水利水能规划课程设计指导书巨水工专业.docx

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水利水能规划课程设计指导书巨水工专业

水利水能规划

课程设计指导书与任务书

西北农林科技大学

水利与建筑工程学院水资源与环境工程系

2011年12月

第一部分课程设计指导书

一、课程设计目的和要求………………………………………………………………1

二、课程设计的内容……………………………………………………………………1

（一）水文分析计算……………………………………………………………………1

（二）水利计算…………………………………………………………………………4

三、课程设计说明书格式及要求………………………………………………………4

四、课程设计时间安排…………………………………………………………………5

五、成绩考核与评定……………………………………………………………………5

六、主要参考资料………………………………………………………………………5

第二部分课程设计任务书…………………………………………………………………6

第一部分课程设计指导书

一、课程设计目的和要求

（一）目的

《水利水能规划》课程设计是继《工程水文学》和《水利水能规划》课程之后的实践教学环节，是依据经水文分析计算后提供的设计年径流、设计洪水、泥沙特征等成果，按照工程设计标准，通过兴利调节计算、水能计算和调洪计算等，分析确定水资源利用工程的规模，并为水资源利用工程的调度运行提供相应的特征参数。

通过课程设计，学生将所学的理论知识应用于工程实践，全面掌握水利水能规划的计算原理、方法，了解水资源利用工程设计中水利计算部分的基本程序，训练学生的知识运用能力与实际动手能力。

同时，设计过程中利用计算机作为计算工具，巩固了学生的计算机操作知识，以提高学生综合素的培养。

（二）要求

任课教师提前布置设计的内容与任务，学生集中在课程设计专门教室独立完成，教师全程辅导。

在设计时应着重理解水资源利用工程中水利水能计算和分析的全过程和各个环节间的前后联系与配合关系。

要求每个学生独立完成，课程设计结束后，学生每人提交课程设计书说明书一份，按规范要求打印。

要求设计思路正确，结论可靠，成果质量高。

二、课程设计的内容

（一）水文分析计算

根据工程设计要求，水文计算内容包括基本资料的搜集整理和复核、径流分析计算、设计洪水计算、泥沙分析计算、水位分析计算和水位流量关系拟定、气象要素水面蒸发水质水温和冰情分析计、水文测报系统设计、其他水文要素分析计算。

水文计算依据的资料系列应具有可靠性、一致性和代表性。

工程地址和邻近河段缺乏实测水文资料时，应根据设计要求及早设立水文测站或增加测验项目。

水文计算方法应科学、实用，对计算成果应进行多方面分析，检查论证其合理性。

水文资料短缺地区的水文计算，应采用多种方法，对计算成果应综合分析，合理选定。

水文计算应深入调查研究，搜集、整理、复核基本资料和有关信息，并分析水文特性及人类活动对水文要素的影响。

1、设计年径流分析的计算

（1）分析依据

a）水利水电工程水文计算规范SL278-2002

b）小型水力发电站水文计算规范SL77-94

c）水利水电工程设计洪水计算规范SL44-93

（2）分析方法

设计年径流分析时，根据资料情况不同，采用的方法有所区别：

a）当具有长期（30年以上）实测资料时，首先对年径流资料进行可靠性、一致性、代表性分析。

在工程实践中，如果资料的一致性遭受破坏，一般主要采用分项调查法对资料进行还原。

对资料的代表性主要采用长短系列对比分析法进行分析；其次对通过“三性审查”的资料进行频率分析，求得年径流的统计参数和不同频率情况下的年径流值；最后通过对实测径流年内变化过程分析，按照一定的原则选择典型年，采用同频率或同倍比的方法分析不同频率年径流的年内分配过程。

b）当具有短期实测资料时，首先对上下游、干支流或相似流域具有长期观测资料的水文测站进行分析，选择参证站；其次，根据参参证站资料对设计站的资料进行插补展延，求得其长期进流系列。

