温祖国
（中水珠江规划勘测设计有限公司，广东 广州 510610）
杭州市萧山区钱江世纪城核心区域位于利民河两岸，主要包括体育竞技场馆功能的杭州奥体中心和会展服务场馆功能的杭州国际博览中心。区域河流水系发达，但河道水体水质整体较差。主要存在以下现状问题：引水水源含沙量较高，增加了河道水体透明度保障的难度；
城区水质较差，部分河流水质属于Ⅴ类、劣Ⅴ类；
城区河网畅通性差；
部分河道淤积严重，河道工况复杂，底泥含砂量高。对核心区河道水质进行综合治理，实现河道水体有序流动和水质提升。
从钱塘江引水并净化注入河道，清理河道淤泥，利用水闸控制河道水位，加强水体流动，提升钱江世纪城河网水质，使主要指标达到Ⅲ类水标准，透明度达到1 m。在后解放河、先锋河兴建水闸，利用钱江枢纽与两闸之间的河道，对钱江枢纽引水进行水质絮凝沉淀处理。对解放河、五堡直河和利民河的部分河段进行清淤。重新规划河网区河道水流流向，确定活水方案，利用闸调控水位，达到水体流动及水质改善的目的。
因钱塘江原水存在悬浮物过高的问题，故需对引水进行净化处理。
2.1 混凝剂
根据钱塘江实测水质资料，钱塘江2015年7月至2016年1月，各月平均浓度基本在81.7 NTU-151.8 NTU，根据此类水质特点，拟采用聚合氯化铝（PAC）作为混凝剂，阴离子聚丙烯酰胺（PAM）作为助凝剂。根据试验室试验、现场中试及类似工程实际应用等多方面成果，PAC 投加量为7.50～30 mg/L（具体投加量根据进水浊度进行调整），PAM投加浓度0.10 mg/L。
2.2 引水水质混合工艺
混合是将药剂充分、均匀地扩散于水体的工艺过程，药剂混合效果对混凝沉淀效果具有重要的作用。影响混合效果的因素很多，如混合方式、采用药剂的品种、浓度、水温以及颗粒性质等，而采用的混合方式是最主要的因素之一。
利用钱江水利枢纽的双向引水功能，在引水水泵进水端投加混凝剂，通过水泵叶轮高速转动，实现混凝剂与原水的快速混合；
然后利用内河侧消力池促进矾花碰撞长大，完成反应过程。
2.3 絮凝工艺
投加混凝剂并经充分混合后的原水，在水流作用下，使微絮颗粒互相接触碰撞，以形成更大粒径絮体的过程称作絮凝。完成絮凝过程的构筑物为絮凝池，习惯上也称作反应池。
絮凝时间钱江枢纽内河侧消力池长长31.50 m，宽33.40 m，池底高程-2.70 m。拦污栅桥底板高程为1 m，宽与消力池一致，桥面宽8 m。内河水位按4.30 m考虑，絮凝池总体积W根据前述相关参数，W为9 566 m3。
絮凝时间t可按下式计算：
式中：Q—设计规模，按20 m3/s；
2.4 沉淀区
沉淀时间按80 min考虑，在后解放河沉淀河段末端和钱江枢纽消力池两侧约80 m 先锋河设置一座翻板闸作为沉淀区。沉淀区中，后解放河河道长度约需500 m，先锋河河道长度约160 m，河道总面积约25 000 m2。沉淀区的后解放河和先锋河河段，两岸10 m 区域的设计底高程为1 m，中间区域设计河底高程为0 m，缓坡衔接。在内河上完成沉淀过程，巧妙地将传统水利工程变身为水质提升工程。
2.5 原水含氯度处理措施
含氯度高，说明水体中无机盐类物质含量高，如果引入内河涌，对内河涌的生态系统带来不利影响。因为引水流量大，现状无合适的技术解决含氯度高的问题，因此只能预防。由于钱塘江江水悬浮物和含氯度有密切的关联性，水体浊度高，含氯度也高，浊度低，含氯度也低，建议引水钱塘江水体浊度超过250 NTU 时，钱江枢纽停止引水，避免含氯度过高的江水进入内河涌，影响内河涌的自然生态系统。
