(DOC)-水资源规划及利用课程复习资料

水资源规划及利用课程复习资料

第1章绪论

1、水资源的概念

水资源（WaterResources）：通常指地球上目前和近期人类可直接和间接利用的淡水储量。2、水资源的特性

（1）循环性与有限性（2）时空分布不均匀性（3）用途广泛性和不可替代性（4）有利性和有害性

3、水利：

人类为了生存和发展的需要，采取各种措施，对自然界的水和水域进行控制和调配，以防止水旱灾害，开发利用和保护水资源。4、水利工程：

用于控制和调配自然界的地表水和地下水，以达到除害兴利的目的而修建的工程。

5、水利事业：

6、我国水资源的特点

(1)总量可观，人均亩均占有量少，水资源供需矛盾突出(2)地区分布不均，水土资源组合失衡

(3)时程变化大，年内、年际分布不均，水旱灾害频繁(4)水土流失严重，河流泥沙问题突出(5)水资源污染问题严重，水环境状况不容乐观(6)水资源与生产力布局不相匹配。7、我国目前水利建设的主要任务

（1）治理黄河

黄河可能是世界上问题最多、最复杂的一条河流，问题的关键是泥沙。目前黄河可以说是集断流、溃堤、淤积、污染诸问题于一身。近期治理黄河的要求主要有以下几条：

①堤防不决口；②河道不断流；③水质量不超标；④河床不抬高。

治理黄河我们要做的工作有：

①坚持开展中上游水土保持工作，进一步减少入黄泥沙。②通过全力节水治污和引入外流域调水，千方百计增加黄河水量，并对全流域全部水资源统一管理调度，这样才有可能治理黄河。

③通过工程和管理措施，在中下游形成一条相对稳定的“中水河槽”，使中小洪水不上滩，消灭“二级悬河”，解决不决堤的问题，而且用“人造洪峰”、“调水调沙”，配合清淤放淤，解决黄河泥沙在中下游的冲淤平衡问题。

④在河口适当修建工程，稳定流路，降低高程，引起溯源冲刷，改善下游河道淤高情况。（2）长江防洪

采取工程措施和非工程措施解决长江洪灾这一心腹大患。在工程措施方面，要依靠堤防、水库和分洪区三大项；在非工程措施方面，要实现精确预报、科学调度、全流域统一管理和推行洪灾保险制度等。

以下有几个值得探讨的问题：

①长江流域已建并将建大量水库，但各水库都有其开发目标，不能全为防洪服务。如何才能在遇到特大洪水统一调度。

②分洪区是长江防汛的主要手段之一，目前分洪区内居住大量群众，是生产基地，分洪一次，风险和损失巨大，实际上很难下决心启用，形同虚设。

③长江干流和支流间的洪水关系（尤其是洞庭四水流域）极为复杂；要研究在不同洪水下，如何做到江河互补互利，需采取何种措施，获得最大效益，恢复洞庭的青春。

④各种非工程措施的研究和实施。⑤长江口的整治工程等。（3）全国水资源合理配置

中国水资源在空间上分布很不均匀，与各地区的经济发展情况更不适应，因此在全面实行节水、挖潜的同时，仍有必要实施跨流域调水。（4）全方位节水工程实行“节水为先”的基本战略。（5）治污与生态环境治理工程（6）水电大开发

（7）建立与完善水资源管理体制形成法规，以法治水

本课程的内容及水利水能规划的主要内容

本课程的内容：水资源及其综合利用的基本概念，水资源评价，水资源供需平衡分析，水库及兴利调节计算，防洪减灾规划，水能利用及水电站主要参数选择，河流综合规划及水库群水利水能规划，水库调度，水资源管理与保护，水资源系统分析。

水资源规划和设计与施工具有同等重要的地位。进行规划工作的主要步骤：

1、收集、整理、分析和研究水利勘察和水利调查所获得的资料、数据和图幅等。

2

2、进行水文分析计算。

3、拟定水资源综合利用开发方式和工程总体布置初步方案，粗略拟定各主要水工建筑物和主要设备的型式和主要尺寸。

4、拟定待建水资源工程主要参数的若干个可能方案，并对其进行水利计算。

5、对上述参数的各方案进行经济计算和评价。

6、对上述参数的各方案进行非货币指标的社会效益、环保、政治、社会等方面的定性评价，选出最佳方案作为选用方案。

7、对选定方案，制定工程综合利用优化调度初步方案和水电站运行的初步计划，供运行管理单位参考。

拟定水资源开发方式与选择主要参数是水利水能规划工作的核心。各水利部门的主要参数有：

1、水力发电的主要参数：设计蓄水位、水库死水位和装机容量。2、灌溉的主要参数：水库蓄水库容、渠首或抽水站的设计流量、多年平均供水量。

3、城市供水的主要参数：与灌溉类似。

4、防洪的主要参数：水库设计蓄洪库容和下泄流量、河道整治后各河段的设计洪水位和设计流量、堤防各段的堤距和堤顶高程等。

5、治涝的主要参数：排涝站设计流量和围堤顶高程。

第2章水资源评价

1、水资源评价：

对某一地区或流域水资源的数量、质量、时空分布特征、开发利用条件、开发利用现状和供需发展趋势作出分析估价。它是合理开发利用和保护管理水资源的基础工作，为水利规划提供依据。

水资源评价的主要任务:科学分析区域或流域水资源特点，准确把握其数量、质量等方面的特性，展望水资源开发利用前景，合理开发利用和保护水资源，达到以水资源可持续利用支撑社会经济可持续发展的目标。

２、水资源评价的内容

水资源评价是水资源规划的前期工作，在规划中遇到的问题在评价中要仅可能考虑。水资源评价比水资源规划可行性研究更具普查和宏观意义。

(1)水资源评价的背景与基础

水资源评价的背景与基础：水资源评价区的自然情况、社会经济现状、水利工程及水资源利用现状以及水资源系统等。(2)水资源数量评价

也称为基础水资源评价，对评价区内的地表水资源、地下水资源及总水资源进行估算和评价，是水资源评价的基础部分。(3)水资源质量评价

包括对河流泥沙、天然水化学特性及水资源污染状况等的调查和评

3

价。

(4)水资源开发利用及其影响评价

包括：社会经济及供水基础设施现状调查分析，供用水现状调查分析，现状供用水效率分析，现状供用水存在问题分析，水资源开发利用现状对环境的影响分析。(5)水资源综合评价

包括：水资源供需发展趋势分析、评价区水资源条件综合分析，分区水资源与社会经济协调程度分析。３、水资源评价分区水资源评价分区的原则:

（1）尽量按流域水系划分，保持大江大河干支流的完整性。（2）同一区内自然地理、水资源特点、水资源开发利用条件和水利建设方向基本相同或相似。

（3）应充分考虑水资源供需特点，将供需矛盾相对突出的地区予以区分。

（4）尽可能保持行政区划完整。

（5）根据工作需要、评价工作量大小、现有资料情况确定分区大小和分区级数。

（6）各种级别的水资源评价分区原则上应一致。４、水平年、典型年和系列法

水平年：基准年、近期水平年、中期水平年、远期水平年。

要根据水资源评价的任务和所具备的条件来选择使用水平年，一般应有现状和近期两个水平年。

未来降水有随机特点，目前不能准确预测，而水资源量、供水量和需求量总要根据一定的水情和雨情进行分析，为处理这一问题，常用：

典型年法（代表年）：

根据已有资料频率分析结果，确定平水年和枯水年等不同典型年的雨情和水情，在此基础上对各水平年的水资源供需情况进行分析。典型年选择要合理确定年总水量和年内分配，使其确有平水年、枯水年及特枯水年的代表性。

典型年又可分为日历年、水文年和水利年。日历年自1月1日至12月31日，水文年从一年汛初至次年汛初，水利年按农作物灌溉期末划分起讫时间（如每年10月1月至次年9月30日）。

典型年的选用——统计：用日历年，供水：水文年，农业用水：水利年。

系列法（水资源供需平衡动态模拟法）：

根据所选水文气象系列逐年逐时段对未来的水资源供需情况进行计算分析。能较好地反映未来水资源量、供水量和需水量的动态变化特点，考虑了水资源多年调节以丰补枯的作用，是比较合理的方法。

