水资源规划毕业设计.docx

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水资源规划毕业设计

毕业设计（论文）

水资源规划

专业年级水利水电工程2011级

学号SXG20110XX

姓名

2012年11月

摘要

沅水五强溪水库位于湖南省沅陵县境内，是一个以发电为主，兼有防洪、航运和灌溉等效益的综合利用大型水库。

流域雨量充沛，水量丰富，坝址多年平均流量2060m³/s，年水量649亿m³，坝址位于沅水干流最后一段峡谷出口处，岩性坚硬，地形地质条件良好，具备修建高坝的自然条件。

本次毕业设计是在给定备选方案Ⅰ（即正常蓄水位为120m）情况下，进行五强溪水库的兴利计算、防洪计算以及经济分析计算。

在兴利计算中，主要包括对设计原始资料进行整理，绘制各类曲线；录入调试计算机程序；考虑三方面因素，确定水库死水位；计算保证出力；采用经验方法确定水电站必须容量；绘制水电站防破坏线，确定水库防洪限制水位；选择重复容量、计算多年平均电能以及确定水库有关参数等内容。

在防洪计算中，利用水库调节计算程序求得本方案的防洪高水位、设计洪水位。

校核洪水位及相应的最大下泄流量；根据计算公式求得坝顶高程。

在经济计算中，计算下游防洪效益（负费用）；计算资金流程，求出折算年费用；计算投资与运行费用；列出本方案经济计算成果统计表。

前言

本次《水资源规划》毕业设计，主要通过对实际水利工程的水利分析计算，加深理解水资源规划的基本概念、基本理论和工程设计计算的基本方法。

把以往所学基础理论和专业知识运用到实际工程中，初步利用已掌握的水工专业技术知识，分析解决工程中的实际问题，锻炼和提高工程设计实际动手能力，为尽快适应工作环境打下良好基础。

本次设计以五强溪水电站为设计对象。

该水库是一座以发电为主、兼防洪、航运、灌溉等效益的综合利用大型水库，是湖南省最大的水电电源点。

本次设计利用已有的水文资料，在给定备选方案的前提下，进行库的兴利与防洪计算，确定给定方案的水利设备参数、水库调度操作方式及计算各项水利指标，并利用已知的概算投资，进行经济分析。

本次设计内容主要是对给定水库兴利水位方案Ⅰ，进行死水位的选择计算及保证出力的计算；水电站装机容量的选择；水电站调度图防破坏线的绘制；汛期限制水位的确定；重复容量、水电站多年平均电能的计算；进行水库防洪计算，确定各种防洪特征水位及坝顶高程，确定水库各项水利指标；进行经济计算等。

摘要

前言

1综述

五强溪水电站位于湖南省沅陵县境内，上离沅陵县城73km，下距常德市130km。

坝址控制流域面积83800km2，占沅水总流域面积的93%，流域面量充沛，水量丰富，坝址多年平均流量2060m3/s，年水量649×108m3，并有1925年以来的水文资料和核实的历史洪水资料。

坝址位于沅水干流最后一段峡谷出口处，岩性坚硬，地形地质条件良好，具备了修筑高坝的自然条件。

在沅水规划中，五强溪水电站为沅水干流最后第二个梯级，上游接虎皮溪及酉水的风滩（已建成）梯级，是一个以发电为主，兼有防洪、航运效益的综合利用水库，系湖南省最大的水电电源点。

五强溪水电站开发的主要任务如下：

1、发电

五强溪水电站建成后投入华中电网，主要供电范围为湖南省。

2、防洪

沅水下游赤山以西的桃沅、常德、汉寿三县及常德市所属平源河网地区，统称沅水尾闾。

这个地区地势低洼。

全靠提防保护，共保护人口106万，农水159万亩。

现有河道的泄洪能力20000m3/s，如遇1927、1931、1933、1935、1943、1949、1954、1969等年洪水重现，河道均不能完全承泄，防洪标准仅为5年一遇。

五强溪水库靠近沅水尾闾，控制全流域面积的93%，解决尾闾防洪问题，是它基本防洪任务。

3、航运

五强溪水电站的航运效益为改善水库区和坝下游河道的通航条件。

沅水是湘西的水上交通动脉，其干流全长1550km，通航里程为640km,但航道险滩很多。

五强溪水库修建以后，坝址以上，沅陵以下河段成为常年深水区，其险滩都将淹没。

下游航道，确定五强溪航运基荷按10万kw相应流量考虑，枯水流量加大，上、下游航道均可改善。

4、灌溉

每年自5月下旬至9月下旬为灌溉季节，在该季节自水库上游直接引走的灌溉流量平均为35m3/s。

2原始资料复核

2.1长系列径流资料整理

设计原始资料给定的流量是坝址断面历年平均流量，考虑工程实际，现对其平均流量（附表一）数据进行处理：

扣除灌溉和船闸用水。

即每月扣除10m³/s的船闸操作耗用的流量，及在每年5月下旬至9月下旬的灌溉季节扣除平均35.0m³/s的灌溉流量（5月扣除11.7m³/s），得到新的供发电计算使用的径流序列（以下称新序列，见附表二），以此进行调节计算。

