草原节水灌溉工程项目可行性研究报告.docx
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草原节水灌溉工程项目可行性研究报告
草原节水灌溉工程项目可行性研究报告
门源县苏吉滩乡草原节水灌溉工程设计
摘要
门源县牧业区大多处于半干旱、高寒地区,降雨偏少、蒸发强烈、水资源短缺、多风沙、水土流失严重、生态脆弱。
加之多年来牲畜增加,草原超载放牧,导致草原退化、沙化、荒漠化严重,生态环境恶化日趋加剧。
大力发展草原节水灌溉,是解决高原地区草场退化的一项重要战略技术措施,也是改善草原生态环境,提高草场生产力,促进我省牧区畜牧业朝高产、优质方向发展的重要措施。
根据对项目区水源状况、灌区位置、地形条件、土壤植被、草场缺水等情况进行了详细的调查,收集了项目区的相关资料,选择了适宜草原灌溉推广的节水灌溉措施,通过工程布置、方案比较,确定了工程规模、建设内容,完成了该项目的实施方案编制。
该项目实施后,可解决苏吉滩乡药草梁村3000亩人工草场的灌溉问题,遏制草场荒漠化。
进一步改善草原生态环境,提高草场生产力,促进门源县牧区畜牧业朝高产、优质方向发展。
关键词:
作物需水量、灌溉制度、设计流量、管道工程
1综合说明
1.1建设背景
门源县是青海省主要的畜牧业县,畜牧业是广大牧民赖以生存的主要产业,也是全县国民经济的基础产业,在维护生态安全、社会安定、民族团结和国防安全方面具有重要的战略地位。
一方面门源县独特的自然地理环境、资源状况决定了该县发展特色畜牧业所具有的优势,另一方面极其脆弱的草原生态环境又严重的制约着畜牧业的发展。
门源县牧业区大多处于半干旱、高寒地区,降雨偏少、蒸发强烈、水资源短缺、多风沙、水土流失严重、生态脆弱。
加之多年来牲畜增加,草原超载放牧,导致草原退化、沙化、荒漠化严重,生态环境恶化日趋加剧。
不仅威胁着牧区牧民的生活、生存环境及经济社会的可持续发展,还直接影响和威胁生态安全。
大力发展草原节水灌溉,是解决高原地区草场退化的一项重要战略技术措施,也是改善草原生态环境,提高草场生产力,促进我省牧区畜牧业朝高产、优质方向发展的重要措施。
为了实现新型畜牧业发展模式,门源县水务局抓住国家有关政策及扩大内需这一千载难逢的发展机遇,积极促进经济增长,加强农牧区水利基础设施建设。
经多次现场踏勘,初步选定在门源县苏吉滩乡药草梁村规划3000亩草场作为草原节水灌溉示范项目。
根据对项目区水源状况、灌区位置、地形条件、土壤植被、草场缺水等情况进行了详细的调查和勘察,收集了项目区的相关资料,选择了适宜草原灌溉推广的节水灌溉措施,通过工程布置、方案比较,确定了工程规模、建设内容,完成了该项目的实施方案编制。
1.2建设目标和任务
门源县苏吉滩乡药草梁村草原节水灌溉示范项目建成后,可解决苏吉滩乡药草梁村3000亩人工草场灌溉问题,遏制草场荒漠化。
进一步改善草原生态环境,提高草场生产力,促进门源县牧区畜牧业朝高产、优质方向发展。
1.3编制原则和依据
(1)用先进的技术成果装备水利,用现代科学技术改造传统水利,用现代的经营理念、管理水平,为经济和社会发展提供高质量服务和好的环境,实现水利可持续发展和节水高效的发展目标。
(2)坚持调查研究,学习借鉴的原则。
因地制宜的提出节水的奋斗目标和有科学依据的节水灌溉标准。
(3)坚持先试点后推广的原则。
重点抓好项目区节水灌溉示范项目,通过典型示范,摸索总结经验,取得成功后逐步推广,充分发挥项目的示范带头作用。
(4)坚持工程建设和管理相结合,经济、社会和生态效益相统一的原则,切忌搞形式主义,“花样”工程。
1.4建设内容
(1)引水枢纽:
地下截水廊道1座。
(2)管道工程:
新建主干管4020m,支管18条21464m,移动软管650m。
(3)管道配套工程:
减压井1座,各类阀门井22座,排水栓18座,给水栓200个。
2项目区基本情况
2.1自然地理
门源回族自治县位于东祁连山的冷龙岭和达坂山组成的大山从中。
东北与甘肃的山丹、永昌、肃南、天祝县接壤,西南与本省的祁连、海晏、大通、互助县毗邻。
地理坐标:
北纬37°03′11″-37°59′28″,东经100°55′28″-102°41′26″,东西长156km,南北宽104km,全县国土总面积6902.26km2。
辖4个镇8个乡,109个行政村,7个居民委员会,浩门镇为县镇府所在地,境内有省属浩门农场、门源种马场等驻地单位。
该项目区位于苏吉滩乡药草梁村境内,药草梁村位于苏吉滩乡东北部,距乡政府所在地约28km,距门源县所在地浩门镇25km,有227国道经过,交通便利。
2.2地形地貌
门源县县境内山地占72%,盆地占28%,最高的冷龙岭岗什卡峰海拔5254.5m,最低的珠固寺沟口海拔2388m,相对高差2866.5m,地带垂直明显,气候随海拔高低变化很大。
2.2.1山地
县境以北的祁连山冷龙岭,西起扁都口,东止乌鞘岭,全长300km,在县境内绵延200km,山体高大厚重,有现代冰川发育。
县境以南的达坂山是祁连山一级支脉,西起卡当山,东至享堂,长约586km,在门源县境内绵延156km,平均海拔4200m。
屏立南部的这些山峰,构成了界于海北藏族自治州海晏、大通县、互助县三县的分界岭。
2.2.2谷地
东西向贯穿全境的大通河在县境共历三峡:
那子海峡,从苏吉滩乡巴里哈图入境至该乡燕麦图乎出口,长20km,河床宽在40-60m之间;手扒崖峡谷,从苏吉滩乡南石头沟至青石嘴尕大滩,长15km,河床平均宽约70m;仙米峡,从克图口至珠固寺沟口,全长40km,河床宽窄不一,两岸台子有小块农田。
2.2.3盆地
浩门盆地:
位于县境中部,北负冷龙岭南依达坂山,东起克图口,西至青石嘴、盘坡,长约50km,东宽15km,西宽25km,总面积为1000km2。
平均海拔2800m,是门源回族自治县及省属浩门农场的粮油生产基地。
永安盆地:
位于县境西部,东起吊沟山-青石嘴-盘坡,西至景阳岭-赛什图河谷-那子海峡口,东西长35km,南北宽30km,总面积950km2。
海拔高度在3200-3800m之间,盆地内中低山、丘陵、台地、湖泊、沼泽相间,是门源种马场和苏吉滩、皇城两个乡的畜牧业基地。
2.2.4湿地
门源湿地属于高山淡水湿地,分布类型主要有两种:
一是位于海拔3000-3600m的河漫滩和河谷阶地;二是海拔3700-3950m的高山小湖泊及四周。
全县湿地总面积142961亩。
2.3气象水文
2.3.1气象
门源深居大陆,远离海洋,属大陆性高原气候。
县境内降水充沛,但时空分布极不均匀,老虎沟-大滩一带为多雨区。
年平均降水量521.4mm,年最多降水量730.7mm,年最少降水量380.8mm,降水多出现在夏秋季节,干湿季节分明,5-9月降水量占全年85%,10-4月降水量仅占全年降水量15%。
降水多以夜雨形式出现,夜雨日数占65%,夜雨降水量占56%。
日最大降水量52.8mm,对交通及农业生产有较大影响。
根据门源县气象站气象资料记载年平均气温0.8℃,年内最高温度的月份6、7、8三个月,其中7月最高,平均温度12.1℃,最冷月份1、12月,其中1月最低温度-13.3℃。
极端最高温度31.7℃,极端最低温度-34.5℃,日较差平均为11.6-17.5℃,年内无霜期35天左右,最长88天,无绝对无霜期,冰期为9月起至次年4月止,最大冻土层深度220cm。
2.3.2水文
2.3.2.1项目区水资源概况
