水利工程水资源综合利用

2022/10/271水利水能规规划2022/10/27西华大学能能源与环境境学院2主要内容水资源的综综合利用兴利调节洪水调节水利水电经经济计算与与评价水能计算及及水电站在在电力系统统中的运行行方式水电站及水水库的主要要参数选择择水库群的水水利水能计计算水库调度2022/10/273绪论水资源的的涵义和和特点流动性多用途性性公共性永续性利与害的的两重性性我国的水水资源和和水能资资源我国水资资源的分分布特点点地区分布布不均匀匀年内分布布不均匀匀年际变化化大除水害兴水利2022/10/274水资源的的综合利利用水力发电电——只利用水水并不消消耗水量量灌溉——消耗大量量水量，，用水年年内变化化大，有有季节性性航运——不消耗水水量，要要求有一一定的水水深给水——用水较均均匀防洪——要求水库库蓄水，，以调节节径流2022/10/275水力发电电基本原理理水力发电电的任务务利用这些些被无益益消耗掉掉的水能能来生产产电能河川水能能资源蕴蕴藏量落差和流流量2022/10/276河川水能能资源的的基本开开发方式式坝式（damhydropowerstation）坝后式水水电站——厂房布置置在坝的的后面河床式水水电站——厂房成为为挡水建建筑物一一部分引水式（（diversionhydropowerstation）有压引水水式无压引水水式混合式（（mixedhydropowerstation）当河段上上游坡降降较缓且且有筑坝坝建库条条件，下下游坡降降陡且有有条件集集中较大大落差时时，采用用混合式式开发较较经济2022/10/27西华大学学能源与与环境学学院7防洪与治治涝洪灾与涝涝灾的区区别和联联系洪灾由于江、、河、湖湖、库水水位猛涨涨，堤坝坝漫溢或或溃决，，使客水水入境而而造成的的灾害。。除对农农业造成成重大灾灾害外，，还会造造成工业业甚至生生命财产产的损失失涝灾由于本地地降水过过多，地地面径流流不能及及时排除除，农田田积水超超过作物物耐淹能能力，造造成农业业减产的的灾害共同的特特点均为地表表积水（（或径流流）过多多2022/10/27西华大学学能源与与环境学学院8灌水方法法地面灌溉溉投资省、、技术简简单，但但用水量量较大，，易引起起地表土土壤板结结地下灌溉溉土壤湿润润均匀，，避免板板结，节节约用水水，但资资金及田田间工程程量较大大喷灌省水、增增产，但但投资较较高且需需要消耗耗动力，，灌水质质量受风风力影响响较大滴灌省水、省省地、省省肥，但但投资较较高2022/10/27西华大学学能源与与环境学学院9水库特性性水库面积积特性水库容积积特性水库的特特征水位位和特征征库容死水位（（Z死）和死库库容（V死）正常蓄水水位（Z蓄）和兴利利库容（（V兴）防洪限制制水位（（Z限）和结合合库容（（V结）设计洪水水位（Z设洪）和拦洪洪库容（（V拦）校核洪水水位（Z校核）和调洪洪库容（（V调洪）总库容（（V总）和有效效库容（（V效）坝顶高程程2022/10/27西华大学学能源与与环境学学院10死水位死库容正常蓄水水位兴利库容容防洪限制制水位防洪高水水位设计洪水水位校核洪水水位坝顶高程程结合库容容重叠库容容防洪库容容调洪库容容总库容2022/10/27西华大学学能源与与环境学学院11水库的水水量损失失蒸发损失失渗漏损失失通过坝身身及水工工建筑物物止水不不严实处处的渗漏漏损失通过坝基基及绕坝坝两翼的的渗漏损损失由坝底、、库边流流向较低低水层的的渗漏损损失结冰损失失2022/10/27西华大学学能源与与环境学学院12水库淤积积及淹没没、浸没没水库淤积积纵向淤积积形态横向淤积积形态水库淤积积防治水力排沙沙水力冲刷刷机械清淤淤水库淹没没区的划划分经常淹没没区——正常蓄水水位以下下库区临时淹没没区——正常蓄水水位以上上一定标标准的洪洪水回水水和风浪浪、冰塞塞壅水等等淹没地地区2022/10/27西华大学学能源与与环境学学院13设计保证证率工作保证证率年