范成新，鐘繼承，張 路，劉 成，申秋實(shí)

(中國(guó)科學(xué)院南京地理與湖泊研究所湖泊與環(huán)境國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，南京 210008)

環(huán)保疏浚(environmental dredging)是疏浚工程和環(huán)境工程相交叉的邊緣工程技術(shù). 環(huán)保疏浚是指以減少底泥(又稱沉積物)內(nèi)源負(fù)荷和污染風(fēng)險(xiǎn)為目標(biāo)，用機(jī)械方式，將富含污染物(如營(yíng)養(yǎng)物、重金屬和有機(jī)污染物等)的指定量上層沉積物進(jìn)行精確、有效和安全清除的技術(shù)，并考慮為水生生物的恢復(fù)創(chuàng)造條件. 這項(xiàng)起源于日本和歐美的水污染防治技術(shù)[1-3]，經(jīng)過(guò)約50年的研究和發(fā)展，已形成了一個(gè)將科學(xué)與技術(shù)緊密聯(lián)系的湖泊水環(huán)境治理門類. 環(huán)保疏浚從1990s末引入我國(guó)以來(lái)，就成為我國(guó)湖泊污染治理的主要技術(shù)手段之一[2-6]. 自1998年在滇池草海開(kāi)展污染底泥疏挖及處置項(xiàng)目起[4]，環(huán)保疏浚工程已在包括太湖、滇池、巢湖在內(nèi)的我國(guó)100多個(gè)湖庫(kù)的富營(yíng)養(yǎng)化控制、黑臭治理及生態(tài)修復(fù)中開(kāi)展，發(fā)揮了一定的積極作用[5-6]. 但是環(huán)保疏浚卻一直伴隨著對(duì)效果的質(zhì)疑，不斷引發(fā)爭(zhēng)議[7-11]，這就更使得該項(xiàng)用于水環(huán)境改善為目的的技術(shù)需要具有更高、更嚴(yán)的決策水平.

決策是信息搜集和加工最后作出的判斷. 不同于常規(guī)性工程疏浚，環(huán)保疏浚是以精確、低擴(kuò)散、低泄漏方式清除指定污染性底泥，以減少水體內(nèi)源污染負(fù)荷或規(guī)避生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，以及對(duì)疏挖出的底泥進(jìn)行安全性處理處置等[12]. 環(huán)保疏浚是一類資金投入相對(duì)巨大的環(huán)保類工程，在我國(guó)，此類項(xiàng)目的建議、可行性研究或初步設(shè)計(jì)階段，都強(qiáng)制性要求開(kāi)展研究性工作，并要求將環(huán)保理念貫穿“疏浚決策-方案設(shè)計(jì)-疏浚施工-疏浚物處置”的整個(gè)過(guò)程，在設(shè)計(jì)的科學(xué)性、施工的精準(zhǔn)性和工程的預(yù)期效果方面有著極高追求. 對(duì)環(huán)保疏浚決策的研究，是該類項(xiàng)目立項(xiàng)前必須要開(kāi)展的工作，它涉及到“是否疏浚”、“疏浚多少”、“如何疏?！?、“能否疏浚”等4個(gè)主要問(wèn)題[13-14]，分別對(duì)應(yīng)于必要性分析、工程量設(shè)計(jì)、疏浚工藝選擇和可行性分析4個(gè)研究階段(圖1). 因此對(duì)于一個(gè)已提出底泥疏浚動(dòng)議的污染湖泊，完善的、分階段的疏浚決策是管理者所需要的. 研究人員要在工程立項(xiàng)之前，對(duì)疏浚工程規(guī)模的必要性、技術(shù)選擇和可行性等進(jìn)行論證，對(duì)可能開(kāi)展的疏浚工程的全過(guò)程，給出周密、具可操作性的計(jì)劃和部署，甚至對(duì)疏浚效果作出預(yù)測(cè)，以獲得改善湖泊水環(huán)境和水生態(tài)的預(yù)期效益，減少?zèng)Q策失誤. 為梳理和完善環(huán)保疏浚決策體系，本文對(duì)50年來(lái)的國(guó)內(nèi)外湖泊環(huán)保疏浚的決策研究歷程進(jìn)行簡(jiǎn)略回顧，對(duì)相關(guān)研究成果和認(rèn)識(shí)進(jìn)行總結(jié)，評(píng)述湖泊環(huán)保疏浚的研究經(jīng)驗(yàn)，為湖泊底泥污染控制、水質(zhì)改善和生態(tài)修復(fù)，提供借鑒.

1 污染湖泊底泥疏浚的必要性研究

“是否疏浚”是環(huán)保疏浚首先要回答的問(wèn)題(圖1)，它不是簡(jiǎn)單地比較污染物的含量，而是建立在底泥污染程度和生態(tài)效應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)基礎(chǔ)上，進(jìn)行必要性評(píng)估分析后給予的客觀回答[15-16]. 湖泊“是否疏?！钡膯?wèn)題一般是從水體生態(tài)服務(wù)功能的逐步降低或喪失被提出的，因此，底泥是否已對(duì)水質(zhì)產(chǎn)生污染或是已對(duì)生物產(chǎn)生生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)往往作為疏浚必要性的主要判據(jù)[17-18]. 只有確定底泥對(duì)湖泊水體具有實(shí)質(zhì)性污染或生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)后，疏浚項(xiàng)目方可列入實(shí)施計(jì)劃[19-20]. 如在富營(yíng)養(yǎng)化水體的藻類堆積區(qū)、有外源排入的河口湖灣以及城市黑臭段水體，底泥往往是春夏時(shí)段的主要污染源，氮、磷的釋放通量有時(shí)可高達(dá)100和10 mg/(m2·d)[6,11,14]. 在必要性分析階段，除涉及對(duì)底泥的污染物含量(有時(shí)也包括形態(tài))分析外[18,21]，底泥內(nèi)源負(fù)荷大小，底泥潛在的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等是需要重點(diǎn)獲取的信息，這其中包括污染湖泊(區(qū))擬疏浚底泥的內(nèi)源污染貢獻(xiàn)量，及其在總污染負(fù)荷中的貢獻(xiàn)，以及生物體(如底棲生物)在該底泥環(huán)境中的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)程度等. 近30多年來(lái)，應(yīng)用于我國(guó)湖泊的環(huán)保疏浚針對(duì)的水環(huán)境問(wèn)題主要有：水體富營(yíng)養(yǎng)化[22-23]、底泥潛在生態(tài)危害風(fēng)險(xiǎn)[19-20]及湖泊水體黑臭.

富營(yíng)養(yǎng)化是最常見(jiàn)的湖泊污染類型，也是國(guó)內(nèi)外環(huán)保疏浚最需要解決的水環(huán)境問(wèn)題. 早期確定疏浚的必要性主要依據(jù)的是底泥中目標(biāo)污染物含量. 1969年世界上首個(gè)以水環(huán)境改善為目的的湖泊疏浚(日本諏訪湖)，就是以底泥中總磷(TP)含量過(guò)高為主要依據(jù)而決定實(shí)施的[24]. 但是，不同流域其自然和人類活動(dòng)的歷史、類型和程度，以及受環(huán)境影響的生物種類差異大，使得包括我國(guó)在內(nèi)的絕大多數(shù)國(guó)家尚未能建立起湖泊沉積物的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[25-26]，參考其他標(biāo)準(zhǔn)(如土壤、農(nóng)用污泥等)則缺乏借用依據(jù). 即使能作為參考的也多受限于污染物種類的不足(如缺少氮、磷等)而難以采納[27]. 因此從底泥中污染物含量，尚難以定量判斷底泥的污染程度和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn). 雖然底泥污染物含量越高其污染風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)可能越大，但關(guān)于底泥中污染物含量與其對(duì)水體污染影響程度的定量關(guān)系，往往難以得到研究結(jié)論的支持[28]. 因此在富營(yíng)養(yǎng)化湖泊的疏浚必要性決策中，底泥中氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物含量往往僅作為重要參考.

圖1 湖泊環(huán)保疏浚決策流程圖Fig.1 Flow chart of lake environmental dredging decision

與我國(guó)及日本等國(guó)家環(huán)保疏浚主要針對(duì)湖泊富營(yíng)養(yǎng)化不同，大多數(shù)國(guó)家湖泊疏浚的目標(biāo)是減少底泥中有毒有害污染物或規(guī)避水生生物危害風(fēng)險(xiǎn)[19,41-42]，采用的是生物學(xué)評(píng)估. 生物評(píng)估主要通過(guò)底泥化學(xué)、底泥潛在毒性、底棲無(wú)脊椎動(dòng)物群落結(jié)構(gòu)和生物累積數(shù)據(jù)來(lái)評(píng)估底泥生態(tài)系統(tǒng)狀況. 1975年世界上發(fā)表的第一篇有關(guān)疏浚與環(huán)境關(guān)系的文章，就是關(guān)于疏浚工程對(duì)周邊水生生物的影響問(wèn)題. Pequegnat[1]通過(guò)跟蹤研究認(rèn)為，在疏浚棄土水域監(jiān)測(cè)小型底棲生物組成可能比監(jiān)測(cè)大型底棲生物更為重要，在疏浚區(qū)周邊調(diào)查生物響應(yīng)的差異性，能夠反映其影響或反映生境重建狀態(tài). 考慮到疏浚/棄土決策者及技術(shù)人員對(duì)水域特殊生物保護(hù)知識(shí)的缺乏，佛羅里達(dá)州立法機(jī)構(gòu)為特殊生物或具有美學(xué)和科學(xué)價(jià)值的生物建立了35個(gè)保護(hù)區(qū)(避難所)，并以環(huán)境質(zhì)量違法次數(shù)和水體生物時(shí)序分析數(shù)據(jù)等，影響和規(guī)范政府的(疏浚)決策行為[43]. 1997年在荷蘭鹿特丹召開(kāi)的國(guó)際污染沉積物會(huì)議，其主題之一就是討論底泥的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)控制問(wèn)題. 美國(guó)環(huán)境保護(hù)局曾開(kāi)發(fā)了沉積物毒性識(shí)別和評(píng)估方法(TIE)，列出了沉積物中重金屬、有機(jī)物和氨(NH3)引起生物毒性的作用，使調(diào)查人員能夠?qū)Τ练e物中引起急性毒性的化學(xué)物質(zhì)進(jìn)行特征描述和識(shí)別，以幫助做出疏浚決策[44]. 應(yīng)用TIE發(fā)現(xiàn)，沉積物中氨在引起毒性方面的作用與重金屬、有機(jī)物大致相等，但在間隙水中氨的毒性作用更加突出. 在比利時(shí)召開(kāi)的“淡水沉積物監(jiān)測(cè)”會(huì)議上，與會(huì)者強(qiáng)調(diào)分析重金屬形態(tài)及生物可利用性，在界定底泥污染和生態(tài)危害風(fēng)險(xiǎn)時(shí)比污染物總量更有實(shí)用價(jià)值，并建議政府決策者和疏浚業(yè)專家，采用基于底泥毒性和泥-水界面重金屬遷移風(fēng)險(xiǎn)來(lái)獲得疏浚決策的結(jié)論支持[45]. 雖然疏浚前需要生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果做支撐，但為避免整體上出現(xiàn)決策性失誤，示范性疏浚研究逐漸得到重視. Guerra-García和García-Gómez[46]曾在疏?，F(xiàn)場(chǎng)建立6個(gè)1 m2的小疏浚區(qū)，研究疏浚區(qū)和對(duì)照區(qū)的大型底棲生物的數(shù)量和種類在30 d內(nèi)的變化情況，結(jié)果支撐了在示范區(qū)附近疏浚項(xiàng)目的實(shí)施.

