基于沙特紅海開(kāi)發(fā)項(xiàng)目防污圍簾應(yīng)用效果的研究

劉韜 中交四航局第二工程有限公司

1.防污圍簾的應(yīng)用及特性

1.1 防污圍簾的定義：

防污圍簾（Eco-barrier silt curtain）是水中固體懸浮物阻截常見(jiàn)的重要工具，常指的是垂直的、柔性的、從水面向下延伸到一定深度，常在疏?；靥钍┕ぶ凶杞毓腆w懸浮物及降低濁度的結(jié)構(gòu)。一般防污圍簾主要由4個(gè)部件組成，上部浮體、用于截污的柔性編織物、下部配重鏈及錨塊、圍簾連接件。

1.2 防污圍簾的分類及功能特點(diǎn)：

防污圍簾應(yīng)用的概念最早在20世紀(jì)80年代末由美國(guó)陸軍工程兵團(tuán)（U.S.Army Corps of Engineers(USACE)）聯(lián)合當(dāng)?shù)乜茖W(xué)企業(yè)(JBF Scientific Corporation)在芝加哥五大湖區(qū)開(kāi)展水體沉淀研究中提出，其中主要根據(jù)防污效果及應(yīng)用場(chǎng)景把防污圍簾分為了四大類：

（1）Ⅰ型輕型防污圍簾（TypeⅠ Light Weight）用于靜水/內(nèi)河水體的防護(hù)狀況，一般用于靜水區(qū)或不受風(fēng)浪影響的短期項(xiàng)目。

（2）Ⅱ型中度防污圍簾（TypeⅡ Medium Weight）一般用于水流較緩或內(nèi)河短中期項(xiàng)目，一般水流速度小于1 m/s的水域，圍簾較Ⅰ型更為張緊。

（3）Ⅲ型重度污染防污圍簾（Type Ⅲ Near shore Heavy Duty）用于風(fēng)浪影響較?。魉俨怀^(guò)1.5 m/s）的近岸開(kāi)放水域，能夠應(yīng)對(duì)一定近岸、港區(qū)、碼頭的風(fēng)浪，并能夠重復(fù)設(shè)置、反復(fù)使用。

（4）Ⅳ型離岸污染防污圍簾(Type Ⅳ Offshore Heavy Duty)用于離岸、環(huán)境條件較惡劣的開(kāi)放水域（流速超過(guò)1.5m/s，浪高大于1.5 m），并可以重復(fù)設(shè)置使用。

基于以上四類圍簾，就圍簾在水體中懸浮方式又進(jìn)一步分為掛式和立式防污圍簾：

（1）掛式防污圍簾完全懸浮于水體中，通過(guò)錨鏈及錨塊固定在水中，圍簾底部有配重鏈條，能夠適應(yīng)潮位變化較大的區(qū)域，因圍簾底部存在空隙對(duì)海床擾動(dòng)較小。

（2）立式防污圍簾底部與海床接觸，基本錨定及配重系統(tǒng)與掛式一致，適用于在風(fēng)浪及水流速度較高的區(qū)域，但因帷幕長(zhǎng)度固定，對(duì)潮位變化的適應(yīng)能力較差，而且因底部與海床接觸，若水流速度超過(guò)閾值則會(huì)對(duì)水底造成較大擾動(dòng)。

在實(shí)際應(yīng)用中，需根據(jù)作業(yè)水域的自然環(huán)境條件(水流速度及水深)并結(jié)合考慮使用周期及重復(fù)利用性對(duì)圍簾進(jìn)行選型。

2.國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀與分析

2.1 防污圍簾研究的現(xiàn)況

最早在USACE的研究中，他們重點(diǎn)分析預(yù)防外海及內(nèi)陸水域疏浚項(xiàng)目產(chǎn)生的固體懸浮物擴(kuò)散方法，接下來(lái)近15至20年期間的研究都基于本該研究的方法及思路進(jìn)行補(bǔ)充擴(kuò)展，并一直延續(xù)至今。橫向比較來(lái)看，經(jīng)過(guò)大量資料查閱，因內(nèi)陸航道水況復(fù)雜、就固體懸濁物對(duì)水體生態(tài)影響的研究較少，中國(guó)關(guān)于防污圍簾方面的應(yīng)用及研究較多關(guān)注在柔性河道載污帶塑料浮體、攔油柵等水面防污措施，相當(dāng)一部分關(guān)于防污圍簾應(yīng)用的文獻(xiàn)都源于歐美的圍簾制造商及相關(guān)水體研究。

