水电站课设.docx
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水电站课设
引水式水电站设计
第一章流域基本情况和资料
1.1流域概况
颜家河水电站位于宝鸡市颜家河乡，是渭河干流陕西境内最上游的水资源开发工程，坝址控制流域面积29348km2。
电站站址控制流域面积29950km2。
渭河发源于甘肃渭源县乌鼠山，流经甘肃、宁夏、陕西三省26个县（市），全长818km，总流域面积6.24万km2。
渭河由宝鸡风阁岭流入陕西境内，于陕西潼关港口东汇入黄河，陕西境内河长502km，流域面积3.32万km2，分别占渭河全长和总流域面积的61.4%和53.2%，是关中地区的主要地表水资源。
颜家河水电站以上渭河横跨甘肃、宁夏、陕西三省（区）的天水、定西、平凉、武都、固原、宝鸡六个地区共二十个县（市）。
其中甘肃省有渭源、陇西、武山、甘谷、通渭、静宁、漳县、秦安、张川、清水、庄浪、岷县、会宁、临洮、天水市、天水县共十六个县（市），总流域面积25708km2，占林家村以上总流域面积87.59%；宁夏省有西吉、固原、隆德三县，流域面积3250km2，占总面积11.07%；陕西省有宝鸡县几个乡镇，流域面积390km2，占总面积1.3%。
该电站以上渭河全长389km，平均比降3.1‰。
1.2水文资料
渭河林家村站于1934年1月设立，原名称太寅站，1959年7月改名为林家村站。
测站变动情况为1945年1月太寅站基本断面上迁100m，同年11月又上迁l00m，到1948年又上迁100m，直到1965年元月下迁300m至今。
因控制流域面积受基本断面变迁影响不大，故水文资料均可合并统计。
至今共有不连续68年径流、洪水、泥沙资料（1934～2001年）。
（水文站的控制流域面积为30661km2）
该站上游干流有南河川水文站，位于甘肃省天水县南河川乡刘家庄，于1944年设立，控制渭河流域面积23385km2，至今不连续的59年径流、泥沙系列。
下游有省水文总站设立的魏家堡、黄委会设立的咸阳水文站，它们分别设于1937年、1931年。
魏家堡站仅有1946年以后的径流泥沙整编成果。
咸阳站控制流域面积37006km2，有1934～2001年不连续的68年径流泥沙系列。
由于颜家河水电站无实测资料，根据上述情况，本次水文分析拟以林家村水文测站为参证站，对颜家河水电站进行水文分析。
林家村水文站历年逐月径流量资料如表1-1，历年最大洪峰流量如表1-2。
另调查到1933年林家村站发生了一次大洪水，洪峰流量为6890m3/s。
相邻各站历次年最大洪峰流量分析计算成果如表1-3。
1.3电站基本情况
颜家河水电站是一个低坝引水式的发电站，坝址设计洪水标准为30年一遇，校核标准为300年一遇；站址设计洪水标准为20年一遇，校核标准为100年一遇。
电站设计保证率为75%。
拦河坝至压力前池之间采用无压引水隧洞输水。
拦河坝坝顶高程为742.00m，无压引水隧洞在引取设计流量情况下的水头损失0.65m。
压力前池电站至尾水断面河道的水头损失为0.57m。
初选的水轮机效率
为0.94；发电机效率
为0.92。
实测站址处的横断面如图1，该河段的纵比降I=3.407‰，糙率n取0.036。
径流洪水资料见附表1-1,1-2,1-3。
第二章水文分析计算
2.1设计年径流分析计算
2.1.1三性审查
林家村水文站具有1941-2001年（30年以上）的实测资料，属于长系列资料，故应对资料进行可靠性、一致性、代表性进行审查，若合理则可应用于颜家河水电站的水文计算。
2.1.1.1资料可靠性的审查
由于林家村水文站的水文资料的测验、采集及处理均符合有关规范，资料精度较高，系列较长，系列完整，故资料具有较高的可靠性。
2.1.1.2资料一致性的审查
应用数理统计的前提是要求统计系列具有一致性，即要求组成系列的每个资料具有一致成因。
不同成因的资料不得作为一个统计系列。
将资料按年份整理并且逐年累计得到逐年累计流量，即可作出流量累积曲线（如图2-1）进行一致性审查。
图2-1径流逐年累计曲线
由图可看出该资料的流量累计点线性相关性良好，说明该站流域的气候条件及流下垫面条件基本稳定，所以流量资料具有良好的一致性可以满足要求。
2.1.1.3资料代表性的审查
利用时间跟按时间次序排列的流量Ki-1值由上到下和由下到上的累积值做曲线（如图2-2）进行代表性审查。
图2-2Ki-1累计曲线
观察上图可知该系列资料代表性良好。
综上可知，径流系列资料“三性”审查合格，故可用于水文分析计算。
2.1.2分析计算过程及成果
年径流频率曲线、年径流频率计算成果（附表2-1）、不同频率年径流的其年内分配过程（表2-1）、日流量～频率历时曲线。
（图2-4）
2.1.2.1计算年径流频率曲线
根据水文站所给年平均流量资料，选取皮尔逊Ⅲ型线型进行年径流频率曲线分析计算，计算过程见（附表2-1）。
频率曲线结果如下：
图2-3年径流频率曲线
将计算得出和最终配线结果所得出的Q均值，Cv，Cs/Cv值及由频率曲线求出的不同频率的年径流量QP记录于表2-1
表2-1
Q均值
Cv值
Cs/Cv