湖泊藻源性黑臭(湖泛)問(wèn)題近10多年來(lái)已成為太湖等湖泊主要污染問(wèn)題之一. 湖泛(black bloom)現(xiàn)象實(shí)際是富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題引發(fā)的，與底泥有著密切關(guān)系. 底泥中關(guān)鍵致黑物源(包括部分致臭物源)的提供是造成太湖湖泛的兩個(gè)根本原因之一[47]，且發(fā)現(xiàn)沒(méi)有污染底泥的參與湖泛難以形成[48-49]. 自2007年下半年來(lái)，為了確保水源地安全，太湖疏浚的控制目標(biāo)由針對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化而轉(zhuǎn)向主要針對(duì)湖泛的防范[6]. 2008年9月-2009年 4月選定太湖湖泛易發(fā)湖區(qū)開(kāi)展了疏浚對(duì)湖泛控制效果的室內(nèi)模擬，同時(shí)在符瀆港外800 m建立了疏浚和對(duì)照兩個(gè)研究區(qū)，重點(diǎn)進(jìn)行疏浚對(duì)底棲生物影響的示范性研究. 模擬研究發(fā)現(xiàn)，太湖3個(gè)湖泛易發(fā)水域(符瀆港、月亮灣、南泉)未疏浚底泥的上層水體，先后發(fā)生了黑臭現(xiàn)象，而模擬疏浚的則未見(jiàn)發(fā)生[50]. 示范區(qū)跟蹤研究表明，疏浚7個(gè)月后底棲動(dòng)物數(shù)量的恢復(fù)率達(dá)到疏浚前61.8%的水平，生物量恢復(fù)則分別達(dá)到91%和64%，這些正面結(jié)果基本支持了在太湖受湖泛影響湖區(qū)開(kāi)展疏浚的決策. Liu等[51]通過(guò)模擬不同疏浚深度對(duì)湖泛的影響，發(fā)現(xiàn)疏浚過(guò)淺(7.5、12.5 cm)尚不能控制湖泛的形成，疏浚深度達(dá)到22.5 cm方可起到控制作用. 并發(fā)現(xiàn)主要是抑制了形成致黑物的關(guān)鍵因子∑H2S和沉積物中酸可揮發(fā)性硫化物(AVS)的含量. 實(shí)際上部分環(huán)保疏浚項(xiàng)目是帶有補(bǔ)救性或應(yīng)急性的[52-54]. 黑海沿岸的德夫尼亞區(qū)水體底泥淤積嚴(yán)重，基于水體中溶解性物質(zhì)、鈣、氯化物等含量以及底泥中重金屬和持久性有機(jī)物及放射性物質(zhì)含量突然偏高等現(xiàn)象，綜合分析決定需立即對(duì)其實(shí)施疏浚. 湖泛的發(fā)生一般很難預(yù)判，因此決策者往往采用應(yīng)急性工程進(jìn)行控制. 由于疏浚項(xiàng)目基本可以滿足機(jī)動(dòng)和快速的工程要求，因此關(guān)于疏浚時(shí)令選擇必要性研究往往省去，決策失誤的可能性也會(huì)有所增加. 總之，隨著生態(tài)環(huán)境保護(hù)理念的逐步深入，“是否疏?！钡臎Q策研究必將成為工程可行性研究中的必備程序和依據(jù)被進(jìn)一步鞏固，通過(guò)必要性論證方可列入擬疏浚項(xiàng)目，也將成為疏浚決策者的共識(shí).

2 湖泊底泥環(huán)保疏浚范圍和深度的研究

“疏浚多少”看似是個(gè)一般工程方量的設(shè)計(jì)問(wèn)題，但從環(huán)保疏浚研究而言，疏浚方量的設(shè)計(jì)卻是環(huán)保理念指導(dǎo)底泥疏浚工程的精髓所在，需要通過(guò)精細(xì)的研究、周密的計(jì)劃和合理的確定并通過(guò)各種方式表達(dá)出來(lái)的過(guò)程，以面積和深度的物理量給予確定. 特別是對(duì)于大中型湖泊而言，底泥的污染有明顯的空間異質(zhì)性，具有污染風(fēng)險(xiǎn)的底泥主要在部分湖區(qū)分布，并且越是接近表層，底泥中污染物含量和風(fēng)險(xiǎn)越高. 湖泊底泥污染物這種集中分布特征，實(shí)際上也為疏浚技術(shù)的應(yīng)用提供了可能，但如何合理確定湖泊環(huán)保疏浚范圍和深度這兩個(gè)關(guān)鍵物理量，卻非一般工程設(shè)計(jì)可以獲得，需要科學(xué)的理論指導(dǎo)和方法支持.

2.1 湖泊環(huán)保疏浚范圍的確定方法

疏浚范圍確定實(shí)際包含了“在哪疏?！焙汀笆杩６啻蟆眱蓚€(gè)問(wèn)題. 一般認(rèn)為，回答“在哪疏?！钡膯?wèn)題需要了解湖泊污染源和污染物分布特征，結(jié)合歷史信息的定性分析做出經(jīng)驗(yàn)上的判斷. 如1992年日本霞浦湖擴(kuò)大底泥疏浚規(guī)模，就是選擇底泥營(yíng)養(yǎng)物含量較高的土浦灣和高浜灣為疏浚區(qū)[32,55]. 從易受人類活動(dòng)影響而言，湖泊的受污染底泥一般分布在入湖河口、湖岸區(qū)及相對(duì)封閉的湖灣，這些位置是湖泊環(huán)保疏浚常見(jiàn)的關(guān)注區(qū)域，如巢湖西部湖灣、太湖竺山灣和滇池草海等[5]. 但如果就保護(hù)水源地而言，還考慮將疏浚區(qū)放在水廠取水口附近(如太湖貢湖水廠、錫東水廠和巢湖市水廠取水口周邊水域). 對(duì)于控制湖泛的環(huán)保疏浚，由于“黑水團(tuán)”具有移動(dòng)性，出現(xiàn)黑臭的水域不一定是湖泛的原發(fā)地，甚至有些區(qū)域湖底沒(méi)有明顯的軟性底泥，這就需要了解湖底的底泥分布、流場(chǎng)特征等情況. 另外，對(duì)高等水生植物繁茂區(qū)、魚類繁育區(qū)、底棲生物富集區(qū)等生態(tài)良好區(qū)，以及水工設(shè)施附近、無(wú)底泥區(qū)等，在疏浚范圍判定時(shí)還應(yīng)予以排除.

“疏浚多大”需要回答的是疏浚范圍或面積的問(wèn)題. 環(huán)保疏浚范圍的確定國(guó)內(nèi)外研究相對(duì)較少，大多是依據(jù)表層底泥的污染物分布特征勾畫出疏浚范圍和面積[56-57]. 有些管理者直接根據(jù)定性分析和所謂的管理經(jīng)驗(yàn)，將整個(gè)河口或湖灣認(rèn)定為疏浚范圍，即使在發(fā)表的指導(dǎo)性書籍中往往也闡述的并不清楚. 有的僅根據(jù)工程測(cè)量設(shè)備、定位和圖件繪制、底泥力學(xué)指標(biāo)的測(cè)定，給出所謂底板圖作為疏浚范圍[55]，明顯缺乏環(huán)保理念的融入. Dowson等[56]對(duì)劃船運(yùn)動(dòng)活動(dòng)頻繁的7個(gè)屬于貝類漁業(yè)區(qū)的河口，通過(guò)測(cè)定表層底泥和上覆水體中船舶禁用防污涂料(三丁基錫，TBT)含量，并依據(jù)其高度的空間變異性以及從底泥向水體解吸的潛在風(fēng)險(xiǎn)，確定了污染底泥的疏浚范圍. 王秋娟[58]采用美國(guó)EPA標(biāo)準(zhǔn)曾對(duì)太湖北部3湖區(qū)做污染分類，再結(jié)合底泥對(duì)氮的不同程度的解吸，將輕度以上的湖泊沉積物列為被疏浚的范圍.

