國內(nèi)外防污屏技術(shù)運用現(xiàn)狀對比分析

邵亮，余迪*，劉西平

（1.中交天航港灣建設(shè)工程有限公司，天津 300450；2.中交天津港航勘察設(shè)計研究院有限公司，天津市疏浚工程技術(shù)企業(yè)重點實驗室，天津 300461）

國內(nèi)外防污屏技術(shù)運用現(xiàn)狀對比分析

邵亮1，余迪1*，劉西平2

（1.中交天航港灣建設(shè)工程有限公司，天津 300450；2.中交天津港航勘察設(shè)計研究院有限公司，天津市疏浚工程技術(shù)企業(yè)重點實驗室，天津 300461）

防懸浮物污染擴(kuò)散技術(shù)在眾多領(lǐng)域發(fā)展迅速，防污屏技術(shù)是其中之一。通過對國外發(fā)達(dá)國家使用防污屏技術(shù)資料進(jìn)行分析，并參與馬來西亞檳城吹填二期工程防污屏施工的實際經(jīng)驗，對比國內(nèi)外防污屏技術(shù)，找出主要問題和差距，提出從基礎(chǔ)數(shù)據(jù)收集和積累出發(fā)，逐步完善確定技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及指標(biāo)，完善設(shè)計流程，提高技術(shù)含量，逐步縮小國內(nèi)外防污屏技術(shù)綜合運用的差距。為進(jìn)一步提高我國防污屏施工技術(shù)水平提供參考和借鑒。

防污屏；污染擴(kuò)散；對比分析；建議

0 引言

圍海造地施工近年來快速發(fā)展，在環(huán)境保護(hù)的要求下，防污擴(kuò)散技術(shù)隨之發(fā)展，以防污屏為代表的施工技術(shù)逐步進(jìn)入工程領(lǐng)域，如今已在較多數(shù)量的國內(nèi)工程中使用。

我國防污屏施工技術(shù)從無到有，規(guī)模逐步擴(kuò)大，市場前景較為廣泛。但我國的防污屏施工技術(shù)與國外相比差距較大，防污屏施工技術(shù)的理念和實施十分落后。通過對實施馬來西亞檳城吹填二期工程中采用日本防污屏技術(shù)的經(jīng)歷，并考察國外防污施工技術(shù)，在深入分析我國防污屏技術(shù)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，借鑒國外防污屏施工的經(jīng)驗，分析我國防污屏技術(shù)發(fā)展面臨的問題，為我國防污屏施工技術(shù)的發(fā)展提供具體的對策和措施。

1 概念及作用

防污屏是一種防懸浮物污染擴(kuò)散的裝置，能有效地將施工中限定水域同外界隔離開來，從而防止渾濁水和懸浮物大面積的擴(kuò)散，對圍海吹填作業(yè)過程中海域環(huán)境保護(hù)有很大的作用。國內(nèi)防污屏照片見圖1。

圖1 國內(nèi)防污屏照片F(xiàn)ig.1 Domestic anti-fouling screen photos

防污屏被用來控制或避免沉積物懸浮和水體渾濁。而對一些短時間不易沉淀下來的物質(zhì)，將其控制在有限區(qū)域能為其提供足夠的停留時間而使其從懸浮液中沉降出來，從而減少土體流失到其他區(qū)域，避免可能的負(fù)面影響發(fā)生。懸浮的泥沙也可以從因為泥沙懸浮而造成環(huán)境破壞的區(qū)域中分離出來。

該技術(shù)被廣泛地應(yīng)用在圍海造地、水環(huán)境治理等工程中，在新興的海洋環(huán)境保護(hù)中起到了重要的作用。

2 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及法規(guī)

防污屏在我國起步較晚，就技術(shù)研發(fā)水平而言，國內(nèi)與國外建設(shè)公司的整體水平有著非常大的差距，主要表現(xiàn)在應(yīng)用時間短，投入不足，沒有形成體系的標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)。

相比而言，國外發(fā)達(dá)國家的防污屏業(yè)發(fā)展時間長，其技術(shù)水平已進(jìn)入一個較高的領(lǐng)域。而隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展的要求，國內(nèi)防污屏的技術(shù)水平與需要之間發(fā)展不平衡，亟需形成量化的行業(yè)準(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn)及數(shù)值指標(biāo)。經(jīng)過這類數(shù)據(jù)的積累為技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及法規(guī)的制定提供經(jīng)驗。

