摘要：研究了海底输水管道施工的两种主要施工方法，预挖沟法和水力冲射法的施工工艺和ss发生量进行对比分析，以过飞云江的输水管道的工程实例为代表，采用污染物扩散模型对ss的环境影响进行了预测，结果表明：在河飞云江中部施工时，施工悬浮物扩散较快，而在左岸和右岸近岸施工时，受岸线影响悬浮物贴着岸线漂移、扩散，影响范围较大。

关键词：海底输水管道;施工工艺;SS;污染物扩散模型

中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：1674-9944（2019）22-0105-03

1 引言

近年来，在城市建设过程中，由于生活生产用水的急剧增加，输水管道的建设越来越显得重要。尤其在沿海城市，人海河口较多，不可避免地需在近岸河口区建设输水管道。输水管道河流穿越技术按照敷设方式分为开挖式和非开挖式。开挖式即沟埋穿越，在河床上采用各种方式成沟、敷设、回填[1]。根据国内外的研究，开挖过程对海洋环境的直接影响主要受开挖面积、开挖深度、开挖时间3个因素的综合作用;而SS对海洋环境的影响主要体现在SS的浓度、影响时间两个因素[2]。本次研究从施工工艺、源强核算两方面人手，采用污染物扩散模型对施工产生的SS进行研究。

2 海底管道施工工艺介绍

目前，国内河口区的输水管道采取海底管道的方式。海底管道挖沟埋设方法很多，归纳起来主要有3种：①预挖沟法，在管道铺设前预先挖好沟，再将管道铺设到沟底，继而用回填方法将管道埋起来;②边铺管边挖沟埋设，在管道铺设过程同时进行挖沟，使管道落入管沟，管沟回填采用自然回填;③后挖沟埋设，管道铺设完成后用专门的水下挖沟机械在管道上进行挖沟，随着挖沟机的前移，管道落入沟底，管沟两侧的挖掘土靠自然回淤到沟内，达到埋管的目的。

边铺管边挖沟埋设的方式目前国内应用较少。本研究重点对预挖沟法和后挖沟埋设的工艺进行比较。图1为预挖沟法的施工断面图，海底管道预挖沟施工时，最常用的施工方法为一边开挖基槽，一边埋管敷设，一边覆土回填的方法，采用抓斗式挖泥船进行开挖施工，所挖土方置于泥驳上，开挖完成后采用铺管船进行铺船，铺管完成后采用抓斗式挖泥船将泥驳中的土方进行回填。图2为水力冲射式挖沟机挖沟管沟截面示意图，施工过程中，水力式挖沟机由施工船舶牵引，停靠冲射水流冲刷破除管道附近土层或将土体液化，在该过程中，挖沟机上装备的轴流泵提供动力，喷射冲刷形成所需要的沟形和沟深，已铺设于海底的管道可靠自重落入沟底，管道会在水流和波浪的作用下自然回填。

两种施工工艺的优缺点列于表1。

3 海底管道施工过程的SS量核算

管道施工的主工施工机械为抓斗挖泥船和水力冲挖，根据国内实例，两种施工过程的SS发生量如下，根据以下计算结果可知，水力冲挖法产生的瞬时源强大于抓斗挖泥船。

3.1 抓斗挖泥船开挖

采用4m³抓斗挖泥船进行开挖，抓斗挖泥船的作业频率为2min/次，则挖泥船的效率为120m³/h，根据同类工程经验，抓斗挖泥船開挖时泥泥沙流失率照5%计算。覆土回填强度为120m³/h。根据同类项目经验，覆土回填泥沙丢失率取10%。开挖及回覆的泥沙的密度取1.56×10³kg/m³，则据此确定施工时泥沙排放功率为：

3.2 水力冲挖法

根据同类项目经验，在江底管道铺设完成后，采用水力喷冲式海底管道后挖沟机进行开挖下沉，管沟开挖的同时，管道可以快速下沉，且沟底宽度基本与管道直径相当，降低管沟边坡比的要求及沟底宽度的要求。

