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土木工程畢業(yè)論文-引湑濟(jì)黑工程的必要性與可行性初探
摘要：西安市屬于資源性缺水地區(qū)，西安市區(qū)缺水尤為嚴(yán)重，需要繼續(xù)做好區(qū)外調(diào)水的準(zhǔn)備。本文提出的引湑濟(jì)黑工程將進(jìn)一步補(bǔ)充市區(qū)供水水源，文中對引水的必要性及可行性做了探討，并針對兩種引水方案具體分析、計(jì)算了可調(diào)水量。關(guān)鍵詞：引湑濟(jì)黑工程 跨流域調(diào)水 可調(diào)水量 水資源調(diào)配是針對我國水資源在空間上（地區(qū)間）與時(shí)間上（年、季間）天然分布和分配極端不均性，在空間上是從有余水或有余水潛力的地區(qū)向缺水的地區(qū)調(diào)水，時(shí)間上則包含對水資源的調(diào)蓄。進(jìn)行區(qū)域水資源調(diào)配的意義就在于它是針對缺水區(qū)的供需矛盾和因缺水帶來的環(huán)境與生態(tài)問題而采取的一種重要對策。 本文中探討的引湑濟(jì)黑工程，是將秦嶺南麓漢江支流湑水河上游部分徑流量引至秦嶺北麓渭河支流黑河的跨流域調(diào)水工程。本文所選方案，水源調(diào)出區(qū)水資源豐富，流域內(nèi)用水量小，開發(fā)利用程度很低且與調(diào)入?yún)^(qū)同轄于西安市周至縣，調(diào)水距離短，工程量小，投資少，跨流域卻不跨行政管理區(qū)調(diào)水，可避免水權(quán)之爭，便于協(xié)調(diào)和管理，現(xiàn)實(shí)可行。此外，該工程可以作為陜西省水資源優(yōu)化配置計(jì)劃中的引湑濟(jì)黑工程的一期工程實(shí)施。 1工程建設(shè)的必要性 1.1西安市水資源開發(fā)利用現(xiàn)狀 西安市水資源不夠豐富，屬于資源型缺水地區(qū)。境內(nèi)除秦嶺南部漢江流域內(nèi)的湑水河，洵河以及直接流入黃河的南洛河外，大部分河流屬于黃河流域渭河水系。西安市多年平均自產(chǎn)地表水資源量為21.78億m3，多年平均地下水資源量為17.27億m3，扣除地表水和地下水之間的重復(fù)量12.39億m3，全市水資源總量為26.66億m3，按全市現(xiàn)有耕地、人口計(jì)算，畝均水資源601.3m3/畝，人均水資源387.5m3/人，遠(yuǎn)低于全國和全省畝均及人均值。多年來，境內(nèi)地下水開發(fā)利用程度高，現(xiàn)已無大的潛力可挖，地表水資源開發(fā)利用程度低，但可開發(fā)量有限。2000年全市地表水開發(fā)利用量48217萬m3，扣除引水和客水7108萬m3，實(shí)際開發(fā)利用自產(chǎn)地表水資源30509萬m3，為地表水資源量的14％，全市地下水開發(fā)利用總量130062萬m3，為全市地下水資源可開采量15.48億m3的84％。為此，需進(jìn)一步調(diào)整城市供水結(jié)構(gòu)，增大地表水供水量，減少地下水開采量，涵養(yǎng)水源。 1.2西安市可持續(xù)發(fā)展對水資源的需求 西安市總面積9983km2，共轄新城、碑林、蓮湖、雁塔、未央、灞橋、閻良、臨潼、長安9區(qū)和周至、戶縣、高陵、藍(lán)田4縣。截止2000年底，西安市總?cè)丝?88.01萬人，其中非農(nóng)業(yè)人口285.79萬人，城市化水平41.54％。西安市優(yōu)越的地理位置，豐富的人文資源以及深遠(yuǎn)的歷史淵源，使其成為我國重要的科研、高等教育、高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)、旅游和商貿(mào)基地，是隴海蘭新地帶規(guī)模最大的中心城市。隨著全球經(jīng)濟(jì)一體化、區(qū)域集團(tuán)化的發(fā)展進(jìn)程，西安市經(jīng)濟(jì)日益向國際化方向發(fā)展，其發(fā)展態(tài)勢，是中國經(jīng)濟(jì)發(fā)展戰(zhàn)略重點(diǎn)西移和縮小東西差距的重要支點(diǎn)。在“九五”計(jì)劃中，西安市供水水資源系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)配研究作為一項(xiàng)子專題，有關(guān)專家、學(xué)者對其進(jìn)行了深入的研究。