CN114877796B - 一种基于氧化还原电位的淤泥厚度快速确定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于氧化还原电位的淤泥厚度快速确定方法，涉及湖泊、航道或海域底泥清淤技术领域，其技术方案要点是：包括以下步骤：S1、淤泥层取样，采用柱法取样，在待测淤泥厚度的湖泊、航道或海域的淤泥层的代表性位置采取3～5个柱状淤泥层样品；S2、将3～5个柱状淤泥层样品按不同高度进行氧化还原电位分析，建立氧化还原电位与淤泥厚度的回归方程式；S3、将氧化还原电位分析仪的探头深入至淤泥层中，根据氧化还原电位分析仪的显示值和回归方程式确定出淤泥厚度。本发明的方法能够根据某一清淤底泥的特征，简单快速准确地确定清淤厚度，能够提高工作效率和提供准确的清淤工作量，从而有效地控制清淤成本。
Description
技术领域
本发明涉及湖泊、航道或海域底泥清淤技术领域，更具体地说，它涉及一种基于氧化还原电位的淤泥厚度快速确定方法。
背景技术
湖泊、航道或海域在运输通航、防洪排涝、供水灌溉等方面发挥了重要作用。随着城镇化、工业化和现代农业的发展，在水土流失、降尘沉积和大量工业污水、面源污水排放的作用下，大都面临不同程度的淤积问题，从而影响其功能的正常发挥和和区域经济的发展。此外由于淤泥中含有各种各样的污染物，在适宜条件下，淤泥中的重金属、氮和磷等会通过扩散、离子交换、解吸、氧化还原等方式重新释放进入上覆水体造成污染。因此实施有效的清淤工作既可以控制内源污染，改善水环境质量，也可以解决湖泊、航道或海域等水体的泥沙淤积、保障其功能正常发挥，服务于区域经济建设，促进生态文明建设。
水体清淤是一个涉及到多学科的系统工程，要综合考虑水体质量、水体功能、水生生物、底泥污染状况及分布情况等，先确定清淤范围和清淤深度，再选择合适的清淤方式。在现有的清淤方式中，为减少底泥中污染物向水体释放以及为水生态系统的恢复创造条件，大多采用环保清淤方式。为了达到环保清淤效果，清淤深度的确定是一个关键问题，若清淤深度控制不当，可能导致底泥层中的污染物被扰动或重新暴露而释放进入水体，这不仅关系到二次污染的控制，同时也涉及到清淤规模的大小。现有研究认为，水体底泥从上至下分为污染层、污染过渡层和自然构造层。其中污染层位于底泥上部，所含污染物(主要为有机质及营养盐)的种类和浓度都较高，因此对上覆水体水质影响也最大，而污染过渡层由于在底泥中处于较深的位置以及所含的污染物较少，浓度更低所造成的影响也更小。目前普遍认为，清除底泥污染需要清除到污染层或者污染过渡层，而自然构造层应尽可能保留。
由于湖泊、航道或海域所处地区以及排入水体的污染特征的差异性，导致在不同区域的湖泊、航道或海域清淤深度的确定上，目前国内外没有统一的标准。根据现有研究，底泥清淤深度的确定方法主要有经验值法、浓度控制值法、背景值比较法、拐点法和分层释放速率法等，但这些方法均存在着所需分析样品量大、分析过程复杂，而且对同一特性的清淤对象应用不同的方法会得出不同的清淤深度，特别是对于大面积、底泥特征分布不均匀的清淤对象就更难快速准确的提供清淤深度。
如前所述，在污染层和污染过渡层底泥中都含有污染物质，比如有机质、营养盐、重金属、树叶和植物根系等，国内外学者普遍认为底泥中污染物的含量自上而下随深度增加而逐渐降低。对某一特定的湖泊、航道或海域，在经过一段时间的物理化学及微生物过程综合作用下，底泥逐渐变得比较稳定，底泥中污染物的组成、形态和含量相对固定。因此在不同的底泥层就形成和分布着不同的氧化还原电对，构成了复杂的氧化还原体系，而氧化还原电位作为反映环境介质中各种物质所表现出的综合氧化能力(或还原能力)的一个状态参数，是多种氧化物质和还原物质发生氧化还原反应的综合结果，可以反映出体系氧化还原能力的相对程度。而且底泥层的氧化还原电位愈低，表明其还原性愈强。
