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生态水库可行性研究报告
某生态水库可行性研究报告
1综合说明
1.1绪言
X县位于X省西南部,系豫、鄂、陕三省交汇处的“金三角”地带,是豫西南的重要门户。
资源丰富,景色秀丽,森林覆盖率76.8%,是X省资源大县和区域大县,被誉为“绿色王国”和“天然药库”。
X县地处长江
流域,丹江的两大支流老鹳河和淇河流经全县,具有丰富的水电资源,人均水资源量3200m3,是全省平均水平的6倍,水力资源可开发量8.5万千
瓦,居全省县级第二位,是国务院确定的电气化试点县。
然而,据统计,2005年X水电发电量只占全县总用电量的23.3%,年
缺电量达2.3万kw.h,所缺电量占全县用电量的76.7%,全部通过外购。
随着国民经济的持续发展,电力需求必将大幅增长,如果现在不新建并投入一批小水电站,将难以满足后负荷发展的需要。
另外,根据X现状用水分析,X县城区现状年供水能力1250万m3,2010年规划水平年规划可供水量可达到4890万m3,2015年规划水平年规划可供水量可达到5390万m。
严重的供水不足也将成为城市发展的重要
瓶颈。
按照X县的城市发展规划,X近几年要实现“经济强县、生态大县、
旅游名县”的战略目标,然而对于县城而言,作为城市灵魂的水环境却与城市定位不甚协调,由于自然条件和人为因素的影响,河流的自然功能、社会服务功能退化严重,水系存在问题极大地损害了城市形象,与城市发展定位不相适应。
在城市发展的过程中,如何通过水系的合理规划和利用,
修复、保护和改善城市生态系统,提高城市应对自然灾害的能力,使水系为城市经济发展提供支撑,也是X县水利工程治理的重要目标。
旦”
景”
1.2
111
因此,必须通过工程的建设来从根本上改变X现状“守着电能没电用、枕着鹳河没水用,环山绕水不旅游”的面貌。
龙湾湖水库的规划正是应以上几点需求而进行的,通过龙湾湖的实施,使小水电这一清洁可再生的绿色环保能源得以合理开发利用,提高了水资源的综合利用效益,促进了人水和谐相处。
大坝的蓄水,保证了城市的供水需求,改善了城市生态、景观、文化、宜居条件,可以拉大城市框架,大幅度提升县城品位。
同时,湖面形成的5km2的依山傍水带,亲水临路,交通便利,环境优美,可谓X乃至整个中原少有的紧临城区的“仙山奇水”、“人间仙。
水文
老鹳河流域位于X省西南部,伏牛山北麓,介于东经111°01'〜
46',北纬33°05'〜33°48'之间,系丹江的一级支流。
龙湾湖
电站拦河坝以上流域面积3456km2,主河长254km,河道平均比降为0.52%。
本区属北亚热带季风区大陆性气候,由于受北部天然屏障的阻挡,加之林木防护作用,年平均风速2.1m/s。
但是受地形影响,山谷风明显,年内90%以上的时间是白天刮东南风,夜间多西北风,年均无霜期为236天,
平均相对湿度为69%。
老鹳河流域平均气温在42C〜-14.2°C,多年平均气温15.1C,多年
平均降水量约925mm降水量在时间和空间上的分布很不均匀,一般是深山多于浅山、丘陵区,南坡多于北坡;降水量的63%集中于6〜9月,其中
7〜8月占降雨量的40%,流域内光照充足,年均日照为2019小时,占可
照时数的46%。
老鹳河流域的径流主要来源是降水。
影响河川径流的主要因素是降水和蒸发。
根据X站45年(1954〜1998年)径流系列统计,多年平均流量27.9m3/s,多年平均径流深258mm多年平均年径流量8.806亿m,多年平均年径流模数为8.17L/(S.knf)。
径流的年内分配与降雨的年内分配基本一致,每年4月起径流随降雨
的增大而增大,7、8两月水量最丰,9月份次丰,11月后由于降水量的减少,地下水补给的比重渐渐增大,径流逐渐以地下水补给为主,稳定退水至翌年3月。
径流在年内的分配不均匀,丰水期(5〜10月)多年平均流
量为46m3/s,占年径流量的81%,其中7〜9月占年径流的58.5%,枯水期
(11〜4月)多年平均流量为10.6m3/s,占年径流量的19%最枯段(1〜
3月)三个月多年平均流量为7.1m3/s,只占年径流的6.2%。
径流在年际
间的变化较大,最大年平均流量为93.8m3/s(1964年),最小年平均流量
为8.0m3/s(1978年),分别为多年平均流量的3.4和0.3倍。
年最小流量
一般出现在1、2月份,多数出现于2月。
石门水库位于X水文站上游16km处,龙湾湖水库坝址位于X水文站
下游7km处,坝址处均无实测水文资料,但在两坝址之间及上游有X和米
坪水文站,米坪水文站从1956年5月开始有水文资料至今,X水文站字
1954年元月开始有水文资料至今。
两水文站的观测项目有水位、流量、输沙率等,观测次数、方法符合水文测验要求,资料精度较高,已整编成册,可用于工程规划设计。
分区径流采用X径流系列通过水文比拟法推求,即
按集水面积和径流深比计算。
经过对龙湾湖水库年径流系列及洪水系列(1954〜1998)进行频率计
算,确定出统计参数及设计值见表1.2-1。
表1.2-1石门、龙湾湖水库年径流分析计算成果表
分
区
年径流参数
不同保证率设计年径流
均
Cv
Cs
50
75
90
95
值
/Cv
%
%
%
%
石
6.
