最新版火电厂2300兆瓦机组新建工程取水工程通航条件论证可行性研究报告.docx
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最新版火电厂2300兆瓦机组新建工程取水工程通航条件论证可行性研究报告
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重庆石柱火电厂2×300兆瓦机组新建工程取水工程
通航条件论证研究报告
目 录
1概述1
1.1 工程概况1
1.2 任务依据1
1.3 论证地点及范围2
1.3.1论证地点2
1.3.2论证范围2
1.4 论证的主要内容和手段2
2工程址区的自然条件3
2.1气象条件3
2.2水文泥沙6
2.3工程地质8
3航运现状及发展规划11
3.1 本河段航道现状及发展规划11
3.2本河段港口现状及发展规划15
3.3 本河段航运现状及发展规划16
3.3.1航运现状16
3.3.2 航运发展规划18
4工程河段河床演变分析20
4.1 工程建设前河床演变情况20
4.1.1河道概况20
4.1.2河床演变情况20
4.2 工程建设后河床演变分析22
4.2.1工程布置方案22
4.2.2 工程建设后水位变化分析26
5三峡成库后工程河段通航条件分析27
5.1水库按156m方案运行时航道条件的变化情况27
5.2水库按175m方案运行时航道条件的变化情况28
5.3三峡建库后工程河段航线变化情况28
6工程对通航条件的影响30
6.1航道概况30
6.2航道水势30
6.3 设计通航船队30
6.4通航水文标准31
6.5船舶航路32
6.6工程建设后对水流条件的影响32
6.7工程对航道尺度的影响34
6.8工程对船舶航行的影响35
6.9工程对港区船舶作业的影响35
7结论和建议36
7.1报告的主要研究结论36
7.2问题与建议36
结语37
主要参考文献38
1概述
1.1 工程概况
重庆石柱发电厂（2×300MW）新建工程规划容量为2×300MW燃煤机组，厂址位于长江右岸的石柱土家族自治县西沱镇境内，工可报告中提供有庆中庵和方家湾两个厂址供比选，电厂取水水源为长江三峡库区，取水点位于长江右岸的江家槽河段。
庆中庵厂址的趸船取水方案为推荐方案，本报告着重对该方案进行通航条件论证。
根据《重庆石柱发电厂（2×300MW）新建工程可行性研究总报告》，重庆石柱发电厂（2×300MW）新建工程取水泵船总长33m，拟占用岸线100ｍ。
1.2 任务依据
为使电厂的取水口位置选取合理，工程布置方案和取水工程的结构设计方案能较好的满足该河段国家规定的通航技术要求，受重庆大唐国际石柱发电有限责任公司委托，我院承担了重庆石柱火电厂2×300兆瓦机组新建工程取水工程的通航条件论证研究工作。
本次研究工作的主要依据文件和资料如下：
（1）交通部交基发1994〖906〗号文件1994年
（3）《内河航道维护技术规范》（JTJ287—94）1994年
（4）《重庆石柱发电厂（2×300MW）新建工程可行性研究总报告》，西南电力设计院，2006年3月
（5）《重庆石柱火电厂2×300兆瓦机组新建工程取水工程》通航条件论证合同书，重庆大唐国际石柱发电有限责任公司，长江重庆航运工程勘察设计院，2006年4月。
1.3 论证地点及范围
1.3.1论证地点
重庆石柱火电厂2×300兆瓦机组新建工程取水工程所在地，即石柱土家族自治县西沱镇位于重庆市的东部偏南，距离重庆市187km,东与湖北恩施接壤，北接重庆忠县，南有重庆彭水县，西距涪陵约87km，取水口距离石柱县城约92km，由长江水道至涪陵距离约135km。
1.3.2论证范围
本报告论证范围为航道里程385.1公里附近的100m范围（坐标x=65209.150,y=19774.786;x=65257.480,y=19862.331）。