保证率率多年期间间正常工工作年数数占运行行总年数数的百分分比蓄水式电电站、灌灌溉用水水等采用用历时保证证率多年期间间正常工工作历时时（日、、旬、月月）占总总历时的的百分比比径流式电站、、航运用水和和其他不进行行径流调节的的用水部分采采用2022/10/27西华大学能源源与环境学院院14兴利调节计算算径流调节计算算的基本依据据——水量平衡原理理水库兴利调节节计算的课题题根据用水要求求，确定兴利利库容——时历列表法根据兴利库容容，确定设计计保证率条件件下的供水水水平（调节流流量）根据兴利库容容和水库操作作方案，求水水库运用过程程2022/10/27西华大学能源源与环境学院院15多年调节计算算多年调节水库库兴利库容多年库容V多——调整年际径流流概率法计算年库容V年——调节年内径流流时历法计算2022/10/27西华大学能源源与环境学院院16洪水调节任务当水库有下游游防洪任务时时，其作用主主要是削减下下泄洪水流量量，使其不超超过下游河床床的安全泄量量若水库是防洪洪与兴利相结结合的综合利利用水库，则则除了滞洪作作用还有蓄洪洪作用影响因素入库洪水、泄泄流建筑物型型式及尺寸、、汛期水库的的控制运用方方式以及下游游的防洪要求求方法列表试算法半图解法2022/10/27西华大学能源源与环境学院院17水库调洪计算算的原理基本原理逐时段地联立立求解水库的的水量平衡方方程和水库的的蓄泄方程水量平衡方程程闸门开度不变变条件下水库库蓄水量与泄泄洪量之间的的关系2022/10/27西华大学能源源与环境学院院18基本计算公式式分期等收（付付）期值公式式基金存储公式式分期等付（收收）现值公式式本利摊还（资资金回收）公公式一次收付期值值公式一次收付现值值公式2022/10/27西华大学能源源与环境学院院19国民经济评价价费用与效益费用国民经济为项项目建设所需需投入的全部部代价水利建设项目目投资达到项目设计计效益所需的的全部一次性性投资，包括括主体工程投投资和相应的的配套工程投投资水利建设项目目的年运行费费项目建成投产产后在运行管管理中每年所所需支付的各各项费用，一一般包括：材材料和燃料动动力费、维修修费、大修理理费、管理费费及其他费用用效益项目为国民经经济所作出的的全部贡献水电效益包括水电站容容量与电量效效益以及水库库防洪、灌溉溉、城镇供水水、航运等综综合利用效益益火电效益包括发电效益益，并计及其其对环境污染染等的负效益益水利建设项目目的效益按功功能分类防洪效益、治治涝效益、灌灌溉效益、城城镇供水效益益、水力发电电效益、航运运效益等从全社会国民民经济的角度度出发，分析析用影子价格格计算项目所所需投入的费费用和可以获获得的效益，，评价建设项项目的经济合合理性2022/10/27西华大学能源源与环境学院院20国民经济评价价指标和评价价准则经济内部收益益率（EIRR）项目在计算期期内的经济净净现值累计等等于零时的折折现率，反映映项目对国民民经济所作贡贡献的相对指指标当经济内部收收益率大于或或等于社会折折现率时，该该项目在经济济上是合理的的经济净现值（（ENPV）用社会折现率率将项目计算算期内各年的的净效益，折折算到计算期期初的现值之之和，反映项项目对国民经经济所作贡献献的绝对指标标当经济净现值值大于或等于于零时，该项项目在经济上上是合理的经济效益费用用比（EBCR）项目效益现值值与费用现值值之比，反映映项目单位费费用为国民经经济所作贡献献的一项相对对指标当经济效益费费用比大于或或等于1.0时，该项目在在经济上是合合理的2022/10/27西华大学能源源与环境学院院21财务评价费用支出总投资总投资=固定资产投资资+建设期利息+流动资金年经营成本本包括经营成成本、折旧旧费、摊销销费和利息息支出税金包括增值税税、销售税税金附加和和所得税财务收入电量效益容量效益年利润总额额根据现行财财税制度和和现行财务务价格，分分析测算项项目直接发发生的实际际收入和支支出，编制制财务报表表