溫春鵬，劉 濤，張書莊，侯志強(qiáng)

(交通運(yùn)輸部天津水運(yùn)工程科學(xué)研究所 港口水工建筑技術(shù)國家工程實(shí)驗(yàn)室 工程泥沙交通行業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 天津 300456)

中國沿海地區(qū)主要有環(huán)渤海、長三角、東南沿海、珠三角和西南沿海5大港口群，每個(gè)港口群由若干個(gè)港口組成。其中絕大部分港口開挖了人工航道，沿海航道養(yǎng)護(hù)里程超過了1萬km。每年由于養(yǎng)護(hù)航道而產(chǎn)生的疏浚土數(shù)量巨大，并且主要分布在環(huán)渤海、長三角和珠三角，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，僅渤海灣每年約有0.8億m3維護(hù)性疏浚土，長江口每年約有0.5億m3維護(hù)性疏浚土，珠三角近0.2億m3疏浚土。長期以來我國沿海港口疏浚土除吹填造陸外，其他基本采取水下拋棄的處理方式，不但給海洋環(huán)境帶來影響，也造成資源浪費(fèi)。如果對(duì)疏浚土進(jìn)行合理的資源化利用，不僅可減輕對(duì)海洋環(huán)境造成的影響，還能增加大量的資源，為國民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。因此，科學(xué)地研究疏浚土的資源化利用，為疏浚土綜合利用尋求對(duì)策，符合綠色發(fā)展、可持續(xù)發(fā)展的要求，具有十分重要的意義。

本文以黃驊港區(qū)域環(huán)境為論證背景，通過相關(guān)調(diào)研和試驗(yàn)，分析了疏浚拋泥對(duì)海洋環(huán)境的影響和疏浚土的利用價(jià)值，以期為疏浚土的綠色長遠(yuǎn)處置提供參考。

1 疏浚土資源化利用的概念

疏浚土是港口、航道以及河口在建設(shè)以及后期維護(hù)過程中水下挖掘出的沉積物，主要包括泥、沙、石塊以及有機(jī)物和生物殘?bào)w等物質(zhì)。隨著經(jīng)濟(jì)的大力發(fā)展以及港口的大規(guī)模開發(fā)建設(shè)，疏浚土的體量逐年增加，由于其體量巨大、含水率較高、組成成分也較為復(fù)雜，如果處置不當(dāng)會(huì)對(duì)海洋環(huán)境產(chǎn)生一定的影響，因此，對(duì)疏浚土的處理和處置就成了各個(gè)港口普遍關(guān)注的問題。

所謂“疏浚土資源化利用”就是將疏浚土作為一種可以利用的資源，而非簡單地將其外拋處置。采取一定的方法和措施對(duì)疏浚土進(jìn)行處理，使其轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢栽倮玫馁Y源，包括土地資源、建筑材料、填方材料等[1]，不僅可以排除港口工程建設(shè)中的障礙，還可以有效減少外拋對(duì)環(huán)境的污染以及資源的浪費(fèi)，從而產(chǎn)生直接或間接的經(jīng)濟(jì)效益。

2 國內(nèi)外疏浚土利用現(xiàn)狀分析

(1)國外疏浚土利用現(xiàn)狀。

國外對(duì)疏浚土資源化利用的研究起步相對(duì)較早，開展了大量卓有成效的工作，并且也獲得了很好的應(yīng)用效果，也形成了一套較為成熟的實(shí)施體系，保證了疏浚土能夠科學(xué)、合理、有效地利用。

從國外疏浚土利用的情況來看，其疏浚土的利用率非常之高，美國[2]產(chǎn)生的疏浚土大約2億m3/a，利用率約80%；日本[3]產(chǎn)生的疏浚土約2 000萬m3/a，利用率約95%；英國[4]產(chǎn)生的疏浚土在3 000～4 000萬m3/a，利用率約65%。