系列法有：1、一次历史系列法

4

2、历史系列循回组合法3、随机系列模拟法

典型年法：计算简单、工作量少，克服无长系列资料的困难；系列法：计算工作量大，要用计算机计算。

5、水质评价

水质：水质泛指水体的物理、化学和生物学的特征和性质，受自然因素和人类活动的双重影响。水资源评价时，必须开展水资源污染状况的调查与评价，包括污染源调查与评价，地表水资源质量状况评价，地表水污染负荷总量控制分析，地下水资源质量现状评价，水资源质量变化趋势分析及预测，水资源污染危害及经济损失分析，不同质量的可供水量估算及适应性分析。

符合要求的水质和充足的水量是进行水资源开发利用的两个必要前提，缺一不可。

水资源评价工作要做到“水量和水质并重”，水质评价要包括河流泥沙、天然水化学特性及水资源污染状况调查评价等内容。1）河流水质1、河流泥沙

包括：河流输沙量、含沙量及其时程分配和地区分配。2、河流水化学特性

包括：天然水化学类型及地区分布，天然水化学成分的年内、年际变化，河流离子径流量（包括出海、出境、入境离子径流量），河流离子径流模数及地区分布。

天然水化学分析参数一般pH值、矿化度、总硬度、钾、钠、钙、镁、硫酸盐、硝酸盐、碳酸盐、氯化物。2）水体的污染及其危害

水体的自净能力：指受污染的水体在一定的条件下具有逐渐恢复其原有水质状态的能力。

合理利用水体的自净能力，减少水污染控制费用，是水资源保护规划中应当考虑的一个重要原则。一、水体污染物质的主要来源：

可分为：自然污染和人为污染。

二、水中的主要污染物及其危害：

(1)需氧污染物及其危害

需氧污染物：碳水化合物、蛋白质、油脂、氨基酸、脂肪酸和脂类等有机物。

常采用下列指标表示水中需氧有机物的含量：

1)生化需氧量（Bio-chemicalOxygenDemand，简称BOD）:表示水中有机污染物经微生物分解所需的氧量（以mg/L为单位），生化需氧量越高，表示水中需氧的有机污染物越多。2)化学需氧量（ChemicalOxygenDemand，简称COD）:表示用化学氧化剂氧化水中的有机污染物所消耗的氧量，测定方法有高锰酸钾法和重铬酸钾法。

3)总有机碳（TOC）和总需氧量（TOD）:

5

总有机碳包括水体中所有的有机污染物的含碳量，是评价水体

中需氧有机污染物的一个综合指标。

总需氧量：有机物完全氧化所需要的氧量。

(2)植物营养物及其危害

藻类大量繁殖。

(3)水体重金属污染及其危害

重金属不能被降解，只会分散或富集，对人和生物有毒性。

(4)水体油类物质污染及其危害

破坏生物正常生活环境，造成生物机能障碍。

①油膜阻碍海水蒸发，改变海面反射，减少日光辐射，使海面

温度下降，影响水体绿色植物光合作用，同时阻隔大气和水体间气体交换，减少水体氧气来源；②分散油和乳化油对一切水生生物都是致命的，会破坏海洋浮游植物体内的叶绿素，阻滞细胞分裂而造成大量死亡。

(5)水体热源污染及其危害

导致水环境发生一系列物理、化学及生物学变化。

①溶解氧降低，微生物分解能力增强，生化耗氧量增加，水体

缺氧；②化学反应速度加快，有毒物质毒性加大；③生物群落和种群变化；④某些鱼类正常生活受到影响。

(6)水体农药污染及其危害

来自于：①生产农药工厂直接排放②悬浮于空气中的农药通过降雨③农、林区地表径流和农业排水

水体农药污染造成鱼类、鸟类大量死亡，对人类健康有严重威

胁。6、水质标准

为保证供水质量，有必要根据不同部门对水质的要求制定相应的标准，对水体各种成分尤其是有害成分的含量给出一定的界限，从而可以根据水的物理、化学、生物学特性检测分析结果进行水质的评价。★我国（GB3838-2002）《地表水环境质量标准》依据地表水环境功能和保护目标，按功能高低将水划分为五类。Ⅰ类：主要适用于源头水，国家自然保护区；

Ⅱ类：主要适用于集中式生活饮用水地表水源地一级保护区、珍稀水生生物栖息地、鱼虾类产卵场、仔稚幼鱼的索饵场等；

Ⅲ类：主要适用于集中式生活饮用水地表水源地二级保护区、鱼虾类越冬场、洄游通道、水产养殖区等渔业水域及游泳区；

Ⅳ类：主要适用于一般工业用水区及人体非直接接触的娱乐用水区；Ⅴ类：主要适用于一般农业用水区及一般要求水域。2．4．4水质评价方法

水质的评价方法可分为监测指数法和生物评价法两种一、监测指数法

利用表征水体水质的物理、化学参数的相对污染程度值，通过统计数学处理，得到一个简单的数值，用以表征水体的污染程度。1、单因子评价指数法：

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对各类指标进行分析。

当污染物危害程度随浓度增加而增加时：IiCi/Csi

当污染物危害程度随浓度增加而减少时：

Ii(CimaxCi)/(CimaxCsi)

对于具有最低和最高允许限度的污染物（如pH值）：

Iisi

i

CC

si(maxormin)si

2、多因子评价指数法：

应用数学模型得出一个概括性的指数以综合表征水体的污染程度。n

平均迭加法：I

1n

I

i

；

i1

n

加权平均法：I

1

n

WiI

i

；

W

ii1

i1

Ii2maxIave

2

内梅罗指数法：I

2

；Iimax：参与评价的最大单因子指数；Iave：参与评价的单因子指数均值。

一般地说：I1，环境质量状况优于评价标准；

I1，环境质量状况优于评价标准；I1，环境质量状况处于临界状态。

3、模糊数学评价法：先对单项参数进行评价，同时考虑各参数在总体

中的地位，配以适当权重，然后运用模糊矩阵复合运算法，得出综合评价结果。二、生物学水质评价方法

由于水环境系统中污染物质之间存在复杂关系，对环境质量的影响程度不一；水质标准难以统一；对水体质量的综合评判有一定模糊性；因此，不同水质评价方法差别较大。好的评价方法应当具有：准确性、可比性、实用性。目前常用：

1、指标生物法：利用指示生物可以对水污染程度作出综合判断。

生物是反映环境质量优劣的一个综合指标，它与环境构成统一的

整体。每一种生物都要求一定的生活环境，环境一旦发生变化，生物种类、数量、生物群的组合及结构均发生变化。

指标生物：在一定水质条件下，对水环境质量变化反映敏感的生物。2、生物指数法：

依据水体污染影响水生生物群落结构的原理，用数学形式表示群落结构变化情况，从而指示水体质量情况。如贝克生物指数法。贝克生物指数法：BI2AB

A：对有机污染缺乏耐受能力的大型无脊椎水生动物种类数；B：对有机污染有中等耐受能力的大型无脊椎水生动物种类数。

根据BI的计算值来判断水质污染程度：BI0：水体严重污染；

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BI1~6：水体中等污染；BI6~10：水体轻度污染；BI10：水体清洁。

