推荐水利水能规划课程设计报告.docx
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推荐水利水能规划课程设计报告
水利水能规划课程设计报告
《水利水能规划》
课程设计
学生姓名：
学号：
专业班级：
指导教师：
年月日
3
5
6
7
10
15
15
18
26
29
1.概述
一、工程特性表……………………………………………………………
二、流域自然地理状况（包括社会经济概况…………………………………
三、工程概况………………………………………………………………
2.设计过程及设计成果
一、设计年径流………………………………………………………………
二、设计洪水………………………………………………………………
三、正常蓄水位选择………………………………………………………
四、死水位选择……………………………………………………………
五、水能设计……………………………………………………………
（1）保证出力、保证电能计算
（2）装机容量选择与多年平均发电量计算
六、设计洪水位、校核洪水位确定……………………………………………
3.报告总结………………………………………………………………
一、工程特性表
一、河流特性
序号
项目
单位
数量
备注
1
坝址以上流域面积
km2
52438
2
主河道长度
km
541
3
主河道比降
‰
0.58
4
多年平均气温
oC
19.6
5
多年平均降水量
mm
1758
6
多年平均流量
m3/s
1728
7
多年平均径流量
亿m3
545
8
多年平均径流深
mm
1039
9
CV
0.24
10
CS
0.48
11
枯水期平均流量
m3/s
870.5
12
CV
0.29
13
CS
0.58
14
实测最大流量
m3/s
30200
15
实测最小流量
m3/s
117
16
年最大洪峰流量均值
m3/s
17457.24
17
CV
0.302
18
CS
0.906
19
年最大三天洪量均值
亿m3
33.17
20
CV
0.32
21
CS
0.96
22
年最大七天洪量均值
亿m3
58.15
23
CV
0.31
24
CS
0.93
25
设计洪峰流量
m3/s
39830
26
校核洪峰流量
m3/s
46752
27
设计三天洪量
亿m3
77.595
28
校核七天洪量
亿m3
156.479
二、水库特性
序号
项目
单位
数量
备注
1
正常蓄水位
m
65
2
死水位
m
53.52
3
淤沙水位
m
27
4
汛期限制水位
m
61
5
设计洪水位
m
65.1
6
校核洪水位
m
67.46
7
堰顶高程
m
43
8
坝顶高程
m
70
9
总库容
亿m3
25.977
10
兴利库容
亿m3
9.38
11
死库容
亿m3
14
12
库容系数
%
1.72
13
水库调节性能
差
14
拦河坝坝型
混凝土重力坝
15
最大坝高
m
100
16
坝顶长度
m
783
17
溢洪道型式
坝顶溢洪道
18
溢洪道孔数
12
19
闸门尺寸（宽×高）、形式
m
15*22
20
消能方式
m
鼻坎挑流
21
泄水底孔孔数
2
22
闸门尺寸（宽×高）、形式
m
5*8
23
最大下泄流量
m3/s
37393
设计
24
最大下泄流量
m3/s
43569
校核
三、电站特性
序号
项目
单位
数量
备注
1
装机容量
万kW
140
2
机组台数
7
3
单机容量（水轮机）
万kW
20
4
多年平均发电量
万kW-h
52.8
5
装机年利用小时数
h
3800
6
保证出力
万kW
23.6
7
水轮机型式型号
ZZ-LJ-800
8
发电机型式型号
Sf200-56/11950
9
第一台机组发电日期
1993.6.30
10
七台机组全部发电日期
1995.5.31
11
最大水头
m
57.4
12
最小水头
m
46.825
13
平均水头
m
15.99
14
设计水头
m
51.1
15
设计流量
m3/s
3598
16
引水建筑物型式
埋藏式压力管道
17
引水管数量
7
18
钢管内径
m
11.44
19
厂房型式
坝后式地面厂房
20
水量利用系数
%
0.75
二.流域自然地理状况（包括社会经济概况）