1.4 论证的主要内容和手段
本次通航条件论证主要根据重庆石柱火电厂2×300兆瓦机组新建工程取水工程布置方案进行不同水位期的航道条件分析，从而论证重庆石柱火电厂2×300兆瓦机组新建工程取水工程对长江航道的影响，并根据影响情况提出相应的解决方案。
西南电力设计院在《重庆石柱发电厂（2×300MW）新建工程可行性研究总报告》提出了庆中庵和方家湾两处比选方案，其中庆中庵厂址的趸船取水方案为推荐方案，本报告将采用原型数值计算方法对该推荐方案取水位置的航道水流条件、航道尺度、船舶航线调整等方面进行综合论证。
本报告分别选择2004年4月、10月和2005年4月、11月的库区断面观测资料，分析工程前后相应的水位、流速、比降、河床冲淤等变化值进行通航条件的论证分析。
2工程址区的自然条件
2.1气象条件
石柱县地处四川盆周山地，属中亚热带湿润季风气候区，终年气候适宜，雨量充沛，光、热、水同季，日照不足，垂直气候差异大。
其气候特点：
春季回暖早，升温快，但不稳定，有寒潮；夏季长，无酷热，多伏旱，暴雨强度大；秋季短，有低温，雨量大，阴雨多；冬季迟，无严寒，雨水少，有霜雪，日照缺，有冰、雪、霜、冻等。
根据石柱县气象站设计风速计算成果和大风调查资料，厂址离地10m高30年一遇10min平均最大风速为26.0m/s，50年一遇10min平均最大风速为29.5m/s。
根据石柱县气象站2000～2004年夏季（6、7、8月）逐日平均湿球温度进行累积频率计算，求得频率10％的湿球温度为25.9℃，相应日期的气象要素成果见表1。
石柱县气象站频率10％的日平均气象要素
表1
项目
年.月.日
气压
（hpa）
干球温度
（℃）
相对温度
（％）
风速
（m/s）
2000.7.19
961.1
29.0
77
2.3
2000.8.7
969.7
28.6
80
0.3
2000.8.13
967.6
29.0
80
0.7
2000.8.14
966.8
29.2
79
1.0
2001.7.30
965.8
28.6
81
1.3
2002.6.21
959.8
29.2
77
1.0
石柱县气象站多年气象特征值成果如下：
石柱县气象站多年气象特征值
表2
平均气压（hpa）
975.2
最高气压（hpa）
1000.8
1993.12.16
最低气压（hpa）
951.0
1991.5.24
平均气温（℃）
18.1
最高气温（℃）
42.6
2001.8.7
最低气温（℃）
－2.9
1961.6.17
平均相对湿度（％）
80
最小相对湿度（％）
10
1965.3.15
年平均降水量（mm）
1200.1
年最大降水量（mm）
1602.2
1993
年最小降水量（mm）
886.6
1988
一日最大降水量（mm）
171.8
1982.7.17
一小时最大降水量（mm）
75.6
1997.8.8
10分钟最大降水量（mm）
21.2
1996.8.11
20分钟最大降水量（mm）
35.6
1996.8.11
最长连续降水日数（d）
15
1989.10.26～11.9
最长连续降水量（mm）
125.1
最大一次连续量（mm）
357.3
1982.7.16～18
年平均蒸发量（mm）
1020.8
年最大蒸发量（mm）
1155.2
1990
年最小蒸发量（mm）
796.0
1976
平均风速（m/s）
0.9
最大风速（m/s）
20
1966，1973
年最多日照时数（h）
1547.1
1978
年最少日照时数（h）
786.9
1982
年平均日照时数（h）
1322.8
年最多日照百分率（％）
35
1978
年最少日照百分率（％）
19
1982
年平均日照百分率（％）
30
最多积雪日数（d）
2
1977.1.29～30
最少积雪日数（d）