§2.5水资源综合评价

2．5．1区域总水资源概念及水资源总量计算

图2-1区域水循环概念模型

总水量平衡方程：PRETWC

对于非饱和带的土壤水，水量平衡方程：PRSWRETWE

其中总腾发量：ETSEWE

则有：PRSWRSE，说明入渗的水转化为地下水补给和作物的直接利用。

对于地下水，水量平衡方程：WRWEWCWG

定义降水扣除作物、土壤及水面直接利用和消耗后的全部水量为总水资源量W，则：WPSE

将PRSWRSE代如上式，

则：WRSWR，说明总水资源量为地表径流量与地下水补给量之和。将WRWEWCWG代入WRSWR地

则：WRSWEWCWG，由于RSWGR表径所以有：

流WRWEWC

RS

因此计算总水资源量有四个公式：WPSE

河WRSWR

川径WRSWEWCWG流WRWEWC

R

受实际情况和资料限制，目前还没有直接用上述公式计算总水资源量，而是分别对地表水和地下水进行评价。

常用：WRWRD其中D为地表水和地下水的相互转化量。不同类型的评价区有不同的计算方法。

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2．5．2水资源现状供需平衡及趋势分析

在水资源开发利用现状调查分析的基础上，可选取不同的水平年对水资源供需发展趋势进行分析。

现状供需平衡及趋势分析包括用水增长预测和可能增加的供水能力预估。用水增长预测常用：趋势外延法、参照社会经济发展长远目标进行估计法。

在用水增长预测中，人口的增长是一些国家中最主要的因素。用水预测是基于各行各业的需水预计的要求。2．5．3水资源评价指标体系

评价指标体系：水资源评价结果，以一系列定量指标加以表示，称为评价指标体系，由此可对评价区的水资源及水资源供需的特点进行分析、评估和比较。

一、水资源评价成果的主要指标

1、基本社会经济指标：土地、人口、耕地、灌溉面积、产值、粮食产

量等。

2、水资源量评价指标：地表水资源量、地下水资源量、总水资源量等。二、现状水资源利用指标

包括：总供水量、总用水量、水资源利用率与人均用水量等。三、现状、近期、中期、远期水资源供需分析指标——典型年法

对现状、近期、中期、远期各水平年，分别对P50%、P75%及P90%（或P95%）的典型年提出可供水量、需水量、余缺水量、

水资源利用率、人均用水量。

四、规划期水资源供需分析指标——系列法

对规划期列出多年平均的可供水量、需水量、余缺水量、地下水蓄变量、水资源利用率、人均用水量等；以年计的需水量保证率。

对各水平年分别列出可供水量、需水量、余缺水量、地下水蓄变量、水资源利用率、人均用水量等。若采用多系列对一水平年可以列出不同频率的上述各指标，以及不同频率的地下水埋深，或相应的数学期望值。2．5．4水资源供需综合指标及综合评价一、综合评价指标体系

包括：耕地率，耕地灌溉率，人口密度，工业产值模数，需、供水量模

数，人均供水量，水资源利用率，现状缺水率，缺水率远景等10项指标。二、综合评分

10

J

aiJ

i

，ai为权数，Ji为各评价指标。

i1

综合评分后J10为缺水区；5J10为基本平衡区；3J5为平衡区；J3为余水区。三、分类分析

1、根据缺水率及其变化：缺水率大于10%的地区为缺水区。2、根据人均供需水量对比：

根据自然、社会经济条件，拟定各地区人均需求量范围。实际供

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水量小于人均需水量的下限时，则认为该地区缺水。3、根据水资源利用率

当水资源利用率超过50%时，用水比较紧张，继续开发利用比较困难的地区，绝大部分应属缺水地区。开发条件差的地区，水资源利用率超过25%时，就可能出现缺水现象。

第3章水资源开发利用

1、以水资源的可持续利用保障国民经济可持续发展

《中国可持续发展水资源战略研究综合报告》提出我国21世纪水资源开发总体战略：

1、人与洪水协调共处的防洪减灾战略

2、以建设节水高效的现代灌溉农业和现代旱地农业为目标的农业用水战略

3、节流优先、治污为本、多渠道开源的城市水资源可持续利用战略4、以源头控制为主的综合防污减灾战略5、保证生态环境用水的水资源配置战略6、以需水管理为基础的水资源供需平衡战略7、解决北方水资源短缺的南水北调战略措施

8、与生态环境建设相协调的西部地区水资源开发利用战略

2、水资源综合规划

3.2.1水资源规划的目标和原则

水资源综合规划的目标是：为我国水资源可持续利用和管理提供规划基础，在进一步查清水资源及开发利用现状、分析和评价水资源承载能力基础上，根据经济社会可持续发展和生态环境保护对水资源的要求，提出水资源合理开发、优化配置、高效利用、有效保护和综合治理

的总体布局及实施方案，促进我国人口、资源、环境和经济的协调发展，

以水资源可持续利用支持经济社会可持续发展。

水资源规划的目标：包括整治和兴利两类。由于水资源服务功能的多目标性，水资源规划的目标往往也具有多目标性。协调各目标之间的矛盾，满足不同部门的利益要求，是现代水资源规划的基本内容。水资源规划应遵循的原则：

（1）全面规划；（2）协调发展；（3）可持续利用；（4）因地制宜；（5）依法治水；（6）科学治水；（7）与其他规划相协调。水资源规划往往包括综合规划和各项专业规划。

3.2.2水资源规划的步骤

水资源规划既是一个系统分析过程，又是一个宏观决策过程。水资源规划内容从逻辑上可分为七个阶段：1、问题剖析阶段

2、规划及管理模型制定阶段

3、方案筛选与优化阶段：包括确定可能的规划措施、规划措施的分类组合、编制规划方案。

4、影响评价阶段：包括鉴别影响源、估量影响大小、说明影响范围。

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5、规划方案评价阶段：包括目标满足程度评价、效益指标评价、合理性检验、确定规划方案。

6、工程实施阶段：根据方案决策及工程优化开发程序，进行工程建设或管理工程实施。7、运行、反馈与调整阶段

3.2.3水资源规划的内容

1、水资源及其开发利用情况调查评价2、节约用水和水资源保护3、需水预测和供水预测4、水资源配置

控制目标为需求，保护生态环境，增加供给。5、总体布局与实施方案

3.2.4水资源规划的类型

1、综合规划：（1）流域规划（2）区域规划（3）跨流域规划2、专业规划：防洪规划，航运规划等。

电力工业工业用水其他工业

城市用水生活用水居民生活

公共设施河道外用水河、湖环境环境用水需水量其他农业灌溉林、牧业灌溉农村用水渔业用水农村生活

农村工业、企业

水力发电航运河道内用水放木

冲沙冲污图3-4需水量计算项目汇总

§3.3水资源需求分析

1、生活需水预测：分城镇居民和农村居民两类，2、农业需水预测：

包括农田灌溉需水；

林牧渔业需水：包括林果地灌溉、墓志灌溉、牲畜用水和鱼塘等4类。

3、工业需水预测：分高用水工业、一般工业和火电工业3类，4、建筑业和第三产业需水预测5、生态环境需水：6、河道内其他需水预测：

河道内的其他需水预测包括：航运、水力发电、渔业、旅游等，这

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些需水一般不消耗水，但对水位，流量会有一定要求，因此要做好河道内控制节点的水量水质平衡，并对用水量进行计算。

§3.4水资源供需平衡分析

一、概述

★水资源供需平衡分析的目的包括：1、弄清水资源总量的供需情况；2、了解水资源余缺的时空分布；

3、进行开源节流的总体规划，明确水资源综合开发利用保护的主要目标和方向。

★水资源供需平衡分析的原则：1、近期和远期相结合2、流域和区域相结合3、综合利用和保护相结合★水资源供需平衡分析的方法：

按分析方法分：常规方法、系统分析法；按水情、雨情资料分：典型年法，系列法；

按水文资料性质分：确定性资料分析法、随机分析法。二、水资源供需平衡分析的典型年法

★供水保证率的概念：是指多年供水过程中，供水得到保证的年数占总年数的百分数。计算公式为：

P

m

n1

100%P-供水保证率；m-保证正常供水的年数；n-供水总年数供水保证率可有纵向和横向两种概念。

纵向：今后多年供水过程中有保证年数占总供水年数的百分数，今后多

年是一个计算系列。

横向：规定某一年份（例如2005年），这一年的来水可以是多样的，把

某系列各年的来水都放到这年（2005年）去进行供需分析，计算有保证的年数占系列总年数的百分数，即为该年供水遇到所用系列的来水时，其具有的供水保证率P。

第4章综合利用水库

径流调节：按人们的需要，通过水库的蓄水、泄水作用，控制径流的重新分配径流。径流调节是兴水利除水害的方法之一。洪水调节：为防洪目的进行的径流调节。第五章兴利调节：为兴利目的进行的径流调节。第四章

§4.1水库特性

1水库的面积特性和容积特性

（1）水库面积特性：水库水位与水库面积的关系曲线。(纵坐标为水库水位)

水库面积特性曲线取决于水库河谷平面形状，平原水库面积我曲线比较平缓，表明增加坝高将迅速扩大淹没面积和加大水面蒸发。所以平原地区一般不宜建高坝。

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（2）水库容积特性：水库水位与水库容积的关系曲线(纵坐标为水库水位)。