在疏浚土的利用方式方面，國外呈多樣化、綜合化發(fā)展，概括起來有兩個(gè)大方向[2-5]：一是工程型綜合利用，如吹填造陸；航道、水道治理工程中用作加固兩側(cè)堤壩；露天礦和海底坑洞的回填；建筑及工業(yè)用土等。二是生態(tài)綜合利用，國外很多城市建設(shè)用土、生態(tài)恢復(fù)用土即采用疏浚土。疏浚土能夠幫助濕地、公園等生態(tài)環(huán)境的快速建立、恢復(fù)與發(fā)展，海灘養(yǎng)護(hù)中疏浚土可起的作用及利用率也很高。

在國外，疏浚土被認(rèn)為是一種資源而不是廢棄物，其適當(dāng)?shù)靥幹煤驮倮脤?duì)于海洋資源的保護(hù)至關(guān)重要。因此，在疏浚土管理方面歐洲、美國、日本等主要發(fā)達(dá)國家基本已形成了完善的疏浚土利用的體制機(jī)制和政策法規(guī)[2-5]。如美國疏浚土處理有專門的國家疏浚小組、地方疏浚小組協(xié)調(diào)管理機(jī)構(gòu)，設(shè)有專門機(jī)構(gòu)和實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行研究；日本由國土交通省統(tǒng)一管理疏浚物的處置；英國有MFA、SERAD、DOENI等清晰簡單的管理機(jī)構(gòu)，由HRWallingford和Cefas等機(jī)構(gòu)進(jìn)行研究和評(píng)估；法國由DRIRE負(fù)責(zé)疏浚土處置管理，且管理相對(duì)清晰簡單。

另外，在技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和研究方面，國外早已形成了從管理、設(shè)計(jì)、科研到施工的完整技術(shù)體系，保證了疏浚土能合理、科學(xué)、有效地利用。美國早在20世紀(jì)80年代就編制了《疏浚與疏浚物處置工程師手冊(cè)》、《疏浚物的有益利用》等技術(shù)指南；日本則推出了《環(huán)保疏浚、疏浚土回填和脫水等技術(shù)研究》、《疏浚土有益利用和海洋處置技術(shù)指南》等指導(dǎo)手冊(cè)；英國有《疏浚物有益利用指南》等技術(shù)手冊(cè)。

總的來說，國外對(duì)疏浚土資源化的利用已深入人心，并且通過相關(guān)法規(guī)政策以及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的制定，使疏浚土得到了充分、科學(xué)合理的利用。

(2)國內(nèi)疏浚土利用現(xiàn)狀。

我國海岸線長達(dá)1.8萬km，但可作為港口建設(shè)的深水岸線相對(duì)較少，大多需要進(jìn)行人工開挖來建設(shè)深水港口和航道，因此，疏浚行業(yè)在我國發(fā)展迅速，疏浚力量和技術(shù)均處于國際先進(jìn)水平，但是在對(duì)疏浚土的資源化利用方面起步較晚。近年來隨著國內(nèi)學(xué)者不斷學(xué)習(xí)國外經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)，國內(nèi)對(duì)于疏浚土的利用也開拓了新領(lǐng)域。針對(duì)疏浚土的海洋傾倒對(duì)海洋環(huán)境產(chǎn)生的不利影響，國內(nèi)大量學(xué)者對(duì)疏浚土的資源化利用進(jìn)行了討論，張旭東等人提出了填海造陸技術(shù)、淤泥固化處理技術(shù)和淤泥輕量化處理技術(shù)，用于填海造陸和建筑材料，解決了部分沿海疏浚土處理和海洋傾倒產(chǎn)生的環(huán)境問題[7]；張和慶等人提出了利用煅燒的方法通過高溫作用將疏浚土轉(zhuǎn)化為建筑材料、陶瓷的原料，實(shí)現(xiàn)疏浚土的再生資源化[8]；朱偉等人通過試驗(yàn)提出了對(duì)疏浚土進(jìn)行一定的物理化學(xué)處理后用作工程填方材料的方法，分析了疏浚土處理技術(shù)的工藝和方法[9]。