开挖深度约4m、沟槽底宽1.2m、开沟速度10～ 20m/h，开挖量约48m³/h，工程区沉积物平均密度按1560kg/m³，悬浮物源强以施工土方量的500～2000计，施工过程产生的悬浮泥沙计算按照所有参数的最大值计算。

悬浮沙的产生速率如下：产生速率～搅动沉积物的横截面积×管线埋铺设的速度×沉积物密度×起沙率，根据以上公式计算可得，埋设施工悬浮物释放强度=

4 SS影响分析

4.1 预测模型

预测模式采用污染物扩散方程，扩散方程与二维水流预测模式联解，即可得到悬浮物浓度分布。通过Mike21的MT模块进行计算。

式（3）中：D_x为向悬沙紊动扩散系数（m²/s），D_x=

4.2 预测源强

本次研究以瑞安市过飞云江的输水管道为例，以水力冲射法的施工源强8.32kg/s进行保守估算。源强概化为移动点源，悬浮物浓度增量计算的时间步长为1min。模拟方案假设32h连续作业，因此预测结果偏保守。

4.3 预测结果

采用以上预测模式、源强，对施工期间各施工位置处悬浮物的影响情况进行预测，根据预测结果最终统计悬浮物的最大影响范围。

由于江面相对较宽，因此选取若干有代表性的位置进行预测，作业点分别在飞云江左岸、右岸以及中部。

从预测结果可以看出。

（1）在整个施工过程中，涨潮阶段悬浮物对上游影响距离较短，落潮阶段对下游的影响距离较长。

（2）在飞云江中部施工时，受江内水流的作用，施工悬浮物扩散较快，浓度大于10mg/L的影响面积为0.57km²;而在左岸和右岸近岸施工时，受岸线影响悬浮物贴着岸线漂移、扩散，影响范围较大，浓度大于10mg/L的影响面积为1.09km²。

（3）统计整个施工期内悬浮物的影响范围可知，在整个潮周期内大于150mg/L悬浮物主要在管沟施工区内，经过测量最大影响面积约为0.41km²，浓度大于10mg/L悬浮物最大影响面积约为7.31km²，悬浮物最大影响范围在管沟上游0.7km、下游5km的范围内（表2，图3）。

（4）本工程下游5.2km处为生态红线所划定的飞云江河口区，在下游5.8km的外海均为海洋功能区划所划定的农渔业区，因此在整个施工过程中，浓度大于10mg/L悬浮物均不会对以上保护目标产生直接影响。另外由于施工悬浮物仅在施工期内出现，施工一旦结束，悬浮物对本工程周围水域的影响也随着之消失。

5 结论

（1）通过对海底输水管道施工的两种主要施工方法预挖沟法和水力冲射法的施工工艺进行比较，本次研究认为预挖沟法施工应用较为广泛，但是开挖面积大，而水力冲射法水下施工量少，适用于埋深浅、海床为淤泥质和和沙质的海床。（2）对预挖沟法和水力冲射法作业过程产生的SS进行核算，水力冲射法产生的SS较大。（3）采用污染物扩散模型对SS的影响进行研究，在飞云江中部施工时，受江内水流的作用，施工悬浮物扩散较快，而在左岸和右岸近岸施工时，受岸线影响悬浮物贴着岸线漂移、扩散，影响范围较大。

参考文献：

[1]刘春华，裴小非.长输管道的河流穿越设计和施工[J].石油规划设计，2010（4）：32-35.

[2]林燕鸿.海底管道工程对海洋环境的影响及生态用海探讨[J].环境与发展，2018（3）：170～172.

[3]杨文婷，朱泽聪，曾维丁.走马塘拓浚延伸工程对区域河网水环境影响调查[J].绿色科技，2019（18）：87～89.

[4]孙琪.地下水封油库地下水环境影响评价探析[J].绿色科技，2019（18）：98～99，102.

[5]吴小南.海底输水管道维修技术[J].水科学与工程技术，2017（2）：85～87.

[6]俞韵棋.海底输水管道中驼峰气阻临界特性研究[D].杭州：浙江大学，2015.

收稿日期：2019-10-22

作者简介：钱利红（1984-），女，工程师，主要从事环境影响评价工作。