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1980年陕西省水文总站曾对子午河两河口河段的洪水进行过调查,1982~84年,陕西省水电厅在《陕西省洪水调查资料》汇编时,对调查成果进行了复核,最大洪水发生在1925年,洪峰流量为4800m3/s,其次为1967年、1980年洪水,洪峰流量分别为2800m3/s(实测)、2550m3/s。
本次项建我院对以往调查洪水进行了复核,认为上述洪水发生的年份可靠,洪峰流量数值基本合理。
2002年子午河发生特大洪水后,汉中、安康水文局分别对子午河上游支流洪水进行了调查,并用比降法推流。
汉中水文局调查成果为:
椒溪河佛坪县城河段(流域面积330km2)的洪峰流量1900m3/s,蒲河陈家坝河段(流域面积389km2)的洪峰流量2400m3/s;
安康水文局调查成果:
椒溪河、蒲河、汶水河河口段(流域面积分别为330km2、496km2、1094km2)的洪峰流量分别为1430m3/s、2800m3/s、3500m3/s。
经复核,认为汉中、安康水文局的洪水调查成果基本能够协调。
三河口水库坝址洪峰流量为椒溪河、蒲河、汶水河洪水叠加而成。
按安康水文局调查椒溪河、蒲河、汶水河河口段洪水洪峰流量、洪水历时,涨峰历时、洪水总量,以汉中水文局调查的椒溪河佛坪县城的洪水过程为典型,求得各河流的洪水过程,然后将三条河流的洪水过程叠加,可得三河口坝址的洪峰流量,其值为5990m3/s。
2005年3月,2007年1月我院为编制引汉济渭调水工程项目建议书,在两河口河段、三河口河段进行了洪水调查和复查,调查到近百年来两河口河段的最大洪水发生在2002年,洪峰流量为6270m3/s(实测)。
结合以往单位洪水调查及两河口站实测资料综合分析,该河段其他大洪水发生的年份依次为:
1925年、1983年、1967年,洪峰流量分别为:
4800m3/s、2970m3/s、2800m3/s。
三河口水库坝址河段2002年洪痕清晰,根据我院实测大断面(2007年3月),采用比降法推流,得到洪峰流量为5700m3/s。
该值比用汉中、安康水文局调查成果推算的三河口处洪峰流量偏小5.96%,二者基本能够协调。
本次三河口水库坝址2002年洪水洪峰流量采用5700m3/s。
根据洪水调查访问情况及有关资料分析,考虑安全起见,本次将2002年洪水的重现期定为100年。
(3)三河口水库坝址设计洪水计算
三河口水库坝址洪水根据两河口站成果采用面积比拟法计算,面积比指数洪峰流量取2/3,洪量取1。
计算结果见表1。
表2-1三河口水库坝址不同频率洪峰流量、时段洪量计算成果表
洪水特征量
P(%)
0.02
0.05
0.1
0.2
0.5
1
2
5
10
20
Qm(m3/s)
9960
8860
7990
7130
6010
5170
4350
3280
2480
1730
W24(亿m3)
4.852
4.332
3.936
3.540
3.092
2.632
2.243
1.739
1.358
0.986
W72(亿m3)
6.296
5.698
5.248
4.798
4.200
3.742
3.276
2.663
2.197
1.716
(4)设计洪水过程线
采用典型洪水过程按同频率放大的方法计算。
典型洪水过程选择1983年7月21日洪水过程,计算得到不同设计频率的洪水过程线见表2-2。
表2-2三河口水库坝址典型洪水过程线单位:
m3/s
月
日
时
分
流量
7
21
786
