn)題，又是富營(yíng)養(yǎng)化湖泊污染控制在技術(shù)選擇時(shí)面臨的實(shí)際問(wèn)題。

2 研究目標(biāo)與內(nèi)容

2.1 研究目標(biāo)

針對(duì)底泥清淤可能引起的生態(tài)環(huán)境負(fù)效應(yīng)問(wèn)題，以竺山湖不同類(lèi)型的底泥清淤區(qū)域?yàn)檠芯繉?duì)象，通過(guò)對(duì)竺山湖清淤工程的歷史及水環(huán)境現(xiàn)狀調(diào)查，比較清淤前后水體理化因子、底泥分布及污染特征和生物種類(lèi)組成、密度、生物量的變化，揭示清淤后水質(zhì)、底泥營(yíng)養(yǎng)鹽和重金屬變化規(guī)律以及浮游植物、浮游動(dòng)物、水生植物、底棲動(dòng)物的演化趨勢(shì)，科學(xué)評(píng)價(jià)底泥清淤工程控制富營(yíng)養(yǎng)化湖泊的生態(tài)效應(yīng)，提出應(yīng)用《河湖生態(tài)疏浚工程施工技術(shù)規(guī)范》(DB32/T 3258—2017)控制清淤改善竺山湖水域的水質(zhì)，為太湖底泥全面清淤提供借鑒和技術(shù)支撐。

2.2 研究?jī)?nèi)容

竺山湖水域生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀及清淤工程調(diào)查，開(kāi)展竺山湖等太湖西北部周?chē)^(qū)底泥分布與污染特征、水質(zhì)和生物現(xiàn)狀調(diào)查研究，結(jié)合歷史清淤工程的時(shí)間、規(guī)模及方案論證(清淤范圍和深度)，探討底泥清淤的必要性，明確針對(duì)西北部湖區(qū)特點(diǎn)的生態(tài)清淤設(shè)備、范圍和清淤的厚度。

清淤工程前后水域生態(tài)環(huán)境動(dòng)態(tài)變化，研究對(duì)不同類(lèi)型湖區(qū)的生態(tài)清淤工程實(shí)施的生態(tài)效應(yīng)進(jìn)行連續(xù)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。比較底泥清淤前后水體理化因子、底泥營(yíng)養(yǎng)鹽、重金屬含量、浮游生物和水生植物的種類(lèi)組成、密度、生物量及多樣性的指數(shù)變化，揭示太湖西北部水域底泥清淤后水質(zhì)、底泥營(yíng)養(yǎng)鹽、重金屬變化規(guī)律，分析底泥清淤工程實(shí)施后浮游生物、底棲動(dòng)物和水生植物的演化趨勢(shì)，評(píng)估底泥清淤的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，為科學(xué)評(píng)價(jià)底泥清淤控制富營(yíng)養(yǎng)化湖泊的生態(tài)效應(yīng)提供實(shí)證。

竺山湖水域清淤工程生態(tài)效應(yīng)評(píng)估及實(shí)施建議，綜合集成太湖西北部水域環(huán)境問(wèn)題、底泥清淤工程實(shí)施經(jīng)驗(yàn)及清淤生態(tài)效應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)分析，確定竺山湖水域底泥清淤控制技術(shù)的實(shí)施原則、適用范圍等，提出竺山湖水域水質(zhì)改善與污染控制生態(tài)清淤的規(guī)范與建議。

3 生態(tài)清淤試驗(yàn)工程水質(zhì)跟蹤監(jiān)測(cè)

3.1 監(jiān)測(cè)工作方案

湖泊疏浚區(qū)及對(duì)照區(qū)水質(zhì)監(jiān)測(cè)。在竺山湖水域選擇5塊區(qū)域，定義為3塊疏浚區(qū)及2塊對(duì)照區(qū)，每區(qū)內(nèi)設(shè)1個(gè)點(diǎn)，共布設(shè)5個(gè)點(diǎn)，在施工過(guò)程中每月安排3～4次水質(zhì)監(jiān)測(cè)。同時(shí)在疏浚船絞刀頭周邊水域布設(shè)移動(dòng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，隨疏浚船在施工期間的工作面上移動(dòng)而移動(dòng)，伴隨進(jìn)行監(jiān)測(cè)，主要任務(wù)是監(jiān)測(cè)施工引起周邊水域的擾動(dòng)范圍，以及對(duì)濁度指標(biāo)的監(jiān)測(cè)。