2.1 發(fā)展過程

國內(nèi)相關(guān)的法律法規(guī)起步較晚。較早的是2000年4月1日起施行的《海洋環(huán)境保護(hù)法》?！逗Ｑ蟓h(huán)境保護(hù)法》中第五章“防治海岸工程建設(shè)項目對海洋環(huán)境的污染損害”，對工程建設(shè)中環(huán)境保護(hù)提出了要求。《環(huán)境保護(hù)法》則是2014年4月24日修訂通過，修訂后的《中華人民共和國環(huán)境保護(hù)法》自2015年1月1日起施行。

相對而言，國外發(fā)達(dá)國家在技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)制定方面起步早，基礎(chǔ)較好。以美國為例，美國第一個關(guān)于污染防治方面的法律可以追溯到1899年，是《河流與港口法》（亦稱《垃圾法》）。發(fā)展到20世紀(jì)50年代前后，由于環(huán)境污染事件增多，美國開始重視污染防治立法，頒布了《聯(lián)邦水污染控制法》（1948年）等。此外，還多次修改了《水污染防治法》和《大氣污染防治法》。到1969年，美國頒布了《國家環(huán)境政策法》，標(biāo)志其環(huán)境政策和立法進(jìn)入了一個新的階段，從以治為主變?yōu)橐苑罏橹鳎瑥姆乐挝廴巨D(zhuǎn)變?yōu)楸Ｗo(hù)整個生態(tài)環(huán)境。隨后，又頒布了《環(huán)境質(zhì)量改善法》（1970年）和《美國環(huán)境教育法》（1970年）。到目前為止，美國聯(lián)邦政府已經(jīng)制定了幾十個環(huán)境法律，上千個環(huán)境保護(hù)條例，形成了一個龐雜的和完善的環(huán)境法體系。

2.2 監(jiān)督部門

國外發(fā)達(dá)國家監(jiān)督部門不但擔(dān)負(fù)較多的監(jiān)測工程吹填環(huán)境質(zhì)量的任務(wù)，而且更重要的是對質(zhì)量指標(biāo)進(jìn)行量化，細(xì)致程度較高。

馬來西亞防污屏施工借鑒的是日本的做法，檳城吹填二期工程在規(guī)劃階段時，由于其環(huán)境執(zhí)法部門對海洋環(huán)境保護(hù)有嚴(yán)格的要求，除了吹填項目立項的可行性和設(shè)計圖紙需經(jīng)過馬來西亞環(huán)境署的批準(zhǔn)外，還明確了施工中防污屏泥沙含量的極限指標(biāo)，要求監(jiān)測結(jié)果一旦超出指標(biāo)則停止吹填施工。

檳城吹填二期工程的重要文件中要求防污屏必須采用雙層結(jié)構(gòu)延伸至水底，在吹填和疏浚工程進(jìn)行時要始終正常有效地發(fā)揮作用。防污屏外的泥沙超過50 mg/L，吹填和疏浚作業(yè)就要停止，并立刻采取緩解措施。

泥沙質(zhì)量分析每3個月進(jìn)行1次，找出砷、鎘、鉻、銅、鉛、鋅和鎳的參數(shù)，結(jié)果應(yīng)同US EPA（美國環(huán)保署）海沙標(biāo)準(zhǔn)（見表1）進(jìn)行比較。不滿足要求則采取一定的制裁措施[1]。

表1 泥沙中元素含量分級指標(biāo)Table 1 Concentration index of elements in sediment

3 整體設(shè)計

防污屏的工作機(jī)理并非是使懸浮物與外界水域徹底隔絕，在大多數(shù)情況下，被防污屏圍住的區(qū)域內(nèi)的細(xì)粒懸浮物濃度會相對高。雖然防污屏提供了圍擋，但是除了其中一些細(xì)粒物會絮凝化或者沉降外，大多數(shù)的細(xì)粒懸浮物會隨著水流和浮泥從防污屏下方流失。防污屏不是將渾濁水體完全隔離，而是通過阻隔幕布兩側(cè)的水中顆粒物的流通來控制渾濁水體的分散，從而使幕布外的水體渾濁度最小化。

防污屏制作材料的選擇與防污屏的工作機(jī)理有直接的關(guān)系，兩者相互依存。我國的防污屏制作材料基本停留在無技術(shù)差異化階段，還沒有上升到對防污屏實施后的效果驗證及跟蹤的階段。