★2水库的特征水位和特征库容（记）

特征水位：为完成不同的任务，在不同时期和各种水文情况下，需

控制达到或允许消落的各种库水位。

特征库容：相应的特征水位以下或两特征水位间的水库容积。（一）死水位和死库容：

死水位（Z死）：在正常运行情况下，允许水库消落的最低水位。死库容（V死）：死水位以下的水库库容，也称垫低库容。

在正常运用中，死库容不参加径流调节，也不放空。（二）正常蓄水位和兴利库容：

正常蓄水位（Z蓄）：水库在正常运用情况下，为满足设计兴利

要求而在开始供水时应蓄到的高水位，又称实际兴利水位。兴利库容（V兴）：正常蓄水位与死水位间的库容，又称调节库容。正常蓄水位与死水位之间的高差，称为水库消落深度或工作深度。

（三）防洪限制水位（Z限）：水库在汛期允许兴利蓄水的上限水位。防洪限制水位是协调防洪和兴利关系的关键。（四）防洪高水位和防洪库容：

防洪高水位（Z防）：当遇下游防护对象的设计标准洪水时，水

库为控制下泄流量而拦蓄洪水，这时在坝前（或上游侧）达到的最高水位。

防洪库容（V防）：防洪高水位与防洪限制水位间的库容。用

以拦蓄灌水，满足下游防洪要求

重叠库容（V共）：当防洪限制水位低于正常蓄水位时，防洪库

容与兴利库容重叠的部分，又称共用库容、结合库容。

防洪库容与兴利库容重叠有完全重叠、部分重叠和不重叠三种形式。

（五）设计洪水位和拦洪库容：

设计洪水位（Z设洪）：水库遇大坝设计洪水时，在坝前达到的最高水位。它是水库是正常运用情况下允许达到的最高洪水位，也是挡水建筑物稳定计算的主要依据之一。

拦洪库容（V拦）：设计洪水位与防洪限制水位间的库容。（六）校核洪水位和调洪库容：

校核洪水位（Z校洪）：水库遇大坝校核洪水时，在坝前达到的最高水位。它是水库在非常运用情况下，短期内允许达到的最高洪水位，

调洪库容（V调洪）：校核洪水位与防洪限制水位间的库容。（七）总库容和有效库容：

总库容（V总）：校核洪水位以下的库容。V总V死V兴V调洪V共

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有效库容（V效）：校核洪水位与死水位间的库容。

V效V总V死V兴V调洪V共

表4-1水库工程等别表

4.1.3水库的水量损失

(一)蒸发损失：

蒸发损失的计算方法：经验公式、水量平衡法、热量平衡法、紊动混合、交换理论法等四类。

为留有余地，年调节水库采用最大年蒸发量，年内分配按多年平均考虑。多年调节水库采用多年平均年蒸发量。(二)渗漏损失：

渗漏可分三类：止水不严，绕坝渗流和坝底库周渗流。

水库运行的前几年，渗漏损失往往较大。水库运行若干年后，由于库床淤积、岩层裂隙逐渐被填塞等原因，渗漏损失会有所减小。(三)结冰损失：

结冰融化后滞留在岸边的冰层所引起的损失。（四）其它损失：

14

水工建筑群操作所损失的水量。如鱼道操作，船闸过船，木材放流等。

由于损失水量不大，在一般的调节计算中可不予考虑。

4.1.4水库淤积

纵向淤积：三角洲淤积，带状淤积和锥体淤积。

横向淤积：全断面淤积，主槽淤积和沿湿周均匀淤积。

淤积将对水库运用有多方面负面影响：侵占库容、抬高回水位、影

响航运、影响建筑物、磨损水轮机、引起化学沉淀、冲刷河床等。

水库淤积计算：在水库工程的规划设计中，为预测水库泥沙淤积过程、相对平衡状态和水库寿命所进行的分析计算。计算任务是探明淤积对各兴利部门的影响，为研究水库运行方式、确定泄洪排砂措施规模提供依据。

在规划设计阶段较常用的是经验估算法：

采用经验公式：拦沙率：V调/年

拦砂

0.0120.0102V

调/年

库容平均淤损率：淤淤损

V沙拦沙

调

V

调

或淤损0.0002M蚀0.95

(

V调0.8F

)

水库流程年限：T

kV调

k

淤损V调

淤损

M2

蚀——流域平均侵蚀模数；[t/(km·年)]

F——流域面积；

k——水库淤积程度系数，k

0.6指水库淤积库容达原库容的

60%。

T——水库淤至某种程度的年限。

计算水库平均淤积量和使用年限的具体步骤：（1）计算拦砂（2）计算淤损

（3）计算水库平均年淤积量：淤淤损V调

（4）根据预定淤积程度，计算淤积程度系数k，然后计算水库

淤积年限T。

为减少水库淤积，应注意流域面上的水土保持工作，并注意好水库的运行管理方式，如做好“蓄清排浑”。

通常减少淤积的措施：

（1）上游拦截，就地处理。最根本方法。

（2）水库排沙，保持库容。水库采取蓄清排浑的运用方式（3）清除淤沙，恢复库容。

4.1.5水库的淹没和浸没

淹没：水库蓄水后，将淹没土地、森林、城镇、道路、电力通讯设施、文物古迹、甚至城市建筑物。

浸没：水库蓄水后，由于库周地下水位抬高，使树木死亡，旱田作物受涝；耕地盐碱化；形成局部沼泽地，恶化卫生条件，滋生疟蚊；增

加矿井积水；使原有工程建筑物的基础产生塌陷；还会引起库周塌岸，毁坏农田和居民点，减小水库容积。

由于水库的淹没，将引起水库移民。在移民安置工作中，要正确处理国家、集体和个人的利益。要使移民的生产和生活条件好于迁建以前的生活。

水库的淹没损失是一项重要的经济技术指标，有时达工程总投资的

40%~50%，而且可能会有其他方面的影响。淹没和浸没问题常成为限制水库规模的主要因素之一。对于巨型和大型水电站，可有计划地分期抬高蓄水位，以减小近期淹没损失和迁移困难。

§4.2水库的兴利调节

4．2．1兴利调节分类

一、按调节周期分类：

调节周期是指水库的兴利库容从库空，到蓄满，又回到放空的完整的

蓄放过程。

1、日调节：调节周期为一昼夜。抽水蓄能电站一般为日调节。2、周调节：调节周期为一周，将一周内变化不大的入库径流按用水部门的周内需水过程进行径流调节。

3、年调节：按用水部门的年内需水过程，将一年中丰水期的多余水量蓄存起来，用以提高缺水期供水量。有不发生弃水的完全年调节和

15

发生弃水的不完全年调节。完全年调节和不完全年调节的概念是相对的，它取决于库容的大小和来水量的多少。年调节水库一般可同时进行周调节和日调节。

★通常用库容系数(V兴/年)反映水库的调节能力，当

=8%-30%时，一般可进行年调节。来水较均匀时=2%-8%即可进

行年调节。

4、多年调节：利用兴利库容将丰水年多余水量蓄存起来，以提高枯水年份的供水量。

当水量变差系数较小，年内水量分配均匀，根据经验，>30%，即可进行多年调节。

多年调节水库一般可同时进行年调节、周调节和日调节。对于水力发电，通常把具有一定的兴利库容，有能力调节天然日径流量的水电站，称为蓄水式电站。把无调节和仅能进行日调节的水电站(其日电能受控于天然径流)称为径流式电站。二、按水库任务分类：

单一任务径流调节，综合利用径流调节。

三、按水库供水方式分类：

固定供水，变动供水。

四、其他分类：

反调节，单一水库补偿调节，水库群补偿调节，跨流域调水调节。

4．2．2设计保证率

一、工作保证率和设计保证率的含义

工作保证率：水利水电部门正常工作的保证程度。有三种计算形式：

1、年保证率：指多年期间正常工作年数占运行总年数的百分比。即

P

正常工作年数运行总年数100%运行总年数工作遭破坏年数

运行总年数

100%多

用于蓄水式电站和灌溉用水。

2、历时保证率：指多年期间正常工作历时占总历时的百分比，即

P

正常工作历时(日、旬或月)

运行总历时(日、旬或月)

