水资源综合利用1

第二章水资源综合利用

1.1概述

1.2水力发电

1.3生活用水

1.4灌溉

1.5工业用水1.6生态用水

1.7其他用水部门

1根本要求：〔1〕理解几个主要用水部门的用水特点；〔2〕掌握水力发电的根本原理及水能资源的根本开发方式；

水资源开发利用：根据对供水、发电、灌溉等的要求，采用工程措施及非工程措施，对水资源进行调节、控制、保护及管理，以满足国民经济各部门用水要求。第二章水资源综合利用

同一河流或同一地区的水资源，同时满足几个水利部门的需要，并且将除水害和兴水利结合起来统筹解决，这种开发水资源的方式，称水资源的综合利用。第二章水资源的开发利用兴水利水力发电灌溉航运给水等除水害防洪治涝“一水多用，一库多用〞第一节概述一、水资源综合利用的重要性

31.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。二、主要用水部门的用水特点三、综合利用水资源——重要原那么

用最少的投入来充分合理的开发利用水资源，满足国民经济各部门近期的和长远的需要，获得最大最好的效益，除害与兴利，一库多利，一水多用，协调各用水部门的矛盾。可持续利用:能够支持人类社会和经济可持续开展的水资源开发利用。河段的潜在水能势能(potentialenergy)动能(kineticenergy)水能

设T秒时段内流过两段面的水量为Wm3)2(2222112121211gVVPPZZWEEE2aaγ-+-+-=-=γ—断面2-2处水流的总能量为:E2=)2(22222gVPZWaγγ++断面1-1处水流的总能量为:)2(21111gVPZWaγγ++E1=一、水力发电的根本原理第二节水力发电

〔hydroelectricitygeneration〕V1V21122ΔZ1ΔZ2P1P2

5Z1-Z2

=H1-2-γ21PP»0»0功率出力(output)NTEN2121--=TWH21-=g=γQH1-2(牛顿·米/秒)1千瓦=1000牛顿·米/秒，γ=1000×9.81N/m3N1-2=9.81QH1-2〔千瓦〕——水流出力计算公式2222211gVVaa-E1-2=γ·W·H1-2〔牛顿·米〕＝γ·Q·t·H1-2=9807Q·t·H1-2V1V21122ΔZ1ΔZ2P1P2河段的潜在水能H1-2

61.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=9.81ηQH〔kw〕

7令A=9.81η水电站出力计算公式可表示为：8.5，大型水电站（装机N＞300MW）

8.0~8.5，中型水电站（N=50~300MW）

6.0~8.0，小型水电站（N＜50MW）AA——出力系数N=AQ电H净〔千瓦〕水电站的出力公式为：N=9.81ηQ电H净〔kw〕

8水电站能量转换原理

9水力发电原理机械能电能H毛H净

水电站出力公式：N=K×Q×H净公式中：出力系数K水轮机引用流量Q：

m3/s工作水头H净:m水电站出力N:kw水能能量损失水头损失经过四大过流部件大坝引水管水轮机发电机泄洪道水工建筑物：挡水建筑物用水建筑物泄水建筑物发电机：转子定子4大过水部件：引水管蜗壳水轮机转轮尾水管二、河川水能资源蕴藏量的估算和我国水能资源概况估算要点：〔1〕因单位长度河段的落差和流量都是沿河变化的，因此实际估算河流水能资源蕴藏量时，常沿河分段计算水流出力，然后逐段累加以求全河总水流出力。〔2〕在流量及河流纵比降有较大变化处，单独划分河段。〔3〕计算中，流量取河段首尾断面流量的平均值。〔4〕根据多年平均流量Q0计算所得的水流出力N0，称水能资源蕴藏量。水流出力公式为：N=9.81QH1-2〔kw〕说明：落差和流量是决定水能资源蕴藏量的两项要素。

13表1-1某河水能资源蕴藏量计算例如断面序号高程Z(m)落差H(m)间距L(m)断面处流量Qi(m3/s)河段平均流量Q0(m3/s)河段水流出力N0(kW)单位长度水流出力N0/L（kW/km)水流出力累积值∑N0(kW)1350352710263912934196010008.018.523.029.540.02750500022507650153002114711812815327507750100001765032950231516328821427825525234621346

14全国各地区水能资源蕴藏量及可能开发量统计表地区理论蕴藏量（万kW）占全国比重（%）可能开发量（万kW）占全国比重（%）备注西南西北中南东北华东华北473318418640812133005123070.012.59.51.84.41.823234419467441199179069267.89.915.52.03.61.2按发电量计算占全国比重全国总计67605100.037853100.0缺台湾省资料

15三、河川水能资源的开发方式〔一〕坝式(damhydropowerstation)蓄水式

径流式——形成水库来集中水能，水电站能进行径流调节。

——不形成水库供径流调节，水电站只能引取天然流量发电。2.坝式水电站的分类：1.概念：在天然河道中拦河筑坝，形成水库，以抬高上游水位，集中河段落差，这种开发方式称为坝式开发。坝后式

河床式——厂房布置在坝的后面

——厂房成为挡水建筑物一部分

16有回水湖北丹江口、浙江新安江水电站属于坝后式

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万家寨坝后式水电站坝后厂房坝后式：三峡电站

〔装机1820万KW/多年平均发电量847亿度〕湖北葛洲坝、浙江富春江水电站属于河床式河床式电站

20三峡水库葛洲坝水库3.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，且上游形成淹没区。4.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。