3.1 主要制作材料及組成

目前國內(nèi)防污屏主要構(gòu)件（防污帷幕）普遍采用PVC塑料布、土工布等材料。國外發(fā)達(dá)國家通常為柔性制造，例如聚酯增強(qiáng)熱塑性（乙烯基）織物等，還有能夠透過細(xì)小顆粒的特殊織物，根據(jù)工程需要進(jìn)行了不同的分類，能夠起到過濾、隔離、滲透等不同的作用（圖2）。

圖2 國外標(biāo)準(zhǔn)的防污屏結(jié)構(gòu)Fig.2 Foreign standard anti-fouling screen structure

各種不同組件的材料選擇及需要確定的指標(biāo)情況：

1）漂浮可選用固體泡沫或者是壓縮空氣密封裝置。

2）防污帷幕一般采用各類織物或合成材料，其物理指標(biāo)包含拉伸強(qiáng)度，撕裂強(qiáng)度，耐磨性，涂層，重量，接縫/密封，排水性能等。

3）顏色采用鮮艷的黃色或國際建議的橙色，便于識別。

4）連接器的花邊，使用螺栓的型號，PVC管縫的尺寸，連接結(jié)構(gòu)采用鉤還是O形圈。

5）鎮(zhèn)流器的型號和重量。

6）各個重要部件（即上、中、底部）的張力或負(fù)荷[2-4]。

3.2 設(shè)計要點

國內(nèi)整體設(shè)計理念和深度較差，設(shè)計時未進(jìn)行專業(yè)的研究。

國外發(fā)達(dá)國家在進(jìn)行防污屏整體設(shè)計時，結(jié)合長期的施工經(jīng)驗，總結(jié)出適用于設(shè)計時的技術(shù)理念及要點，具備極強(qiáng)的參考價值。

3.2.1 設(shè)計環(huán)節(jié)的必要性

隨著外界條件的不同，很少有防污屏的應(yīng)用情況是相似的，因此需要進(jìn)行專業(yè)的分析和有針對性的設(shè)計，確保適用各種不同的工況條件。

3.2.2 防污屏并非全密封，應(yīng)具備適宜的透水性

防污帷幕應(yīng)設(shè)計為限制懸浮物，并允許它沉淀或過濾，而不是密封并阻礙水流過。因為在實際運用中，防污帷幕將在潮汐或流水作用下，采用水能滲透過防污帷幕的方式減輕對防污屏的作用力。

3.2.3 認(rèn)識到防污屏的局限性

防污屏一般適用于較小的風(fēng)浪，較為穩(wěn)定的水位和相對較淺的水深。超過一定范圍的環(huán)境下防污屏將無法起到防污的效果，而這也需要進(jìn)行專業(yè)的設(shè)計。

3.2.4 防污屏的維護(hù)工作需要制度化

1）應(yīng)定期清理底部沉淀固體

由于防污屏作用，被困沉淀固體逐漸增加，底部標(biāo)高改變會影響其正常使用。因此應(yīng)根據(jù)實際情況明確清理的周期。

2）防污屏必須采取固定措施

在潮汐和水流作用下，防污屏容易移動，因此必須設(shè)置附加錨或其他固定裝置，確保防污屏不會被潮水沖走或逆轉(zhuǎn)。固定裝置應(yīng)連接到漂浮裝置上。

3.3 不同型號的選用

國外防污屏根據(jù)工程技術(shù)要求進(jìn)行有針對性的設(shè)計，以起到發(fā)揮不同作用的效果，已經(jīng)形成多種不同用途的防污屏，并根據(jù)用途進(jìn)行命名，比如“漂浮型”、“漂浮導(dǎo)流擋板型”、“固定型”、“懸掛型”、“可滲透型”、“直立型”、“框架型”、“沉水懸掛型”、“組合型”等，還有其他的名稱是針對防污屏使用時的水流類型來確定。

例如，在馬來西亞檳城吹填二期工程中，對比深水區(qū)和淺水區(qū)的不同工況條件，最終為該工程在深水區(qū)（圖3）和淺水區(qū)（圖4）設(shè)計了雙層防污屏以滿足防污指標(biāo)要求[5]。

圖3 深水防污屏Fig.3 Deep water anti-fouling screen

圖4 淺水區(qū)防污屏（水深小于2 m）Fig.4 Shallow water anti-fouling screen(water depth less than 2 m)

4 防污屏的結(jié)構(gòu)設(shè)計與研究

國外典型的防污屏類型如圖2所示。考慮因素一般為：

1） 漂浮或浮力的要求。2） 裙底深度（頂部和帷幕底部之間的高度）。3）連接器的花邊，使用螺栓的型號，PVC管縫的尺寸，連接結(jié)構(gòu)采用鉤還是O形圈。

