（水利工程专业论文）山东庄里水库建设规模研究.pdf

山东大学工程硕士学位论文 摘要 我国是一个水资源非常贫乏的国家。我国的年水资源总量为2 8 1 2 4 亿m 3 ，其 中河川径流2 7 11 5 亿m 3 ，但人均水量只有2 3 5 0 m 3 ，单位耕地面积水量为2 7 8 6 7 亿 m 3 h m 2 ，均比世界平均值低的多。尤其在北方地区，人均水量仅9 3 8 m 3 ，单位耕地面 积水量为6 8 1 0 亿m 3 h m 2 。水是人类赖以生存和发展经济的生命线，是实现可持 续发展的重要物质基础，是直接影响国计民生的重要自然资源和经济资源。 枣庄市地处我国比方地区，其特定的自然地理特点和气候条件，降雨具有时、 空分布不均，年内、年际变化大，多集中于汛期的特点，造成了全市不同地区、 不同程度的资源型、工程型或水质型缺水，严重制约了全市经济社会和生态环境 的可持续发展。 为合理规划利用河川径流、防御水旱灾害、增加工农业供水量、补充地下水、 改善流域生态环境，兴建具有综合功能的水库是有效方法之一。 本文在总结前人研究成果的基础上，主要开展了以下几个方面的工作： ( 1 ) 总结了庄里水库建设规模研究的必要性：建设庄里水库是缓解枣庄市 水资源紧缺状况的需要；建设庄里水库是发展农业灌溉的需求；建设庄里水库是 提高区域防洪能力的需求；建设庄里水库是改善十字河流域生态环境的重要举 措。 ( 2 ) 对庄里水库坝址以上来水进行了径流与洪水分析计算。通过对庄里水 库所在流域十字河流域的自然地理、水系概况、气候、气象特征、水文站网及资 料情况进行分析，采用水文比拟法进行径流分析计算，采用由暴雨资料推求设计 洪水方法进行洪水分析计算。 ( 3 ) 对庄里水库坝址进行兴利调节计算。根据庄里水库供水任务，通过时 历法进行兴利调节计算。 ( 4 ) 对庄里水库坝址进行洪水调节计算。根据庄里水库防洪任务及下游河 道安全泄量，按照水量平衡原理和水库水位库容泄量关系进行洪水调节计 算。 ( 5 ) 根据调算结果合理确定工程规模。 关键词：径流与洪水分析，兴利调节，洪水调节，工程规模 山东大学工程硕士学位论文 a b s t r a c t c h i n ai sav e r yw a t e r - p o o rc o u n t r y i s2 812 4b i l l i o nc u b i cm e t e r s ，o fw h i c h r e s o u r c e sp e rc a p i t ai so n l y2 3 5 0c u b i c o u rc o u n t r y sw a t e rr e s o u r c e st o t a lq u a n t i t y r u n o f fi s2 7115b i l l i o nc u b i cm e t e r s ，w a t e r m e t e r s ，w a t e rr e s o u r c e su n i ta r e ai s2 7 8 6 7 b i l l i o nc u b i cm e t e r s ，l o w e rt h a nt h ew o r l da v e r a g em o r e p a r t i c u l a r l yi nn o r t h e r na r e a s w a t e rr e s o u r c e sp e rc a p i t ai so n l y9 38c u b i cm e t e r s 、w a t e rr e s o u r c e su n i ta r e ai s 6 810b i l l i o nc u b i cm e t e r s 。勋f e ri sl i f e l i n eo ft h eh u m a ns h r v i v a la n dd e v e l o p i n g e c o n o m y , i ti st h ei m p o r t a n tm a t e r i a lb a s eo ft h es o c i a ls u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n t i ti s t h ei m p o r t a n te c o l o g i c a lr e s o u r c ea n de c o n o m i cr e s o u r c e i ti sc o n c e r n e dt h en a t i o n a l e c o n o m ya n dt h ep e o p l e sl i v e l