0.
2
5.
3.
2.
1.
门
52
61
770
619
249
630
龙
8.
0.
2
7.
4.
3.
2.
湾湖
9
61
877
940
071
225
石门龙湾湖区间洪峰均值用X站洪峰均值按面积比的0.5次方计算,不同时段洪量均值按面积比计算,并考虑面积差异及暴雨时面深关系,用不同修正系数进行修正。
分区计算成果见表1.2-2。
各频率洪水设计值见表1.2-3。
表1.2-2龙湾湖坝址以上分区洪峰、洪量频率计算成果
分区
项目
均值
Cv
Cs/Cv
米坪
洪峰(mi/s)
630
1.68
2.5
X
洪峰(mi/s)
1475
1.25
2.5
3
24小时洪量(万m)
66.2
0.8
2.5
3天洪量(万卅)
119
0.8
2.5
7天洪量(万mi)
176
0.8
2.5
石门
洪峰(m/s)
1200
1.25
2.5
24小时洪量(万mi)
49
0.8
2.5
3天洪量(万mi)
88
0.8
2.5
7天洪量(万mi)
130
0.8
2.5
龙湾湖坝址
洪峰(m/s)
1483
1.25
2.5
24小时洪量(万m3)
66.9
0.8
2.5
3天洪量(万m3)
120.3
0.8
2.5
7天洪量(万m3)
178.0
0.8
2.5
石陡区间
洪峰(m/s)
699
1.25
2.5
24小时洪量(万m3)
20
0.8
2.5
3天洪量(万m3)
34
0.8
2.5
7天洪量(万m3
51
0.8
2.5
表1.2-3龙湾湖水库坝址以上分区各频率洪水设计值
分区
重现期
1000
500
200
100
50
20
10
5
Qm
12144
10680
8748
7344
5964
4200
2928
1788
石门
W1
280.77
253.8
217.5
190.6
163.1
127.4
99.96
73.01
2
6
1
7
0
设计
W3
504.58
456.1
390.9
342.5
293.2
228.9
179.6
131.2
5
9
5
4
6
4
1
W7
746.28
674.6
578.2
506.6
433.7
338.6
265.6
194.0
4
7
3
0
2
9
6
Qm
15008
13199
10811
9076
7371
5191
3619
2210
龙湾湖
W1
383.51
346.7
297.1
260.3
222.8
174.0
136.5
99.73
0
7
6
8
2
4
坝址
W3
689.43
623.2
534.2
468.0
400.6
312.8
245.4
179.2
设计
6
2
4
7
3
5
8
W7
1019.6
921.7
790.1
692.2
592.5
462.6
363.0
265.1
5
8
0
3
7
7
2
5
石门龙湾
Qm
7074
6221
5096
4278
3474
2447
1706
1042
103.6
湖
W1
114.60
88.80
77.80
66.60
52.00
40.80
29.80
区间
0
W3
194.82
176.1
150.9
132.2
113.2
88.40
69.36
50.66
设计
2
6
6
2
W7
292.23
264.1
8
226.4
4
198.3
9
169.8
3
132.6
0
104.0
4
75.99
Qm
11631
10229
8378
7034
5712
4023
2804
1712
石门
W1
268.91
243.1
0
208.3
7
182.5
6
156.2
8
122.0
2
95.74
69.93
相应
W3
494.61
447.1
383.2
335.7
287.4
224.4
176.0
128.6
4
6
8
5
3
9
2
W7
727.42
657.6
563.6
493.8
422.7
330.0
258.9
189.1
0
6
4
4
7
8
6
Qm
6342
