一種重金屬污染底泥疏浚精確控制方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用于河流、湖泊、河流入海口灘涂等自然水體受重金屬污染底泥的疏浚時的精確控制方法，屬于污染底泥的治理修復技術領域。
【背景技術】
[0002]底泥通常是指粘土、泥沙、有機質及各種礦物的混合物，經過長時間物理、化學及生物等作用及水體傳輸而沉積于水體底部所形成。底泥能夠反映水體演化的歷史過程，為河流、湖泊、河流入海口灘涂等自然水體生態系統的重要組成部分。
[0003]底泥污染可分為有機污染和無機污染，無機污染又可分為氮、磷等富營養化物質污染和重金屬污染。有機物和氮、磷等營養物質會隨著水力沖刷、水質變化和氣候變化等，重新釋放到水體中，造成水體有機污染和富營養化，最終影響水體功能的實現。
[0004]底泥中的重金屬主要來自于大氣降塵、降水、土壤沖刷、地表徑流、各類污水、固體垃圾以及農藥等，具有長期性、累積性、潛伏性和不可逆性等特點，能通過食物鏈成千百倍地富集，最終危害人體健康。重金屬污染底泥的處理處置已經成為當前環保工作的重要內容之一，而底泥疏浚也成為河流、湖泊、河流入海口灘涂等自然水體污染底泥，特別重金屬污染底泥處理處置的首要環節。
[0005]由于不同水體水文條件在時間和空間上的差異，加上造成水體底泥重金屬污染的污染源排放情況各不相同，造成了水體中重金屬污染底泥沉積規律和空間分布的巨大差異，即使在同一水體，重金屬污染底泥的空間分布也極不均勻，為避免欠挖、減小超挖，從而減少疏浚后底泥的處理處置工作量，同時避免疏浚過程的二次污染，疏浚設備在疏浚過程中需要反復調整工作位置和疏浚深度，為此，重金屬污染底泥疏浚過程的精確控制顯得尤為重要。
[0006]環保疏浚技術作為最直接、最快速清除內源的途徑之一得到了廣泛運用。如中國專利文獻CN2837389公開的一種《雙吸口環保疏浚絞刀裝置》，主要由絞刀頭、防護罩、后封蓋、吸泥管、定位軸與泥泵組成，其特征是在絞刀頭的后封蓋吸泥口的對稱位置增設一個與已有吸泥口大小相同的吸泥口 ；并通過一個三通閥將連接兩吸泥口的泥管聯接到泥泵。該技術在已有的環保疏浚絞刀裝置基礎上進行升級，將單吸口更換成雙吸口，減少了疏浚底泥擴散，但仍存在底泥疏浚過程中泥沙不斷在向外擴散的問題。
[0007]CN101787720A公開的《一種生態清淤方法及其清淤裝置》，包括如下步驟:步驟一，通過超聲波測深裝置測定湖底深度；步驟二，根據測定的湖底深度調節吸頭埋入淤泥的深度；步驟三，啟動高壓水泵吸取湖底水，并將其打入吸頭使吸頭開始工作；步驟四，將吸頭吸取的淤泥輸送至清淤作業船上的淤泥艙內；步驟五，將淤泥艙內的淤泥輸送至污泥壓濾機進行壓濾。該方法具備環保清淤的優點，能盡量避免對水體擾動，有較高的施工精度，但控制水體擴散效果一般，對疏浚深度不能合理控制，此方法存在一定的缺陷。
[0008]CN103643713A公開了一種《河床環保疏浚的方法》按照如下步驟完成:(I)在船體上轉動安裝螺旋鉸刀式疏浚裝置，螺旋鉸刀式疏浚裝置包括電機、減速箱、螺旋鉸刀和輸送機，筒形機殼的進口端的上部固連有沉箱，螺旋鉸刀為頭端直徑小于尾端的錐形螺旋鉸刀，沉箱的右部向下傾斜靠近螺旋鉸刀的上表面，沉箱的上方還設有半圓形或蓋形的罩子；(2)在圓筒形機殼的出口端安裝輸送管，該輸送管接到泊船或岸邊，然后將螺旋鉸刀式疏浚裝置前部放入河底，泥沙從圓筒形機殼的出口端輸送管到達岸邊或泊船上。