i h o o dd i r e c t l y z a o z h u a n gc i t yl o c a t e di n n o r t h e r nr e g i o no fo u rc o u n t r y , a n di t s s p e c i f i c g e o g r a p h i cf e a t u r e sa n dc l i m a t i cc o n d i t i o n s r a i n f a l lw i t ht i m ea n ds p a c ea r eu n e v e n l y d i s t r i b u t e dd u r i n gt h ey e a r , i n t e r a n n u a lc h a n g e si n l a r g e m u l t i f o c u s o nt h e c h a r a c t e r i s t i c so ff l o o ds e a s o n ，r e s u l t e di nd i f f e r e n tp a r t so ft h ec i t y , t ov a r y i n g d e g r e e ss h o r t a g eo fr e s o u r c e s ，s h o r t a g eo fe n g i n e e r i n g ，s h o r t a g eo fw a t e rq u a l i t y , a n d r e s t r i c t e dt h es u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n to fs o c i a le c o n o m ya n de c o l o g i c a le n v i r o n m e n t s e r i o u s l y i no r d e rt op l a na n du s er i v e rr u n o f fr e a s o n a b l y , d e f e n s ef l o o da n d & o u g h td i s a s t e r , i n c r e a s et h ei n d u s t r ya n da g r i c u l t u r ev o l u m eo fd i v e r s i o n , s u p p l e m e n tt h eg r o u n d w a t e r , a n di m p r o v e m e n tb a s i ne c o l o g i c a l e n v i r o n m e n t t h ec o n s t r u c t i o no ft h e r e s e r v o i rw i t hi n t e g r a t e df e a t u r e si so n eo ft h ee f f e c t i v ew a y s b a s e do nt h er e s e a r c hm a d ei nt r a n s l a t i o nt h e o r i e s ，t h i sp a p e rm a i n l yh a sd o n et h e f o l l o w i n gs e v e r a la s p e c tw o r k ： n 、) s u m m a r i z e di nt h en e c e s s i t yo fz h u a n g l ir e s e r v o i rc o n s t r u c t i o ns c a l e r e s e a r c h ：c o n s t r u c t i n gz h u a n g l ir e s e r v o i rw i l la l l e v i a t e st h ew a t e rr e s o u r c e ss c a r c e c o n d i t i o no fz a o z h u a n g ，c o n s t r u c t i n gz h u a n g l ir e s e r v o i ri st h ed e m a n do fd e v e l o p a g r i c u l t u r ei r r i g a t i o n ，s h a r p e n s t h er e g i o nf l o o dp r e v e n t i o na b i l