不同频率的年径流量QP
计算
采用
计算
采用
20%
25%
30%
50%
70%
75%
80%
85%
90%
70.78
70.78
0.44
0.44
2.5
93.99
87.59
82.13
65,18
51.34
47.92
44.37
40.51
36.3
2.1.2.2不同频率年径流的其年内分配过程计算
已知25%、50%、75%频率下的设计流量QP后，根据所给三个代表年（枯水年、平水年、丰水年）流量资料，算出三个代表年各自的倍比K年=Q年，p/Q年，代，从而可以得出设计年水文站站址处年径流量的分配情况。
最后将站址的成果用公式
折算后移用到坝址，即可得到坝址的流量年内分配结果（表2-2）。
表2-2
频率25%丰水年分配
代表年
月份
全年
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
典型年（站址）
22.0
24.3
26.2
55.5
30.3
295.9
171.7
192.1
75.7
63.0
32.9
21.0
84.2
倍比
1.0
1.0
1.0
1.0
1.0
1.0
1.0
1.0
1.0
1.0
1.0
1.0
1.0
设计年（站址）
22.9
25.3
27.2
57.7
31.5
307.7
178.6
199.8
78.7
65.5
34.2
21.8
87.6
设计年（坝址）
22.6
25.0
26.9
57.1
31.2
304.7
176.8
197.8
77.9
64.9
33.9
21.6
1.0
频率50%平水年分配
代表年
月份
全年
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
典型年（站址）
13.0
15.3
29.8
46.7
60.2
60.6
154.2
208.5
63.3
95.2
44.7
23.5
67.9
倍比
1.0
1.0
1.0
1.0
1.0
1.0
1.0
1.0
1.0
1.0
1.0
1.0
1.0
设计年（站址）
12.5
14.6
28.6
44.8
57.8
58.2
148.1
200.1
60.8
91.4
43.0
22.6
65.2
设计年（坝址）
12.4
14.5
28.4
44.4
57.2
57.6
146.6
198.1
60.2
90.5
42.5
22.4
1.0
频率75%枯水年分配
代表年
月份
全年
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
典型年（站址）
19.0
22.0
27.0
46.0
42.0
22.0
83.0
49.0
183.0
65.0
48.0
22.0
52.0
倍比
0.9
0.9
0.9
0.9
0.9
0.9
0.9
0.9
0.9
0.9
0.9
0.9
0.9
设计年（站址）
17.5
20.2
24.8
42.3
38.6
20.2
76.4
45.1
168.4
59.8
44.2
20.2
47.9
设计年（坝址）
17.3
20.0
24.6
41.9
38.3
20.0
75.6
44.6
166.7
59.2
43.7
20.0
1.0
2.1.2.3计算日流量～频率历时曲线
根据典型年日流量资料，按一定流量区间分组后计算各区间内平均流量，统计出现次数后计算累计频率，计算结果如下表2-3。
表2-3
组号
分组区间
流量组均值
出现次数
频率
累计频率
1
1070-915
983.125
4
0.36
0.36
2
810-157
295.46
95
8.65
9.01
3
96-154.1
119.34
63
5.74
14.75
4
80.8-95.29
86.78
41
3.73
18.49
5
68.2-80.7
74.56
71
6.47
24.95
6
60.7-68.1
65.06
48
4.37
29.33
7
53.6-60.5
56.83
69
6.28
35.61
8
43.7-53.5
48.07
95
8.65
44.26
9
36-43.5
39.75
63
5.74
50.00
10
31.5-35.9
33.57
51
4.64
54.64
11
29.4-31.36
30.46
43
3.92
58.56
12
27-29.3
27.9
41
3.73
62.29
13
24.27-26.74
25.3
70
6.38
68.67
14
22.4-24.26
23.35
62
5.65
74.32
15
20.94-22.06
21.39
60
5.46
79.78
16
19.9-20.88
20.19
54
4.92
84.70
17
17.99-19.83
17.99
59
5.37
90.07
18
15.95-17.88
16.4
35
3.19
93.26
19
13.35-15.85
13.38
37
3.37
96.63
20
10.7-13.35
12.3
36
3.28
99.91
由表中数据，作出日流量～频率历时曲线如图2-4
图2-4日流量频率历时曲线