總結(jié)我國疏浚土目前的利用方式，大部分被利用的疏浚土還主要是用來吹填造陸[1,6]，其余部分疏浚土可通過物理方法、化學(xué)方法和熱處理方法對(duì)其進(jìn)行處理轉(zhuǎn)化成建筑材料等，從而實(shí)現(xiàn)疏浚土的資源化利用，但其產(chǎn)量相對(duì)較少。目前隨著海洋環(huán)境保護(hù)的逐漸嚴(yán)格和圍海項(xiàng)目的暫停，作為圍海造陸的利用方式將受到極大影響，使得我國對(duì)疏浚及疏浚土的資源化利用也遇到了一定難題。

3 黃驊港海域疏浚土處理存在的問題

目前來說，對(duì)于黃驊港疏浚土處理和利用，現(xiàn)有的方式主要有兩種，一是吹填造陸，二是水下拋棄。而隨著國家相關(guān)政策的出臺(tái)以及對(duì)環(huán)境保護(hù)的高度重視，現(xiàn)有的處理方式將會(huì)與其產(chǎn)生一定的矛盾。

(1)疏浚土體量巨大。

目前，黃驊港地區(qū)有兩條航道(神華航道和綜合港航道[10-11])同時(shí)運(yùn)行，每年產(chǎn)生的疏浚量約4 000萬m3，對(duì)于這些疏浚土的處置均是采用海洋傾倒的方式，航道自建成至今曾先后使用了E區(qū)、F區(qū)、C1區(qū)、A區(qū)和M區(qū)5個(gè)拋泥區(qū)。E拋泥區(qū)為黃驊港一期工程建設(shè)期間臨時(shí)傾倒區(qū)，2004年已完成傾倒量關(guān)閉；F拋泥區(qū)2006年2月后停止使用；C1拋泥區(qū)2012年11月停止使用；A區(qū)為綜合港區(qū)臨時(shí)拋泥區(qū)2014年7月停止使用；M拋泥區(qū)2017年1月停止使用；現(xiàn)正啟用新拋泥區(qū)(M拋泥區(qū)西側(cè))。天津港航道自建成至今也向深水區(qū)傾倒了大量疏浚棄土，曾先后使用了A區(qū)、B區(qū)和C區(qū)3個(gè)拋泥區(qū)。渤海灣先后使用的主要拋泥區(qū)位置如圖1所示。

圖1 渤海灣拋泥區(qū)位置示意Fig.1 Location of mud-dumping ground in Bohai Bay

(2)對(duì)海洋環(huán)境造成影響。

目前渤海灣內(nèi)在建、已建和擬建人工航道10余條，是我國乃至世界上人工航道最密集的海灣，航道建設(shè)和維護(hù)過程中每年存在約0.8億m3疏浚土進(jìn)行水拋處理，嚴(yán)重加劇了海洋環(huán)境惡化。長期的疏浚拋泥使海底地貌產(chǎn)生了巨大變化，根據(jù)水深測(cè)圖比較(如圖2所示)，黃驊港海域-10 m等深線已經(jīng)外推5 km以上。黃驊港停用的4個(gè)拋泥區(qū)中已有2個(gè)擴(kuò)散殆盡，其余2個(gè)區(qū)域的泥沙也呈明顯擴(kuò)散趨勢(shì)，擴(kuò)散泥沙又與航道形成交叉，重新回到了航道淤積，這些泥沙長期處于一種“挖—拋—回—再挖—再拋—再回”的惡性循環(huán)中。

大量疏浚物傾倒進(jìn)入海洋傾倒區(qū)，擾亂了水體分層，海水中懸浮物質(zhì)的濃度增加，改變海底地形地貌，不僅影響了傾倒區(qū)的水深，同時(shí)，疏浚土中部分污染物的溶出對(duì)海水水質(zhì)也會(huì)產(chǎn)生一定的影響，疏浚土的傾倒活動(dòng)將會(huì)改變浮游生物和底棲生物的生存環(huán)境，導(dǎo)致減產(chǎn)或死亡，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致生物種類的減少；此外，有毒(害)物質(zhì)擴(kuò)散，并在生物體內(nèi)的積累，對(duì)生物本身及食物鏈上一級(jí)生物產(chǎn)生毒害作用。