综上所述，现有的湖泊、航道或海域，特别是大面积、底泥特征分布不均匀的底泥层清淤深度的确定方法，存在着过程复杂、工作量大和难以准确快速确定的缺陷。因此，本发明旨在设计一种基于氧化还原电位的淤泥厚度快速确定方法。
发明内容
本发明的目的是针对现有底泥清淤深度的确定方法，存在着过程复杂、工作量大和难以准确快速确定的技术问题，提供一种基于氧化还原电位的淤泥厚度快速确定方法，本发明方法采用底泥分层氧化还原电位与深度建立回归方程式，确定底泥清淤厚度，该方法能够根据某一清淤底泥的特征，简单快速准确地确定清淤厚度，能够提高工作效率和提供准确的清淤工作量，从而有效地控制清淤成本。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种基于氧化还原电位的淤泥厚度快速确定方法，S1、淤泥层取样，采用柱法取样，在待测淤泥厚度的湖泊、航道或海域的淤泥层的代表性位置采取3～5个柱状淤泥层样品；
S2、将步骤S1中所述的3～5个柱状淤泥层样品按不同高度进行氧化还原电位分析，并建立氧化还原电位与淤泥厚度的回归方程式；
S3、将氧化还原电位分析仪的探头深入到待测的湖泊、航道或海域的淤泥层中，并根据氧化还原电位分析仪的显示值和回归方程式确定出淤泥厚度。
进一步地，步骤S1中所述待测的湖泊、航道或海域的淤泥层为经过多年水力作用自然沉积而形成的。
进一步地，步骤S1中所述的代表性位置为水域中未受到船舶类机器的扰动或人为干扰向水体充氧的区域，或流入区域、孤立区域、重要旅游区域。
进一步地，步骤S2中所述的回归方程式的建立方法为：对某一特定湖泊、航道或海域，通过对在其代表性位置采取的柱状淤泥样品分别按不同高度测定其氧化还原电位，然后进行数据统计和分析后得出，即通过模型参数率定得出。
进一步地，步骤S3中，确定出淤泥厚度的具体方法为：在清淤机械上安装氧化还原电位分析仪，并通过将氧化还原电位分析仪深入至淤泥层中测得氧化还原电位的显示值，然后再根据回归方程式计算出的淤泥厚度。
在本发明的上述方案中，现有的湖泊、航道或海域，特别是大面积、底泥特征分布不均匀的底泥层清淤深度的确定方法，存在着过程复杂、工作量大和难以准确快速确定的缺陷，但是在某一特定底泥中，其底泥的形成原因、演化过程和组成成分等基本相似，因此在不同的底泥深度其含有的污染物种类和浓度均呈一定规律的变化趋势，而且在不同深度中的氧化还原电对显示出不同的综合氧化还原电位值。因此，本发明采用底泥分层氧化还原电位与深度建立回归方程式，确定底泥清淤厚度。
本发明的上述方案中，其实质是在某一特定的湖泊、航道或海域，先通过在其清淤范围内进行代表性柱状采样，然后分析每一样品中沿底泥不同深度层所测得的综合氧化还原电位值，与其对应的底泥深度建立回归方程式，再通过测定的待清淤底泥层的氧化还原电位，由回归方程式求解得出该点位的清淤厚度，能简便快捷、实时反映出清淤厚度，能更加准确的控制清淤深度和清淤工程量。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1、本发明的方法，简便快捷，可精确控制清淤深度：本发明通过在某一特定水域，建立底泥不同深度层与相应的综合氧化还原电位值之间的回归方程式，能够实现在清淤过程中把实时测得的底泥层中的氧化还原电位值通过回归方程式快速转化清淤厚度，便于指导清淤过程和精确控制清淤深度；
2、本发明的方法能高度体现不同地(区)域底泥特征：不同地域或同一清淤对象的不同区域，排入水体的污染物的组分及含量差异性较大，底泥的形成原因、演化过程和组成成分不相同，不同的底泥层会表现出不同的综合氧化还原电位值，最终确定清淤深度的回归方程式也不一样，因此，本发明的方法可实现清淤深度的“一湖(域)一策”，更加实用且具有针对性；