環(huán)保疏浚范圍確定的核心問(wèn)題，即是建立底泥污染性質(zhì)和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的劃分方法及科學(xué)的空間整合體系. 范成新和陳爽[59]提出了一種可簡(jiǎn)稱為“網(wǎng)格層次法”的疏浚范圍確定方法. 它以氮磷靜態(tài)釋放、重金屬生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)(RI)、氮磷有機(jī)質(zhì)、活性磷、氧化還原電位等在內(nèi)的底泥9個(gè)物化屬性參數(shù)為主，同時(shí)考慮水質(zhì)和生態(tài)特征共17個(gè)指標(biāo)，將擬疏浚的湖泊或湖區(qū)劃分單元網(wǎng)格，把插值后的單元格中底泥、水質(zhì)和生態(tài)特征屬性數(shù)據(jù)，依據(jù)9級(jí)標(biāo)準(zhǔn)分級(jí)和無(wú)量綱化處理，在層次分析法(AHP)和專家打分支持基礎(chǔ)上計(jì)算出各級(jí)指標(biāo)權(quán)重，再將數(shù)學(xué)方法獲得的具有同一類別的“疏浚綜合評(píng)估值”的網(wǎng)格單元進(jìn)行面積歸并，按綜合評(píng)估值高低將湖泊劃分出推薦疏浚區(qū)、規(guī)劃治理區(qū)、規(guī)劃保留區(qū)和規(guī)劃保護(hù)區(qū)4類范圍(圖2). 網(wǎng)格層次法支持了太湖疏浚決策[6]，其中推薦疏浚區(qū)(84.90 km2)和規(guī)劃治理區(qū)(449.87 km2)中的部分區(qū)域，在2007年后太湖開(kāi)展的環(huán)保疏浚中得到實(shí)施. 該法所選擇的指標(biāo)和建立的決策框架對(duì)此后環(huán)保疏浚范圍的確定研究產(chǎn)生了一定影響. 王雯雯[60]基于水體中無(wú)機(jī)態(tài)氮、磷與底泥產(chǎn)生吸附解吸并可達(dá)到平衡，結(jié)合重金屬生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，建立了營(yíng)養(yǎng)鹽和重金屬的等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，并將太湖竺山湖劃分了氮、磷及重金屬高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，考慮安全性后進(jìn)行空間疊加劃分出環(huán)保疏浚范圍. 在此研究基礎(chǔ)上，他們?cè)黾恿顺志眯杂袡C(jī)污染物，形成了“鑒別評(píng)估”確定環(huán)保疏浚面積的方法. 陳國(guó)柱和劉毅[61]引入了“決策支持度指數(shù)”的概念，將底泥、水質(zhì)和生態(tài)特征的關(guān)鍵性控制指標(biāo)減到14項(xiàng)，底泥權(quán)重的賦值增加到70%，在浙江沃洲湖(長(zhǎng)詔水庫(kù))疏浚中得到應(yīng)用.

圖2 網(wǎng)格層次法湖泊疏浚范圍確定示意圖Fig.2 Schematic diagram of lake dredgingarea determined by grid hierarchical method

2.2 湖泊環(huán)保疏浚深度的確定方法

疏浚深度是環(huán)保疏浚研究中最主要關(guān)鍵性參數(shù)之一. 疏浚深度確定的合適與否直接關(guān)系到環(huán)保疏浚的效果好壞及工程費(fèi)用的高低，被認(rèn)為是環(huán)保疏浚研究的焦點(diǎn)所在[13,60]. 但關(guān)于環(huán)保疏浚深度，國(guó)外卻尚未有合適的方法可以借鑒，多是理念性或定性的[62-64]，主要關(guān)注的是生物種群的保護(hù)和重污染部分的去除，可操作性較低. 一般而言，底泥中污染物含量隨著深度的加大而逐漸降低. 如果疏浚深度過(guò)小(相當(dāng)于施工中欠挖)，底泥釋放和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)并未實(shí)質(zhì)性消除，疏浚效果難以得到保證和長(zhǎng)效維持；而過(guò)大的疏浚深度(相當(dāng)于施工中超挖)，則不僅會(huì)使疏浚成本增加，還可能對(duì)湖底部生態(tài)系統(tǒng)造成破壞，增加后期生態(tài)修復(fù)的難度[65]. 國(guó)際上關(guān)于疏浚深度的研究，相關(guān)成果主要來(lái)自我國(guó). 在多年的研究中，已推出了近10種方法[60,66-67]，從單一技術(shù)上分，主要有視覺(jué)分層法、拐點(diǎn)法、背景值法、標(biāo)準(zhǔn)偏差倍數(shù)法、頻率控制法、生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法、分層釋放法、吸附解析法等方法(圖3).

圖3 我國(guó)研發(fā)或應(yīng)用的環(huán)保疏浚深度(h)單一性確定方法示意圖( A 視覺(jué)分層法；B 拐點(diǎn)法；C 背景值法；D 頻率控制法；E 標(biāo)準(zhǔn)偏差倍數(shù)法；F 生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法；G 分層釋放法；H 吸附解析法)Fig.3 Schematic diagram of determination methods of environmental dredging depth (h) developed or applied in China(A: Visual stratification; B: Inflection point; C: Background value; D: Frequency control; E: Standard deviation multiple; F: Ecological risk index; G: Layered release ; H: Adsorption-desorption)

2.2.1 視覺(jué)分層法 該法又簡(jiǎn)稱視覺(jué)法、分層法和沉積層法[55,68-69]，主要根據(jù)顏色、氣味、流塑或黏稠狀態(tài)等對(duì)柱狀底泥進(jìn)行污染性質(zhì)分層. 該法早期一般將底泥分成3層(污染層A、過(guò)渡層B、正常層C)，認(rèn)為A層顏色為黑色至深黑色，上部稀漿狀，下部呈流塑狀，有臭味；B層顏色多灰黑色，呈軟塑-塑狀；C層顏色與當(dāng)?shù)匚幢晃廴就临|(zhì)相同，一般無(wú)異味. 在實(shí)際應(yīng)用中，多分成4層或5層. 如將污染層A層的上部細(xì)分為浮泥層[68]或氧化層[70]；或?qū)⑦^(guò)渡層再細(xì)分為上、下兩層[14]，以及將正常層稱為健康層[70]. 該法雖簡(jiǎn)單快速，但由于主要依賴于人的視覺(jué)、嗅覺(jué)和觸覺(jué)感官，主觀性介入過(guò)強(qiáng)，而顏色和流塑態(tài)與底泥污染性關(guān)系尚未見(jiàn)科學(xué)性定論，因此對(duì)層的性質(zhì)和分界位置的判斷難免產(chǎn)生誤差甚至失誤.

2.2.2 拐點(diǎn)法 該法又稱折點(diǎn)法[57,66,71]，它是依據(jù)目標(biāo)污染物含量隨深度的變化曲線中，出現(xiàn)明顯的拐點(diǎn)(或轉(zhuǎn)折點(diǎn))，則將處于該點(diǎn)位置以上的泥層厚度確定為底泥疏浚深度. 應(yīng)用該法有時(shí)可能出現(xiàn)1個(gè)以上的拐點(diǎn)，則從可實(shí)施性和經(jīng)濟(jì)成本考慮合理選擇. 吳永紅[66]曾對(duì)滇池兩湖灣底泥氮、磷垂向分布用拐點(diǎn)法判斷，認(rèn)為24～39 cm處為其適合的環(huán)保疏浚深度. 拐點(diǎn)法是我國(guó)1990s后大多數(shù)疏浚湖泊界定污染底泥疏浚深度時(shí)較常采用的方法. 姜霞等[71]用拐點(diǎn)法根據(jù)太湖竺山灣底泥中重金屬總量及生物可利用性形態(tài)的垂向分布特點(diǎn)，推算出底泥環(huán)保疏浚深度(0.39 m). 宋倩文[57]分析了梅梁灣柱狀底泥TP垂向變化曲線，找到拐點(diǎn)處的TP含量為582 mg/kg，據(jù)此確定梅梁灣的疏浚深度為17 cm. 趙海濤等[72]和梅曉慶等[68]提出的“含量分析法”實(shí)際上也是依據(jù)含量在垂向上的變化特征確定的，與拐點(diǎn)法原理本質(zhì)上一致. 拐點(diǎn)法的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單直觀，易掌握，但實(shí)際應(yīng)用中，由于沉積物的空間異質(zhì)性，不同的目標(biāo)污染物、不同的采樣點(diǎn)的拐點(diǎn)位置往往有很大不同，垂向曲線上拐點(diǎn)位置有的可多達(dá)3個(gè)以上甚至沒(méi)有明顯拐點(diǎn)，為疏浚深度的確定帶來(lái)困難和任意性.

2.2.3 背景值法 該法是以極少或未受人類活動(dòng)影響的深層底泥中目標(biāo)污染物含量作為背景值，將底泥中污染物含量高于背景值的即判定為受到污染，進(jìn)而確定環(huán)保疏浚深度. 底泥背景值可通過(guò)與底泥垂向分析結(jié)合的斷面沉積地球化學(xué)、研究區(qū)歷史資料大數(shù)據(jù)分析等方法獲得. 根據(jù)羊向東和陳旭的研究[73]，具有高磷地質(zhì)本底的巢湖流域由于1500-1580年間耕地面積的快速增加，造成巢湖底泥磷含量出現(xiàn)第一次明顯上升，對(duì)應(yīng)泥深小于62 cm的上層底泥則認(rèn)為已受近代污染，大于62 cm的則可認(rèn)為是磷的背景值. 一般認(rèn)為，環(huán)境污染大約起始于工業(yè)革命開(kāi)始的19世紀(jì)末，我國(guó)則主要開(kāi)始于1950s. 但是，很少有湖泊或湖區(qū)能獲得高覆蓋深層底泥調(diào)查數(shù)據(jù)來(lái)獲取背景值. 實(shí)際對(duì)柱狀泥樣高精度分層及對(duì)目標(biāo)污染物分析后，以背景值含量以上判斷為污染層，所確定的疏浚深度一般都會(huì)出現(xiàn)正誤差.

2.2.4 標(biāo)準(zhǔn)偏差倍數(shù)法 該法是對(duì)湖泊底泥樣品中的目標(biāo)污染物含量進(jìn)行分統(tǒng)計(jì)分析，求出其平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差，然后根據(jù)隨機(jī)誤差理論，確定極限誤差下的置信度水平，計(jì)算出置信區(qū)間. 根據(jù)目標(biāo)污染物含量的均值及其標(biāo)準(zhǔn)偏差變動(dòng)范圍(Av+n·σ)，人為劃分底泥污染等級(jí)，其中n為自然數(shù). 對(duì)于正態(tài)分布，認(rèn)為偏離3σ的可能性已經(jīng)很小,(Av-3σ，Av+3σ)之內(nèi)的數(shù)量占總數(shù)的絕大多數(shù). 因此在一般湖泊中n取值為3～4，而對(duì)污染較重湖泊則取1～3[70, 74]. 該法需要足夠多的采樣點(diǎn)目標(biāo)污染物含量信息，而且理論上每個(gè)樣點(diǎn)的分層數(shù)甚至層位都要具有一致性，另外，n的取值主觀成分較明顯，缺乏不同標(biāo)準(zhǔn)偏差與污染的對(duì)應(yīng)關(guān)系，依據(jù)并不充足.

2.2.5 頻率控制法 該法是將足夠樣本的底泥污染物特征值按大小依次排序，以圖表方式繪制污染物含量的頻率曲線，或用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法將特征值和頻率表達(dá)成一定的數(shù)學(xué)關(guān)系式. 然后確定某一百分比下的底泥質(zhì)量分類標(biāo)準(zhǔn)，依據(jù)人為制定的清淤原則清除高含量污染物，即確定某一頻率的污染物為環(huán)保疏?？刂浦礫60]. 該法在分析有多個(gè)檢測(cè)限的變量時(shí)，可在分析時(shí)給予相同的考慮，以確保所有的數(shù)據(jù)用于質(zhì)量分級(jí). 但該法需要有足夠多的樣本數(shù)，以滿足統(tǒng)計(jì)學(xué)要求，且符合正態(tài)分布，含量所處頻率與污染的對(duì)應(yīng)關(guān)系缺乏科學(xué)依據(jù)，應(yīng)用較少.