排泥管出泥口水質(zhì)監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)指標(biāo)主要為：含泥量、pH、COD、TN、TP等內(nèi)容。

排泥場(chǎng)和余水入湖口水質(zhì)監(jiān)測(cè)。排泥場(chǎng)出水口監(jiān)測(cè)是針對(duì)在加藥前，來(lái)自排泥場(chǎng)的水體；余水入湖口是指在余水沉淀池尾端排放河道之前口門(mén)的水體。

3.2 監(jiān)測(cè)工作實(shí)施

在清淤工程實(shí)施后，對(duì)疏浚區(qū)及其對(duì)照區(qū)的五個(gè)湖區(qū)，排泥管、排泥場(chǎng)出水口、余水場(chǎng)排放口、余水受納河道和排泥場(chǎng)周邊區(qū)域的淺層地下水進(jìn)行每月3～4次的水質(zhì)監(jiān)測(cè)。

3.2.1 樣品采點(diǎn)和記錄

一是定位，采樣點(diǎn)定位采用全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)GPS。二是水樣采集，水質(zhì)樣品采集位置為水面下0.5 m處水樣。三是樣品現(xiàn)場(chǎng)處理，水樣裝入樣品盒(袋)密封，做好編號(hào)、標(biāo)記、登記，并在規(guī)定的環(huán)境下保存。四是現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量和記錄，現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量和記錄水質(zhì)樣品的水溫、溶解氧和透明度。

3.2.2 檢測(cè)分析方法

水質(zhì)分析方法按照國(guó)家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范進(jìn)行，見(jiàn)表1。

3.2.3 數(shù)據(jù)采集

在以下不同地點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。①疏浚區(qū)及對(duì)照區(qū)；②排泥場(chǎng)、沉淀池及相關(guān)河道；③對(duì)排泥場(chǎng)出水口和余水沉淀池；④對(duì)余水受納河道；⑤對(duì)項(xiàng)目附近地下水。監(jiān)測(cè)項(xiàng)目主要包括：水溫、懸浮物、pH值、電導(dǎo)率、DO、CODMn、CODCr、BOD5、TP、正磷酸鹽、氨氮、TN、揮發(fā)酚、六價(jià)鉻、砷、葉綠素a等相關(guān)項(xiàng)目。提取多次不同地點(diǎn)的水樣，獲得一定數(shù)量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

3.3 疏浚船絞刀頭擾動(dòng)影響分析

3.3.1 環(huán)保絞刀頭疏浚機(jī)理

目前，在環(huán)保疏浚項(xiàng)目中，絞吸挖泥船仍是挖掘和輸送泥土最經(jīng)常使用的挖泥船。這種挖泥船在其吸泥導(dǎo)管前裝有開(kāi)挖泥土所用的環(huán)保絞刀，其主要有2個(gè)功能：

(1)上下調(diào)整絞刀頭的位置，可以保證絞刀在不同深度、不同坡面下，其切削輪廓始終與污染底泥貼平，提高挖掘精度。

(2)機(jī)械切削底泥形成適合吸泥管水力輸送的泥砂和水的混合物。而混合物形成過(guò)程受到絞刀頭的幾何形狀、絞刀罩的幾何形狀和吸口的位置等因素影響[3]。

被疏浚底泥由于顆粒小，部分底泥在水流及疏浚挖掘機(jī)具的擾動(dòng)過(guò)程中容易揚(yáng)起并擴(kuò)散到周?chē)w中去，即在未被吸入吸泥管道之前就離開(kāi)絞刀，對(duì)周?chē)虻乃|(zhì)造成二次污染，稱為擴(kuò)散。擴(kuò)散量大小主要取決于底泥的類(lèi)型、絞刀頭轉(zhuǎn)速、吸口吸力和吸口位置等因素的影響。