i t y , a n di st h e i m p o r t a n ta c t i o no fi m p r o v e m e n te c o l o g i c a le n v i r o n m e n to fc r o s sr i v e rb a s i n ( 2 1c a r r i e do nt h er u n o f fa n df l o o da n a l y s i sc a l c u l a t i o no ft h ec a l n ew a t e ra b o v e z h u a n g l ir e s e r v o i rd a ms i t e t h r o u g ht h ea n a l y s i s o fp h y s i c a lg e o g r a p h y , w a t e r p r o f i l e s ，c l i m a t e ，w e a t h e rc h a r a c t e r i s t i c s ，h y d r o l o g i c a ls t a t i o nn e t w o r ka n dd a t ao f t h ec r o s sr i v e r b a s i nw h e r ez h u a n g l ir e s e r v o i ri sl o c a t e d c o m p a r et h eu s eo f h y d r o l o g i c a lr u n o f fc a l c u l a t i o nm e t h o d ，u s i n gi n f o r m a t i o nf r o mt h eh e a v yr a i n so f d e s i g nf l o o dc a l c u l a t i o nm e t h o d so ff l o o da n a l y s i s ( 3 ) c a r r i e do nh e n n e s s ya d j u s t m e n tc a l c u l a t i o no fz h u a n g l ir e s e r v o i rd a m s i t e ，b a s e do nz h u a n g l ir e s e r v o i rw a t e rt a s k ，t h r o u g ht h ec a l e n d a ro fh e n n e s s y a d j u s t m e n tc a l c u l a t i o n ( 4 ) c a r r i e do nf l o o da d j u s t m e n tc a l c u l a t i o no fz h u a n g l ir e s e r v o i rd a ms i t e ，b a s e d o nf l o o dc o n t r o lt a s ka n ds a f e t yv e n to ft h ed o w n s t r e a mo ft h er i v e i na c c o r d a n c ew i t h t h ep r i n c i p l eo fw a t e rb a l a n c ea n dr e s e r v o i rw a t e rl e v e l - c a p a c i t y - - v e n tt of l o o d a d j u s t m e n tc a l c u l a t i o n ( 5 1a c c o r d i n gt ot h er e s u l t so ft r a n s f e rc o u n tt od e t e r m i n ear e a s o n a b l es c a l e k e yw o r d s ：r u n o f f a n df l o o da n a l y s i s ，h e n n e s s yr e g u l a t i o n ，f l o o dr e g u l a t i o n ，p r o j e c t s c a l e l l 原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不 包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研 究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明 的法律责任由本人承担。 