水利水能规划课件

《水利水能规划》（多媒体辅助教学课件）水利学院钟丽彭向训

绪论(introduction)一、水资源〔waterresources〕概述水资源的概念：通常所说的水资源指逐年可以得到恢复补给的淡水〔freshwater〕。

二、水资源开发利用与保护1、根本原那么：可持续性、综合利用、经济原那么2、径流调节：利用工程措施，对天然径流进行控制并重新进行时空分配，满足国民经济需要。分类：1〕兴利调节调节形式：蓄余补缺、抬高河流水位，集中河流落差。鲁布革水电站〔引水式、云南贵州〕2〕防洪调节调节形式：挡洪、蓄洪、滞洪、撇洪、分洪

里石门拱坝3、主要工程措施按功能分：1〕灌溉工程2〕水力发电3〕防洪与治涝4〕供水5〕航运6〕其他4、非工程措施：1〕洪水预报2〕工程调度3〕水资源管理4〕国土规划5〕洪灾保险5、工程的规模、效益与费用1〕设计标准2〕规模3〕效益4〕费用三、与水资源关系密切的主要部门有：灌溉给水航运水利发电兴水利治涝防洪除水害任务拟定水资源开发方式确定工程的规模编制水量调度方案内容径流调节计算水能计算水电站及水库主要参数选择水库调度四、水利计算的任务及主要内容主要用水部门的用水特点1.水力发电——只利用水并不消耗水量。2.灌溉——消耗大量水量，用水年内变化大，有季节性。3.航运——不耗水量，要求有一定的水深。4.给水——用水较均匀。5.防洪——要求水库蓄水，以调节径流。四、水利计算所需要的根本资料1、来水〔径流〕2、用水：农业用水、工业用水、发电、航运等3、水库的特性资料，主要是水库的面积、容积特性、蒸发和渗漏损失，以及淤积、淹没和浸没资料等。

五、水利计算步骤1.资料获取与分析处理2.水文分析计算3.拟订工程参数可能方案4.方案评估优选5.制定工程优化调度与运行初步方案。

兄弟河水利计算任务概述一、兄弟河流域及水电工程概况二、兄弟河水库特征值计算三、兄弟河下寨电厂动能指标和装机容量计算四、下游塔里电站动能指标计算五、根本资料的收集六、所牵涉到的前导后续课程知识概述水利计算课程设计指导书.doc第二章水库兴利调节计算第一节概述第二节水库特征曲线及特征水位第三节设计保证率的概念及其选择第四节水库的水量损失第五节水库死水位确实定第六节年调节水库兴利调节计算第七节多年调节水库兴利调节计算第一节概述水库的兴利调节由库空到蓄满，再到放空，循环一次所经历的时间；称为调节周期。按调节周期的长短可分为：日调节、周调节、年调节和多年调节第二节水库特征曲线及特征水位用来反映水库库区地形特性的曲线，称水库特征曲线，有水库的水位——面积曲线和水位——容积曲线两种，也可简称为面积曲线和容积曲线；用来反映水库工作状况的水位，称水库特征水位，与特征水位相应的库容称水库特征库容。一、水库特性曲线

〔一〕水库面积曲线Z～F

——库水位与相应水平面面积的关系曲线，根据库区地形图量算。

〔二〕水库容积曲线Z～V———库水位与该水位以下水库容积之关系。绘制方法：首先将水库面积曲线中的水位分层，自河底向上逐层计算各相邻高程之间的容积。Z～FZ2Z1Z0V1V2F1F2ZFF2F1VV1=△V1V2=V1+△V2Z～V

水位——坝前水位库容——一般采用静库容，即坝前水位对应水平面以下库容。ZvQ动库容曲线示意图二、水库特征水位与特征库容

1、死水位与死库客Z死、V死2、正常蓄水位和兴利库客Z正、V兴

3、防洪特征水位和防洪特征库容防洪限制水位、防洪高水位(Z防)

4、设计洪水位(z设)5、校核洪水位(V校)

