CN113486288A - 沉积物生态清淤深度的确定方法 - Google Patents
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Abstract
本公开提供了一种沉积物生态清淤深度的确定方法，包括：确定待清淤区域水体中需要处理的目标污染物；在待清淤区域内采集沉积物；将沉积物进行分层，并确定每层沉积物中目标污染物的释放强度Wi或每层沉积物的含水率ωi；当第i层至第i+n层的目标污染物的释放强度Wi至Wi+n均小于等于第一预设值，且第i层至第i+n层的沉积物厚度相加大于等于10cm时，将第i层以上的沉积物厚度作为清淤深度；或者，当第i层至第i+n层的含水率ωi至ωi+n均小于等于第二预设值时，且第i层至第i+n层的沉积物厚度相加大于等于10cm时，将第i层以上的沉积物厚度作为清淤深度。
Description
技术领域
本公开涉及沉积物生态清淤的技术领域，尤其涉及一种沉积物生态清淤深度的确定方法。
背景技术
由于点源或面源污染造成大量河道湖库水体污染，沉积物淤积，形成黑臭水体。近年来，虽然城镇排水系统日益完善，面源污染得到一定程度的控制，但河流水体恢复缓慢，黑臭河道湖库清淤综合整治显得日趋重要，以改善河道湖库水质，提高水体环境质量。
在沉积物生态清淤过程中，如果清淤深度较深，则工程量较大，后续底泥的处理工程量亦相应增加，而且容易破坏原有底泥生态系统；如果清淤深度较浅，则难以达到清除内源污染的目的。因此，清淤深度确定是沉积物生态清淤的关键环节，直接影响后续工程方案的制定与实施。
目前，清淤深度的确定采用内梅罗指数法容易导致清淤量较大的结果；另外，清除淤泥厚度的确定，还要保障新的界面不会释放污染物。如何较为精确的确定清淤深度是沉积物生态清淤的核心任务。
发明内容
(一)要解决的技术问题
针对上述技术问题，本公开提供了一种沉积物生态清淤深度的确定方法，以期至少部分地解决上述技术问题中的至少之一。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本公开提供了一种沉积物生态清淤深度的确定方法，包括：
确定待清淤区域水体中需要处理的目标污染物；
在所述待清淤区域内采集沉积物；
将所述沉积物进行分层，并确定每层所述沉积物中所述目标污染物的释放强度Wi或每层所述沉积物的含水率ωi；其中，i代表层数，i为大于0的自然数；
当第i层至第i+n层的所述目标污染物的所述释放强度Wi至Wi+n均小于等于第一预设值，且所述第i层至所述第i+n层的沉积物厚度相加大于等于10cm时，将所述第i层以上的沉积物厚度作为清淤深度，其中，n为大于0的自然数；
或者，当所述第i层至所述第i+n层的所述含水率ωi至ωi+n均小于等于第二预设值时，且所述第i层至所述第i+n层的沉积物厚度相加大于等于10cm时，将所述第i层以上的沉积物厚度作为清淤深度，其中，n为大于0的自然数。
根据本公开的实施例，所述第一预设值为所述待清淤区域水体可容纳的目标污染物释放强度的最小值W0。
根据本公开的实施例，所述第一预设值为所述待清淤区域水体可容纳的目标污染物释放强度的最小值W0，包括：
在不同温度、不同水位和不同流量的条件下，对所述待清淤区域水体可容纳的所述目标污染物释放强度进行测算，得出多个测算值；
筛选多个所述测算值中最小的所述测算值，作为所述待清淤区域水体可容纳的目标污染物释放强度的最小值W0。
根据本公开的实施例，所述第二预设值为40-60％。
根据本公开的实施例，所述将所述沉积物进行分层包括：以每层1-2cm的分层深度对所述沉积物分层。
根据本公开的实施例，所述将所述沉积物进行分层，并确定每层所述沉积物中所述目标污染物的释放强度Wi或每层所述沉积物的含水率ωi，包括：
将所述沉积物进行分层，并利用离心法提取每层所述沉积物中的溶液；
根据所述沉积物中的溶液确定每层所述沉积物中所述目标污染物的释放强度Wi或每层所述沉积物的含水率ωi。
根据本公开的实施例，每层所述目标污染物的所述释放强度Wi的计算公式包括：
式中：
D0为无限稀释溶液理想扩散系数；
Ds为每层沉积物弯曲效应的实际分子扩散系数。