白水河是大通河北岸的一级支流,河流主流发源于祁连山的冷龙岭地带,河流类型为羽形,河流经山地峡谷后在出山口通过冲积扇,自北向南于青石嘴镇处汇入大通河。
根据对该地区1:
5万地形图进行量算,河源高程为4428m,河口海拔2929m,沟长32.2km,出山口至汇入大通河口长约20.0km。
白水河流域面积为207km2,平均比降为4.66%,流域内各种地貌齐全,径流以降水和冰雪融水补给为主。
每年3~4月间的春汛主要是融冰雪水,降水主要集中在每年7~9月间,降水量占全年总量的60%以上。
2.3.2.2径流量计算
根据对该地区1:
5万地形图进行量算,河源高程为4428m,河口海拔2929m,沟长32.2km,出山口至汇入大通河口长约20.0km。
白水河流域面积为287km2,平均比降为4.66%,
在老虎沟上处曾设有老虎沟水文站,于1959年5月设立,1961年12月撤销,有不到3年的实测资料,其实测年平均流量达4.89m3/s。
由于资料系列太短,按无资料地区对待,本次计算不采用该站的水文资料。
在大通河的上游支流上,曾建有大梁水文站,大梁站有11年的实测径流系列。
现采用三种水文分析方法对该项目区截水廊道上游段白水河的流域流量进行分析。
(1)水文比拟法
在大通河上游的支流上曾建有大梁水文站,大梁站位于大通河上游左岸的永安河上,有10年的实测资料(1960年至1969年),集水面积254km2,多年平均流量为2.93m3/s。
根据地形地貌特征和气候条件,采用水文比拟法计算时,应根据当地的降水进行修正。
水文比拟法的计算公式如下:
Q白=(F白/F参)×(P白/P参)×Q参
(1)
式中:
Q白—白水河的多年平均流量(m3/s)
F白——白水河的廊道以上的流域面积(115km2)
P白——白水河的廊道流域中心的平均降水量(470mm)
Q参——参证水文站的多年平均流量(2.93m3/s)
F参——参证水文站流域面积(254km2)
P参——大梁水文站的多年平均降水量(461.2mm)
经计算廊道以上年平均径流量Q=1.35m3/s。
(2)径流深等值线法
根据《青海省水文手册》径流深等值线图,查得白水河流域中心多年平均径流深为H=230mm,用下式由流域平均径流深计算多年平均年径流量:
W=H×F×1000
(2)
式中:
W—多年平均年径流量(104m3)
F—流域面积(km2)此次计算考虑截水廊道以上115km2
H—多年平均径流深取230(mm)。
通过计算,其多年平均年径流量为W=2645×104m3
计算其多年平均流量
Q=W/T(3)
=2645×104/365/24/3600=0.84m3/s
(3)经验公式法
根据《青海省水文手册》中介绍的年平均流量~流域面积经验公式法,由于白水河的流域面较小,不宜采用大通河干流地区的公式,选用与大通河相邻的湟水流域脑山区的经验公式:
Q=0.0041F1.11(4)
计算截水廊道的多年平均流量:
Q=0.0041×1151.11=0.79m3/s
多年平均年径流量:
W=Q*T(5)
=0.79×365×24×3600=2491×104m3
经分析三种方法计算结果都比较接近,考虑到降水、气温、地形、下垫面条件,认为径流深等值线法能较准确反映工程区特性,且对工程设计偏于安全,因此,确定采用径流深等值线的结果,引水口处多年平均流量0.84m3/s,年径流量2649×104m3。
2.3.2.3多年平均径流量年内分配
实地勘察白水河流域植被良好,地下水补给的比重较大,径流年内分配较平稳,而邻近的大梁水文站河道流量较稳定。
所以采用邻近大梁水文站天然径流量资料进行年内分配计算。
引水口处多年平均径流量月分配见表2-1。
表2-1引水口处年径流量月分配表单位:
m3/s
月
份
站
名
