绍兴市滨海新城核心区引水水质计算分析

陈卫金，俞军锋，吴 勇，田 江

(1.绍兴市第一水利生态建设有限公司，浙江 绍兴 312003;2.绍兴市水利水电勘测设计院，浙江 绍兴 312000)

绍兴市滨海新城核心区引水水质计算分析

陈卫金1，俞军锋2，吴 勇2，田 江2

(1.绍兴市第一水利生态建设有限公司，浙江 绍兴 312003;2.绍兴市水利水电勘测设计院，浙江 绍兴 312000)

对绍兴市滨海新城核心区的水闸和河道状况进行了分析，建立了引水水质模型，对绍兴市滨海新城核心区的水闸和河道状况进行分析，在对模型中的参数进行了率定的基础上，计算了先通过泵站抽水将区域内河道水位降低至2.4 m，再引水至水位达到3.5 m时停止进水的换水方式下，设定分别1天完成换水、2天完成换水、3天完成换水3种工况，下的水质变化进行了预测，结果表明，1天完成换水对河道水质更新较快，停水后可持续的时间也较长，但需要的泵站投资和运行费用等也较大，综合考虑设备投资和运行管理难度，2天完成换水的方案较优.

城区；引水；水质；模型；计算

0 引 言

绍兴滨海新城是浙江省“十二五”重点布局的14个省级产业集聚区和重点开发区(园区)之一，规划总面积近500 km2.滨海新城商贸居住区，南起海东大道，北至七六丘北塘河，西至前进河，东至团结河，规划面积约12.07 km2.滨海新城城镇区，南起百沥标准海塘，北至海东大道，西至百沥标准海塘，东至团结河，规划面积约16.7 km2.根据《绍兴滨海新城江滨区分区规划》，商贸居住区及城镇区大部分土地属于二类居住用地(见图1).

滨海新城属于绍兴平原河网，河道淤积较快，汛期涝水较大，排涝主要靠河道泄洪，自身调蓄能力差，容易发生洪涝灾害；枯水期闸门不开启时区内水系流通不畅，自净功能不足，受到区内、区外生活污水、工业污水影响，导致水质较差.为积极相应省“五水共治”、市“重构绍兴产业、重建绍兴水城”战略部署，采取“引水活水”工程，消灭区域内劣五类水，改善区域生态环境非常必要，滨海新城商贸居住区引水活水工程(见图1).引水活水”工程是以河网水动力和水质模型分析为基础的重要的解决方案,已在城市水环境治理工程中得到了广泛应用[1-8].

为研究区域“引水活水”工程对水环境改善的效果，进行水质建模和计算预测是工程实施的基础和前提.

图1 滨海新城商贸居住区引水活水工程图

1 区域内河闸工程和引水活水方案分析

1.1 引水进出口水闸状况分析

滨海新城江滨区三面环江，与曹娥江交接处均筑有一线海塘，区块主要排水出口为西大堤一号闸和杭州湾二号闸，区块南侧海塘上的4个排水闸，均为单孔闸门，过流能力较弱.西大堤一号闸，原先为沥海镇的主要排涝闸，闸门由净宽6 m的三孔排涝闸和净宽2 m的鱼道组成.2008年底曹娥江河口建闸蓄水后，已改造为进排两用水闸，可以为本区块引水提供便利.杭州湾二号闸于2004年建成的，闸净宽18 m，在曹娥江河口大闸建成后，主要承担虞北地区防洪排涝任务，二号闸主要控制海涂九一丘、九四丘、九六丘，共60 km2面积和梁湖镇南任片40 km2面积的涝水，工程按二十年一遇暴雨265 mm设计，规模为3孔，每孔净宽为6 m，最大过闸流量为261 m3/s，属中型水闸.2013年10月开始进行除险加固工程，主要包括新建水闸防渗系统、新建闸室、下游翼墙的防渗工程及地基加固工程，于2014年8月通过除险加固工程通水阶段验收.西大堤一号闸和杭州湾二号闸为区块主要的排涝闸，同时西大堤一号闸可兼顾引水功能，目前区内水系属于虞北平原，西大堤一号闸和杭州湾二号闸目前由上虞区防汛防旱指挥部统一调度.

1.2 河道工程状况分析

根据《绍兴滨海新区江滨区水系规划报告》，本工程范围内百沥河、前进河、团结河为主要纵向排涝河道，七七丘排涝河、七六丘中心河为主要横向河道，均为主干河道，规划明确主干河道须达到一定排水能力，以满足出过境洪水和本地涝水外排的要求.