2.2、设计洪水分析
2.2.1三性审查
2.2.1.1资料可靠性的审查
林家村水文站有1941～2000年共60年实测洪水资料，资料精度较高，系列较长，系列完整，故资料具有较高的可靠性。
2.2.1.2资料一致性的审查
应用数理统计的前提是要求统计系列具有一致性，即要求组成系列的每个资料具有一致成因。
不同成因的资料不得作为一个统计系列。
将资料按年份整理并且逐年累计得到逐年累计洪峰流量，即可作出洪峰流量累积曲线（如图2-5）进行一致性审查，计算过程见附表2-2
图2-5洪量累计曲线
由图可看出该资料的洪峰流量累计点线性相关性良好，说明该站流域的气候条件及流下垫面条件基本稳定，所以洪峰流量资料具有良好的一致性可以满足要求。
2.2.1.3资料代表性的审查
绘制洪峰流量趋势线图（如图2-6）。
由图可以看出该系列资料中各年洪峰流量值不同，并有特大洪水值，所以该资料具有较好的代表性。
图2-6洪峰流量趋势线
综上可知，径流系列资料“三性”审查合格，故可用于水文分析计算。
2.2.2分析计算过程及成果
2.2.2.1洪峰流量频率曲线计算
将（1933-2000年）68年不连序洪水流量资料进行经验频率分析计算，首先用矩法估计的方法得出计算过程如下:
1.计算经验频率
将实测系列与特大值系列共同组成一个不连序系列，作为代表总体的一个样本，不连序系列各项可在历史调查期N年内同一排位。
在历时调查期N年中有特大洪水a=3项，其中有l项发生在n年实测系列之内；N年中的a项特大洪水的经验频率用下式计算。
式中PM——特大洪水第M序号的经验频率；
M——特大洪水由大至小排列的序号；
N——自最远的调查考证年份迄今的年数。
实测系列中其余的（n-l）项，则均匀分布在1-PMa频率范围内，PMa为特大洪水第末项Ma的经验频率。
实测系列第m项的经验频率计算公式为：
式中Pm——实测系列第m项的经验频率；
m——实测系列由大至小排列的序号；
n——实测系列年数。
；
其中a=3,N=68,n=60,l=2
2.用矩法计算统计参数。
（1）计算洪峰流量的均值：
（2）计算变差系数Cv：
计算结果（如附表2-3），得到洪峰流量频率曲线见下图2-7
-
图2-7洪峰流量频率曲线
2.2.2.2计算不同频率下的洪峰流量
将据法估算算得出的
、
、Cs/Cv初始值和最终配线结果所得出的
、
、Cs/Cv值及由频率曲线求出的不同频率下的年径流量QP记录于表2-4。
表2-4洪峰流量分析成果表
Q均值
Cv
Cs/Cv
不同频率洪峰流量QP（m3/s）
计算
采用
计算
采用
采用
0.1
0.2
0.33
0.5
1
2
3.3
5
10
1506.9
1506.9
0.8
0.8
2.5
8628.70
779.01
7189.40
6688.50
5852.90
5017.30
4401.50
3912.74
3077.2
第三章电站分析
3.1尾水断面水位流量关系
根据图3-1颜家河水电站尾水处河道横断面图，用几何方法计算出不同水位下的相对应的水断面面积A和湿周L，求出水力半径R=A/X，再由曼宁公式:
V=
（R2/3S1/2）求的V，进而求得不同水位下的流量，计算过程如附表3-1，最后绘出尾水断面水位～流量关系曲线（如图3-2）
图3-1颜家河水电站尾水处河道横断面图
图3-2水位流量关系
3.2电站水能分析计算
3.2.1日平均出力～频率（历时）曲线
根据以算出的颜家河水文站处3个代表年（枯水年、平水年、丰水年）的日平均流量频率计算表数据和水位流量关系曲线，用内插法计算不同流量下对应的下游水位关系，计算结果如附表3-1，最后绘制平均出力~频率曲线，计算过程如附表3-2。
计算水电站出力的基本公式包含流量和水头两个主要因素。
计算公式如下
出力计算：
N=9.81ηQ电H净
式中 Q电—发电日平均流量；
η—水电站效率。
Ｈ净—净水头，等于上下游位差扣除水头损失；
上游水位742m，水头损失1.22m，上下游水位差
出力曲线关系如图3-3
图3-3日平均出力频率曲线
3.2.2出力～多年平均发电量关系曲线
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量。
出力差△N=Ni-Ni-1。
保证历时T为每年的小时数与时段的累积频率之积。
电
量差△E等于出力差与相应的保证历时的乘积。
多年平均电量等于电量差从下向上依次的累加值，计算过程如附表3-3，最后绘制出出力～多年平均发电量关系曲线（如图3-4）。
图3-4出力～多年平均发电量关系曲线。
3.2.3装机～装机年利用小时数关系曲线
计算装机年利用小时数：
h年=E/N，计算结果如附表3-4
绘制装机～装机年利用小时数关系曲线如图3-5
图3-5装机～装机年利用小时数关系曲线
3.3电站动能指标与电能参变数分析
装机容量是水电站的重要参数，它反应水电站的规模。
水力资源利用程度.电站效益及供电可靠性等。
装机容量的选择，应根据用电负荷要求，河流来水等条件经济合理的确定。
颜家河水电站是一个低坝引水式的发电站，电站设计保证率为80%，倍比系数C选为3。