100%

多用于径流式电站，航运用水和其他不进行径流调节的用水部门。

年保证率与历时保证率之间的换算：

P[1(1P)/m]100%

M为破坏年份的破坏历时与总历时之比。3、按保证正常用水的数量计算保证率。

应当注意，枯水年对用水部门适当减少供水，效益并不一定会下降，可采用相应措施进行补偿。

提高保证率意味着扩大工程规模，往往技术上有难度，经济上有困难，所以要选取合适的保证率。设计保证率是工程设计规划的依据。二、设计保证率1、概念:

为拟建的水利水电工程选定的合理的工作保证率称为设计保证率2、设计保证率的选择

16

水利水电工程设计保证率的选择是一个复杂的经济技术问题。（一）水电站设计保证率

水电站设计保证率关系到供电可靠性、水资源利用程度和电站造价。对重要的电站采用高的设计保证率。

水电站设计保证率

同一电力系统中，规模和作用相近的联合运行的几座水电站，可当作单一水电站选择统一的设计保证率。（二）灌溉设计保证率

灌溉设计保证率：指设计灌溉用水的保证程度。（三）供水设计保证率

由于供水遭破坏将直接影响人民生活和造成生产的严重损失，故供水采用较高的设计保证率，一般按年保证率取值范围为95%~99%。（四）通航设计保证率

通航设计保证率一般指最低通航水位的保证程度，以计算时期内通航获得满足的历时百分率表示。

在综合利用的水库中，设计保证率按以下方案考虑

①要将历时保证率换算成年保证率，

②要以主要部门的设计保证率为准进行径流调节计算，③还要对年水量频率分别进行校核，取偏于安全的结果。

17

必要时，可根据任务主次关系，适当调整各部门的用水要求或设计保证率。

4．2．3设计代表年和设计代表期

在规划工作中，长系列水文资料的选用计算结果比较精确，但工作量大。在满足规划工作要求的情况下，可选用若干典型年份或典型多年径流系列作为设计代表期。一、设计代表年

在规划工作中，选择有代表性的枯水年、中水年和丰水年作为设计典型年，称为设计枯水年、设计中水年和设计丰水年。

对于年调节水电站，满足设计保证率要求的关键是设计枯水年的供水期，可按供水期水量选定设计枯水年。二、设计多年径流系列

设计多年径流系列是从长系列资料中选出的有代表性的短系列。（一）设计枯水系列

由于完整调节周期不多，通常采用扣除允许破坏年数的方法加以确定。

T破nP设(n1)n为水文系列总年数。

从资料中选出最严重的连续枯水年组，从最末一年开始扣除T破，余下的即为设计枯水系列。还要注意：①用设计枯水系列的调节计算结

果对其他枯水年组进行校核，若另有正常工作遭破坏的时段，要从T破中

扣除，得出新的破坏年数，并用它重新确定设计枯水系列，②有时需校核破坏年份的供水量和电量，若不能满足，则水库应在允许破坏时段前预留部分蓄水量。（二）设计中水系列

为探求水库多年平均情况，一般取10~15年作为代表期，称为设计中水系列。选择时要满足：①至少有一个以上的完整周期，②系列年径流均值等于或接近多年平均值，③系列应包括枯水年、中水年和丰水年，其比例关系与长系列大体相当，年径流变差系数Cv接近。

当电力系统中有若干电站联合运行并进行补偿调节时，最好按长系列进行计算，或以补偿电站为主，选出统一的设计代表系列。

4．2．4兴利调节计算原理

兴利调节计算：根据各用水部门的要求，利用水库重新分配天然径流所进行的计算。

水库的兴利调节计算主要解决三类课题：（1）根据用水要求，确定兴利库容；

（2）根据兴利库容，确定设计保证率下的供水水平（调节流量）；（3）根据兴利库容和水库操作方案，求水库运用过程。三类课题的实质是找出天然来水，用水和兴利库容之间的关系。径流调节计算的基本原理是水量平衡原理：计算时段的水量平衡方程：W末W初W入W出

W入W出W末W初W或(V)计算时段水库蓄水量变化值

水库的兴利调节计算的方法：时历法和概率法。

§4.3兴利调节时历列表法

一、根据用水过程确定水库兴利库容

（一）不计水量损失的年调节计算

由于用水已知，可根据天然径流，定出水库补充放水起止时间。逐时段进行水量平衡，再有分析地累加各时段不足水量，便可得出该入库径流条件下为满足既定用水要求所需的兴利库容。以下举例说明，见表4-6。课本113。（二）考虑水量损失的年调节计算方法：

在中、小型水库的设计中，可用简化计算方法：

①不计水量损失算出兴利库容，取此库容之半加上死库容，作为全年蓄水量；

②由平均蓄水量得出库水位和水库面积；③根据库水位和水库面积算出年损失水量；④兴利库容为不计损失兴利库容加年损失水量；⑤根据经验，用简化计算方法所得结果偏大。例表4-8，课本115页。小结：

1、径流来水过程与用水过程差别越大，则所需兴利库容越大。2、在一次充蓄条件下，累计整个供水期不足水量和损失水量之和，即得兴利库容。只要整个供水期用水总量不变，可任意改变供水流量，兴

18

利库容均不变。供水期均匀供水的径流调节称为等流量调节。3、设计枯水年供水期调节流量与多年平均流量的比值成为调节系数

容V完为界限，实际库容大于V完时为多年调节，否则为年调节。根据定义：W设枯V完设年T枯W设枯；设年为设计枯水年平均天然流量；为设计枯水年枯水期来水总量；T枯为设计枯水年枯水期历时。

Q调/，用以度量径流调节程度。

4、有时一年内充水、蓄水两次，如每次供水均小于蓄水，即W供1W蓄1，

W供2W蓄2，供水前水库均能单独存蓄所需水量，故两次供水中较大者

为兴利库容。当W供2W蓄2时，为满足用水要求，应为第二次供水预留水量(W供2W蓄2)，故V兴W供1(W供2W蓄2)。W蓄2可看成是供水期中的局部回蓄。

5、当全年用水量小于设计枯水年来水量时，枯水期不足水量可由径流调节解决，否则要进行多年径流调节。二、根据兴利库容，确定调节流量

假定若干调节流量方案，对每个方案求出各自需要的兴利库容，绘出Q调～V兴曲线。根据给定的兴利库容V兴0，由曲线查定Q调。对于年调节水库：Q调(W设供W设损V兴)/T供(m3/s)★应用上式时应注意的问题：

（1）水库调节性能问题。根据经验，库容系数：=8%~30%时，一般可进行年调节；>30%，即可进行多年调节。

通常还会以对设计枯水年按等流量进行完全年调节所需的兴利库

（2）划定蓄供水期问题。供水期：指天然来水小于用水，需由水库放水补充的时期。当调节流量未知时要进行试算。★课本118页[例4-1]

三、根据既定兴利库容和水库操作方案推求水库运用过程（一）定流量操作

各时段的调节流量为已知值，当各时段的调节流量相等时，称为定流量操作。多用于灌溉、给水和航运等部门。推求水库运用过程可分时段进行水量平衡。当兴利库容和操作方案既定来说，入库径流不同，水库运用过程也不同。

