新能源又稱非常規能源。是指傳統能源之外的各種能源形式。指剛開始開發利用或正在積極研究、有待推廣的能源,如太陽能、地熱能、風能、海洋能、生物質能和核聚變能等。
長期以來,在中國對於「新能源」的定義存在著比較含混,范圍不夠清晰的問題,人們對於「新能源」的認識存在著一些爭議,一些定義存在著過於狹義化趨勢。所謂「新能源」,確實包涵著狹義化和廣義化的兩層定義。關鍵是「新」字的界定對象,這個「新」主要是想區別於傳統的「舊」能源利用方式和能源系統,我們以為這個「新」不僅區別於工業化時代的以化石燃料為主的能源利用形態,而且區別於舊式的只強調轉換端效率,不注重能源需求側的綜合利用效率;只強調經濟效益,不注重資源、環境代價的傳統能源利用理念。
目前對於新能源的狹義化定義,主要是將新能源局限在可再生能源技術之中,客觀的說,僅僅談可再生能源,而不強調「新」與「舊」的本質區別,將會嚴重束縛我們的創造性和新能源自身的健康發展。嚴格地講,可再生能源不是新的能源利用形式,在人類進入工業革命以前,是沒有大規模利用化石能源的,自我們的祖先開始利用火之後,數十萬年來,可再生能源一直支撐著人類的文明進程。它是最古老的能源利用方式,只是今天當人類無法承受化石能源所帶來的環境和資源的巨額代價時,我才重新賦予可再生能源以「新」的含義,它的新不在於它的形式,而在於它在今天對於環境和資源的新的意義。然而,對於環境和資源的新的意義能源利用方式不僅僅局限在可再生能源技術。
為了不斷滿足日益增強的能源需求,工業時代的基本法則是「規模效益」,生產形態同時強調社會分工的細化。在細化分工之後,要想提高能源的轉換效率,唯一的方法就是不斷擴大生產規模。因為所有的效率評價僅僅基於單一產品的轉換端,而不能從能源利用的終端進行綜合評價和系統優化。這種傳統的能源生產利用形態,必然導致企業不斷擴大能源轉換裝置的規模,不斷大量消耗能流密度高的資源,同時造成污染物的集中排放。在電力方面的主要表現是:「大電網、大電廠、超高壓」;在熱力行業是追求:大型熱力廠、大型管網系統等。
傳統能源生產利用形態造成了一系列的問題,首先是終端能源利用效率無法提高,轉換系統加大,輸送能源的電網、熱網、鐵路、管網等都要加大,中間損失自然會增加;其次是必須大規模利用資源,一方面造成小規模的資源被忽略或浪費,另一方面被資源的規模所局限,造成利用資源供應瓶頸;之三是由於效率無法提高,導致環境污染加劇。特別是集中排放二氧化硫造成酸雨問題和大量排放溫室氣體導致全球變暖。全球溫度升高,造成極端氣候變化頻發,不是酷暑就是嚴寒,又進一步加大了能源的消耗,整個能源系統和生態系統同時陷入惡性循環。這種規模化的能源大生產格局,無法調動社會和民眾的積極性來參與節約和優化能源系統,使能源的經營者成為孤家寡人和眾矢之的。因此,人類需要在能源問題上尋找到一條新的出路,需要有多種新的能源轉換利用形態,建立多個新的能源供應系統,來解決人類文明的動力問題,這就是我們所說的「新能源」將新能源狹義化而桎梏在可再生能源的狹小區間,是對新能源的曲解,其中也反映了傳統能源經營者對於新興能源形態可能構成的挑戰的擔憂。將新能源狹義化可以使新能源無法達到整合目的,難以形成協同效應,永遠只能成為傳統能源形式的「補充」,也就不可能對傳統能源經營者的利益格局構成真正意義上的威脅,能夠確保他們既得利益的長期穩定合不斷增值。
然而,「長江後浪推前浪」是歷史的規律,新的技術必然要替代落後的生產方式,這是不以人們意志為轉移的。蒸氣機代替牛馬,內燃機代替蒸氣機,新的能源體系和由新技術支撐的能源利用方式、以及新的能源利用理念最終會替代傳統的能源利用方式。所以,新能源的關鍵是針對傳統能源利用方式的先進性和替代性。由此分析,廣義新能源將主要包涵了以下幾個方面:1、高效利用能源;2、資源綜合利用;3、可再生能源;4、代替能源;5、節能。
1、高效利用能源
目前中國的能源綜合利用效率為35%左右,丹麥的能源綜合利用效率超過60%,而且丹麥經過分析研究,認為該國的能源利用效率最少可以再提高20%。盡管這中間存在著統計口徑問題,但是丹麥是全世界公認的已經實現能源與環境可持續發展的國家,是全球的一個樣板。丹麥的第一個經驗就是改變傳統的能源生產利用形態,打破行業分工局限,對能源的利用已經實施了「溫度對口,梯級利用」,加大了能源的整合優化利用空間,有效提高了資源的綜合利用效率。
熱電聯產雖然是一種傳統的能源技術,但在丹麥得到了非常廣泛應用和高度的重視,並賦予它可持續發展的新含義。到目前為止,丹麥沒有一個火力發電項目不供熱,也沒有一個工業供熱鍋爐不發電。通過化石燃料轉換能源的綜合利用效率一般超過70%,是提高全社會能源利用效率的重要技術。丹麥的熱電聯產燃燒利用多種燃料,秸稈、垃圾、天然氣和煤炭等資源,基本上是有什麼燒什麼,什麼便宜燒什麼,能源綜合利用效率60%是依靠熱電聯產對能源實現梯級利用實現的,從60%再往上增加主要依靠可再生能源實現(利用不增加溫室氣體的燃料,不計算其消耗的能量)。工業化國家在發展熱電聯產的同時,由於燃料結構向氣體化和非礦物燃料轉化,熱電聯產的規模也越來越小型化,多功能化。這種小型、微型的熱電聯產被國際上稱之為——分布式能源。它的優點是靠近需求側,將輸送損耗降至最低,並充分利用了低品位的熱能,將燃料燃燒溫度的利用空間進一步擴大,有效實現了「分配得當,各得其所,溫度對口,梯級利用」。因此,分布式能源的能源綜合利用效率將提高到80%~90%,而下一步的發展趨勢是將分布式能源燃燒後的廢煙氣供應植物大棚,一方面進一步吸收利用能量,另一方面減少二氧化碳的排放,實現全能量的利用。國際分布式能源聯盟的主席在不久前訪問北京時,面對中國政府的一些官員大惑不解地說:我不明白為什麼在中國會認為燃煤熱電聯產不屬於分布式能源,在全世界凡事所生產的能源能夠被直接或間接就地利用的能源設施,其能源綜合利用效率高於傳統能源分產方式的系統,都應該被認為屬於分布式能源。如果按照這一判斷,中國的熱電聯產裝機容量超過5000萬千瓦,其中屬於就近綜合利用能源的項目不少於4000萬。
分布式能源技術對能源的利用方式與傳統的能源利用存在很大的區別,它不再追求規模效益,而是更加註重資源的合理配置,追求能源利用效率最大化和效能的最優化,充分利用各種資源,就近供電供熱,將中間輸送損耗降至最低。由於小型化和微型化,使能源需求者可以根據自己對於多種能源的不同需求,設置自己的能源系統,調動了終端能源用戶參與提高能源利用效率的努力。分布式能源可以和終端能源用戶的能源需求系統進行協同優化,通過信息技術將供需系統有效銜接,進行多元化的優化整合,在燃氣管網、低壓電網、熱力管網和冷源管網上,以及信息互聯網路上實現聯機協作,互相支持平衡,構成一個多元化的能源網路,使能源供應與能源的實際需求更加匹配。所以也有國家認為分布式能源是信息能源系統的核心環節,並稱之為:第二代能源系統。對於傳統能源形式,分布式能源毫無疑問是一種新型的能源生產利用形式,是信息時代能源技術的核心。它不僅是一些傳統能源技術的集合,也是全新的能源綜合應該系統。
目前,國際能源技術發展的一個重點,也是分布式能源未來最主要的技術方向之一,這就是「燃料電池」技術。燃料電池的能源利用效率更高,污染更小(可以在能源轉換現場實現零排放),理論上燃料電池使用的是氫能,屬於可再生能源。但自然界中可以直接利用的氫根本不存在,氫能屬於二次能源,制氫需要其他外部能量實現。利用太陽能和風能制氫,或者利用生物細菌制氫,還僅僅停留再理想或試驗階段,缺乏廣泛的經濟性和可操作性。現實的技術方向還是如何利用天然氣、煤氣化、甲醇、乙醇等能源,特別有前途的是利用廢棄地下煤炭資源進行地下可控氣化再制氫技術。燃料電池不僅可以解決人類發展的電力難題,同時也可以解決對於石油的替代難題。雖然,就燃料電池技術本身應該屬於新能源,但是大多數燃料電池將不會依賴於可再生能源。此類例子非常之多,他們都是立足於新技術、新工藝,或者新理念構架的新型的能源利用技術,雖然不是可再生能源,但是針對傳統的大規模分離生產的能源系統而言,大大提高了能源的綜合利用效率,有效減少了污染的排放。
2、資源綜合利用
中國和世界,每天有著大量資源沒有能夠被綜合利用,不僅浪費資源,而且污染環境。城市污水處理廠和垃圾塡埋場的沼氣、礦井瓦斯、煉焦和煉鋼的可燃性廢氣、工業廢熱、余壓等資源都可以轉換成為能源,特別是電力。這些資源的特性是分散、資源量小,對於大規模商業化開發利用是沒有價值的,但是對於一些先進的小型模塊化能源轉換設備,卻大有用武之道。對於這些技術,我們不得不將其歸入新能源技術,但是它所消耗的卻不是可再生能源。
中國每年在礦井中因為各種事故而喪失數以千計礦工的生命,其中最大的殺手是瓦斯爆炸,瓦斯的主要成分是甲烷,與天然氣沒有什麼差異,僅僅是濃度有所降低。瓦斯可以成為非常優質的能源,但是在煤礦開采中瓦斯的產量是有限的,不可能支持大規模的利用技術,只能參與分布式解決方案,就近利用瓦斯發電,就近並網銷售電量,就近利用所發電能。我們可以給生物質發電每千瓦0.25元的補貼,為什麼不能同樣給予瓦斯發電呢?相比之下,生物質發電可能沒有二氧化碳排放問題,但是瓦斯發電可以將溫室效應更強的甲烷氣體進行資源化處理,比生物質發電貢獻更大,因為甲烷的溫室效應比二氧化碳高24倍。此外,瓦斯利用還可以挽救無數生命。對此,我們誰能否認利用礦井瓦斯不是一種新的能源?
