内蒙古赤峰市三座店水库城市引水规模的确定.docx

内蒙古赤峰市三座店水库城市引水规模的确定杨伟伟1吴铁华2齐云飞1赵丽丽1(11 辽宁省水利水电勘测设计研究院沈阳110006 ; 21 辽宁省水利厅沈阳110003)【摘 要】 三座店水利枢纽工程位于内蒙古赤峰市境内西辽河支流阴河的下游 , 为大 型 , 是一座以城市防洪和供水为主 , 兼顾生态 、农业 、灌溉用水和发电等综合利用的大型水利枢纽工程 , 坝址距赤峰市城区 35 km 。赤 峰市城区用水现状全部取用地下水 , 现有供水工程只能满足现状用水要求 , 缺水将严重影响到赤峰市城市的发 展和人民生活水平的提高 , 赤峰市规划从三座店水库取水 。【关键词】 内蒙 三座店水库 赤峰市 城市引水【中图分类号】 tv2131 4 【文献标识码】 a 【文章编号】 1672 - 2469 (2007) 07 - 0024 - 03水平较低的主要原因之一 。节水工作在该市显得尤为重要 。据调查 2000 年城市居民用水户装表率达 到了 89 % , 节水器具普及率达到了 84 % , 计划用水实施率为 90 % 。管网漏失率为 9 % 。城市污水处理率为 30 % 。现状节水相当于全国城市平均水平 。2000 年 赤 峰 市 城 市 工 业 用 水 重 复 利 用 率 为54 % , 万元产值新水量为 163 m3 / 万元 。其中主要 工业行业重复利用率为 621 8 % , 万元产值新水量为 137 m3 / 万元 。与全国相比 , 赤峰市工业用水重复利用率偏低 , 万元产值新水量相当于全国平均水 平 。赤峰市电力工业节水水平较高 , 2000 年总取水量 600 万 m3 , 发电量 31 2 亿度 , 单位产品取水 量 为 1871 5 m3 / 万 k w h , 同 时 期 内 蒙 古 为3451 7 m3 / 万 k w h , 全国平均为 4381 2 m3 / 万 k wh , 可见赤峰市现状工业节水水平较高 。 设计水平年为 2020 年 。城市工业需水预测采用分行业重复利用率提高法 , 并用用水年均增长率 和弹性系数法复核 ; 生活需水 、城市商品菜田预测 采用定额法 。经预测 , 2020 年 赤 峰 市 城 市 取 水 量 为 13775万 m3 。详见表 1 。 根据城市地下水可开采量和现有水源工程供水1赤峰市城市引水的必要性赤峰市是内蒙古自治区东部的重要城市 , 城市产业结构以能源和原材料工业为主 , 轻纺食品 、冶金 、建材 、化工 、制药等多种工业和第三产业协调 发展的 北 方 大 城 市 ( 城 市 非 农 业 人 口 为 531 2 万 人) , 在内蒙古自治区社会经济发展中具有重要地 位 。赤峰市城区现有供水水源均为地下水源 , 现有 水源工程的取水能力 为 361 6 万 t / d , 其 中市 政 水 源 131 0 万 t / d ; 工业自备水源 171 2 万 t/ d ; 生活分 散水源 01 3 万 t/ d ; 城市商品菜田水源 61 1 万 t/ d 。2000 年城区总取水量为 8820 万 m3 , 其 中 生 活取水量为 1830 万 m3 ; 工业总取水量为 4760 万 m3 ; 城市商品菜田总取水量为 2230 万 m3 。赤峰市城区人口密集 , 工矿企业集中 , 用水量 也大 , 按水文地质资料分析 , 赤峰市城区地下水可 开采量为 9268 万 m3 。现状 2000 年城区的总取水 量 8820 万 m3 全部为地下水 。现状供需基本平衡 , 但部分地区已出现超采现象 。现有供水工程只能满足现状用水要求 。所以该区域未来资源性缺水和工 程性缺水已成定局 , 缺水将严重影响到城市的发展 和人民生活水平的提高 。赤峰市按规模而言属于大城市 , 其人均日生活 综合用水量仅为 80l / 人 d , 缺水是造成城市生活24 作者简介 : 杨伟伟 ( 1968 年 - ) , 女 , 高级工程师 。规划战略水利规划与设计2007 年第 1 期情况进行供需分析 , 以优先利用地下水为原则 , 以赤峰市中心城区及近郊区的地下水可开采量 9268万 m3 作为最大可供水量 , 按各水平年赤峰市需水 情况 , 2020 水平年缺水 4507 万 m3 。