紹興市濱海新城核心區(qū)引水水質(zhì)計(jì)算分析

陳衛(wèi)金，俞軍鋒，吳 勇，田 江

(1.紹興市第一水利生態(tài)建設(shè)有限公司，浙江 紹興 312003;2.紹興市水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院，浙江 紹興 312000)

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紹興市濱海新城核心區(qū)引水水質(zhì)計(jì)算分析

陳衛(wèi)金1，俞軍鋒2，吳 勇2，田 江2

(1.紹興市第一水利生態(tài)建設(shè)有限公司，浙江 紹興 312003;2.紹興市水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)院，浙江 紹興 312000)

對(duì)紹興市濱海新城核心區(qū)的水閘和河道狀況進(jìn)行了分析，建立了引水水質(zhì)模型，對(duì)紹興市濱海新城核心區(qū)的水閘和河道狀況進(jìn)行分析，在對(duì)模型中的參數(shù)進(jìn)行了率定的基礎(chǔ)上，計(jì)算了先通過(guò)泵站抽水將區(qū)域內(nèi)河道水位降低至2.4 m，再引水至水位達(dá)到3.5 m時(shí)停止進(jìn)水的換水方式下，設(shè)定分別1天完成換水、2天完成換水、3天完成換水3種工況，下的水質(zhì)變化進(jìn)行了預(yù)測(cè)，結(jié)果表明，1天完成換水對(duì)河道水質(zhì)更新較快，停水后可持續(xù)的時(shí)間也較長(zhǎng)，但需要的泵站投資和運(yùn)行費(fèi)用等也較大，綜合考慮設(shè)備投資和運(yùn)行管理難度，2天完成換水的方案較優(yōu).

城區(qū)；引水；水質(zhì)；模型；計(jì)算

0 引 言

紹興濱海新城是浙江省“十二五”重點(diǎn)布局的14個(gè)省級(jí)產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)和重點(diǎn)開(kāi)發(fā)區(qū)(園區(qū))之一，規(guī)劃總面積近500 km2.濱海新城商貿(mào)居住區(qū)，南起海東大道，北至七六丘北塘河，西至前進(jìn)河，東至團(tuán)結(jié)河，規(guī)劃面積約12.07 km2.濱海新城城鎮(zhèn)區(qū)，南起百瀝標(biāo)準(zhǔn)海塘，北至海東大道，西至百瀝標(biāo)準(zhǔn)海塘，東至團(tuán)結(jié)河，規(guī)劃面積約16.7 km2.根據(jù)《紹興濱海新城江濱區(qū)分區(qū)規(guī)劃》，商貿(mào)居住區(qū)及城鎮(zhèn)區(qū)大部分土地屬于二類(lèi)居住用地(見(jiàn)圖1).

濱海新城屬于紹興平原河網(wǎng)，河道淤積較快，汛期澇水較大，排澇主要靠河道泄洪，自身調(diào)蓄能力差，容易發(fā)生洪澇災(zāi)害；枯水期閘門(mén)不開(kāi)啟時(shí)區(qū)內(nèi)水系流通不暢，自?xún)艄δ懿蛔悖艿絽^(qū)內(nèi)、區(qū)外生活污水、工業(yè)污水影響，導(dǎo)致水質(zhì)較差.為積極相應(yīng)省“五水共治”、市“重構(gòu)紹興產(chǎn)業(yè)、重建紹興水城”戰(zhàn)略部署，采取“引水活水”工程，消滅區(qū)域內(nèi)劣五類(lèi)水，改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境非常必要，濱海新城商貿(mào)居住區(qū)引水活水工程(見(jiàn)圖1).引水活水”工程是以河網(wǎng)水動(dòng)力和水質(zhì)模型分析為基礎(chǔ)的重要的解決方案,已在城市水環(huán)境治理工程中得到了廣泛應(yīng)用[1-8].

為研究區(qū)域“引水活水”工程對(duì)水環(huán)境改善的效果，進(jìn)行水質(zhì)建模和計(jì)算預(yù)測(cè)是工程實(shí)施的基礎(chǔ)和前提.