根据本公开的实施例，所述在所述待清淤区域内采集沉积物，包括：将所述待清淤区域进行网格化，以形成多个网格，然后在所述网格中采集所述沉积物。
根据本公开的实施例，所述网格的大小为100m×100m。
根据本公开的实施例，所述目标污染物包括以下一种或多种：氮、磷、氨氮、有机毒物、溶解性有机碳和重金属。
(三)有益效果
本公开提供的沉积物生态清淤深度的确定方法，首先，在确定了水体中的目标污染物之后，在待清淤区域内采集沉积物，并对采集的沉积物进行分层；然后确定每层沉积物中的目标污染物的释放强度Wi或含水率ωi，并将每层沉积物中的目标污染物的释放强度Wi与第一预设值对比，当第i层与其下方的连续多层沉积物中的目标污染物的释放强度均大于等于第一预设值，且多层沉积物的厚度相加大于等于10cm时，将第i层以上的沉积物厚度作为清淤深度；或者将每层沉积物中的目标污染物的含水率ωi与第二预设值对比，当第i层与其下方的连续多层沉积物中的目标污染物的含水率均大于等于第二预设值，且多层沉积物的厚度相加大于等于10cm时，将第i层以上的沉积物厚度作为清淤深度，由此能够准确得出沉积物的清淤深度。本公开提供的方法，通过对沉积物分层，并测试每层沉积物中污染物的释放强度或每层沉积物中的含水率，然后根据释放强度或含水率来确定清淤深度，保证消除河道湖库内源的前提条件下合理控制工程量，减少底泥处置工程。此外，在投资和运行费用方面，使用本公开提供的方法不需投入大型的环保设备，技术经济效益具有明显的优势。且该方法既符合国家相关产业政策，又适用环保产业对浅水水体底泥清淤的需求，及深水底泥清淤的技术支撑，同时也降低了处理费用，技术经济、社会效益十分明显。
附图说明
图1是本公开实施例中的沉积物生态清淤深度的确定方法的流程图。
图2是本公开具体实施例1中不同水域的每层目标污染物释放强度与W0的对比图。
图3是本公开具体实施例1中不同水域的每层沉积物的含水量图。
具体实施方式
以下，将参照附图来描述本公开的实施例。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本公开的范围。在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本公开实施例的全面理解。然而，明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本公开的概念。
在此使用的术语仅仅是为了描述具体实施例，而并非意在限制本公开。在此使用的术语“包括”、“包含”等表明了所述特征、步骤、操作和/或部件的存在，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、步骤、操作或部件。
在此使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有本领域技术人员通常所理解的含义，除非另外定义。应注意，这里使用的术语应解释为具有与本说明书的上下文相一致的含义，而不应以理想化或过于刻板的方式来解释。
在使用类似于“A、B和C等中至少一个”这样的表述的情况下，一般来说应该按照本领域技术人员通常理解该表述的含义来予以解释(例如，“具有A、B和C中至少一个的系统”应包括但不限于单独具有A、单独具有B、单独具有C、具有A和B、具有A和C、具有B和C、和/或具有A、B、C的系统等)。在使用类似于“A、B或C等中至少一个”这样的表述的情况下，一般来说应该按照本领域技术人员通常理解该表述的含义来予以解释(例如，“具有A、B或C中至少一个的系统”应包括但不限于单独具有A、单独具有B、单独具有C、具有A和B、具有A和C、具有B和C、和/或具有A、B、C的系统等)。
在沉积物生态清淤过程中，常常需要采用沉积柱在对沉积物采样，在进行大量野外沉积物采集过程中，发现沉积物采集过深则分层样品数量增多直接加大实验分析工作量；沉积物采集太浅，又不能够全面掌握淤泥深度以及污染物分布特征，进而影响到生态清淤诊断结果；此外形成新的界面可能继续释放污染物。因此，本公开基于沉积物孔隙水污染物释放强度，及沉积物的含水率分布特征，完善清淤深度诊断体系，提高清淤深度的精准度。
根据本公开的实施例，提供了一种沉积物生态清淤深度的确定方法，包括：