1月
2月
3月
4月
5月
6月
7月
8月
9月
10月
11月
12月
年
大梁站
0.28
0.24
0.48
2.34
4.11
4.32
7.52
6.41
4.64
2.59
1.49
0.53
2.93
%
0.8
0.7
1.4
6.8
11.7
12.3
21.5
18.3
13.3
7.4
4.3
1.5
100
设计
断面
0.081
0.071
0.141
0.685
1.179
1.240
2.167
1.845
1.341
0.746
0.433
0.151
0.84
设计年径流量及年内分配
由年径流深Cv等值线图、Cs/Cv分区图,查引水口以上流域重心,年径流Cv=0.24,Cs/Cv=2.0,根据均值、Cv、Cs/Cv三个参数,由皮尔逊Ⅲ型曲线,计算不同频率的设计年径流量。
见表2-2。
表2-2设计频率年径流量统计表单位:
m3/s
站点
Q均
Cv
Cs/Cv
设计频率流量
25%
50%
75%
引水口
0.84
0.24
2
0.95
0.82
0.70
引水口处p=25%时,Q=0.95m3/s,p=50%时,Q=0.82m3/s,p=75%时,Q=0.70m3/s,以大梁站为参证站选择p=25%,p=50%,p=75%所对应典型年,采用同倍比缩放对引水口处设计径流量进行月分配。
表2-3引水口丰水年份(p=25%)径流量月分配表单位:
m3/s
月
份
站
名
1月
2月
3月
4月
5月
6月
7月
8月
9月
10月
11月
12月
平均
流量
大梁站
0.25
0.21
0.32
3.37
6.71
5.51
10.2
5.65
5.44
3.34
1.96
0.57
3.34
%
0.6
0.5
0.7
7.7
15.4
12.7
23.4
13
12.5
7.7
4.5
1.3
100
设计
断面
0.068
0.057
0.080
0.878
1.756
1.448
2.668
1.482
1.425
0.878
0.513
0.148
0.95
表2-4引水口平水年份(p=50%)径流量月分配表单位:
m3/s
月
份
站
名
1月
2月
3月
4月
4月
5月
6月
7月
8月
9月
10月
11月
平均
流量
大梁站
0.26
0.18
0.49
2.36
5.2
4.12
7.08
5.82
4.23
2.48
1.46
0.42
2.87
%
0.8
0.5
1.4
6.9
15.2
12.1
20.8
17.1
12.4
7.3
4.3
1.2
100
设计
断面
0.079
0.049
0.138
0.679
1.496
1.191
2.047
1.683
1.220
0.718
0.423
0.118
0.82
表2-5引水口偏枯年份(p=75%)径流量月分配表单位:
m3/s
月
份
站
名
1月
2月
3月
4月
4月
5月
6月
7月
8月
9月
10月
11月
平均
流量
大梁站
0.35
0.32
0.78
2.06
3.14
3.71
5.32
2.77
4.67
2.24
1.39
0.51
2.46
%
1.3
1.2
2.9
7.6
11.5
13.6
19.5
10.1
17.1
8.2
5.1
1.9
100
设计
断面
0.109
0.101
0.244
0.638
0.966
1.142
1.638
0.848
1.436
0.689
0.428
0.160
0.70
2.3.2.4洪水计算
该地区每年都有突降暴雨的情况,雨水汇集于山沟中流入白水河内形成洪水。
项目区引水口以上流域汇水面积115Km2,水源主要以山间水和大气降水补给为主,用两种公式推求该沟道20年一遇1小时的设计洪峰流量。