3、本发明的方法能有效提高清淤效率：本发明的方法中通过在清淤过程中实时测定待清淤底泥层的氧化还原电位值所反馈的清淤深度，可高效区分重点区域和非重点区域，从而提高清淤效率；
4、本发明的方法可精准控制清淤工程量，降低清淤成本：本发明的方法中，由于能够实时掌握清淤深度，不但能控制清淤工程量，还能防止过度清淤，降低清淤成本；同时，还可防止清淤不足，造成二次污染，影响生态恢复；
5、本发明的方法中，采样量少，过程简单：相比现有的底泥清淤深度的确定方法，本发明的方法仅需在清淤范围内选取典型区域，取少量的代表性柱状样品进行分析，即可得到该区域内的底泥深度与氧化还原电位的回归方程式，并依据该方程式即可确定某一清淤位置的清淤深度，其判定过程相对简单；并且，本发明的方法中，采样过程可以在可研阶段结合湖泊、航道或海域的清淤前期调查阶段即可完成。
附图说明
图1是本发明实施例中的方法步骤流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于氧化还原电位的淤泥厚度快速确定方法，如图1所示，包括以下步骤：S1、淤泥层取样，采用柱法取样，在待测淤泥厚度的湖泊、航道或海域的淤泥层的代表性位置采取3～5个柱状淤泥层样品；
S2、将步骤S1中所述的3～5个柱状淤泥层样品按不同高度进行氧化还原电位分析，并建立氧化还原电位与淤泥厚度的回归方程式；
S3、将氧化还原电位分析仪的探头深入到待测的湖泊、航道或海域的淤泥层中，并根据氧化还原电位分析仪的显示值和回归方程式确定出淤泥厚度。
其中，步骤S1中所述待测的湖泊、航道或海域的淤泥层为经过多年水力作用自然沉积而形成的。
其中，步骤S1中所述的代表性位置为水域中未受到船舶类机器的扰动或人为干扰向水体充氧的区域，或流入区域、孤立区域、重要旅游区域。
其中，步骤S2中所述的回归方程式的建立方法为：对某一特定湖泊、航道或海域，通过对在其代表性位置采取的柱状淤泥样品分别按不同高度测定其氧化还原电位，然后进行数据统计和分析后得出，即通过模型参数率定得出。
其中，步骤S3中，确定出淤泥厚度的具体方法为：在清淤机械上安装氧化还原电位分析仪，并通过将氧化还原电位分析仪深入至淤泥层中测得氧化还原电位的显示值，然后再根据回归方程式计算出的淤泥厚度。
实施例：
本实施例以南方某一底泥淤积湖泊为研究对象，采用氧化还原电位在底泥层中垂直方向上的变化情况精确测定其清淤厚度。
具体实例为：
以岳阳东风湖为例，其因多年外源输入导致底泥中积累大量污染物，直接影响到水环境质量和水生态系统。底泥中主要含有有机质、营养盐、重金属等，重金属含量总体较低，但是TN、TP含量较高，达到了重度污染级别，水体经常为劣Ⅴ类水质，其使用功能严重受到限制。经过深入分析东风湖淤泥形成过程和污染物分布状况及清淤目标，本次清淤将分区进行，然后选取其中四个区域进行对比研究，即上上湖、上湖(1m以上)、中湖(0.4-0.8m以上)和下湖(0.8m以上)，排涝撇洪渠的淤积深度大致在0.7m左右，对比研究结果如下表1所示。在实施控源截污以后，再清除底泥污染物，能有效防止内源污染，提升水质，改善和恢复水生态系统。根据清淤目标，实施清淤后东风湖水质达到地表水环境质量标准中Ⅳ类要求。
表1对比研究结果表
在进行上述对比研究试验过程中，首先对反映湖泊底泥环境特征的物理、化学及生物参数进行测定，包括组成、pH、氧化还原电位、有机质含量、营养盐(TN和TP)含量、金属或氧化物、以及温度、压力、水分等。综合分析该湖泊底泥的形成原因、组成成分和稳定性等。然后根据湖泊的流入状况、使用功能和污染物排入情况划分代表性区域，如无扰动的稳定区域、孤立区域、流入湖口、湖湾区、重要旅游区域及水污染严重区域等。然后分别采用拐点法和氧化还原电位法判定其清淤深度，并进行比较。