隨著城市化的進程,集中居住的城市居民製造和排放了大量的垃圾和污水,這些垃圾和污水中豐富的有機質可以製造大量的沼氣,或者轉換成有機和燃物質通過焚燒增加能源供應,同時實現垃圾的減量化目標,節約更多的土地,減少環境和水污染。對於這些不可再生資源的利用的工程,當然是增加了新的能源供應,它所供應能源的形式難道不是「新能源」嗎?所以,對於各種廢棄資源的再利用,以增加能源供應的形式都應該屬於新能源的范疇。
3、可再生能源
可再生能源當然是沒有爭議的新能源,它所涵蓋的范圍也是非常廣泛。實際上,國際間對於可再生能源的利用形式已經進行了全新的分類。今年春天,國際分布式能源聯盟在中國召開了一次年會,從世界各地與會的專家不僅包括熱電冷三聯供的企業和專家,更多的是可再生能源方面的企業和專家。對於那些集中大規模生產的可再生能源,例如:大型風力發電場、規模化的水能利用、以及一些國家准備進行規模化的太陽能利用以增加現有大型電力系統的能量供應的模式,均列入中央供能系統,或者稱之為集中能源系統。
與之相對應的另外一種模式也被稱之為:分布式能源。例如:樓宇式的光電、光熱和直接光能,以及儲光等能源利用系統,以減少對外部能源的消耗;水源、地源、空氣源、污水源和排氣源熱泵能量回收技術對於樓宇建築空調的能源供應系統;小型風力發電或光電系統對於獨立能源用戶的電力供應等。就近獲取能源,就近供應能源,因地制宜地利用可再生能源增加需求測能源供應的系統,都屬於分布式能源系統的范疇,其涵蓋范圍和內容極為廣泛。小型水電站被認為是典型的分布式能源系統,它在中國有4000萬千瓦的裝機容量,主要指10萬千瓦級裝機容量以下的水電站。這樣的小型水電設施主要通過較低壓力輸電系統對周邊地區進行電力供應,他們對於生態環境影響比較小,沒有溫室氣體排放,盡管是非常傳統的發電形式,但是屬於可再生能源,所以在新能源范疇中是應該涵蓋其中的。
4、代替能源
對於替代能源是否屬於新能源的問題,也是一個有意思的命題。從利用可再生能源替代化石能源的層面討論,替代能源當然是新能源。例如:利用秸稈替代煤炭;利用生物柴油或乙醇替代石油;利用太陽能熱水器替代電力或燃氣熱水器等。但是,在替代能源戰略中,往往存在利用一些較為豐富的資源,替代更為希缺的資源,例如:利用煤炭製造甲醇、二甲醚,或者直接煤制油來替代對於石油資源的過度依賴。
在替代燃料中,一些新型的煤制燃料也被專家們普遍稱之為新能源,二甲醚就是其中的一種。目前,一些專家積極發展綜合性煤化工技術,而且建議建造一些規模並非很大的煤碳資源綜合利用和梯級利用的「化工—煤氣—電力—熱能」多聯產系統,同時利用煤炭向城市供應各種煤化工產品,向城市電網供電,向城市工業區和採暖系統供應熱能,同時向城市燃氣管網供應煤氣或二甲醚燃氣,並將多於的二甲醚轉換成為液體燃料供應城市交通系統,最後將灰渣製造各種建築材料。這種多聯產工藝,以及所製造的二甲醚均應該成為新能源所接受的范疇。垃圾和廢舊塑料都不是可再生能源,但是利用他們製造石油的技術正在發展之中,利用廢棄資源製造石油這樣具有一定希缺性的能源的技術無疑也是新能源技術。所以,替代性能源也應該納入廣義新能源的總體范疇。
5、節 能
國際上稱節能為煤炭、石油、可再生能源、核能之後的第五能源。各國利用市場化機制,將節能作為增加能源供應的新的手段,將節約的能源變為「商品」,進行交易,並為節約者贏利。也有人將節能稱謂:「負瓦特」革命,即減少瓦特的革命。
目前,在發達國家能源服務公司(ESCo)極為活躍,他們通過能源合同管理機制幫助能源用戶改造、管理、運營能源系統,將節約的能源費用與用戶分享,從中贏取商業利潤,將節省下來的電力負荷出售給新的需求者,甚至還將減排的溫室氣體拿到市場上銷售。這些企業在金融市場上被非常看好,股票市值一路飆生,成為繼IT產業之後,全球金融市場的有一個閃光點。在美國、歐洲和日本,能源服務公司大量投資經營分布式能源系統,將生產的電力、熱力、冷能和衛生熱水銷售給周邊能源用戶。將一個能源用戶的廢棄能源回收後,銷售給另一個能源需求者,將節能構成一個巨大的產業進行經營。他們通過這種有效的經營,為社會節約了大量的能源和資源,也增加了整個社會的能源有效供應總量。
目前國內電力體系積極宣揚推廣的「電力需求測管理」(DSM),其實更加正確的說法應該是「能源需求測管理」,對用戶的能源系統進行綜合管理,實現綜合優化,使各種能源需求進行互補,使各個能源供應系統實現協同優化。在國外能源需求測管理實際上主要通過能源服務公司實現,而由於中國的電力系統實行行業壁壘的壟斷經營,所以自成體系,主要以鼓勵低谷用電和平衡負荷為目標。
鼓勵消耗低谷電力並不符合節約型社會要求的,也與國際發展趨勢不同步。但是,平衡電力負荷對於提高電力以及相關能源系統的效率,減少能源和資源浪費都是非常有效的方法。而這一努力的結果將會大量增加電力系統的供電能力,實現發電、輸電、配電、供電資源效益最佳化。因此,這是一種利用知識、管理和技術來增加電力保障的新方式,也是一種新的能源供應方式。
最近,歐洲中國商會能源委員會主席、BP中國公司副總裁陳新華博士對於中國節能問題發表了一篇影響重大的文章——《節能工作需要明確理論基礎 避免戰略誤區》,他深入解讀了著名熱物理學家馬克斯韋對於「信息不遵守熱力學第二定律」的立論,進一步解釋了「信息就是能源」的學說。陳新華博士認為,信息技術的發展最終將逐步轉變人類對於能源密度和強度的日趨增強的方向,有效的信息互動可以減緩「熵增」的趨勢。信息將成為能源的一個組成部分,也就是我們正在追求的信息能源合二而一時代,通過不斷精確有效的能源供應,實現能源的可持續發展,而「信息能源」必將成為未來新能源的靈魂所在。
最近,全國工商聯成立的新能源商會是中國首次將「新能源」作為一個正式名稱授予一個組織。新能源商會應該如何定位新能源的概念,不僅對這一組織自身的健康發展意義重大,對於中國新能源事業,以及中國的可持續發展將具有更深遠的意義。
熱力學第一定律告訴我們能量是守恆的,而且是可以相互轉換的,這一定律深層的涵義是告訴我們各種能源是相互關聯、互相轉化和互相作用的。對於新能源而言,無論採用狹義化的范圍,還是廣義化的范圍,與提高能源綜合利用效率,加強資源綜合利用效能,強化對於希缺資源的替代能力和努力節約能源資源,以及依靠信息化最終實現能源的可持續發展,最終只能是我們齊頭並進的共同選擇
從地球蘊藏的能源數量來看,自然界存在有無限的能源資源。僅就太陽能而言,太陽每秒鍾通過電磁波傳至地球的能量達到相當於500多噸煤燃燒放出的熱量。這相當於一年中僅太陽能就有130萬億噸煤的熱量,大約為全世界目前一年耗能的一萬多倍。不過,由於人類開發與利用地球能源尚受到社會生產力,科學技術、地理原因及世界經濟、政治等多方面因素的影響與制約。包括太陽能、風能、水能在內的巨大數量的能源,可以利用的僅占微乎其微的比例,因而,繼續發展的潛力巨大。人類能源消費的劇增、化石燃料的匱乏至枯竭以及生態環境的日趨惡化,逼使人們不得不思考人類社會的能源問題。國民經濟的可持續發展,依仗能源的可持續供給,這就必須研究開發新能源和可再生能源。
太陽能是各種可再生能源中最重要的基本能源,也是人類可利用的最豐富的能源。太陽每年投射到地面上的輻射能高達1.05×1018千瓦時(3.78×1024J),相當於1.3×106億噸標准煤。按目前太陽的質量消耗速率計,可維持6×1010年。所以可以說它是「取之不盡,用之不竭」的能源。但如何合理利用太陽能,降低起開發和轉化的成本,是新能源開發中面臨的重要問題。
風能是利用風力機將風能轉化為電能、熱能、機械能等各種形式的能量,用於發電、提水、助航、製冷和致熱等。風力發電是主要的開發利用方式。中國的風能總儲量估計為1.6×109千瓦,列世界第三位,由廣闊的開發前景。風能是一種自然能源,由於風的方向及大小都變幻不定,因此其經濟性和實用性由風車的安裝地點、方向、風速等多種因素綜合決定。
對於核電站,人們有許多誤解,其實核能發電是一種清潔、高效的能源獲取方式。對於核裂變,核燃料是鈾、鈈等元素,核聚變的燃料則是氘、氚等物質。有些物質,例如釷,本身並非核燃料,但經過核反應可以轉化為核燃料。我們把核燃料和可以轉化為核燃料的物質總稱為核資源。
近年來,許多發展中國家雖然都制訂了一系列鼓勵民企投資小水電的政策。由於小水電站投資小、風險低、效益穩、運營成本比較低,在國家各種優惠政策的鼓勵下,全國掀起了一股投資建設小水電站的熱潮,尤其是近年來,由於全國性缺電嚴重,民企投資小水電如雨後春筍,悄然興起。國家鼓勵合理開發和利用小水電資源的總方針是確定的,2003年開始,特大水電投資項目也開始向民資開放。2005年,根據國務院和水利部的「十一五」計劃和2015年發展規劃,我國將對民資投資小水電以及小水電發展給予更多優惠政策。
氫是一種二次能源,一種理想的新的含能體能源,在人類生存的地球上,雖然氫是最豐富的元素,但自然氫的存在極少。因此必需將含氫物質加工後方能得到氫氣。最豐富的含氫物質是水,其次就是各種礦物燃料(煤、石油、天然氣)及各種生物質等。氫不但是一種優質燃料,還是石油、化工、化肥和冶金工業中的重要原料和物料。石油和其他化石燃料的精煉需要氫,如烴的增氫、煤的氣化、重油的精煉等;化工中制氨、制甲醇也需要氫。氫還用來還原鐵礦石。用氫製成燃料電池可直接發電。採用燃料電池和氫氣-蒸汽聯合循環發電,其能量轉換效率將遠高於現有的火電廠。隨著制氫技術的進步和貯氫手段的完善,氫能將在21世紀的能源舞台上大展風采。
地熱是指來自地下的熱能資源。我們生活的地球是一個巨大的地熱庫,僅地下10千米厚的一層,儲熱量就達1.05×1026焦耳,相當於9.95×1015標准煤所釋放的熱量。地熱能在世界很多地區應用相當廣泛。老的技術現在依然富有生命力,新技術業已成熟,並且在不斷地完善。在能源的開發和技術轉讓方面,未來的發展潛力相當大。地熱能是天生就儲存在地下的,不受天氣狀況的影響,既可作為基本負荷能使用,也可根據需要提供使用。
海洋能通常指蘊藏於海洋中的可再生能源,主要包括潮汐能、波浪能、海流能、海水溫差能、海水鹽差能等。海洋能蘊藏豐富,分布廣,清潔無污染,但能量密度低,地域性強,因而開發困難並有一定的局限。開發利用的方式主要是發電,其中潮汐發電和小型波浪發電技術已經實用化。波浪能發電利用的是海面波浪上下運動的動能。1910年,法國的普萊西克發明了利用海水波浪的垂直運動壓縮空氣,推動風力發動機組發電的裝置,把1千瓦的電力送到岸上,開創了人類把海洋能轉變為電能的先河。目前已開發出60~450千瓦的多種類型波浪發動裝置。
此外,正在研究開發的還有氫能。主要是用電解法、熱化學法、光電化學法、等離子體化學法等制備氫氣,用壓縮、低溫液化或貯氫合金吸收等方法貯存,或直接用作燃料,或製成氫燃料電池,用於發電河用作各種機動車、飛行器燃料及家用燃料等;還有生物質能,是指植物葉綠素將太陽能轉化為化學能貯存在生物質內部的能量,目前發展中的開發利用技術主要是,通過熱化學轉換技術將固體生物質轉換成可燃氣體、焦油等,通過生物化學轉換技術將生物質在微生物的發酵作用下轉換成沼氣、酒精等,通過壓塊細蜜成型技術將生物質壓縮成高密度固體燃料等。
能源是現代社會賴以生存和發展的基礎,清潔燃料的供給能力密切關系著國民經濟的可持續性發展,是國家戰略安全保障的基礎之一。我國是能源消耗大國,2000年一次能源消費量為7.5億噸油當量,僅次於美國成為世界第二人能源消費國,到本世紀中葉我國全面達到小康水平時,一次能源的消費量將達到30多億噸油當量。然而目前我國人均一次能源的消費量不到美國的1/18,僅為世界平均水平的1/3。與世界一次能源構成不同的是我國以煤為主,煤佔一次能源的比例為63.6%,由於煤的高效、潔凈利用難度大,使用過程中已對人類的生存環境帶來嚴重的污染。另一方面我國人均能源資源嚴重不足,人均石油儲量不到世界平均水平的1/10,人均煤炭儲量僅為世界平均值的1/2。預計到2010年,我國石油供需缺口 1億噸,天然氣缺口 400億立方米。因此,開發潔凈可再生能源已成為緊迫的課題。