在不同防污圍簾制造商的用戶手冊(cè)中及海外不同項(xiàng)目的防污圍簾應(yīng)用方案中，都集中圍繞基于作業(yè)自然條件的圍簾選型及設(shè)置時(shí)的注意事項(xiàng)進(jìn)行集中研究，其中關(guān)于應(yīng)用方面，最常見(jiàn)的就是關(guān)于圍簾選型、安裝、使用最小防護(hù)距離的討論。

2.2 防污圍簾攔截效果的研究現(xiàn)況

Rajesh P.Dubey博士通過(guò)建立淺水區(qū)防污圍簾在不同方向上攔污的模型，研究提升圍簾攔截固體懸浮物效果的不同方法，其中主要圍繞加速圍簾內(nèi)部懸浮物沉降、加速圍簾外部懸浮物擴(kuò)散、減緩圍簾內(nèi)液體流速三個(gè)方面進(jìn)行分析并發(fā)現(xiàn)：通過(guò)降低圍簾內(nèi)側(cè)液體流速，從而降低固體懸浮物的擴(kuò)散速度和提升內(nèi)部沉降效率，從而提高了圍簾的截污效率。

在水質(zhì)研究所H.R.Wallingford關(guān)于防污圍簾在疏浚項(xiàng)目環(huán)保應(yīng)用的研究中，首席研究員JC Ogilv ie博士通過(guò)建立流體力學(xué)模型，研究圍簾后方固體懸浮物的擴(kuò)散情況，研究了不同海水流速下風(fēng)浪條件對(duì)圍簾截污效果的影響，并指出在靜水表面的理想模型下，大部分固體沉淀物因洋流擾動(dòng)都通過(guò)掛式圍簾的下部重新漂浮并增加了圍簾外側(cè)的濁度，最后強(qiáng)調(diào)圍簾的有效防護(hù)重點(diǎn)需做好圍簾的加固，防止洋流擾動(dòng)對(duì)圍簾的截污效果產(chǎn)生影響。

也有從比較特殊的角度對(duì)防污圍簾截污效果進(jìn)行研究：新加坡的海岸環(huán)境工程師Y.S.Wu從取水角度進(jìn)行研究防污圍簾的主動(dòng)截污效果，并著重總結(jié)了掛式圍簾底部固體懸浮物的擴(kuò)散模型及懸浮物擴(kuò)散流速模型，為防污圍簾截污效果的研究提供具體的參考；荷蘭科學(xué)家Max Radermacher就平行洋流對(duì)圍簾截污效果進(jìn)行研究，結(jié)果表面，當(dāng)水流方向平行于洋流時(shí)防污圍簾的阻截效果較差，當(dāng)水流垂直于圍簾時(shí)有最大的阻截效果。

3.防污圍簾截污效果的案例分析

3.1 研究?jī)?nèi)容及目的

目前國(guó)內(nèi)針對(duì)防污圍簾的研究仍處于起步階段，同時(shí)考慮到對(duì)于海洋生態(tài)保護(hù)的理論與實(shí)踐基礎(chǔ)較為薄弱，結(jié)合以上圍簾防污效果的研究方法，通過(guò)對(duì)沙特阿拉伯紅海離岸工程圍簾使用過(guò)程進(jìn)行總結(jié)及圍簾防污效果的研究，主要有以下兩個(gè)方面：

（1）采用多種水樣分析手段檢測(cè)生態(tài)敏感區(qū)的水質(zhì)，對(duì)不同應(yīng)用情景下防污圍簾阻截效果進(jìn)行評(píng)判，為圍簾選型及安裝提供額外的參考信息。

（2）分析項(xiàng)目實(shí)施階段防污圍簾應(yīng)用的難點(diǎn)，總結(jié)長(zhǎng)跨度、大范圍防污圍簾應(yīng)用過(guò)程中的經(jīng)驗(yàn)。