表 1 不同水平年赤峰市城市需水量表定 , 内蒙古自治区水利厅内水电管 2006 3 号文批准开工 , 水库的主要任务是防洪 、城市供水 , 灌 溉并兼顾发电 , 其中城市供水任务是在设计水平年2020 年供赤峰市 4745 万 m3 ( 131 0 万 t / d) 。正常 蓄水位 724 m , 汛期 防洪 限 制 水 位 722 m , 死 水 位707 m , 总库容 31 052 亿 m3 。三座店水库城市引水规模的确定331 1 三座店水库概况三座店水利枢纽工程坝址在赤峰市松山区初头 朗镇三座店村上游 01 5km 处 , 距赤峰市城区 35km , 控制流域面积 2842km2 , 水库为大型 , 是一座以城 市防洪和供水为主 , 兼顾生态 、农业 、灌溉用水和发电等综合利用的大型水利枢纽工程 , 主要任务是 提高位于枢纽下游 35km 处的赤峰市的防洪标准以 及向赤峰市供水 。主要建筑物 (主坝 、副坝 、泄洪 冲砂洞 、溢洪道及供水兼发电引水系统进口) 设计 洪水标准为 500 年一遇 , 校核洪水标准为 5000 年一遇 ; 供水兼发电引水隧洞及电站厂房设计洪水标准 为 30 年一遇 , 校核洪水标准为 100 年一遇 。三座店水利城市供水工程取水头部在水库大坝 左岸泄洪冲沙洞上游电站进口取水塔 , 与电站小机 组尾水池 相接 。为满 足 城市 供水 要 求 , 获 取优 质 水 , 采用分 层供 水方 案 。进水 口采 用四 层 塔式 取水 , 进水口高程分别为 6991 3 、7061 3 m 、7121 3 m 、7181 3 m , 竖井底高程为 6961 3 m 。31 2 三座店水库城市引水规模对三座店水库所在的英金河流域进行水利调节 计算 , 年 径 流 采 用 1956 年 2000 年 45 年 系 列 ;计算方法采用长系列时历法 ; 三座店水库库容曲线 采用淤积 20 年后的库容曲线 ; 水库多年平均蒸发 渗漏损失深度 11 48 m , 日均损失水深 31 9 mm ; 城 市供水保证率 95 % , 初头朗灌区 、生态林供水保 证率 75 % , 其 他 农 业 ( 旱 田) 供 水 保 证 率 50 % ,工业回归水按 60 %计 ; 当水库向下游河道放流 (补 农业及生 态林) 流量 小于 01 283 m3 / s 时 , 水 库 需 放流使河道流量达到 01 283 m3 / s , 满足河道内环境 用水要求 ; 严格按照 “三座店水库初步设计报告” 成果安排三座店水库供水任务 。根据上面计算原则对英金河流域 2020 年水平年 自上而下逐个计算分区进行平衡计算 。三座店水库坝址处多年平均天然径流量 14052 万 m3 , 2020 年水平年上游多年平均用水量 2285 万 m3 , 净入库水量为 11846 万 m3 。水库多年 (下转第 54 页)25 城市供水工程是城市发展的保障基础 ,如果不新增城市供水工程 , 城市缺水将越来越严重 , 水资源贫乏已经严重地制约了赤峰市国民经济的可持续 发展 。为了解决赤峰市水资源供需矛盾 , 必须建设 城市供水工程设施来保证足够的需水要求 。因此 ,赤峰市建设新的水源工程是十分迫切和必要的 。赤峰市城市水源的选择221 1地下水水源开发潜力分析在赤峰市城市所在的英金河 10526 k m2 范围内 , 平原区地下水资源可开采量 12422 万 m3 , 虽然可 开采量 大 , 但是 分布 的面 积 广 。具 体分 析每 条 河流 , 地下水资源可开采量不满足城市需水要求 , 或 可开采量满足要求但不适宜集中开采作为城市供水水源 , 城市供水水源建设只能由地表水解决 。21 2地表水水源开发潜力分析赤峰市城市位于英金河流域 ,集雨面积大 ,超过 1000 k m2 的一 、二级支流就有 4 条 , 其中阴河流域超过 5000 k m2 , 锡箔河超过 4000 k m2 。英金河流 域地表水资源量 51 18 亿 m3 , 其 中阴 河 流域 21 96 亿 m3 , 锡 箔 河 流 域 11 52 亿 m3 , 召 苏 台 河 流 域01 39 亿 m3 。召苏台河流域水资源总量满足不了城市需水要求 , 锡箔河虽然水资源量满足要求 , 但是 通过勘察 , 没有合适的地形 、地质条件 。