自然地理状况：
闽江流域形状呈扇形，支流与干流多直交成方格状水系。
水量丰富，年径流量621亿立方米，水力蕴藏量632万瓩。
南平以下是重要的水运通道，马尾是福州的内河港。
闽江支流众多，水量丰富，多年平均径流量为1980立方米/秒，流域面积在中国主要河流中居第十二位，年平均径流量居全国第七位。
流域面积比闽江大11倍多的黄河，水量只及闽江的92％。
闽江上游有三支：
北源建溪，中源富屯溪，正源沙溪。
三大溪流蜿蜒于武夷山和戴云山两大山脉之间，最后在南平附近相会始称闽江，以下又分为中游剑溪尤溪段和下游水口闽江段。
上游水系发达，流域面积占整个闽江流域的70％，水量占整个闽江水量的75％。
支流南平以上：
沙溪、富屯溪、崇阳溪、南浦溪、松溪、建溪。
南平以下：
尤溪、古田溪、梅溪、大樟溪。
中、上游滩多水急，水力资源丰富，理论蕴藏量641.8万千瓦，占全省河流水力资源理论蕴藏量的60%。
可开发水力装机容量约468万千瓦。
目前闽江流域已建成大中型水电站23个，装机容量达316万千瓦。
社会经济概况：
闽江是我省最长的河流，闽江流域历史悠久，文化繁荣，经济发达，是我省重要的经济区之一。
但是，闽江流域的环境污染和生态破坏正日益加剧，已经威胁到流域人民生活条件和身体健康，影响流域改革开放的形象和流域经济的持续发展。
闽江流域拥有全省一半的国土，三分之一的人口，五分之二的经济总量和大量的资源。
闽江流域的经济和社会发展，对全省经济和社会发展有决定性影响。
闽江流域自然资源丰富。
森林蓄积量2.86亿立方米，占全省的66.5%。
毛竹蓄积量5.9亿根，约占全省毛竹总积蓄量8.40亿根的3/4。
主要矿产有煤、铁、石灰石、硫铁矿、重晶石及钨、铌、钽等有色、稀有金属。
闽江水系可供发电的装机容量468万千瓦，已开发的有古田溪水电站、沙溪口水电站和水口水电站，后者装机容量为140万千瓦。
闽江系山区型河流，航道滩多流急，航槽窄，弯曲半径小，航运能力较低。
闽江上游及主要支流只能通行小型机帆船。
南平至水口通60吨客货轮，莪洋至马尾通300吨顶推船队，马尾以下通6000吨海轮。
三、工程概况
1.概述
水口水电站是福建闽江干流上的一座大型水电站，是国家“七五”重点建设项目，是以发电为主，兼有航运等综合效益的大型水利水电工程。
闽江是福建省最长的河流，发源于闽赣交界的武夷山脉，上游有建溪﹑富屯溪和沙溪三大支流，于南平附近汇合后称为闽江。
南平以下沿程纳尤溪﹑古田溪﹑梅溪﹑大樟溪等支流，最后流经福州马尾入海。
干支流流经32个县市，流域面积60992km2，河长541km。
水口水电站位于闽清县上游14km处，坝址上游距南平市94km，下游距福州市84km。
2．水文与气象
坝址以上集水面积52438km2，全流域多年平均降水量1758mm，坝址处多年平均流量1728m3/s，年径流总量545亿m3，实测最大流量30200m3/s，实测最小流量117m3/s。
多年平均气温19.6OC，极端最高气温40.3OC，极端最低气温-5.0OC。
多年平均相对湿度78%。
坝址断面下游竹岐水文站，集水面积54500km2，具有1934~1977年实测年、月径流和洪水资料，并具有1900、1877、1750、1609年调查考证洪水资料。
3．地形与地质
①地形坝址两岸地形基本对称，山体雄厚。
常水位河面宽约380m。
左岸岸坡20O，右岸岸坡在70m高程以下为30O，以上略平缓。
两岸山坡大部分基岩裸露，河床基岩面存在两个深槽，砂卵石冲击层一般厚5~10m，最深达29m。
库区为狭长河道型库区。
②地质坝址处基岩主要为黑云母花岗岩，岩性致密，坚硬，完整。
由于后期岩浆活动，有少量岩脉侵入。
岩脉主要为细晶花岗岩，花岗斑岩，辉绿岩等。
所有岩脉与黑云母花岗岩接触紧密，胶接良好。
坝址区在构造上属于相对稳定区，未发现较大的断层，仅有较小断裂及挤压破碎带，倾角陡。
4．枢纽布置及主要建筑物
电站枢纽由大坝、发电厂房、三级船闸、升船机和开关站组成。
大坝坝型为混凝土重力坝，最大坝高100m，坝顶长度783m。
溢洪道布置在河中，为坝顶溢洪道，共12孔，设弧形闸门，尺寸（宽×高）为：
15×22m，消能方式为鼻坎挑流。
两侧各设置一个泄水底孔，设弧形闸门，尺寸（宽×高）为：
5×8m。