3.3.2 疏浚船絞刀頭擾動(dòng)影響范圍分析

(1)疏浚船絞刀頭擾動(dòng)影響范圍分析。有防護(hù)罩的絞刀頭挖掘泥沙時(shí)，泥沙擴(kuò)散量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于無(wú)防護(hù)罩的擴(kuò)散量；通過(guò)疏浚船雙吸口絞刀頭結(jié)構(gòu)的改變和泥土距離吸泥管口的位置調(diào)整，從而可以在同等防擴(kuò)散的條件下提高疏浚進(jìn)度。疏浚船絞刀頭當(dāng)自左向右運(yùn)行移動(dòng)，因而對(duì)左側(cè)湖水?dāng)_動(dòng)影響距離較大，對(duì)前側(cè)和右側(cè)的影響距離相對(duì)較小；反之自右向左運(yùn)行移動(dòng)因而對(duì)左側(cè)湖水?dāng)_動(dòng)影響距離較大，對(duì)前側(cè)和右側(cè)的影響距離相對(duì)較小。絞刀頭在吸泥過(guò)程中因防護(hù)罩的作用下，調(diào)整好絞刀頭轉(zhuǎn)動(dòng)角速度，使得流體混合物引向吸口的力，處于主導(dǎo)地位，因而基本不產(chǎn)生擾動(dòng)影響，僅在移動(dòng)過(guò)程中帶動(dòng)湖底淤泥而使湖水變得渾濁。

(2)疏浚船絞刀頭擾動(dòng)影響持續(xù)時(shí)間分析。為掌握疏浚船絞刀頭擾動(dòng)對(duì)湖水濁度的影響持續(xù)時(shí)間，根據(jù)疏浚工作運(yùn)行情況，在絞刀頭附近1 m處對(duì)湖水濁度變化過(guò)程進(jìn)行監(jiān)測(cè)。疏浚船絞刀頭擾動(dòng)增強(qiáng)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)附近水域濁度在極短時(shí)間內(nèi)迅速升高，呈正相關(guān)性。絞刀頭停止擾動(dòng)后湖水濁度逐步呈緩慢下降態(tài)勢(shì)，直至恢復(fù)至本底，整個(gè)過(guò)程約有4～5 min左右。

4 清淤生態(tài)效益分析

(1)底泥疏浚對(duì)有機(jī)污染物和磷的內(nèi)源輸入產(chǎn)生了較明顯抑制作用。能否成為“湖泛”形成的策源地和促進(jìn)底泥污染釋放的最重要環(huán)境因素之一，就是表層底泥能否營(yíng)造和維持缺氧環(huán)境，疏浚切去了富含有機(jī)質(zhì)和大量具有微生物活性的表層底泥，使得其溶氧的消耗變得很小，且沉積物凈化能力有較大的提高。

(2)疏浚后，透明度、CODMn、氨氮、總氮、總磷和葉綠素a含量等指標(biāo)均有明顯轉(zhuǎn)好，其中CODMn、總磷和葉綠素a等3項(xiàng)指標(biāo)降低非常明顯。通過(guò)底泥疏浚對(duì)有機(jī)污染物和磷的內(nèi)源輸入產(chǎn)生了較明顯的抑制作用，見(jiàn)表2。

表2 疏浚前后湖水中主要污染物及葉綠素含量比較

(3)疏浚后，水體中SS值含量明顯降低。SS值的降低，表明懸浮于水體中的顆粒物等減少，以及相關(guān)的浮游植物數(shù)量降低。這一物理效應(yīng)來(lái)自于疏浚后對(duì)新生表層物性的改變，尤其在密度、含水量等物理性狀上的差別，如疏浚后密實(shí)了表層沉積物，使得底泥和顆粒難以上浮進(jìn)入水體，SS值含量降幅多達(dá)20%以上。

(4)疏浚后主要水化學(xué)離子發(fā)生變化。水體中TP、溶解性磷酸根以及總?cè)芙庑粤姿岣?，整體上均有大幅度的下降，此外較高價(jià)態(tài)的含氮化合物NO2-和NO3-同樣有著類(lèi)似下降的現(xiàn)象。水體營(yíng)養(yǎng)物的減少，也使得浮游植物的數(shù)量降低。

5 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)清淤工程，可以將竺山湖水域污染底泥進(jìn)行大范圍清除，極大的緩解底泥對(duì)清淤區(qū)域水環(huán)境的影響。清淤后底泥中污染物含量降低，底質(zhì)環(huán)境變得清潔，水體的自凈能力提高，水生物恢復(fù)較快，降低了疏浚區(qū)域內(nèi)，湖泛發(fā)生的概率，增強(qiáng)了周邊水源地的供水安全保證。隨著水環(huán)境的改善，環(huán)太湖區(qū)域宜居和投資吸引力得到進(jìn)一步提升，為太湖區(qū)域內(nèi)經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展創(chuàng)造更好的條件[4]。