，计算评评价指标，，考察项目目的盈利能能力、清偿偿能力等财财务状况，，据以判别别项目的财财务可行性性2022/10/27西华大学能能源与环境境学院22清偿能力分分析电价测算构成——成本、股息息及红利、、盈余公积积和公益金金、还本利利息和各种种税金借款偿还期期水电建设项项目投产后后用可用于于还贷的资资金偿还固固定资产投投资借款的的本息所需需要的时间间还贷资金还贷利润=税后发电利利润－盈余余公积金－－公益金－－应付利润润资产负债率率2022/10/27西华大学能能源与环境境学院23盈利能力分分析财务内部收收益率（FIRR）衡量建设项项目在财务务上是否可可行大于或等于于规定的财财务基准收收益率时财财务上是可可行的投资回收期期（Pt）项目的净收收益抵偿全全部投资所所需要的时时间财务净现值值（FNPV）按行业的基基准收益率率或设定的的折现率，，将项目计计算期内各各年净现金金流量折现现到建设期期初的现值值之和大于或等于于零的建设设项目在财财务上是可可行的投资利润率率项目达到设设计生产能能力后的一一个正常生生产年份的的年利润总总额与项目目投资的比比率年利润总额额=年收入－年年成本－销销售税金附附加投资利税率率项目达到设设计生产能能力后的一一个正常生生产年份的的年利税总总额与项目目总投资的的比率年利税总额额=年收入－年年成本+增值税2022/10/27西华大学能能源与环境境学院24水能计算的的目的与内内容水能计算的的目的确定水电站站的工作情情况出力、发电电量及其变变化情况选择水电站站的主要参参数水库的正常常蓄水位、、死水位和和水电站的的容量等在电力系统统中的运行行方式主要内容——水电站的出出力与发电电量水电站的出出力概念：发电电机组的出出线端送出出的功率（kW）水电站发电电量概念：水电电站出力与与相应时间间的乘积（（kW·h）2022/10/27西华大学能能源与环境境学院25水电站保证证出力计算算水电站保证证出力是指水电站站在长期工工作中符合合水电站设设计保证率率要求的枯枯水期（供供水期）内内的平均出出力多年平均年年发电量是指水电站站在多年工工作时期内内，平均每每年所能生生产的电能能量2022/10/27西华华大大学学能能源源与与环环境境学学院院26电力力系系统统及及其其用用户户特特性性电力力系系统统若干干个个电电站站及及用用户户之之间间用用输输电电线线路路联联结结成成为为一一个个共共同同的的电电力力网网包括括发发电电厂厂、、变变电电站站、、输输电电中中、、电电力力用用户户用户户特特性性工业业用用电电农业业用用电电市政政用用电电交通通运运输输用用电电2022/10/27西华华大大学学能能源源与与环环境境学学院院27电力力负负荷荷图图日负负荷荷图图负荷荷在在一一昼昼夜夜内内的的变变化化过过程程线线年负负荷荷图图负荷荷在在一一年年内内的的变变化化过过程程线线电力力系系统统中中各各电电站站的的出出力力过过程程和和发发电电量量必必须须与与用用电电户户对对出出力力的的要要求求和和用用电电量量相相适适应应，，这这种种对对电电力力系系统统提提出出的的出出力力要要求求称称为为电电力力负负荷荷电力生产产就是利利用电能能发、供供、用同同时进行行的特点点进行的的2022/10/27西华大学学能源与与环境学学院28电力系统统的容量量组成电力系统统的容量量组成装机容量量——所有电站站装机容容量的总总和，即即铭牌出出力必需容量量最大工作作容量：：为了满足足系统最最大负荷荷要求而而设置备用容量量：准备额外外的容量量，由负负荷备用用容量、、事故备备用容量量和检修修备用容容量所组组成重复容量量——利用弃水水额外增增发季节节性电能能所需额额外增加加的一部部分容量量，它不不必增加加水库、、大坝等等水工建建筑物的的投资2022/10/27西华大学学能源与与环境学学院29水电站的的技术特特性水电站的的出力和和发电量量是随天天然径流流量和水水库调节节能力变变化而变变化水库具有有综合利利用任务务，但各各部门的的用水要要求不同同，水电电站所承承受的调调节能力力也有所所不同水能是是再生生性能能源，，水电电站的的年运运行费费用与与所生生产的的电能能量无无关，，因此此在丰丰水期期内应应尽可可能多多发水水电，，以节节省系系统燃燃料消消耗水电站站机组组开停停灵便便，迅迅速，，因此此水电电站适适宜担担任系系统的的调峰峰、调调频和和事故故备用用等任任务水电站站的建建设地地点要要受水水能资资源、、地形形、地地质等等条件件的限限制。。