0
最长一次大风持续时间（h）
3.5
1997.9.116：
28～16：
49
2.2水文泥沙
在天然情况下，工程河段洪水期水位暴涨暴落，洪峰历时短而升降大，枯水期水位相对平稳，历时较长。
该河段的床面形态和水流条件也相对较为复杂，长江上游径流主要来自金沙江、岷江、沱江、嘉陵江和乌江等河流，而悬移质泥沙主要来源于金沙江和嘉陵江。
1991～2005年与1990年前相比，长江上游水量变化不大，但输沙量减少明显。
1991～2005年寸滩站年均径流量和悬移质输沙量分别为3374亿m3和3.14亿t，与1990年前相比，径流量减少约4%，但输沙量减少约34%。
其中尤以嘉陵江减沙最为明显，1991～2005年北碚站年均径流量和输沙量分别为557亿m3和0.357亿t，与1990年前的均值相比，径流量也减少了19%，输沙量减少幅度达到79%。
从1991年至2004年，长江泥沙一直趋于减少，2005年输沙量较2004年有所增加，但较多年平均仍是呈现减少，长江挟带泥沙呈现“大水大沙，小水小沙”的特点。
三峡工程的兴建后改变了工程河段天然情况下水文条件，蓄水后每年的最低水位出现在水位消落期的5月份，低水位较天然情况有所抬高，根据三峡工程施工进展情况，可将库区蓄水阶段划分为四段。
（Ⅰ）天然及一、二期导流期：
2002年以前，水库不蓄水；
（Ⅱ）三期导流期：
2003～2006年，坝前水位按汛期（6～9月）135m，枯期（10～次年5月）139m运行，水库对该河段水位无调蓄；
案调度，工程河段将处于常年库区；
程河段处于常年库区。
根据三峡入库控制站—清溪场站、出库控制站—黄陵庙站水文观测资料统计分析，2003年6月～2005年12月，三峡入库（清溪场站）悬移质泥沙6.28亿t，出库（黄陵庙站）悬移质泥沙2.51亿t。
不考虑三峡库区区间来沙，水库淤积泥沙3.77亿t，水库排沙比为40%。
其中：
2003年6～12月，三峡入库站清溪场站悬移质输沙量为2.08亿t，黄陵庙站为0.84亿t，因此2003年6～12月库区淤积泥沙约1.24亿t，水库排沙比40%。
2004年1～12月，三峡入库站清溪场站悬移质输沙量为1.66亿t，黄陵庙站为0.637亿t，因此2004年1～12月库区淤积泥沙约1.02亿t，水库排沙比38%。
2005年1～12月，三峡入库站清溪场站悬移质输沙量为2.54亿t，黄陵庙站为1.03亿t，因此2005年1～12月库区淤积泥沙约1.51亿t，水库排沙比41%。
表3常年库区淤积量
时期
清溪场
入库沙量（亿t）
黄陵庙
出库沙量（亿t）
库区淤积量
（亿t）
排沙比
2003（6-12）
2.08
0.84
1.24
40%
2004
1.66
0.637
1.02
38%
2005
2.54
1.03
1.51
41%
水库泥沙淤积以宽阔段为主，其泥沙淤积占总淤积量的95%，窄深段淤积相对较少或略有冲刷。
库区淤积泥沙主要集中在主槽内，其淤积量占总淤积量的79%。
从泥沙淤积量沿程分布来看，越往坝前，泥沙淤积强度越大。
其中近坝段（大坝至庙河）2003年3月～2005年10月淤积泥沙约6500万m3，但绝大部分淤积于天然状况下的住航槽内，多在90m高程以下。
从库区河床纵剖面变化来看，2003年3月～2005年10月深泓淤积较大的多集中在近坝段、香溪宽谷段、臭盐碛河段、滥泥湾河段、土脑子河段等区域，库区深泓纵剖面总体呈淤积态势，最大淤积厚度为53.4m（坝上5.6km，S34断面）；其它河段深泓变化不大，绝大部分在5m以内，三峡库区纵剖面仍然呈锯齿状分布。
下图为蓄水前后水库典型断面变化图。
图1库区典型断面冲淤变化图
2.3工程地质
工程所在区域为丘陵地貌，总体地势南高北低，忠县向斜位于厂址北西侧，向斜轴线距厂址约5.5km，方斗山背斜位于厂址东南侧，背斜轴线距厂址最短距离约4.0km，楠木垭－大垭口断层从灰场东南侧4.2km通过。