确定待清淤区域水体中需要处理的目标污染物；
在待清淤区域内采集沉积物；
将沉积物进行分层，并确定每层沉积物中目标污染物的释放强度Wi或每层沉积物的含水率ωi；其中，i代表层数，i为大于0的自然数；
当第i层至第i+n层的目标污染物的释放强度Wi至Wi+n均小于等于第一预设值，且第i层至第i+n层的沉积物厚度相加大于等于10cm时，将第i层以上的沉积物厚度作为清淤深度，其中，n为大于0的自然数；
或者，当第i层至第i+n层的含水率ωi至ωi+n均小于等于第二预设值时，且第i层至第i+n层的沉积物厚度相加大于等于10cm时，将第i层以上的沉积物厚度作为清淤深度，其中，n为大于0的自然数。
本公开提供的沉积物生态清淤深度的确定方法，首先，在确定了水体中的目标污染物之后，在待清淤区域内采集沉积物，并对采集的沉积物进行分层；然后确定每层沉积物中的目标污染物的释放强度Wi或含水率ωi，并将每层沉积物中的目标污染物的释放强度Wi与第一预设值对比，当第i层与其下方的连续多层沉积物中的目标污染物的释放强度均大于等于第一预设值，且多层沉积物的厚度相加大于等于10cm时，将第i层以上的沉积物厚度作为清淤深度；或者将每层沉积物中的目标污染物的含水率ωi与第二预设值对比，当第i层与其下方的连续多层沉积物中的目标污染物的含水率均大于等于第二预设值，且多层沉积物的厚度相加大于等于10cm时，将第i层以上的沉积物厚度作为清淤深度，由此能够准确得出沉积物的清淤深度。本公开提供的方法，通过对沉积物分层，并测试每层沉积物中污染物的释放强度或每层沉积物中的含水率，然后根据释放强度或含水率来确定清淤深度，保证消除河道湖库内源的前提条件下合理控制工程量，减少底泥处置工程。此外，在投资和运行费用方面，使用本公开提供的方法不需投入大型的环保设备，技术经济效益具有明显的优势。且该方法既符合国家相关产业政策，又适用环保产业对浅水水体底泥清淤的需求，及深水底泥清淤的技术支撑，同时也降低了处理费用，技术经济、社会效益十分明显。
图1示意性示出了根据本公开实施例的沉积物生态清淤深度的确定方法的流程图。
如图1，根据本公开的实施例，一种沉积物生态清淤深度的确定方法包括操作S101～S105。
在操作S101，确定待清淤区域水体中需要处理的目标污染物。
根据本公开的实施例，目标污染物以待清淤区域水体的水质达标时需要控制的污染物为准，具体指标根据水体功能或污染源特征确定。
根据本公开的实施例，目标污染物包括以下一种或多种：氮、磷、氨氮、有机毒物、溶解性有机碳和重金属。
在操作S102，在待清淤区域内采集沉积物。
根据本公开的实施例，在待清淤区域内采集沉积物包括：将待清淤区域进行网格化，以形成多个网格，然后在网格中采集沉积物。
根据本公开的实施例，网格的大小可以为100m×100m、90m×90m、110m×110m，等等。
在操作S103，将沉积物进行分层，并确定每层沉积物中目标污染物的释放强度Wi或每层沉积物的含水率ωi；其中，i代表层数，i为大于0的自然数。
根据本公开的实施例，将沉积物进行分层包括：以每层1-2cm的分层深度对沉积物分层。
根据本公开的实施例，例如，每层的深度可以为1cm、1.5cm、2cm，等等。
根据本公开的实施例，确定每层沉积物中目标污染物的释放强度Wi或每层沉积物的含水率ωi，包括：利用离心法提取每层沉积物中的溶液；根据沉积物中的溶液确定每层沉积物中目标污染物的释放强度Wi或每层沉积物的含水率ωi。
目标污染物的释放强度为单位时间内通过沉积物向上覆水释放的目标污染物的总量。
根据本公开的实施例，每层目标污染物的释放强度Wi的计算公式包括：
式中：
D0为无限稀释溶液理想扩散系数；
Ds为每层沉积物弯曲效应的实际分子扩散系数；
Wi为正值表示污染物是由沉积物向上覆水中扩散，Wi为负值则相反。
根据本公开的实施例，利用上述离心法提取每层溶液中的孔隙水，当很难分离出孔隙溶液时，则可判断该层无孔隙水，Wi为0，说明该层沉积物结构紧密，孔隙率较小，形成新的界面很难形成污染释放界面。
在执行操作S103之后，执行操作S104或者操作S105。
在操作S104，当第i层至第i+n层的目标污染物的释放强度Wi至Wi+n均小于等于第一预设值，且第i层至第i+n层的沉积物厚度相加大于等于10cm时，将第i层以上的沉积物厚度作为清淤深度，其中，n为大于0的自然数。