第一部分:研究部分
第一段:市場調研
一、 研究目標與內容。
l 區域性房地產行業及競爭對手研究
1、 已購房者特徵研究
2、 目標消費者研究、分析
(1) 目標消費者的基本購房特徵
(2) 目標消費者對目標地區及樓盤的評價
(3) 目標消費者購買競品特徵分析
(4) 消費者對目標樓盤的認知情況與認知途徑
二、 研究方法的確定
三、 工作計劃
四、 待購買者調查配額
五、 二手咨訊收集
六、 費用預算及明細
七、 研究品質控制
第二段:項目檢示
一、 項目的初步設想、目的
二、 可行性研究,卻是最大不確定性和機動性
三、 經濟性研究
四、 合理性
五、 投資決案可行性報告(45個要項檢示)
六、 籌資狀況,制約營銷戰略的制定
第三段:項目規劃、設計檢示(四大因素分析)
l 規劃檢視:
一. 社會因素
二. 家庭因素
三. 自然因素
四. 指標因素
l 設計檢視
一. 面積趨向
二. 功能配置
三. 功能分區
四. 戶型設計
五. 設計觀念
第四段:環保建築的設計理念與措施檢示
一、 自然
二、 資源與能源
三、 使用周期
四、 人類
第二部分:營銷戰略、計劃制定
l 戰略部分:
一、 市場:
目標市場區隔
(1) 細分市場
(2) 行業細分
二、 外部環境
1、 社會環境
2、 法律環境
3、 經濟環境
4、 競爭環境
三、 對手
顯在(或潛在)分割有限購買力
四、 COST分析
自立和主要競爭對手的問題、機會、優勢、劣勢
五、 行動選擇
用頭腦風暴法列出戰略選擇方案
l 計劃部分:
一、 目標
二、 戰略
1、 投資需求點
2、 本項目的最大化利益點(利益群)
3、 制價
4、 何種管道最方便滿足
三、 計劃:
1、 利潤計劃、銷售計劃
2、 資源計劃、成本控制
3、 詳盡、分階段的部分計劃
4、 盈利業績
5、 投資回報與運營資本回報分析
6、 人員配置與組織設置
7、 培訓
8、 激勵與報酬方案
第三部分:廣告傳播策略、計劃
l 廣告傳播策略:
一、 廣告目標
二、 廣告受眾
三、 廣告核心概念創意
四、 廣告表現風格
五、 媒介組合策略
l 廣告傳播計劃
一、 媒介排期
二、 廣告效果評估
三、 廣告費用預算
第四部分:營銷推廣策略及計劃
l 營銷推廣策略
一、 推廣目標
二、 推廣對象
三、 推廣主題創意
四、 推廣之廣告配合
五、 推廣階段及細化
六、 推廣費用
七、 推廣效果評估
『貳』 有關於黃河的治理方案嗎
黃河的特點是水少沙多,水沙運行過程不協調。黃河65%的水量來自蘭州以上,而90%的泥沙來自中游黃土高原,但二者在時間上常不相適應,當中游來沙多,上游來水少時,就造成河道的嚴重淤積,洪水位不斷抬高,威脅堤防安全。目前,上游興建了一系列梯級電站及控制性水庫,減少了汛期輸沙水量,使水沙運行過程更加不協調,泥沙更容易淤積,沿黃兩岸工農業用水的大量增加,也使輸沙水量相應減少,影響下遊河勢的惡化。
四十年來,加固加高了兩岸大堤(大堤按1958年實測花園口站22000m3/s設防);建成了三門峽、陸洋(伊河上游)、故縣(洛河上游)和東平湖等水庫;興修了北金堤、北展、南展分滯洪區及沿河護岸護灘工程,初步形成了「上攔、下排、中間分滯」的防洪體系。但是,河底不斷加高,大堤質量不均,潛在危險很大;三門峽、東平湖水庫因淤積影響和庫區移民等原因,蓄洪運用受到限制;北金堤滯洪區(在北金堤與臨黃河大堤之間)內有人口150萬,耕地16.7萬公頃和中原油田85%以上油區,使用時也很困難。因此,黃河的防洪問題仍十分嚴重。
黃河的治理,近期主要是加強和改善現有防洪體系,充分發揮現有工程的作用。加速鄭州鐵橋一高村間寬淺游盪性河段的治理,通過控導主流、穩定河勢的工程措施,變游盪性河道為流路固定的彎曲河道,是防止產生橫河、斜河,確保大堤安全的必要措施。
修建小浪底水利樞紐工程。小浪底位於三門峽以下130千米處,是黃河幹流上最後一個峽谷水庫,興建小浪底工程可以緩解三門峽攔蓄洪水的壓力,控制三門峽與小浪底間洪水,小浪底可控制流域面積65萬平方千米,按設計計算,小浪底工程可攔沙100億噸,相應減少下遊河道淤積77億噸(相當於20年的總淤積量),可長期保持有效庫容50億立方米。此外,小浪底工程還可以擔負20億立方米的防凌任務。可基本解除下游凌汛威脅。每年可增加40億立方米的供水量。水電站總裝機156萬千瓦,保證電力24—30萬千瓦。小浪底水利樞紐工程是以防洪(包括防凌)減淤為主,兼顧供水、灌溉、發電、蓄清排渾、綜台利用為開發目標的大型水利工程,可減輕大堤和三門峽水庫的壓力,增加下游防洪的安全程度,並減少滯洪區的運用。
通過多種途徑減緩黃河下遊河床的淤積,逐步變地上河為地下河,是治黃的長遠目標。水土保持是治理黃河的基本措施,再加以水庫攔沙、蓄水調節水沙運行過程及增水沖沙等措施,進行綜合治理,使黃河下遊河床變淤為沖,從而實現根治的目標。
相繼興建小浪底、龍門、磧口三個庫容在100億立方米以上的水庫,估計可使黃河下遊河床40—50年內不增加淤積。配合溫孟灘、龍門至潼關間的灘地積淤,減淤年限還可延長。
在研究黃河治理對策方面,有的學者認為應在黃河下游進行人工改道,另闢新河。這種方案並不能控制洪水,也不能減少河道泥沙淤積,塑造新河初期很難確保安全,20年後又變為一條地上河,而且該方案影響人口250—300萬,難以妥善解決。
『叄』 我們應該如何保護黃河請做出方案
一是要堅決查處保護區內的違法違規行為。對於在自然保護區內開展開礦、挖沙等《自然保護區條例》明確禁止的活動和自然保護區核心區和緩沖區內的違規資源開發活動,要堅決予以取締;對於自然保護區內和涉及自然保護區的未執行環境影響評價制度的建設項目,要依法責令停止建設。
二是要對自然保護區內造成的生態破壞,必須採取補救措施,限期治理,恢復原有生態環境。對於在自然保護區內違法進行資源開發和建設,造成自然保護區生態環境破壞的,責令立即改正違法行為,並制定生態恢復和治理方案,限期恢復原狀或採取其他補救措施。
三是要嚴肅查處違法違紀案件,加強責任追究。對於嚴重違反《自然保護區條例》和有關法律、法規,在自然保護區內進行違規開發和建設,並造成自然保護區嚴重破壞的環境違法行為,按照中紀委、監察部加大對環境違法行為進行責任追究的要求,各級環保部門將協調監察部門,依法追究有關地方政府、自然保護區行政主管部門、自然保護區管理機構和有關責任人的行政責任。要達到保障黃河飲水安全的目標,只有採取綜合措施。首先要健全我國和黃河的水法規與標准體系。其次要構建資源節約和環境保護型社會。其三要切實加強水污染治理和環保監督。第四是要形成水利和環保等部門「團結治污」的工作配合機制。第六要重建黃河生態平衡。保衛母親河,就必須改善黃河流域的生態環境。加快建設中游下游的水利樞紐工程,進一步提高黃河的水沙調節能力。一是要繼續做好常規水質監測、省界水體監測工作。二是增強應對突發性水污染事件的意識,提高應對突發水污染事件的能力。三是積極開展黃河幹流、窟野河、皇甫川排污口及區域取退水水質監督、監測。 四是嚴格執行《質量手冊》、《程序文件》和《作業指導書》,確保質量保證體系正常運行,防止發生質量事故。做好有毒有機物監測前期工作。 五是承擔水質取樣任務的水文站,要嚴格按有關規定要求取樣、存樣、送樣,不允許變通,禁止違規行為的發生,確保水樣的真實和完整。各有關單位要主動承擔其管理職責。其三要切實加強水污染治理和環保監督。第四是要形成水利和環保等部門「團結治污」的工作配合機制。第五要構建完善的水功能區管理體系。第六要重建黃河生態平衡防洪:規劃在上中游興建一批水利水電工程,形成以龍羊峽、劉家峽、大柳樹、磧口、古賢、三門峽和小浪底7座骨幹水利樞紐工程為主體的黃河水沙調控工程體系;在下游,建成以堤防、河道整治、河口治理工程為主的下排工程和配套完善的分滯洪工程,結合挖河淤背固堤,淤築相對地下河;在幹流寧蒙河段、禹門口至潼關的小北幹流河段及渭河下游等重點防洪河段建設標准河防工程;加快三門峽庫區治理。同時,進一步完善水文測報、洪水調度、交通、通信等非工程措施。結合上中游的水土保持措施,形成完整的黃河防洪減淤體系。
水資源:以上游寧蒙平原、中游汾渭河盆地、下游豫魯平原等引黃灌區為重點,全面推行農業、工業和城市節水措施。實行計劃用水,合理調整產業布局,加強需水管理。利用幹流骨幹工程充分調節徑流,實現地表水與地下水聯合運用。積極做好南水北調和黃河幹流待建骨幹工程的前期工作,逐步實施。加強水資源的統一管理和保護,建成黃河幹流主要斷面(含省界斷面)、取水口、退水口、排污口和支流入黃口水量和水質統一監測網路,建立水資源統一管理調度新體制。把黃河水資源保護工作列為國家重點,加強保護力度,實行入河排污許可制度和污染物入河總量控制。逐步形成黃河水資源合理開發、科學配置、有效利用和管護體系。
水土保持:將黃河流域黃土高原劃分為水土流失重點治理區、重點監督區和重點預防保護區,因地制宜,分區治理。在重點治理區,建設以治溝骨幹工程、植樹種草為主體的水土流失綜合防治體系,興利減沙,改善生態環境。特別是要把重力侵蝕嚴重、產沙集中、對黃河下遊河道淤積有重要影響且經濟相對落後的多沙粗沙區作為重點,集中力量,增加投入,加快治理,除搞好退耕還林還草、增加植被覆蓋外,還要大量修建淤地壩等溝道工程,就地攔蓄利用水沙資源,長期保持攔泥淤地效果;在風力侵蝕區,結合農田水利設施建設,大搞植樹種草,治理風沙,制止沙漠擴張,防治土地荒漠化。在重點監督區,建立健全以水土保持執法機構為主體的執法體系,建設水土流失監測網路,針對經濟開發建設強度大的特點,加強預防監督,有效遏制人為造成新的水土流失。在重點預防保護區,依法保護森林、草原植被和現有水土流失防護設施。1.加強治黃科學研究。2.建立健全流域管理與行政區域管理相結合的管理體制。3.建立穩定的多渠道的投入保障機制,確保治黃工程建設、維護、管理和保護所需經費。4.制定《黃河法》,依法加強黃河流域的統一規劃、管理,規范和調整黃河治理開發中各方面的關系,保障黃河治理開發健康有序地進行。1.保護好水質 2.不亂丟垃圾 3.不污染黃河水 4.做好定期調查5.保證周圍土地(1)對已淤塞的黃河,從入海口開始,每隔250米為一小段,在每小段的寬度上設四台攪刮提升泥砂的機構,一薄層一薄層的將河底泥底泥砂攪浮,使之混入河水的中上層隨水沖走,疏理段所有攪浮泥砂的機械都工作,疏理段的河水便被攪渾,高含砂水流入大海,從而洗低了疏理段的河床,每小段的距離隨每小段的水流速度而變,每小段寬度上所設攪浮機械的台數,由該小段的河寬而變。 (2)攪浮泥砂的機械置於浮筒上,既可攪刮硬河底的砂土層,又可攪浮沉於河底的稀泥漿。(一)解決黃河下游防洪、防凌和泥沙淤積問題的基本途徑和措施1、中游多沙和粗沙重點支流的綜合治理2、龍門以下幹流工程和河道治理(1)進一步改建三門峽水庫,重建位山樞紐,提高東平湖蓄洪分洪能力(均包括相應的運用方式),結合進行河道整治。 (2)採取吸泥船或其它措施,加高加固堤防,放淤減沙,清水歸河,充分利用和提高河道泄洪輸沙能力。 (3)修建龍門、小浪底水庫,包括小浪底一級開發和小浪底、任家堆兩級開發的方案比較,以及這些工程與三門峽水庫聯合運用。 (4)利用現有和新建水庫及灘區工程,調水調沙,減少河道淤積。