主坝地段岩层产状：
倾向270∠25°，未见断层，滑坡等不良地质现象，场地整体稳定。
右坝肩地段巨厚层砂岩中可见二组裂隙：
裂隙产状倾向90～105°∠55～75°，隙面闭合～微张，隙面较平直，充填铁质薄膜，部分裂隙间含厚0.2～2.0cm灰白色粘土透镜体，裂隙间距约0.5～6.0m，可见长度2.0～10.0m，该组裂隙场地内较发育。
倾向185°～235°∠70～85°，隙面较平整、闭合～微张，隙面附铁质薄膜，裂隙间距约1.0～1.5m，该组裂隙场地内稍发育。
场范内地层为侏罗系中统上沙溪庙组（J2s）,岩性为泥岩，砂质泥岩与厚层至巨厚层细、中粒砂岩为主。
场地内坡地上残坡积土层厚度多小于1.0米，且多数地段基岩裸露，谷地内冲洪积土层厚度一般在10米左右。
第四系土层强度较低，均匀性较差，需作处理后方可作为坝基持力层。
（1）庆中庵厂址
庆中庵厂址位于忠县向斜与方斗山背斜之间。
厂址场地范围内岩体中裂隙较发育，未发现不良地质现象，自然边坡稳定，厂址场地稳定。
工程地质条件良好，适宜建厂。
厂区地层结构较为简单，土层厚度一般小于8.5米，其下为基岩。
为对抗震有利地段，建筑场地类型多为Ⅰ类，局部为Ⅱ类。
厂址区地下水主要为第四系土层中的上层滞水和基岩裂隙水。
各土层的主要物理力学指标统计结果分析表明：
①1层粉质粘土、粘土：
可作为一般性建构筑物的天然地基持力层。
①2层粉质粘土：
不能作为建构筑物的天然地基持力层，当作为下卧层时需进行强度和变形验算。
①3层粉土、粉细砂：
不能直接作为建构筑物的天然地基持力层。
当作为下卧层时应进行强度及稳定性验算。
由于场地地震基本烈度为6度，饱和粉土、饱和粉细砂层可不考虑液化的影响。
③层泥岩、砂岩
中风化泥岩是良好的天然地基持力层和桩基持力层，但泥岩暴露地表后具有迅速风化，降低强度的特性，因此位于泥岩地段的基坑开挖应考虑相应的防风化措施。
中风化砂岩是良好的天然地基持力层和桩基持力层。
（2）方家湾厂址
方家湾厂址位于忠县向斜与方斗山背斜之间。
近场区楠木垭－大垭口断层从厂址东南侧通过，该断裂距厂址最小距离约6.4km，断裂构造对厂址稳定无影响。
场地内未发现滑坡等不良地质现象，自然边坡稳定，厂址场地整体稳定。
工程地质条件良好，适宜建厂。
厂区地层结构较简单，土层厚度一般小于6.5米，多数地段基岩埋藏较浅。
为对抗震有利地段，建筑场地类型多为Ⅰ类，局部为Ⅱ类。
厂址区地下水主要为第四系土层中的上层滞水和基岩裂隙水。
各土层的主要物理力学指标统计结果分析表明：
①1层粉质粘土、粘土：
可作为一般性建构筑物的天然地基持力层。
①2层软塑粉质粘土及①3层稍密粉细砂层不能直接作为建构筑物的天然地基持力层，当作为下卧层时应进行强度及稳定性验算。
②层泥岩、砂岩
中风化泥岩是良好的天然地基持力层和桩基持力层，但泥岩暴露地表后具有迅速风化，降低强度的特性，因此位于泥岩地段的基坑开挖应考虑相应的防风化措施。
中风化砂岩是良好的天然地基持力层和桩基持力层。
电厂取水口附近为基岩质岸坡，未出现大面积的滑坡或失稳现象，其中位于马尿溪的西沱变形体已在三峡库区第一期地灾治理中得到整治，厂址河段河势、主槽和岸滩基本稳定。
根据《中国地震动参数区划图》工程勘察区抗震设防烈度为6度。
3航运现状及发展规划
3.1 本河段航道现状及发展规划
（1）航道等级及维护标准
2003年蓄水后，由大坝至丰都为常年库区，长约435km，常年库区枯水期水位抬高8～99m，洪水期抬高4～68m，水流大为减缓。
由于水位的抬高，工程河段内的枯水河宽都有很大增加，超过1000m以上，航道宽度亦相应增大。
随着水位抬高，比降减缓，流速亦相应减小。
枯水期各类碍航问题得到消除，基本无不良流态出现，水流甚为平缓，极利于船舶航行。
