工学水利水能规划

2023/9/21主要内容水资源的综合利用兴利调节洪水调节水利水电经济计算与评价水能计算及水电站在电力系统中的运行方式水电站及水库的主要参数选择水库群的水利水能计算水库调度2023/9/22绪论水资源的涵义和特点流动性多用途性公共性永续性利与害的两重性我国的水资源和水能资源我国水资源的分布特点地区分布不均匀年内分布不均匀年际变化大除水害兴水利2023/9/23水资源的综合利用水力发电——只利用水并不消耗水量灌溉——消耗大量水量，用水年内变化大，有季节性航运——不消耗水量，要求有一定的水深给水——用水较均匀防洪——要求水库蓄水，以调节径流2023/9/24水力发电基本原理水力发电的任务利用这些被无益消耗掉的水能来生产电能河川水能资源蕴藏量落差和流量2023/9/25河川水能资源的基本开发方式坝式（damhydropowerstation）坝后式水电站——厂房布置在坝的后面河床式水电站——厂房成为挡水建筑物一部分引水式（diversionhydropowerstation）有压引水式无压引水式混合式（mixedhydropowerstation）当河段上游坡降较缓且有筑坝建库条件，下游坡降陡且有条件集中较大落差时，采用混合式开发较经济2023/9/26防洪与治涝洪灾与涝灾的区别和联系洪灾由于江、河、湖、库水位猛涨，堤坝漫溢或溃决，使客水入境而造成的灾害。除对农业造成重大灾害外，还会造成工业甚至生命财产的损失涝灾由于本地降水过多，地面径流不能及时排除，农田积水超过作物耐淹能力，造成农业减产的灾害共同的特点均为地表积水（或径流）过多2023/9/27灌水方法地面灌溉投资省、技术简单，但用水量较大，易引起地表土壤板结地下灌溉土壤湿润均匀，避免板结，节约用水，但资金及田间工程量较大喷灌省水、增产，但投资较高且需要消耗动力，灌水质量受风力影响较大滴灌省水、省地、省肥，但投资较高2023/9/28水库特性水库面积特性水库容积特性水库的特征水位和特征库容死水位（Z死）和死库容（V死）正常蓄水位（Z蓄）和兴利库容（V兴）防洪限制水位（Z限）和结合库容（V结）设计洪水位（Z设洪）和拦洪库容（V拦）校核洪水位（Z校核）和调洪库容（V调洪）总库容（V总）和有效库容（V效）坝顶高程2023/9/29死水位死库容正常蓄水位兴利库容防洪限制水位防洪高水位设计洪水位校核洪水位坝顶高程结合库容重叠库容防洪库容调洪库容总库容2023/9/210水库的水量损失蒸发损失渗漏损失通过坝身及水工建筑物止水不严实处的渗漏损失通过坝基及绕坝两翼的渗漏损失由坝底、库边流向较低水层的渗漏损失结冰损失2023/9/211水库淤积及淹没、浸没水库淤积纵向淤积形态横向淤积形态水库淤积防治水力排沙水力冲刷机械清淤水库淹没区的划分经常淹没区——正常蓄水位以下库区临时淹没区——正常蓄水位以上一定标准的洪水回水和风浪、冰塞壅水等淹没地区2023/9/212设计保证率工作保证率年保证率多年期间正常工作年数占运行总年数的百分比蓄水式电站、灌溉用水等采用历时保证率多年期间正常工作历时（日、旬、月）占总历时的百分比径流式电站、航运用水和其他不进行径流调节的用水部分采用2023/9/213兴利调节计算径流调节计算的基本依据

——水量平衡原理水库兴利调节计算的课题根据用水要求，确定兴利库容——时历列表法根据兴利库容，确定设计保证率条件下的供水水平（调节流量）根据兴利库容和水库操作方案，求水库运用过程2023/9/214多年调节计算多年调节水库兴利库容多年库容V多

——调整年际径流概率法计算年库容V年

——调节年内径流时历法计算2023/9/215洪水调节任务当水库有下游防洪任务时，其作用主要是削减下泄洪水流量，使其不超过下游河床的安全泄量若水库是防洪与兴利相结合的综合利用水库，则除了滞洪作用还有蓄洪作用影响因素入库洪水、泄流建筑物型式及尺寸、汛期水库的控制运用方式以及下游的防洪要求方法列表试算法半图解法2023/9/216水库调洪计算的原理基本原理逐时段地联立求解水库的水量平衡方程和水库的蓄泄方程水量平衡方程