百沥河起自友谊河，终至沥海镇界，全长5.65 km，现状河宽约20 m，部分河段淤积至1.3 m，规划拓宽至30 m，河底高程0 m.前进河起自二号闸，终至崧沥河，全长12.36 km，现状河宽30～40 m，部分河段淤积至1.1 m，该河道处于江滨区中间位，是汇集该区块涝水的一条南北向主要河道，规划河道拓宽至50～60 m，河底高程0～-0.5 m.团结河北至七六丘北塘河，南至崧沥河，全长4.29 km，根据《绍兴滨海新城江滨区水系规划报告》将九六丘北塘河、九六丘东塘河、八一丘东直河、团结河、新开河共同纳入沥北河，成为滨江区“三纵六横四湖”水系格局中“三纵”的其中一纵，规划宽为60～65 m，规划河底高程-0.5 m.七七丘排涝河西起环塘西河，东至前进河，河道长度5 290 m，现状河宽60 m，底高程0.0 m，规划与八一丘中心河整合为西一闸干河，规划宽为50～60 m，规划河底高程0.0～-0.5 m.七六丘中心河是虞北平原的一条横向主干河道，西起曹娥江右岸堤防内侧环塘西河，东至虞东河贯通沥北河、崧北河和盖北河，该河于20世纪70年代海涂围垦时开挖而成，江滨区内河长12.26 km，现状河面宽度25～30 m，河面宽拓宽至35～40 m，河底高程疏浚至0 m.

1.3 引水活水方案分析

经过实地勘察以及多方讨论，对取水口选址以及商贸城镇区活水两个问题进行分析，确定利用西大堤一号闸引水方案.西大堤一号闸设计引水流量为50 m3/s，水流流向为自一号闸经七七丘排涝河向东至前进河流经商贸城镇区后汇至团结河向北排至二号闸，引水方式为自流.活水路线均为区域内主要河道，规划河道宽度较宽，水流条件较好.

2 引水活水水质模型和参数率定

2.1 模型原理

零维水质模型是根据质量守恒原理，认为流入的污染物在整个水域内掺混均匀，水体对污染物的沉降和降解作用均匀，从而求出在平衡期掺混后的水体污染物浓度.公式如下：

VdC=Wdt-QeCdt-VCkdt

式中：V—水体容积； C—水体污染物浓度； W—时段内进入水体的污染物负荷； Qe—时段内进入(流出)的水量； k—综合污染物综合衰减系数.

对于某一段时间内的稳定状态，可假定流入的污染物经充分混合后的浓度稳定，且流入、流出水量相同，则上式的恒定解为：

模型的非恒定解(如考虑逐日负荷及浓度都在变化)为：

2.2 模型参数率定

确定上述模型参数的计算时段为全年，而进行引水方案预测时，计算时段以天为单位，因此需将各项参数换算为日均数据.预测时段内暂不考虑降雨，因此在出流量和污染负荷中分别扣除降雨径流和径流污染部分.

3 引水方案效果预测分析

根据规划区水文地形条件，初步将规划区以海东路为界分为两个区块，即以城镇区为主的南片及以商贸区为主的北片.

本次将城镇区和商贸区分别作为一个整体，采用零维水质(箱子)模型，分析引水工程对两个区块河道水质的改善效果.滨海新城水环境质量功能区划要求为Ⅲ类水体，目前现状为劣V类水体，水质极端恶化.

根据地表水环境质量标准，Ⅲ类水体的标准高锰酸盐指数、氨氮、总磷标准值分别为6 mg/L、1mg/L和0.2 mg/L，V类水体三者的标准值为15 mg/L、2.0 mg/L、0.4 mg/L，区域内河道主要超标污染物为总磷，因此以总磷作为分析指标.

引水换水方式.换水调度规则为，先通过泵站抽水将区域内河道水位降低至2.4 m，再引水至水位达到3.5 m时停止进水.

3.1 计算条件分析

设定1 d完成换水、2 d完成换水、3 d完成换水3种工况.为便于比较，3种工况抽水时间均暂定为1 d.考虑同时有区域内污水排入，算得3种工况下所需引水流量(见表1).初始总磷浓度取现状值0.572 mg/L.

表1 不同工况所需引水流量 单位:m3/s

3.2 计算预测分析

设定经多次换水至总磷浓度优于Ⅳ类水标准时停止引水，采用模型预测引水过程中与引水停止后一段时间内逐日总磷浓度变化趋势，预测结果(见图2、图3).