洪水期水流亦有较大减缓，但遇洪峰陡涨水过程，随流量的增大，流速也有所增大，强度较天然情况有所减弱。
交通部根据蓄水后库区水流条件的改善情况，及时对忠县以下航段进行了航路改革，实行上、下行船舶定线制，有利船舶安全航行。
运输企业为充分挖掘库区航运潜力，及时调整了运输组织方案，扩大了常年库区运输船队规模。
目前大型船队达到1942kW+（6～8）×（1000～1500）t的规模，载量6000t～10000t已上行至丰都下游约15km的锚地处；中型船队的规模1942kW+（4～6）×1000t，载量3000t～4000t可上行至涪陵港。
另外，机动驳现正逐步成为库区货运的主力军，并以滚装船与集装箱船为主。
根据蓄水后三峡水库库区航道维护情况，长江航道局积极采取多种措施，逐步提高航道维护尺度，改善航行条件，如丰都～宜昌河段，2006年2月起将航道维护尺度从2.9m提高至3.2m，4月起又提高至3.5m，从5月22起再次提高至4.0m试运行。
按《三峡工程初步设计》的要求，三峡工程建成后重庆九龙坡港以下将通万吨级船队，相应航道等级为Ⅰ级。
根据《内河通航标准》之和，即：
H=T+ΔH。
上述通航代表船队中按1500t驳船组成的大型船队考虑，吃水为3.0m。
Ⅰ级航道富裕水深为0.4～0.5m，考虑到成库后低水位出现时间主要在消落期，受壅水影响较小，山区河流的特性比较明显，富裕水深取0.5m，相应航道水深为3.5m。
《内河通航标准》要求内河航道的线数除整治特别困难的局部河段可采用单线航道外，均应采用双线航道，当双线航道不能满足要求时，应采用三线或三线以上航道。
根据库区船型发展的趋势，载量较大的自航式单船运输因其机动、灵活、效益较好，在库区与大型船队并存营运的趋势比较明显，因此应满足大型船队与这类单船对会的基本要求。
双线航宽计算选择T+9×1000t船队和3000t级自航船舶的平面尺度进行计算：
直线段双线航宽：
B2=BFd＋BFu＋d1＋d2＋C
BFd＝Bsd＋Ldsinβ
BFu＝Bsu＋Lusinβ
Bsd＝32.4m；Ld＝264m；Bsu＝16.2m；Lu＝86m；d1+d2+C＝（0.5～0.6）×（BFd+BFu），取0.55倍数；航行漂角β曾在三峡工程泥沙和航运关键技术之“坝上下游航道尺度标准”研究过程中进行了较为详细的论证，建议取为8°。
将以上参数代入计算公式求得B2=150.8m，取整得双线航道宽度为150m。
按《内河通航标准》，内河航道最小弯曲半径顶推船队宜取3倍船队长度，按船队长度264m计算最小弯曲半径为792m。
另外，在流速较大时宜采用5倍船队长度。
考虑三峡建库后，流速虽有所减缓，但在消落期库尾航道山区河流的特性仍然明显，从保证船队满载安全下驶起见，航道弯曲半径宜适当加大，《三峡工程通航标准》确定为1000m，大体相当于船队长度的3.8倍。
目前此段航道已按Ⅰ级航道的标准建设，正在实施的156m清库炸礁工程的最小航道尺度维护在3.5m×150m×1000m（航深×航宽×弯曲半径），常年可通行千吨级船队。
长江航道库区西沱段航道从2003年10月1日起，实行“长江三峡库区船舶航行定线制”规定，船舶靠右行左右分航法。
（2）水流特征
三峡水库是一个河道型水库，库区沿程水面存在一定的比降。
据实测资料分析，8月22日宜昌站流量为44200m3/s，相应清溪场站流量为43400m3/s时，两站水位均为涨水时段，清溪场、忠县、万县、奉节、培石、巴东等站水位与三峡坝前水位差值分别为20.03、10.21、7.23、4.63、1.79、0.83m，说明了三峡水库蓄水后，洪水期仍然具有较明显的河道特征（图2）。
当坝前水位135m时，5～10月汛期，当坝前水位维持在135.4～135.5m运行时，随着流量增大库区沿程水位升高，同时沿程水面比降逐渐增大，反之则减少。