闸门开度不变条件下水库蓄水量与泄洪量之间的关系2023/9/217基本计算公式分期等收（付）期值公式基金存储公式分期等付（收）现值公式本利摊还（资金回收）公式一次收付期值公式一次收付现值公式2023/9/218国民经济评价费用与效益费用国民经济为项目建设所需投入的全部代价水利建设项目投资达到项目设计效益所需的全部一次性投资，包括主体工程投资和相应的配套工程投资水利建设项目的年运行费项目建成投产后在运行管理中每年所需支付的各项费用，一般包括：材料和燃料动力费、维修费、大修理费、管理费及其他费用效益项目为国民经济所作出的全部贡献水电效益包括水电站容量与电量效益以及水库防洪、灌溉、城镇供水、航运等综合利用效益火电效益包括发电效益，并计及其对环境污染等的负效益水利建设项目的效益按功能分类防洪效益、治涝效益、灌溉效益、城镇供水效益、水力发电效益、航运效益等从全社会国民经济的角度出发，分析用影子价格计算项目所需投入的费用和可以获得的效益，评价建设项目的经济合理性2023/9/219国民经济评价指标和评价准则经济内部收益率（EIRR）项目在计算期内的经济净现值累计等于零时的折现率，反映项目对国民经济所作贡献的相对指标当经济内部收益率大于或等于社会折现率时，该项目在经济上是合理的经济净现值（ENPV）用社会折现率将项目计算期内各年的净效益，折算到计算期初的现值之和，反映项目对国民经济所作贡献的绝对指标当经济净现值大于或等于零时，该项目在经济上是合理的经济效益费用比（EBCR）项目效益现值与费用现值之比，反映项目单位费用为国民经济所作贡献的一项相对指标当经济效益费用比大于或等于1.0时，该项目在经济上是合理的2023/9/220财务评价费用支出总投资总投资=固定资产投资+建设期利息+流动资金年经营成本包括经营成本、折旧费、摊销费和利息支出税金包括增值税、销售税金附加和所得税财务收入电量效益容量效益年利润总额根据现行财税制度和现行财务价格，分析测算项目直接发生的实际收入和支出，编制财务报表，计算评价指标，考察项目的盈利能力、清偿能力等财务状况，据以判别项目的财务可行性2023/9/221清偿能力分析电价测算构成——成本、股息及红利、盈余公积和公益金、还本利息和各种税金借款偿还期水电建设项目投产后用可用于还贷的资金偿还固定资产投资借款的本息所需要的时间还贷资金还贷利润=税后发电利润－盈余公积金－公益金－应付利润资产负债率2023/9/222盈利能力分析财务内部收益率（FIRR）衡量建设项目在财务上是否可行大于或等于规定的财务基准收益率时财务上是可行的投资回收期（Pt）项目的净收益抵偿全部投资所需要的时间财务净现值（FNPV）按行业的基准收益率或设定的折现率，将项目计算期内各年净现金流量折现到建设期初的现值之和大于或等于零的建设项目在财务上是可行的投资利润率项目达到设计生产能力后的一个正常生产年份的年利润总额与项目投资的比率年利润总额=年收入－年成本－销售税金附加投资利税率项目达到设计生产能力后的一个正常生产年份的年利税总额与项目总投资的比率年利税总额=年收入－年成本+增值税2023/9/223水能计算的目的与内容水能计算的目的确定水电站的工作情况出力、发电量及其变化情况选择水电站的主要参数水库的正常蓄水位、死水位和水电站的容量等在电力系统中的运行方式主要内容——水电站的出力与发电量水电站的出力概念：发电机组的出线端送出的功率（kW）水电站发电量概念：水电站出力与相应时间的乘积（kW·h）2023/9/224水电站保证出力计算水电站保证出力是指水电站在长期工作中符合水电站设计保证率要求的枯水期（供水期）内的平均出力多年平均年发电量是指水电站在多年工作时期内，平均每年所能生产的电能量2023/9/225电力系统及其用户特性电力系统若干个电站及用户之间用输电线路联结成为一个共同的电力网包括发电厂、变电站、输电中、电力用户用户特性工业用电农业用电市政用电交通运输用电2023/9/226电力负荷图日负荷图负荷在一昼夜内的变化过程线年负荷图负荷在一年内的变化过程线电力系统中各电站的出力过程和发电量必须与用电户对出力的要求和用电量相适应，这种对电力系统提出的出力要求称为电力负荷电力生产就是利用电能发、供、用同时进行的特点进行的2023/9/227电力系统的容量组成电力系统的容量组成装机容量

——所有电站装机容量的总和，即铭牌出力必需容量最大工作容量：为了满足系统最大负荷要求而设置备用容量：准备额外的容量，由负荷备用容量、事故备用容量和检修备用容量所组成重复容量