圖1 濱海新城商貿(mào)居住區(qū)引水活水工程圖

1 區(qū)域內(nèi)河閘工程和引水活水方案分析

1.1 引水進(jìn)出口水閘狀況分析

濱海新城江濱區(qū)三面環(huán)江，與曹娥江交接處均筑有一線海塘，區(qū)塊主要排水出口為西大堤一號(hào)閘和杭州灣二號(hào)閘，區(qū)塊南側(cè)海塘上的4個(gè)排水閘，均為單孔閘門(mén)，過(guò)流能力較弱.西大堤一號(hào)閘，原先為瀝海鎮(zhèn)的主要排澇閘，閘門(mén)由凈寬6 m的三孔排澇閘和凈寬2 m的魚(yú)道組成.2008年底曹娥江河口建閘蓄水后，已改造為進(jìn)排兩用水閘，可以為本區(qū)塊引水提供便利.杭州灣二號(hào)閘于2004年建成的，閘凈寬18 m，在曹娥江河口大閘建成后，主要承擔(dān)虞北地區(qū)防洪排澇任務(wù)，二號(hào)閘主要控制海涂九一丘、九四丘、九六丘，共60 km2面積和梁湖鎮(zhèn)南任片40 km2面積的澇水，工程按二十年一遇暴雨265 mm設(shè)計(jì)，規(guī)模為3孔，每孔凈寬為6 m，最大過(guò)閘流量為261 m3/s，屬中型水閘.2013年10月開(kāi)始進(jìn)行除險(xiǎn)加固工程，主要包括新建水閘防滲系統(tǒng)、新建閘室、下游翼墻的防滲工程及地基加固工程，于2014年8月通過(guò)除險(xiǎn)加固工程通水階段驗(yàn)收.西大堤一號(hào)閘和杭州灣二號(hào)閘為區(qū)塊主要的排澇閘，同時(shí)西大堤一號(hào)閘可兼顧引水功能，目前區(qū)內(nèi)水系屬于虞北平原，西大堤一號(hào)閘和杭州灣二號(hào)閘目前由上虞區(qū)防汛防旱指揮部統(tǒng)一調(diào)度.

1.2 河道工程狀況分析

根據(jù)《紹興濱海新區(qū)江濱區(qū)水系規(guī)劃報(bào)告》，本工程范圍內(nèi)百瀝河、前進(jìn)河、團(tuán)結(jié)河為主要縱向排澇河道，七七丘排澇河、七六丘中心河為主要橫向河道，均為主干河道，規(guī)劃明確主干河道須達(dá)到一定排水能力，以滿(mǎn)足出過(guò)境洪水和本地澇水外排的要求.

百瀝河起自友誼河，終至瀝海鎮(zhèn)界，全長(zhǎng)5.65 km，現(xiàn)狀河寬約20 m，部分河段淤積至1.3 m，規(guī)劃拓寬至30 m，河底高程0 m.前進(jìn)河起自二號(hào)閘，終至崧瀝河，全長(zhǎng)12.36 km，現(xiàn)狀河寬30～40 m，部分河段淤積至1.1 m，該河道處于江濱區(qū)中間位，是匯集該區(qū)塊澇水的一條南北向主要河道，規(guī)劃河道拓寬至50～60 m，河底高程0～-0.5 m.團(tuán)結(jié)河北至七六丘北塘河，南至崧瀝河，全長(zhǎng)4.29 km，根據(jù)《紹興濱海新城江濱區(qū)水系規(guī)劃報(bào)告》將九六丘北塘河、九六丘東塘河、八一丘東直河、團(tuán)結(jié)河、新開(kāi)河共同納入瀝北河，成為濱江區(qū)“三縱六橫四湖”水系格局中“三縱”的其中一縱，規(guī)劃寬為60～65 m，規(guī)劃河底高程-0.5 m.七七丘排澇河西起環(huán)塘西河，東至前進(jìn)河，河道長(zhǎng)度5 290 m，現(xiàn)狀河寬60 m，底高程0.0 m，規(guī)劃與八一丘中心河整合為西一閘干河，規(guī)劃寬為50～60 m，規(guī)劃河底高程0.0～-0.5 m.七六丘中心河是虞北平原的一條橫向主干河道，西起曹娥江右岸堤防內(nèi)側(cè)環(huán)塘西河，東至虞東河貫通瀝北河、崧北河和蓋北河，該河于20世紀(jì)70年代海涂圍墾時(shí)開(kāi)挖而成，江濱區(qū)內(nèi)河長(zhǎng)12.26 km，現(xiàn)狀河面寬度25～30 m，河面寬拓寬至35～40 m，河底高程疏浚至0 m.