[0009]盡管圍繞減少疏浚過程中二次污染問題，研發了環保疏浚絞刀、疏浚吸頭等較為先進的疏浚裝置，但由于存在平面定位設備(如GPS系統等)和底泥界面高程探測設備(如相干聲納淺水多波束綜合測量系統等)誤差的問題，上述環保疏浚設備或裝置難以適應重金屬污染底泥疏浚范圍和疏浚深度的控制要求，易導致欠挖、超挖和疏浚過程二次污染的問題，制約了疏浚設備在重金屬污染底泥疏浚領域的應用和推廣。
[0010]因此，亟需針對現有平面定位設備(如GPS系統等)和底泥界面高程探測設備(如相干聲納淺水多波束綜合測量系統等)的設備誤差，開發滿足重金屬污染底泥疏浚范圍和疏浚深度精確控制要求的控制技術。
【發明內容】
[0011]本發明針對現有平面定位設備(如GPS系統等)和底泥界面高程探測設備(如相干聲納淺水多波束綜合測量系統等)在污染底泥疏浚過程中存在不可避免的誤差的問題，結合重金屬污染底泥疏浚范圍和疏浚深度的控制要求，提供一種針對性強、且能夠實現重金屬污染底泥疏浚范圍和疏浚深度精確控制的精確控制方法。
[0012]本發明的重金屬污染底泥疏浚精確控制方法，包括疏浚范圍的調整以及疏浚深度的調整，包括以下步驟:
[0013](I)通過現狀勘察，明確重金屬污染底泥疏浚范圍及其疏浚深度控制要求；
[0014](2)將需要進行重金屬污染底泥疏浚的整個目標河段劃分成具有一定疏浚范圍的單元工程，各個單元工程的疏浚深度控制要求一致；
[0015](3)疏浚范圍的調整:
[0016]假定某個單元工程的設計疏浚范圍的四條邊界為A1A2、A1A3，A3A4和A4A2，其四至坐標為 Al (XI，Yl)、A2 (X2, Y2)、A3 (X3, Y3)和 A4 (X4, Y4)；
[0017]假定平面定位設備(手持或固定式GPS設備)誤差為a，a為正數，且接近單元工程中心時為_a，遠尚單兀工程中心時為a ；
[0018]為滿足重金屬污染底泥疏浚范圍及其疏浚深度控制要求，疏浚過程中，將本單元工程疏浚邊界向遠離本單元工程中心分別移動一個平面定位設備誤差的位置，即該單元工程邊界點坐標調整為 Al’(Xl+a，Yl+a)、A2’(X2+a，Y2+a)、A3’(X3+a，Y3+a)、A4’(X4+a，Y4+a)；
[0019]然后按上述過程，調整其它各單元工程中的邊界點坐標；
[0020]調整后的邊界坐標即為向疏浚設備實際輸入的邊界坐標；
[0021](4)疏浚范圍的位移控制:
[0022]某個單元工程全部邊界點坐標調整后，操作平面位移設備將整個疏浚設備位移至調整后的四至坐標位置處，對該單元工程實施疏浚；
[0023]平面位移設備是指為了完成疏浚設備平面位移所必須的所有設備，包括船體操作設備(如控制室所有操作按鈕和控制系統等)、動力驅動設備(如柴油機等)和輔助定位設備(如螺旋槳、定位粧等)。
[0024](5)疏浚深度調整過程:
[0025]假定某個單元工程的設計疏浚起始底泥界面高程為HO，終止底泥界面高程為H，其疏浚深度控制要求為Hl (HI = HO-H，Hl彡O);假定底泥界面高程探測設備(相干聲納淺水多波束綜合測量系統等)誤差為h，h為正數，且接近地面高程時為h，遠離地面高程時為_h ;則該單元工程的設計疏浚起始高程HO和終止高程H的調整過程為:
[0026]①疏浚起始底泥界面高程調整:將疏浚起始底泥界面高程HO向接近地面高程移動一個測深設備誤差的位置，將疏浚起始底泥界面高程調整為ΗΟ+h ;
[0027]②疏浚終止底泥界面高程調整:將疏浚終止底泥界面高程H向遠離地面高程移動一個測深設備誤差的位置，將疏浚終止底泥界面高程調整為H-h ;
[0028]調整后的實際疏浚深度變為Hl_2h ((H-h) - (H0+h))。
[0029]向疏浚設備實際輸入的為調整后的起始底泥界面高程和終止底泥界面高程。
[0030](6)疏浚深度的位移控制:
[0031]操作疏浚深度位移設備將疏浚頭部(指為了完成疏浚作業所必須的環保疏浚絞刀、疏浚吸頭等核心疏浚設備)位移至調整后的疏浚起始底泥界面高程ΗΟ+h，開始對單元工程實施疏浚，并控制疏浚終止底泥界面高程為H-h ；
[0032]深度位移設備是指為了完成疏浚設備深度位移所必須的所有設備，包括疏浚頭部操作設備(如控制室所有對應操作按鈕、操作控制系統)、斗橋和起降設備(如纜繩、液壓控制閥)等。
[0033]本發明針對現有平面定位設備(如GPS系統等)和底泥界面高程探測設備(如相干聲納淺水多波束綜合測量系統等)在污染底泥疏浚過程中存在不可避免的誤差的問題，充分結合現有疏浚設備技術水平和底泥疏浚范圍和疏浚深度控制要求，提供一種針對性強、便于實施的精確控制方法。
[0034]具有以下特點:
[0035]I充分考慮了現有定位和探測設備的誤差水平，針對性強；
[0036]2充分結合了重金屬污染底泥疏浚的精確控制要求，解決了污染底泥欠挖和超挖過量的問題，最大程度上減小了疏浚工作量和后續處理處置工作量。
[0037]3充分考慮了現有疏浚設備的技術水平，操作簡單，便于實施。
【附圖說明】
[0038]圖1是1#單元工程的設計四至坐標示意圖。
[0039]圖2是根據平面定位設備的誤差范圍調整后的1#單元工程四至坐標示意圖。
[0040]圖3是1#單元工程的疏浚深度范圍調整示意圖。
【具體實施方式】
[0041]以下結合附圖對本發明的本發明的污染底泥疏浚精確控制方法進行詳細說明。
[0042](I)通過詳細的現狀勘察和工程設計要求，明確重金屬污染底泥疏浚范圍及其疏浚深度控制要求。
[0043](2)為便于施工管理和工程驗收，將需要進行重金屬污染底泥疏浚的整個目標河段劃分成具有一定疏浚范圍的單元工程，各個單元工程的疏浚深度控制要求一致。
[0044](3)疏浚范圍的調整:
[0045]對劃分的各單元工程進行疏浚范圍調整時，首先假定其對應的疏浚深度均可以得到較好的控制，滿足相應設計要求。
[0046]根據施工圖設計，假定某單元工程(假設為1#單元工程)的設計疏浚范圍四至坐標為 Al (XI，Yl)、A2 (X2, Y2)、A3 (X3, Y3)和 Α4 (Χ4, Υ4)，其疏浚深度控制要求為 Hl (HI 彡 O)。
[0047]因目前采用的指引整體疏浚設備到達上述1#單元工程四至坐標指定位置的平面定位設備(手持或固定式GPS設備等)存在不可避免的誤差(