论文作者签名：杰叁丛日 关于学位论文使用授权的声明 本人同意学校保留或向国家有关部门或机构送交论文的印刷件 和电子版，允许论文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位 论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩 印或其他复制手段保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：耋丝导师签名： 蜂掣 山东大学工程硕士学位论文 第一章绪论 1 1 项目研究背景及意义 我国是一个水资源非常贫乏的国家。我国的年水资源总量为2 8 1 2 4 亿m 3 ，其中河川径 流2 7 11 5 亿m 3 ，但人均水量只有2 3 5 0 m 3 ，单位耕地面积水量为2 7 8 6 7 亿m 3 h m 2 ，均比世界平 均值低的多。尤其在北方地区，人均水量仅9 3 8 m 3 ，单位耕地面积水量为6 8 1 0 亿m 3 h m 2 。 水是重要的资源，关系到国计民生，合理开发利用和保护水资源，充分发挥有限的水 资源的作用，应当作为我国长期坚持的国策。 我国位于著名的东亚季风区，降水特点集中在很短的雨季，通常全年6 0 - - 7 0 的 雨量都集中在夏秋的三四个月内，而且又往往集中在几次连续性的大雨、暴雨。而少 水年和多水年持续出现，这些特点是造成水旱灾害频繁、农业生产不稳定的主要原因。 旱灾对中国农业生产的威胁很大，全国各地几乎都有可能发生旱灾。全国有五个主 要旱灾区，自北向南为松辽平原、黄淮海平原、黄土高原、四川盆地东部和北部、云 贵高原至广东湛江一带，全国约有7 0 以上的受灾面积在这些地区，以黄淮海平原最 为严重，受灾面积占全国受灾面积的一半以上。目前，全国还有半数以上的耕地没有 灌溉设施，每年仍有1 3 3 3 万 - - 2 0 0 0 万b a n 2 耕地经常受到干旱影响。 洪涝灾害主要发生在黄河、淮河、海河、长江、珠江、松花江、辽河等七大江河的 中下游平原地区，其中以华北平原和长江中下游最为严重，受灾面积占全国受灾面积 的3 4 以上。这些地区耕地分布广，人口众多，城镇密集，是中国工农业生产最发达的 地区，地面高程多在江河洪水位以下，防洪任务非常繁重。 地下水是我国北方的重要水源，据1 9 8 0 年调查统计，东北诸河、海河、淮河和山东 半岛、黄河、内陆诸河等北方五区地下水年开采量为5 4 0 亿m 3 ，约占总供水量的1 4 。其 中，海河地下水年开采量已达2 0 2 亿m 3 ( 平原地区为1 7 5 亿m 3 ) ，占全流域供水量5 3 。 有些地区由于过量开采，地下水位不断下降，造成了许多不良后果，例如：单井出水 量减少，耗电量增加，采水成本逐年提高；一些浅井报废，一些机井换泵，井越打越 深，形成恶性循环；海水入侵，地下水质恶化；城市地面下沉、岩溶塌陷、地基裂缝 等，影响城市建设。因此，控制地下水的过量开采，防止地下水位继续下降，已是当 前亟待解决的问题。 山东大学工程硕士学位论文 为合理规划利用河川径流、防御水旱灾害、增加工农业供水量、补充地下水、改善 流域生态环境，兴建具有综合功能的水库是有效方法之一。拟建庄里水库位于山东省 南四湖湖东地区十字河流域，处在枣庄市的滕州市和山亭区境内，坝址位于滕州市羊 庄镇庄里村北。十字河先后流经枣庄市的山亭区、滕州市、薛城区和济宁市的微山县， 是南四湖湖东地区的一条重要排洪河道。十字河流域面积7 4 6 k m 2 ，坝址以上流域面积 3 3 5 3 k m 2 。 本论文通过对入库天然径流进行蓄泄调度，充分利用当地的地面水资源，获得尽可 能大的水库综合效益，不仅对庄里水库供水区的水资源优化配置、提高水库供水能力、 发挥水库长远效益有着重大的现实意义，而且这一研究经验对于山东省乃至我国北方 大面积缺水地区实现水资源可持续发展有着重大的现实意义。 1 2 庄里水库建设规模研究的必要性 1 2 1 建设庄里水库是缓解枣庄市水资源紧缺状况的需要 根据枣庄市水资源综合规划，枣庄市多年平均地表水资源量为1 0 2 8 亿m 3 ，地 下水资源量为7 6 8 亿1 1 1 3 ，扣除重复计算量4 1 3 亿m 3 ，水资源总量为1 3 8 3 亿m 3 。计入境 外可调入水量2 1 9 2 亿o ( 南四湖1 9 亿m 3 ，会宝岭水库0 2 9 2 亿m 3 ) ，规划南水北调调 水2 亿m 3 ，全市水资源总量为1 8 0 2 2 亿m 3 。 根据枣庄市水资源综合规划，在现状供水工程条件下，到2 0 1 0 年枣庄市缺水 5 6 亿m 3 、2 0 2 0 年缺水7 5 亿m a 、2 0 3 0 年缺水8 6 亿m 3 。