疏浚工程

疏浚工程，是指採用挖泥船或其他機具以及人工進行水下挖掘，為拓寬和加深水域而進行的土石方工程。疏浚工程的挖槽設計應力圖通過改變河道水流幾何邊界，引起水流內部結構的變化,使得新形成的水流結構,不但可以保證泥沙不再淤積在航道內(至少在下一個汛期到來之前不再淤積),而且能將進人挖槽內的泥沙輸送到下深槽中去，維持航道穩定。

按規定範圍和深度挖掘航道或港口水域的水底泥、沙、石等並加以處理的工程。疏浚工程是開發、改善和維護航道、港口水域的主要手段之一。

基本介紹

• 中文名：疏浚工程
• 外文名：Dredging Engineering
• 作用：開發、改善和維護航道
• 重要環節：處理好棄土

發展概述

中國傳說中的部落領袖夏禹（大禹），據後人記載，約在公元前22世紀末從事治水，疏通入海河道。公元前5世紀中國開挖的邗溝,是現代北京至杭州的大運河的一段。公元前 6世紀埃及人開挖了第一條溝通尼羅河和紅海的運河。古代的疏浚方法是人在木船或竹筏上使用長竿泥袋、長柄斗勺等簡單工具撈取水底泥沙。15世紀荷蘭人採用了攪動泥沙的疏浚方法，把犁繫於航行的船尾，耙松河底泥沙,使其懸浮於水中,利用水流將泥沙帶到深水處沉澱。16世紀荷蘭人又創造出一種“泥磨”，施工時，用人力或畜力轉動平底木船上的大鼓輪，通過循環鏈條帶動木刮板，將水底泥沙颳起，經溜泥槽卸入泥駁。17世紀初用銅製斗勺代替木刮板，成為現代鏈斗挖泥船的雛形。18世紀中國製造了名為清河龍的人力挖泥船，船上設有絞盤柱，柱下端圍以鐵齒，能插入泥沙中。作業時，用人力轉動絞盤柱，帶動鐵齒挖泥。18世紀末出現了以蒸汽機為動力的挖泥船以後，疏浚機具得到不斷改進。受工業革命的影響，開闢或維護大船航道，主要使用挖泥船來進行疏浚了。

我國疏浚行業的發展已有數百年的歷史，在經濟全球化浪潮以及國際貿易快速發展的推動下，為適應貨櫃及油輪運輸大型化發展的需求，我國各地紛紛興建港口、拓寬並挖深沿海航道，以提高通航能力，疏浚行業得到了快速的發展。與此同時，隨著港口、航道、農田水利及沿海城市的發展，疏浚作業領域也得到了較大程度的延伸，從傳統的港口航道疏浚及維護、江河湖泊治理及水利設施興建，先後拓展至農田水利與水庫建設及維護、國防工程建設、環境保護疏浚、吹填造陸等領域。

2009年全球疏浚行業總收入為109.33億歐元，較2000年增長了超過3倍。相比之下，我國的疏浚工程行業增速更快，2000-2009年，我國疏浚行業整體收入增長超過5倍，疏浚工程量也大大增加，以基建疏浚和維護疏浚為例，2009年全國基建疏浚量約為9.3億立方米，而維護疏浚則達到了7060萬立方米。未來，我國疏浚工程行業仍將保持快速發展，主要得益於以下幾個因素：港口建設投資保持增長；沿海城市規模擴大催生填海造地仍將持續;內陸河流航道的維護；各種水利工程設施建設投資加快；河流、湖泊等區域生態環境的改善需求增加。由此，疏浚行業發展增速快，前景看好。

然而，由於業務資質、資金、技術裝備等原因，我國的疏浚工程企業的業務能力未能實現同步快速增長，行業需求存在一定的缺口。對於行業內的企業，只要抓住機會，充分了解市場、合理把握投資機會、準確出擊就一定能夠行業中崛起、壯大。

規劃設計

拓寬和浚深航道和港口水域，應該先進行規劃設計。進行疏浚工程會破壞原來的自然平衡。自然力總是趨向於恢復固有的平衡狀態。在內河水流、河口和海岸的潮流、沿岸流、異重流、波浪等動力作用下，泥沙不斷運動並在挖槽中沉積，造成回淤，導致疏浚的成果喪失或減少。所以在進行規劃設計時，要了解和掌握挖泥區各種動力因素與泥沙運動的關係，考慮減淤措施。航道疏浚設計包括挖槽定線，挖槽斷面尺寸的確定，挖泥船的選擇和棄土處理方法等。