2.2.6 生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法 該法又稱潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法和臨界風(fēng)險(xiǎn)法[75-76]. 瑞典科學(xué)家H?kanson[77]將在相對(duì)比較穩(wěn)定的頁(yè)巖中不同重金屬含量作為湖泊底泥背景值，根據(jù)不同重金屬的生物毒性作用存在差異，通過(guò)各污染因子的計(jì)算及其值的加和，計(jì)算出RI，評(píng)價(jià)底泥的生態(tài)危害程度(無(wú)生態(tài)危害：RI<150；生態(tài)輕度危害：150≤RI<300；中度危害：300≤RI<600；強(qiáng)度危害：RI≥600). 生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法主要依據(jù)H?kanson的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法和生態(tài)危害程度等級(jí)，將具有生態(tài)強(qiáng)度危害(RI≥600)的層確定為污染層，該層下部所處位置至上部底泥—水界面距離，確定為疏浚深度[75]. 在“十五”國(guó)家863項(xiàng)目中，對(duì)太湖五里湖環(huán)保疏浚示范區(qū)15個(gè)柱狀樣點(diǎn)中重金屬含量按照生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)將底泥劃分為背景層(無(wú)生態(tài)危害)、無(wú)污染的正常層位(生態(tài)輕度危害)、污染過(guò)渡層(生態(tài)中度危害)和污染層(生態(tài)強(qiáng)度危害)4層[34]，確定示范區(qū)疏浚深度為20～150 cm. Ding等[76]應(yīng)用潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)評(píng)價(jià)了浙江平湖10條河道的重金屬RI，給出了臨界風(fēng)險(xiǎn)閾值水平，建議的疏浚深度為35～100 cm. 該法的優(yōu)點(diǎn)是用常規(guī)化學(xué)分析替代了底泥的生物危害實(shí)驗(yàn)，使疏浚深度的確定融入了生態(tài)的理念. 不足之處是對(duì)于非受重金屬污染如營(yíng)養(yǎng)性污染的湖泊僅能作為參考.

2.2.8 吸附解析法 該法又稱吸附平衡法[70,82]. 對(duì)擬疏浚區(qū)干燥底泥以合適的泥/水比和外加氮、磷進(jìn)行吸附解吸平衡實(shí)驗(yàn)，找出氮、磷吸附解吸平衡濃度大于上覆水中相應(yīng)氮、磷濃度的底泥層，確定氮、磷釋放風(fēng)險(xiǎn)大的泥層作為疏浚層次，相應(yīng)的底泥厚度為環(huán)保疏浚深度. 王雯雯等[70]應(yīng)用該方法，對(duì)太湖竺山灣環(huán)保疏浚示范工程A、B兩區(qū)確定的底泥環(huán)保疏浚深度分別為0.4～0.7 m. 馬永剛等[82]在試驗(yàn)水體的濃度條件上對(duì)該法作了改進(jìn)，將底泥與按Ⅰ類～劣V類別配置含氮、磷的模擬水體進(jìn)行吸附解析實(shí)驗(yàn)，當(dāng)達(dá)到各自平衡濃度時(shí)，將初始濃度與吸附/解析量建立線性回歸方程，為疏浚深度確定提供更精細(xì)的依據(jù).

實(shí)際在環(huán)保疏浚工程的疏浚深度確定應(yīng)用中，除拐點(diǎn)法外，很少僅采用以上一種方法確定疏浚深度，往往是2種甚至是多達(dá)4種方法的綜合[33,68-69,75]. 涉及較多的方法是視覺(jué)分層法、拐點(diǎn)法、生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)法、分層釋放法和吸附解析法. 為了對(duì)富營(yíng)養(yǎng)化、重金屬、持久性有機(jī)污染物等多重污染的底泥進(jìn)行有效控制，Liu等[83]對(duì)巢湖匯流湖灣開(kāi)展了以營(yíng)養(yǎng)物(TN和TP)、重金屬(重點(diǎn)是Cd和Hg)和持久性有機(jī)污染物(16 種PAHs)控制為主的多目標(biāo)底泥疏浚深度的確定，對(duì)劃分的4塊區(qū)域推薦的合理疏浚深度為15～25 cm. 張?chǎng)蔚萚69]提出用基于疏浚深度主要位于污染過(guò)渡層(B)內(nèi)這樣的基本判斷，應(yīng)用沉積學(xué)法(視覺(jué)法)、背景值法、拐點(diǎn)法和分層釋放速率法給出疏浚深度，獲得在過(guò)渡層中需疏浚去除的百分比(綜合系數(shù)K值)，以此用公式計(jì)算出環(huán)保疏浚深度. 對(duì)于特殊的湖泊污染現(xiàn)象——湖泛黑臭的控制，以關(guān)鍵的致黑組分為主要控制參數(shù)，也將獲得較好的疏浚效果. Liu等[51]模擬疏浚深度控制湖泛，發(fā)現(xiàn)22.5 cm的疏浚深度可有效控制湖泛的發(fā)生.

與我國(guó)在環(huán)保疏浚深度確定上主要關(guān)注底泥中污染性化學(xué)元素或組分(營(yíng)養(yǎng)性、重金屬和持久性有機(jī)污染物等)不同，歐美一些國(guó)家更注重于與底泥有關(guān)的生物體毒性效應(yīng)，并且以實(shí)際受影響的結(jié)果來(lái)確定疏浚深度[62]. Rosiu等[62]曾對(duì)底特律河采集的12個(gè)沉積物巖芯按5 cm間隔分層，分別用毒性剖面法和生物測(cè)定法分析評(píng)價(jià)了底泥中一種搖蚊幼蟲(Chironomustentans)在10天暴露期的存活和增重. 與對(duì)照相比將沉積物分成(對(duì)底棲動(dòng)物)劇毒、有毒、輕度有毒和優(yōu)質(zhì)棲息地，并據(jù)此估算8個(gè)采樣點(diǎn)的有毒沉積物體積，確定了疏浚和處置有毒沉積物的成本. 我國(guó)涉及與疏浚深度有關(guān)的生物體研究，目前尚不具有定量指導(dǎo)意義，如Yu等[65]在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下研究了淺疏浚和深疏浚對(duì)底泥上黑藻生長(zhǎng)的影響，認(rèn)為適度疏浚后的底泥與黃萎病菌的生長(zhǎng)相適應(yīng)；過(guò)度疏浚則因棕壤性基底缺乏養(yǎng)分，導(dǎo)致水生植物生長(zhǎng)緩慢. 為兼顧底泥污染控制和水生植物的修復(fù)，研究認(rèn)為將疏浚深度放在底泥有機(jī)質(zhì)含量處于1.7%～5.0%之間時(shí)，既可控制河道有機(jī)污染，又可為底棲動(dòng)物和附著藻類提供充足營(yíng)養(yǎng)，防止沉水植物(菹草、黑藻)根系出現(xiàn)爛根現(xiàn)象[84].

3 湖泊底泥環(huán)保疏浚工藝選擇研究

疏浚是一類應(yīng)用水力或機(jī)械的方法，挖掘水下的土石方并進(jìn)行輸移處理的工程. 環(huán)保疏浚的對(duì)象是(軟性污染)底泥，外力使其以泥塊或泥漿的狀態(tài)從原位移除，并通過(guò)水面上的設(shè)備運(yùn)出到湖體以外區(qū)域處理處置[85]. 輸泥方式、堆場(chǎng)設(shè)計(jì)和余水處理工程基本離開(kāi)水體或在密閉環(huán)境下進(jìn)行，已不涉及水中疏浚操作，故不作為本文主要述及的內(nèi)容. 水下的疏?；顒?dòng)因所選的疏浚方式、疏浚工具、定位裝置、防擴(kuò)散裝備等工藝的不同，將會(huì)產(chǎn)生欠挖、超挖、漏挖和底泥泄漏等現(xiàn)象，在新生表層底泥上將會(huì)產(chǎn)生不同量的殘留物[67,86]和再沉降物(圖4)，這將牽涉到?jīng)Q策中工藝的選擇. 另外，疏浚中因刀具或流體對(duì)底泥的剪切和湍流會(huì)產(chǎn)生顆粒再懸浮，其中大顆粒物在重力作用下會(huì)迅速回落到泥層表面，較小顆粒則會(huì)在水體中擴(kuò)散遷移直至沉降. 疏浚中擾動(dòng)擴(kuò)散的顆粒物和殘留的疏浚物，將會(huì)對(duì)周邊水環(huán)境質(zhì)量和生物體產(chǎn)生影響，降低疏浚后的污染控制效果[86-89]，需要一定防護(hù)措施. 因此，在疏浚實(shí)施前，疏浚方式、疏浚工具、定位裝置、防擴(kuò)散裝備等疏浚工藝的選擇，也是環(huán)保疏浚決策所必須要考慮的研究?jī)?nèi)容.

3.1 環(huán)保疏浚方式的選擇

底泥疏浚分干法和濕法兩大類. 干式方法又稱排干法或空庫(kù)法[90]，即將整個(gè)湖區(qū)或圍堰分隔水體中的水排干，用推土機(jī)推積、車輛裝載運(yùn)出；或用高壓水槍沖淤等將底泥與水體混合推積于低洼區(qū)，再用輸送泵將泥水抽走. 前者也稱機(jī)械疏浚，后者為水力疏浚[91]. 南京玄武湖是我國(guó)采用干式法對(duì)湖泊疏浚的較典型案例. 該湖自公元320年以來(lái)，分別以軍事、清淤和擴(kuò)容等目的，進(jìn)行了10次干湖疏浚[92]. 1997年11月-1998年3月為改善湖泊水質(zhì)，進(jìn)行了第11次干法疏浚. 主要采用建圍堰分湖區(qū)機(jī)械疏浚方式，設(shè)計(jì)疏浚深度30 cm，共清除湖泥87萬(wàn)m3[86,91]. 2002年底-2003年初的西安興慶湖疏浚也是采用高壓沖淤. 干法疏浚的優(yōu)點(diǎn)是將水下施工的隱蔽工程變成陸上直觀施工，施工中規(guī)避了再懸浮對(duì)水體的影響，而且對(duì)地形起伏大、雜物多的底部能以可視和無(wú)死角的方式進(jìn)行作業(yè)[67]，缺點(diǎn)是幾乎難以按照確定的環(huán)保疏浚設(shè)計(jì)的幾何尺寸進(jìn)行污染底泥的有效清除，殘留率高，超挖和欠挖發(fā)生概率大；殘留污染底泥易與清潔底泥混雜，污染控制的效果一般不甚理想[8,93].