主要技术内容包括现场观测、数学模型构建、方案制定等。选择优质水源，计算项目区所需换水量，确定换水频次，合理安排引排水路线，精细调控水位差，优化活水方案等。
3.1 河网水动力水质原型观测
在水质净化运行过程中，对区域内进行水动力、水质观测，为模型率定、调度方案优化、运行调试提供数据基础。采用人工观测和电子水尺相结合，进行原型观测。
3.2 换水频次
计算河道槽蓄量，见表1。
表1 河道槽蓄量表
在此基础上，以4.30 m水位，173万m3槽蓄量为例，若区域范围内的河水更换一遍，需要24 h。每抬高水位10 cm，约需要5万m3，用20 m3/s泵引，需40 min。按引水规模10 m3/s考虑，开启一台引水泵进行引水，注满河道所需时间约为2 d；
平时运行时，按每天引水8 h考虑，能实现规划范围内河道换水周期为6 d，能有效保证河道水体的水质。远期考虑满足萧山城区其他河段的引水需求，按引水规模20 m3/s考虑，开启两台引水泵。
3.3 引排水路线及水位控制
从钱江枢纽引水，进入先锋河、后解放河，经过四座节制闸从顺坝排涝站排出。先锋河南段通过三号桥闸站泵抽，从一号桥水闸溢流进入利民河。①1区水位控制。通过对先锋河一号桥闸、三号桥泵闸的控制，保障先锋河水位维持5 m。②2区水位控制。通过对五堡直河节制闸、利民河节制闸、先锋河节制闸、后解放河节制闸联控联调控制水位4.30 m。③3区水位控制。萧山区常水位约3.95 m，一般3区水位不需特别控制。
图1 引排水路线图
当降雨期间或汛期外围水位较高时，调节五堡直河节制闸和利民河节制闸关闭，先锋河节制闸和后解放河节制闸控制开度，通过顺坝排涝闸站向钱塘江排水，控制3 区内水位。利用数学模型对不同工况进行验证，验证结果见表2，当堰顶高程调节为4.50 m，外围水位不高于5 m时，3区内水位有望控制在4 m 以下。当堰顶高程调节为5 m，外围水位5.50 m 甚至更高时，3区内水位能控制在4 m以下。通过对堰高的控制，提高了水位保证率。水位调控基本不影响区域防洪。
表2 水位验证表 单位：m
3.5 活水数学模型
3.5.1 模型原理
3.5.1.1 水文模型
此次计算水文模型采用直接径流法，流域产流量通过以下公式计算：
式中：Q为流域产流量，A为流域面积，P为流域降雨，Rc为综合径流系数（与流域用地分类、土壤类型和流域坡度相关）。
此方法的汇流计算采用双线性水库的离散一致传递函数模型进行计算。
3.5.1.2 一维水力学模型
城区河道采用1D模型描述，并应用St.Vennant方程组进行求解：
3.5.2 模型构建
根据城区闸坝工程对河道水系实际控制情况，河道断面实测情况采用Infoworks RS软件构建城区河网水量-水流数值模型。模型构建从无到有，依次创建断面、河道连接、闸泵工程、集水区、边界，最终整合为一个统一模型。①断面。本方案研究模型中共计断面367 个，将实测的断面数据整理，包括起点距、相应点高程、糙率以及断面间距等信息整理成ISIS文件格式，然后直接导入到软件中，自动生成断面及其之间的河道连接。然后根据实测断面位置，将断面放置到正确的位置。河流交汇的地方，创建交叉点，并按照河流走向依次将断面与交叉点相连。②闸泵工程。闸泵工程采用线型对象处理，在断面和断面之间构建相应的建筑物，输入建筑物尺寸信息以及相应的调度运行规则。本次研究范围内所有管的闸站（溢流堰）10处，泵站（排灌站）9处。③集水区。根据河道范围确定集水区范围，采用子流域集水区对象概化集水区，并使用旁侧流对象将集水区与河道断面相关联。④计算网络。将创建好的单一对象相互连接，就完成了整个模型的构建。