根据本公开的实施例，例如，i可以为1、2、7、8、15、18、23，等等。
根据本公开的实施例，例如，n可以为1、2、5、7、15，等等。
根据本公开的实施例，第一预设值为待清淤区域水体可容纳的目标污染物释放强度的最小值W0。
根据本公开的实施例，以待清淤区域水体现状水质及水质目标为基础，结合水体自净能力，测算水体可容纳的目标污染物释放强度的最小值W0。
根据本公开的实施例，第一预设值为待清淤区域水体可容纳的目标污染物释放强度的最小值W0，包括：
在不同温度、不同水位和不同流量的条件下，对待清淤区域水体可容纳的目标污染物释放强度进行测算，得出多个测算值；
筛选多个测算值中最小的测算值，作为待清淤区域水体可容纳的目标污染物释放强度的最小值W0。
在操作S105，当第i层至第i+n层的含水率ωi至ωi+n均小于等于第二预设值时，且第i层至第i+n层的沉积物厚度相加大于等于10cm时，将第i层以上的沉积物厚度作为清淤深度，其中，n为大于0的自然数。
根据本公开的实施例，第二预设值为40-60％。
根据本公开的实施例，例如，第二预设值司以为40％、45％、60％，等等。
沉积物的含水率小于第二预设值40-60％时，沉积物中的目标污染物的释放量非常小，说明形成了致密的沉积层，目标污染物的释放风险较小。
为了更好地理解本公开实施例所提供的技术方案，下面根据具体实施例进行说明。
实施例1
针对某地区某浅水湖泊，现状水体水质为IV-V水质，以地表水III类标准为目标，主要超标指标为化学需氧量，而氨氮和总磷等含量较低。
(1)确定该湖泊的水体中需要处理的目标污染物为溶解性有机碳(DOC)。
(2)根据该湖泊现有的水利条件和水质状况，该水体在夏秋季水位较低且温度较高，水环境容量相对降低。该湖泊水质目标为地表水III类，夏季低水位条件下，该湖泊水体可容纳的溶解性有机碳释放强度的最小值W0为4.52±0.65mg/m2/d。
(3)通过网格布点法采集沉积柱，网格间距为100m×100m；沉积物按照每层2cm的深度进行分层。
(4)利用离心法提取每层沉积物中的溶液；根据沉积物中的溶液确定每层沉积物中目标污染物的释放强度Wi，得出该湖泊不同区域的DOC释放强度为0.32-18.32mg/m2/d，将DOC释放强度大于W0的水域，均需要开展沉积物清淤。
(5)对比需要清淤区域中每层沉积物中的目标污染物DOC释放强度与W0的大小，当某一层及其下方连续多层DOC释放强度均小于等于与W0，且该层及其下方连续多层的沉积物厚度相加大于等于10cm时，则该层上方沉积物的厚度为清淤深度Hq。
图2示意性示出了实施例1中不同水域每层DOC释放强度与W0的对比图。
具体地，图2示意性示出了a水域的每层DOC释放强度与W0的对比图；
图2示意性示出了b水域的每层DOC释放强度与W0的对比图。
如图2所示，在a水域，经过对比每层DOC释放强度与W0发现，第18层的DOC释放强度及其以下的四层的DOC释放强度均小于W0，且第18层及其以下的4层沉积物的厚度相加为10cm，因此，第18层以上的沉积物厚度34cm，作为a水域的清淤深度。
在b水域，经过对比每层DOC释放强度与W0发现，第23层的DOC释放强度及其以下的4层的DOC释放强度均小于W0，且第23层及其以下的四层沉积物的厚度相加为10cm。因此，第23层以上的沉积物厚度44cm，作为b水域的清淤深度。综上，对于该湖泊的不同区域的清淤深度建议为34-44cm。
实施例2
针对某地区某深水湖泊，现状水质为III-IV水质，目标水质为地表水II-III类标准。
(1)通过网格布点法采集沉积柱，网格间距为100m×100m；沉积物按照每层2cm的深度进行分层。
(2)利用离心法提取每层沉积物中的溶液；根据沉积物中的溶液确定每层沉积物的含水率ωi。
(3)对比需要清淤区域中每层沉积物中的含水率，当某一层及其下方连续多层含水率均小于等于40-60％，且该层及其下方连续多层的沉积物厚度相加大于等于10cm时，则该层上方沉积物的厚度为清淤深度。
图3示意性示出了实施例2中不同水域每层沉积物的含水量图。