a、洪峰流量模数法
由于《青海省水文手册》所用资料截止到1970年,用建站至1970年尕大滩站资料重新建立不同重现期洪峰流量模数—流域面积关系系数M,采用查图确定。
计算引水口断面的洪峰流量模数结果见表2-6。
表2-6引水口洪峰流量模数法推求洪峰流量单位:
m3/s
重现期
公式
流域面积F(Km2)
M
Qm(m3/s)
50
Qm=MF2/3
115
3.06
73.53
20
2.4
57.67
10
1.91
45.90
b、经验公式法
根据《青海省水文手册》中年最大流量~流域面积经验公式,该地区仅有大通河干流的公式,而白水河流域面积太小,因此采用与本流域气候特征较相似的湟水脑山区的经验公式,计算不同频率的设计洪峰流量。
采用公式及其计算结果见表2-7。
表2-7引水口经验公式法推求洪峰流量单位:
m3/s
重现期
公式
流域面积F(Km2)
Fn
Qm(m3/s)
50
Qm=6.3F0.55
115
13.60
85.65
20
Qm=4.0F0.59
16.44
65.75
10
Qm=2.4F0.62
18.95
45.48
c、成果分析
采用洪峰流量模数法计算20年一遇设计洪峰流量为57.67m3/s,采用经验公式法计算洪峰流量为65.75m3/s,根据当地实际调查,采用洪峰流量模数法计算的与实际情况接近。
可用于该引水口断面处设计洪水计算。
以上分析,可以认为设计洪峰流量为57.67m3/s。
2.3.2.5泥沙
由于受地质条件和气候条件的限制,门源地区的水土流失主要为水力侵蚀和冻融侵蚀。
水土流失冲走了地表有机土壤,降低土壤肥力,淤塞河道,毁坏农田、草原,造成河道洪水连年成灾,同时泥石流淹没农田,冲毁河道两岸的水源涵养林,加促生态环境恶性循环。
该流域的泥沙主要来源是6~9月汛期洪水挟带的泥沙。
在降水产流过程中,冲刷地表沙土带入河道形成,尤其是由暴雨或大雨形成的洪水所挟带的泥沙更多,其次为春汛期间的泥沙,主要系融冰雪和降雨产流过程所形成。
2.3.2.6结论及建议
经现场实地踏勘和对项目区白水河引水口处径流、洪水分析得出以下结论:
(1)经分析计算,引水口处多年平均流量0.84m3/s,年径流量2649×104m3。
河道来水量远大于设计用水量为41.63万m3,水量满足设计要求。
(2)引水口处设计洪水标准采用10~20年一遇,设计洪峰流量在46.80-52.56m3/s之间,洪峰流量不大,应做好引水口的防洪防止措施。
2.3.3水源现状
该项目灌溉水源以白水河的水为主,白水河为大通河的一级支流,水量水质均满足草原灌溉要求。
2.3.4水利现状
该人工饲草料草场内无任何水利灌溉配套设施,目前仅靠天然降雨来满足草场的灌溉要求。
2.4工程地质
2.4.1地形地貌
项目区位于门源县南部,青甘交接处大通河川水区,地势自北向南倾斜,地貌以河谷浅山地为代表,从中更新世起,形成盆地丘陵地貌。
2.4.2地层岩性
项目区出露的地层主要有前第四纪地层奥陶系(O)、三迭系(T)和第四系(Q)松散堆积物。
由老至新简述如下:
(1)奥陶系(O)
分布于青石嘴镇以南的沟谷两侧山体上,厚度大于3637m,为一套灰、灰白色硅质岩、灰绿色安山玄武岩、安山岩、灰色千枚岩、板岩等。
规划的托河、托峡电站两侧山体均为该地层。
(2)三迭系(T)
上统T3分布在青石嘴镇以北的沟谷两侧山体上,上部为一套灰黄、灰黑色砂质页岩、粉细砂岩夹煤;下部淡红、灰白色砂岩夹页岩、煤等。
规划的林场Ⅱ级电站两侧山体为该地层。
中下统T1—2分布在加拉滩以北的河谷两侧山体上,上部为一套紫红色砂岩,中部为紫红色砂岩与页岩互层,下部为页岩。
(4)第四系(Q)
区内第四系(Q)堆积物主要有残坡积、崩坡积层、冲积、冲洪积、洪积等。