3.2 沙特紅海謝巴拉項(xiàng)目概況

3.2.1 項(xiàng)目介紹

沙特紅海開(kāi)發(fā)項(xiàng)目是沙特阿拉伯王國(guó)西部紅海沿岸的一個(gè)大型項(xiàng)目，該項(xiàng)目的戰(zhàn)略目標(biāo)是將沙特Tabuk省Umluj和Al Wajh地區(qū)變成一個(gè)獨(dú)特的國(guó)際豪華旅游勝地，屬于沙特“2030愿景”的重要組成部分，其中中交四航局第二工程有限公司沙特區(qū)域分公司在該區(qū)域含2個(gè)在建項(xiàng)目，主要施工內(nèi)容分布在兩個(gè)離岸海島上Sheybarah島及Ummahat島。其中疏浚回填項(xiàng)目主要施工內(nèi)容為近島航道/瀉湖疏浚、島內(nèi)回填、土壤收集堆存等，酒店樁基基礎(chǔ)項(xiàng)目，10號(hào)酒店水上別墅、棧橋部分采用鋼護(hù)筒灌注樁施工、11、12號(hào)酒店水上別墅樁基選用PHC樁施工。

3.2.2 自然環(huán)境條件及環(huán)保要求

TRSDC對(duì)Sheybarah島及Ummahat島聘請(qǐng)了額外的第三方環(huán)保團(tuán)隊(duì)進(jìn)行調(diào)研，并形成對(duì)應(yīng)的環(huán)境評(píng)價(jià)報(bào)告（以下簡(jiǎn)稱ESIA），ESIA中明確指出施工島嶼附近都有豐富的物種棲息地，其中包括各類珊瑚礁、海草、紅樹(shù)林等海洋及潮間帶物種的棲息地，其中不乏微孔、萼形柱、軸孔等品種的珊瑚。在Sheybarah島，部分施工區(qū)域距離生態(tài)敏感區(qū)較近，項(xiàng)目施工生產(chǎn)活動(dòng)對(duì)原住生態(tài)環(huán)境造成極大威脅。EISA針對(duì)如疏?；靥罴八洗驑兜瓤赡芤饾岫忍嵘淖鳂I(yè)活動(dòng)，就實(shí)際操作施工過(guò)程提出以下環(huán)境預(yù)控措施：

1）為保護(hù)項(xiàng)目海域總懸浮物指標(biāo)符合沙特當(dāng)?shù)丨h(huán)保法律，禁止任何疏浚料及固體廢料（原地面土壤、沙灘砂石等）棄置進(jìn)海洋，需堆填至指定區(qū)域或者用于原地面提升。

2）若涉及臨時(shí)施工平臺(tái)回填、施工水域開(kāi)挖疏浚等可能引發(fā)水體濁度提升的作業(yè)，需設(shè)置連續(xù)且封閉的防污圍簾（要求TypeⅢ及以上等級(jí)）并通過(guò)監(jiān)測(cè)浮標(biāo)對(duì)水體進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

3）防污圍簾的有效阻攔率需達(dá)到90%以上，如施工環(huán)境造成水體濁度異常提升（瞬時(shí)值達(dá)NTU>5，或周平均值NTU>2）。

4）從施工工藝上，回填及臨時(shí)平臺(tái)的土壤總流失率應(yīng)控制在5%以內(nèi)；若監(jiān)測(cè)到濁度異常提升，則需減緩或暫時(shí)停止施工對(duì)圍簾進(jìn)行檢查分析。

3.3 防污圍簾的運(yùn)用

3.3.1 防污圍簾

防污圍簾暫未有現(xiàn)行的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或相關(guān)的國(guó)際化規(guī)范，并未對(duì)圍簾自身攔污效果進(jìn)行量化標(biāo)定，而一般圍簾生產(chǎn)廠家對(duì)于圍簾各部件按照相關(guān)零部件行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行執(zhí)行。

結(jié)合上述現(xiàn)行研究，本文注重探索圍簾截污后的效果狀況，通過(guò)檢測(cè)圍簾后方生態(tài)敏感區(qū)水質(zhì)狀況來(lái)進(jìn)行研判。水質(zhì)檢測(cè)方面主要按照現(xiàn)行主流的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)及沙特阿拉伯當(dāng)?shù)丨h(huán)保法律法規(guī)，要求水體總懸浮物標(biāo)準(zhǔn)（Total Suspend Sediment）可檢測(cè)的最大極限值小于5 mg/L，自然生態(tài)保護(hù)區(qū)濁度周平均值應(yīng)低于2.0，瞬時(shí)監(jiān)測(cè)最大值不得高于5.0。

3.3.2 水質(zhì)監(jiān)測(cè)工具

本文中研究工具主要使用項(xiàng)目部在用的24小時(shí)水質(zhì)檢測(cè)浮標(biāo)，并結(jié)合聘請(qǐng)的第三方環(huán)境監(jiān)測(cè)單位進(jìn)行的水質(zhì)檢測(cè)，對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)及校核。