发电厂房位于坝后河床，为坝后式地面厂房，主厂房尺寸（长×宽）304.2×34.5。
水轮机型式型号为轴流转桨ZZ-LJ-800，发电机型式型号为伞式SF200-56/11950。
引水建筑物采用埋藏式压力钢管，每台机组单独一条引水钢管。
500T级三级船闸和500T垂直升船机布置靠右岸，船闸闸室尺寸（长×宽×水深）135×12×3m，升船机承船箱尺寸（长×宽×水深）124×12×2.5m。
220千伏开关站和预留500千伏变电站布置在左岸发电厂房下游的山坡上。
工程于1987年3月9日开工建设，第一台机组于1993年6月30日发电，全部机组于1995年5月31日建成并网发电。
二.设计过程及设计成果
1.设计年径流
根据实测年径流资料，用同倍比法推求设计丰水年和设计中水年，用同频率法推求设计枯水年。
设计保证率P=90%。
步骤：
对年平均流量系列和枯水期平均流量系列（10~3月）进行频率分析，求出符合设计保证率的设计年径流量和设计枯水期流量
设计年径流及枯水期平均流量频率分析后可得年平均径流分析
图
（1）
枯水期平均流量分析可得
图
（二）
选择代表年，用同倍比法和同频率法推求设计代表年年内分配：
设计中水年、丰水年（同倍比法）：
设计枯水年（同频率法）：
枯水期：
汛期：
将缩放倍比分别乘以对应代表年的各月流量，即为设计代表年。
计算时段
均值
Cv
Cv/Cs
P=10%
P=50%
P=90%
12个月
1728
0.24
2
2276.22
1694.94
1222.36
枯水期六个月
870.5
0.29
2
566.67
丰水年
中水年
枯水年
枯水年代表年年总和枯水年代表年设计枯水年
16011543.67566.67
设计枯水年K枯=Q枯P/Q枯D=566.67/543.67=1.042
K讯=12*QP-Q枯P*T枯/12*QD-Q枯D*T枯
=1222.36*12-566.67*6/（16011-543.67*6）=0.884
K枯=1.042K汛=0.884
丰水年代表年平均设计丰水年
22802276.22
K丰=QP/QD=2280*12/2276.22*12=1.002K丰=1.002
中水年代表年平均设计中水年
17301694.4
K中=QP/QD=1730*12/1694.4*12=1.021K中=1.021
枯水、中水、丰水年缩放后如下
K枯=1.042
枯水年
（*）K讯=0.884
中水年
K中=1.021
丰水年
K丰=1.002
四
2060
*1821.04
2160
2205.36
3600
3607.2
五
2800
*2475.2
3150
3216.15
6720
6733.44
六
4090
*3615.56
4890
4992.69
6550
6563.1
七
1070
*945.88
3300
3369.3
1720
1723.44
八
1820
*1608.88
1460
1490.66
1280
1282.56
九
909
*803.556
994
1014.874
1210
1212.42
十
549
572.058
1100
1123.1
491
491.982
十一
458
477.236
1020
1041.42
402
402.804
十二
436
454.312
509
519.689
371
371.742
一
551
574.142
434
443.114
686
687.372
二
340
354.28
386
394.106
1330
1332.66
三
928
966.976
1290
1317.09
2960
2965.92
2、设计洪水
设计洪水标准：
设计标准P=0.1%校核标准P=0.01%
步骤：
对竹岐水文站实测及调查的洪水资料（洪峰流量、三天洪量、七天洪量）进行频率分析（需作特大值处理），求出洪水的统计参数：
及相应的CV、CS值，
并推求符合设计洪水标准的设计值：
进行洪水频率分析时有五个特大洪水
序号实测值PMa洪峰流量PⅢ配线成果
Ⅰ41600.00270均值:
17457.241
Ⅱ34200.00541Cv:
.302
Ⅲ30200.00811Cv/Cs:
3.0
Ⅳ30200.01081
Ⅴ29400.01351对洪峰流量分析
图（三）