(5)利用北金堤滯洪區進行局部改道。截支強干,導流定向,疏浚破門,巧用潮汐,護灘定槽,用沙減沙,寬河固堤,擺動點下移。截支堵汊,強化主幹。束水導流,定向入海。清障拖淤,疏浚河門。護灘保槽,穩定河勢。河道擺動點下移。1、固灘定槽穩定河勢:2、挖沙降河,充分利用泥沙;3、工程導流,制止出汊,束水攻沙;4、拖淤射流,抑制攔門沙增高5、定向入海,巧用潮汐6、建立大、中、小三級河道,以適應流量變幅大的特點,達到加大排沙力度,減輕河槽淤積的目的。7、加大科學研究力度,加快河口物理模型建設進度。8、河口治理與防洪工程必須納入國家統一管理。。
『肆』 貴州省道真縣上壩地下河水資源開發利用方案研究
楊秀忠2,裴永煒2,王明章1,張林1,陳萍2,馮發焱2
(1.貴州省地質調查院,貴陽 550004;2.貴州省地礦局第二工程勘察院,遵義 563000)
摘要:上壩地下河岩溶管道發育於二疊系下統的茅口組灰岩中,頂底板均為很厚的隔水層,具有良好的蓄、隔水邊界條件和地下水庫建庫條件;上壩地下河不但有較大的流量,而且具有較大的地下調蓄空間。研究結果認為,上壩地下河管道適宜建壩地段分布於地下河兩條支流咽喉匯合口地段,該地段堵洞成庫成功的把握性非常大。在靠近地下水庫兩壩肩部及壩底部,由於含水層本身厚度較大,鑽孔勘探發現小規模溶洞、裂隙存在,因此可能產生輕微的岩溶滲漏,處理方案是對擬建地下水庫堵洞壩軸線及兩壩肩地段進行防滲帷幕灌漿。
關鍵詞:地下河;岩溶水;地下水庫;開發利用條件
1 基本地質概況
擬建上壩地下水庫位於上壩地下河中段上壩壟崗槽谷西側山脊,上壩地下河位處壟崗槽谷的壟崗地帶,延伸方向呈NNE向,谷地東西兩側壟脊標高1000~1200m,谷底標高600~700m。谷地為農田和人口集中分布區,上壩鄉玉溪鎮和道真縣城分布於該谷地中(圖1)。
受地質構造控制,上壩地下河岩溶管道發育於二疊系下統的茅口組灰岩中,其底板有志留繫上統韓家店組頁岩,厚432m,頂板為二疊繫上統吳家坪組至三疊系下統夜郎組泥、頁岩,厚度近300m,均為很好的隔水層,具有良好的蓄、隔水條件。
地下河沿壟崗山脊谷坡部位由SSW向NNE方向形成地下徑流,在道真縣城東郊吊腳樓處排出地表。構造部位屬道真向斜南東翼,向斜翼部形成壟崗山脊和谷坡地形,核部形成槽谷地形和低緩溶丘地形地貌。出露地層從東向西由老到新分別為志留系中統韓家店群(S2hj)、二疊系下統棲霞組及茅口組(P1q+m)、二疊繫上統吳家坪組(P2w)和長興組(P2c)、三疊系下統夜郎組(T1y)和下統茅草鋪組等地層,地下河發育於二疊系下統棲霞組及茅口組(Pq+m)厚層至塊狀灰岩中,受下伏韓家店組頁岩的阻隔和上覆吳家坪組泥岩、泥質粉砂岩與褐鐵礦劣質煤層夾燧石條帶灰岩相對隔水層的阻隔,地下河管道沿P1q+m頂部SSW—NNE方向發育,地下河分布高程為680~1280m,地下河平均水力坡度約37.5‰,在金鋼山以南地段呈兩條地下河支流匯合,其中東側主支流地下河管道長度大於7km,西側分支流管道長度大於5km,擬建地下水庫段水力坡度18.7‰左右。
圖1 道真縣上壩地下河交流位置圖
1—縣政府駐地;2—區公所駐地;3—鄉政府駐地;4—村 寨;5—區界;6—鄉界;7—干線公路;8—支線公路;9—上壩地下河;10—水系
2 地下河系統特徵
道真縣上壩地下河岩溶流域面積38.6km2,擬建上壩地下水庫補給面積18km2,由道真向斜T1y、P2c、P2w、P1q+m、S2hj等含水岩組組成,系統邊界由P2w黃綠、棕色及黑色灰色頁岩、粘土質灰岩和鈣質泥岩與含煤層的粘土岩及與砂頁岩互層組成相對隔水頂板,由S2hj紫紅、灰綠等雜色頁岩、泥岩與砂岩、粉砂質粘土岩組成隔水底板,地下河岩溶流域系統邊界完整,構成獨立的地下河補、徑、排系統。在該系統南西側南丫口東至標水岩深切溝谷中,由於發育高角度張扭性斷裂F1,致使部分P1m灰岩含水層中的溶洞管道水沿斷層帶一側向P2w中上部含泥質灰岩和燧石條帶灰岩裂隙溶洞水含水層補給,形成P2w相對開放的二類流量排泄邊界,其開放的流量排泄邊界最低高程為1030m,在此高程以下由P2w底部泥頁岩、砂岩夾褐鐵礦層構成的隔水邊界,其完整性和隔水性能良好,而通過F1破碎帶排泄的流量為35~65L/s。動態較為穩定。受岩性和地質構造控制,上壩地下河系統分布於壟崗槽谷南東側壟脊至谷坡地帶,道真向斜南東翼P1q+m碳酸鹽岩和P2w碳酸鹽岩夾碎屑岩地層構成地下河系統的上部和側向邊界,地下河在P1q灰岩中發育,在P1m巨厚層和厚層塊狀灰岩中沿走向方向形成管道徑流。上壩地下河中上游分布標高945~1280m,其系統結構特徵和邊界條件十分清晰(圖2、圖4)。
圖2 道真縣上壩地下河水文地質剖面圖
1—灰岩;2—砂岩;3—頁岩;4—地下河管道;6—地層代號;7—岩溶豎井;8—剖面方向
3 上壩地下河開發利用條件
圖3 上壩地下河中上游岩溶主管道縱剖面示意圖
上壩地下河在現有上壩引水隧洞950m高程至梅江河出口680m高程之間,直線距離為8.75km,落差達300m,平均水力坡度31‰,在8.55km長度的地段探測地下河管道,查明地下河的水力跌坎的位置起伏變化,則可在跌坎之上的適宜部位從壟崗西側P2c灰岩中開鑿引水隧洞揭穿P2w煤系地層至P1q+m上部地下河管道,截引地下河中上游段豐季的全部流量(圖3)。由於中游地下河段由兩平行的支流管道組成,為積水廳堂廊道和岩溶潭分布,且發育長度和發育規模較大,因此有利於地下水庫的調蓄,而且預計引水隧洞長度僅約450~500m,即可達到目的。可以充分利用地下河床與上壩谷地、高差240~300m的有利條件,自流引水覆蓋道真縣上壩鄉和玉溪鎮,解決當地的人、畜飲水和工業用水量供需矛盾。實施農田分片集中保灌。
圖4 岩溶地下水系統結構模式
上壩地下河岩溶管道是在二疊系下統的棲霞至茅口組灰岩中發育,灰岩厚度達411.2m,其底板有志留系下統韓家店組和二疊系下統底部泥頁岩厚432m,頂板二疊繫上統龍潭組至三疊系下統夜郎組泥、頁岩,厚度近300m,均為很好的隔水層,具有良好的蓄水條件。地下水庫壩址擬建於金鋼山地面下兩條地下河管道匯合口以下50m處(圖5),在擬建壩址處,地下河空間形成狹長的廊道,洞寬13~16m,洞高25~27m,呈自然平衡拱,,洞壁光滑,岩層產狀為315°~320°∠32°且岩層十分穩定。上壩地下水庫設計壩型為砼塞子壩,壩寬14m,壩高26m,壩體厚5m,設計最高庫前水頭84m,地下水庫成庫工程地質條件較好。
圖5 上壩地下河開發利用平面布置示意圖
3.1 蓄水條件及蓄水空間
在地下河中堵建地下水庫,地下蓄水空間主要是地下河管道,其次是含水介質的溶洞溶孔和溶隙,在950~1000m高程之間岩溶較發育,而到900m高程,岩溶發育十分微弱。因此,我們可以採用地下河蓄水空間幾何形態概化法,對上述地段地下庫容進行評價概算(圖6)。計算式為:
V=V1+V2
式中:V——地下庫容(m3);
V1——地下河管道容積(m3);
V1=h·B·L/2;
V2——被回水淹沒的岩體洞隙容積(m3),
V2=h·b·Lμ/2
h——地下水庫壩前水深(m);
B——地下河管道平均寬度(m);
L——回水長度(m);
b——岩溶含水層補給徑流帶寬度(m);
μ——岩溶含水體的給水度或岩溶率。
圖6 地下庫容概算示意圖
經初步查明:上壩地下和擬建地下堵洞壩以上兩條支流管道全長16.4km,根據地下河管道變化情況,以堵洞壩以上地下河管道長3535m總跌水高度小於60m的洞段作為地下庫容,平均洞寬40~50m,洞高15~120m。按寬度下限40m,洞高下限值20m代入(1)式計算,則地下河管道庫容量可達282.8萬m3;此外,在兩條地下河匯合口以上2500m長,平均寬216m,平均水頭高為60m的地下河河間地塊,按概略統計體積岩溶率取μ=0.03考慮,地下河縱向間的溶隙及次級管道空間,其蓄水空間約為97.2萬m3。地下水庫V1+V2總庫容可達380萬m3。同樣,採用流量衰減方程計算地下河枯季岩溶管道的地下水儲存量的消耗量(表1)並進行水庫高度模比,按V儲/2概算地下庫容即得庫容為380萬m3。
表1 上壩地下水庫地下水流量衰減計算表
註:Qt=Q0e-ata=(logQ0⁃logQt)/0.4343×(tn-t0);一次性降雨持續衰減時間t=31天。
3.2 地下水庫滲漏條件分析
上壩地下水庫蓄水管道處在二疊系棲霞組、茅口組灰岩中。棲霞組、茅口組岩溶發育,其間有岩溶裂隙、溶洞分布,在大郊枝處還有地下水以泉形式流出,且流量較大。在蓄水管道層的西側有相對隔水層二疊系吳家坪組分布。應該說水位平均抬高39.5m,最高抬升79m後庫區滲漏條件是不存在的,除庫區尾部標水岩張扭性斷裂溶洞帶在1030m,高程以上會產生泄水滲漏以外,庫區內地下水滲漏量經初設階段初步勘查估算滲漏量近似為零。地下河管道的岩溶水動力條件往往對地下水庫滲漏起決定性作用,由於地下河處於單斜構造的帶狀厚層石灰岩層中,岩溶地下河管道的發育方向主要是順岩層面(NNE)方向,且沿岩層傾向方向發育。據鑽孔勘探資料分析,在ZK1鑽孔揭穿P1m962.5~936m高程巨厚層灰岩段時,發現3處小於0.7m3的小溶洞,呈孤立分布,由層面溶蝕裂隙連通。據此可以推測,除地下河以外岩溶管道沿垂直岩層走向作水平方向的發育規模和可能性是極微小的,其發育條件主要是受地質構造和岩性條件的控制,在P1q+m石灰岩帶狀含水層之下是岩層傾角26°~35°的S2hj的泥頁岩具有極好的隔水條件;而在P1q+m灰岩含水層頂部,厚度達258m的上二疊統吳家坪組(P2w)煤系地層和厚度達42.6m的泥質粉砂岩夾泥質灰岩、粘土岩及褐鐵礦層,具有良好的阻隔水條件。區內岩層和地質構造發育相對穩定,地表未見明顯的橫張斷裂發育分布,沿含水層頂板出現岩溶管道和產生岩溶滲漏的可能性極小。此外,由於地下河岩溶主管道(右管道)在兩條地下河支流匯合口以上地段,除主管道附近發育部分天窗和豎井落水洞等單個垂直岩溶形態外,在擬選庫區內基本上不存在較大的裂點,地表無較大的垂直岩層走向方向發育的滲漏低槽地形,P2w砂、泥岩隔水段出露完整,岩層產狀穩定,垂向上不存在雙層或多層岩溶管道發育,從整個地下河管道結構、構造看,有很多地段的洞壁光滑,沒有溶隙分布。在二條支流匯合後的下游更是如此,其管道側壁光滑、直立,河床淤積較淺,淤積厚度0.8~0.6m,淤積物主要為沙、卵石和少量淤泥,河床堅硬完整。根據中上游地下河管道洪水位線痕跡顯示,常年洪水位即可將地下河及溶洞主管道淹沒,而10年一遇以上的洪水位則在天窗豎井底部留有痕跡,說明該地下河段不存在大的隱覆岩溶滲漏通道,既不會產生集中岩溶管道滲漏,也不會產生分散狀岩溶管道滲漏,因而不會產生鄰谷滲漏問題。因此,堵洞壩址和庫區選擇在該地段,不會產生大的滲漏問題。而在水庫正常蓄水後有可能產生輕微的層面裂隙滲漏,預測將來滲漏可能發生於堵洞壩下和左壩肩部位,其滲漏量小於庫水量的0.5%;據綜合上述地下水庫滲漏條件分析,地下河管道可能的滲漏地段主要分布在地下河兩條支流匯合口以下靠近地下河潛流入口處(推測為一處較大的裂點),只有該地段地下河及溶洞管道據有水力坡度大和管道向深發展的條件,雖然有隔水層和相對隔水層分布,但含水層本身厚度大,其間又有較大的溶洞、裂隙存在。特別是通過岩層的節理和層間裂隙形成分散的層間溶蝕裂隙潛流帶的可能性,而這些分散的溶隙滲漏帶距離水庫堵洞壩的位置大於60m,且大都被地下河床底部的粘土及河沙等物質充填和膠結。據簡易的壓水試驗分析,其堆積層和P2w岩層吸水率ω較小,一般砂頁層吸水率ω小於0.01~0.03L/min·m2,泥灰岩夾頁岩吸水率ω為0.05~0.08L/min·m2,0.06~0.30L/min·m2(表2),透水率q一般小於0.01~100Lu,這說明P2w岩溶洞穴與溶隙空間規模不大,因而岩滲漏條件的分布范圍較小,推算其滲漏量較小,利於灌漿處理(表2)。當然,擬選壩址兩側深部是否還有岩溶洞隙發育,仍需採取先進勘察手段在初步認定庫首灌漿帷幕線平均深度70.0m,面積91700.0m2的基礎上進一步開展更詳細的工程地質勘查工作,以客觀科學的數據查證岩溶滲漏並補充修正灌漿方案、確定堵洞壩址。