18
1957
6030
19
1805
6510
1752
3
6327
1702
4
7052
22
1647
7119
23
1599
6
7196
1555
7108
1503
8
6504
1463
9
5677
1420
4935
1382
11
4211
1349
12
3817
1317
13
3126
1289
14
2871
1256
15
2583
1237
16
2390
1209
17
2126
1175
(5)施工洪水
根据子午河的洪水特性和施工组织设计的要求,将全年划分两个期:
汛期6~10月和非汛期11~5月,汛期6~10月洪水采用年最大洪水计算成果,在此只计算11~5月洪水。
设计依据站:
两河口水文站
系列年限:
1963~2005年37年(其中缺1977~1980年)
洪峰流量选样采用年最大值法按跨期5~10日的原则。
计算方法同年最大洪水计算,计算结果见表2-3。
表2-3三河口水库坝址分期设计洪水计算成果表单位:
分期
3.3
11~5月
1720
1560
1310
1150
890
810
720
580
440
2.3坝址水位与流量关系曲线
三河口水库上坝址下游220m处,水位~流量关系采用满宁公式Q=R2/3J1/2A/n计算。
式中:
Q—流量(m3/s)
n—河道糙率
R—水力半径(m)
J—水力坡度
A—过水断面面积(m2)
公式中参数确定如下:
计算断面:
采用我院测量队2007年3月实测纵、横断面;
水面比降:
根据河道比降、水边比降,2002年6月9日大洪水比降综合分析,采用2002年6月9日大洪水比降,其值为2.83‰。
河道糙率:
根据上坝址下游河道及两岸情况,坝址处的糙率采用0.038。
将上述参数代入满宁公式,计算得到三河口水库上坝址下游220m处河道断面的水位流量关系见表2-4。
表2-4三河口水库坝址下游水位流量关系曲线表
水位(m)
525
527
529
531
533
流量(m3/s)
623
1276
1962
2765
535
537
539
540
3643
4782
6522
7653
2.4泥沙
据两河口水文站1964~2005年38年实测悬移质输沙量资料统计,多年平均悬移质输沙量54.8万t,三河口水库坝址悬移质输沙量按面积比拟法计算为42.5万t。
子午河及邻近流域无推移质观测资料,故水库坝址处的推移质可按一般山区河流推移质与悬移质的比例上限0.3估算,则水库坝址处推移质的多年平均输沙量为12.8万t,其多年平均天然输沙量为55.3万t。
2.5气象
子午河流域属北亚热带湿润、半湿润气候区,四季分明,夏无酷热,冬无严寒,春季气温上升较快、间有“倒春寒”,秋凉湿润多连阴雨。
三河口水库坝址附近无气象观测资料,气象特性用宁陕县气象站实测资料来说明。
据宁陕县气象资料统计,多年平均气温12.3℃,一月最低,平均-2.1℃,七月最高,平均25.9℃,极端最高气温37.4℃,最低气温-16.4℃;
多年平均降水量901mm,降水主要集中在汛期,5~10月降水量占全年降水量的84.4%。
多年平均蒸发量1213mm,多年平均风速1.2m/s,最多风向SSW,多年平均最大风速8.7m/s,最大风速12.3m/s,风向NE。
土层冻结期为11月到次年3月,最大冻土深度13cm。
库底水温6℃,
水表面年平均水温14.2℃,表面水温年变幅:
14.0℃。
3工程地质
3.1区域地质概况
工程区位于秦岭中段、汉江以北的中低山区,区内地层岩性分布有片岩、片麻岩、结晶灰岩、大理岩、硅质板岩、花岗岩,还有下第三系砂岩、砂砾岩和第四系松散岩层。