《枯水期三天洪量频率计算》计算成果
样本均值Ex=33.17
变差系数Cv=0.32
偏态系数Cs=0.96
倍比系数Cs/Cv=3
三天洪量分析
图（四）
七天洪量分析
《七天洪量频率计算》计算成果
样本均值Ex=58.15
变差系数Cv=0.31
偏态系数Cs=0.93
倍比系数Cs/Cv=3
图（五）
推求出
洪峰三天洪量七天洪量
设计（0.1%）40601.70280.66138.03
校核（0.01%）47666.29895.43162.66
利用竹岐水文站典型洪水过程推求典型洪水过程线
图（六）
利用竹岐典型洪水过程线，用同频率法推求设计洪水过程线，放大倍比：
上述求出的是竹岐水文站的放大倍比，还需换算到坝址断面：
洪峰：
F坝=52438km2
F竹=54500km2
n=0.5
洪量：
经缩放后校核、设计洪水过程
图（七）
3、正常蓄水位Z蓄选择
Z蓄=65m
4、死水位Z死选择（消落深度h消的选择）
死水位选择需考虑以下因素：
①动能最优
判别调节类型
下流流量水位曲线
图（八）
水库面积容积特性曲线
图（九）
使用简算法：
序号
1
2
3
4
Z蓄（m）
65
65
65
65
h消（m）
5
10
15
20
Z死（m）=
60
55
50
45
V兴（m3/s）=
4.69
8.36
11.61
14.23
B兴（%）=
0.86055045872
1.5339449541
2.1302752294
2.6110091743
QH（m3/s）=
511.7456654
558.26024081
599.45162231
632.65821293
Z下（m）
8.1313737562
8.2303409379
8.3179821751
8.3886344956
V死+V兴/2亿m3
21.035
19.2
17.575
16.265
Z上（m）
62.5
60.6
58.5
56.3
N（Kw）
236494.72492
248505.13707
255694.38196
257647.91047
E供（KW·h）
345282298.38
544226250.19
559970696.5
564248923.93
求得E供～h消
图（十）
H消=14mZ死1=65-14=51m
②水轮机正常运行对消落深度的限制
h消=（20~30）%Hmax
下游生态流量为300m/s查表得下游最小水位为7.6m
Hmax=65-7.6=57.4h消=57.4*0.2=11.48Z死2=53.52m
③淤沙水位对取水口高程的限制
Δh1：
底槛厚度，取0.5~1.0m
Δh2：
淹没水深，取1.5~2.0m
D：
压力管经济管径
求D;设计流量（最大引用流量）：
确定压力管径时，水口电站采用每台机单独一条引水管，故计算时应采用单机最大引用流量。
装机容量用装机年利用小时数估算：
h装=3500h
多年平均发电量用下式估算：
E=0.000272*η利*W电*H=5047866666.7Kw·hη利=0.75
Ny=E/h装=1442247.619Kw
V经济=5m/s
D=11.44m
淤积水位确定：
水库使用T年后泥沙淤积总库容V总淤：
V总淤=V年淤TV年淤=V悬移+V推移式中V总淤----水库使用T年后泥沙淤积总量，m3
V年淤----多年平均年淤沙容积，m3/a
V悬移----多年平均悬移质泥沙淤积容积，m3/a
V推移----多年平均推移质泥沙淤积容积，m3/a
T----设计淤积年限为100年
V悬移=（ρ0W0m）/[（1-P）γ]V推移=βV悬移
ρ0------多年平均悬移质含沙量，kg/m3，由实测资料确定；
W0----多年平均径流量，m3
m-----悬移质泥沙沉积率，与库容大小有关，水库越大，下泄沙量越少。
P-----悬移质泥沙孔隙率，一般为0.3~0.4
γ-----悬移质泥沙干容重，2600~2700kg/m3
β-----推移质和悬移质泥沙沉积量的比值，一般平原地区为0.01~0.05，丘陵地区为0.05~0.15，山区0.15~0.30
ρ0=0.143kg/m3W0=545亿m3γ=2600kg/m3m=0.5β=0.2
V悬移=0.02498亿m3
V推移=0.00500亿m3
V年於=V推移+V悬移=0.02998亿m3