3.5.3 模型率定
采用原型观测获得的实测水位、流量数据对模型进行率定。现场试验时，对闸门开度、泵站开关等进行控制调试，记录水位、流量、流速、水质等数据，为率定验证数学模型提供数据。
利用模型进行验证和优化，计算不同工况下，最高水位。利用模型制定活水方案，在城区某些主干河道，合理选择位置，拟建溢流堰、挡水闸、潜坝等多种“活水”方案，重点考虑各方案的景观、碍航、防洪安全影响，设计各方案效果图；
对规划区内合理分配流量，精细调控水位差，制定合理调度方案，并通过城市景观等因素综合比较分析，提出推荐阻水建筑物工程方案，对比不同的方案的效果，得到最优方案。
在后期将水质、管网等数据加入水力学模型中，构建更完善的水力学-水质模型，河网-管网一体化模型。
3.6 河网活水方案
活水方案共分三种工况。
3.6.1 工况1
该方案从钱江枢纽泵引20 m3/s，先锋河1#和3#水闸开启，水位同研究范围内其他河一致，4.30 m。研究范围外河水位控制低于4.30 m。五堡排涝闸泵站、七甲船闸关闭。调控先锋河、利民河、后解放河、五堡直河四处节制闸。①当四个闸同时开启，上下游形成约5～10 cm水位差，所有河道都有流速，流速约0.05 m/s，但五堡直河北段、东风河流速较差。②当四个闸单独分时段开启时，所有河道均能活水，活水效果好，流速能达到0.10 m/s以上。
先锋河节制闸开启时，先锋河北段、五堡直河北段流速优秀，达0.15 m/s。后解放河节制闸开启时，先锋河北段、五堡直河北段流速优秀，达0.21 m/s。五堡直河节制闸开启时，先锋河南段、五堡直河南段流速优秀，达0.13～0.37 m/s。利民河节制闸开启时，先锋河南段、利民河、五堡直河南段流速优秀，达0.15～0.27 m/s。
3.6.2 工况2
该方案从钱江枢纽泵引20 m3/s，先锋河1#和3#水闸竖起控制先锋河水位约5 m，研究范围内其他河控制4.30 m。研究范围外河水位控制低于4.30 m。五堡排涝闸泵站、七甲船闸关闭。调控先锋河、利民河、后解放河、五堡直河四处节制闸。通过先锋河3#水泵向先锋河引水，通过先锋河1#水闸向利民河溢流。当四个闸同时开启，或每个闸门分别开启时，活水效果与第1种工况类似。
3.6.3 工况3
该方案从钱江枢纽泵引10 m3/s，先锋河1#和3#水闸竖起控制先锋河水位约5 m，研究范围内其他河控制4.30 m。研究范围外河水位控制低于4.30 m。五堡排涝闸泵站、七甲船闸关闭。调控先锋河、利民河、后解放河、五堡直河四处节制闸。当四个闸同时开启，或每个闸门分别开启时，活水效果比以上两种工况明显降低。当四个闸同时开启时，大部分河道平均流速基本约0.03 m/s，流速略低。
①以运行效果来看，已实施的工程设施完全发挥了功能，达到了设计预期的效果。工程调试运行期间，核心区内各河道水质主要指标达到Ⅲ类水标准，透明度均达到1 m。工程净化了河道水质，创造出多样性的河流生境，对生态系统的良性发展起到了重要作用。②工程建设在充分利用现有条件下，节省了时间和投资。同时当水质较好时，可选择同时控制四个节制闸，所有河道同时活水；
当水质较差时，分别控制每个节制闸，对不同河道强化活水，这样可节约，运行成本较低。