通过对地表水拦蓄( 包括新 建庄里水库) 、回灌补源、南水北调、水资源保护和各种节水措施的实施，到2 0 1 0 、2 0 2 0 和2 0 3 0 水平年枣庄市基本上能够达到水资源的供需平衡。 但是由于地下水集中超量开采或受井群布局不合理等因素影响，在部分水源地出 现了大面积地下水降落漏斗，地面沉陷、水质污染等环境地质问题。随着时间的推移， 缺水量不断增多，已超出枣庄市地下水资源的承载能力。从枣庄市水资源总量上分析， 可满足需水要求，但目前全市水利工程设计供水能力仅为1 0 8 亿m 3 ，无法满足未来发 展的需求，属工程性缺水。因此，在用足、用好现有水源、做好节水和污染防治工作 的情况下，新建地表水拦蓄工程，增加供水能力，是解决工程性缺水的关键所在。 山东大学工程硕士学位论文 1 2 2 建设庄里水库是发展农业灌溉的需求 目前灌区内以井灌为主，近年来虽实行了局部地区的地下水机井配套和地面田间 节水管道灌溉工程，但由于机井多为岩石深井，且深井灌灌溉成本高、水温低，灌溉 质量差，受地形影响，能够进行机井灌溉的面积小，大部分地区特别是盆地周围高程 较高的地块，大多灌溉困难，或根本浇不上，只能靠天吃饭。特别是由于客水利用率 低、超量开采地下水这一实际，羊庄盆地东侧的十字河虽然多年平均径流量大，但多 集中于汛期几场降雨，而春、冬、秋三个农灌用水季节河道径流量偏小、且不易引用， 浪费了宝贵的水资源，大多是群众在用水时无水或望水兴叹，而汛期则河水暴涨、进 而形成洪、涝灾害。水库建设可大大加强灌区抗御自然灾害的能力，对促进地区粮食 生产将起到积极的作用。 1 2 3 建设庄里水库是提高区域防洪能力的需求 十字河下游区域是枣庄市和微山县的重要的基本农田保护区和国家重要的交通设 施以及重要的工矿企事业单位所在地。十字河下游乡村防护区内土地面积4 9 0k m 2 ，耕 地面积3 1 9 3 万亩，人口5 0 3 4 万人。2 0 0 5 年该地区生产总值达6 3 7 6 亿元。防护区 内工业企业发达，煤炭资源丰富，微山县县城坐落其中。枣滕煤田、滕南煤田即分布 在本流域内，现已开采属于统配矿的有八一煤矿、井亭煤矿、田陈煤矿、付村煤矿等， 地方矿有官桥、三河口、七五等8 处，大都分布在柴胡店、官桥、张汪、欢城、付村 境内，年产量达9 0 0 万t 以上。 流域内交通设施众多，铁路有津浦铁路、拟建的京沪高速铁路贯穿其间，公路除 有京福高速外，还有1 0 4 国道，乡、乡之间，乡、县之间各级公路网纵横，交通十分 繁忙。 十字河流域有记载以来，洪涝灾害频繁，仅1 9 9 3 年8 月的一次洪水，就造成受灾 面积3 0 2 0 万亩，受灾人口2 6 4 6 万人，伤亡2 6 人，1 8 4 家厂矿企业停产，河道堤防 多处决口，建筑物和重要交通桥梁被冲坏，铁路停运，这次洪水造成直接经济损失达 1 3 2 3 亿元。 “十五”期间，随着经济社会各项事业的快速发展，枣庄市城市化进程明显加快， 国民经济及社会发展实现了新的滕飞，国内生产总值和财政收入的增速，连续几年居 于全省前列。十字河流域工矿企业发达，矿产资源丰富，铁路、公路众多，城市和乡 山东大学工程硕士学位论文 村建设日新月异，社会财富急剧增长，为了保护该区域的社会经济可持续健康发展， 尽量避免造成大的洪涝灾害，新时期对防洪工程提出了更高的要求。随着社会的发展， 洪水的风险程度越来越大，洪涝灾害带来的损失将呈上升趋势。因此，将十字河下游 堤防由目前的2 0 年一遇的防洪标准提高到3 0 年一遇是十分必要的。 1 2 4 建设庄里水库是改善十字河流域生态环境的重要举措 十字河是一条雨源型季节性河流，由于上游山高坡陡，洪水传播速度快，大水在 河槽内滞留时间短。汛期河道流量较大，菲汛期流量较小，特枯年份有时甚至断流， 对河道生态和下游羊庄水源地的补给造成不良影响。羊庄水源地坐落于拟建庄里水库 下游，是枣庄市的重要地下水源地，该区地下水开采量为1 6 3 5 万m 3 d ，目前现状地 下水开采量为9 4 6 万岔d ，兖矿2 5 万岔d 和4 0 万寸d 的城市供水工程也即将实 施，随之将是羊庄水源地发生超采，极可能引发地质灾害。随着水库的建成，使得原 河道的水量时空分布得以重新调整。汛期拦蓄上游部分洪水，非汛期库区的少量渗漏 补给地下水，由于地下水沿原河床方向运动，即与河流方向一致，相应增加了河道的 基流水量，对改善河道生态和生物的多样性非常有利。再者，水库库区处在羊庄水源 地上游的直接补给区内，对涵养水源地极为有利，水库的建设亦为羊庄水源地提供了 新的补给来源。另外，为了确保河道生态优于水库建设之前，在水库放水洞出口处， 设置专用的生态泄水闸，给河道补源，年供生态用水量6 8 4 8 万m 3 ，以改善十字河的 水生态环境。 