挖槽定線

選擇航行便利、安全和回淤率小的挖槽軸線必須考慮水流動力條件和自然演變趨勢。如內河淺灘，挖槽位置應選在水流輸沙能力最強的區域，走向與枯水流向一致，交角不宜大於15°，使上游來沙順利通過以保持挖槽穩定。潮汐河口挖槽，應選在落潮主流深泓線上；在有多條叉道時則應選取其中輸沙量較少、平面較穩定、漲落潮流路較一致、落潮流占優勢的主流線上，以利泥沙出海。海岸港口挖槽軸線方向的選定尤其要考慮水文、氣象和船舶操縱性能等因素，避免航道方向與強風、大浪方向的夾角過大。如港址在沿岸漂沙嚴重地區，須築堤攔沙或用噴射泵從沿岸流上方吸取漂沙經海底管線越過航道輸往下方。

挖槽斷面尺寸的確定

航道挖槽斷面尺寸既要滿足船舶安全行駛，又要避免尺寸過大導致疏浚量過多。航道挖槽寬度的確定應根據船舶的類型和航行性能，風、浪、流的漂移作用，航行密度所要求的單線或雙線，由於避免岸吸和船吸作用船與岸、兩船交會所需間距，以及助航設施等。通常單航線挖槽底寬取5～7倍船寬，雙航線取 8～10倍船寬。限制性航道或環境條件差的採用高值；彎曲段應有附加的富裕寬度。挖槽深度的確定應根據船舶滿載吃水再加上船的縱傾、橫搖、航速所引起的下坐和考慮底質軟硬所需的最小的富裕水深。維護性疏浚尚須預留同兩次施工間斷時期的回淤厚度相適應的備淤水深。挖槽形狀通常為對稱的梯形斷面，採用挖區土質在水中和動力條件下自行穩定的邊坡。如果橫流或水流同挖槽軸線交角較大，可採用不對稱的橫斷面，即在來水來沙一側超深挖一、二條壟溝，用以截留泥沙並經常清除淤積，既可免致挖槽橫向位移，又可減少挖淤和航行的相互干擾。

挖泥船的選擇

疏浚選用何種挖泥船，主要取決於疏浚物質的性質以及施工區氣象、水文、地理環境等條件。在風浪大又無掩護的濱海和河口地區，宜選用自航式耙吸挖泥船；結合吹填的常採用帶輸泥管線的絞吸挖泥船；水底為硬土的用鏟斗挖泥船；作業面小的情況下，例如在港口的碼頭前沿，宜用抓鬥挖泥船。挖泥船作業時，要避免妨礙運輸船舶航行，注意安全操作和設施的齊備。在現場要標定挖槽的準確位置，布設水位訊號、挖泥和卸泥區標誌，經常進行水深測量，提高挖泥船運轉時間，研究改進挖泥方法。

棄土處理方法

保證疏浚成效的重要環節之一是處理好棄土。務使挖出來的泥沙不能回至挖槽造成人為的回淤，也不允許影響鄰近航道、港口。棄土處理方法大致分為兩類，即水中拋卸和送泥上岸。水中拋卸在內河施工中是用棄土填充丁壩、順壩等整治建築物的堤心或拋卸於深潭；在河口和港灣的淺水區施工中多用棄土填築人工島或造陸，這樣須先築圍堤以防棄土流失；深水拋卸通常在外海進行。送泥上岸要選擇好吹填地，主要要考慮岸坡的穩定性、容泥量；河流邊上填泥造陸時不能影響河道的穩定，大多先築圍埝，高岸則採用泥泵管線吹填。棄土處理方式的選取既要根據疏浚工程整體要求因地制宜，又要作經濟合理性比較。

疏浚工程對環境的影響

不同疏浚階段對環境的影響分析

對於不同的疏浚項目，往往根據疏浚目的、泥沙特性、水文環境以及施工條件等各方面的因素而採用不同的施工工藝和設備，疏浚作業的過程也各不相同，通常來說，均包含水下泥沙挖掘、疏浚泥沙垂向提升、泥沙水平輸送和處置等主要環節或階段，不同階段的施工作業將對環境產生不同的影響。