图22005年三峡库区宜昌不同流量下沿程水面线图
当坝前水位维持在139m运行时，属于枯水期，上游来水一般均较小，相应库区沿程比降平缓，库区沿程水位变化主要受水库调节影响，与135m水位变化有所差别。
因此，据根2005年资料，考虑三种不同入（清溪场站）、出（宜昌站）库流量下，且清溪场～坝址区间来水量又较小的情况，对枯季库区沿程水面线进行分析。
（1）入库与出库流量基本一致，即清溪场、宜昌站流量分别为4510m3/s和4580m3/s（3月2日）；
（2）入库比出库流量小10%左右，即清溪场、宜昌站流量分别为4620m3/s和5080m3/s（3月7日）；
（3）入库比出库流量大10%左右，即清溪场、宜昌站流量分别为5370m3/s和4890m3/s（1月26日）。
当入、出库流量为4500m3/s左右时，坝前100km范围内水面为平水段，随着距坝前距离增加，沿程水位增加幅度增大，至清溪场站时水位高出坝前1.652m；当入库流量大于出库10%左右时，坝前水面线水平段距坝前越来越远，至清溪场水位高出坝前水位达1.972m，相应库区坝前水面比降减小，而库区洋渡～清溪场段水面比降略有增大；当入库流量比出库小10%左右时，坝前段水面平水距离缩短，相应近坝段水面比降增大，至清溪场水位比坝前水位仅高出1.529m（图3）；由此可知，沿程水位变化不仅与来水量有关，而且还与水库调度运行关系密切。
图32005年三峡库区非汛期宜昌不同流量下沿程水面线图
3.2本河段港口现状及发展规划
石柱港区腹地为本县及周边地区，主要依托城市石柱县西沱镇，为重庆市中心镇。
公路主要通过梁平～黔江联线高速公路和省道202线连接石柱县城，并辐射四周腹地。
石柱港区位于长江南岸，港区主要由西沱作业区组成，现有码头泊位10个，最大停靠能力3000吨级，年综合通过能力69万人次、65万吨。
港区吞吐货物以煤炭、水泥、化肥、粮食等为主，2004年完成旅客吞吐量39．31万人，货物吞吐量40．21万吨，其中煤炭占货运量的25．8％。
根据吞吐量预测，石柱港区2010年客货吞吐量分别为48万人次，；2万吨；2020年客货吞吐量分别为49万人次，93万吨。
主要客货运作业区规划：
西沱作业区包括西沱旅游码头、石槽溪码头、西沱油库码头、西沱港务站码头。
规划改扩建西沱旅游码头3000吨级旅游泊位1个；石槽溪码头现有散货泊位1个、30万吨，规划改扩建散货泊位1个、67万吨；西沱油库码头现有化危品泊位1个、10万吨，维持原规模不变；西沱港务站码头现有件杂泊位1个、15万吨，客运泊位3个，49万人次。
规划改扩建件杂泊位1个、30万吨，客运泊位维持原规模不变。
江家槽作业区规划新建3000吨级大件码头泊位1个、20万吨，件杂泊位1个、30万吨，化危品泊位1个、10万吨。
3.3 本河段航运现状及发展规划
3.3.1航运现状
随着经济的稳定增长，货运形势明显好转。
目前在重庆至涪陵河段营运的水运企业有上百家，除了主要航运骨干企业重庆长江轮船公司、重庆民生轮船公司、四川省长江水运股份有限公司、重庆市轮船总公司、涪陵轮船公司等外，还有大量的集体、个体运输船舶。
目前航行的船型船队功率最大达3310kw，最小只有几十千瓦；驳船载量大的3000t，小的只有几十吨。
重庆至涪陵河段客船都是单船航行，驳船的拖带方式主要是顶推。
本河段现行代表船队有四种：
一种是1942千瓦拖轮顶推两艘1000t驳和一艘500t驳，呈二列梭型，主要用于上水；第二种是1942kw拖轮顶推一艘1000t驳和一艘800t驳，呈二列梭型；第三种是1942kw拖轮顶推两艘1000t驳和一艘500t驳呈三列品字型，主要用于下水；第四种是当水位涨到天然设计水位4m以上，下水队型为1942kw拖轮顶推三艘1000
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