对于长水文系列进行径流调节计算，可以统计得出工程正常工作的保证程度，而对设计代表期进行定流量操作计算，可得出具有相应特定含义的水库运用过程。（二）定出力操作

为满足用电要求，水电站调节水量要与负荷变化相适应，此时水库应按定出力操作。

定出力操作有两种方式：

（1）供水期以V兴满蓄为起算点，蓄水期以V兴放空为起算点，分别顺

19

时序算到各自期末。类似于定流量操作。

（2）供水期以期末V兴放空为起算点，蓄水期以期末V兴满蓄为起算点，分别逆时序算到各自期初。

由于水电站出力与水头与流量两个因素相关，定出力操作常采用逐次逼近的试算法（试算可先假定水电站引用流量）。逐次逼近的试算法：

给定N：

1、从某一特定蓄水情况开始（库满或库空），

2、假定一引用流量Q，进行时段水量平衡，求出时段平均库水位Z上；3、由Q定出Z下，HZ上Z下；4、NAQH，

5、比较N与N，两者相近，说明假定用流量Q正确，计算完成，进行下一时段计算。否则另行假定重算。例表4-9，120页

§4.4兴利调节时历图解法

图解法的原理和列表法相同，都是以水量平衡为原则，即通过天然来水量和兴利部门用水之间的对比求得供需平衡。

图解法常用于年调节水库和多年调节水库的兴利调节计算，解算速度快，特别对于多方案比较，优点明显。一、水量累积曲线和水量差积曲线（一）水量累积曲线

水量累积曲线：横坐标为时间，纵坐标为从计算时刻t0（坐标原点）开始到相应时刻t之间的总水量。根据流量过程资料，即可绘出。

水量累积曲线计算表

水量累积曲线的主要特性：

（1）曲线任意两点间的纵坐标表示两点时刻之间的水量。（2）连接曲线两点，割线的斜率代表两点间历时的平均流量。

（3）曲线上任意一点的切线斜率代表该时刻的瞬时流量。水量累积曲线的形状总是向上的。

水量差积曲线：将水量累积曲线放如斜坐标网格内，斜坐标为流量为零的轴，横坐标为接近平均流量的整值数，纵坐标仍为水量累积。水量差积曲线的主要特性：

20

（1）QQ定时，曲线上升；QQ定，曲线下降。当Q定等于或接近平均流量时，曲线将围绕水平轴上下摆动。

（2）曲线上任意时刻tx的纵坐标到水平轴的距离表示从起始时刻t0到t该时刻tx

tx

tx

x期间的水量差积值(QQ定)tQtQ定t。从水平轴

t0

t0

t0

t到倾斜轴的垂直距离表示同期累积水量

x

Q定t。从曲线到倾斜轴的

t0

垂直距离表示到tx时刻的总累积水量。

（3）曲线上任意两点至斜线的垂直距离之差，表示两点历时的实际水量。

（4）任一时刻的流量可由水量差积曲线上该点切线斜率按流量比尺决定。

二、根据用水要求确定兴利库容的图解法（一）确定年调节水库兴利库容的图解法图解步骤：

（1）绘制设计枯水年水量差积曲线及其流量比尺；

（2）在流量比尺上定出已知调节流量的方向线Q调，绘出与Q调平行并与水量差积曲线相切的平行线组；

（3）供水期上、下切线间的纵距，按水量比尺量取，即等于所求兴利库容V兴。改变Q调将得出不同的V兴。针对每一个Q调方案进行长系列时

历图解，将求得各自特定的兴利库容经验频率曲线。（二）确定多年调节水库兴利库容的图解法图解步骤：

（1）绘制设计枯水系列水量差积曲线及其流量比尺。

（2）按公式T破nP设(n1)计算在设计保证率条件下的允许破坏年数。

（3）选出最严重的连续枯水年系列，并自此系列末期扣除T破，以划定设计枯水系列。

（4）确定在正常工作遭破坏年份的最低用水量Q破，Q破Q调。（5）在最严重枯水年系列末期作水量差积曲线的切线，其斜率等于Q破。定出前一年的蓄水量s点的位置。

（6）过s做斜率等于Q调的线段，同时在设计枯水系列起始时刻作水量差积曲线的切线，其斜率也等于Q调，则两平行线间的纵距即为该多年调节水库应具备的兴利库容V兴。

（7）当长系列资料中有两个以上的严重枯水系列而难以确定设计枯水系列时，则应分别对各枯水年系列进行图解，取所需兴利库容中的最大值，以策安全。

多年调节水库调节流量的范围：大于设计枯水年进行等流量完全年调节时的调节流量（即设枯），小于整个水文系列的平均流量平。

21

当考虑水库水量损失时，用不计损失算出平均蓄水量和平均水面，从而求出计算期总水量损失并折算成流量。用既定的调节流量加上损失流量得出毛调节流量。

也可对长系列水文资料，运用推调节流量平行线的方法，求处各种年份和年组所需的V兴，然后对各V兴进行频率计算，按设计保证率确定

必需的V兴。（图案2-19）

三、根据兴利库容确定调节流量的图解法

（一）确定年调节水库调节流量的图解法采用代表期法的图解步骤：

（1）绘制满库线，满库线是设计枯水年水量差积曲线下纵距为

V兴的曲线；

（2）绘制枯水期水量差积曲线与满库线的公切线；

（3）公切线的斜率即为已知V兴所能获得的符合设计保证率要

求的调节流量，切点为水库供水的起迄时间；

（4）考虑水量损失时，先求平均损失流量，从调节流量中扣除

损失流量，即得净调节流量。

绘出一组以P设为参数，V兴与Q调的关系曲线，图2-21。按长系列，绘出V兴const，Q调与P的关系曲线，图2-22（a）。（二）确定多年调节水库调节流量的图解法

选出最枯枯水年组，由天然水量差积曲线与满库线的公切线方向决定Q调。

对于长系列水文资料，为“绷线法”。（图4-25）

V兴、Q调与P设的关系可归纳为：

（1）V兴一定时，P设越高，可能获得的供水期Q调越小，反之越大；

（2）Q调一定时，要求的P设越高，所需的V兴也越大，反之越小；

（3）P设一定时，V兴越大，供水期Q调也越大。四、根据水库兴利库容和操作方案，推求水库运用过程

（一）等流量调节时的水库运用过程图4-26。

（二）定出力调节时的水库运用过程

1、顺时序计算：

注意改变起算点，供水期以水库蓄满开始起算；蓄水以水库

空库开始起算。

2、逆时序计算：见图4-28。

22

第6章水能利用

§6.1水能资源估算及水电站的开发布置一、水力发电原理和水能资源估算

由于水库和水电站的参数已定，水能计算的目的是根据入库天然流量、各部门用水量、电力系统负荷等，算出各个时段的出力和发电量，以决定电力系统中各电站的最有利运行方式。

：

水能计算的大致步骤：

N9.81QHAQH

大型水电站

(N25万kW)A8.5中型水电站(N2.5万~25万kW)A8.0~8.5

小型水电站(N2.5万kW)A6.0~8.0二、水电站的开发布置方式

坝式，河床式、引水式、混合式§6.2水能计算的目的与内容一、水能计算的目的：

1、确定水电站的工作情况2、选择水电站的主要参数

3、决定水电站在电力系统中的运行方式水能计算的主要内容：计算水电站的出力和发电量。水电站出力：发电机组的出线端送出的功率，以kW计。

N9.81QHAQH

规划阶段：

为选择水电站的主要参数而计算，需假定若干水库正常蓄水位方案，算出各方案的出力、发电量等指标，进行技术分析，选出有利方案。运行阶段：

根据电站的调节方式（如等流量调节、定出力调节等）计算各时段的发电流量Q电；根据水能计算的边界条件（水库蓄水位、蓄水量）等，进一步分析计算各时段水库蓄水量的变化量W、时段平均水库水位

上、时段平均下游水位下及电站的时段平均水头，根据

n

N9.81QH和Eiti计算水电站的时段平均出力和时段

i1发电量E。水能计算的方法：

列表法、图解法、电算法。见例6-1。二、水电站保证出力计算

（一）年调节水电站保证出力计算

应用各年水文资料，在已知或假定水库正常蓄水位和死水位的条件下，通过兴利调节和水能计算，求出每年供水期的平均出力，然后将这些平均出力值按其大小次序排列，绘制其保证率曲线，曲线中相应于

P设的供水期平均出力值，即为年调节水电站的保证出力N保。

当水库以发电为主时，水电站的保证出力是指符合水电站设计保

23

证率要求的枯水年供水期平均出力。（二）无调节及日调节水电站保证出力计算

计算原理与年调节水电站保证出力相似，但要采用历时（日）保证率公式进行统计。

无调节及日调节水电站保证出力计算一般应以日为计算期，计算时根据实测日平均流量及相应水头，算出各日平均出力，然后按其大小排列，绘制其保证率曲线，曲线中相应于P设的日平均出力值，即为所求水电站的保证出力N保。

（三）多年调节水电站保证出力计算

计算方法与年调节水电站保证出力的计算基本相同，对实测长系列水文资料进行兴利调节和水能计算。简化计算时，可以设计枯水系列的平均出力作为保证出力值N保。三、水电站多年平均年发电量的计算