4）錨的重量及型號。

5）各個重要部件（即上、中、底部）的張力或負(fù)荷。

由于防污屏的結(jié)構(gòu)設(shè)計屬于基礎(chǔ)工作，直接影響了防污屏實施后的使用效果。國外發(fā)達(dá)國家防污屏行業(yè)采用了科學(xué)的設(shè)計方法。

4.1 主要設(shè)計計算步驟

以馬來西亞檳城吹填二期工程為例，采用的計算步驟如下：

1）通過自然環(huán)境參數(shù)分別計算施加到防污屏的水平外力，包括水流（W1）、 波浪（W2）、風(fēng)（W3），并匯總作為極限值。

2）計算拉伸構(gòu)件上所需的張力。

3）確定錨纜的極限抗拉力和抗拉強(qiáng)度，以此為基礎(chǔ)進(jìn)行錨桿壓載鐵塊體的規(guī)格尺寸及數(shù)量計算。

4）通過分別計算水流、波浪作用在防污屏幕布上的水平作用力，匯總作為幕布的極限拉力，并計算出幕布的抗拉強(qiáng)度。

5）通過上述參數(shù)的計算值確定防污屏的材料選擇和其他部件設(shè)計依據(jù)，包含拉力構(gòu)件、幕布、錨纜、錨。

4.2 極限使用條件的研究

防污屏應(yīng)用的極限條件最早是美國進(jìn)行研究的。因為過深的水域和過高的流速都會限制防污屏的實施。因此20世紀(jì)70年代，美國就開始評估防污屏，采用了相應(yīng)的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，包含了防污屏制作材質(zhì)、尺寸、擺放方向、允許偏差、關(guān)節(jié)之間跨距、固定裝置等重要設(shè)計環(huán)節(jié)。之后美國環(huán)保局在相關(guān)文獻(xiàn)中指出，“在比較淺的靜態(tài)水中使用防污屏最有效。水深的增加和水流、潮汐、波浪等條件的出現(xiàn)均將使它效果減弱?？傊灰谒畛^6.5 m和水流大于0.5 m/s的水中使用防污屏”[5]。隨著技術(shù)的發(fā)展，防污屏的極限使用條件的范圍將進(jìn)一步擴(kuò)大，在馬來西亞項目中水深和流速均已突破上述極限值。

5 重復(fù)使用

國外防污屏的重復(fù)利用主要出現(xiàn)在日本。由于日本資源匱乏，因而將防污屏進(jìn)行重復(fù)使用。但是防污屏越用越老化，能否繼續(xù)使用需要進(jìn)行計算。

日本主要采取收集防污屏使用劣化程度的估計數(shù)據(jù)來重新進(jìn)行計算核實。防污屏的污染擴(kuò)散防止機(jī)能主要是防污帷幕，另外還包含防污帷幕垂直方向具備穩(wěn)定功能的浮體結(jié)構(gòu)，張拉穩(wěn)定系統(tǒng)及固定錨結(jié)構(gòu)等。這些浮體結(jié)構(gòu)和張拉穩(wěn)定系統(tǒng)及固定錨結(jié)構(gòu)等的歷時劣化程度比較低，也不容易老化損壞，而由土工織物組成的防污帷幕歷時劣化的影響程度非常大，因此，防污帷幕材料的性能是主要的不確定因素。

同時，防污帷幕縫合質(zhì)量也是重點，經(jīng)過一段時間對縫合處的影響采用系數(shù)法用強(qiáng)度值進(jìn)行評價，初次使用和再使用設(shè)定不同的初始值。

以防污屏防污帷幕強(qiáng)度為對象的研究，根據(jù)工程產(chǎn)品回收點的試驗數(shù)據(jù)和實踐海域?qū)嶒灁?shù)據(jù)等眾多歷時退化收集數(shù)據(jù)，設(shè)計用的劣化強(qiáng)度函數(shù)作為計算依據(jù)。在日本業(yè)界，這方面數(shù)據(jù)量比較缺乏，所以如果使用以前缺乏所需數(shù)據(jù)的再利用品，需要先采取試驗的方法獲取相應(yīng)的專業(yè)數(shù)據(jù)[6]。