1）水質(zhì)監(jiān)測(cè)浮標(biāo)。24h小時(shí)水質(zhì)檢測(cè)浮標(biāo)傳感器采用的是大型水處理以及水基礎(chǔ)設(shè)施Xylem公司旗下EXO Sondes傳感器模塊組，它能主要能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)水體酸堿度（PH）、溶解氧值（DO）、濁度（Turbidity）等水質(zhì)情況數(shù)據(jù)，并通過(guò)當(dāng)?shù)赝ㄓ嵾\(yùn)營(yíng)商連接至相配套的Hydrophere系統(tǒng)，借在線系統(tǒng)可進(jìn)行當(dāng)前/歷史讀數(shù)查詢及警戒值監(jiān)測(cè)報(bào)警。

其中傳感器有效探測(cè)深度為10 m，對(duì)于濁度的檢測(cè)精度介于0.001-0.1FNU（單位換算1FTU=1NTU=0.13mg/L）且量程在0-4000FTU，符合一般自然環(huán)境檢測(cè)要求，且所有傳感器均完成通過(guò)官方廠家的定期的校核，所有采集的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠。

傳感器模塊需要使用相應(yīng)的浮標(biāo)進(jìn)行承載，根據(jù)監(jiān)測(cè)水深情況現(xiàn)采用Xylem公司生產(chǎn)的兩類浮標(biāo)DP600及SB-138P以適應(yīng)不同水深的檢測(cè)，DP600款適用于水深1-2m的淺灘區(qū)域，SB-138P適用于水深4m以上海域，能夠涵蓋本次研究的所有水域。

2）水質(zhì)抽檢分析。項(xiàng)目聘請(qǐng)了沙特國(guó)王法哈德油礦大學(xué)（King Fahd University of Petroleum and Minerals，以下簡(jiǎn)稱KFUPM）海洋與自然環(huán)境學(xué)院的海洋科學(xué)家團(tuán)隊(duì)，提供第三方環(huán)境監(jiān)測(cè)服務(wù)，其中包括施工區(qū)域附近海水的取樣抽檢，他們采用IDROUNAUT公司旗下Ocean Seven 316 Plus CTD儀器對(duì)相關(guān)區(qū)域進(jìn)行探測(cè)，并形成每日的水質(zhì)監(jiān)測(cè)報(bào)告，針對(duì)水質(zhì)濁度、總懸浮物濃度等數(shù)值提供參考依據(jù)。KFUPM所有儀器都完成校核并在有效期內(nèi)，所有測(cè)得數(shù)據(jù)可靠并具有參考性。

3.4 不同情景的防污圍簾實(shí)施

結(jié)合項(xiàng)目施工內(nèi)容及防污圍簾設(shè)置情況，本次研究主要有以下三個(gè)情景：

（1）樁基施工中，水深1-2 m的區(qū)域選用立式防污圍簾，位于Ummahat島11號(hào)酒店C區(qū)。

（2）樁基施工，于水深3-4m的區(qū)域選用掛式防污圍簾，位于Ummahat島12號(hào)酒店G區(qū)。

（3）疏浚施工中，于水深3-4m的區(qū)域選用掛式防污圍簾，位于Sheybarah島區(qū)域。

3.5 防污圍簾管控措施

3.5.1 管理機(jī)構(gòu)

針對(duì)不同島嶼，項(xiàng)目部設(shè)立各島得防污圍簾專項(xiàng)管理小組，以各島現(xiàn)場(chǎng)施工經(jīng)理為小組組長(zhǎng)，各島潛水員及輔助工人為組員，駐島環(huán)保員進(jìn)行監(jiān)督。

項(xiàng)目在策劃階段，根據(jù)施工作業(yè)影響區(qū)域制定了防污圍簾鋪設(shè)計(jì)劃，要求作業(yè)施工前完成圍簾鋪設(shè)，并把圍簾鋪設(shè)視作施工前重要環(huán)保條件列入開(kāi)工檢查項(xiàng)。施工前對(duì)作業(yè)影響區(qū)進(jìn)行水下環(huán)境調(diào)查，確定敏感環(huán)境生物種群及棲息地位置，并調(diào)查圍簾錨點(diǎn)范圍內(nèi)海床狀況，及時(shí)移植影響范圍內(nèi)的重要珊瑚、海草。