最后采用频率分析方法，求得年径流的统计参数和不同频率情况下的年径流值及其年内分配过程。

c）当无实测资料时，通常采用水文比拟法、等值线图法或者经验公式求得年径流的统计参数和不同频率情况下的年径流值及其年内分配过程（参考教材）。

对一些无调节的水利水电工程，还要求对日流量进行分析计算，主要提供日流量～频率历时曲线。

（3）提供成果

年径流频率曲线、年径流频率计算成果（表1）、不同频率年径流的其年内分配过程（表2）、日流量～频率历时曲线。

表1***（工程名称）年径流频率计算成果表

（

）

不同频率的年径流量WP（QP）

计算

采用

计算

采用

20%

25%

30%

50%

70%

75%

80%

85%

90%

表2***（工程名称）部分频率年径流量的年内分配

频率

代表年

单位

月份

全年

%

108m3

m3/s

2、设计洪水分析

（1）分析依据

设计洪水分析依据水利水电工程设计洪水计算规范SL44-93。

不同类型的水利工程设计洪水分析的深度和内容有一定的差异。

对具有调节能力的水库工程，要求分析设计洪水过程线；而对无调节能力的工程，如堤防、桥梁、涵洞以及引水式水电站，一般只要求分析设计洪峰流量。

对设计洪水计算过程中所依据的基本资料计算方法及其主要环节采用的各种参数和计算成果应进行多方面分析检查论证其合理性，计算短缺资料地区设计洪水和可能最大洪水时应尽可能采用几种方法对各种方法计算的成果应进行综合分析合理选定。

对大型工程或重要的中型工程用频率分析法计算的校核标准设计洪水应计算抽样误差，经综合分析检查后如成果有偏小的可能应加安全修正值一般不超过计算值的20%。

当工程设计需要时可用水文气象法估算可能最大暴雨再推算可能最大洪水。

（2）分析方法

根据资料情况不同，采用的方法也不同：

a）当坝址或其上下游临近地点具有30年以上实测和插补延长洪水流量资料，并有调查历时洪水时，应采用频率分析法计算设计洪水。

b）工程所在地区具有30年以上实测和插补延长暴雨资料，并有暴雨洪水对应关系时，可采用频率分析法计算设计暴雨，推求设计洪水。

c）工程所在流域内洪水和暴雨资料均短缺时可利用邻近地区实测或调查暴雨和洪水资料进行地区综合分析估算设计洪水。

（3）提供成果

年最大洪峰流量及不同历时洪量频率曲线、年最大洪峰流量及不同历时洪量统计参数、不同重现期年最大洪峰流量及不同历时洪量值（表3、表4）），设计洪水过程线。

表3***（工程名称）洪峰流量分析成果表

（m3/s）

不同频率洪峰流量QP（m3/s）

计算

采用

计算

采用

0.1

0.2

0.33

0.5

1

2

3.3

5

10

表4***（工程名称）不同历时洪量分析成果表

历时

（m3/s）

不同频率洪量WP（m3/s）

计算

采用

计算

采用

0.1

0.2

0.33

0.5

1

2

3.3

5

10

（二）水利计算

水利水能规划应根据项目所在的江河自然条件、河流特点及社会发展的要求，按照保证工程安全及综合利用水资源使获得的经济、社会和环境总体最佳的原则，分析计算综合治理规划和工程设计方案的各项水利指标。

水利工程防洪、治涝及灌溉、供水、发电的设计标准和设计保证率应根据各部门要求及规范规定确定。

水利工程的设计水平年，应根据其重要程度和工程寿命确定。

一般水利工程可采取设计和远景两个水平年。

其具体内容主要包括确定水库兴利库容、正常蓄水位的水库兴利调节计算，确定水电站多年发电量、装机容量的水电站水能计算以及确定水库防洪高水位、设计洪水位、校核洪水位及坝高的调洪演算。