防滲處理方案:對壩區的防滲處理應以布置防滲帷幕灌漿處理為宜,防滲帷幕布置於庫首部位,根據地形地貌和岩溶滲漏條件布置呈弧形,初步設計帷幕長250m,帷幕灌漿鑽孔應在壩肩和壩下地下水位變動帶內5m及地下水位季節變動帶內進行,應深入透水率10lu以下。灌漿應使用聚合物水泥砂漿作灌漿材料,採取雙液灌漿泵管進行綜合分段灌漿。初步估算,防滲灌漿面積為1250m×104m。
表2 P2w岩石透水性試驗特徵統計
4 工程地質特性及值得注意的問題
4.1 工程地質特性
地下水庫庫區P1q+m灰岩含水層為緩傾斜岩層區,為堅硬工程地質岩組,該岩組頂底扳(東西兩側)為泥頁岩,屬軟質岩組。同時,區內地層完整,未見斷裂發育,構造與地層岩性的組合以及地下河發育的特點對地下水庫的建設極為有利。根據初步調查結果顯示,地下河管道內頂底扳和兩面洞壁系由碳酸鹽岩天然溶蝕作用而形成,洞穴橫斷面呈自然平衡拱形,茅口組巨厚層及厚層塊狀灰岩,岩石抗壓抗剪強度較高,新鮮岩石單軸飽和抗壓強度大於抗剪強度均達到和超出設計要求,有利於壩體的穩定性。
洞穴調查發現,兩條地下河咽喉狀匯合口擬選壩址區地段洞壁平直光滑,岩石新鮮完整,層面裂隙與縫合線發育延伸方向一致,垂直節理僅發育一組,節理產狀200°∠66°,洞段內溶蝕裂隙不發育;但在兩條地下河支流管道及其中間的河間地塊洞段內,節理裂隙較發育,岩層產狀310°~325°∠24°~35°,主要見產狀為105°~115°∠68°~74°一組裂隙和200°~205°∠64°~69°一組裂隙,層面結合較差,這些裂隙控制P1m厚層塊狀和巨厚層灰岩溶蝕裂隙的發育方向,使構造網路和溶隙、縫合線交錯復雜,即有「X」扭節理發育,亦出現張性節理,與層面裂隙(縫合線)一道共同組成「米」字型的構造節理網路,各組節理的發育程度不同,往往使一組節理被切割得斷斷續續,使其走向呈波狀或參差不齊的階梯狀。其張節理沿一對「X」扭節理發育,其走向變化大。根據多條剖面地面和地下洞穴觀察對照,證明節理裂隙發育隨深度加深而明顯減弱,甚至消失。區內小型構造裂隙帶的寬度時厚時薄,層間錯動一般規模較短小,水平及向下延續不深。
4.2 值得注意的問題
地表吳家坪煤系地層中部偶見小型壓扭性斷裂及層間錯動,但斷距僅15~35m,根據引水隧洞剖面觀察,小斷裂結構面較緻密,在靠近地表附近變成舒緩波狀,常產生次一級小褶曲,使地表局部軟弱工程地質岩組地段出現較厚的風化層使岩體工程地質條件復雜化。庫區P1q+m含水岩組兩側雖有較厚的隔水岩組分布,具有良好的隔水邊界條件,但含水岩組本身厚度大,其厚達297.0~486.0m,地下庫區內岩溶強烈發育的含水岩組,其間在垂向方向和水平方向均發育有密集的管道和洞隙,特別是在已成1#地下水引水隧洞軸線附近,溶蝕溝谷發育方向315°,溶蝕侵蝕切割深度30~50m,坡角25°~35°的地表裂隙發育密集帶,使山體厚度變薄,可能會成為今後地下庫區蓄水後向吳家坪組底部灰岩段產生輕微分散岩溶滲漏的途徑。應特別值得注意。
5 結論和建議
5.1 結論
(1)道真縣上壩地下河位處壟崗槽谷的壟崗地帶,延伸方向呈NNE向,谷地東西兩側壟脊標高1000~1200m,谷底標高600~700m。上壩鄉玉溪鎮和道真縣城分布於該谷地中,農田和人口分布集中。上壩地下河岩溶管道發育於二疊系下統的茅口組灰岩中,其底板有志留繫上統韓家店組頁岩,厚432m,頂板為二疊繫上統吳家坪組至三疊系下統夜朗組泥、頁岩,厚度近300m,均為很好的隔水層,具有良好的蓄、隔水條件和地下水庫建庫條件。
(2)上壩地下河補給面積為38.6km2,上壩地下水庫匯水面積為18km2,地下河由兩條分支管道組成,河道全長25.2km,地下河出口枯季最小流量為0.11m3/s,多年平均流量為0.3321m3/s。在上壩地下河擬建地下水庫流域內,多年平均地下水徑流模數M=18.45L/s·km2,多年平均地下水枯季徑流模數M枯=14.41L/s·km2,在上壩地下河段溶洞寬10~80m,溶洞高20~120m,按寬度40m、高25m計,按3%的岩溶率估算地下河系統含水岩體中的溶洞管道、豎井、落水洞、天窗及次級裂隙管道空間,其岩溶管道及洞隙蓄水空間在平均回水水頭高度為60m時,地下水庫庫容即可達380萬m3。因此,上壩地下河不但有較大的流量,而且尚有較大的地下調蓄空間。擬建上壩地下水庫流域多年平均天然補給量為1047.3120×104m3/a。多年平均天然徑流量為1047.3105×104m3/a。
(3)上壩地下水庫環境工程地質條件綜合評價結論是:上壩水庫有建壩成庫條件,堵洞壩址地形地質條件較好,宜建瓶塞型砼塞子壩。在庫區上游左端標水岩沖溝發育一條張扭性斷裂構造,當其地下水位上升達1030m高程時,庫水會從此出漏出,因此正常蓄水位定為1030m。經此高程為控制,初步推算庫容可達380萬 m3,堵洞壩底高程為946.0m,則壩底最大水壓力為0.84MPa。
(4)初步查明上壩地下河管道可能的滲漏地段主要分布在地下河兩條支流匯合口以下靠近地下河潛流入口處(推測為一處較大的裂點),只有該地段地下河及溶洞管道據有水力坡度大和管道向深發展的條件,雖然有隔水層和相對隔水層分布,但含水層本身厚度大,其間又有較大的溶洞、裂隙存在。特別是通過岩層的節理和層間裂隙形成分散的層間溶蝕裂隙潛流帶的可能性,而這些分散的溶隙滲漏帶距離水庫堵洞壩的位置大於60m,且大都被地下河床底部的粘土及河沙等物質充填和膠結。據簡易的壓水試驗分析,其堆積層和P2w岩層單位吸水量較小,一般砂頁層ω小於0.01~0.03L/min·m2,泥灰岩夾頁岩ω為0.05~0.08L/min·m2,0.06~0.30L/min·m2,(表2),透水率q一般為<0.01~100Lu,這說明P2w岩溶洞穴與溶隙空間規模不大,因而岩溶滲漏條件的分布范圍較小,推算其滲漏量較小,利於灌漿處理。
(5)道真縣上壩地下庫容通過堵洞建壩可新增360萬m3庫容,根據地下河年徑流上壩地下河多年平均允許開采資源為1047.3105×104m3/a。本工程的特點為利用上壩地下河河床位置高、天然流量大、地下調蓄能力強的特點,採用在地下河管道內的兩條管道咽喉匯合口處修築堵洞壩欄蓄地下水,利用地下空間構成較大的地下水庫,調蓄地下水開采量,採用隧洞引水形式,充分利用240~300m的高差,自流引水全面覆蓋道真縣城谷地及其周圍缺水區。該工程竣工後可解決上壩、玉溪片區農田灌溉1067hm2,其中灌溉已有稻田596hm2,解決旱地澆灌和部分土變田471hm2,解決退耕還林還草坡耕地207hm2,使233hm2中度石漠化和507hm2輕度石漠化得到有效的治理改善,解決上壩鄉及玉溪鎮2.8萬人、1.2萬頭牲畜飲用水,並解決上壩鄉規劃工業園區的部分工業用水。通過工程的實施,一方面使區內現狀貧困落後的經濟面貌得到全面改觀,另一方面,為壟崗槽谷型岩溶石山區岩溶地下水的開發和岩溶生態地質環境綜合整治示範建立樣板,提供經驗。
5.2 建議
(1)根據確定的壩軸線,查明壩基基岩風化及溶蝕裂隙詳細發育分布情況及延伸長度和裂隙的充填情況,准確查明庫壩區岩溶滲漏地點和滲漏量。進一步查明可能存在的堵洞壩壩下滲漏及壩肩繞壩滲漏和庫區滲漏問題,應用地下水動力學方法和水量均衡原理分別對地下河上下游分段進行流量計算並進行示蹤驗證,應用先進的科學技術方法和手段進行綜合勘探測試分析,結合室內水箱模擬試驗和滲流模型數值計算,准確查明滲漏地點、滲漏途徑、滲漏特徵和滲漏水量,確定滲漏范圍及防滲處理的原則和方法。
(2)盡快繼續全面開展地下水庫堵洞壩區右岸特別是y006支洞洞穴系統多層面的岩溶滲漏通道專項調查,實施洞內第四系鬆散沉積物山地工程和輕型鑽孔勘探工程,並在枯水季節之前提交技術可行、經濟合理的堵洞防滲方案。
(3)開展壩基岩體原位測試,准確獲取岩/岩、岩/砼節理裂隙結構面的力學參數,分析砼塞子壩穩定情況和變形的不利因素,對岩體工程地質穩定性作出定量計算評價。
(4)進一步比選防滲帷幕線路,並合理確定防滲帷幕端點,制定詳細防滲帷幕灌漿方案和措施。嚴格按照水利水電有關規范規程進行防滲圍幕灌漿堵漏等地質工程施工處理,有效進行防滲堵漏。保證壩基、壩肩附近的溶洞、裂隙中的粘土和混凝土塊充填物在地下壩運行期間不發生沖刷,且不允許增大揚壓力,確保地下堵洞壩的安全運行和地下水庫正常蓄水。
『伍』 貴州板當魚心寨地下河岩溶水資源開發與利用
張林,王明章,裴永煒,洪運勝
(貴州省地質調查院,貴陽 550004)
作者簡介:張林(1974—),男,地質工程師,主要從事水文地質、工程地質和環境地質工作。
摘要:貴州地處西南岩溶石山中心,碳酸鹽岩廣布,岩溶天窗、豎井、落水洞等岩溶個體形態發育,地表岩溶乾旱缺水十分嚴重。因此,如何有效地開發利用岩溶水資源就顯得尤為重要。本文通過對野外調查資料的綜合分析,系統地總結了區內魚心寨地下河通過牛角沖天窗進行岩溶水開發利用的經驗,以便為類似岩溶水文地質條件下的岩溶水開發起到一個借鑒作用。
關鍵詞:岩溶水;開發;經驗;魚心寨地下河;天窗
貴州地處西南岩溶石山中心,碳酸鹽岩大面積分布,岩溶水資源豐富。但由於地表岩溶天窗、豎井、落水洞等岩溶個體形態發育,這種特殊的岩溶地質背景造成地表岩溶乾旱缺水十分嚴重。因此,通過實施有效的岩溶水開發工程,開發利用岩溶水資源是解決乾旱缺水問題的有效途徑之一。2004年筆者等人在實施「黔南格凸河流域岩溶地下水與環境地質調查」項目時,對工作區內板當魚心寨地下河利用牛角沖天窗開發岩溶水資源,解決缺水問題的工程進行了系統的總結,以便為類似岩溶水文地質條件下的岩溶水開發工程的實施起到一個參考借鑒作用。
圖1 魚心寨地下河交通位置圖
1—村寨所在地;2—鄉鎮駐地;3—縣政府駐地;4—省道;5—縣道;6—河流及方向;7—縣界;8—魚心寨地下河位置
圖2 魚心寨地下河平剖面示意圖
1—三疊系中統邊陽組;2—三疊系下統永寧鎮組;3—三疊系下統夜郎組;4—二疊繫上統長興組、大隆組;5—二疊繫上統吳家坪組;6—二疊系下統茅口組;7—地下河管道及出口;8—岩溶天窗;9—岩溶泉點;10—地下水流向;11—平移斷裂;12—地表河及流向;13—公路;14—灰岩
板當魚心寨地下河位於貴州省紫雲縣北東板當鎮(圖 1),流域內長期處於乾旱缺水狀態。為了解決長期缺水問題,2001年當地政府及村民提出利用地下河管道上的牛角沖天窗開發岩溶地下水的工程方案。該工程於2003年進行了實施,2004年初建成,推動了當地生態環境的改善,取得了良好的社會與經濟效益,為地方社會經濟的發展奠定了良好的基礎。
1 區域地質條件和岩溶發育規律
魚心寨地下河岩溶流域地處黔中高原向廣西丘陵過渡的斜坡地帶上,流域內碳酸鹽岩地層大面積分布,岩溶地貌類型為溶蝕峰叢窪地、槽谷,槽谷為區內農田集中分布地帶。在構造上,位於揚子准地台黔南台陷貴定南北向構造變形區之坐馬河背斜,其背斜軸部自北向南,由寬變窄,逐漸收斂,出露地層亦相應變窄;背斜兩翼岩層呈南北向對稱展布,岩層傾角則自北向南由緩變陡,北部傾角5°~15°,南部傾角30°~50°。區內與背斜軸向一致的南北向一組節理發育,傾角陡,大都在70°以上,這組節理控制了區內岩溶的發育,魚心寨地下河管道基本上沿背斜軸部節理裂隙追蹤發育(圖2)。