圖2 渤海灣內(nèi)水深變化情況Fig.2 Variation of water depth in Bohai Bay

(3)與相關(guān)政策產(chǎn)生矛盾。

2017年5月18日國家海洋局發(fā)布的《國家海洋局關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)渤海生態(tài)環(huán)境保護(hù)工作的意見》中第三條“加強(qiáng)海洋空間資源利用管控”中明確規(guī)定：“暫停選劃臨時(shí)性海洋傾倒區(qū)，啟動(dòng)傾倒區(qū)規(guī)劃編制，按照科學(xué)合理經(jīng)濟(jì)安全的原則，調(diào)整完善海洋傾倒區(qū)布局”和“暫停受理、審核渤海內(nèi)圍填海項(xiàng)目，暫停受理、審批渤海內(nèi)區(qū)域用海規(guī)劃，暫停安排渤海內(nèi)的年度圍填海計(jì)劃指標(biāo)，穩(wěn)妥處理好政策銜接問題”。這條規(guī)定出臺(tái)后，在渤海灣內(nèi)不僅不能再利用吹填區(qū)容納疏浚土，而且現(xiàn)有臨時(shí)拋泥區(qū)到期后疏浚土也將無處可拋，疏浚土必須另謀去處，但疏浚土何去何從國家尚無其他指導(dǎo)意見。港口可持續(xù)發(fā)展必須保護(hù)環(huán)境，但維護(hù)航道暢通必須疏浚挖泥，疏浚土的處理與利用已經(jīng)成為港口發(fā)展與環(huán)境保護(hù)政策的現(xiàn)實(shí)矛盾問題。因此，必須突破傳統(tǒng)的處理方式，尋求疏浚土出路的新舉措、新方法，走綠色環(huán)?？沙掷m(xù)發(fā)展的道路。

4 黃驊港疏浚土資源化利用可行性探討

港口的運(yùn)營給沿海地區(qū)帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)效益，而疏浚土作為制約港口發(fā)展的重要因素，無論是吹填造陸還是外海傾倒都會(huì)存在一定的問題，處理不當(dāng)會(huì)對(duì)海洋環(huán)境和生態(tài)造成一定影響，因此，迫切需要尋求一種可行的、經(jīng)濟(jì)的、具有應(yīng)用價(jià)值的方法將其資源化利用。

(1)疏浚土資源化利用有例可循。

前面提到，國際上對(duì)于疏浚土的利用有完整的技術(shù)鏈條和規(guī)范，同時(shí)我國學(xué)者也針對(duì)疏浚土的資源化利用開展了大量實(shí)質(zhì)性的研究工作，這些經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)可以為渤海灣的疏浚土長期利用提供借鑒。

(2)疏浚土的理化特性。

疏浚土中含有豐富的氮、磷及有機(jī)物等[12]，養(yǎng)分含量相對(duì)較高，但其中也包含有大量重金屬等污染物，如果處置不當(dāng)，易造成土壤及地下水源的污染，在疏浚土的處置與利用中首先要測(cè)定其理化特性，這對(duì)于疏浚土利用方式的選擇起到了重要作用。

①物理特性：疏浚土的物理特性的指標(biāo)主要包括顆粒級(jí)配、重度、孔隙率、滲透性以及保水性等。疏浚土土質(zhì)類別主要有砂、粉砂、淤泥、粘土等，土粒級(jí)配是影響疏浚土特性的主要因素，不同級(jí)配的疏浚土采用的利用方式有所不同。