V总於=100*V年於=2.998亿m3查水位库容曲线可得Z於=27m
Δh2=1.5mΔh1=0.5m
Z死3=27+11.44+1.5+0.5=40.44m
Z死=Max（Z死1、Z死2、Z死3）=Max（51m、53.52m、40.44m）=53.52m
5、保证出力NP和保证电能EP计算
等出力调节（图解法），需考虑水量损失和水头损失。
水量损失：
（各月取一样）
渗漏：
（按中等地质条件考虑）
蒸发：
年蒸发水深
水头损失：
ΔH损=0.04H毛H净=H毛–ΔH损=0.96H毛
K
0.92
W损月=W渗月+W蒸月（m3）
21725742.667
h水Max（mm）
1172.448
W渗=1%V（m3）
18690000
h陆=X-Y（mm）
718.78782562
Q损月（m3/s）
8.2670253679
年降雨量X（mm）
1758
Y（mm）
1039.21
h年蒸（mm）
453.66
W蒸年（m3）
36428912.00
W蒸月（m3）
3035742.67
月份
Qe（m3/s）
Q净（m3/s）
月份
Qe（m3/s）
Q净（m3/s）
四
1821.04
1812.773
十
572.058
563.791
五
2475.2
2466.933
十一
477.236
468.969
六
3615.56
3607.293
十二
454.312
446.045
七
945.88
937.613
一
574.142
565.875
八
1608.88
1600.613
二
354.28
346.013
九
803.556
795.289
三
966.976
958.709
取六个月为供水期
计算Qh=590m3/s·月查得下游水位Z下=8.298mZ上=60m
H毛=51.70mh净=49.633m
Np=AQ净H
简算Np=24.91万Kw
等出力调节计算保证出力NP（图解法）：
先用简算法估算出NP，然后根据NP的大小在其上下假定3各方案，
NP1=22万Kw
NP2=23万Kw
NP3=24万Kw。
①取坐标系统及作水库工作曲线②作固定出力线假定：
图（十一）图（十二）图（十三）求得死水位与保证出力关系
图（十四）死水位53.52m=532.3m3/s·月故保证出力为23.6万Kw
6、装机容量及多年平均发电量计算
不供不蓄期Q净=Qe–ΔQ损月
列表法：
然后将36个月出力Ni从大到小排列，作出力历时曲线。
Δt=730hn=3
图（十六）
作关系图。
图（十七）
技术设计阶段：
电力电量平衡Ny=N工+N备+N重
（1）最大工作容量=N工
电力电量平衡原理，水口电站按承担峰荷确定。
方法：
试算法
①假定N工，划分水电、火电和其它电站的工作范围
②求水电站供水期各月峰荷工作容量（峰荷出力）
图（十八）
④求供水期系统峰荷总需电量E供需
供水期系统峰荷总需电量为：
⑤电量平衡确定最大工作容量
⑴如果，则即为所求；
⑵如果，重新假设，返回②。
图（十九）
解得N工E供需
1501416.35（100万Kw·h）
100697.14（100万Kw·h）
70346.44（100万Kw·h）
50174.63（100万Kw·h）
图（二十）
Np=23.6万KwEp=Np*T供=1034（100万Kw·h）
由图可得N工=120万Kw
（2）备用容量
N备=N负荷+N事故+N检修
N负荷系=5%N系”，由靠近负荷中心，调节性能较好的水电站承担；
N事故系=10%N系”，但不得小于系统中最大的单机容量（福建最大单机35万kW（设计时））。
N检修：
在负荷图上平衡确定。
此次只考虑N事故=0.1*120=12万Kw
N必=N工”+N备=132万Kw
（3）重复容量N重复
重复容量用重复容量经济利用小时数h经济确定：
经验确定：
蓄水式:
2000~3000h
径流式:
3000~4000h
在出力持续曲线上，由h经济在N必之上确定N重复。
图（二十一）
（4）求装机容量及多年平均发电量
Ny最终选择140万Kw水电站共有七台机组则
单机容量20万Kw*7=Ny=140万Kw
由关系曲线图（十七）可得h装=3800h
多年平均发
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