平均年发电量：水电站在多年工作期内，平均每年所能产生的电能，是水电站一个重要的动能指标。（一）设计中水年法

根据一个设计中水年，可大致定出水电站的多年平均年发电量。

年E中t[

n

i

mN装](kW·h)

i1

n：时段平均出力小于装机容量N装的数段数，

m：时段平均出力大于（或等于）装机容量N装的数段数。

（二）三个代表年法

1

年3

[E枯E中E丰](kW·h)

（三）设计平水系列法

求多年调节水电站的多年平均年发电量时，采用设计平水年系列。设计平水年系列指：一水文年段（一般由十几年的水文系列组成），其平均径流量约等于全部水文系列的多年平均值，其径流分布符合一般水文规律。

（四）全部水文系列法

为精确求出多年平均年发电量，按水库调度图进行调节计算，对全部水文系列逐年计算发电量，最后求出多年平均值。全部水文系列法计算工作量大，多用于初步设计阶段。

§6.3电力系统的负荷图

一、电力系统及其用户特性

电力系统由若干发电厂、变电站、输电线路及电力用户等部分组成。其中用电户有：（一）工业用电（二）农业用电（三）市政用电（四）交通运输用电

以上四类用电户中工业用电占电力系统负荷的比重最大，可达总负

24

荷的50%以上。二、电力负荷图（一）日负荷图

有三个特征值：最大负荷N，平均负荷，最小负荷N。三个特征值把日负荷图分成三个区域：峰荷区、腰荷区和基荷区。

反映日负荷图特征的两个指标：

（1）日最小负荷率：N/N，越小，表示日负荷越不均匀。（2）日平均负荷率：/N，越大，表示日负荷越小。

日电能累计曲线：出力与相应电量之间的关系曲线。（二）年负荷图

（1）日最大负荷年变化曲线（2）月平均负荷年变化曲线三、设计水平年

设计负荷水平年：在规划阶段，与远景电力负荷发展水平相适应的年份。一般采用第一台机组投入运行后的第5~10年，并与国民经济5年计划一致。

§6.4电力系统的容量组成及各类电站的工作特性一、电力系统的容量组成

电力系统的装机容量是所有电站装机容量的总和：N系，装

N

i,装

图6-14课本196页

N系，装N系，必N系，重N系，工N系，备N系，重N

系，工N系，负N系，事N系，检N系，重

从运行的方面：

N系，装N系，可N系，阻N系，工N系，备N系，空N系，阻

应当注意：系统中上述各部分容量值的大小是随时间和条件而不断发生变化的，而且可能在不同电站、不同机组上相互转化，但系统装机容量的基本组成是不变的。二、各类电站的技术特性（一）水电站的技术特性

（1）水电可再生，但出力和发电量受天然来水制约。由于不需燃料，

单位电能成本比火电站低。

（2）水库有综合作用，发电有时受其他要求（如灌溉、航运）影响。（3）年运行费与发电量无关，丰水期可多发电以节约系统燃料消耗。（4）机组开启灵活，出力适应剧烈变化，适宜担任调峰、调频和事

故备用。

（5）建设地点受限，工程量大，有淹没及移民问题，需要配套输变

电工程。

（二）火电站的特点

按生产性质分为：凝气式火电站和供热式火电站。

火电站的工作特点：

25

（1）只要燃料保证供应，出力可不受影响；如燃料质量高，可建在

靠近负荷中心，减少配套输变电工程；如燃料质量低，可建坑口电站。

（2）火电站由于投入时间长，适宜在系统中担任基荷。（3）火电站担任峰荷和腰荷时，单位电能煤耗要增加。

（4）火电站本身单位千瓦投资比水电站低，如考虑配套工程，则千

瓦投资和水电站接近。

（5）由于有燃料消耗，火电站发电成本比水电站高。（三）其他电站1、核电站

需要持续不断地以额定出力工作，在系统中总担任基荷。发电成本比火电站略低或接近。2、燃气轮机电站

用石油或天然气为燃料，机组启动速度较快。燃气轮机组在短时间内担任系统调峰容量和系统事故备用容量。3、抽水蓄能电站

抽水蓄能电站在系统中的作用：

（1）吸收系统中负荷低谷时的多余电能进行抽水蓄能，使火电机组保持高效率，达到单位煤耗最小，年运行费最省。

（2）与常规水电站一样，机组对系统负荷急剧变化适应性好，可担任系统峰荷。

（3）与常规水电站一样，适宜担任系统负荷备用容量，事故备用容量。（4）离负荷中心较近的抽水蓄能电站，也可以多带无功负荷，对电力系统起调相作用。

（5）常规水电站发电受到其他用水部门的限制，而抽水蓄能电站本身不消耗水量，不影响其他部门（如灌溉）用水。

在抽水蓄能电站的各种作用中，对系统的调峰填谷作用最重要。4、风力发电场

我国陆上可开发风能资源2.97亿kW，近海可开发和利用的风能储量7.5亿kW。规划到2020年，风电装机将达到3000万kW。

风电优点：环境效益好，无任何有害气体和废弃物。风电缺点：稳定性不好，不宜担任峰荷；机组成本高。综上所述：水电站投资较大，但年运行费较小，机组启闭灵活，适宜担任系统的调峰、调频、调相和事故备用等任务。火电站本身投资小，但年运行费较大，且要消耗大量燃料，机组有最小技术出力等限制，为取得最高热效率，火电站应担任系统基荷。当系统缺乏调峰电站时，可考虑使用燃气轮机电站担任尖峰负荷和事故备用容量。

§6.5水电站在电力系统中的运行方式

一、无调节水电站的运行方式（一）无调节水电站的一般工作特性

枯水期在在基荷运行。丰水期仍在基荷运行，只有天然流量所产生的出力大于系统最小负荷时，可担任部分腰荷，这时，还会发生弃水。（二）无调节水电站在不同水文年的运行方式

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在设计枯水年枯水期以最大工作容量或大于最大工作容量的某个出力运行。在丰水期以全部装机容量运行，有时仍不免有弃水。

在丰水年，全年天然流量所产生的出力均可能大于全部装机容，水电站以全部装机容量在基荷运行，可能全年都有弃水，丰水期弃水尤多。水期到来，逐渐降至腰荷和基荷。丰水期过后，再回至峰荷。

·决定水电站在系统负荷上位置的方法——“双辅助线曲线法”·

（2）在丰水年，即使在枯水期，日调节水电站也要担任峰荷与部分腰二、日调节水电站的运行方式（一）日调节水电站的一般工作特性

工作特征：除弃水期外，在任何一日内所能生产的电能，与该日天然来水量（扣除其他部门用水）所能发出的电能量相等。

在不发生弃水的前提下，尽可能在峰荷工作。对水电站进行日调节对电力系统有三方面效益：

（1）日调节水电站在枯水期担任峰荷，可使火电站一日出力比较均匀，机组效率高，煤耗少，降低整个系统运行费用。

（2）在保证一定出力情况下，日调节水电站比无调节水电站容量大些，可更多取代火电站容量，使整个系统投资下降。

（3）在每年丰水期，为充分发挥日调节水电站装机容量的作用，可将全部装机由峰荷转到基荷，增加水电站发电量，减少火电站煤耗，降低整个系统运行费用。

虽然对水电站进行日调节有上述效益，但进行日调节后下游水流流量变化剧烈，可能会对下游航运和灌溉造成影响，要采取适当措施。（二）日调节水电站在不同季节的运行方式

（1）在设计枯水年，枯水期水电站以最大工作容量担任系统峰荷，丰

荷。在初汛后期，可能已有弃水，这时水电站就应以全部装机转入基荷，直至进入枯水期水电站再转入腰荷，并逐渐上升到峰荷。三、年调节水电站的运行方式（一）年调节水电站的一般工作特性

不完全年调节水电站在一年中按来水情况可分为：供水期，蓄

水期，弃水期和不蓄不供期。（二）设计枯水年的运行方式（1）供水期（2）蓄水期（3）弃水期（4）不蓄不供期（三）丰水年的运行方式

由于来水量多，水库在供水期内，年调节水电站可担任部分基荷和腰荷，以增加发电量，并避免在供水期末未用完蓄水而增加汛期弃水。但也要注意供水期前期不要过分用水，防止万一来水不足，水库存水过少不能满足各部门正常用水需求。