6 結(jié)語

目前我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅猛，國際化合作越來越廣泛，環(huán)保事業(yè)作為一個市場擴(kuò)展的趨勢，隨著人們對環(huán)境保護(hù)意識的增強(qiáng)，防污屏的使用勢必將進(jìn)一步開放。國內(nèi)防污屏專業(yè)技術(shù)知識較為匱乏，制作材料及工藝較差，對防污屏技術(shù)的理解不夠，均制約著我國防污屏技術(shù)的發(fā)展。

因此建議加強(qiáng)中外防污屏技術(shù)的合作，優(yōu)勢互補(bǔ)，共同研究開發(fā)適用不同工況條件下的防污屏材料、結(jié)構(gòu)及相應(yīng)的施工技術(shù)，提高防污屏的實用性和適用性，加強(qiáng)過程技術(shù)積累，開展防污屏回收再利用，降低成本，在真正做到保護(hù)環(huán)境的同時，進(jìn)一步提高我國在相關(guān)配套業(yè)和施工技術(shù)上的整體水平，為我國防污屏技術(shù)發(fā)展打下堅實的基礎(chǔ)。

[1] 中國交建（馬來西亞）有限公司STP2工程項目經(jīng)理部.馬來西亞檳城吹填二期工程防污屏施工方案[R].2015.China Communications Construction (Malaysia)Limited STP2 Project Manager.Construction scheme of anti-fouling screens in proposed reclamation for Malaysia Penang phaseⅡproject[R].2015.

[2] 張伯友，萬忠剛.防污屏設(shè)計與施工技術(shù)[C]//中國交通建設(shè)股份有限公司2011年現(xiàn)場技術(shù)交流會論文集.北京：中國交通建設(shè)股份有限公司，2011.ZHANG Bo-you,WAN Zhong-gang.Anti-fouling screen design and construction technology[C]//Proceedings of 2011 on-site technical exchange conference of China Communications Construction Co.,Ltd.Beijing:China Communications Construction Co.,Ltd.,2011.

[3] 呂國平，慈慶玲.沙特扎瓦爾港口工程無圍堰吹填施工工藝[J].中國港灣建設(shè)，2014（2）：62-65.Lü Guo-ping,CI Qing-ling.Non-cofferdam reclamation method in Ras Al Khair Port,Saudi Arabia[J].China Harbour Engineering,2014(2):62-65.

[4] 李浩，張亞，姜中.攔污屏在環(huán)保疏浚施工中的實際運用[J].中國水運，2015，15（3）：281-284.LI Hao,ZHANG Ya,JIANG Zhong.Application of pollution screen in environmental protection dredging construction[J].China Water Transport,2015,15(3):281-284.

[5]ERDC TN-DOER-E21，美國陸軍工程兵規(guī)定[S].ERDC TN-DOER-E21,US Army Corps[S].

[6] 長尾毅，島田伊浩，三吉正英，等.防污屏老化研究[C]//土木學(xué)會論文集B 3（海洋開發(fā)）.2013.NAGAO Takeshi,SHIMADA Ikihiro,MIYOSHI Masahide,et al.Study on aging of anti-fouling screen[C]//Civil Society Proceedings B3(Ocean Development).2013.

Comparative analysis on application current situation of anti-fouling screen technology at home and abroad

SHAO Liang1,YU Di1*，LIU Xi-ping2
（1.CCCC Tianjin Harbour Engineering Co.,Ltd.,Tianjin 300450,China;2.CCCC Tianjin Port&Waterway Prospection&Design Research Institute Co.,Ltd.,Tianjin Key Laboratory for Dredging Engineering Enterprises,Tianjin 300461,China）

Suspended floating material pollution diffusion technology has developed rapidly in many areas,and anti-fouling screen is one of them.Based on the analysis of the anti-fouling screen technology used in the developed countries,and the actual construction experience of the anti-fouling screens in proposed reclamation for Malaysia Penang phaseⅡproject,we compared the anti-fouling screen technologies at home and abroad,found out the main problems and gaps,and proposed from the basis of data collection and accumulation,and gradually improve the technical standards and indicators to determine,improve the design process,improve the technical content,and gradually reduce the gap between the comprehensive use of anti-fouling technology at home and abroad.It can provide references to further improve the level of China′s anti-fouling construction technology.

anti-fouling screen;pollution spread;comparative analysis;suggestion

U655.54

A

2095-7874（2017）10-0027-05

10.7640/zggwjs201710006

2017-02-24

2017-04-10

邵亮（1974— ），男，河北秦皇島人，高級工程師，總工程師，港口航道與治河工程專業(yè)。

*通訊作者：余迪，E-mail：271108210@qq.com