一种重金属污染底泥疏浚精确控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于河流、湖泊、河流入海口滩涂等自然水体受重金属污染底泥的疏浚时的精确控制方法，属于污染底泥的治理修复技术领域。
【背景技术】
[0002]底泥通常是指粘土、泥沙、有机质及各种矿物的混合物，经过长时间物理、化学及生物等作用及水体传输而沉积于水体底部所形成。底泥能够反映水体演化的历史过程，为河流、湖泊、河流入海口滩涂等自然水体生态系统的重要组成部分。
[0003]底泥污染可分为有机污染和无机污染，无机污染又可分为氮、磷等富营养化物质污染和重金属污染。有机物和氮、磷等营养物质会随着水力冲刷、水质变化和气候变化等，重新释放到水体中，造成水体有机污染和富营养化，最终影响水体功能的实现。
[0004]底泥中的重金属主要来自于大气降尘、降水、土壤冲刷、地表径流、各类污水、固体垃圾以及农药等，具有长期性、累积性、潜伏性和不可逆性等特点，能通过食物链成千百倍地富集，最终危害人体健康。重金属污染底泥的处理处置已经成为当前环保工作的重要内容之一，而底泥疏浚也成为河流、湖泊、河流入海口滩涂等自然水体污染底泥，特别重金属污染底泥处理处置的首要环节。
[0005]由于不同水体水文条件在时间和空间上的差异，加上造成水体底泥重金属污染的污染源排放情况各不相同，造成了水体中重金属污染底泥沉积规律和空间分布的巨大差异，即使在同一水体，重金属污染底泥的空间分布也极不均匀，为避免欠挖、减小超挖，从而减少疏浚后底泥的处理处置工作量，同时避免疏浚过程的二次污染，疏浚设备在疏浚过程中需要反复调整工作位置和疏浚深度，为此，重金属污染底泥疏浚过程的精确控制显得尤为重要。
[0006]环保疏浚技术作为最直接、最快速清除内源的途径之一得到了广泛运用。如中国专利文献CN2837389公开的一种《双吸口环保疏浚绞刀装置》，主要由绞刀头、防护罩、后封盖、吸泥管、定位轴与泥泵组成，其特征是在绞刀头的后封盖吸泥口的对称位置增设一个与已有吸泥口大小相同的吸泥口 ；并通过一个三通阀将连接两吸泥口的泥管联接到泥泵。该技术在已有的环保疏浚绞刀装置基础上进行升级，将单吸口更换成双吸口，减少了疏浚底泥扩散，但仍存在底泥疏浚过程中泥沙不断在向外扩散的问题。
[0007]CN101787720A公开的《一种生态清淤方法及其清淤装置》，包括如下步骤:步骤一，通过超声波测深装置测定湖底深度；步骤二，根据测定的湖底深度调节吸头埋入淤泥的深度；步骤三，启动高压水泵吸取湖底水，并将其打入吸头使吸头开始工作；步骤四，将吸头吸取的淤泥输送至清淤作业船上的淤泥舱内；步骤五，将淤泥舱内的淤泥输送至污泥压滤机进行压滤。该方法具备环保清淤的优点，能尽量避免对水体扰动，有较高的施工精度，但控制水体扩散效果一般，对疏浚深度不能合理控制，此方法存在一定的缺陷。
[0008]CN103643713A公开了一种《河床环保疏浚的方法》按照如下步骤完成:(I)在船体上转动安装螺旋铰刀式疏浚装置，螺旋铰刀式疏浚装置包括电机、减速箱、螺旋铰刀和输送机，筒形机壳的进口端的上部固连有沉箱，螺旋铰刀为头端直径小于尾端的锥形螺旋铰刀，沉箱的右部向下倾斜靠近螺旋铰刀的上表面，沉箱的上方还设有半圆形或盖形的罩子；(2)在圆筒形机壳的出口端安装输送管，该输送管接到泊船或岸边，然后将螺旋铰刀式疏浚装置前部放入河底，泥沙从圆筒形机壳的出口端输送管到达岸边或泊船上。
[0009]尽管围绕减少疏浚过程中二次污染问题，研发了环保疏浚绞刀、疏浚吸头等较为先进的疏浚装置，但由于存在平面定位设备(如GPS系统等)和底泥界面高程探测设备(如相干声纳浅水多波束综合测量系统等)误差的问题，上述环保疏浚设备或装置难以适应重金属污染底泥疏浚范围和疏浚深度的控制要求，易导致欠挖、超挖和疏浚过程二次污染的问题，制约了疏浚设备在重金属污染底泥疏浚领域的应用和推广。
[0010]因此，亟需针对现有平面定位设备(如GPS系统等)和底泥界面高程探测设备(如相干声纳浅水多波束综合测量系统等)的设备误差，开发满足重金属污染底泥疏浚范围和疏浚深度精确控制要求的控制技术。
【发明内容】
[0011]本发明针对现有平面定位设备(如GPS系统等)和底泥界面高程探测设备(如相干声纳浅水多波束综合测量系统等)在污染底泥疏浚过程中存在不可避免的误差的问题，结合重金属污染底泥疏浚范围和疏浚深度的控制要求，提供一种针对性强、且能够实现重金属污染底泥疏浚范围和疏浚深度精确控制的精确控制方法。
[0012]本发明的重金属污染底泥疏浚精确控制方法，包括疏浚范围的调整以及疏浚深度的调整，包括以下步骤:
[0013](I)通过现状勘察，明确重金属污染底泥疏浚范围及其疏浚深度控制要求；
[0014](2)将需要进行重金属污染底泥疏浚的整个目标河段划分成具有一定疏浚范围的单元工程，各个单元工程的疏浚深度控制要求一致；