V总=V死+V兴+V校调–V结第三节设计保证率的概念及其选择

一、设计保证率：是指多年期间，用水部门正常用水得到保证的程度。它是设计的正常用水保证率的简称。以P％来表示。设计保证率通常有年保证率和历时保证率〔用于无调节、日调节水电站〕两种表示方法。即二、设计保证率的选择1、水电站设计保证率小型水电站〔N装<25000kw〕：65%<P设<90%大、中型水电站：————————————————————————系统中水电站容量比重〔%〕25以下25~5050以上—————————————————————————————水电站设计保证率〔%〕80~9090~9595~98—————————————————————————————2、灌溉设计保证率：指设计灌溉用水量的保证程度。原那么：南方比北方高；大型工程的比中、小型工程高；自流灌溉的比提水灌溉的高；远期规划的比近期工程的高。具体参见《水利水电工程水利动能设计标准》SDJ-11。3、供水设计保证率一般按年保证率取值的范围为95%~99%。4、通航设计保证率———————————————航道等级历时设计保证率〔%〕———————————————一级~二级97~99三级~四级95~97五级~六级90~95———————————————第四节水库的水量损失一、水库的蒸发损失以ΔW表示其中E水——时段水面蒸发量〔mm)E陆——时段陆面蒸发量〔mm)F库——时段平均库水面面积〔km2)f——建库前水面面积〔km2),一般忽略。例1：某水库流域面积上多年平均降水量为524.5mm。多年平均年径流深为83.8mm。水库附近气象站蒸发器测得多年平均年月水面蒸发量如下表。折算系数为K=0.80。试求该水库各月的蒸发损失深度。某水库附近气象站多年平均年月蒸发量表——————————————————————————————————月份123456789101112——————————————————————————————————蒸发量38.153.611420830124920116614711557.235.5〔mm〕——————————————————————————————————————

〔二〕渗漏损失——水库蓄水后由库周、坝身、坝基、闸门等渗漏水量某时段损失量W渗＝kv式中V——时段平均水库蓄水量k——渗漏系数，与水库水文地质条件有关，经验确定〔见下表〕习题与思考题1、试分析水库防洪与兴利的矛盾，如何协调？请谈你的看法。2、A水库坝址以上流域多年平均年径流深为800mm；实测多年平均年降水量为1500毫米；多年平均年水面蒸发量为712毫米，其月分配系数见下表；水库月渗漏系数k＝2％。假设某年3月份水库平均水面面积为20平方公里，平均蓄水量为1000万立米，试计算该月水库水量损失量。

月份123456789101112系数（％）3.143.475.898.349.5011.1416.4315.8611.276.984.383.60一、任务：来水、P设1、根据用水情况，确定兴利库容2、兴利库容，求用水3、用水和兴利库容，求水库运用过程第五节年调节水库兴利调节计算二、水库兴利调节计算原理——水量平衡计算时段内进出水库的水量差，等于水库蓄水量的变化。可用如下水量平衡方程式表示：△V=〔Q－q〕△t水库的蓄泄过程称水库的运用。在整个调节年度〔又称水利年度〕内，按照来水和用水过程的配合情况，年调节水库可分为一回运用、两次运用和多回运用。调节年度：是指水库自蓄水之日起至放空之日止，以蓄泄周期划分的年度。一回运用

两次运用

多回运用

多回运用：当水库在一个调节年度内，蓄泄次数多于两次时。方法：调节库容的判定可采用逆时序累加余缺水量要点：见缺水就加，见余水就减，减后假设小于零即取为零。二、列表法调节计算列表法：是在来水、用水的情况下，用列表的方式，适时段求解水量平衡方程，以求得水库蓄泄过程和所需的兴利调节库容。根据是否计入水量损失，又分为以下两种情况。

(一)不计损失列表法：年兴利调节〔不计损失〕.xls方法：调节库容的判定可采用逆时序累加余缺水量要点：见缺水就加，见余水就减，减后假设小于零即取为零。例1：某年调节水库调节年度的来水与用水程如表第〔1〕、〔2〕、〔3〕栏。死水位已确定为122米，相应死库容为210×104m3。水库特性曲线如前图。试进行调节计算求调节库容和水库调节蓄水过程。蓄水期的蓄水和弃水可以有多种方式。最极端的两种方式，就是所谓的早蓄方案和晚蓄方案。(二)计入损失列表法：试算法例2：仍用例1资料，考虑水库水量损失求调节库容和水库蓄水过程。

年兴利调节〔计损失〕.xls

例3：某水库设计枯水年兴利调节计算表如下，水量单位104m3，V死=20*104m3，渗漏损失系数K=1%/月。

年兴利调节〔计损失〕2.xls(三)计入损失的简算法条件：在初步规划阶段；水量损失占总水量比重不大时。方法：(一)长系列法长系列来水资科，即设计的长期年、月径流量系列时，对每一年进行年调节计算，得到调节库容。将此调节库容，从小到大排列，进行库容保证率计算：三、设计兴利库容与正常蓄水位确实定注意：1、系列从小到大排序，一般只画经验频率曲线；2、假设W来<W用，那么供水破坏，那么不计算。(二)代表年法根据来水〔或者用水〕选择符合P设的枯水代表年，直接求V年作为设计V兴。注意：一般选N个代表年，分别求V兴，选偏大的。