水是人类赖以生存和发展经济的生命线，是实现可持续发展的重要物质基础，是 直接影响国计民生的重要自然资源和经济资源。由于枣庄市特定的自然地理特点和气 候条件，降雨具有时、空分布不均，年内、年际变化大，多集中于汛期的特点，造成 了全市不同地区、不同程度的资源型、工程型或水质型缺水，严重制约了全市经济社 会和生态环境的可持续发展。 为了提高十字河流域的防洪能力，保障流域内铁路、公路、工矿企业等国家重要 基础设施以及人民群众生命和财产的安全，缓解枣庄市水资源紧缺的状况，实现流域 内社会、环境和经济的可持续发展，在十字河上游兴建具有综合功能的庄里水库工程 是十分必要的。 4 山东大学工程硕士学位论文 1 3 国内外研究进展及现状 为了解决水资源供需矛盾、减轻水灾害，我国开展了以防洪减灾和水资源综合利 用为主要目标的大规模水利工程建设。截至到2 0 0 0 年，全国已建成大中小型水库8 5 万多座，塘坝等工程5 8 5 万座，徐水工程总库容达5 7 5 6 亿m 3 ，兴利库容3 1 3 4 亿m 3 ； 已建各类堤防2 7 万余k m ，其中主要堤防7 7 万k m ；开辟临时分蓄洪区约1 0 0 处，可 分蓄洪水1 0 0 0 多亿m 3 ；大多数流域已形成了包括堤防、水库、分蓄洪工程、河道整治 工程的防洪工程体系。保护了3 3 3 0 多万h m 2 土地，4 7 0 多座城市，6 亿左右人口的防洪 安全；这些工程对控制和调节山丘区的洪水和促进工农业发展发挥了重要作用。 美国有大小水库8 2 7 0 4 座，1 5 m 至3 0 m 之间的坝有6 9 7 5 座，3 0 m 以上的大坝有1 7 4 9 座。水电总装机为7 5 5 0 0 1 v i w ，年发电量为3 0 0 t w h ，另有抽水蓄能装机1 9 0 0 0 m w 。水库总库 容为1 3 5 0 0 0 亿m 3 ，1 8 9 0 座大坝主要功能是供水或灌溉，1 8 7 3 座大坝主要功能是防洪， 8 7 0 座大坝主要功能是娱乐，6 2 9 座大坝主要功能是发电，占大坝数的7 。加拿大有 8 0 4 座大坝，建坝的目的以水电为最多，5 9 6 座大坝以发电为主，占6 4 ，水库总库容 为6 5 0 0 亿m 3 ，总装机为6 7 1 2 1 1 v i w ，有3 4 5 4 m w 在建，另有蓄能装机1 7 4 1 v i w 。巴西有大坝 8 2 3 座，平均年降雨量为1 6 6 3 0 0 亿m 3 ，水库总库容为5 6 8 0 亿m 3 ，专为发电修建的大坝 有2 4 0 座，占大坝总数2 9 ，水电总装机6 4 0 0 0 m w ，年发电量为3 0 0 t w h 。日本现有超过 1 5 m 坝高的水库2 6 4 1 座，印度2 4 8 1 座。 与国外相比，我国在水库的建设和管理方面还存在一定的差距，他们的经验和思路， 有很多值得我们学习和借鉴。 1 4 本文研究的主要内容和技术路线 1 4 1 研究的主要内容 本文在径流分析和洪水分析的基础上，根据庄里水库流域的水文特性和工程特性， 合理确定庄里水库的建设规模，其主要内容包括： ( 1 ) 径流及洪水分析计算 ( 2 ) 兴利调节计算 ( 3 ) 洪水调节计算 ( 4 ) 工程规模确定 山东大学工程硕士学位论文 1 4 2 技术路线 根据水库概况及其需求、研究内容、所需的数据资料以及数据处理方法等方面， 确定本文研究的主要技术路线如下： ( 1 ) 搜集相关的文献资料及数据资料，并对数据资料进行系列化处理，采取查缺 补漏的办法，对代表站点的水文数据和气象数据进行插补、展延。 ( 2 ) 通过对项目地理位置、水文气象条件分析确定径流计算方法及结果 ( 3 ) 通过对降雨、洪水特性的分析计算确定设计洪水 ( 4 ) 根据供水任务进行兴利调节计算 ( 5 ) 根据防洪任务进行洪水调节计算 6 山东大学工程硕士学位论文 第二章径流与洪水分析 2 1 自然地理、水系概况 拟建庄里水库库区位于十字河上游的枣庄市山亭区和滕州市境内，水库大坝坝址 位于滕州市羊庄镇西江和前台村北，庄里坝址以上控制流域面积3 1 9 7 7 k m 2 ，流域形状 为不规则阔叶形状，东西方向长约2 6 k m ，南北方向长约2 2 k m 。坝址以上流域处在鲁中 南低山丘陵地区十字河流域的的最上游区域，流域内绝大部分为中低山地，沿河河谷 地带分布着耕地，河谷以上地带分布着坡耕地和部分园地。区域内出露地层主要是寒 武系和第四系，岩石岩性主要为寒武系碳酸盐石灰岩，地表可见溶沟、溶槽等岩溶微 地貌，第四系广泛分布在山间谷地及山前地带，岩性由棕红色、棕黄色、黄褐色粉质 粘土及小砾石组成。 流域内农作物以小麦、玉米和花生为主，复种指数为1 7 5 。 