1.3 引水活水方案分析

經(jīng)過(guò)實(shí)地勘察以及多方討論，對(duì)取水口選址以及商貿(mào)城鎮(zhèn)區(qū)活水兩個(gè)問(wèn)題進(jìn)行分析，確定利用西大堤一號(hào)閘引水方案.西大堤一號(hào)閘設(shè)計(jì)引水流量為50 m3/s，水流流向?yàn)樽砸惶?hào)閘經(jīng)七七丘排澇河向東至前進(jìn)河流經(jīng)商貿(mào)城鎮(zhèn)區(qū)后匯至團(tuán)結(jié)河向北排至二號(hào)閘，引水方式為自流.活水路線均為區(qū)域內(nèi)主要河道，規(guī)劃河道寬度較寬，水流條件較好.

2 引水活水水質(zhì)模型和參數(shù)率定

2.1 模型原理

零維水質(zhì)模型是根據(jù)質(zhì)量守恒原理，認(rèn)為流入的污染物在整個(gè)水域內(nèi)摻混均勻，水體對(duì)污染物的沉降和降解作用均勻，從而求出在平衡期摻混后的水體污染物濃度.公式如下：

VdC=Wdt-QeCdt-VCkdt

式中：V—水體容積； C—水體污染物濃度； W—時(shí)段內(nèi)進(jìn)入水體的污染物負(fù)荷； Qe—時(shí)段內(nèi)進(jìn)入(流出)的水量； k—綜合污染物綜合衰減系數(shù).

對(duì)于某一段時(shí)間內(nèi)的穩(wěn)定狀態(tài)，可假定流入的污染物經(jīng)充分混合后的濃度穩(wěn)定，且流入、流出水量相同，則上式的恒定解為：

模型的非恒定解(如考慮逐日負(fù)荷及濃度都在變化)為：

2.2 模型參數(shù)率定

確定上述模型參數(shù)的計(jì)算時(shí)段為全年，而進(jìn)行引水方案預(yù)測(cè)時(shí)，計(jì)算時(shí)段以天為單位，因此需將各項(xiàng)參數(shù)換算為日均數(shù)據(jù).預(yù)測(cè)時(shí)段內(nèi)暫不考慮降雨，因此在出流量和污染負(fù)荷中分別扣除降雨徑流和徑流污染部分.

3 引水方案效果預(yù)測(cè)分析

根據(jù)規(guī)劃區(qū)水文地形條件，初步將規(guī)劃區(qū)以海東路為界分為兩個(gè)區(qū)塊，即以城鎮(zhèn)區(qū)為主的南片及以商貿(mào)區(qū)為主的北片.

本次將城鎮(zhèn)區(qū)和商貿(mào)區(qū)分別作為一個(gè)整體，采用零維水質(zhì)(箱子)模型，分析引水工程對(duì)兩個(gè)區(qū)塊河道水質(zhì)的改善效果.濱海新城水環(huán)境質(zhì)量功能區(qū)劃要求為Ⅲ類(lèi)水體，目前現(xiàn)狀為劣V類(lèi)水體，水質(zhì)極端惡化.

根據(jù)地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，Ⅲ類(lèi)水體的標(biāo)準(zhǔn)高錳酸鹽指數(shù)、氨氮、總磷標(biāo)準(zhǔn)值分別為6 mg/L、1mg/L和0.2 mg/L，V類(lèi)水體三者的標(biāo)準(zhǔn)值為15 mg/L、2.0 mg/L、0.4 mg/L，區(qū)域內(nèi)河道主要超標(biāo)污染物為總磷，因此以總磷作為分析指標(biāo).

引水換水方式.換水調(diào)度規(guī)則為，先通過(guò)泵站抽水將區(qū)域內(nèi)河道水位降低至2.4 m，再引水至水位達(dá)到3.5 m時(shí)停止進(jìn)水.

3.1 計(jì)算條件分析

設(shè)定1 d完成換水、2 d完成換水、3 d完成換水3種工況.為便于比較，3種工況抽水時(shí)間均暫定為1 d.考慮同時(shí)有區(qū)域內(nèi)污水排入，算得3種工況下所需引水流量(見(jiàn)表1).初始總磷濃度取現(xiàn)狀值0.572 mg/L.

表1 不同工況所需引水流量 單位:m3/s

3.2 計(jì)算預(yù)測(cè)分析

設(shè)定經(jīng)多次換水至總磷濃度優(yōu)于Ⅳ類(lèi)水標(biāo)準(zhǔn)時(shí)停止引水，采用模型預(yù)測(cè)引水過(guò)程中與引水停止后一段時(shí)間內(nèi)逐日總磷濃度變化趨勢(shì)，預(yù)測(cè)結(jié)果(見(jiàn)圖2、圖3).