②化學(xué)特性：疏浚土的化學(xué)特性包括其元素組成及含量是影響泥沙性質(zhì)的重要指標(biāo)，對(duì)于確定疏浚土利用方式的適宜性起到了決定因素。為了更好地掌握黃驊港地區(qū)疏浚土的性質(zhì)，對(duì)該區(qū)域的樣品進(jìn)行了試驗(yàn)分析，從分析情況來看，黃驊港海域的沉積物質(zhì)量狀況良好，有害物質(zhì)極少，所有沉積物樣品中的有機(jī)碳、硫化物、油類、銅、鉛、鋅、鎘、鉻、汞、砷、HCHs、DDTs、PCBs含量均符合國家一類海洋沉積物質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，這種狀態(tài)的沉積物在厘清無機(jī)物、有機(jī)物及重金屬等無害化處理后，簡單處理可直接上陸使用。

(3)減少對(duì)海洋環(huán)境影響。

渤海灣港口多年疏浚拋泥已經(jīng)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生較大影響，影響已經(jīng)體現(xiàn)在水文、地貌、沉積物環(huán)境以及生態(tài)環(huán)境等多個(gè)方面。疏浚土上陸后，可以大量減少直接入海傾倒的泥沙，減少對(duì)海洋環(huán)境的不利影響。疏浚土在上陸利用前，根據(jù)需求進(jìn)行無害化處理，處理方式目前國外已有成功案例可尋，對(duì)黃驊港航道回淤土特性的大量調(diào)查和分析表明，回淤土經(jīng)擾動(dòng)再沉淀后具有較好的密實(shí)性，經(jīng)科學(xué)處理后完全可以被利用，且不會(huì)對(duì)環(huán)境造成負(fù)面影響。

(4)可解決用土需求。

目前，黃驊港港區(qū)仍在發(fā)展階段，陸域仍有大量用土需求，其陸域及陸地吹填高程尚未達(dá)到規(guī)劃及設(shè)計(jì)要求，按目前實(shí)際情況估算，仍有超過1億立方的用土需求，除此以外，渤海灣多年來的建設(shè)造成沿海陸地坑壑遍布，大量缺土，僅渤海新區(qū)沿海一帶，平均陸地高程只有5 m，因長年取土沿海岸已經(jīng)形成數(shù)以百計(jì)的巨型深坑，且情況仍在加劇，經(jīng)初步估算將這些巨型深坑生態(tài)恢復(fù)至原地貌約需2.4億m3土，按黃驊港每年可供4 000萬m3上陸土計(jì)，約需8 a的疏浚土量，同時(shí)，渤海新區(qū)正在大規(guī)模的開發(fā)建設(shè)當(dāng)中，建設(shè)用地多為沿海灘涂、鹽池和蝦池，建設(shè)回填用土量也將是非?？捎^的，由此可見，作為建設(shè)回填土是黃驊港地區(qū)疏浚土資源化利用的一個(gè)重要方向。

我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)正處于高速發(fā)展階段，沿海及內(nèi)陸各城市的工程建設(shè)項(xiàng)目如火如荼，這也就為建材行業(yè)帶來了發(fā)展機(jī)遇，也為大批新型材料的出現(xiàn)和應(yīng)用提供了條件。在建材中消耗量最大的主要有磚瓦、水泥等，這些材料主要是消耗粘土資源，不斷地開采會(huì)對(duì)農(nóng)田和耕地造成一定的破壞，而疏浚棄土中的主要成分和組成與其有較大相似之處，因此，可以通過適當(dāng)?shù)奶幚矸绞絒13]替換現(xiàn)有建材產(chǎn)品，包括陶粒、水泥、磚瓦等。

疏浚土除可作為建設(shè)回填用土、新型建材外，還可以利用其改善生態(tài)環(huán)境，包括利用疏浚土建設(shè)人工濕地、公園景區(qū)等?？偟膩碚f，多種多樣的用途、廣闊的腹地空間，既解決了上陸疏浚土的長期利用問題，也可使疏浚土生態(tài)化、資源化利用具有可持續(xù)性。