在研究中，經(jīng)對西安地區(qū)遠(yuǎn)景年2050年供需平衡分析，預(yù)測至2020年，考慮當(dāng)?shù)亻_源節(jié)流與區(qū)外調(diào)水情況下，西安地區(qū)將缺水1.5952億m3，隨著工農(nóng)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展，特別是由于工業(yè)需水的增加，2020年～2030年，水資源供需矛盾將重新出現(xiàn)，且更加嚴(yán)重，由于地區(qū)水資源承載力有限，在這一階段，水的問題將成為制約西安經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的主要因素。為此，為保證下一世紀(jì)西安經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展對水的需求，應(yīng)開源與節(jié)水并舉，同時(shí)應(yīng)繼續(xù)增加跨流域調(diào)水規(guī)模，增進(jìn)陜西省水資源的優(yōu)化配置。 1.3引湑濟(jì)黑與西安市市區(qū)需水 西安市市區(qū)人口集中，地表水資源量僅為0.47億m3，資源性缺水較為嚴(yán)重。供水水源包括地下水源和地表水源兩部分，地表水源有7處，主要以位于寶雞眉縣的石頭河水庫和位于周至縣的黑河為主要水源。2000年市區(qū)總供水量3.54億m3，其中，地表水2.07億m3，占總供水量的58％，黑河引水系統(tǒng)總供水量為1.79億m3，基本解決了中心城區(qū)的供需矛盾，但氵產(chǎn)河以東的紡織城、洪慶等外圍組團(tuán)的供水量不足，夏季高峰期，生活供水只能定時(shí)限量，工業(yè)生產(chǎn)勉強(qiáng)維持，同時(shí)，從現(xiàn)有地表水資源供水措施及需水保證率來看，中心市區(qū)仍需提前做好區(qū)外調(diào)水的前期工作以緩解供需矛盾。 漢江支流湑水河部分徑流屬于周至縣地表水資源，開發(fā)利用程度很低，引湑濟(jì)黑工程的建設(shè)將進(jìn)一步開發(fā)西安市地表水資源，提高其有效利用率，補(bǔ)充市區(qū)供水水源，增強(qiáng)供水保證率，有助于緩解供需矛盾。
2工程建設(shè)的可行性
2.1湑水河流域概況 漢江是長江最大的一級支流，漢江在我省境內(nèi)的流域面積為59110km2（占總面積37.1％），多年平均徑流量264億m3，流域北岸為秦嶺南坡，支流眾多，褒河、湑水河、子午河等較大支流多發(fā)源于石泉以上的秦嶺山區(qū)，而且源遠(yuǎn)流長，河網(wǎng)密度大。漢江支流湑水河，發(fā)源于秦嶺南麓陜西省周至縣境內(nèi)的光禿山，流經(jīng)周至、太白、洋縣、城固等縣。于城固?hào)|南7km的漢王城注入漢江，全長167.5km，流域面積2340km2，河道平均比降1.26％，多年平均流量37.6m3/s（11.9億m3），落差1636m，該流域面積為10m2以上的河流共有32條，受大氣環(huán)流、緯度及地形影響，降水量有北向南遞減，徑流亦由北向南遞減。湑水河徑流主要來源于降水，并有季節(jié)性融冰和融雪補(bǔ)給，徑流的年際、年內(nèi)變化，與降水的變化趨勢基本一致，汛期集中在5～10月，該流域升仙村水文站（集水面積2143km2）1956～1980年間多年平均年徑流量為10.94億m3，變差系數(shù)Cv為0.45，20％、50％、75％及95％各頻率的年徑流分別為14.44、9.84、7.33、5.4億m3.該流域高山區(qū)由中生界花崗巖組成，巖性較堅(jiān)硬，中山區(qū)由石英巖、大理巖、黑云母花崗巖、云母片巖等組成。 2.2可調(diào)水量分析 引湑濟(jì)黑是實(shí)現(xiàn)水資源優(yōu)化配置的工程措施，為此，在興建之前必須慎重研究，進(jìn)行科學(xué)比選�？烧{(diào)水量是反映跨流域調(diào)水后水資源優(yōu)化配置的綜合指標(biāo)，既要考慮調(diào)出區(qū)的可能，對調(diào)出區(qū)的生態(tài)環(huán)境不會(huì)造成不可彌補(bǔ)的影響，又要考慮調(diào)入?yún)^(qū)的有效利用，是比較復(fù)雜的資源優(yōu)化配置問題，能否客觀、科學(xué)地確定可調(diào)水量，不僅直接影響跨流域調(diào)水工程的決策，對工程規(guī)模和運(yùn)行管理也十分重要。鑒于可調(diào)水量是調(diào)水工程可行性的關(guān)鍵問題之一，本文擬定兩種調(diào)水方案，分別對湑水河部分流域進(jìn)行可調(diào)水量分析。本文所說的可調(diào)水量，是指可供水河流的河川徑流量，在扣除當(dāng)?shù)赜盟秃拥纼?nèi)環(huán)境用水后可能向城市提供的水量。