濕法疏浚又稱帶水或水下疏浚，該法需要將疏浚機(jī)械安裝在可移動(dòng)的作業(yè)船上[94]，通過(guò)疏浚工具，如斗、吸頭或刀頭等(圖4A)，將污染底泥清除出水體. 具有環(huán)保理念的疏浚方式基本來(lái)自濕法疏浚，在底部雜物不多且疏浚面積不是非常小的情況下，湖泊環(huán)保疏浚的設(shè)備選型，實(shí)際上就是根據(jù)湖泊水深、底泥性質(zhì)、疏浚泥深、工期，低擴(kuò)散低殘留等工藝和環(huán)保要求，對(duì)需要疏浚船疏浚的挖掘方式的選擇.

圖4 疏浚中底泥新生表層形成過(guò)程及潛在風(fēng)險(xiǎn)示意圖Fig.4 Formation process and potential risk of new surface sediment in dredging

濕法疏浚主要分抓斗式、鏈斗式、鏟斗式、泵吸式、耙吸式、絞吸式和斗輪式等疏浚方式[67,90,95]，其中耙吸式、絞吸式和斗輪式都屬于吸揚(yáng)方式. 這些濕法疏浚設(shè)備具有不同的工作原理及優(yōu)缺點(diǎn)，疏浚決策可根據(jù)污染物控制目標(biāo)及疏浚水體自身的環(huán)境條件選擇適合的疏浚工藝設(shè)備. 雖然濕法疏浚有多種方式，從施工效率、經(jīng)濟(jì)性、適應(yīng)性和環(huán)保性等方面，不同疏浚方式各有所長(zhǎng)[4,95]，但真正在湖泊中應(yīng)用較多的主要有抓斗式、泵吸式和絞吸式(表1). 2014年南京玄武湖和2018年武漢龍陽(yáng)湖的疏浚工程，均采用了抓斗方式施工，但從國(guó)內(nèi)外發(fā)展特別是環(huán)保要求越來(lái)越高的趨勢(shì)看，絞吸式挖泥船是相對(duì)較適合的疏浚方式. 陳超等[96]曾模擬抓斗式(V形面)和絞吸式(表面有殘留)疏浚方式與理想狀態(tài)(平整面)對(duì)太湖不同湖區(qū)的底泥疏浚效果進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)，絞吸式疏浚比抓斗式對(duì)底泥氮、磷釋放有更好的控制作用. 泵吸式由于有較高的疏浚精度(10 cm)，特別適合湖底狀況復(fù)雜、防擴(kuò)散污染要求高的湖岸區(qū)域薄層疏浚[97-98].

表1 湖泊中不同常用疏浚方式的優(yōu)缺點(diǎn)比較

3.2 基于疏浚中再懸浮和顆粒擴(kuò)散考慮的疏浚工具的選擇

疏浚中疏浚工具(如刀、斗、鏟等)難免因?qū)Ρ韺拥啄嗟那邢?、抽吸等而產(chǎn)生機(jī)械攪動(dòng)、振動(dòng)或流體紊動(dòng)，這種瞬間使底泥碎化、松散和揚(yáng)起的操作，往往會(huì)造成疏浚點(diǎn)及其附近底泥再懸浮乃至向周邊水域擴(kuò)散(圖4B). 此外，船體移動(dòng)、淤泥裝載等過(guò)程也會(huì)短暫地引起局部水體的湍流和剪切現(xiàn)象，導(dǎo)致底泥顆粒物懸浮. 實(shí)際上，即使冠以“環(huán)保”稱謂的所有疏浚方式，在疏浚作業(yè)中都難免造成一定程度的擴(kuò)散和泄漏，只是程度不同而已. 由于底泥再懸浮和擴(kuò)散不僅導(dǎo)致水體的渾濁和透明度下降，更主要是會(huì)快速使底泥中污染物向水體釋放[31,37,67,99]，因此在疏浚方法的選擇中，往往對(duì)疏浚工具給予更多關(guān)注. 疏?；顒?dòng)的物理環(huán)境，主要是水體懸浮固體濃度(SSC)增加以及向疏浚點(diǎn)遠(yuǎn)處的擴(kuò)散和沉積(DEP)而造成的影響[103]. Hy?tyl?inen和Olkari[87]對(duì)疏浚中的芬蘭J?ms?nvesi湖泊分層底泥多環(huán)芳烴(PAHs)進(jìn)行分析，根據(jù)最上層(0～10 cm)的淘洗液中PAH總濃度對(duì)發(fā)光細(xì)菌和水蚤的毒性較大的結(jié)論，提出疏浚工具是否存有合理性的問(wèn)題. 楊白露[99]從可優(yōu)化運(yùn)行參數(shù)和工藝入手，研究了斗容8 m3抓斗其抓斗開(kāi)度、疏浚頻率和飄斗角，對(duì)疏浚中擴(kuò)散所造成的底泥釋放影響. 結(jié)果認(rèn)為，抓斗開(kāi)度為180°、飄斗角為0°、抓泥頻率為40次/h時(shí)，疏浚后底泥中氨氮、TN和有機(jī)物累積釋放量最小，所獲得的環(huán)保工藝參數(shù)反過(guò)來(lái)指導(dǎo)了疏浚工藝的選擇. 因此疏浚中因擴(kuò)散等所造成的影響范圍和程度，往往是環(huán)保決策在疏浚工具的選擇中需要考慮的重要內(nèi)容.

Cutroneo等[104]用帶有多普勒流速剖面儀(ADCP)和濁度儀的測(cè)試船，對(duì)意大利熱那亞Multedo港作業(yè)中的3種類型疏浚船(抓斗式、鏟斗式和耙吸式)，所形成的渾濁區(qū)拖尾(flume)的特征和變化進(jìn)行逐日跟蹤. 利用獲得的聲學(xué)后向散射和濁度數(shù)據(jù)，以及對(duì)渾濁區(qū)拖尾狀態(tài)演變分析，抓斗式疏浚的渾濁拖尾僅出現(xiàn)在距抓斗50 m以內(nèi)的底部；鏟斗式疏浚的拖尾則在疏浚點(diǎn)50 m內(nèi)的整個(gè)水柱明顯存在，港內(nèi)50～400 m和港外100 m也有出現(xiàn)，但主要在100 m范圍內(nèi)[105]；耙吸式挖泥船后形成的渾濁拖尾在港內(nèi)400 m延伸到港外100 m處的整個(gè)水柱. 用動(dòng)力學(xué)數(shù)值模型研究因疏浚產(chǎn)生的懸浮固體拖尾影響，其結(jié)果常被應(yīng)用于疏浚前的預(yù)測(cè)[103]. Wasserman等[106]曾用3D模型，模擬了巴西塞佩蒂巴灣在內(nèi)潮汐和風(fēng)力作用下疏浚過(guò)程中的顆粒擴(kuò)散，其影響范圍可達(dá)600～1000 m[67]，認(rèn)為高強(qiáng)度的水動(dòng)力對(duì)影響范圍可能起到了拉長(zhǎng)作用. 為能從時(shí)空上精細(xì)刻畫疏浚SSC拖尾的漸變過(guò)程，F(xiàn)eola等[103]以傳統(tǒng)的機(jī)械式和水力式挖泥船為研究對(duì)象，通過(guò)對(duì)SSC和DEP模擬的時(shí)間序列分析，得出統(tǒng)計(jì)學(xué)參數(shù)，以數(shù)值來(lái)評(píng)估其空間(垂直和水平)和時(shí)間(季節(jié))變化. 將發(fā)生超過(guò)閾值的SSC拖尾事件，按照量級(jí)、持續(xù)時(shí)間和發(fā)生頻率給予記錄(SSCnum)，作為綜合指標(biāo)直接比較不同疏浚船在距疏浚區(qū)漸進(jìn)距離處產(chǎn)生的影響. 該疏浚工程潛在影響的識(shí)別和評(píng)估系統(tǒng)為西西里島奧古斯塔港在選擇疏浚工具上提供了決策支持. 曾建軍[107]曾以懸浮物發(fā)生量作為指標(biāo)比較3種疏浚方式對(duì)環(huán)境的影響，結(jié)果表明，在同等疏浚效率下，抓斗式影響最大，耙吸式其次，絞吸式最小.

3.3 絞吸式疏浚船的裝備改進(jìn)和工藝選擇

雖然仍有一些類型的挖泥船也被應(yīng)用，但目前國(guó)內(nèi)外優(yōu)先選用的環(huán)保疏浚方式是絞吸式挖泥船[95-96,108-109]. 環(huán)保疏浚質(zhì)量的好壞主要體現(xiàn)于兩個(gè)指標(biāo)：擴(kuò)散性和殘留率. 無(wú)論疏浚設(shè)備的先進(jìn)與否，都會(huì)產(chǎn)生一定量的殘留淤泥[110](圖4C). 這些從疏浚泥中殘留下來(lái)的底泥往往具有較高的流化狀態(tài)、易遷移且具有較高的生物可利用性，其中的微生物甚至可對(duì)底泥產(chǎn)生接種式的活化作用[14,86]. 對(duì)于絞吸式疏浚船而言，底泥的擴(kuò)散主要是來(lái)自絞刀頭對(duì)底泥的切削、刮吸形成的擾動(dòng)以及定位樁的移動(dòng)等，使得底泥會(huì)快速向周邊分散[14,95]. 底泥的殘留涉及因素相對(duì)較多：(1)因地形平整度差或垂向定位允許誤差等造成的欠挖；(2)由于平面定位誤差、疏浚區(qū)劃分問(wèn)題或船體定位偏斜等因素造成的漏挖；(3)由于構(gòu)造物、石塊和障礙物等遮掩造成污染性底泥未被清除[110]；(4)絞刀頭抽吸效率不足或是泥塊過(guò)大過(guò)硬等，使得已被碎化、松散甚至揚(yáng)起的底泥沒(méi)被抽吸走；(5)因擾動(dòng)造成的再懸浮底泥的原位和異位的沉降等(圖4C).