圖2 換水方式城鎮(zhèn)區(qū)引水效果預(yù)測(cè)

圖3 換水方式商貿(mào)區(qū)引水效果預(yù)測(cè)

由圖2、圖3表明，初始總磷濃度設(shè)定為0.572 mg/L時(shí)，3種工況下均需多次換水才能使總磷達(dá)到Ⅳ類(lèi)標(biāo)準(zhǔn).停止引水后，由于排污未停止，且污染物排放速率大于排出與降解速率之和，因此總磷濃度逐日升高.假如考慮降雨的情況，降雨可能會(huì)起到稀釋的作用，上升的速率可能會(huì)相對(duì)較小.隨著總磷濃度上升，每日排出和降解的總磷量逐漸增大，在排污量不變的前提下，污染物量的增減會(huì)趨于平衡，水質(zhì)逐漸趨于穩(wěn)定.

同時(shí)由圖可見(jiàn)，1天完成換水對(duì)河道水質(zhì)更新較快，停水后可持續(xù)的時(shí)間也較長(zhǎng)，但可能需要的泵站投資和運(yùn)行費(fèi)用等也較大.

綜合考慮設(shè)備投資和運(yùn)行管理難度，2天完成換水較為可行.此工況下一周期內(nèi)，城鎮(zhèn)區(qū)總引水量為145.1萬(wàn)m3，商貿(mào)區(qū)總引水量為104.9萬(wàn)m3，平攤到每天的引水量分別約為29.0萬(wàn)m3和21.0萬(wàn)m3.

4 結(jié) 論

通過(guò)建立引水水質(zhì)模型和對(duì)模型中的參數(shù)進(jìn)行率定的基礎(chǔ)上，計(jì)算了先通過(guò)泵站抽水將區(qū)域內(nèi)河道水位降低至2.4 m，再引水至水位達(dá)到3.5 m時(shí)停止進(jìn)水的換水方式下，設(shè)定1 d完成換水、2 d完成換水、3 d完成換水3種工況下的水質(zhì)變化進(jìn)行了計(jì)算和預(yù)測(cè)，分析表明，1天完成換水對(duì)河道水質(zhì)更新較快，停水后可持續(xù)的時(shí)間也較長(zhǎng)，但需要的泵站投資和運(yùn)行費(fèi)用等也較大，綜合考慮設(shè)備投資和運(yùn)行管理難度，2 d完成換水的方案較優(yōu)，本方法可用于類(lèi)似引水換水水質(zhì)預(yù)測(cè).

[1] 關(guān)許為.河網(wǎng)地區(qū)引清補(bǔ)水分區(qū)及改善水環(huán)境方案研究[J].水利規(guī)劃與設(shè)計(jì),2015(4):29-32.

[2] 斯克綱,嚴(yán)永興,來(lái)移年.紹興市柯橋主城區(qū)水質(zhì)提升工程的實(shí)踐[J].浙江水利水電學(xué)院學(xué)報(bào),2014,26(4):51-53.

[3] 梁佰軍,楊伏香,李東風(fēng),等.紹興柯橋主城區(qū)清水工程水動(dòng)力分析[J].浙江水利水電學(xué)院學(xué)報(bào),2015,27(1):16-20.

[4] 王龍華,徐海波,吳劍峰,等.平原河網(wǎng)地區(qū)生態(tài)調(diào)水實(shí)例研究——以溫瑞塘河瑞安段為例[J].浙江水利科技,2014(2):55-58,61.

[5] 朱德軍,陳永燦,劉昭偉.大型復(fù)雜河網(wǎng)一維動(dòng)態(tài)水流―水質(zhì)數(shù)值模型[J].水力發(fā)電學(xué)報(bào),2012(3):83-87.

[6] 楊伏香,張培佳,陳衛(wèi)金,等.柯橋主城區(qū)清水工程河網(wǎng)湖泊水動(dòng)力二維數(shù)值模型分析[J].浙江水利水電學(xué)院學(xué)報(bào),2015,27(3):18-21.

[7] 陳衛(wèi)金,李東風(fēng),張紅武.紹興平原河網(wǎng)防洪排澇水動(dòng)力模型控制條件分析[J].浙江水利水電學(xué)院學(xué)報(bào),2014,26(3):38-41.

[8] 紹興市水利規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)院.濱海新城商貿(mào)居住區(qū)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

浙江省自然科學(xué)基金項(xiàng)目(M503254)；浙江省教育廳科技計(jì)劃項(xiàng)目(Z200909405)；浙江省水利科技計(jì)劃項(xiàng)目(RC11092011)；國(guó)家自然科學(xué)基金(51479081)

陳衛(wèi)金(1982-)，女，工程師，浙江臨海人，從事水利工程咨詢(xún)工作.

TU991.03

A

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