區內出露地層為二疊系下統茅口組(P1m),岩性為厚層塊狀石灰岩,岩溶強烈發育;其次為二疊繫上統吳家坪組(P2w),岩性為中至厚層燧石灰岩夾白雲質灰岩,岩溶發育。這兩個層位為魚心寨地下河管道的發育奠定了基礎。
2 地下河系統特徵
該地下河流域面積約10km2,出口位於坐馬河河谷地帶,高程1070m,出水面與河水面基本一致。2004年6月份調查流量322.60L/s,1∶20萬枯季流量150L/s。該地下河總體呈近南北向展布,發源於板當麻沖一帶,其地下河管道總長度約5000m,為一條單枝狀地下河。在地下河管道的中下游段的牛角沖發育一天窗,地表高程1095m,雨季有水溢出(一般4~9月份,特枯年8月份斷流)。2004年6月份實測流量31.58L/s,枯季由於地下水位下降斷流,其下降的水位埋深約20m,說明了魚心寨地下河的管道在其下游段的空間狹小或洞內有垮塌堆積,雨季地下河管排水能力受阻,不暢通,導致地下水位上升,使部分地下水從天窗處溢出地表排泄。
3 社會需求
由於地下河流域地處在高原斜坡地帶,岩溶發育,造成了地表水資源極為缺乏,人畜飲水及耕地灌溉缺水極為嚴重。2003年前,板當鎮花坡村一帶人口約2000人,由於缺水,土地以旱地為主,稻田則主要分布在牛角沖窪地中,約13hm2,在雨季因魚心寨地下河的管道排泄不暢,水位上升,使地下水從牛角沖天窗溢出,在窪地中形成洪澇災害,導致稻田減產,甚至顆粒無收。因此,流域內居民口糧一直以玉米為主,乾旱年份造成糧食歉收,產量低下,人均佔有糧食不足300kg,人均年收入低於800元。長期以來,當地村民的心願就是將旱地變為農田,同時對牛角沖窪地的岩溶洪澇進行整治,改善生活環境,提高生活水平,將玉米變成大米。但是,由於水資源的缺乏,這個願望一直擱淺。因此,開發魚心寨地下河的岩溶地下水資源,同時進行牛角沖窪地的岩溶洪澇的綜合治理,是改善當地生態環境問題、促進地方社會經濟發展的關鍵。
4 岩溶水開發工程方案與經費投入
根據魚心寨地下河系統特徵,地下河出口位於坐馬河的河河谷地帶,採取泵站提水的方式,工程量大、運行成本高,既不經濟又不實穗,同時亦不能對牛角沖窪地的岩溶洪澇進行整治;而地下河管道在牛角沖發育的天窗位置高,在雨季有水溢出(流量為10~35L/s)(照片1),而此段時間,正是耕地需水時間。因此,利用該天窗在窪地中修建引水渠(照片2),開發利用岩溶水資源,既解決天窗以下耕地用水問題,同時對牛角沖窪地的岩溶洪澇亦進行了整治,此工程方案既經濟又實效。
該天窗渠引水工程於2001年設計,設計引水水渠從天窗處至花坡村長約1200m,2003年初破土修建,2004年初竣工,目前已初見成效(照片3)。在解決該區水源地的基礎上,板當鎮進而開展了生態環境整治和可持續發展的示範。一是以岩溶水資源開發為核心,建設配套工程對窪地岩溶洪澇進行治理;二是對土地進行了整治,實行坡改梯,將低於天窗地面高程以下的100hm2旱地改為農田。該工程經費主要來源於國家扶貧開發辦,工程建設共投入經費約120萬元,其中引水工程20萬元,土地整治工程100萬元。
照片1 牛角沖天窗雨季溢水情況
照片2 牛角沖天窗雨季引水情況
照片3 魚心寨地下河牛角沖天窗岩溶水開發工程
5 開發後的社會、經濟、環境效益
魚心寨地下河牛角沖天窗岩溶水開發的工程建成後,發揮了以下三方面的功能:
(1)由於灌溉水資源問題的解決,使板當鎮花坡村一帶的100hm2旱地全部變為農田,使該區的農業產業結構得以根本改變,從原來的玉米種植轉換成水稻種植,提高了區內農民的生活質量及經濟收入。據板當鎮統計資料,該區農民年均純收入2003年以前不足800元/人(以種植玉米為主時),2004年(改種水稻)則達到 1350元/人,增長率68.75%,產生了良好的社會和經濟效益。
(2)該工程的建成使原來雨季在牛角沖天窗一帶的約13hm2良田消除了洪澇災害的隱患。
(3)2004年,由於農業產業結構的調整,解決了當地村民的溫飽問題,明顯減少了對陡坡土地的開墾,石漠化的發展得到了一定控制,呈現了減少趨勢。
6 經驗總結
魚心寨地下河牛角沖天窗岩溶水開發建設成功的經驗,主要有以下兩方面:
(1)充分利用岩溶地區溶洞-管道水動態變化大的特點。該工程設計和建設巧妙地應用了岩溶地區岩溶水動態變化大的特點,充分利用了牛角沖天窗在雨季水位上漲溢水自流地表來開發岩溶水資源,做到了水資源的充分利用,發揮了灌溉效益。
(2)將水資源的開發和環境改善緊密地結合起來。該水庫工程的建設,一是使原來的旱地變為了良田,從根本上改變了地方的農業產業結構,起到提高農民生活質量及生活水平的作用;二是從根本上消除了牛角沖天窗一帶的土地在雨季遭受洪澇災害的隱患,較好地達到了興利除弊的目的。
7 結論與建議
板當魚心寨地下河牛角沖天窗充分利用岩溶地區地下水動態變化的特點來開發水資源,並與環境和諧地結合,是其開發利用成功的主要精髓,為岩溶石山區與其類似水文地質條件的地區提供了一種樣板。但該工程不足之處在於,枯季由於地下河水位下降,岩溶水不能從天窗自溢地表,從而造成地表缺水。建議對魚心寨地下河流域開展更為詳實的岩溶地質工作,查清地下河管道發育空間,在管道的適宜地段堵地下河成庫,利用牛角沖天窗進行進一步開發岩溶水資源。
參考文獻
張林,陳剛,洪運勝等.2005.貴州省格凸河流域岩溶地下水與環境地質調查總結報告[R]
韓至均,金占省.1996.貴州省水文地質志[R].北京:地震出版社
王明章,楊秀忠等.2003.貴州岩溶石山地區地下水資源勘查與生態環境地質調查報告[R]
『陸』 峰叢窪地區地下地表聯合成庫地下水資源開發模式——以貴州普定馬官水洞地下河為例
王明章
(貴州省地質調查院,貴陽 550004)
摘要:岩溶峰叢窪地區地表和地下岩溶均極為發育,並相互連通,成為統一的、有密切水力聯系的岩溶空間系統。在查清岩溶系統的基礎上,充分利用地下、地表岩溶窪地與地下洞穴空間聯合成庫,是岩溶地下水開發利用的重要方式之一。本文以貴州省普定縣馬官水洞地下河為例,對該類型地下河的開發利用經驗進行了總結,為岩溶地區同類岩溶水系統的開發利用提供參考例證。
關鍵詞:地下河;開發利用;經驗總結
我國西南岩溶石山區發育了大面積的岩溶峰叢窪地地貌,地表基岩裸露,岩溶窪地、落水洞等岩溶個體形態密布,地下溶洞、管道及地下河極為發育,地上與地下岩溶空間相互連通,成為統一的、有密切水力聯系的岩溶空間系統。由於岩溶強烈且不均勻的發育特徵,該類地區地表乾旱缺水與岩溶洪澇的災害並存,生態環境脆弱。因此,查清岩溶系統,充分利用地表岩溶窪地與地下河及岩溶洞穴空間聯合修建地下水庫,並盡可能將地下水開發與生態環境改善相結合,是該類地區岩溶地下水開發利用的重要方式之一。
1 馬官地下水庫工程概況
馬官鎮位於黔中高原檯面上,岩溶發育造成了地表水資源極為缺乏,嚴重地阻礙了區內社會和經濟發展;由於水質差,歷史上多次引發傷寒病例。尋找並開發地下水資源,是改善當地生態環境、促使當地社會與國民經濟發展的關鍵。
20世紀70年代,為解決馬官地區乾旱缺水問題,貴州省地質礦產局、貴州師范大學、成都地質學院、普定縣岩溶研究站等單位在該區開展了以岩溶水資源開發為目的的科技攻關,發現並查清了水洞地下河系統的岩溶發育規律、水文地質條件、地下水動態特徵及開發利用條件,提出了利用地下河空間與地表岩溶窪地聯合建庫、跨流域調水、水資源開發與岩溶洪澇災害治理相結合的岩溶水開發工程方案。1990年該工程進行了實施並成功完成,解決了當地人、畜的飲水及工農業生產用水,並推動了地方經濟發展和生態環境的改善,取得了良好的社會與經濟效益。
2 區域岩溶水文地質條件
馬官地區碳酸鹽岩地層大面積分布,地貌呈溶蝕峰叢谷地,谷地分布馬官集鎮和農田,周邊呈峰叢窪地。區內出露地層為三疊系中統關嶺組第二段(T2g2),岩性為薄至中厚層石灰岩、泥灰岩夾泥岩,根據其水文地質性質詳細劃分為如下岩段:
(1)T2g2-1,中厚層泥質微晶灰岩、介殼生物灰岩,岩溶發育,厚120m。
(2)T2g2-2,厚91~115m。該段可進一步劃分為三個亞段:①T2g2-2-1,泥岩與薄層泥質白雲岩和泥灰岩互層,厚6~15m。具良好的隔水性,隔斷了T2g2-1和T2g2-2-2的水力聯系。②T2g2-2-2,薄至中厚層石灰岩,厚約40m,岩溶發育,含水性好,水洞地下河發育在該亞層中。③T2g2-2-3,薄層白雲岩與雜色泥岩互層,厚5~10m,具良好的隔水性能,隔斷了T2g2-3和T2g2-2-2的水力聯系。
(3)T2g2-3,中厚層灰岩及白雲質灰岩,厚約10m,岩溶發育,含水性好。
在地質構造上,馬官鎮處在普定復式向斜東南大新次級向斜的北西翼,岩層傾角4°~15°,構造節理發育,以走向40°~50°與310°~320°的陡傾角節理為主,馬官地區地下河基本上都沿該組節理追蹤發育。
馬官地區岩溶水屬後寨地下河系統,該系統由羊皮寨、打油寨等5條支流地下河組成,地下水總體從北東向南西徑流,最後集中排泄於馬關鎮以南的後寨河中,匯入烏江上游支流三岔河。馬官鎮處在後寨地下河的上游地帶,羊皮寨、打油寨地下河從北東向南西在馬官谷地交會於後寨地下河主通道中(圖1)。在羊皮寨、打油寨地下河之間發育了一條小規模的、高懸於谷地的水洞地下河,其出口位於馬官谷地東側坡麓地帶,上游通過落水洞與沖頭窪地相通,並自成系統。與水洞地下河南側相鄰為羊皮寨地下河系統,匯水區內地表多成封閉的岩溶窪地,窪地中分布農田及分散住戶,在雨季暴雨後常因地下河道排泄不暢,窪地被淹沒導致洪澇災害。
圖1 馬官地區水文地質圖
1—打油寨地下河;2—水洞地下河;3—羊皮寨地下河;4—岩溶窪地;5—地下河天窗;6—岩溶潭;7—落水洞;8—地下河及出口
3 水洞地下河系統特徵
水洞地下河規模較小,總長度約740m,從出口向北東沖頭窪地延伸,沖頭窪地通過窪地內的落水洞與地下河相通。水洞地下河洞身斷面多為矩形,高1~5m,平均3.7m,寬2~10m,平均5.4m,洞身完整,河床中少見崩塌體和沙、礫、粘土沉積物。地下河出口高程1323.056m,高於馬官槽谷底15m。一般在暴雨後,沖頭窪地多被積水淹沒,雨停後2~3h,窪地積水通過地下河排泄疏干。地下河出口最大洪峰流量3.5m3/s,最枯為1L/s,流量動態變化極大,雨後流量衰減速度快,說明地下河系統主要以管道為空間,岩體中節理及溶蝕裂隙發育程度低,為一條單管道、單層、唯一出口為特徵的懸掛式地下河。
4 工程地質條件及其庫容
根據水洞地下河系統的結構,馬官水庫建設將地表沖頭窪地與水洞地下河組合,構成了該水庫統一的蓄水庫盆。
4.1 庫區工程地質條件分析
4.1.1 庫區滲漏問題
(1)庫底滲漏問題。水洞地下河發育於T2g2-2-2層位中,地下河底部分布著T2g2-2-1泥岩與薄層泥質白雲岩和泥灰岩,盡管厚度小,但由於未受斷裂破壞,具有良好的隔水性能,成為地下河隔水底板,隔斷了T2g2-1和T2g2-2-2的水力聯系。根據水化學分析資料,發育於T2g2-2層位中的水洞地下河水與下伏T2g2-1中泉水的水化學特徵差異較大(見下表),進一步證實了上述結論。
T2g2-2-1隔水層上、下含水層岩溶水化學特徵表(單位:mg/L)
(2)庫區側向滲漏問題。庫區南東和北西分別為羊皮寨地下河及打油寨地下河流域,經調查證實,相鄰的兩地下河與水洞地下河均為獨立的地下河系統,其間存在地下分水嶺,並且羊皮寨地下河地下水位高於馬官地下河42m。因此,地下水庫建成後,不會產生側向的鄰谷滲漏。
4.1.2 壩區滲漏及穩定問題