22〔二〕引水式(diversionhydropowerstation)无压引水式水电站:沿岸修建坡度平缓的明渠来集中落差。有压引水式水电站:有压隧洞或管道集中落差。1.概念：在河道上建坝和引水工程．将水导入人工建造的引水道(明渠、隧洞、管道等)，并引到引水道末端以集中落差，再接上压力水管，导入电站厂房发电。2.分类：云南以礼河、金沙江梯级电站属于该类型。

23无压引水式水电站及其主要建筑物无压引水示意图无压引水建筑物〔明渠、无压隧洞〕，用明流的方式引水集中落差；这种引水道式开发是依靠引水道的坡降〔或流速〕小于原河道的坡降〔或流速〕，因而随着引水道的增长，逐渐集中水头。显然，引水道的坡降越小，引水道越长，集中的水头越大。无压引水式水电站一般水头较小、规模不大如程家川水电站等；有压引水式水电站引水建筑物是有压的：压力隧洞主要建筑物：低坝，有压隧洞，调压室，压力水管，厂房，尾水渠。有压引水式：云南以礼河梯级4电站

〔装机32.15万KW/多年平均发电量16亿度〕

有压引水式：云南以礼河梯级4电站

〔装机32.15万KW/多年平均发电量16亿度〕

目前世界上水头最大的水电站是意大利的劳累斯有压引水式电站，水头2030米。我国的雅鲁藏布江大河湾，假设是截弯取直建立引水式电站，可集中水头2350米。3.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。4.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。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

29〔三〕混合式水电站(mixedhydropowerstation)2.开发条件：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。1.概念：在一个河段上，用坝集中一局部落差，再通过有压引水道集中坝后河段的另一局部落差。

我国四川狮子滩、福建古田溪、东北镜泊湖等属于混合式开发方式。

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31〔三〕混合式水电站(mixedhydropowerstation)图1-6混合式水电站四川狮子滩、福建古田溪、广东流溪河、东北镜泊湖〔四〕潮汐水电站〔利用潮汐所形成的水位差发电的电站〕

33潮汐电站潮汐发电原理：利用潮水涨、落产生的水位差所具有势能来发电的，也就是把海水涨、落潮的能量变为机械能，再把机械能转变为电能〔发电〕的过程。潮汐发电示意图

35〔五〕抽水蓄能电站

36抽水蓄能电站等抽水蓄能：系统负荷低时，利用系统多余的电能带动泵站机组将下库的水抽到上库(电动机+水泵)，

以水的势能形式贮存起来；

放水发电：系统负荷高时，将上库的水放下来推动水轮发电机组(水轮机+发电机)发电，以补充系统中电能的缺乏。

代表性水电站介绍——三峡水电站三峡工程采用“一级开发，一次建成，分期蓄水，连续移民〞方案。大坝为混凝土重力坝，坝顶总长3035m，坝顶高程185m，正常蓄水位175

m，总库容393

亿m3，其中防洪库容221.5亿m3。装机容量1820万kW，26×70万kW，年均发电量849亿度。泄洪坝段每秒泄洪能力为11万m3/s，左岸通航建筑物，年单向通过能力500万t。双线五级船闸，可通过万吨级船队；单线一级垂直升船机，可快速通过3000t级客货轮。

三峡工程竣工后，将发挥防洪、发电、航运、养殖、旅游、保护生态、净化环境、开发性移民、南水北调、供水灌溉等十大效益，是世界上任何巨型电站都无法比较的！代表性水电站介绍——小浪底水电站

小浪底水利枢纽位于河南省洛阳市以北40km的黄河干流上，是以防洪为主，兼顾防凌、减淤、灌溉和发电综合利用的一座特大型工程。工程由大坝、泄洪建筑物及发电系统组成。大坝为粘土斜心墙堆石坝，坝顶长1667m，最大坝高154m，库容126.5亿m3，泄水建筑物包括集中布置的10座进水塔，9条泄洪排沙隧洞、一个正常溢洪道和三个消力塘组成；发电系统由6条引水隧洞和一座地下厂房、主变室、尾闸室及三条尾水洞组成。总装机容量6×30万千瓦，多年平均发电量51亿度。代表性水电站介绍——新安江水电站

新安江水电站位于钱塘江支流新安江上，浙江省建德县境内，由中国自己设计、施工，自制设备，自行安装的第一座大型水电工程。电站以发电为主，兼有防洪、灌溉、航运等综合利用效益，电站装机容量662.5MW，保证出力178MW，多年平均年发电量18.6亿KW•h，以220KV和110KV高压输电线路各4回接入华东电力系统。大坝为混凝土宽缝隙重力坝，最大坝高105m。代表性水电站介绍——二滩水电站

二滩工程是二十世纪建成的中国最大的水电站。总装机容量330万kW，单机容量55万kW，这在21世纪初三峡电站建成之前，均列全国第一，单机容量排世界前10位。二滩拱坝坝高240m为中国第一高坝。在双曲拱坝排行中，高度居亚洲第一、世界第三；承受总荷载980万t，列世界第一。总泄水量22480m3/s，在高坝中为世界第一。进水口高度80m，调压室高度70m，均居全国第一。代表性水电站介绍——溪洛渡水电站

溪洛渡水电