建库前,新安江从安徽屯溪方向进入淳安盆地,与东来的东溪港、进贤溪及南来的遂安港会合,至港口,出铜官峡。在铜官峡上游,新安江曲折奔流于群山之间,由于河床坡降很大,江水落差节节增加,从屯溪到铜官峡200公里之间,天然落差达100米。库区构造线呈北东向,有马金复背斜轴线、印渚埠-开化等断裂通过,山脊线与区域构造线方向一致。库区地貌多为侵蚀剥蚀低山丘陵、喀斯特丘陵,少部分为河谷平原。库底与库床绝大部分为古生界致密不透水岩层,少部分为半致密或粘结的不透水与微透水岩层,局部有不透水的岩浆岩侵入体,它们的出露标高均大于设计回水标高。库区水土保持良好,历年平均含沙量仅0.248公斤/立方米,冲积和淤积都不严重。水库大坝坝址铜官峡。铜官峡全长800米,两岸标高海拔各300米,峡谷河床标高海拔20~22米,下部陡峻,坡角30°~40°,峡谷枯水期宽约180米。左岸岩性为唐家坞石英砂岩(S3t),右岸为西湖组石英砂岩(D3x),河床大部分为唐家坞砂岩,抗压强度可达150X106牛顿/米2,摩擦系数0.60,河底无风化层,河床也无多大的断裂破裂带。
千岛湖地区属浙江西部山地丘陵区,由中低山、丘陵、小盆地、谷底组成。地势呈四周高、中间低,由西向东倾斜,形成四周中低山逐渐向中部丘陵区过渡的地貌形态。古生界前,千岛湖地区地处古海洋中。中生界印支造山运动晚期才逐渐隆起,为全区域的地貌轮廓奠定了基础。经燕山运动和喜马拉雅造山运动后,受长期外力侵蚀作用和差异性的升隆运动,经火山喷发、岩浆侵入、断裂活动及外营力的风化、剥蚀、夷平,形成该区域以低山丘陵为主的地貌。山地、盆地呈梯级多层地形展布。河谷下游低丘盆地区,侵蚀、基座阶地发育,在河谷、盆地中广泛堆积着河流冲积、洪积、湖积层,谷坡两岸残积层、坡积层发育。新安江水库形成以后,108米高程以下的河谷、低丘陵成了水面,低山地貌更为突出。地貌类型以剥蚀型山地地貌为主,堆积地貌、人工湖地貌次之。
水库坝址以上的流域面积达10442平方千米 ,其中60% 的流域面积(汇水区)在安徽省境内。主要包括浙江省的淳安县及安徽省黄山地区的歙县、休宁县等,入库河流33条,在设计水位108米( 黄海标高) 时水面面积573平方千米,蓄水库容178.4×108立方米,库区纵长150千米,最宽处10千米,最大水深100米,平均水深31.13米,岸线长度1406千米,有1078个岛屿,新安江水库属亚热带湿润季风气候,多年平均气温17.8℃,平均降水量1489.0毫米,平均蒸发量1355.1毫米,多年入库净流量94.1×108立方米 ,出库水量90.0×108立方米,换水周期2年,上游的新安江是主要入库河流,街口断面以上集雨面积6000平方千米,入库径流量占总径流量的60.2%。
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