——利用弃水额外增发季节性电能所需额外增加的一部分容量，它不必增加水库、大坝等水工建筑物的投资2023/9/228水电站的技术特性水电站的出力和发电量是随天然径流量和水库调节能力变化而变化水库具有综合利用任务，但各部门的用水要求不同，水电站所承受的调节能力也有所不同水能是再生性能源，水电站的年运行费用与所生产的电能量无关，因此在丰水期内应尽可能多发水电，以节省系统燃料消耗水电站机组开停灵便，迅速，因此水电站适宜担任系统的调峰、调频和事故备用等任务水电站的建设地点要受水能资源、地形、地质等条件的限制。水工建筑物工程量大，水库淹没损失较大，但水电站发电不需消耗燃料，故单位电能成本比火电站低2023/9/229火电站的特点工作特点只要保证燃料供应，火电站就可以全年按额定出力工作火电站适宜担任电力系统的基荷，这样单位煤耗较小；火电站机组启动比较费时火电站高温高压机组可以获得最高的热效率和最小的煤耗火电站本身单位千瓦的投资比水电站的低火电站单位发电成本比水电站高2023/9/230水电站在电力系统中的运行方式水电站在电力系统中的运行方式无调节水电站任何时刻的出力主要决定于河中天然流量的大小日调节水电站除弃水期外，在任何一日内所能生产的电能量，与该日天然来水量所能发出的电能量相等年调节水电站供水期、蓄水期、弃水期、不蓄不供期多年调节水电站径流调节程度和水量利用率都比年调节水库大2023/9/231水电站装机容量选择水电站装机容量最大工作容量备用容量重复容量满足电力系统正常工作的基本要求系统电力平衡系统电量平衡系统容量平衡2023/9/232工作容量的确定水电站最大工作容量的确定电站的保证出力电站在电力系统中的工作位置不同调节型式水电站最大工作容量的确定电力系统各种备用容量的确定负荷备用容量事故备用容量检修备用容量水电站重复容量的确定经济比较2023/9/233水电站装机容量选择收集基本资料确定水电站的最大工作容量确定水电站的备用容量确定水电站的重复容量选择水电站装机容量以上三项容量之和大致等于水电站的装机容量根据水电站的水头和出力变化范围定出机组的型式、台数、单位容量进行系统容量平衡动能经济比较2023/9/234水库正常蓄水位的选择正常蓄水位与有关经济和工程技术问题随着正常蓄水位的增高而产生的变化水利枢纽的投资和年运行费是递增的水库淹没损失必然增加受坝址地质及库区岩性的制约因素愈多结论对综合利用各水利部门效益的有利影响——受到投资、水库淹没、工程地质等问题的制约对下游地区防洪的有利影响——对上游地区防洪的不利影响对下游地区灌溉的效益——特别是在耕地的淹没与浸没对上下游航运的效益——船筏过坝的不便2023/9/235选择正常蓄水位的步骤和方法拟定水库的消落深度对各个方案采用较简化的方法进行径流调节和水能计算，求出各方案水电站的保证出力、多年平均年发电量、装机容量以及其他水利动能指标求出各个方案之间的水利动能指标的差值计算各个方案的水利枢纽各部分的工程量、各种建筑材料的消耗量以及所需的机电设备计算各个方案的淹没和浸没的实物指标和移民人数进行水利动能经济计算2023/9/236选择死水位的步骤与方法在已定的正常蓄水位条件下，根据库容特性、综合利用要求、地形地质条件、水工、施工、机电设备等要求，确定死水位的上、下限，然后在上、下限之间，拟定若干个死水位方案进行比较根据水库情况及统计数据确定最有利消落深度选择水库死水位的上限选择水库死水位的下限求出相应的兴利库容和水库消落深度，并利用设计枯水年或枯水年系列资料进行径流调节，得出各方案的调节流量和平均水头对各个死水位方案，计算保证出力和多年平均年发电量，通过系统电力电量平衡，求出各个方案水电站的各种容量计算各方案的水工建筑物和机电设备的投资以及年运行费，求出不同死水位方案的年费用AC水求出不同死水位方案替代电站的补充年费用AC火根据系统年费用最小准则，并考虑综合利用要求以及其他因素，最终选择合理的死水位方案2023/9/237水电站水库群的布置方式梯级水库群（串联水库群）位于同一条河流的上下游，以串联方式连接而成的水库群并联水库群在同一个电力系统中，位于不同河流上或位于同一河流的不同支流上的水库群串并联组合的混合水库群位于同一河流或不同河流上串联与并联混合的水库群形式2023/9/238串联水库群串联水库（梯级水库）一般的大江大河上，都分布着串联水库群理想的梯级水电站开发方式为下一级回水正好衔接到上一级的底水而形成梯级，即充分利用落差从发电角度来说，最理想的是在最上游找到一个调节性能好的水电站，它的调节可以给下游梯级带来效益从防洪角度来说，最好是在最接近被保护地区有一大的防洪库容，可以调节以上流域的全部洪水2023/9/239水库群之间的补偿作用径流补偿调节的概念和作用径流补偿就是利用各个水库的来水过程的不一致性和水库调节性能的不一致性，互相配合工作，取长补短，以达到提高水库群的总保证流量的目的径流补偿调节的目的就是各水库联合运用以达到比单独运行更大的效益水文补偿利用两河（或两支流）丰、枯水期的起迄时间不完全一致、最枯水时间相互错开的特点，把它们联系起来，共同满足用水或用电需要，相互补充水量，提高两河的保证流量库容补偿利用各水库调节性能的差异，即库容差异所进行的径流补偿2023/9/240梯级水库的径流补偿梯级（串联）水库的径流补偿调节上游水库调节性能差，下游好此时按一般梯级水库径流调节即可，上游单独调节放水，加上区间入流，再对下游水库进行径流调节计算上游水库调节性能好，下游差进行补偿调节计算上下游水