以营养盐(TN和TP)的含量为清淤控制依据，采用拐点法判定东风湖清淤深度。根据柱状样品中TN和TP的含量在垂直方向上的分布情况，其拐点分别对应0.61m和0.54m深度。因此综合判定其清淤深度为0.61m。
采用柱法对上述区域分别采集3～5个柱状淤泥层样品(如取样区域性质变化较大时应加密取样点)，并迅速对每一柱状样品按不同高度进行氧化还原电位的测定和详细数据记录。采样的仪器为ORP计，以铂电极为指示电极，以饱和甘汞电极为参比电极，平衡3min(3min的氧化还原电位变动值不超过1mv)然后读数，重复测定3次。重复测定时,先将铂电极取出,用0.1mol/L稀酸浸泡30min，再用蒸馏水洗净，用滤纸吸干，然后进行下一次测定，以防止沉积物中无机物对电极的污染。现场测定时特别注意对每一个柱状样品要注意密封，防止空气的进入而改变淤泥的氧化还原状态，从而影响最终结果。
将所测得的数据分区域进行统计分析，拟合成氧化还原电位与淤泥厚度的回归方程式。在清淤过程中，通过在清淤机械上安装氧化还原电位分析仪，清淤之前先在清淤宽度方向上随机选取3个点位通过氧化还原电位分析仪测定其氧化还原电位值，再根据回归方程式计算出该区域的淤泥厚度，然后再进行清淤作业，每清淤一定距离后重复进行一次淤泥厚度的确定。此外，为保证精确控制清淤深度，在不同区域作业时先进行清淤深度的确定。
在本发明的上述实施例中，本发明的方法能够克服现有技术存在的过程复杂、工作量大和难以准确快速确定的技术问题，本发明方法通过采用底泥分层氧化还原电位与深度建立回归方程式，并以此确定底泥清淤厚度，该方法能够根据某一清淤底泥的特征，简单快速准确地确定清淤厚度，能够提高工作效率和提供准确的清淤工作量，从而有效地控制清淤成本。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。
Claims (4)
1.一种基于氧化还原电位的淤泥厚度快速确定方法，其特征是：具体包括以下步骤：
S1、淤泥层取样，采用柱法取样，在待测淤泥厚度的湖泊、航道或海域的淤泥层的代表性位置采取3～5个柱状淤泥层样品；
S2、将步骤S1中所述的3～5个柱状淤泥层样品按不同高度进行氧化还原电位分析，并建立氧化还原电位与淤泥厚度的回归方程式；所述的回归方程式的建立方法为：对某一特定湖泊、航道或海域，通过对在其代表性位置采取的柱状淤泥样品分别按不同高度测定其氧化还原电位，然后进行数据统计和分析后得出，即通过模型参数率定得出；
S3、将氧化还原电位分析仪的探头深入到待测的湖泊、航道或海域的淤泥层中，并根据氧化还原电位分析仪的显示值和回归方程式确定出淤泥厚度。
2.根据权利要求1所述的一种基于氧化还原电位的淤泥厚度快速确定方法，其特征是：步骤S1中所述待测的湖泊、航道或海域的淤泥层为经过多年水力作用自然沉积而形成的。
3.根据权利要求1所述的一种基于氧化还原电位的淤泥厚度快速确定方法，其特征是：步骤S1中所述的代表性位置为水域中未受到船舶类机器的扰动或人为干扰向水体充氧的区域，或流入区域、孤立区域、重要旅游区域。
4.根据权利要求1所述的一种基于氧化还原电位的淤泥厚度快速确定方法，其特征是：步骤S3中，确定出淤泥厚度的具体方法为：在清淤机械上安装氧化还原电位分析仪，并通过将氧化还原电位分析仪探头深入至淤泥层中测得氧化还原电位的显示值，然后再根据回归方程式计算出的淤泥厚度。
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