丰水期开始后，水库进入蓄水期，由于来水量大，一般蓄水期较短。在此期间，水电站可尽早转到基荷运行。在弃水期，水电站应以全

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部装机容量在基荷运行。四、多年调节水电站的运行方式

多年调节水电站一般总是同时进行年调节和日调节。

多年调节水电站一般年份内只有供水期和蓄水期，只有连续丰水年才会有弃水，连续枯水年才会放空。一般水库水位总在正常蓄水位和死水位间波动。

由于多年调节水电站相对库容大，水电站运行方式受一年来水变化的影响小，所以一般来水年份，水电站将担任峰荷（或峰、腰负荷）。

课程设计内容

§6.6水电站装机容量的选择

水电站的装机容量由最大工作容量、备用容量和重复容量所组成。满足电力系统正常工作的基本要求：

①系统电力平衡

系统中发电站的出力随时满足系统的负荷要求。

N水

、工N火、工p系N水

、规N水、工N水、建②系统电量平衡

E系、保E水、保E火、保

当水电站正常蓄水位与死水位方案拟定后，水电站的保证出力或在某一段时间内能保证的电能量便被确定为某一固定值。

火电站常被称为水电站的替代电站。改变水电站在系统负荷图上的位置，使水电站在电力系统中多担任峰荷，适当增加水电站的容量，相应减少火电站容量，可节约系统总投资。

③系统容量平衡

要确定所有水、火电站各时段在电力系统年负荷图上的工作容量、各种备用容量和重复容量，并检查有无空闲容量和受阻容量，做到系统容量平衡。

一、水电站最大工作容量的确定

水电站最大工作容量以保证电能为依据；根据整个系统最有经济性来确定。

（一）无调节水电站最大工作容量的确定

无调节水电站也被称为径流式水电站。一般只担任基荷，由于没有调节能力，其最大工作容量即等于按历时设计保证率所求的保证出力。无调节水电站的保证出力为：

N保、无9.81Q设设（kW）

（二）日调节水电站最大工作容量的确定

N保、日9.81Q设设（kW）

相应的日保证电能为：E保、日24N保、日（kW·h）

由日保证电能，根据日电能累计图求出日调节水电站最大工作容量。如果日调节水电站还担任基荷，则担任峰荷的容量要渐少，

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峰N保日N基E峰24峰

再由E峰，根据日电能累计图求出日调节水电站最大工作容量。

这时N水工

N基N峰（三）年调节水电站最大工作容量的确定

年调节水电站设计枯水年供水期平均调节流量为：

Q调(W供年调)/T供（m3/s）

相应水电站在供水期内的保证出力为：

N保、年9.81Q调供（kW）

供水期内的保证电能为：

E保、供N保、年T供（kW·h）

用电力电量平衡法确定水电站最大工作容量分为四个步骤：（1）假定若干个（最少三个）水电站最大工作容量的方案，将各方案绘在各月的典型日负荷图上，在日电能累积曲线上定出相应的日电能。（2）根据每个方案供水期各月的日电能，求出水电站各月的日平均出力，然后求出各方案供水期保证电能，E供保i730i,j

（i：第i

j供水期

个方案）。

（3）做出水电站最大工作容量与相应供水期保证电能的关系曲线。由

E保、供N保、年T供定出的电能在曲线上定出水电站最大工作容量。

（4）作电力系统出力平衡图和系统电能平衡图。

系统出力平衡图：在电力系统日最大负荷年变化图上定出水、火电站的工作位置，两者之间交线为一水平线。

系统电能平衡图：在电力系统日平均负荷年变化图上定出水、火电站的工作位置，由于水电站最大工作容量与相应供电量之间并非线性关系，所以该图上水、火电站的分界线并非一根直线。（四）多年调节水电站最大工作容量的确定

原则与方法基本与年调节水电站相似。不同之处为：

年调节水电站：只计算设计枯水年供水期平均的平均出力（保

证出力）及其相应的电能，由其担任峰荷而求出水电站最大工作容量。

多年调节水电站：要计算设计枯水系列的平均出力（保证出力）及其年保证电能，将电能在全年加以分配，使设计水平年系统内拟建水电站的最大工作容量尽可能大，以减少火电站装机容量，节省系统总投资。

当缺乏设计水平年或远景负荷资料时，则不能采用电力电量平

衡法，只能用经验公式或其他简略法估算。二、电力系统各种备用容量的确定1、负荷备用容量

当突荷出现，系统容量不足时，系统周波会下降，调整周波所需的负荷备用容量可采用系统最大负荷的5%左右，大型电力系统可采用较

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小值。

担任负荷备用容量的电站，通常被称为调频电站。

调频电站的选取：靠近负荷中心，具有大水库、大机组的坝后式水电站。如是引水式电站，选用引水道较短的电站作为调频电站。要考虑到调频电站对下游水位变化的影响。当电力系统较大时，要考虑采用多个分布在不同地点的电站作为调频电站。当系统内缺乏水电站时，也可采用火电站担任调频电站，由于火电机组技术特性限制，担任系统调频任务往往比较困难，且单位电能的煤耗增加，常常不经济。

在实际运行中，在年内不同时期的负荷备用可在不用电站间相互转移，但总是由正在运转的机组担任。2、事故备用容量

设电力系统总发电机组为n，一台机组平均事故率为p，则n台机组中有m台同时发生事故的机率Pm为：

Pm

n!

m!(nm)!

[pm(1p)nm]

如规定Pm0.01%，则可由上式求出事故备用容量的机组台数

m。根据规范，电力系统的事故备用容量可采用系统最大负荷的10%左

右，且不得小于系统中最大一台机组的容量。

事故备用容量在火电站与水电站之间的分配可做如下技术经济分析：（1）火电站在额定出力90%时热效率最高，因此火电站在机组运行时可有10%的事故备用容量。

（2）水电站包括抽水蓄能电站在内，由于开启灵活，最适宜在系统中担任事故备用容量。但如果事故备用时间较长，要在水库内准备足够的事故备用水量。

规范规定：预留担任事故备用的备用库容要能以N水事在基荷连续运行3~10天（T=72~240小时），即：VTN水事事备

0.00272H

min

（3）火电站也可担任冷备用的事故备用容量。当系统有需求时，先让水电站立即投入，待火电站冷备用容量投入后，再让水电站停止工作。水电站停止工作后，额外消耗的水量可由火电站增加发电量来补偿，此间水电站可回蓄多消耗的水量。此方法可不在水电站上留有专门的事故备用库容，还可节约火电站长期热备用所消耗的燃料。

（4）除上述技术条件外，还要使系统投资和运行费用最小。一般情况下，在水电站上多设一些事故备用容量是有利的，因为其补充千瓦投资小，丰水期事故备用容量还可多发电，减少系统燃料消耗。

综上所述，事故备用容量可按水、火电站工作容量的比例分配。

对于调节性能好和靠近负荷中心的大型水电站可多设置一些事故备用容量。

3、检修备用容量

系统内的各种机组都应进行有计划的检修。水电站每台机组平均年计划检修时间为10~15天，火电站平均每台机为15~30天。在规划电力、电量和容量平衡时要使F检足够大。如果不够大，要另外设置检修

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备用容量N检备。因火电站有燃料保证，系统检修备用容量一般以设在火电站上为宜。

三、水电站重复容量的选定（一）概述

根据设计枯水年确定的水电站最大工作容量，尤其是无调节水电站和调节性能差的水电站，在汛期内会产生大量弃水。为减少弃水，水电站要多增加部分容量。这部分容量，由于在设计枯水内来水少而不能当作系统中的工作容量以替代火电站工作，因而被称为重复容量。重复容量主要是发季节性电能，以节约系统燃料费。（二）选定水电站重复容量的动能经济计算

基本原理：

设置N重的年费用：CN重k水[(A/P,is,n)p水]在经济上设置N重的有利条件为：

aN重h经济fN重k水[(A/P,is,n)p水]

即：h经济k水[(A/P,is,n)p水]/af

a：水、火电转换系数，a1.05；

f：火电厂单位发电所需燃料费；

p水：水电站补充千瓦容量的年运行费。

（三）无调节水电站重复容量的选定

根据多年的日平均流量曲线换算出日平均出力持续曲线

Nf(h)，在曲线上由计算出的h经济，在h~曲线上定出N装，由

N重N装N水工

定出N重。（四）日调节水电站重复容量的选定

日调节水电站汛期在必备容量（最大工作容量和备用