5577
4568
3835
3114
2193
1529
934
石门
龙湾湖
区间
W1
102.74
92.88
79.61
69.75
59.71
46.62
36.58
26.72
W3
184.85
167.1
143.2
125.4
107.4
83.88
65.81
48.07
相应
1
3
9
3
W7
273.38
247.1
211.8
185.5
158.8
124.0
97.33
71.09
4
3
9
7
5
1.3工程地质
工程区位于伏牛山南麓,属低山丘陵区,山体总体走向北西一南东,
山体雄厚,山势陡竣,坡角多在40-60。
,地势西高东低,海拔多在400m
以上,相对高差150-250m,最高点霄山,海拔960.4m。
该区属于长江流域汉水水系老鹳河中下游地段,发源于洛阳市栾川县
冷水乡南泥湖村,经栾川县的冷水、三川、叫河、卢氏县的汤河、朱阳关等乡,于X县西北部的桑坪镇四道河西入X县境,经石界河、米坪、军马
河、双龙、五里桥,至V回车乡挡子岭村,在淅川县境内双河镇入丹江,鹳
河全长254km,流域面积4219km2。
鹳河在X县境内流长114.9km,河床宽50〜350m,比降1/300〜1/200。
沿途有河流或沟谷注入,500km2以上的河流有丁河、蛇尾河;200km2
以上的有烟镇河、军马河、古庄河,在X县城附近,老鹳河左岸发育有一、
二级阶地,阶地不连续亦不对称,零星分布于凸岸。
该区植被发育,草木茂盛,水土保持较好,不良地质现象主要为冲沟及小型边坡坍塌和崩塌体,沟谷多呈“U”型,切割较深,未见较大规模的不良地质现象。
经过地质勘察,工程区地质结论如下:
⑴区域构造稳定性龙湾湖水库区域地层由元古界秦岭群、陡岭群及侵入岩组成,构造较复杂,区域稳定性较好,库盆内地震极少,坝址区没有潜在的地震危险区。
根据2001年国家质量技术监督局发布的《中国地震动参数区划图》(1/400万),工程区处于地震基本烈度切度和小于切度区之交界部位,故确定基本烈度按切度考虑,地震动峰值加速度为0.05g,地震动反应谱特征周期
为0.35s。
从本区地壳结构、断裂规模及其活动性等因素综合分析,库坝区属于稳定区,构造稳定条件较好。
⑵库区环境工程地质问题
1渗漏:
库区为低山丘陵及剥蚀垄岗区,地层岩性为角闪片岩及云母石英片岩、元古代晋宁期石英闪长岩及第四系中更新统粘土,岩体完整,裂隙较发育,但裂隙倾角大,延伸不远,第四系中更新统粘土属弱透水。
两侧山体及垄岗雄厚,且无深切谷,故库区不存在库水渗漏问题。
2塌岸:
库周无高岸坡,且岸坡平缓,仅局部库岸可能产生小规模塌岸,水库蓄水后,受库区形态控制,风浪较小,浪蚀作用不大,对岩体作用甚微;两岸垄岗粘土及两岸坡积裙零星地段库岸可能再造。
总体来说,库岸基本处于稳定状态,不存在塌岸问题。
3淤积:
库岸平缓,无大量坍塌物质入库,由于老鹳河上游有石门水库及老鹳河三级橡胶坝,且植被发育,固体迳流量来源少,因此库区淤积量不大。
4浸没:
库周边地下水位,均高于库水位。
根据库周边的地形、地貌、地层结构、岩性以及水文地质条件,在水库蓄水后,库周农田、村镇不会产生浸没问题。
⑶坝址工程地质
坝长308.0m,坝轴线走向177°、河流走向74°。
左坝肩山头与右岸相比稍单薄些,山体呈混园状,近东西走向,坡度较缓,自然坡度约40-55°。
岩性为互层状的角闪片岩及云母石英片岩,强风化厚度4.5m,
岩石透水率23.50Lu,中等透水,弱风化岩石厚度15.5m,岩石透水率37.20-59.70Lu,中等透水,以下为微风化-新鲜岩石,岩石透水率4.37-8.46Lu,弱透水,因强风化及弱风化岩石属中等透水,因此左坝肩存在绕坝渗漏问题。
右坝肩山体走向近南北向,山体雄厚,山坡坡度75°-80°,岩性为
角闪片岩,岩石呈弱—新鲜状态,弱风化厚度5.6m,岩石透水率16.53Lu,
中等透水,微风化厚度10.9m,岩石透水率37.20-59.70Lu,中等透水,