湑水河流域水資源量應(yīng)包括河川水資源量和地下水資源量，由于兩種方案中所擬選的調(diào)水流域均地處山地高原，取水口高程在1600m以上，河流切割深，淺層地下水已作為河川基流排入河道，故認(rèn)為河川徑流量就等于水資源總量。又因所選流域人煙稀少，現(xiàn)無水利建設(shè)，無工業(yè)生產(chǎn)，人類活動(dòng)對流域徑流影響幾乎可以不予考慮，所以此處的水資源量計(jì)算不考慮徑流還原，以計(jì)算徑流代表天然徑流進(jìn)行分析研究。經(jīng)過對所選流域水文資料的分析、計(jì)算，可得兩種方案相應(yīng)的分析計(jì)算結(jié)果如下： 方案一，選擇老縣城下游松樹坪處為引水?dāng)嗝妗? 理由有3：其一，考慮到湑水河上游段老縣城處地勢平整，有利于建壩蓄水，且居于此地的居民只有10余戶，移民問題很容易解決；其二，從該處引水到秦嶺北麓黑河流域的秋茅子溝，穿越秦嶺的隧洞長度較短。其三，該部分流域面積不大，但水量豐富。根據(jù)1/50000地形圖，經(jīng)計(jì)算，該流域總面積約為63.9km2，沿湑水河干流河長約為11.4km，引水?dāng)嗝嫣幐叱碳s為1727m，引水?dāng)嗝嬷?.01km處有支流匯入。引水至黑河流域秋茅子溝高程約1700m處所需開挖隧洞長約為3km.流域多年平均年徑流量為0.256億m3，扣除河道生態(tài)環(huán)境用水量31.97萬m3，引水?dāng)嗝娑嗄昶骄烧{(diào)水量約為0.252億m3. 方案二，選擇都督門下游段與爛店子上游段之間一處作為引水?dāng)嗝妗? 與方案一相比較，該方案流域匯流面積較大，匯入支流沿干流河長集中增多，水量更為豐富。但從該引水?dāng)嗝嬉梁诤恿饔蚯锩┳訙�，穿越秦嶺的隧洞長度增加不多。經(jīng)計(jì)算，該流域總面積約為125.3km2，沿湑水河干流河長約為15.9km，引水?dāng)嗝嫣幐叱碳s為1660m，引水?dāng)嗝嬷?.25、3.07、3.83km處分別有支流匯入。引水至黑河流域秋茅子溝高程約1640m處所需開挖隧洞長約為5.8km.流域多年平均年徑流量為0.501億m3，扣除河道生態(tài)環(huán)境用水量63.07萬m3，引水?dāng)嗝娑嗄昶骄烧{(diào)水量約為0.495億m3. 由以上計(jì)算結(jié)果可知，兩種方案中水量調(diào)出流域的多年平均年徑流量分別是湑水河多年平均年徑流量的2.3％和4.6％，故，即使將斷面以上水量全部調(diào)走，也不致影響其下游工農(nóng)業(yè)發(fā)展的需水量。因所需建水庫庫容較小，且地處山地高處，水庫蒸發(fā)滲漏損失很小，因此，工程可調(diào)水量主要取決于斷面下游河道的生態(tài)環(huán)境用水量，以保持引水口以下河流生態(tài)系統(tǒng)的生物多樣性和改善環(huán)境質(zhì)量，在本文中，參考有關(guān)研究成果，擬以p＝95％的10d最小枯水流量為標(biāo)準(zhǔn)來計(jì)算的。 2.3施工可行性 據(jù)實(shí)地調(diào)查及資料分析，該調(diào)水工程從施工條件及筑壩技術(shù)方面而言，均屬可行，此外國內(nèi)外長隧洞施工，已有豐富經(jīng)驗(yàn)，我國建成5km以上的輸水隧洞已由若干條，故隧洞施工方面也不存在難以解決的困難。 總之，在引湑濟(jì)黑工程可行性分析過程中，本文從經(jīng)濟(jì)合理，技術(shù)可行、環(huán)境容許的原則入手，來追求跨流域調(diào)水效益的。需特別說明的是，該擬選方案與陜西省水資源優(yōu)化配置計(jì)劃中的引湑濟(jì)黑工程方案是完全不同的，所選方案，工程量小，投資較少，現(xiàn)實(shí)可行。 參考文獻(xiàn)： [1]水利部西北水利科學(xué)研究所。關(guān)中地區(qū)水資源優(yōu)化配置研究報(bào)告[R].1999.3 [2]西安工程學(xué)院，西安理工大學(xué)。西安市供水水資源系統(tǒng)優(yōu)化配置研究報(bào)告[R].1999.4 [3]王海成。西安市水資源開發(fā)利用潛力分析[D].西安理工大學(xué)，2002.1. [4]陜西省水利廳南水北調(diào)考察組。陜西省兩江聯(lián)合調(diào)水工程初步方案意見[R].1997.2 [5]陜西省漢中地區(qū)水電局。漢中地區(qū)實(shí)用水文手冊[R].1982.6.
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