地下河為單層、單支、唯一出口,出口處岩性為中厚層石灰岩,洞徑平均2.5m,洞身斷面形狀規則,無斷層、裂隙,節理不發育,岩石完整性好,河床堆積物少。因此,洞口處是理想的地下河築壩的壩址,壩址區穩定,繞壩及壩底滲漏的可能性小。
4.2 庫容計算
4.2.1 庫容空間分析
根據馬官水庫建庫設計,水庫庫容分別由地下和地表兩部分空間組成,按下式估算:
V=V1+V2
式中:V為總庫容;V1為地下庫容;V2為沖頭窪地庫容。
水洞地下河總長740m,洞身橫斷面高1~5m,平均3.7m,寬2~10m,平均5.4m,在不考慮地下河主通道外岩體中裂隙空間,估算地下空間為1.48萬m3;沖頭窪地(照片1)面積0.25km2,窪地深度平均約25m,估算有效空間約625萬m3,合計626萬m3。
4.2.2 水庫水文分析
根據相鄰的母豬洞水文站觀測資料,區內最大年降水量1687.9mm,最小年降水量840.4mm,年平均1267.6mm,日最高氣溫32℃,最低-7℃,年平均氣溫15.1℃。
水洞地下河為一完整的水文地質單元(圖2),屬完全補給類型,單元內大氣降水量除蒸發外,全部進入地下水庫。
照片1 馬官水庫沖頭窪地
圖2 水洞地下河系統結構圖
由於水洞地下河流域匯水面積0.47km2,枯水年份(P=75%)產水量僅23.78萬m3/a,遠小於庫區有效空間(625萬m3),顯然,流域本身產水量不足。為充分發揮水庫有效空間作用,必須從外流域調水作為水洞地下河水庫的補充水源。
與水洞地下河流域相鄰的羊皮寨地下河流域地貌上多形成峰叢窪地,由於地表和地下排泄不暢,窪地在雨季常形成洪澇窪地,造成耕地和村民住宅淹沒。該地下河滴水灘以上匯水面積1.77km2,高於水洞地下河42m,可從滴水灘處築渠將雨季洪水引致沖頭窪地,一方面補充水洞地下水庫的水源,另一方面消除羊皮寨地下河流域內的岩溶洪澇災害。
5 岩溶水開發工程
根據水洞地下河空間結構特徵,採用在地下河出口築壩堵洞,利用地下溶蝕空間和地表沖頭岩溶窪地共同構成蓄水空間,地下地表聯合建庫開發岩溶地下水的方案。鑒於水洞地下河流域面積小,天然條件下水源補給有限,而流域內可利用蓄水空間較大的特點,設計採用渠道從相鄰羊皮寨地下河流域引水調入沖頭窪地,作為馬官地下水庫水源的補充源。
工程設計為在水洞地下河出口建攔全封閉水壩一座,從羊皮寨地下河至沖頭窪地建引水渠道一條。設計渠道引水量89.87萬m3/a,加上水洞地下河流域自產水量23.78萬m3/a,水庫庫容枯水年(P=75%)113.56萬m3,特庫年(P=95%)103.13萬m3。
該工程建設於1990年3月8日動工,50天即完成水洞地下河出口4m厚的圓筒拱壩一座,將地下河全封閉,堵洞成為一聯合水庫(圖3),工程費用19.3萬元,並經後期配套完成了工程實施,做到了當年施工、當年受益,是一項非常成功的利用地下地表空間聯合開發岩溶地下水開發利用工程。
圖3 水洞地下水庫工程模型圖
(引自蔣忠誠)
6 社會、經濟、環境效益
該水庫建成後發揮四方面的效益:
(1)解決了馬官集鎮及馬官村5000人、1200頭大牲畜的飲水問題,實現了自來水化;並解決了鄉鎮企業生產用水,推動了鄉鎮經濟的發展。
(2)工程式控制制灌溉面積約333hm2,自流保灌面積200hm2,實現了水利化。據產量統計對比,糧食產量由原來的每公頃6000kg增至每公頃9000kg,全灌區增產100萬kg。人均佔有糧食從原來380kg增到471kg,增長23.9%;人均純收入從980元增到1460元,凈增480元,增長48.9個百分點。
(3)1990年以來10年內森林覆蓋率由原來的8.41%增加到30.7%。石漠化土地面積明顯減少。
(4)雨季將羊皮寨的洪水引出,消除了洪澇災害對20~30hm2良田的危害。
(5)提高了居民的身體健康水平,自1990年以來,未再發生一例傷寒病例。
7 成功經驗總結
細致的基礎地質工作,岩溶空間資源合理和充分的利用,水資源開發利用與水害治理有機結合,是馬官地下水庫建設成功經驗的主要精髓,並使其成為同類型地下河系統岩溶水資源開發的範例。總結該水庫建設成功的經驗,主要有:
(1)對基礎地質工作的高度重視。工程的前期投入了大量的基礎地質工作,查清了流域系統內的地質結構、岩溶特徵,水文地質條件、岩溶水資源及庫、壩區工程地質條件,為工程的設計和建設奠定了堅實的基礎。
(2)因地制宜合理利用岩溶地區地表和地下空間結構。水洞地下河本身雖為一小規模的地下河系統,但卻建成並發揮了小(一)型水庫的作用。其特色在於:一是該工程設計和建設巧妙地利用了岩溶空間結構優勢,將地表和地下空間結合起來,減少了地表土地的淹沒,增大了蓄水的庫容;二是與相鄰地下水流域系統聯合調度岩溶水資源,做到了水資源的充分利用,增大水庫庫容,擴大了效益。
(3)將水資源的開發和環境改善緊密地結合起來。該水庫工程的建設,在雨季將羊皮寨地下水流域系統中部分水量引出,不但對水洞地下河系統水資源量進行了補充調節,而且對羊皮寨地下河流域系統雨季洪水起到分洪作用,從而達到消除雨季羊皮寨地下河流域的岩溶洪澇災害,較好地起到了興利除弊的目的。
8 結語
岩溶石山區岩溶流域系統具有小型、多樣的特點,不同的地下河系統類型,其岩溶水文地質條件和開發利用條件均差別較大。岩溶水資源的開發利用,應在查清系統岩溶發育特徵、水文地質條件和開發利用條件的基礎上,盡可能將岩溶地下水資源的開發與環境改善、當地社會和經濟的發展緊密結合起來,因地制宜地合理確定開發利用方式,才能達到最佳的效果。水洞地下水庫工程的設計和建設,正是遵循了這一規律,取得了良好的社會、經濟和環境效益,並為岩溶峰叢窪地區地下河系統的開發利用提供了典範。
參考文獻
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『柒』 貴州巨木地下河水資源開發利用研究
王偉,王明章
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摘要:巨木地下河流域是貴州南部裸露型岩溶石山區地下河的典型代表之一。流域系統中既有豐富的地下水資源,又有脆弱的岩溶環境導致的岩溶乾旱、岩溶洪澇及石漠化等生態環境問題。本文以「貴州省典型流域地下水開發與地質環境整治示範」項目成果為基礎,從地下水開發與生態環境保護和治理相結合的角度,探索並總結以地下水開發為龍頭的流域生態環境改善的途徑,提出了「興利除弊」的地下河開發利用方案,對同類型地下河開發以及生態環境整治具有的指導性。
關鍵詞:地下河流域;地下水開發;生態環境治理;研究
巨木地下河發育於貴州高原向廣西峰林平原過渡的高原斜坡地帶,系貴州南部斜坡峰叢窪地型岩溶流域中大小井地下河系統內小井地下河系的支流之一,流域總面積128.4km2。流域內岩溶發育強烈,地表水資源缺乏,以石漠化為主的地質環境問題較為突出,生態環境脆弱。該地下河出口下游地帶的平塘縣塘邊、克渡兩鎮,盡管地形較為平緩,人口、耕地集中,但卻成為國家級重點扶貧區。其中,工程性缺水是導致其社會經濟發展水平長期處於相對落後狀態的重要原因。至今區內約667hm2耕地仍為「望天田」,1.6萬余農村人口及1萬余頭大牲畜還在飽受缺水之苦。因而,研究並開發巨木地下河,對改善當地生態環境和促進社會經濟的發展意義重大,同時還可對同類型地下河流域地下水的開發產生較強的指導意義。
1 地質條件和岩溶發育特徵
巨木地下河流域出露地層為二疊系下統茅口組(P1m)及棲霞組(P1q)、石炭繫上統馬平組(C3mp)、中統黃龍組(C2hn)、下統大塘組一段與二段(C1d1-2)及擺佐組(C1b),出口段為二疊繫上統吳家坪組(P2w)。其中大塘組一段和吳家坪組為碎屑岩,其他地層則為碳酸鹽岩。
巨木地下河流域所處的大地構造位置為舒緩的雅水背斜與克渡向斜的復合部位,岩層傾角平緩。區內NE向斷裂以及NE、SE兩組「X型」節理發育,控制了系統內地下河管道的展布格架。沿地下河管道延伸方向,地下河天窗、豎井、溶洞、岩溶窪地、落水洞等岩溶個體形態分布密度大,岩溶作用的向深性和疊加性特點顯著。
2 地下河系統特徵
2.1 系統平面結構
巨木地下河系統平面形態為樹枝狀,由抵塘、望窩及西混三條支流組成(圖1)。
圖1 巨木地下河流域水文地質略圖
1—流域邊界;2—地下河出口及管道;3—地下河天窗;4—豎井;5—岩溶潭;6—地下水流向;7—地層代號及地層界線;8—性質不明斷層與推測斷層;9—背斜
(1)抵塘支流。由北西向南東徑流。上游地區,碎屑岩類地層與碳酸鹽岩類地層相間分布,地下河呈明、暗交替狀;中下游碳酸鹽岩類地層出露區則為暗流。
(2)望窩支流。地下河穿行於石炭系大塘組(C1d)、擺佐組(C1b)、黃龍組(C2hn)及馬平群(C3mp)碳酸鹽岩類地層中,全程為暗流,地下水水位埋藏較深,地下河管道沿線,地表岩溶窪地呈串珠狀排列,漏斗狀窪地及落水洞發育密集。
(3)西混支流。自北向南徑流,沿途明、暗流交替頻繁。流域上游,地形相對平緩,地貌組合類型為峰叢谷地,谷地內地下水水位埋藏較淺,有水豎井、地下河天窗、地下河出口及伏流入口等天然水點分布較多;中下游至出口段,地下河全部轉為暗流。
巨木地下河系統各支流在流域下游的水淹壩窪地內匯集。其中,抵塘、望窩支流匯合後集中排泄於巨木村,狹義上稱為巨木地下河,流域面積83km2;西混地下河排泄於大洞腳,流域面積45.4km2,兩出口間相距約0.4km。
2.2 系統空間結構
巨木地下河系統各支流管道沿線,地表發育的地下河天窗、有水豎井較多,由發育規模為高數米至數十米,寬數十厘米至十餘米的地下廊道、洞穴等相連,其空間形態復雜多變,局部呈深潭狀,在支流匯合的水淹壩窪地則形成網路狀(圖2)。
2004年10月,巨木地下河系統下遊河段開展了以食鹽為示蹤劑的地下河示蹤試驗。在地下河出口地下水中檢測到的Cl-質量濃度時間歷時曲線呈多峰、舒緩狀(圖3),反映了地下河系統具多枝、網路狀特徵。而Cl-質量濃度衰減時間長,則反映了地下河試驗段水力坡度較平緩及地下河中下游段發育有潭狀的儲水空間。因而推測巨木地下河系中下游段地下河管道空間由眾多形態極不規則的廊道、溶潭以及溶蝕裂隙組合而成。
圖2 水淹壩窪地地下管道網路示意圖
1—地下水主管道;2—地下河支管道;3—窪地邊界;4—地下河入口;5—地下河出口;6—有水豎井;7—落水洞
2.3 系統地下水水動力特徵
通過對地下河中下游段縱剖面(圖4、5)的分析:
(1)西混支流。西混谷地中水位標高845m,水淹壩為840m,地下河出口水位標高815m;西混谷地與水淹壩谷地相距2.1km,水力坡度2.38‰;水淹壩谷地至地下河出口長1.4km,水力坡度17.9‰。
(2)抵塘支流。拉掃谷地地面高程850m,谷地中水位標高845m。地下河示蹤試驗投劑點KS309號地下河天窗至地下河出口距離為4.05km,投劑後首次試劑峰值檢測時間為197.1小時,最後一個峰值出現在投劑後700.8小時,由此計算出地下河流速為138.70~488m/d,平均313.34m/d,水力坡度為5‰。
試驗期間為「平水期」,試驗成果反映了該時段地下河系統中下游地下水流速緩慢,具有類似「層流」的特徵,同時也反映出強烈發育的地下河網狀空間具有較強的儲集和調節地下水資源的能力。
2.4 系統地下水動態特徵及水資源量
大氣降水是巨木地下河系統地下水的主要補給源,其出口流量曲線隨降水量的變化呈現出不規則的多峰、鋸齒狀(圖6),具有典型的氣象型特徵。當一次較強降水數日後,出口流量即上升到峰值,之後在較短的時間內又開始衰減。年內最大流量多現於5~6月,為7.23m3/s,最小流量出現在翌年3月,為192.87L/s,年平均流量為831.88L/s,年變化率37.5倍。