图2 换水方式城镇区引水效果预测

图3 换水方式商贸区引水效果预测

由图2、图3表明，初始总磷浓度设定为0.572 mg/L时，3种工况下均需多次换水才能使总磷达到Ⅳ类标准.停止引水后，由于排污未停止，且污染物排放速率大于排出与降解速率之和，因此总磷浓度逐日升高.假如考虑降雨的情况，降雨可能会起到稀释的作用，上升的速率可能会相对较小.随着总磷浓度上升，每日排出和降解的总磷量逐渐增大，在排污量不变的前提下，污染物量的增减会趋于平衡，水质逐渐趋于稳定.

同时由图可见，1天完成换水对河道水质更新较快，停水后可持续的时间也较长，但可能需要的泵站投资和运行费用等也较大.

综合考虑设备投资和运行管理难度，2天完成换水较为可行.此工况下一周期内，城镇区总引水量为145.1万m3，商贸区总引水量为104.9万m3，平摊到每天的引水量分别约为29.0万m3和21.0万m3.

4 结 论

通过建立引水水质模型和对模型中的参数进行率定的基础上，计算了先通过泵站抽水将区域内河道水位降低至2.4 m，再引水至水位达到3.5 m时停止进水的换水方式下，设定1 d完成换水、2 d完成换水、3 d完成换水3种工况下的水质变化进行了计算和预测，分析表明，1天完成换水对河道水质更新较快，停水后可持续的时间也较长，但需要的泵站投资和运行费用等也较大，综合考虑设备投资和运行管理难度，2 d完成换水的方案较优，本方法可用于类似引水换水水质预测.

[1] 关许为.河网地区引清补水分区及改善水环境方案研究[J].水利规划与设计,2015(4):29-32.

[2] 斯克纲,严永兴,来移年.绍兴市柯桥主城区水质提升工程的实践[J].浙江水利水电学院学报,2014,26(4):51-53.

[3] 梁佰军,杨伏香,李东风,等.绍兴柯桥主城区清水工程水动力分析[J].浙江水利水电学院学报,2015,27(1):16-20.

[4] 王龙华,徐海波,吴剑峰,等.平原河网地区生态调水实例研究——以温瑞塘河瑞安段为例[J].浙江水利科技,2014(2):55-58,61.

[5] 朱德军,陈永灿,刘昭伟.大型复杂河网一维动态水流―水质数值模型[J].水力发电学报,2012(3):83-87.

[6] 杨伏香,张培佳,陈卫金,等.柯桥主城区清水工程河网湖泊水动力二维数值模型分析[J].浙江水利水电学院学报,2015,27(3):18-21.

[7] 陈卫金,李东风,张红武.绍兴平原河网防洪排涝水动力模型控制条件分析[J].浙江水利水电学院学报,2014,26(3):38-41.

[8] 绍兴市水利规划勘测设计院.滨海新城商贸居住区引水活水方案研究[R],2015.

Water Quality Analysis of Water Diversion in Shaoxing Core Area

CHEN Wei-jin1, YU Jun-feng2, WU Yong2, TIAN Jiang2

(1.Shaoxing No. 1 Water Conservancy Ecological Construction Co. Ltd., Shaoxing 312003, China;2.Shaoxing Design Institute of Water Conservancy and Hydro-electric Power, Shaoxing 312000, China)

The sluices and channel conditions in the core area of Binhai New Town in Shaoxing are analyzed, and the water quality model is established. After the parameters rating in the model, the experiments are conducted by lowering the water level of the core area to 2.4m, and then reaching to 3.5 m with pumps, respectively finishing water changing in 1 day, 2 days or 3days. After the experiments, the water quality is detected, and the results show that the quality of the river water updates quickly if the water finishes changing in 1 day and the sustainable time is longer relatively, but with higher constructing investment and operation cost. Considering the equipment investment, as well as the operating management, the scheme of finishing water changing in 2 days is comparatively optimal.

urban area; water diversion; water quality; model; calculation

2015-11-13

浙江省自然科学基金项目(M503254)；浙江省教育厅科技计划项目(Z200909405)；浙江省水利科技计划项目(RC11092011)；国家自然科学基金(51479081)

陈卫金(1982-)，女，工程师，浙江临海人，从事水利工程咨询工作.

TU991.03

A

1008-536X(2016)06-0064-05