庄里水库坝址地处十字河上游，流域地势北部、东南部最高，流域内最高点为寨 山，海拔高程4 4 9 7 m 。坝址以上河流主要包括东江和西江两大支流，两支流河道长度 基本相近，其中东江长约3 1 k m ，西江长约3 0 k m 。庄里水库坝址以上河道平均坡降为 0 0 0 4 2 。 庄里水库坝址以上有一座中型水库石嘴子水库，流域面积4 9 5 k m 2 ，总库容2 6 1 7 万m 3 ，兴利库容1 6 0 4 万m 3 。 2 2 气候、气象特征 庄里水库流域属暖温带东亚季风区大陆性气候，四季分明，春季多风干燥，夏季 湿热多雨，秋季天高气爽，冬季寒冷少雨雪。根据山亭雨量站实测1 9 5 6 - - - - 2 0 0 6 年间实 测降雨资料统计，多年平均降水量为7 8 6 2 m ，其中汛期6 ，- - 9 月多年平均降水量 5 8 5 3 m m ，占年降水量的7 4 4 。最大年降水量为11 7 3 7 m m ，发生于1 9 6 0 年，最小年 降雨4 3 6 8 m m ，发生于1 9 8 1 年，丰枯比为2 6 9 。 区内多年平均气温1 4 8 ，无霜期约2 0 0 天左右，多年平均蒸发深l l o o m m 左右。 平均日照时间为6 5 h ，区域最大冻土深度3 0 c m 。 7 山东大学工程硕士学位论文 2 3 水文站网及资料情况 庄里水库流域内设有西良子口、山亭、徐庄、东江等雨量站四处，此外流域外设 有西集雨量站。山亭站为建站时间最早的雨量观测站，设立于1 9 5 5 年4 月。西良子口、 徐庄、东江各雨量站分别设立于1 9 6 6 、1 9 6 1 、1 9 6 6 年。各雨量站之中，山亭、徐庄、 西集为常年雨量站汛期站，现有实测1 9 5 5 至2 0 0 6 年连续观测的4 9 年汛期雨量资料。 坝址下游约2 1 k m 处原设有官庄水文站( 1 9 6 4 年由下游梁里迁来) ，始建于1 9 5 1 年，1 9 8 9 年以后撤站停测。官庄水文站控制流域面积为6 6 3 k m 2 ，现有1 9 6 4 - 1 9 8 9 年2 6 年洪水雨 量观测资料。流域内建有石嘴子中型水库，建于1 9 7 0 年，水库无完整的水文观测记录 资料。 庄里水库流域以外西北部约l o k m 邻近地区，建有岩马水库，该水库为大( 2 ) 型水 库，建成于1 9 6 1 年，水库建成以后自1 9 6 4 年起，有较为完整的水库水文观测资料。 2 4 径流分析计算 2 4 i 地表、地下径流情况 工程区域内地表水资源较为丰富，但降雨、径流的时空分布不均匀，年际之间水 量变化悬殊很大，而每年的地表径流主要集中在汛期。十字河河道比降较陡，汛期洪 水陡涨陡落，枯水期流量较小。 庄里水库所在的区域在水文地质单元分区上为羊庄盆地水文地质区，羊庄盆地是 一个较封闭的完整的水文地质单元，具有独立的补给、径流、排泄系统。工程区域是 羊庄盆地的一部分，处在羊庄岩溶水系统的补给径流区，其补给来源有三个方面： ( 1 ) 大气降水入渗补给：工作区内大部分基岩裸露，地表岩溶较发育，能直接接 受大气降水的渗入补给，是本区地下水的主要补给来源。 ( 2 ) 地表水的渗漏补给：十字河南北纵贯整个工作区，区内还有一些小型水库， 它们本身接受降水、山间泉水的补给。而流经灰岩地段时，会渗漏补给地下水。 ( 3 ) 上游的地下径流补给：上游地下水会通过地下径流补给区内的地下水。 区内地下水的径流受地形条件的制约，地下水运动以岩溶裂隙作为主要通道，其 运动方向首先由北、东、西向十字河所处的沟谷径流，最终总体变成由北向南径流， 进入羊庄盆地腹地。 山东大学工程硕士学位论文 地下水的排泄方式有三种：一是通过地下径流流向羊庄盆地腹地，这是本区成为 羊庄岩溶水系统直接补给区的主要原因。二是泉水排泄，在丘陵山区的沟谷、深切河 谷中，发育一些季节性泉水，向地表或河流排泄。三是人工开采地下水，主要是农业 生产和生活用水。 2 4 2 地下水状况 工程区域内主要分布的寒武系张夏组、崮山组、炒米店组灰岩，岩层多半呈裸露 或半裸露状态，地形起伏较大，表层岩溶发育，是羊庄岩溶水系统的直接补给区，接 受大气降水直接补给的能力较强。但由于受地形的影响，地下水水力坡度大、径流快， 地下岩溶发育差，含水层薄、储水性弱，岩溶水水位随降水量的变化而陡升陡降，水 位变幅大，年变幅通常在1 5 一- - 2 0 m ，有的达3 0 m 以上，动态成因类型属入渗径流型。 水位年动态变化严格受降水量的控制，地下水位随着全年降水量的“少多少季 节性变化而产生相应“低高低”变化，最低水位多出现在4 - - 6 月份，最高水位多 出现在7 - - - , 9 月份。