岩石透水率18.19-12.78Lu,中等透水,以下为新鲜岩石,岩石透水率
3.75-8.43Lu,弱透水。
因此右坝肩存在绕坝渗漏问题。
该坝肩上游发育有F2断层,但规模不大,断层角砾岩胶结尚好,对工程影响不大,断裂两侧岩石呈弱风化状态,完整性较好,因此坝肩的稳定性较好。
河槽段:
宽205.0m,上部为第四系全新统砂卵石,厚1.0-3.5m,渗透系数K=122.3m/d,为强透水,施工时应注意基坑排水,并保证边坡的稳定性;下部岩性为互层状的角闪片岩及云母石英片岩,其中桩号0+045〜
0+120段,上部分布有强风化的角闪片岩及云母石英片岩,厚度3.7〜3.8m,
岩石透水率13.81-17.71Lu,中等透水,其余部位为弱—新鲜的角闪片岩及云母石英片岩,弱风化厚度2.7-7.1m,岩石透水率12.65-45.20Lu,中等透水,微风化岩石厚5.0-10.6m,岩石透水率10.32-15.85Lu,中等透水,以下为新鲜岩石,岩石透水率2.86-9.61Lu,弱透水,因此河槽段存在坝基渗漏问题。
由于该水库大坝为中坝,坝基强风化岩石应予以清除,弱风化及微风化岩石属中等透水,存在坝基渗漏及两坝肩绕渗问题,建议对坝基及两坝肩做帷幕灌浆处理。
⑷电站站址位于老鹳河右岸山坡上,压力管道及厂房位于弱风化岩石
中,在基槽开挖中,应对两岸边坡进行削坡处理,施工边坡允许坡度值:
强风化岩石采用1:
0.75,弱风化岩石采用1:
0.5。
尾水直接泄入老鹳河,尾水渠底板岩性为弱风化的角闪片岩及云母石英片岩,裂隙不发育,岩石较完整,抗冲刷能力强,工程地质条件较好。
1.4工程任务与规模
龙湾湖水利水电枢纽位于X县境内的丹江支流老鹳河上,坝址在X县城以下10km处,老鹳河是X县最大的河流,也是X省水利资源较丰富的河流之一,水能资源蕴藏量18.0万kw,可开发量为11.35万kw,其中X县境内理论蕴藏量9.0万kw,可开发量为6.3万kw,已开发2.0万kw。
老鹳河干流从X县城西侧经过,是X县主要水利资源。
上游开发的石门水库距县城14km原规划任务有防洪、城市工业供水、发电及灌溉,目前主要是防洪和发电及城市供水,从下游发电尾水中有部分引水灌溉。
龙湾湖水库总库容为4560万m,按照《水利水电工程等级划分及洪水标准》
(SL252—2000)的规定龙湾湖水库为中型水库,枢纽工程为川等工程,主要建
筑物为3级建筑物,据此确定主坝、副坝、溢洪道、放水管为3级建筑物。
按照《水利水电工程等级划分及洪水标准》(SL252-2000)的规定,主坝防洪标准为50年一遇设计,500年一遇校核,消能防冲设计防洪标准为30年一遇洪水设计,水库上游回水区河道防洪标准按20年一遇设计。
本电站为小型水电站,水电站厂房工程洪水标准:
设计标准为20年一遇,校核标准为50年一遇。
根据确定的水库任务、功能,兴利和防洪调节计算结果,初拟龙湾湖水库的调度运用方式如下:
死水位:
205m;
汛期限制水位:
210m;
兴利水位:
214m;
水位低于205m时,停止工业供水;
水位超过210m溢洪道自由泄流。
50年设计、500年校核洪水位,汛期计算结果分别是215.39m217.75m,非汛期计算结果分别为216.87m、218.33m。
1.5工程布置及建筑物
1.5.1浆砌石坝
本次设计浆砌石坝全长308m分溢流坝段和非溢流坝段:
其中溢流坝段位
于主河槽,全长210m顶宽14m坝高26.1m(不含橡胶坝),坝顶高程210.00
(不含橡胶坝),上游边坡为1:
0.15,用C25混凝土防渗面板锚固,坝基础铺
设C15混凝土垫层,平均厚1.0m,下游坡为溢流面,采用50cm厚C25钢筋混凝土锚固,坡面为WESS线,消能型式为挑流消能,坝顶通过设置橡胶坝溢流过水,本次共设置四座橡胶坝,每座净宽50m,总过水宽度200m橡胶坝高4m,坝顶高程214.00;非溢流坝段位于左右坝肩,其中左坝肩段长68m(坝顶布置橡胶坝管理房),右坝肩段长35m坝顶高程均为218.30,上游侧设1.2m高混凝土防浪墙,墙顶高程219.80m,坝体上游侧结构型式同溢流坝段,下游侧边坡1:
0.7。
在坝体内靠近上游侧距坝基7.5m高处平行于坝轴线布置一排灌浆排水廊
道,钢筋混凝土结构,净尺寸2.5mx3.5m(宽X高),在廊道内对坝基进行帷幕灌浆,灌浆深度20m>另在距上游坡面2.5m处布置一排竖直排水管,为直径20cm的无砂混凝土预埋管,间距3m贯穿排水廊道并伸入坝基,在排水廊道底高程
处布置一排水平排水管,将水排至坝下游,间距3m底坡i/ioo。
发电洞和冲砂洞均位于左坝肩非溢流坝段,其中发电洞进口底高程为
205.0m,直径1.8m,3根,钢筋混凝土结构,负责向下游电站引水;冲砂洞位于
输水洞右侧3m处,进口底高程为203.0m,为直径2.5m的钢筋混凝土有压洞。
1.5.2橡胶坝
坝址处坝前高程209.8m。
为防止河道泄洪期间推移质过坝对坝袋磨损
及底板检修需要,将底板抬高0.2m,坝底板顶高程210.0m。
坝长应与溢流
坝泄流宽度相适应,坍坝时满足溢流坝设计行洪要求,单跨坝长满足坝袋
制造、运输、安装、检修以及管理要求。
结合泄洪要求及溢流坝长,拟定
橡胶坝长200m,分为4跨,单跨50m=根据设计坡降以及橡胶坝回水长度
要求,确定坝底板高程为210.0m,坝高4.0m,坝顶设计高程214.0m,在
运行过程中,正常挡水位为214.0m。
橡胶坝的坝身结构形式及断面拟定,主要根据坝袋设计、坝体稳定及
龙湾湖水库泄洪要求确定。
橡胶坝坝袋采用双锚固线形式锚固,锚固槽设
置为暗槽,锚固槽回填后与坝底板齐平,以减小坍坝时夹裹泥沙对坝袋的磨损。
坝袋上下游及堵头均采用外锚固。
为了节约投资和方便交通,控制室布置在橡胶坝左岸,矩形结构,平
面轴线间尺寸为4.2x7.8m。
控制室采用普通用房,房内设阀门井,用来控制橡胶坝的充胀和排空坍落。
1.5.3县城防洪工程
工程蓄水后,回水会对县城产生一定影响,根据《防洪标准》
(GB5021-94)和《堤防工程设计规范》(GB50286-98)的规定,结合《X
县城市总体规划》,考虑X县城区总体规划要求,新建堤防一步到位,避
免重复建设。
为此本阶段设计防洪工程属W等工程,防洪标准20年一遇,
主要建筑物为4级建筑物。
由调洪演算得知县城防洪水位为216.32m,按
1m超高进行控制,县城防洪堤按217.32m进行控制,按照防洪工程设计,
此部分工程投资共计qqqqq万元,建议此部分工程及县城工程淹没范围内
的移民拆迁一同列入X县旧城改造配套建设项目,此次可研设计工程总投
资内不含此部分费用。
1.5.4龙湾湖景观工程
城区的景观设计以堤防为纽带,从工业大道桥下游开始延伸出一系列自然的、历史的、生态的、社会的以及文化的空间景点。
本次景观设计主要是针对城区“旅游景观岸线”的要求,布置了“龙腾岛”、“仲景文化”、“恐龙蛋化石群景观带”、“蓝波湾”和“尖峰走廊”,以及5km长的亲
水平台和绿色长廊等。
5km长的亲水平台和绿色长廊贯穿这几个景点。
亲水平台的地砖拼图之一以红黑双螺旋体为母体。
图案类似中国传统的太极图形,寓意深远。
局部地段借鉴国外园林的处理手法,以几何构图为主,按韵律布置。
给人以强烈的视觉感受。
局部地方点缀小品、雕塑、花坛并设置供游人休息的石椅,种植高大乔木,并根据地貌特点在某些地方种植红树林带,达到稳固堤防和立体绿化的效果。
为了体现人性化设计,强化一种公共财产意识,防止涂抹乱画的行为而专门设计了“涂鸭板”之类的公共艺术展台,给休闲的人们一个随意展现自我的空间。
将人们的被动欣赏与主动参与意识结合起来。
绿色长廊是城市和自然的一个过渡区。
在这里离不开我国的传统文化和造景手法,以自然构图为主,辅以人工设施,充分利用山石、水体、植物、动物以及天象景色,创造富于诗情画意的自然美。
又以亭台楼阁、曲廊、水榭、拱桥、石舫等园林建筑人工设施,溶于自然景物之
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