查图3-4得该水电站的保证出力NP=3.67（千kw），年平均发电量E=31415.11（千kw*h）则其装机容量N装=CNP=3*3.67=11.01（千kw）。
故选用三台4000kW的机组，故最后确定水电站的装机容量为N装=4000×3＝1.2（万kW）。
附表
第一章附表
附表1-1林家村水文站实测历年逐月平均流量表
年份
月平均流量Q（m3/s）
年平均
流量Q
（m3/s）
1月
2月
3月
4月
5月
6月
7月
8月
9月
10月
11月
12月
1941
31.8
34.3
44.0
102.6
81.3
36.0
144.1
203.0
193.9
79.7
63.1
33.2
87.3
1942
16.7
28.0
38.8
40.7
44.0
41.3
118.5
272.2
126.2
98.9
43.9
25.9
74.6
1943
23.5
30.5
31.6
25.5
43.9
129.3
404.7
212.9
363.7
173.3
123.9
79.1
136.8
1944
20.0
20.1
25.8
43.5
39.4
90.5
79.3
112.7
46.4
97.4
59.1
37.7
56.0
1945
40.3
40.1
74.0
90.5
36.3
15.9
49.6
128.1
224.1
129.7
70.0
33.1
77.6
1946
24.2
26.3
42.5
46.0
156.5
116.8
206.7
79.3
253.0
79.7
97.5
29.4
96.5
1947
26.5
22.6
25.8
22.9
55.8
68.7
41.9
283.8
163.1
137.3
75.5
30.4
79.5
1948
28.9
32.3
55.7
143.8
81.2
81.7
74.1
139.1
139.0
105.6
52.6
39.5
81.1
1949
23.8
32.8
36.8
49.4
0.0
0.0
0.0
145.8
470.1
161.8
85.1
48.8
87.9
1950
37.5
35.4
46.1
53.0
37.3
50.8
75.9
80.8
70.0
111.3
53.2
20.2
55.9
1951
19.3
22.1
27.3
46.2
41.5
21.7
83.0
49.5
182.6
64.8
47.7
21.6
52.3
1952
16.5
23.4
40.7
71.1
180.1
78.7
131.4
177.7
67.9
46.1
39.4
21.8
74.6
1953
16.4
20.1
26.4
22.7
28.0
40.1
108.9
35.3
63.8
48.8
55.4
23.9
40.8
1954
21.0
21.3
35.2
59.8
66.9
79.9
83.3
273.0
263.7
146.0
64.9
34.8
95.8
1955
27.4
44.9
47.5
39.5
41.2
40.9
110.2
96.9
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120.9
45.2
29.1
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1956
22.0
24.3
26.2
55.5
30.3
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171.7
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21.0
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1957
21.4
22.0
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19.0
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1958
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20.6
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1959
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1960
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1961
19.4
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1962
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1964
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1965
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