圖1 Eco-Barrier 防污圍簾部件技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

結(jié)合廠家產(chǎn)品使用手冊(cè)及業(yè)主方防污圍簾管理指導(dǎo)手冊(cè)，環(huán)保經(jīng)理對(duì)圍簾維保潛水隊(duì)進(jìn)行培訓(xùn)，明確圍簾檢查、維保項(xiàng)目，提升圍簾維保效果；駐島環(huán)保員協(xié)助觀測(cè)并督促維保隊(duì)伍開(kāi)展維保工作，確保圍簾圍蔽可控有效；并借助觀測(cè)浮標(biāo)及第三方水質(zhì)環(huán)保單位對(duì)重點(diǎn)監(jiān)測(cè)水域的水質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)，確保圍簾截污效果到位；專職防污圍簾維保團(tuán)隊(duì)日常巡檢水上/水下圍簾狀況，并及時(shí)修補(bǔ)損壞圍簾；定期聯(lián)合工程部、維保團(tuán)隊(duì)、環(huán)保咨工組織圍簾專項(xiàng)檢查，確保圍簾有效封閉。

3.5.2 預(yù)警及應(yīng)急處置

根據(jù)沙特環(huán)保部及業(yè)主環(huán)保體系文件規(guī)定，項(xiàng)目部執(zhí)行水質(zhì)動(dòng)態(tài)報(bào)警機(jī)制，根據(jù)監(jiān)測(cè)浮標(biāo)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)讀數(shù)并結(jié)合考慮第三方手持工具檢測(cè)每日?qǐng)?bào)告結(jié)果，主要分為以下三種情況：

1）若濁度NTU大于2且小于5，持續(xù)時(shí)間超過(guò)2小時(shí)，則需減緩施工進(jìn)度，分析水質(zhì)變化原因，并形成事件報(bào)告匯報(bào)至業(yè)主，待檢測(cè)值回落至NTU小于2則可解除警戒狀態(tài)；

2）若以上情況持續(xù)2小時(shí)以上，或瞬時(shí)濁度大于5則視為重要環(huán)境事件，需暫停相關(guān)分項(xiàng)施工，檢查相關(guān)環(huán)保預(yù)控措施的落實(shí)情況，包括施工作業(yè)點(diǎn)位、防污圍簾的維保情況等，并形成事故報(bào)告匯報(bào)至業(yè)主方；

3）若瞬時(shí)濁度值大于10，則視為重大生態(tài)環(huán)保事故，則需整個(gè)島嶼停止作業(yè)，并由業(yè)主方把相關(guān)信息報(bào)送至沙特環(huán)保部，協(xié)調(diào)開(kāi)展應(yīng)急處置工作。

3.6 防污圍簾管理應(yīng)用分析

基于以上3種模型，通過(guò)檢測(cè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置水質(zhì)狀況，結(jié)合浮標(biāo)系統(tǒng)的報(bào)警頻次，不同模型的截污效果如下：

相比樁基施工，疏浚作業(yè)對(duì)水體的擾動(dòng)更大，圍簾截污效果較不理想，需增設(shè)額外一道防污圍簾以提升截污的效果；在風(fēng)浪條件相同且風(fēng)速、浪高較小時(shí)，淺水區(qū)的立式防污圍簾在截污效果相較深水區(qū)的掛式圍簾有更好的效果；在風(fēng)浪條件相同且風(fēng)速、浪高較大時(shí)，立式圍簾因自身對(duì)海床/水底擾動(dòng)較大，整體截污效果較差且損壞率較高，掛式圍簾間或出現(xiàn)報(bào)警情況，但整體濁度取值在可控范圍內(nèi)。

4.總結(jié)與展望

通過(guò)對(duì)中交四航局二公司在沙特紅海開(kāi)發(fā)項(xiàng)目上圍簾使用過(guò)程進(jìn)行總結(jié)及圍簾防污效果的研究，采用多種水樣分析手段檢測(cè)生態(tài)敏感區(qū)的水質(zhì)，在風(fēng)浪條件小的情況下，優(yōu)先選用掛式圍簾；在離岸、風(fēng)浪條件較惡劣區(qū)域，結(jié)合圍簾可循環(huán)利用及維保難度考慮，應(yīng)優(yōu)先采用掛式圍簾。

受限于研究周期及成本，本次研究中，針對(duì)水質(zhì)檢測(cè)分析方面點(diǎn)較單一，對(duì)敏感生態(tài)棲息地的研究較少，在后續(xù)的實(shí)踐過(guò)程中計(jì)劃進(jìn)一步細(xì)化研究。