〔三〕正常蓄水位确实定考虑的主要因素：1、兴利要求V兴2、工程造价与淹没损失3、水库蓄水条件4、淹没限制5、与上游工程的关系第七节多年调节水库兴利调节计算原因：为了保证正常供水，需要把丰水年的多余水量蓄起来，以补足少水年的水量缺乏，即水库需要进行跨年度调节、也就是多年调节。原理与方法：与年调节计算相类似。一、长系列时历列表法1、判定各年度所需的调节库容2、利用调节库容保证率曲线求多年调节兴利库容例：某水库坝址处有30年实测年径流资料，经分析能代表多年的变化情况。各年的用水量过程也。根本据大多数年份的来、用水情况确定水利年度为当年的6月1日至次年的5月31日。各年的余缺水期的余缺水量经统计算，成果如下表。当设计保证率P设=90%时，试确定多年调节的兴利库容。多年调节〔时历列表法〕.xls二、数理统计法〔一〕假设1、V兴=V多+V年2、V多推求〔普列什柯夫线解图法〕1〕年径流量〔来水〕年径流模比系数2〕年用水量调节系数3〕库容多年库容系数式中:Wi-----第i年的年径流量；Ｍ---固定的年用水量；V多----多年库容；W0----多年平均径流量例：某多年调节水库，多年平均年径流量W0=5000*104m3，Cv=0.4，Cs=2Cv，年供水量M=4000*104m3，P=75%，试求多年库容V多。例：如上例，假设P=87%，试求多年库容V多。3、V年计算：代表年法选一个来水接近用水的中水年，进行年调节计算，求V年。选代表年的原那么是来水必须大于用水，但又不能远大于用水。

本章小结(1)掌握水库特征曲线及特征水位(2)掌握设计保证率的概念及其选择方法(3)掌握水库的水量损失估算方法(4)掌握水库死水位确实定方法(5)掌握年调节水库兴利调节计算方法、步骤(6)掌握多年调节水库兴利调节计算方法

第三章水库防洪调节计算第一节水库调洪的任务与防洪标准第二节水库调洪计算的原理与方法第三节水库调洪计算的列表试算法第四节水库调洪计算的简化三角形法第五节水库防洪水利计算第一节水库调洪的任务与防洪标准

一、

水库的调洪作用：

水库防洪调节计算：就是要定量地分析计算它们之间的关系。二、水库调洪计算的任务

1、在规划设计阶段，调洪计算的任务：2、在水库的管理运用阶段，调洪计算的任务：三、防洪标准(floodcontro1standard)防洪保护对象要求到达的防御洪水的标准。通常以某一重现期的设计洪水为防洪标准，也有一些地方以某一实际洪水为防洪标准。第二节水库调洪计算原理与方法一、水库调洪计算的原理水库调洪计算的根本原理，是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。以下〔3－1〕连续性方程〔3－2〕运动方程水库水量平衡示意图二、水库调洪计算的方法水库的调洪计算，就是适时段地求解方程组〔以下〕。常用的方法有列表试算法、半图解法和简化三角形法等。

(3-3)第三节水库调洪计算的列表试算法原理：1、：Q1、Q2、Δt、q1、v1、Z1、q∽V或Z∽V曲线2、未知：q2、V2假定q2、V2之中的一个〔尽量假设数字小一点的，q2<V2〕，由式〔1〕求V2，由式〔2〕查，如果q2＝，进入下一时段计算，否那么重新假定q2

步骤：1〕绘制q∽V曲线2〕确定起调水位和相应的库容、下泄流量3〕逐步逼进4〕绘制Q∽t和q∽t曲线5〕由qm查q∽V关系线，可得最高洪水位时的库容Vm。讨论：为什么起算水位为防洪限制水位？水库调洪计算程序.xls第四节简化三角形法该法的根本要点是假定入库与出库流量过程可以概化为三角形，见图所示。于是入库洪水总量W为：调洪库容V洪为：那么：第五节水库防洪水利计算一、水库防洪水利计算的任务水库防洪水利计算的任务，主要是对各种拟定的方案，进行调洪计算，求得最大下泄流量、调洪库容和最高洪水位等技术参数，为技术经济论证和选锑最正确方案提供依据。