工程区地质构造属相对稳定地区,工程区地震动峰值加速度为0.062g,地震动反应谱特征周期为0.53s,相应的地震基本烈度为Ⅵ度。
100年超越概率2%进行抗震设计时,地震动峰值加速度为0.146g,地震动反应谱特征周期为0.57s,相应地震烈度为Ⅶ度。
3.2水库区工程地质条件
水库区断裂构造较发育,可溶岩主要为大理岩及结晶灰岩,岩溶形态多以溶隙、溶孔为主,溶洞甚少,连通性差,对水库蓄水无明显的影响。
库区不良物理地质现象主要为滑坡和崩塌体,崩塌体一般低于正常库水位,岸坡局部零星存在危岩体,分布高程一般低于700m,规模较小。
库区周边山体雄厚,岩体完整,透水性较弱,没有与外界连通的沟谷凹地。
两岸地下水出露高程高于正常蓄水位643m。
库区不存在永久性渗漏问题。
库区基岩岸坡整体基本稳定,水库蓄水后局部陡坡地段和不稳定岩体有可能出现小规模崩塌,土质边坡存在局部小量塌岸问题,但对水库工程无大的影响。
库区无可开采的矿产资源及文物分布,水库蓄水后,将淹没两岸的部分耕地和公路,淹没区不存在浸没问题。
库区岸坡以基岩边坡为主,植被覆盖率较高,水土流失程度较低,水库淤积量很少,对水库的使用寿命影响甚微。
水库区不具备水库诱发地震的基本条件。
3.3坝址工程地质条件
3.3.1上坝址工程地质条件
上坝址位于佛坪县大河坝乡以北约3.5km的子午河峡谷段,该河段河谷呈“V”型发育,两岸地形较为对称,山体雄厚,坝轴线位置河谷底宽约90m,河床高程525m,坝顶处河谷宽约327m。
坝址区阶地不发育,两岸残留二级基座阶地,阶地地层上部为1~2m厚壤土,下部为卵砾石层。
上坝址出露的地层岩性:
1)第四系松散堆积物:
坡积、崩积堆积层,分布于两岸斜坡表层低凹处及坡脚,厚度一般1~5m。
河床砂卵石层厚度6.5~7.2m,河谷中心最大厚度11m。
渗透系数约K=92m/d,属强透水层。
2)志留系下统梅子亚组变质砂岩段(Smss):
岩性以变质砂岩、结晶灰岩、大理岩及印支期侵入花岗伟晶岩脉。
大理岩及结晶灰岩为可溶岩,与非可溶岩变质砂岩呈互层状分布。
出露宽度大理岩一般20~30m,结晶灰岩一般35~60m,未发现可溶岩地层中有明显的溶洞及落水洞,岩溶类型特征以溶蚀裂隙为主。
根据现有的勘探资料,初步分析认为:
上坝址区可溶岩地层中岩溶发育程度轻微,连通性差,对工程无较大影响。
在坝轴线下游右岸80m,左岸70m发育一小型倾伏背斜构造,轴向约315°
,与河流方向近垂直,背斜轴部发育纵向剪性裂隙及横向张性裂隙。
上坝址岩层走向310°
~330°
,倾向SW,倾角50°
~70°
,岩性倾向下游;
坝轴线下游80m以外岩层受褶曲影响,产状为310°
,倾向NE,倾角45°
~65°
,岩层倾向上游。
坝址处河床基础及两岸边坡主要由变质砂岩、结晶灰岩、大理岩组成,夹少量伟晶岩脉。
强风化带厚度一般8~17.5m(水平),弱风化带厚度一般12~20m(水平)。
坝址区发育的断层主要为f13、f14、f15、f16、f43、f44、f45,力学性质以压性及压扭性为主,断层破碎带宽度一般30~150cm,对工程有一定的影响。
其中距离坝轴线较近的有f44、f45。
坝区发育4组裂隙,除第一组裂隙走向与河流走向基本平行外,其余各组裂隙走向与河流呈大角度相交。
裂隙倾角大于65°
,裂隙宽1~3mm,多闭合,延伸较长一般大于5~10m。
无结构面组合及滑移条件。
坝址区地下水类型主要为第四系松散堆积层孔隙潜水和基岩裂隙水。