1、综合利用水库工程的水利计算

对兼有防洪和兴利任务的综合利用水库，应按拟定的防洪、兴利特征水位和库容方案进行径流调节计算，并就各方案的防洪限制水位进行全面分析比较。

对预留在正常蓄水位以上的专门防洪库容，宜研究在汛后用于增加兴利效益的可能性。

（1）分析依据

水利工程水利计算规范SL104-95

（2）分析方法

综合利用水库径流调节计算应主要采用时历法。

对于调节程度较高的大型水库，宜同时采用概率法或随机模拟法相互校核，选取偏于安全的成果作为设计值。

对设计保证率以外枯水年份的水库调度，应根据开发任务的主次关系或不同用户要求保证程度的高低，按不同的折扣供水。

对于无替代措施的用水部门，宜尽可能给予一定的保证供水量。

综合利用水库防洪计算可以根据资料条件、计算手段和工具，选用试算法、半图解法和图解法等。

（3）提供成果

兴利调节计算表、防洪计算表（或图），水库各特征水位、特征库容，大坝高程。

2、水电站水能计算

（1）分析依据

小水电水能设计规程SL76－94；小水电水能设计简明手册；

（2）分析方法

A）无调节或日调节水电站

无调节或日调节水电站的水能指标计算由上游来水过程决定。

根据电站取水口处多年日平均流量系列绘制日流量历时曲线或日流量保证率曲线，当资料缺乏或为了简化工作量可采用丰、平、枯三个典型年的日平均流量资料绘制日流量历时曲线或日流量保证率曲线。

无调节或日调节水电站的保证出力计算应根据日流量历时曲线，按各种流量时的相应水头和选择的出力系数计算出力，并绘制出力历时曲线或出力保证率曲线。

对应于电站设计保证率的出力即为保证出力。

无调节或日调节水电站的保证电量应为电站设计保证出力对应的电量。

无调节或日调节水电站多年平均发电量的计算应根据电站出力保证率曲线，计算绘制装机发电量关系曲线，并结合电站装机容量的选择确定。

B）年调节水电站

年调节水电站的水能指标计算可根据丰、平、枯三个典型代表年的来水过程进行计算，必要时也可用长系列来水过程进行计算。

当已知典型年的天然来水过程和水库特性，要求计算出力和发电量指标时，可采用等流量调节计算。

当已知水电站按负荷图工作的出力变化过程、其它用水部门用水量及水库特征水位（正常蓄水位或死水位），要求确定所需兴利库容及水库蓄泄过程；或者已知兴利库容，要求计算水库蓄泄过程和出力保证程度时，可用试算法列表进行计算。

年调节水电站保证出力和保证电量计算可按下述方法进行：

a.长系列法计算：

即根据某一正常蓄水位方案，确定出水库极限工作深度，用列表法求出各年枯水期平均出力，并作出枯水期平均出力保证率曲线，计算相应保证出力和枯水期保证电量。

b.设计枯水年法计算:

即根据长系列资料绘制枯水期水量或调节流量保证率曲线，用设计保证率查出相应枯水期水量，选择一个接近的设计年份将其修正到设计值，并作为设计枯水年来水流量资料，列表计算其出力，确定其相应于电站设计保证率的保证出力和枯水期保证电量。

年调节水电站多年平均发电量的计算可根据年水量频率曲线，确定丰、平、枯三个典型年的来水量，在年径流资料中选出相近年份，按水量加以修正后得到三个代表年份的来水过程，并用列表法进行能量指标计算，求出各种典型年的发电量后取其平均值确定。

C）多年调节水电站

多年调节水电站水能指标的计算可采用时历法或数理统计法进行。

时历法计算可采用列表法或水量差积曲线法进行，其保证出力可按相应于设计保证率的连续供水年组电站发出的平均出力计算。

数理统计法进行径流调节计算采用查曲线图法进行。

D）灌溉为主或有其它供水任务的水库水电站

灌溉为主或有其它供水任务的水库水电站水能指标的计算，应根据国民经济发展需要，分清主次、合理安排，在水量分配上统筹兼顾，确定综合用水量及综合利用水库的兴利库容以及水电站的用水过程，然后用列表法进行水能计算。