據(jù)研究，由于疏浚設(shè)備(包括絞刀頭、定位系統(tǒng))、底泥性質(zhì)(如粒徑、含水率、有機(jī)質(zhì)含量等)和疏浚點(diǎn)環(huán)境條件等因素，殘留量可占疏浚挖掘總量的2%～11%，殘留顆粒物中的污染物則約占計(jì)劃疏浚清除污染物的5%～9%[111]. 但有文獻(xiàn)表明，疏浚淤泥的殘留量與疏浚設(shè)備的關(guān)系不大，而與疏浚地點(diǎn)的現(xiàn)場(chǎng)條件關(guān)系密切. Patmont等[112]根據(jù)污染物質(zhì)量平衡法估算，認(rèn)為殘留淤泥量約為疏浚量的1%～13%. 為改善絞吸式疏浚船的擴(kuò)散性和殘留率指標(biāo)，在給定的硬件條件下，人們主要從裝備的改進(jìn)和工藝的選擇兩方面進(jìn)行完善[89,110].

1)防擴(kuò)散泄漏型環(huán)保絞刀的設(shè)計(jì)和研制. 一般認(rèn)為，罩式、立式圓盤型和螺旋刮掃吸頭式是降低疏浚物擴(kuò)散的主要絞吸形式. 近30 多年來(lái)，從防擴(kuò)散和防泄漏角度，進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用的新型環(huán)保絞刀層出不窮. 如荷蘭Boskalis公司專為環(huán)保疏浚設(shè)計(jì)了圓盤式環(huán)保絞刀，比利時(shí)國(guó)際疏浚公司設(shè)計(jì)了鏟吸式絞刀[113]. 美國(guó)也有相關(guān)專利提出一種防止泄漏的方案，在絞刀大環(huán)內(nèi)側(cè)設(shè)置了特定的鏟板，用以引導(dǎo)被切削下來(lái)的泥沙盡快到達(dá)吸泥口處. 荷蘭專利也設(shè)計(jì)出了一種防止絞吸式挖泥船泄漏的方案，該方案讓吸泥口盡可能的深入絞刀內(nèi)部，提高吸入效果，以達(dá)到減少泄漏的問(wèn)題[95]. 我國(guó)近20年來(lái)在環(huán)保絞刀領(lǐng)域也進(jìn)行了不斷的研制和改進(jìn)[114-115]，楊建華等[115-116]針對(duì)普通疏浚絞刀底部適應(yīng)性差、吸泥效率低、容易造成漏挖，以及固定式防護(hù)罩不能控制泥泵的進(jìn)水量、疏浚深度不能隨泥層厚度改變等問(wèn)題，研發(fā)出兩款新型環(huán)保疏浚絞刀；林玉葉等[114]則針對(duì)平整性差的湖底，易造成絞刀頭防護(hù)罩不能與泥面很好密閉的問(wèn)題，研制出一種可提升疏浚泥漿含固率的環(huán)保絞刀頭，降低了疏浚的殘留率. 但整體而言，我國(guó)在環(huán)保疏浚絞刀的研制方面，還是以性能改進(jìn)為主.

3)疏浚定位、傳感和信息技術(shù)的提升. 環(huán)保疏浚與一般疏浚相比，其最大的不同是對(duì)一個(gè)不規(guī)則的清淤斷面以可控方式，對(duì)所設(shè)計(jì)的疏浚厚度(能以5～10 cm精度)進(jìn)行精準(zhǔn)性疏挖. 在湖面開(kāi)闊水域施工中，高精度的平面定位和高控制能力的垂向穩(wěn)定性，是疏浚低殘留率的最主要保證，稍有不慎就會(huì)造成欠挖、超挖和漏挖. 目前國(guó)際上環(huán)保疏浚標(biāo)準(zhǔn)要求，平面疏浚精度為30 cm，垂向疏浚精度為5～10 cm[89]. 20世紀(jì)末，我國(guó)自行生產(chǎn)的疏浚設(shè)備大多源于港口和航道的清淤裝備，在挖深控制(20～30 cm)和空間定位精度(m級(jí))方面均較落后. “十五”期間我國(guó)在西五里湖開(kāi)展了環(huán)保疏浚技術(shù)系統(tǒng)性研究，集成了高精度微機(jī)測(cè)控、衛(wèi)星導(dǎo)航定位、傳感器和地理信息處理技術(shù)，研制出絞吸挖泥船挖深自動(dòng)監(jiān)控裝置[119]. 結(jié)合高精度定位及挖深控制技術(shù)，使得平面定位精度達(dá)到± 1 m，薄層疏浚精度控制在<10 cm，滿足了高精度疏浚定位要求.

4)環(huán)保疏浚作業(yè)和裝備參數(shù)的優(yōu)化. 在實(shí)際疏浚作業(yè)中，與水環(huán)境保護(hù)直接有關(guān)的就是挖泥船液壓系統(tǒng)控制的絞刀轉(zhuǎn)速和橫移，泥泵真空和排壓一系列運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)，對(duì)于操作者而言，這些都是作出正確控制決策的關(guān)鍵信息[120]. 湯德意等[121]在水庫(kù)疏?，F(xiàn)場(chǎng)，研究了環(huán)保絞刀轉(zhuǎn)速n和橫擺速度v與吸入泥漿濃度的關(guān)系，結(jié)果表明，n=15 r/min、v=15～20 m/min是絞刀的最佳作業(yè)參數(shù)，此時(shí)疏浚泥水中的含固率最高，底泥擴(kuò)散率和殘留率也相對(duì)較低. 彭小蘭[122]在三峽庫(kù)區(qū)回水區(qū)也研究了上述關(guān)系，發(fā)現(xiàn)絞刀橫移速度比轉(zhuǎn)速的影響大，認(rèn)為能提高疏浚效率的絞刀轉(zhuǎn)速和橫移速度應(yīng)分別設(shè)置在40 r/min和2 m/min. 雖然同為水庫(kù)疏浚，但可能裝備的不同，底泥的性質(zhì)等不同，使得優(yōu)化的施工參數(shù)出現(xiàn)了明顯差異. 為盡可能降低疏浚過(guò)程中產(chǎn)生的污染物擴(kuò)散，疏浚前可向環(huán)保疏浚絞刀(螺旋加罩絞刀)的水底投加PAC和鈣鹽鈍化劑后再進(jìn)行疏浚施工，疏浚區(qū)水環(huán)境中COD、TN和TP含量得到了有效控制[122].

4 湖泊底泥疏?？尚行苑治鲅芯?/h2>

環(huán)保疏浚項(xiàng)目通常涉及的投資費(fèi)用相對(duì)巨大，在決策前需全面系統(tǒng)地分析和掌握項(xiàng)目的社會(huì)經(jīng)濟(jì)和生態(tài)環(huán)境效益的情況. 也就是說(shuō)環(huán)保疏浚的可行性分析是以預(yù)測(cè)為前提，以投資效益為目的，從技術(shù)、安全、經(jīng)濟(jì)和施工管理上的綜合性分析，以確定擬疏浚項(xiàng)目是否可行(圖1). 湖泊的疏浚效果未達(dá)到預(yù)期，多與忽視決策研究有關(guān)，決策上的主觀性和任意性，不僅會(huì)造成資金的浪費(fèi)，還容易造成生態(tài)環(huán)境效益的喪失. 在前面經(jīng)過(guò)“是否疏?！?、“疏浚多少”和“如何疏?！钡南到y(tǒng)分析后，相當(dāng)于通過(guò)了環(huán)保決策中主要技術(shù)的可行性分析，但是，“能否疏?！笔枪こ虒?shí)施的最后決策，根據(jù)“一湖一策”的理念，除了疏浚的技術(shù)性分析外，不同湖泊疏浚的安全性、經(jīng)濟(jì)性以及工程配套條件和施工期等都會(huì)有所不同，須納入可行性研究的范疇，加以系統(tǒng)分析，為環(huán)保疏浚決策提供最終依據(jù).

4.1 環(huán)保疏浚的技術(shù)性分析

4.2 環(huán)保疏浚的經(jīng)濟(jì)性分析

相比于一般疏浚，同樣方量的環(huán)保疏浚其費(fèi)用要高得多，其最主要的原因就是為體現(xiàn)環(huán)保性，從疏浚前的裝備的配置，到疏浚施工中的防擴(kuò)散泄漏和疏浚后的泥水處理處置和監(jiān)測(cè)維護(hù)等，都比一般疏浚產(chǎn)生了更多的成本. 而且隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)和工藝水平的進(jìn)步，對(duì)環(huán)保疏浚要求逐漸提高，知識(shí)產(chǎn)權(quán)在裝備和方法中的注入以及環(huán)保要求的不斷提高等，也使得疏浚的定額和整個(gè)工程的造價(jià)，會(huì)發(fā)生變動(dòng)尤其是增加[124]. 環(huán)保疏浚工程的每一項(xiàng)內(nèi)容都將涉及到資金的投放，我國(guó)各地經(jīng)濟(jì)發(fā)展不平衡，雖然各級(jí)政府都很重視水環(huán)境保護(hù)，但對(duì)疏浚成本的控制也有可能成為限制性條件[125]. 在我國(guó)湖泊富營(yíng)養(yǎng)化污染影響比較大的地區(qū)(如太湖地區(qū)、云貴地區(qū)和武漢市周邊)，地方政府用于包括環(huán)保疏浚的投入的意愿相對(duì)較大，但對(duì)多數(shù)地區(qū)，即使湖泊污染已很嚴(yán)重，疏浚的必要性也非常充分，可能受地方財(cái)政的環(huán)保投入影響，疏浚的可行性并不足. 此外，政策變化、通貨膨脹等因素都將可能制約著環(huán)保疏浚項(xiàng)目立項(xiàng)或啟動(dòng)的可行性.