孔隙潜水主要分布于河床及漫滩的砂卵石层中,基岩裂隙水主要分布于河谷两岸基岩裂隙中。
都是受降雨补给,孔隙潜水向河流排泄,基岩裂隙水以下降泉的形式补给河水。
河水和地下水对砼无腐蚀性。
3.3.2下坝址工程地质条件
下坝址位于大河坝乡上游约1km处的子午河峡谷段,河谷呈“V”字型发育,两岸基岩边坡陡峻,自然边坡40~65°
。
坝轴线位置河谷底宽约100m,河床高程514~518m,坝顶处河谷宽约340m。
坝址区阶地不发育,两岸残留三、四级基座阶地,阶地地层上部为1~2m厚壤土,下部为卵砾石层。
坝址区出露的地层岩性主要为奥陶系上统斑鸠关组(O-S)硅质板岩、硅质岩及二云石英片岩,及覆于其上第四系松散堆积层。
河床及漫滩部分布的中粗砂层、卵石层厚度一般为3.5~8.8m,最大厚度15.5m。
下坝址附近的4#滑坡规模较大,估算体积约37万m3,距下坝址轴线上游左岸约450m,约1/3方量位于正常蓄水位643m以上,自然状况条件下边坡稳定,蓄水后存在局部失稳的可能,对下坝址建筑物有一定影响。
下坝址位于近东西向倾伏背斜构造的核部,地层南倾,倾角55°
~80°
河谷与岩层走向夹角为40°
,属斜向谷。
在区域南北向挤压应力作用和山体隆起作用下,地层发育较多的逆冲断层和小型褶皱变形现象。
坝址处硅质岩、硅质板岩岩层产状陡倾,岩体坚硬,卸荷裂隙两岸发育,水平厚度一般为3~16m,受高倾角构造裂隙切割,易产生崩塌。
右坝肩高程560m以下,受一组产状为330°
∠40°
的夹泥断层控制,与其垂直的裂隙组合构成侧向切割面,形成不稳定岩体,厚度为5~10m,呈倒三角形分布,初步估算方量为4200m3,易塌落掉块,蓄水后稳定性极差。
坝址区断裂以小断裂为主,主要沿层面发育。
坝址区发育较大的断裂有F1、F2、F3、F5、F6等5条。
由于F1~F5距坝轴线较远,对工程影响小。
坝区发育小断层22条,主要沿岩层面发育。
小断层对工程影响主要是与裂隙的不利组合,对坝肩局部产生不稳定块体。
坝址区地下水类型主要为第四系松散堆积孔隙潜水和基岩裂隙潜水。
潜水主要接受降水补给,河谷两岸地下水补给地表水。
坝址区强风化带厚度左岸3~13.5m,右岸17m;
弱风化带厚度左岸4~26m,右岸21~26m。
河床无强风化层,弱风化厚度5~7m。
组成坝基的主要岩石为弱风化硅质板岩、硅质岩。
弱风化硅质板岩,饱和抗压强度Rb=63.23MPa,纵波速度Vp=3600m/s;
微风化硅质板岩,饱和抗压强度Rb=116.8MPa,纵波速度Vp=4200m/s。
3.3.3天然建筑材料
本阶段初步选择了五个砂砾料场、两个土料场和两个石料场。
根据勘探试验结果,其质量和储量均可满足要求,各料场均有公路相通,开采运输方便。
3.4地质结论
从地形、地质条件上综合比较认为:
坝址区不存在对工程影响较大的区域性断裂分布,两岸边坡稳定,地质构造相对稳定,出露的岩石属硬质岩类,坝基岩体质量分级为Ⅱ~Ⅲ类为主,具有建高坝的地形、地质条件。
水库回水区库盆周边山体雄厚,地形封闭,岩溶不发育,河谷两岸地下水高于水库正常蓄水位643.0m高程,因此,水库蓄水后不存在永久性渗漏问题。
水库基岩岸坡约占70%以上,整体基本稳定,工程区内没有发现大型滑坡和不稳定岩体。
土质岸坡水库蓄水后存在塌岸问题,但塌岸宽度、规模较小,对水库影响不大。
上坝址河谷顺直,两岸地形完整,岸坡基本对称。
下坝址两岸沟谷较发育,地形起伏较破碎,地层陡倾,存在崩塌、卸荷现象,风化较深,坝基中小型溶蚀带发育,近坝区存在蓄水后可能失稳的滑坡体。