(5)對(duì)社會(huì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展有益。

生態(tài)文明建設(shè)已納入黨中央“五位一體”總體布局和“四個(gè)全面”戰(zhàn)略布局，要求把生態(tài)環(huán)境保護(hù)放在更加突出位置，用最嚴(yán)格的制度保護(hù)生態(tài)環(huán)境。對(duì)于經(jīng)濟(jì)效益影響主要體現(xiàn)在四個(gè)方面：一是在改善海洋環(huán)境的同時(shí)可減少海床活躍泥沙量，持續(xù)減輕港口航道淤積；二是科學(xué)合理的處置區(qū)可減少疏浚土運(yùn)距、降低疏浚費(fèi)用；三是疏浚土上陸利用將減少大量的環(huán)境治理投入；四是疏浚土無害化處理是增加的成本投入環(huán)節(jié)，但經(jīng)處理的疏浚土已變廢為寶，作為土方資源可有多種方式被利用，形成新的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

(6)黃驊港疏浚土處置處理方案探討。

黃驊港兩航道每年所產(chǎn)生的疏浚土體量巨大，若直接上陸勢(shì)必要占用較大空間，而目前港口附近并無可利用土地供疏浚土存儲(chǔ)，另外，考慮到該港口的疏浚施工工藝及疏浚土的特性，在海上設(shè)置集中存儲(chǔ)區(qū)進(jìn)行中轉(zhuǎn)處置就成為了最為合理可行的方案。通過對(duì)黃驊港疏浚方量的調(diào)查預(yù)測(cè)、處置區(qū)位置的選劃、中轉(zhuǎn)周期的分析、處置區(qū)體量研究等大量工作，可在黃驊港綜合港區(qū)航道與煤炭港區(qū)航道之間-6～-7 m水深之間設(shè)置約8.5 km2的永久性疏浚土處置區(qū)，該處置區(qū)可分為8個(gè)儲(chǔ)泥區(qū)，單個(gè)容量約為1 500萬 m3，總?cè)萘考s為1.2億 m3，循環(huán)使用，最短周轉(zhuǎn)周期為3 a，將航道產(chǎn)生的疏浚棄土吹填至該區(qū)域，經(jīng)過適當(dāng)處理后上岸進(jìn)行下一步的綜合利用。納泥區(qū)可采用出水堤作為圍堰，納泥區(qū)懸沙擴(kuò)散影響范圍受溢流源強(qiáng)控制，溢流源強(qiáng)降低后，其影響程度及范圍明顯下降。因此，只要合理布局納泥區(qū)內(nèi)部構(gòu)造，嚴(yán)格控制溢流強(qiáng)度，可使納泥影響降到最低。

通過設(shè)置納泥區(qū)可減少外拋疏浚土方量，減少對(duì)周圍海洋環(huán)境造成的影響程度，在納泥區(qū)中通過合理的處置之后，疏浚棄土可被合理的利用起來，從而實(shí)現(xiàn)疏浚土資源化利用的目的。

5 結(jié)語

隨著國家對(duì)港口綠色發(fā)展、可持續(xù)發(fā)展、環(huán)境保護(hù)等政策的實(shí)施，“疏浚泥是一種具有利用價(jià)值的資源”的觀點(diǎn)逐漸被社會(huì)各界所認(rèn)可，對(duì)疏浚泥的資源化利用的相關(guān)研究也取得了一定成果。本文以黃驊港為背景，著眼于疏浚土資源化利用這個(gè)研究領(lǐng)域，分析了我國疏浚土利用現(xiàn)狀以及處理過程中所存在的問題，同時(shí)從技術(shù)、政策、環(huán)境以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益等方面論證了在黃驊港海域疏浚土資源化利用既有利于海洋生態(tài)環(huán)境的保護(hù)、保證港口的正常運(yùn)營，同時(shí)也有利于黃驊港區(qū)域經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定、持續(xù)發(fā)展，因此具有很強(qiáng)的可行性和前瞻意義。