4.3 環(huán)保疏浚的安全性分析

環(huán)保疏浚重點(diǎn)是以水環(huán)境保護(hù)為主要目的，這些受保護(hù)的水體往往處于近岸或水流平緩的湖灣區(qū). 從考慮城鄉(xiāng)防洪、生活與生產(chǎn)安全的角度，疏浚區(qū)如果涉及到堤防、飲用水取水口和水工設(shè)施等近陸或水中的構(gòu)筑物時(shí)，應(yīng)參照我國(guó)現(xiàn)行的疏浚標(biāo)準(zhǔn)，必須保證足夠的工程安全距離. 如果所確定的疏浚區(qū)均在危險(xiǎn)范圍內(nèi)，則項(xiàng)目不可實(shí)施. 據(jù)對(duì)太湖底泥疏浚規(guī)劃設(shè)計(jì)[6,74]，疏浚區(qū)必須距離湖堤岸線50～100 m、中大型水工設(shè)施100～200 m，對(duì)于永久性標(biāo)志物以其為圓心的25 m范圍，對(duì)于湖體內(nèi)的橋墩則以其橋梁走向兩邊各外向100～150 m范圍，距離水源取水口500～1000 m范圍. 另外，我國(guó)東部地區(qū)和西南部地區(qū)會(huì)出現(xiàn)地區(qū)性的季風(fēng)期，9-10月往往易發(fā)臺(tái)風(fēng)，就保障人員的生命安全而言必須避免. 此外風(fēng)浪過(guò)大，船只的定位、絞刀放置位置和姿態(tài)的穩(wěn)定性都將受到很大影響，對(duì)于在這些區(qū)域開(kāi)展環(huán)保疏浚的項(xiàng)目，只能從安全性考慮，避開(kāi)這一時(shí)段施工.

4.4 環(huán)保疏浚的工程效益分析

環(huán)保工程的效益主要考慮的是環(huán)境效益、生態(tài)效益和社會(huì)效益. 疏浚從湖體去除了多年沉積下來(lái)的大量污染物，特別是從總量上有效去除了污染物相對(duì)活性部分；疏?？梢欢ǔ潭认麓龠M(jìn)歷史環(huán)境下的水生生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)，對(duì)草型湖泊則控制沼澤化進(jìn)程；疏浚一般都能改善水體的透明度，提高沉積物表層的溶解氧水平，提升人居環(huán)境和旅游資源；疏浚會(huì)增加庫(kù)容以及開(kāi)發(fā)地區(qū)水資源儲(chǔ)存容量等. 然而，疏浚最主要的是環(huán)境效益，它是可行性分析中最重要的部分.

4.5 環(huán)保疏浚的工期分析

雖然沒(méi)有嚴(yán)格的要求，但環(huán)保疏浚的時(shí)間最好選擇冬、春季[10,55,129]，我國(guó)大部分區(qū)域湖泊此段時(shí)間往往呈低水位期(枯水期)，風(fēng)力相對(duì)較小，適合湖面疏浚船的穩(wěn)定和施工. 底泥表層還是藻體越冬的主要場(chǎng)所[130]，沉降主要發(fā)生在秋末至春初階段，如果疏浚安排冬春季進(jìn)行，將可有效地將部分附著在底泥表層的藻體(特別是藍(lán)藻種源)清除掉，為藻類水華的控制起到積極作用. 另外，在我國(guó)經(jīng)常出現(xiàn)一種疏浚工程叫“應(yīng)急”疏浚，其必要性原因可以是湖泊發(fā)生了重大污染事件(如湖泛)，或是某水源地水質(zhì)發(fā)生了與底泥有關(guān)的問(wèn)題. 此類項(xiàng)目往往不允許有所謂“耽擱”，用必要性代替了可行性. 其中最典型的就是將研究、設(shè)計(jì)和論證時(shí)間大大壓縮，來(lái)滿足立即施工的要求. 但是，如果在時(shí)間節(jié)點(diǎn)上違反了科學(xué)規(guī)律，也將不具有可行性. 比如環(huán)保疏浚主要就是控制內(nèi)源污染，減小底泥生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)，改善湖泊水質(zhì)，但如果恰巧在夏季疏浚，由于溫度效應(yīng)，對(duì)內(nèi)源的釋放將具有增大甚至放大作用，不具可行性[10，55]. 再比如，如果疏浚的水體是嚴(yán)重富營(yíng)養(yǎng)化湖泊，設(shè)計(jì)的疏浚時(shí)間未避開(kāi)藻類暴發(fā)或湖泛易發(fā)階段，此時(shí)段施工將因難以避免的疏浚物擴(kuò)散和泄漏而增加水體中營(yíng)養(yǎng)鹽，反而造成藻類增加或黑臭發(fā)生等水質(zhì)惡化現(xiàn)象，顯然這樣的“應(yīng)急”疏浚工程在工期上缺乏可行性，需作時(shí)間調(diào)整.

4.6 環(huán)保疏浚方案的比選

方案比選是尋求合理的經(jīng)濟(jì)和技術(shù)決策的必要手段，具體環(huán)保疏浚工程而言，方案的比選就是對(duì)工程中各主要技術(shù)在可比性的條件下，就投入、效益、技術(shù)、風(fēng)險(xiǎn)等方面進(jìn)行比較[131]. 其中在效益大致相同的基礎(chǔ)上，技術(shù)比選往往是決定性的，主要是針對(duì)內(nèi)源控制的同類技術(shù)的比較，如環(huán)保疏浚技術(shù)與原位覆蓋技術(shù)和原位鈍化技術(shù)的比較. 黃學(xué)才等[132]對(duì)武漢水果湖環(huán)保疏浚工程的設(shè)計(jì)，進(jìn)行了包括施工圍堰布置、清淤施工挖泥船、輸泥方案、排泥場(chǎng)方案的比選，使得最后所選方案最具有可行性. 通過(guò)多方案的比選，可提出投資省、技術(shù)可靠、建設(shè)工期合理、環(huán)境效果好的實(shí)施方案[55].

5 研究展望

5.1 重視對(duì)湖泊疏浚后環(huán)境效果的回溯性研究，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，建立適合我國(guó)發(fā)展的環(huán)保疏浚決策程序和內(nèi)涵

環(huán)保疏浚在國(guó)際上已開(kāi)展了50多年，但長(zhǎng)期以來(lái)不斷引發(fā)對(duì)湖泊疏浚改善水環(huán)境爭(zhēng)議的主要焦點(diǎn)，就是疏浚后水質(zhì)改善效果不佳的問(wèn)題. 我國(guó)開(kāi)展環(huán)保疏浚也有20多年的時(shí)間，然而幾乎沒(méi)有對(duì)已證實(shí)疏浚效果良好特別是欠佳或失敗的湖泊開(kāi)展過(guò)專項(xiàng)研究，這使得我們不可能客觀判斷問(wèn)題出現(xiàn)在哪一階段以及問(wèn)題的真正原因，也幾乎不可能從科學(xué)理論和技術(shù)上進(jìn)行系統(tǒng)分析，總結(jié)得失的原因和經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，提高科學(xué)決策水平. 20多年來(lái)，為改善水質(zhì)，我國(guó)已在100個(gè)左右湖泊水庫(kù)開(kāi)展了疏浚工程，可考慮從中選擇方案資料相對(duì)完整、社會(huì)反映效果較好、效果一般和效果欠佳(或差)的湖泊，開(kāi)展回溯性研究. 一方面加強(qiáng)和改進(jìn)從工程疏浚前的污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、疏浚量設(shè)計(jì)、疏浚方法和工藝選擇，以及疏浚后疏浚效果跟蹤研究；另一方面分析和研究疏浚后包括外源在內(nèi)的污染源變化，重點(diǎn)可放在疏浚區(qū)底泥表層目標(biāo)污染物的含量和形態(tài)，以及影響底泥-水界面交換通量的原因方面. 回顧和分析疏浚前和疏浚后底泥對(duì)水質(zhì)的影響，真正從本質(zhì)上總結(jié)成功的經(jīng)驗(yàn)，失敗的原因和教訓(xùn).

雖然國(guó)內(nèi)外已頒布或出版了環(huán)保疏浚的導(dǎo)則和指南[55,133-135]，但多屬于針對(duì)環(huán)保疏浚行業(yè)的規(guī)范性要求，以及環(huán)保裝備和工藝的介紹等. 目前，我國(guó)部分湖泊水庫(kù)的疏浚項(xiàng)目仍帶有很明顯的武斷性，有些幾乎僅憑水質(zhì)較差，在缺乏足夠前期調(diào)研數(shù)據(jù)的情況下就強(qiáng)行通過(guò)可行性研究；還有以生態(tài)環(huán)境問(wèn)題緊急、時(shí)間上已不允許執(zhí)行正常調(diào)研程序或所謂“政治任務(wù)”為由，在沒(méi)有重要數(shù)據(jù)或結(jié)論支撐的情況下就立項(xiàng)施工，所有這些都會(huì)為疏浚項(xiàng)目的失敗埋下隱患. 我國(guó)目前不僅是世界上最大的工程疏浚國(guó)，也是最大的環(huán)保疏浚國(guó)，在環(huán)保疏浚的理論和技術(shù)領(lǐng)域應(yīng)有所作為，這其中建立我國(guó)環(huán)保疏浚決策程序和科學(xué)內(nèi)涵尤為迫切. 規(guī)范研究者、設(shè)計(jì)者和決策者的行為，嚴(yán)格執(zhí)行程序中的決策步驟，特別是項(xiàng)目終止，將會(huì)彌補(bǔ)我國(guó)環(huán)保疏浚決策多年缺失的環(huán)節(jié)，逐步完善我國(guó)的環(huán)保疏浚技術(shù)和管理體系.

5.2 重視疏浚決策中對(duì)懸浮態(tài)顆粒物分布和疏浚區(qū)底泥異地來(lái)源等信息的掌握，不是所有底泥污染的湖泊或湖區(qū)都適合采用環(huán)保疏浚方式治理內(nèi)源污染，疏浚并非一勞永逸

排除外源因素外，疏浚效果主要取決于疏浚后內(nèi)源負(fù)荷的變化趨勢(shì)[14,86]. 疏浚后底泥將產(chǎn)生一新生表層(newborn surface)，除下部為相對(duì)穩(wěn)定密實(shí)的歷史沉積層外，其他來(lái)源的泥狀物質(zhì)都是以相對(duì)松散的顆粒組成(圖4D)，它們幾乎決定疏浚后的水質(zhì)改善效果. 在新生表層上的殘留底泥可由選用的疏浚方式和工具進(jìn)行定量估算；湖面上的干沉降可從歷史數(shù)據(jù)變化上推算；水體沉降物和異地搬運(yùn)的回淤物，需要通過(guò)相對(duì)復(fù)雜的分析、預(yù)測(cè)甚至動(dòng)力模型的計(jì)算. 另外，新生表層接受沉降顆粒物和回淤物是隨時(shí)間變化的，其性質(zhì)與陸源顆粒物和異地表層底泥污染特征以及湖內(nèi)懸浮物污染性有關(guān). 疏浚后，新生表層不斷累積的沉降顆粒物中，通常含有大量易分解有機(jī)質(zhì)和附著微生物，后者將通過(guò)對(duì)有機(jī)質(zhì)的分解和為微生物提供能量，使底泥中污染物活化和再生(圖4E). 據(jù)國(guó)內(nèi)外研究，湖泊中磷、氮、重金屬以及持久性有機(jī)物主要以顆粒態(tài)形式存在，最多可達(dá)90%以上[136-138]. 由于這些顆粒物具有較小的粒徑、較大的比表面和較高的有機(jī)質(zhì)含量，使得其中吸附的污染物活性更大，通常遠(yuǎn)高于同一區(qū)域表層底泥中相應(yīng)污染物的含量及活性[139].