本阶段根据工程区的地形、地质条件和天然建筑材料分布情况,以及对坝基岩体工程地质条件分析,从地质角度看上坝址地质条件优越。
4工程规模
根据《防洪标准》(GB50201-94)和《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL252-2000)的规定,确定水库枢纽工程等别为Ⅱ等,工程规模为大
(2)型,其永久泄水建筑物按2级标准设计,拦河坝等主要建筑物正常运用的设计洪水标准为500年一遇,非常运用的校核洪水标准为2000年一遇。
4.1水库库容曲线
根据2004年测绘的三河口水库1:
5000地形图对初选的三河口水库坝址进行水位高程与水库库容、水位与面积计算。
天然情况的水位与库容、水位与面积关系见图4-1。
4.2水库死水位确定
本阶段在满足三河口向金盆水库重力自流输水的原则下,综合考虑泥沙淤积与满足调水任务要求,初步选定水库的死水位。
4.2.1泥沙淤积对死水位的影响
根据三河口水库坝址泥沙淤积量的计算,多年平均悬移质输沙量为42.5万t,容重按1.3t/m3,合32.6万m3;
推移质的多年平均输沙量为12.75万t,容重按1.5t/m3,合8.5万m3。
则水库坝址多年平均天然输沙量为55.3万t,合41.2万m3。
根据地质资料,三河口水库坍岸量为38.5万m3,滑坡量为109.3万m3,本阶段按坍岸量与滑坡量全落到库区内计算,其值为147.8万m3。
引黄金峡水入三河口工程,在引水的同时,也引入部分沙量。
本阶段按黄金峡断面多年平均含沙量0.812kg/m3计算,多年平均引黄金峡断面水量为10.25亿m3,则多年平均引入三河口的沙量为83.2万t,容重按1.3t/m3估算,合64万m3。
根据三河口水库工程淤积形态分析计算结果,水库库区的淤积形态为典型的三角洲淤积形态。
水库若按100年运用、泥沙与坍岸量、滑坡量全落到库区内,则坝前淤积滩面高程为587.7m。
淤沙浮容重为8kN/m3,内摩擦角为14°
4.2.2满足调水任务要求的死水位
按照设计水平年2030年三河口水库的运行方式和调节原则,在三河口水库正常蓄水位643.0m、汛限水位641.0m情况下,按照拟定的560m、575m、588m、600m四个死水位方案进行复核,分别为方案Ⅰ、方案Ⅱ、方案Ⅲ,进行满足2030水平年供水任务要求的调节计算,不同死水位的三河口水库规模方案调节结果对比结果见表4-2。
表4-2不同死水位的三河口水库规模方案对比结果表
项目
单位
方案Ⅰ
方案Ⅱ
方案Ⅲ
方案Ⅳ
黄金峡抽水流量
75
黄金峡水库正常蓄水位
m
450
黄金峡水库死水位
黄金峡水库调节库容
亿m3
0.9192
黄金峡供水量(黄金峡断面)
9.70
9.7
黄金峡供水量(三河口断面)
9.55
9.56
三河口水库供水量
5.49
5.48
供水量合计
15.07
15.05
供水时段保证率
%
95.59
95.54
95.05
94.5
受限最大调水量
15.61
三河口水库正常蓄水位
643
三河口汛期限制水位
641
三河口水库死水位
560
575
588
600
三河口水库调节库容
6.45
6.06
5.53
4.84
三河口水库多年平均蒸发、渗漏量
0.30
0.31
0.33
三河口水库弃水量
0.14
三河口水库多年平均下泄水量
2.19
三河口水库库容系数
35.0
32.9
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