（3）提供成果

A）无调节或日调节水电站：

日平均出力～频率（历时）关系曲线、出力～多年平均发电量关系曲线、装机～装机年利用小时数关系曲线，保证出力、保证电量、装机容量、多年平均发电量。

B）年调节水电站或多年调节水电站：

水能计算表、保证出力、保证电量、装机容量、多年平均发电量。

三、课程设计说明书格式及要求

课程设计说明书应由封面、设计目录、正文、参考文献、附录（程序及不能放在正文部分的图表）构成。

其中正文的主要内容如下：

（1）概况：

包括流域水文、气象、地质、地貌、社会经济、水利工程（包括已建和在建）等，同时对流域内水文、气象站点的分布、观测年限等做介绍，附工程位置图。

（2）水文分析计算成果。

（3）兴利调节计算：

死库容（死水位）的确定、兴利调节计算方法、成果。

（4）水能分析：

各种参数的选择和确定，水电站动能指标的计算，水电站各种容量的分析及计算

（5）调洪计算：

泄流方案的拟定，起调水位的选择，调洪计算方法、成果。

四、课程设计时间安排

（1）教师讲解课程设计及任务布置（0.5天）

（2）设计年径流及其年内分配分析计算（1.5天）

（3）设计洪水过程线的分析（1天）

（4）水库兴利调节计算和水能计算（1.5天）

（5）总结及报告撰写（0.5天）

五、成绩考核与评定

课程设计的成绩评定根据考勤、设计成果按五级记分制的方法进行。

在设计期间，考查学生的出勤率、设计态度等方面。

设计成果的检查，着重检查设计书、图表等的完整性和正确性。

考察学生对所学知识的掌握、理解和综合运用能力。

设计成绩按优秀、良好、中等、及格和不及格五级评定，参考标准如下：

优秀：

思路清晰、方法正确、结果合理、图表规范；

良好：

基本达到上述要求；

中等：

能够完成以上内容；

及格：

基本完成所要求的内容；

不及格：

未达到以上要求。

六、主要参考资料

（1）中华人民共和国行业标准.水利工程水利计算规范SL104-95.

（2）中华人民共和国行业标准.小水电水能设计规程SL76－94

（3）水利部水利水电规划设计院，长江流域规划办公室.水利动能设计手册.水利电力出版社.1988

（4）叶守泽主编.水文水利计算.水利电力出版社.1992刘光文.水文分析与计算.水利水电出版社.1989

（5）叶秉如.水利计算及水资源规划.水利电力出版社.1995

第二部分课程设计任务书

设计题目一引水式水电站设计任务书

一、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‰。

二、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5，历年最大洪峰流量如表6。

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7。

三、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。

表5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

165.6

120.9

45.2

29.1

67.4

1956

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

1957

21.4

22.0

34.1

41.4

153.3

80.1

152.1

43.0

38.9

26.4

21.6

19.0

54.5

1958

15.2

15.8

18.9

20.6

25.1

28.0

111.0

285.8

104.7

125.2

72.2

31.6

71.2

1959

20.9

24.3

41.8

34.7

50.6

43.6

153.5

272.1

128.6

72.2

50.4

21.6

76.2

1960

17.6

21.3

26.4

24.5

28.8

18.1

36.8

178.9

68.2

82.0

48.2

22.1

47.7

1961

19.4

18.2

46.2

73.7

74.6

87.2

165.3

117.0

128.5

356.2

148.5

73.3

109.0

1962

48.6

55.5

50.6

35.3

25.9

30.6

161.5

104.7

140.9

191.7

110.6

65.3

85.1

1963

32.2

34.9

47.1

50.3

142.8

128.7

83.0

76.8

186.4

87.0

76.5

45.4

82.6

1964

31.7

31.3

98.5

160.0

2