9月中下旬,巨木地下河出口流量進入衰減期,直至次年4月下旬雨季來臨,衰減期約為200天。根據動態長期監測序列資料建立地下河流量衰減方程:
圖3 巨木地下河示綜試驗Clˉ質量濃度變化曲線圖
圖4 西混地下河S73號天窗至出口段縱剖面示意圖
圖5 巨木地下河K309號天窗至出口段縱剖面示意圖
圖6 地下河出口流量動態曲線圖
1—流量過程曲線;2—降水量過程曲線
Qt=Q0e1-0.00914t (1)
用(1)式對整個地下河系統消耗期間地下水排泄量積分,則得出地下河系統中地下水調節資源量。
中國西南地區岩溶地下水資源開發與利用
QIt取衰減期開始的9月30 日流量478.19L/s,Qt+1取衰減時段末4月20 日的214.52L/s,計算出α=0.00914,最終求得V=379.4萬m3/a。
2.5 生態環境特徵
縱觀全區,地下河出口以上地貌均為峰叢窪地,上游地區人口及耕地稀少且分散在一些小型的岩溶窪地內,無地表水體、地下水位埋藏較深;中下游地帶岩溶谷地、窪地規模相對較大,耕地及人口分布較密集,地下河多呈明暗交替,地下水位埋深較淺但動態變化較大;地下河出口以下地區地形平緩,耕地連片,村寨和人口稠密,集村鎮、商貿與產糧區為一體,地表河床高程低難以利用。
岩溶乾旱、岩溶洪澇、石漠化是流域內最主要的生態環境問題。
(1)岩溶乾旱。普遍存在於整個流域。由於岩溶作用強烈,地表滲漏嚴重,致使耕地灌溉用水短缺及人、畜飲水困難,尤其以地下河出口以下克渡—塘邊谷地最為嚴重,約667hm2耕地缺水灌溉,1.6餘人口及1萬頭大牲畜飲水缺乏(照片1)。
照片1 巨大地下核出口下游乾旱壩子
(2)岩溶洪澇。致災原因主要是由於地下水水力坡度緩,雨季時系統上游補給量大,下游至出口段地下水水位上升後壅水,地下河管道排泄能力不足,導致岩溶谷地、窪地淹沒成災。較典型的代表是流域中下游的水淹壩窪地和西混谷地,其中連年的洪澇災害已使水淹壩窪中的約67hm2耕地被迫荒棄(照片2)。根據巨木地下河出口流量動態監測資料,地下河出口段地下河道的最大泄洪能力為7.23m3/s,當上游來水量超過該值時,即造成水淹壩等窪地、谷地的淹沒。
照片2 水淹壩洪澇壩子
(3)石漠化。系統內零星分布,但流域中下游的交崗及地下河出口以下的等大片石灰岩分布區,石漠化較為嚴重,並以重度為主。
3 地下水開發利用條件
系統中上游,由於人口、耕地稀少,需水量相對較小,人、畜飲水和農田灌溉用水以分散供水為主。因而可充分利用地下河徑流沿線分布的伏流出口、明流河段、地下河天窗、有水豎井以及眾多的表層岩溶泉。
系統中下游及地下河出口以下地帶,耕地、人口分布較為集中,需水量較大。系統各支流在水淹壩窪地匯集,水量豐富,地下空間容量大,並且水淹壩窪地至出口段地下水力坡度相對較大,因此可利用地下水水位差及地下空間的調蓄能力攔蓄地下水建地下水庫,同時通過提、引等工程措施綜合開發地下水資源。
4 巨木地下河開發利用總體方案
4.1 地下河開發的指導思想
巨木地下河開發的指導思想不完全等同於傳統的「水資源」開發。其開發利用的基本思想為:地下水開發要與石漠化及洪澇災害的治理、土地整理、扶貧開發等國家目標緊密結合。在工程措施上,要因地制宜地將地下水開發工程與生態環境保護和治理工程相結合,從而探索以地下河開發為龍頭的流域生態環境改善途徑。
4.2 地下河開發方案的制訂原則
系統中下游及出口以下地區是巨木地下河開發利用的重點受益區域。根據流域地質環境特徵及地下河開發利用條件,其開發利用應遵守以下原則:
(1)經濟可行的原則。地下水開發工程應力求投資省、運行成本低,農田灌溉盡可能採用自流引水,避免電力機械提水。
(2)因地制宜的原則。充分合理利用地表和地下岩溶空間,使寶貴的岩溶水資源得以充分利用。
(3)「提、引、蓄」等工程手段綜合利用的原則。
(4)地下水資源開發與生態環境改善相結合的原則。
4.3 工程設計總體方案
地下河開發總體方案由地下水開發利用工程和生態環境治理工程兩部分組成。
(1)地下水開發利用工程。根據流域地下空間調蓄能力強、地下河年平均流量大但出口高程低難以直接利用、出口下游岩溶乾旱而上游岩溶洪澇以及乾旱壩子與洪澇谷地地面高差不大的特點,地下水開發工程設計主要以抬高地下河水位引流為主,蓄水為輔。主體蓄水工程系利用地下空間在地下河出口築壩攔蓄地下水成庫。壩頂設計高程充分考慮了地下河出口高程(815m)僅與水淹壩窪地(845m)相差30m,為避免因地下水庫蓄水後,庫區洄水位高於水淹壩窪地而加劇淹沒,所以限制地下水庫蓄水高程為830m。地下水庫水位抬升至830m高程,可採用渠引方式自流灌溉地下河出口下游塘邊、克度谷地825m高程面以下的耕地;在地下水庫大壩處建水輪泵站,利用水能提水供下游集鎮和村寨人、畜飲水;為彌補因地下水庫蓄水高程受限,庫容調節不足的問題,在距地下河出口下游1.2km處的地表河谷建攔水壩攔蓄地下河出口水量形成二級蓄水水庫,並設置水輪泵站,與地下水庫共同構成地下水梯級開發工程。
(2)生態環境治理工程。在水淹壩窪地修建連接上游地下河天窗與下游伏流入口的排洪渠,並沿地下河出口方向開鑿排洪隧道,將雨季由於地下水位抬升從窪地上游地下河天窗內湧出的地下水及窪地地表積水從大洞腳地下河出口排出,並引入灌渠灌溉下游塘邊、克渡谷地825~830m高程面地耕地。排洪工程結構根據水淹壩窪地地面高程、洪水期窪地最大「積蓄水量」設計,排水高程840~835m,坡降5.6‰。
工程方案可根據當地經濟實力和緊迫性分期實施,將地下水開發利用工程為第一期工程,生態環境治理開發工程為第二期工程。
4.4 地下水開發利用工程(一期工程)
一期工程平面布置見圖7,總投資約為672.88萬元。
(1)蓄水工程:①地下水庫。地下河出口處建一座重力壩,壩高10m,壩軸線長25m,壩頂高程830m。地下水庫庫容63×104m3。②地表水庫。大壩位於巨木地下河出口下游1.2km,壩高3.5m,壩軸線長30m,壩頂高程814.0m,設計庫容10.5×104m3。壩頂設鋼筋混凝土平板橋,橋面寬2.8m,承重5t。
(2)引水工程。在地下水庫大壩左右兩側分別建南、北引水乾渠各一條。南乾渠長4.3km,與天生橋引水工程的南乾渠在6+600處交匯;北乾渠長8km,含倒虹管4座,長700m,渡槽5座,長400m,引水隧洞2座,長440m,敷設φ150mm自來水供水主管道10km。
圖7 巨木地下河開發一期工程平面圖
(3)提水工程。克渡、塘邊兩鎮村寨的分布高程為830~850m。在地下水庫壩首設揚程100m、流量10m3/h水輪泵3台,100QJ10×100潛水電泵1台,300m3高位水池1座,用於村寨人、畜飲水並兼部分農田灌溉用水。在第二級地表水庫庫首設40—10型和40—6型水輪泵各1台。
4.5 生態環境治理開發工程(二期工程)
排洪渠斷面3m×3m,長1.2km;排洪隧洞斷面2.5m×2.5m,長900m。工程總投資約310萬元。
5 地下河開發主要工程地質條件
5.1 地下水庫工程條件
(1)壩區穩定性。區域地震烈度小於Ⅵ度,區域地殼穩定。根據壩基勘探,壩區無斷裂構造,左壩肩為基岩山體,右壩肩為丘陵,基岩為二疊系茅口組厚層狀石灰岩,岩石飽和單軸抗壓強度55.740~86.007MPa,屬堅硬岩類。勘探僅在ZK8號孔位孔深20餘m處遇一溶蝕裂隙,全充填。壩基岩體總體完整,質量優良。
(2)壩區滲漏。壩址區地表淺部岩溶化程度較高,岩溶個體形態以溶蝕裂隙及溶孔為主,岩體內主要發育有走向北東及南東向垂直裂隙,發育密度為3~6條/5m,開啟性較好,貫通性較強。但地下深部岩溶化程度低,僅局部存在溶蝕裂隙,岩體較完整(圖8)。壓水實驗表明,岩體吸水率為0.004~0.07L/min·m2,局部為0.1617~0.1984L/min·m2(見表)。因此,壩基及壩肩需嵌入新鮮石灰岩岩體內,以防止出現壩基和繞壩滲漏。
圖8 巨木地下河出口壩址橫剖面圖
鑽孔單位吸水率統計
(3)庫區滲漏。巨木地下河流域與相鄰地下河之間存在的地表分水嶺高程為850~1165m。根據地下河示蹤試驗,巨木地下河出口Cl-的質量濃度為0.05538mg/L,流域西側布繞地下河及東側的西混地下河各檢測點水樣則為0.02769mg/L,表明各地下河為相互獨立的系統,不具水力聯系。因此,控制蓄水高程在830m,庫區產生鄰谷滲漏的可能性較小。
5.2 地表水庫工程地質條件
壩區無斷裂構造,壩基及壩肩為二疊系茅口組厚層狀石灰岩,屬堅硬岩類,壩基岩體總體完整,質量優良,壩基穩定性好;岩體裂隙不發育且多閉合,僅局部存在溶蝕裂隙,岩體較完整,防滲性能總體較好。
地表水庫庫區為巨木河谷,為當地地下水最低排泄基準面。由於水庫蓄水高度僅4m,因此庫區產生鄰谷滲漏的可能性小。
5.3 隧洞工程條件
包括渠系工程和排洪隧洞。隧洞區地層均為二疊系茅口組石灰岩,無軟弱夾層,岩體完整性好,力學強度高,圍岩穩定,工程性質較好;渠系引水隧洞高於地下水位,產生涌水的可能性小。水淹壩排洪隧洞豐水期水位於地下水位之下,平水期及枯水期高於地下水位15~20m。因此,應選擇平水期和枯水期施工。
6 工程效益
至2005年底,一期工程已建成(照片3、4)。
照片3 地表二級水庫工程
6.1 社會效益分析
(1)解決平塘縣塘邊鎮和克渡鎮16000餘人和10000餘頭大牲畜的飲水問題,結束當地群眾長期飲水缺乏及不潔的歷史,實現飲水安全的國家目標。
(2)解決流域內及下游地帶乾旱缺水區800hm2農田的灌溉用水。
(3)消除水淹壩窪地和西混谷地岩溶洪澇災害,通過土地整理,可使水淹壩窪地內約67hm2聯片土地得到復耕,岩溶地區寶貴土地資源得到充分利用。
(4)將該土地資源開發與扶貧和石漠化整治工作相結合,可解決流域內及下游石漠化區19.28km2范圍1500餘人(現狀人口平均密度78人/km2)的生態移民安置問題,為移民的生存和脫貧創造基本條件。
照片4 地下河水庫開發工程
(5)對移民後的19.28km2石漠化區可實施真正意義上的封山育林、植樹造林和退耕還林,實現石漠化生態環境的修復。
6.2 經濟效益分析
根據平塘縣水利局和農業局提供資料,地下河出口以下克渡、塘邊兩鎮800hm2耕地保證灌溉用水後,實現糧食增收152.39萬kg/a(按每年每公頃增收2250kg計算);水淹壩窪地內約67hm2土地恢復耕種後可產糧270萬kg/a,全區合計增產422.39萬kg/a。按當地糧食市場價格2.40元/kg計算,僅農業生產一項每年就實現經濟收入1013.74萬元,其中尚不包括因地下河開發帶動產業結構調整帶來的其他效益。
因此,巨木地下河開發工程具有明顯的綜合性效益,對當地社會經濟的發展、生態環境的改善以及促進當地人民的脫貧致富有著重大意義,同時還可為缺水少土的岩溶石山地區探索出一條生態環境整治的有效途徑。
7 結語
地下河流域擁有豐富的地下水資源,地下河的開發既可促進社會和經濟發展,也能對環境帶來負面效應。過去一些地下河開發工程由於忽視岩溶環境的保護而導致工程效益不佳甚至失敗。因此,地下水的開發利用必須統籌考慮整個地下河流域系統的水文地質和生態環境特徵,把地下水的開發利用和流域內及相鄰區域生態環境的保護和治理結合起來,並合理利用資源和環境,才能達到事半功倍的效果。
貴州省岩溶石山區擁有枯季流量大於25L/s的1130餘條的地下河,巨木地下河僅是這些地下河中的一個代表,其開發利用指導思想和工程方案可作為相同類型地下河開發借鑒的實例。
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