雖然疏浚的有效性實(shí)例報(bào)告仍占據(jù)相對(duì)多數(shù)[39,46,50,145-147]，但隨著疏浚效果研究數(shù)量和精細(xì)程度的增加，疏浚無(wú)效特別是不能長(zhǎng)效的結(jié)論會(huì)有所增加[7-10,141]. 濮培民等[8]曾根據(jù)系統(tǒng)論和控制論理論，分析了從底泥到水體再到藻之間磷的數(shù)量級(jí)關(guān)系，認(rèn)為用疏浚法可去除表面活動(dòng)層，減少淤泥再懸浮，雖可短暫減少營(yíng)養(yǎng)物釋放，但疏浚作用不會(huì)很明顯. 雖然湖泊內(nèi)部也是懸浮顆粒物的主要來(lái)源(如死亡生物體碎屑)，但污染性顆粒物歸根到底還是來(lái)自外部污染物源，因此，如果還沒(méi)有達(dá)到足夠有效的對(duì)外部污染源的控制前，沒(méi)有必要實(shí)施底泥疏浚，甚至包括其他底泥污染的治理措施. 另外，即使環(huán)保疏浚的決策科學(xué)，施工先進(jìn)，但由于湖泊沉降顆粒物及異地回淤的客觀存在，也不可能使得一次性投入的環(huán)保疏浚一勞永逸. Hu等[147]的研究反映，疏浚5年后，湖底的氮磷釋放量就將與剛疏浚時(shí)接近，認(rèn)為5年應(yīng)是適時(shí)考慮再次疏?；蚱渌绞街卫砗吹啄辔廴镜臅r(shí)間節(jié)點(diǎn). 另外，不是每個(gè)有底泥污染的湖泊都需要或可以采用疏浚方式來(lái)改善水環(huán)境，即使達(dá)到了環(huán)保疏浚的必要性研究和工程量設(shè)計(jì)水平，仍需要外源的有效控制和高精度、低擴(kuò)散、低泄漏的疏浚工藝作為保證. 實(shí)際上，關(guān)于湖泊疏浚效果的不確定性問(wèn)題，除了懸浮物對(duì)疏浚效果的影響較大外，還有很多因素至今沒(méi)有從理論上闡述清楚，仍有許多基礎(chǔ)性問(wèn)題需要繼續(xù)深入研究.

5.3 疏浚深度和范圍的確定仍是湖泊環(huán)保疏浚決策研究中的理論與技術(shù)瓶頸，必須實(shí)質(zhì)性融入生物生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)理念，遵從客觀性評(píng)價(jià)，引入新技術(shù)

疏浚決策中的關(guān)鍵就是是否需要疏浚、疏浚的深度和范圍的問(wèn)題，其中疏浚深度的確定是環(huán)保疏浚在理論應(yīng)用研究上的最集中的體現(xiàn). 對(duì)環(huán)保疏浚項(xiàng)目可行性研究或?qū)嵤┓桨钢惺杩Ｒ?guī)模的論證，實(shí)際上主要就是對(duì)疏浚深度確定的科學(xué)依據(jù)的論證. 面對(duì)環(huán)保疏浚針對(duì)湖泊富營(yíng)養(yǎng)化、生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)和湖泛黑臭等問(wèn)題，我國(guó)在疏浚的必要性研究方面雖已有很多成果，但明顯缺乏將生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)融入研究中，相對(duì)于國(guó)外而言還有較明顯差距. 雖然在給出的“環(huán)保疏?！倍x中都強(qiáng)調(diào)了減少生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的要求，但工程立項(xiàng)前的必要性分析方面涉及生物(如底棲生物)調(diào)查和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的相對(duì)較少，即使已獲取相關(guān)資料，通常并無(wú)實(shí)質(zhì)性聯(lián)系，更談不上決策中作為“否決性”因素對(duì)待，主要還是通過(guò)對(duì)沉積物中重金屬和有機(jī)污染物含量的分析和評(píng)價(jià)[28,83，135]，將結(jié)果輔助性地應(yīng)用于疏浚方案. 總體而言，我國(guó)在規(guī)避生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的疏浚前決策方面，以提示性和指導(dǎo)性為主，如疏浚方案要求考慮湖底植被的恢復(fù)和重建[13]、開(kāi)展生物毒性評(píng)價(jià)等[55，135，148]. 疏浚深度確定上的科學(xué)性，在一定程度上代表著環(huán)保疏浚的決策研究水平. 但面對(duì)如此多的疏浚深度確定方法，如何結(jié)合湖泊或湖區(qū)的污染類型和特點(diǎn)，選擇并整合或研發(fā)出實(shí)用性好的方法，仍需要開(kāi)展深入性研究.

目前國(guó)內(nèi)外尚未見(jiàn)公認(rèn)的環(huán)保疏浚深度確定方法和授權(quán)專利技術(shù). 從我國(guó)的實(shí)際情況分析，雖出現(xiàn)了近10種應(yīng)用的疏浚深度研究方法,但主要的問(wèn)題就是在于沒(méi)有擺脫或完全對(duì)主觀因素的依賴，且尚未與生物保護(hù)有真正意義上的關(guān)聯(lián). 因此普遍缺乏足夠的科學(xué)性和客觀性，有很大的繼續(xù)研發(fā)空間. 另外，現(xiàn)有的疏浚深度確定方法中，極少涉及模擬性實(shí)驗(yàn)，實(shí)踐證明模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)環(huán)境工程中關(guān)鍵參數(shù)的獲得極其重要[45,149]. 一般認(rèn)為與生態(tài)暴露風(fēng)險(xiǎn)有關(guān)的實(shí)驗(yàn)都屬于相對(duì)長(zhǎng)效的受控實(shí)驗(yàn). 如考慮削減營(yíng)養(yǎng)負(fù)荷的底泥污染控制實(shí)驗(yàn)，往往涉及藻類生長(zhǎng)效應(yīng)模擬，需要建立標(biāo)準(zhǔn)化操作的透析裝置和應(yīng)用含藻水體受試，以獲取疏浚前后底泥中營(yíng)養(yǎng)物的生物可利用性，從而幫助確定疏浚的必要性[150]. 重金屬和持久性有機(jī)物污染效應(yīng)評(píng)估法是以藻類、底棲生物、魚類或其他模式生物為受體，以底泥中賦存的污染物對(duì)上述生物產(chǎn)生的環(huán)境效應(yīng)或者生態(tài)效應(yīng)為評(píng)估指標(biāo)，從而衡量沉積物受污染程度的間接評(píng)估方法. 由于底棲藻類兼具受富營(yíng)養(yǎng)化和生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)交叉影響的生物體材料，以藻類的生理指標(biāo)和生物量為確定性參數(shù)來(lái)衡量底泥的生態(tài)效應(yīng)，有可能率先取得突破. 模式生物毒性效應(yīng)法因存在培養(yǎng)中生物體易死亡等不可控因素，使得采用替代生物采樣的技術(shù)和裝置得到長(zhǎng)足發(fā)展. 比如應(yīng)用被動(dòng)采樣技術(shù)模擬生物細(xì)胞膜的傳質(zhì)過(guò)程來(lái)達(dá)到對(duì)效應(yīng)評(píng)估的目的，主要方法有薄膜梯度擴(kuò)散技術(shù)(DGT)、甘油酸三脂被動(dòng)采樣(SPMD)等[39,45,151]. 這些技術(shù)因操作方便，與生態(tài)危害風(fēng)險(xiǎn)及效應(yīng)也有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，因此極有可能成為底泥疏浚決策中標(biāo)準(zhǔn)化模式方法之一.

環(huán)保疏浚決策將會(huì)逐步引入生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)已逐步成為業(yè)內(nèi)共識(shí)，涉及環(huán)保疏浚的決策或效果的評(píng)估也會(huì)越來(lái)越與生物因素有關(guān). 然而，國(guó)際上并未將環(huán)保疏浚(environmental dredging)稱為生態(tài)疏浚(ecological dredging). 通過(guò)對(duì)國(guó)際上主要文獻(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索發(fā)現(xiàn)，除了我國(guó)學(xué)者曾在一國(guó)際會(huì)議上用英文使用外[147]，其他均來(lái)自中文文獻(xiàn). 生態(tài)工程是指應(yīng)用生態(tài)系統(tǒng)中物質(zhì)循環(huán)原理，結(jié)合系統(tǒng)工程的最優(yōu)化方法設(shè)計(jì)的分層多級(jí)利用物質(zhì)的生產(chǎn)工藝系統(tǒng)，其目的是將生物群落內(nèi)不同物種共生、物質(zhì)與能量多級(jí)利用、環(huán)境自凈和物質(zhì)循環(huán)再生等原理與系統(tǒng)工程的優(yōu)化方法相結(jié)合，達(dá)到資源多層次和循環(huán)利用的目的. 目前國(guó)內(nèi)外疏浚工程距離“不同物種共生、物質(zhì)與能量多級(jí)利用、環(huán)境自凈和物質(zhì)循環(huán)再生”等理念和目標(biāo)還有相當(dāng)大的距離，顯然就目前的湖泊疏浚決策理念和技術(shù)水平而言，仍屬于環(huán)境保護(hù)工程范疇，因此生態(tài)疏?；蛏鷳B(tài)清淤還不是一個(gè)科學(xué)術(shù)語(yǔ).

環(huán)保疏浚50多年來(lái)，因疏浚出現(xiàn)的問(wèn)題和爭(zhēng)議，往往最后都牽涉到疏浚的決策，因此疏浚決策幾乎承載著實(shí)施環(huán)保疏浚項(xiàng)目的所有風(fēng)險(xiǎn). 冠以“環(huán)?！钡氖杩＃遣皇窃跊Q策階段就遵循了環(huán)保理念，還要看疏浚前、疏浚中和疏浚后是否科學(xué)、有效、低耗和安全，并且需要接受一定時(shí)間的專業(yè)檢驗(yàn)及一定范圍的社會(huì)認(rèn)可.