1、水下泥沙挖掘

該步驟的主要目的是將待疏浚泥沙從原位置移除，採用挖斗、鏟斗、鉸刀、耙頭等工具進行挖掘，在上述裝置的擠壓、切削作用下，床面泥沙凝聚力被破壞並發生移位，部分泥沙被疏浚設備輸送至其他地方待進一步處理，部分泥沙散落在疏浚點附近，部分泥沙懸浮至水體中。在挖掘泥沙的過程中，對環境的影響包括：（1）增加懸浮泥沙濃度，在疏浚設備的旋轉切削作用下部分泥沙進入懸浮狀態，懸浮泥沙濃度取決於底泥基本特性、疏浚設備的類型、挖掘能量、垂向提升方法及其他施工參數；（2）釋放污染物，懸浮在水體中的污染泥沙將通過解吸作用向水體中釋放污染物，釋放強度及速率受懸浮泥沙濃度、泥沙本底吸附值、水體物理化學環境、吸附動力學特性；（3）疏浚殘留泥沙若含有污染物則將成為新的污染源。

2、疏浚泥沙垂向提升

疏浚過程的第二個關鍵環節是將挖取的泥沙提升至水面，可採用機械方法或水力方法，與採用的疏浚船舶相關。當採用機械式挖泥船時，疏浚泥沙被置於泥斗之中被提升至水面，而採用水力式挖泥船時，通常採用吸泥管吸取疏浚泥沙，在離心泵作用下，泥水混合物被吸入吸泥管並通過排泥管線輸送至目的地。挖取的泥沙在提升過程中對環境的影響包括：（1）若採用開敞式挖泥斗進行機械輸送，提升過程中將不可避免與水體接觸，在水體的稀釋和沖刷作用下，水體懸浮泥沙濃度將增大，懸浮泥沙濃度受挖泥斗類型及容量、提升速度等因素影響；（2）而採用水力輸送時，其主要影響因素為吸泥管的吸入能力，若吸入能力不足以輸送全部的挖掘泥沙，則將生成大量的疏浚殘留污染環境；（3）若採用耙吸式挖泥船或泥駁裝載泥水混合物時，溢流將使得水體中的懸浮泥沙和污染物的濃度增加。

3、疏浚泥沙水平輸送

從床面挖取並提升至水面的泥沙需運輸到目的地進行進一步處置或處理，其水平輸送方式包括耙吸式挖泥船輸送、泥駁運輸和水力管線輸送，一般而言，機械疏浚採用泥駁運輸，水力式挖泥船採用管線輸送，耙吸式挖泥船可直接用船舶輸送。相比其他階段而言，疏浚泥沙的水平輸送對環境的影響較為微小，其主要風險來自於疏浚泥沙泄漏。

4、疏浚泥沙處置

疏浚泥沙被輸送至目的地後，根據疏浚目的、泥沙特性及可利用程度進行進一步處置，包括吹填陸域、岸灘養護、海上棄置、陸上棄置、隔離棄置等。疏浚泥沙處置是疏浚工程的最後階段，處置位置不同，其對環境的影響不同：（1）若採用水下處置，在水動力作用下，細顆粒泥沙將不同程度的向四周擴散和運動；（2）若採用陸上處置，如吹填陸域、岸灘養護，其主要污染主要來自於泥水分離過程中的余水排放和溢流；（3）此外，如若沒有採取相應的保護措施，陸上處理疏浚泥沙也將可能對處置點附近地下水水質帶來負面影響。

不同類型疏浚船舶對環境的影響分析

隨著疏浚市場的蓬勃發展和科學技術的飛速進步，為了滿足不同工程的施工要求，各船舶公司研製了不同類型的疏浚船舶投入使用，在工程中較為常見的挖泥船可分為機械式和水力式兩大類。機械式挖泥船主要運用挖掘機具進行水下挖掘，利用機具本身進行垂向提升以達到疏浚目的，主要包括抓鬥挖泥船、鏟斗挖泥船和鏈斗挖泥船等；水力式挖泥船則利用機械旋轉切割水下土層，將泥沙與水混合形成一定濃度的泥漿，通過輸泥管道輸送上岸，包括吸揚式挖泥船、絞吸式挖泥船和耙吸式挖泥船等。