如图3所述，Z7、Z3两根柱子的孔隙水提取量较小，平均每层孔隙水量在2-4ml。Z9、Z14、Z15、Z16平均每层都在4ml-8ml每层。但是，在深度30cm以下，每层沉积物的体积较大，孔隙水含量整体趋势为随深度的增加而逐渐下降。由于不同区域底泥密度不同，采集的底泥深度差别也较大，30～60cm不等。沉积物含水率在85％以上时，污泥呈流态；65％～85％时呈塑态；低于60％时则呈固态。
Z16号柱子30cm以下深度的底泥全部为固态，含水率低于60％；40cm以下含水率降低到40％，此类底泥很难分离出孔隙水。通过静态释放发现含水率低的沉积物氮磷释放量非常小，主要是由于矿化作用，形成了致密的沉积层，氮磷释放风险较小。根据图3及沉积物含水率分析，Z3区域的清淤深度建议为50cm；Z7和Z14区域的清淤深度建议为30cm；Z9区域的清淤深度建议为60cm；Z16区域的清淤深度建议为40cm。
以上对本公开的实施例进行了描述。但是，这些实施例仅仅是为了说明的目的，而并非为了限制本公开的范围。尽管在以上分别描述了各实施例，但是这并不意味着各个实施例中的措施不能有利地结合使用。本公开的范围由所附权利要求及其等同物限定。不脱离本公开的范围，本领域技术人员可以做出多种替代和修改，这些替代和修改都应落在本公开的范围之内。
Claims (10)
1.一种沉积物生态清淤深度的确定方法，包括：
确定待清淤区域水体中需要处理的目标污染物；
在所述待清淤区域内采集沉积物；
将所述沉积物进行分层，并确定每层所述沉积物中所述目标污染物的释放强度Wi或每层所述沉积物的含水率ωi；其中，i代表层数，i为大于0的自然数；
当第i层至第i+n层的所述目标污染物的所述释放强度Wi至Wi+n均小于等于第一预设值，且所述第i层至所述第i+n层的沉积物厚度相加大于等于10cm时，将所述第i层以上的沉积物厚度作为清淤深度，其中，n为大于0的自然数；
或者，当所述第i层至所述第i+n层的所述含水率ωi至ωi+n均小于等于第二预设值时，且所述第i层至所述第i+n层的沉积物厚度相加大于等于10cm时，将所述第i层以上的沉积物厚度作为清淤深度，其中，n为大于0的自然数。
2.根据权利要求1所述的沉积物生态清淤深度的确定方法，
所述第一预设值为所述待清淤区域水体可容纳的目标污染物释放强度的最小值W0。
3.根据权利要求2所述的沉积物生态清淤深度的确定方法，
所述第一预设值为所述待清淤区域水体可容纳的目标污染物释放强度的最小值W0，包括：
在不同温度、不同水位和不同流量的条件下，对所述待清淤区域水体可容纳的所述目标污染物释放强度进行测算，得出多个测算值；
筛选多个所述测算值中最小的所述测算值，作为所述待清淤区域水体可容纳的目标污染物释放强度的最小值W0。
4.根据权利要求1所述的沉积物生态清淤深度的确定方法，
所述第二预设值为40-60％。
5.根据权利要求1所述的沉积物生态清淤深度的确定方法，
所述将所述沉积物进行分层包括：以每层1-2cm的分层深度对所述沉积物分层。
6.根据权利要求1所述的沉积物生态清淤深度的确定方法，
所述将所述沉积物进行分层，并确定每层所述沉积物中所述目标污染物的释放强度Wi或每层所述沉积物的含水率ωi，包括：
将所述沉积物进行分层，并利用离心法提取每层所述沉积物中的溶液；
根据所述沉积物中的溶液确定每层所述沉积物中所述目标污染物的释放强度Wi或每层所述沉积物的含水率ωi。
7.根据权利要求6所述的沉积物生态清淤深度的确定方法，
每层所述目标污染物的所述释放强度Wi的计算公式包括：
式中：
D0为无限稀释溶液理想扩散系数；
Ds为每层沉积物弯曲效应的实际分子扩散系数。
8.根据权利要求1所述的沉积物生态清淤深度的确定方法，
所述在所述待清淤区域内采集沉积物，包括：将所述待清淤区域进行网格化，以形成多个网格，然后在所述网格中采集所述沉积物。
9.根据权利要求8所述的沉积物生态清淤深度的确定方法，
所述网格的大小为100m×100m。
10.根据权利要求1所述的沉积物生态清淤深度的确定方法，
所述目标污染物包括以下一种或多种：氮、磷、氨氮、有机毒物、溶解性有机碳和重金属。
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