二、溢洪道无闸门控制水库的防洪水利计算水库的汛限水位大多与正常蓄水位齐平，即等于溢洪道堰顶高程。根据下游有无防洪要求，防洪水利计算又可分为以下两种情况。Z坝＝Z设＋Z浪设＋△h设Z坝=Z校+Z浪校+△h校三、溢洪道有闸门控制水库防洪水利计算第四章水能计算及水电站

在电力系统中的运行方式第一节概述一、水力发电的根本原理势能(potentialenergy)动能(kineticenergy)水能设T秒时段内流过两段面的水量为W米3断面1-1处水流的总能量为:)2(21111gVPZWaγγ++E1=断面2-2处水流的总能量为:E2=)2(22222gVPZWaγγ++)2(2222112121211gVVPPZZWEEE2aaγ-+-+-=-=γ—V1V21122ΔZ1ΔZ2P1P2河段的潜在水能Z1-Z2

=H1-2-γ21PP»0»0E1-2=γ·W·H1-2〔牛顿·米〕功率出力(output)NTEN2121--=TWH21-=g=γQH1-2(牛顿·米/秒)1千瓦=1000牛顿·米/秒，γ=1000×9.81牛顿/米3N1-2=9.81QH1-2〔千瓦〕——水流出力计算公式2222211gVVaa-1.水量损失2.水头损失H净=Z上－Z下－ΔH引3.功率损失水电站效率η=η水×η传×η电水电站的出力公式为：N=9.81ηQ电H净〔kw〕ΔHAAQΔH引ΔZ下H净ΔZ上Bη水——水轮机的效率η传——传动设备的效率η电——发电机的效率N=9.81QH〔kw〕令A=9.81ηA——出力系数水电站出力计算公式可表示为：N=AQ电H净〔千瓦〕A8.5（大型水电站）（装机N>25万千瓦）8.0~8.5（中型水电站）（N=2.5~25万千瓦）6.0~8.0（小型水电站）（N<2.5万千瓦）二、河川水能资源的开发方式〔一〕坝式坝式水电站(damhydropowerstation)的分类：坝式水电站坝后式（厂房布置在坝的后面）河床式（厂房成为挡水建筑物的一部分）广东青溪水电站〔河床式〕2.坝式开发的特点：①水头相对较小；②一般能形成蓄水库，电站引用流量大，综合利用效益高；③投资大，工期长，通常单位造价高。3.坝式开发的适用条件：

适于流量大，坡降缓，且有筑坝建库条件的河段。〔二〕引水式(diversionhydropowerstation)1.分类：分为无压引水式水电站、有压引水式水电站1—原河道；水头HΔZ上ΔZ下2—明渠；3—取水坝；4—进水口；5—前池；6—压力水管；7—水电站厂房。1234567鲁布革水电站〔引水式、云南贵州〕2.引水式开发的特点：①水头较高；②电站引用流量小，水量利用率差，综合利用效益低；③无水库淹没损失，工程量小，单价一般较低。3.引水式开发的适用条件：河道坡降陡，流量较小或地形、地质条件不允许筑坝的河段。〔三〕混合式水电站(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。古田溪水电站〔混合式、福建省〕三、水能计算的任务1、水电站主要动能指标〔效益指标〕1〕保证出力〔Np〕：水电站能提供的相应于设计保证率的出力2〕多年平均发电量〔〕2、装机容量〔N装〕 3、发电水库Z死、Z正四、所需根本资料1、水库特性曲线2、水文资料3、综合利用资料五、水能计算一般程序1、拟定比较方案2、水能调节计算〔求Np、E、N装〕3、方案比较优选第二节电力系统的负荷及其容量组成一、负荷图

1、日负荷图：系统总负荷的日变化图2、年负荷图：系统总负荷的年变化图二、电力系统容量组成

N装=N必备+N重=N工+N负备+N重三、水电站工作特点〔相对火电〕特点：1、启动灵活，适应负荷迅速变化2、水量有限，保证供电程度低3、建设投资大，运行费用低第三节水电站保证出力与多年平均发电量计算一、年调节水电站保证出力保证出力：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。〔一〕、长系列法：〔二〕、枯水年法1、月出力计算的等流量法1〕计算调节流量q调假设：供水期每个月发电流量相等，蓄水期每个月的发量流量也相等。对供水期：q调供=〔W供+V兴〕/T供对蓄水期：q调蓄=〔W蓄-V兴〕/T蓄例1：某年调节电站设计枯水年来水如下表。V兴=20m3/s·月，试求各月出力〔A=8.0〕V死=8m3/s·月月份4