阴河的西 路嘎河上游建有二道河中型水库 , 再没有合适的库 址 , 而阴河干流地表水资源 11 67 亿 m3 可以开发 , 又有合适的库址位置 , 因此 , 在阴河干流修建三座店水库作为城市供水水源 , 有着得天独厚的水资源条件和工程建设条件 。 三座店水利枢纽工程位于内蒙古赤峰市境内西辽河支流英金河的下游 , 是列入松花江和辽河流域 规划和赤峰市城市防洪 、供水规划重点骨干工程 。水库主要承担赤峰市的城市防洪 、供水及下游生态 农业灌溉任务 。三座店水库 于 2004 年 12 月 经 国 家 发 改 委 审水平年生活工业小计城市商品菜田合计20001830476065902230882020204198769011888188713775设计与施工水利规划与设计2007 年第 1 期水后最大沉降达到 158c m , 约为坝高的 11 5 % 。与硬岩剖面 相比 , 为硬 岩 剖面 最 大 沉 降 的 31 88 倍 ,相差悬殊 。水库蓄水后上游垫层料坡面的最大法向 位移 达 到 78c m , 面 板 的 法 向 变 形 也 预 计 达 到45cm 。水库蓄水过程 在 水荷 载的 作用 下 , 产 生 较大的变形 , 对面板及其接缝止水的可靠性不利 。对 461 6 %采 用 板 岩 料 剖 面 的 计 算 结 果 表 明 ,坝体变形介于硬岩剖面和软岩剖面之间 , 蓄水至正 常蓄水位时 , 坝体最大沉降为 93c m , 约为坝高的01 88 % 。下游堆石区的水平位移大于上游堆石区 ,最大水平位移位于次堆石区 , 达到 37cm , 水库蓄 水过程在上游坝坡处产生的两方向的最大位移增量 达到了 11c m16c m 左右 。水库蓄水后上游垫层料坡面的最大法向位移达到 34c m , 面板的法向变形预 计在 16cm 。方案三在充分利用软岩筑坝的原则下 , 较好的最大横剖面在坝体竣工时的沉降约 87c m , 蓄水至正常蓄水位 445 m 高程时 , 沉 降 约 88c m , 最 大水平位移为 301 9c m , 比二维有限元计算结果偏小 , 面板的顺河向位移和沉降约在 35cm37cm 左 右 , 比二维有限元计算结果偏大 。结论3根据本工程的地质地形迹水工建筑物布置的特点 , 对大坝剖面进行三维有限元优化计算 , 针对全 硬岩 、70 %的料采用板岩料 、461 6 %的料采用板岩 料三种大坝剖面分别进行优化计算 , 对白沙面板堆 石坝进行三维有限元静 、动力分析 , 并对主断面进 行了二维有限元静 、动力分析 , 评价了坝体在正常 蓄水位和 8 度地震的安全性 。分析结论如下 :三维有限元动力分析的结果表明 , 坝体三个 方向的加速度放大倍数以水平顺河向的值最大 。由 于面板的约束作用 , 上游坡的略低于下游坡的值 。 在坝基与坝体中 , 对于土石坝动力破坏起主要作用的动剪应 力 多 处 于 01 1m pa 的 量 级 , 对 于 碾 压 密 实 、抗剪强度很高的堆石来说 , 属于较低的水平 。采用瑞典圆弧法对面板坝的下游坝坡进行了 滑弧计算 , 得出的滑坡安全系数为 11 08 满足 水 工建筑物抗震设计规范的规定 。面板在正常蓄水位和 8 度地震共同作用下 ,由 c20 混凝土浇筑的面板是安全的 。从坝体加 速 度放大倍数 、面板顺坡向动应力的分布看 , 坝体对 地震作用的放大效应是比较明显的 。在对上述三种剖面分别进行计算筛选后 , 由 于地形限制了大坝剖面坡度的放缓 , 限制了软岩料的加大使用 。最终确定了软岩放在坝轴线以后 , 下 游校 核 洪 水 位 以 上 的 剖 面 , 其 中 板 岩 堆 石 料 约解决了上游坝面的变形控制问题 ,板提供一个相对较好的支撑条件 ,21 7大坝三维计算成果能够为混凝土面可以采用 。计算网格 。三维计算剖 面 采用 461 6 %采 用板岩料剖面 (见图 3) , 几何模型自左坝头 0 - 110 断面至右坝头 0 + 120 断面 , 共划分了 12 个断面 , 三维计算模型有 33548 个单 元 , 7912 个 节点 。加 载过程为简单加载 , 即坝体全断面填筑至坝顶 , 然后浇筑面板 , 水库蓄水至正常蓄水位 445 m 高程 。计算结果 。坝体三维计算结果见表 3 。表 3 坝体三维计算结果1151 90 万 m , 全部利用开挖料 ,