[0015](3)疏浚范围的调整:
[0016]假定某个单元工程的设计疏浚范围的四条边界为A1A2、A1A3，A3A4和A4A2，其四至坐标为 Al (XI，Yl)、A2 (X2, Y2)、A3 (X3, Y3)和 A4 (X4, Y4)；
[0017]假定平面定位设备(手持或固定式GPS设备)误差为a，a为正数，且接近单元工程中心时为_a，远尚单兀工程中心时为a ；
[0018]为满足重金属污染底泥疏浚范围及其疏浚深度控制要求，疏浚过程中，将本单元工程疏浚边界向远离本单元工程中心分别移动一个平面定位设备误差的位置，即该单元工程边界点坐标调整为 Al’(Xl+a，Yl+a)、A2’(X2+a，Y2+a)、A3’(X3+a，Y3+a)、A4’(X4+a，Y4+a)；
[0019]然后按上述过程，调整其它各单元工程中的边界点坐标；
[0020]调整后的边界坐标即为向疏浚设备实际输入的边界坐标；
[0021](4)疏浚范围的位移控制:
[0022]某个单元工程全部边界点坐标调整后，操作平面位移设备将整个疏浚设备位移至调整后的四至坐标位置处，对该单元工程实施疏浚；
[0023]平面位移设备是指为了完成疏浚设备平面位移所必须的所有设备，包括船体操作设备(如控制室所有操作按钮和控制系统等)、动力驱动设备(如柴油机等)和辅助定位设备(如螺旋桨、定位粧等)。
[0024](5)疏浚深度调整过程:
[0025]假定某个单元工程的设计疏浚起始底泥界面高程为HO，终止底泥界面高程为H，其疏浚深度控制要求为Hl (HI = HO-H，Hl彡O);假定底泥界面高程探测设备(相干声纳浅水多波束综合测量系统等)误差为h，h为正数，且接近地面高程时为h，远离地面高程时为_h ;则该单元工程的设计疏浚起始高程HO和终止高程H的调整过程为:
[0026]①疏浚起始底泥界面高程调整:将疏浚起始底泥界面高程HO向接近地面高程移动一个测深设备误差的位置，将疏浚起始底泥界面高程调整为ΗΟ+h ;
[0027]②疏浚终止底泥界面高程调整:将疏浚终止底泥界面高程H向远离地面高程移动一个测深设备误差的位置，将疏浚终止底泥界面高程调整为H-h ;
[0028]调整后的实际疏浚深度变为Hl_2h ((H-h) - (H0+h))。
[0029]向疏浚设备实际输入的为调整后的起始底泥界面高程和终止底泥界面高程。
[0030](6)疏浚深度的位移控制:
[0031]操作疏浚深度位移设备将疏浚头部(指为了完成疏浚作业所必须的环保疏浚绞刀、疏浚吸头等核心疏浚设备)位移至调整后的疏浚起始底泥界面高程ΗΟ+h，开始对单元工程实施疏浚，并控制疏浚终止底泥界面高程为H-h ；
[0032]深度位移设备是指为了完成疏浚设备深度位移所必须的所有设备，包括疏浚头部操作设备(如控制室所有对应操作按钮、操作控制系统)、斗桥和起降设备(如缆绳、液压控制阀)等。
[0033]本发明针对现有平面定位设备(如GPS系统等)和底泥界面高程探测设备(如相干声纳浅水多波束综合测量系统等)在污染底泥疏浚过程中存在不可避免的误差的问题，充分结合现有疏浚设备技术水平和底泥疏浚范围和疏浚深度控制要求，提供一种针对性强、便于实施的精确控制方法。
[0034]具有以下特点:
[0035]I充分考虑了现有定位和探测设备的误差水平，针对性强；
[0036]2充分结合了重金属污染底泥疏浚的精确控制要求，解决了污染底泥欠挖和超挖过量的问题，最大程度上减小了疏浚工作量和后续处理处置工作量。
[0037]3充分考虑了现有疏浚设备的技术水平，操作简单，便于实施。
【附图说明】
[0038]图1是1#单元工程的设计四至坐标示意图。
[0039]图2是根据平面定位设备的误差范围调整后的1#单元工程四至坐标示意图。
[0040]图3是1#单元工程的疏浚深度范围调整示意图。
【具体实施方式】
[0041]以下结合附图对本发明的本发明的污染底泥疏浚精确控制方法进行详细说明。
[0042](I)通过详细的现状勘察和工程设计要求，明确重金属污染底泥疏浚范围及其疏浚深度控制要求。
[0043](2)为便于施工管理和工程验收，将需要进行重金属污染底泥疏浚的整个目标河段划分成具有一定疏浚范围的单元工程，各个单元工程的疏浚深度控制要求一致。
[0044](3)疏浚范围的调整:
[0045]对划分的各单元工程进行疏浚范围调整时，首先假定其对应的疏浚深度均可以得到较好的控制，满足相应设计要求。
[0046]根据施工图设计，假定某单元工程(假设为1#单元工程)的设计疏浚范围四至坐标为 Al (XI，Yl)、A2 (X2, Y2)、A3 (X3, Y3)和 Α4 (Χ4, Υ4)，其疏浚深度控制要求为 Hl (HI 彡 O)。
[0047]因目前采用的指引整体疏浚设备到达上述1#单元工程四至坐标指定位置的平面定位设备(手持或固定式GPS设备等)存在不可避免的误差(