水工工建筑筑物工工程量量大，，水库库淹没没损失失较大大，但但水电电站发发电不不需消消耗燃燃料，，故单单位电电能成成本比比火电电站低低2022/10/27西华大大学能能源与与环境境学院院30火电站站的特特点工作特特点只要保保证燃燃料供供应，，火电电站就就可以以全年年按额额定出出力工工作火电站站适宜宜担任任电力力系统统的基基荷，，这样样单位位煤耗耗较小小；火火电站站机组组启动动比较较费时时火电站站高温温高压压机组组可以以获得得最高高的热热效率率和最最小的的煤耗耗火电站站本身身单位位千瓦瓦的投投资比比水电电站的的低火电站站单位位发电电成本本比水水电站站高2022/10/27西华大大学能能源与与环境境学院院31水电站站在电电力系系统中中的运运行方方式水电站站在电电力系系统中中的运运行方方式无调节节水电电站任何时时刻的的出力力主要要决定定于河河中天天然流流量的的大小小日调节节水电电站除弃水水期外外，在在任何何一日日内所所能生生产的的电能能量，，与该该日天天然来来水量量所能能发出出的电电能量量相等等年调节节水电电站供水期期、蓄蓄水期期、弃弃水期期、不不蓄不不供期期多年调调节水水电站站径流调调节程程度和和水量量利用用率都都比年年调节节水库库大2022/10/27西华大大学能能源与与环境境学院院32水电站站装机机容量量选择择水电站站装机机容量量最大工工作容容量备用容容量重复容容量满足电电力系系统正正常工工作的的基本本要求求系统电电力平平衡系统电电量平平衡系统容容量平平衡2022/10/27西华大大学能能源与与环境境学院院33工作容容量的的确定定水电站站最大大工作作容量量的确确定电站的的保证证出力力电站在在电力力系统统中的的工作作位置置不同调调节型型式水水电站站最大大工作作容量量的确确定电力系系统各各种备备用容容量的的确定定负荷备备用容容量事故备备用容容量检修备备用容容量水电站站重复复容量量的确确定经济比比较2022/10/27西华大学能能源与环境境学院34水电站装机机容量选择择收集基本资资料确定水电站站的最大工工作容量确定水电站站的备用容容量确定水电站站的重复容容量选择水电站站装机容量量以上三项容容量之和大大致等于水水电站的装装机容量根据水电站站的水头和和出力变化化范围定出出机组的型型式、台数数、单位容容量进行系统容容量平衡动能经济比比较2022/10/27西华大学能能源与环境境学院35水库正常蓄蓄水位的选选择正常蓄水位位与有关经经济和工程程技术问题题随着正常蓄蓄水位的增增高而产生生的变化水利枢纽的的投资和年年运行费是是递增的水库淹没损损失必然增增加受坝址地质质及库区岩岩性的制约约因素愈多多结论对综合利用用各水利部部门效益的的有利影响响——受到投资、、水库淹没没、工程地地质等问题题的制约对下游地区区防洪的有有利影响——对上游地区区防洪的不不利影响对下游地区区灌溉的效效益——特别是在耕耕地的淹没没与浸没对上下游航航运的效益益——船筏过坝的的不便2022/10/27西华大学能能源与环境境学院36选择正常蓄蓄水位的步步骤和方法法拟定水库的的消落深度度对各个方案案采用较简简化的方法法进行径流流调节和水水能计算，，求出各方方案水电站站的保证出出力、多年年平均年发发电量、装装机容量以以及其他水水利动能指指标求出各个方方案之间的的水利动能能指标的差差值计算各个方方案的水利利枢纽各部部分的工程程量、各种种建筑材料料的消耗量量