该区地下水富水性较差，没有重要的富水地段，地下水开采主要以 当地农业生产和生活引用为主，农业灌溉条件差，开采量小。 2 4 3 水库入库径流分析计算方法 根据工程建设方案的要求，对庄里水库坝址处的水库入库径流进行分析计算。 庄里水库坝址处附近，没有水文实测资料，拟建庄里水库坝址处无径流实测资料， 属无径流资料地区。坝址下游约2 0 k m 处虽然建有官庄水文站，但其控制流域面积为 6 6 3 k m 2 ，与庄里水库坝址以上控制流域面积相差较大，同时只有2 6 年的连续观测资料， 系列较短，也不能满足现行规范对径流调节计算的要求，无法利用其径流观测资料进 行庄里水库的径流分析计算。 拟建庄里水库流域以外西北部相邻地区的岩马水库，属南四湖城郭河流域，地理 位置与庄里水库相邻，水文气象条件与庄里水库基本一致。下垫面地型地貌条件也相 近。岩马水库流域面积3 5 7 k m 2 。其流域处在南四湖湖东地区郭河的上游。根据山亭站、 岩马水库站1 9 6 1 - - 2 0 0 6 年同期实测降水量统计计算，岩马水库多年平均降水量 7 5 5 5 m m ，山亭站多年平均降水量为7 6 9 4 m m ，两站多年平均降水量十分接近。岩马水 库建成后自1 9 6 4 年起，水库水文观测记录资料比较完善。本论文中，庄里水库坝址处 9 山东大学工程硕士学位论文 的入库径流资料，根据岩马水库入库径流资料还原，采用水文比拟法进行分析计算。 2 4 4 径流分析计算采用系列 岩马水库建库后1 9 6 4 年开始有较详细完善的观测资料，本次径流分析系列采用 1 9 6 4 - - - 2 0 0 5 年( 水文年度) 的资料，共4 2 年。 岩马水库的历年逐月入库径流量分析计算中，根据水库水文年鉴刊布记录资料及 水文调查资料，采用水量平衡方程式经还原求出。 入库径流计算公式为： w = w 出a w + wm a + w 蒸发 ( 2 - 1 ) 式中：w _ 水库现状入库径流量( 万m 3 ) ； w 出实测出库水量( 万岔) ； w 水库蓄水变量( 万m 3 ) ； w 渗囊渗漏损失水量( 万m 3 ) ； w 蒸发一蒸发损失水量( 万m 3 ) 。 按上式计算，并取计算时段t 为月，即可求得岩马水库历年逐月入库径流。 岩马水库1 9 6 4 - - 2 0 0 5 年历年还原入库径流系列见表2 4 - 1 。 1 0 寸 一 卜寸寸- n 心旧n卜口 一 吼寸 。寸 一 廿 ov 、 讥 n一 i n 寸 。 乱 一 n卜卜n n心西卜 i ，、 岔 n寸 一 n寸凸n口n一口卜ni nn o岔 o a一o弋中卜寸 n 一 寸 n一 o nn ni n n卜 卜 铺 onp 1n n寸口卜、o o卜寸n卜卜o卜、 一 一 一 v 、 n一 一一一一一一 一 i nnnl ，、寸l n t -n n寸 nnt n 一 一 n n一寸也卜0 0 西 卜 寸n 一 o卜 n。 一n nnn nn n 叹 、o 一 o一n 寸 卜 一 t - 卜 v 、 一 n 一 nn n n n昏o寸n l n c o l ，1寸n 一一 np 、 寸 o 寸oo寸 i n 寸、 np 、 乱n n 中 o o一 哎 n ，、 一一 i nno一寸t l寸卜 o tnn 寸n u 、n o r 、 卜n n a 一 o卜i no 卜 中 一 l n 、o 一nni n 一一 n 弋ri ，、 一 寸 寸 nnn o n 。 寸o寸 - _ 一 o 一 卜 v 、 、 卜 _ n n 寸 皿 。n、岔 卜中n i n ni n 一 n昏 乱 t n 一寸寸 卜a p 1 i n on n n 一 n寸i ，1 n 乱甘 v 、 口n n n一 n 一一 t n 一 n 一 卜n 一 吸 一 一 o卜、卜o o n- n、oa no寸 h _寸 l n凸 寸n n 一 h卜 小也 h o o n一n寸 i ， 卜 i n昏i ，l o 寸 一 卜 寸 n h卜hn 一 _ _ h i n hc r l 一 ，_ 中 一一 f _ 西卜nh 卜 h 心n u 1寸n 凸 寸1 寸心岭岔 口c _ 、 卜 n i n卜 寸 n寸n 田 n n l n 吣 卜 hn oho 寸 。 一 n寸 一 n一 i no o nna 岔卜 hn- _ 一 寸 寸 一一一 - - n寸 h nh h _ 寸 叹 n仓 卜 、o 寸 o o l n 小 寸心卜岔 一 寸a卜 f r 、 卜卜 n ”卜a o寸 。 - 一 h 岭 _ 一 i n 寸 ov 、a寸 卜 卜 一 。 n一 ni n卜 一 、 h 卜 hhh 卜 h _ _ 一 一 一一一 n、o- n - 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