在工作区成因类型较复杂,岩性变化大。
(5)全新统残坡积层(Q4dl)
多分布于山麓缓坡、坡脚地带,厚度一般1-3m,结构松散,具架空结构,岩性为含泥块碎石土。
表层一般覆有30-50cm的植被层。
(6)全新统崩坡积层(Q4dL—col)
分布于山麓陡坡坡脚、阶地前缘地带,厚度一般1-4m,结构松散,具架空结构,岩性主要为块碎石土。
(7)全新统洪积层(Q4pL)
分布于冲沟沟底、沟口洪积扇,厚度3-8m不等,结构较松散,岩性主要为碎石土。
(8)全新统冲洪积层(Q4al_pl)
分布于河流阶地,厚度大于5m,岩性主要为漂卵石土,表层一般覆有1-2m的粉土层。
(9)全新统冲积层(Q4al)
分布于河床及河漫滩,厚度2-10m,岩性主要由漂卵石土组成,表层覆有0.2-0.5m的粉细砂层。
2.4.3地质构造及地震
2.4.3.1地质构造
项目区位于祁连山褶皱系中间隆起带南部。
在大地构造上,处在祁吕贺兰“山”字型构造前弧西翼多字型褶皱带。
项目区自晚更新世以来无明显的断裂活动,属区域地质相对稳定地区。
2.4.3.2地震
根据国家地震局和建设部联合发布《中国地震烈度区划图(2001)》,白水河防洪堤地震基本烈度可定为Ⅶ度。
根据国家质量技术监督局2001年02月02日发布的《中国地震动参数区划图》,该工程库区地震动峰值加速度为0.15g,地震动反应谱特征周期0.35s。
2.4.4灌区地质
2.4.4.1引水枢纽
根据已调查的地质情况表明:
截水廊道表层有50cm厚的黑钙层,以下是砂砾石层,再往下露祼出第三系白粟纪岩石,廊道所处位置河床中为砂砾石层。
2.4.4.2管道地质
管路布置区域较大,地质条件各有变化,从总体看,区域内地表多为亚粘土、亚沙土、黄土层,厚度较小,其下为砂砾石土层及第三系粘土岩,砂岩、沙质泥岩夹石膏的风化坡积物等。
2.4.4.3附属建筑物地质
上层为黄土,下层为砂、砾石层,厚度不一,地质条件良好。
蓄水池基础座落砂砾上,承载力满足要求。
2.4.5天然建筑材料
本工程所需砼量、砂砾石垫层料较少,需在天然建筑料场进行集中布置和开采。
白水河段虽有丰富的砂砾料,不易开采。
若开采后易破坏河床,河床破坏后不易恢复等缺点,因此,不宜作为天然建筑材料场。
根据灌区的位置,从附近料场内进行采购,砂子、砾石运输距离5km。
由于工程所需块石料较少,可从附近的白水河河床上选采,运距35km。
水泥采用大通县水泥厂水泥,运距100km;钢材等其它材料从西宁采购,运距125km。
2.5社会经济状况
门源县现辖4镇8乡109个村,县府驻浩门镇,现有回、汉、藏、蒙古、土、撒拉等22个民族,总人口15.14万人,其中回族6.16万,占总人口的40.7%。
地区生产总值16.05亿元,第一产业4.43亿元,第二产业5.35亿元,第三产业6.27亿元,人均收入4312.53元。
药草梁村位于苏吉滩乡东北部,距乡政府所在地约28Km,距门源县所在地浩门镇25Km,全村有牧户46户193人,其中劳动力112人,占全村总人口的58%,是一个以藏族为主,蒙、汉、回、土等五个民族集居地纯牧业村,拥有草场3万亩,其中夏秋草场1.3万亩,冬春草场1.7万亩,冬春草场全部实现围栏。
共有土地1340亩(其中饲草料地520亩)。
存栏各类牲畜5352(头、只、匹),其中羊4130只,牛1192头,马30匹,母畜比例为62%,现有各类牲畜暖棚56幢,暖棚覆盖率98.2%,建有绵改点及药浴池、畜牧综合服务室各1处,为舍饲、半舍饲畜牧业打下了良好的基础。
3工程建设的可行性和必要性
3.1工程建设的必要性
3.1.1草原现状
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