以及所需需的机电设设备计算各个方方案的淹没没和浸没的的实物指标标和移民人人数进行水利动动能经济计计算2022/10/27西华大学能能源与环境境学院37选择死水位位的步骤与与方法在已定的正正常蓄水位位条件下，，根据库容容特性、综综合利用要要求、地形形地质条件件、水工、、施工、机机电设备等等要求，确确定死水位位的上、下下限，然后后在上、下下限之间，，拟定若干干个死水位位方案进行行比较根据水库情情况及统计计数据确定定最有利消消落深度选择水库死死水位的上上限选择水库死死水位的下下限求出相应的的兴利库容容和水库消消落深度，，并利用设设计枯水年年或枯水年年系列资料料进行径流流调节，得得出各方案案的调节流流量和平均均水头对各个死水水位方案，，计算保证证出力和多多年平均年年发电量，，通过系统统电力电量量平衡，求求出各个方方案水电站站的各种容容量计算各方案案的水工建建筑物和机机电设备的的投资以及及年运行费费，求出不不同死水位位方案的年年费用AC水求出不同死死水位方案案替代电站站的补充年年费用AC火根据系统年年费用最小小准则，并并考虑综合合利用要求求以及其他他因素，最最终选择合合理的死水水位方案2022/10/27西华大学能能源与环境境学院38水电站水库库群的布置置方式梯级水库群群（串联水水库群）位于同一条条河流的上上下游，以以串联方式式连接而成成的水库群群并联水库群群在同一个电电力系统中中，位于不不同河流上上或位于同同一河流的的不同支流流上的水库库群串并联组合合的混合水水库群位于同一河河流或不同同河流上串串联与并联联混合的水水库群形式式2022/10/27西华大学能能源与环境境学院39串联水库群群串联水库（（梯级水库库）一般的大江江大河上，，都分布着着串联水库库群理想的梯级级水电站开开发方式为为下一级回回水正好衔衔接到上一一级的底水水而形成梯梯级，即充充分利用落落差从发电角度度来说，最最理想的是是在最上游游找到一个个调节性能能好的水电电站，它的的调节可以以给下游梯梯级带来效效益从防洪角度度来说，最最好是在最最接近被保保护地区有有一大的防防洪库容，，可以调节节以上流域域的全部洪洪水2022/10/27西华大学能能源与环境境学院40水库群之间间的补偿作作用径流补偿调调节的概念念和作用径流补偿就是利用各各个水库的的来水过程程的不一致致性和水库库调节性能能的不一致致性，互相相配合工作作，取长补补短，以达达到提高水水库群的总总保证流量量的目的径流补偿调调节的目的就是各水库库联合运用用以达到比比单独运行行更大的效效益水文补偿利用两河（（或两支流流）丰、枯枯水期的起起迄时间不不完全一致致、最枯水水时间相互互错开的特特点，把它它们联系起起来，共同同满足用水水或用电需需要，相互互补充水量量，提高两两河的保证证流量库容补偿利用各水库库调节性能能的差异，，即库容差差异所进行行的径流补补偿2022/10/2741梯级级水水库库的的径径流流补补偿偿梯级级（（串串联联））水水库库的的径径流流补补偿偿调调节节上游游水水库库调调节节性性能能差差，，下下游游好好此时时按按一一般般梯梯级级水水库库径径流流调调节节即即可可，，上上游游单单独独调调节节放放水水，，加加上上区区间间入入流流，，再再对对下下游游水水库库进进行行径径流流调调节节计计算算上游游水水库库调调节节性性能能好好，，下下游游差差进行行补补偿偿调调节节计计算算上下下游游水水库库都都有有一一定定的的调调节节性性能能也要要进进行行补补偿偿调调节节计计算算2022/10/2742并联联水水库库水水电电站站的的电电力力补补偿偿如何何划划分分补补偿偿和和被被补补偿偿电电站站应以以调调节节库库容容大大、、调调节节性性能能好好的的水水电电站站担担任任补补偿偿任任务务调节节性性能能相相同同时时，，应应以以综综合合要要求求（（限限制制））较较简简单单的的水水电电站站（（即即受受约约束束条条件件较较少少，，可可以以较较灵灵活活地地运运