海湾清淤作业对水环境的影响分析

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科技资讯 S CI EN CE & T EC HNO LO GY I NF OR MA TI ON 能源与环境
为了彻底改善沙头角海域的水质和环境状况,实施“蓝天、碧海、绿地”工程,区委、区政府决定对位于盐田区中英街栈桥至保税区大突堤内海域,横向从近海岸线向海域方向300m的区域进行清淤。

对于沙头角河至保税区段,设计投入2艘1500m 3的耙吸式挖泥船作业;对于沙头角河至中英街桥段,设计投入1艘8m 3的抓斗式挖泥船、3艘1000m 3自航式泥驳和一艘绞锚艇辅助作业。

施工时2艘耙吸式挖泥船同时作业。

清淤总工程量为136万平方米。

1 清淤施工阶段对水环境的影响分析
在底泥疏浚时,机械的搅动,会引起底
沙悬扬,而且在转移污染底泥时,洒落在水中的泥沙也会造成局部水域的浑浊。

在清淤工程施工及其运行过程中,只要水体的环境化学状态不产生大的改变,重金属及其化合物在水、泥界面的行为仍应以沉降为主要趋势,其自底泥向水中的释放是有限的,因此清淤过程对水质重金属污染很小,重点考虑泥沙悬浮的影响。

源强确定。

项目挖泥船泥沙泄漏引起的颗粒物悬浮源强按下式计算:
S 1=(1-θ1)·ρ1·α1·P ·10-3
式中:S 1为海湾清淤的悬浮物源强(kg/s);θ1为淤泥天然含水率(%);
ρ1为淤泥中颗粒物湿密度(g/cm 3);α1为淤泥中悬浮物颗粒所占百分率(%);
P为挖泥船泥沙泄漏引起的悬浮物发生强度(m 3/s),一般认为淤泥中粒径小于0.05mm 的颗粒全部悬浮。

经计算得,耙吸式挖泥船泥沙泄漏引起的颗粒物悬浮源强为40.32t/h,即为403.2t/d;抓斗式挖泥船泥沙泄漏一起的颗粒物源强为4.1t/h,即为41.0t/d。

模型选择。

S y x S y S K y x S K x S H y vS x uS t S
式中,S为悬移质浓度(mg/l);u ,v 分别为沿x和y方向的垂线平均流速(m/s);a 为泥沙颗粒沉降几率;w为垂直平均泥沙沉速;S s 为悬浮物源项(含底层扰动因子);H为实际水深; 为潮流作用下的水流挟沙力;K x ,
K y 分别为沿x和y方向的泥沙扩散系数;水
流挟沙力公式采用常见的半经验公式,即
m
H
g V A
3
式中,A和m为经验系数;V为流速大小。

泥沙模型计算采用的地形资料与水动力学模型的相同,计算域开边界条件根据泥沙浓度的监测资料获得;对于闭边界,假设
0 n S
,n 为闭边界外法线方向的单位矢量;泥沙方程的初始值由实测含沙量给定。

泥沙模型的输入条件(表1)。

泥沙模型可以采用有限差、有限体和有限元等方法来求解。

泥沙模型的计算域、网格和所需要的地形资料与水动力学模型相同。

计算时采用ADI方法,时间步长经调试取100s。

清淤作业时引起悬浮物扩散的最高浓度出现在挖泥点,引起悬浮物明显增值半径在涨潮、退潮时均为100m。

含沙量大于2000mg/l的浓度范围集中以抛泥点为圆心,半径为100m的边界范围内。

2 清淤工程结束后运营期回淤分析
清淤工程实施后,引起近岸海湾潮流
的改变。

从陆域进入海湾的污染物减少,进入海湾的泥沙主要来源于盐田港附近大鹏湾风浪和潮流综合挟带的泥沙,还包括少量沙头角河河道内的局部二次搬运泥沙。

回淤规律。

水流穿越挖槽时由于水流归槽的影响,水流在挖槽内向下游偏转,单宽流量略有增加,但流速却减少;回淤量除了与含沙量、泥沙沉降速度、水流速度、流速与挖槽夹角等因素有关外,还与挖槽深度和宽度有关;回淤量随挖槽深度的增加而增加,但当至某一深度后,深度再增加,回淤却增加不多;回淤量随挖槽宽度的增加而增加,挖槽断面平均淤强则随挖槽宽度的增加而减少,挖槽至某一临界宽度后,回淤量保持一常量,不因挖槽宽度增加而增加;回淤量随交角θ1的增加而增加,θ1＝90°
时,回淤量最大,θ1＝0°时,回淤量最小。

模型选择。

P =
256
.0212321
cos sin 1h h h h 1221exp 1bh h b h b bh k k
该公式分为三部分,第一部分为c
S 0
,
它含有S 0、ω、α、γc 等项,这是淤积主体;
第二部分为
256
.0212
32
1
cos sin 1h h h
h
,它
反映挖槽深度和水流与挖槽夹角对回淤的
影响;第三部分是12
221exp 1bh h b h b bh k
,它主要反映挖槽宽度对回淤的影响。

式中:α为沉降机率系数,参考有关回淤资料,取平均值为0.45;
ω为沉降速度,根据资料分析结果,取ω＝0.045～0.055cm/s;
S 0为含沙量;γc 为泥沙干容重,1.4g/cm 3;h 1为水深;h 2为挖槽深＋水深;
θ1为航道与水流夹角;b为挖槽宽度;b k
为挖槽临界宽度。

按下式计算:
2
2
1
1
1sin h h
U b k 式中U 1为挖槽外流速,以小潮最小流速计算,取0.07m/s;其他参数与上同。

预测结果。

按最不利条件计算:当θ1＝90°时,淤积强
度P 为10-8
m/s,年淤积强度为0.31m/年。

项目清淤工程的挖槽与水流方向的夹角远小于90°,因此淤积量远小于0.31m/年。

因而在确保陆域截污完善的情况下,清淤工程的效果较持久。

3 清淤效果分析
通过清淤,从海湾底泥中清除了大量有机质和重金属,削减了海湾内部污染负荷,遏制海水富营养化的内在条件,恢复海水正常的净化水质功能。

4 结语
清淤作业时引起悬浮物扩散的最高浓度出现在挖泥点,引起悬浮物明显增值半径在涨潮、退潮时均为100m。

含沙量大于2000mg/l 的浓度范围集中以抛泥点为圆心,半径为100m的边界范围内。

在确保陆域截污完善的情况下,清淤工程的效果较持久。

参考文献
[1]徐宏明.疏浚土扩散数学模型及其应用
[J].海洋环境科学,2000（2）.
海湾清淤作业对水环境的影响分析
梁媚 胡冠九
(深圳市深港产学研环保工程技术股份有限公司 518055)
摘 要:本文主要以沙头角湾清淤工程为例,论述海湾清淤作业对作业区域水环境的影响程度及特点。

关键词:海湾清淤 水环境 环境影响中图分类号:V 2文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2011)09(b)-0145-01
*考虑絮凝后的沉降速度
表1 泥沙数学模型的参数取值
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