2.2水库库容曲线

依据资料提供的水库水位及容积，点绘出水位—容积关系曲线，如图2–1所示。

高程（m）

50

60

70

80

90

100

110

120

130

140

面积（km2）

0

7.240

20.503

39.491

64.988

111.184

187.915

297.288

462.987

647.004

容积

108m3

0

0.241

1.592

4.521

9.692

18.490

33.346

57.349

95.058

151.578

m3/s一月

0

9.175

60.65

172.13

369.0

703.96

1269.57

2183.43

3619.11

5770.97

图2–1

2.3坝址下游水位流量关系曲

依据资料提供的坝址下游的水位及流量，点绘出水位—流量关系曲线，如图2–2所示。

水位m

流量

m³/s

水位m

流量m³/s

水位m

流量

m³/s

水位m

流量

m³/s

48.5

204

53

3320

57.5

9470

66

25200

49

350

53.5

3860

58

10300

67

27200

49.5

545

54

4420

59

12000

68

29300

50

795

54.5

5040

60

13700

69

31600

50.5

1120

55

5720

61

15600

70

33800

51

1490

55.5

6450

62

17500

71

36000

51.5

1900

56

7200

63

19300

72

38300

52

2350

56.5

6450

64

21200

73

40300

52.5

2820

57

8700

65

23200

74

43400

水位流量曲线图

图2–2

3死水位选择

死水位的影响因素复杂，通常要通过方案比较才能确定，而且它与正常蓄水位、装机容量及其它兴利指标相互制约、相互影响，要严格求解必须利用系统分析方法。

本设计对死水位的确定采用简化处理，主要考虑水库使用寿命及泥沙淤积；灌溉、航运、养殖及旅游等综合利用要求；水轮机最小水头的限制。

1、使用寿命及泥沙淤积

使用寿命按50年计，年淤积量为669万m³

=669×50=33450万m³

查水位—容积曲线，确定在使用年限内满足防淤要求的死水位Z1=76.69m；

2、灌溉、航运、养殖及旅游等综合利用要求，水库消落的最低水位不小于Z2=82.00m；

3、水轮机最小水头的限制，水库削落深度不大于水电站最大水头的35%。

本设计采用程序计算，得到死库容为553.31m3/s.月,查水位库容曲线，确定死水位为96.12m。

4保证出力计算

本次设计要求长系列等出力操作；用试算法逐年求解。

本设计利用程序计算保证出力，计算结果见表4–1。

依方案Ⅰ设计要求，本电站发电设计保证率P=87.5%，故由表可查得其设计保证出力为NP=41.33万千瓦。

将保证出力按大小次序排列，绘制出相应的频率曲线图，如图4–1。

表4-1

保证出力计算

年份

保证出力（千瓦）

频率（%）

1951

552269.6

37.5

1952

621584.9

21.88

1953

778217.4

3.13

1954

413259.2

87.5

1955

491985.2

68.75

1956

400946.8

90.63

1957

500799.1

65.63

1958

522533.1

62.5

1959

446322.1

75

1960

375784.3

96.88

1961

612676.3

25

1962

541571.2

46.88

1963

658750.9

12.5

1964

549477.9

40.63

1965

705537.8

6.25

1966

413512.9

84.38

1967

705275.6

9.38

1968

658020.6

15.63

1969

581164.7

31.25

1970

546736.9

43.75

1971

468874.2

71.88

1972

624658.4

18.75

1973

443848.8

78.13

1974

385649.1

93.75

1975

538808.4

53.13

1976

597524.6

28.13

1977

534005.8

56.25

1978

573817.1

34.38

1979

426484.5

81.25

1980

539339.6

50

1981

530436.6

59.38

保证出力频率曲线图

图4–1

5水电站装机容量的选择及多年平均电能计算

5.1水电站必须容量选择

必需容量包括工作容量与备用容量两部分。

本设计缺少电力平衡资料，故采用经验方法确定工作容量如下：

（1）保证出力中部分担任航运基荷：

N航基=10（万千瓦）

（2）设N峰为担任峰荷的保证出力：

N峰=Np-10（万千瓦）

（3）按以下关系确定峰荷工作容量：

N工峰=3.08N峰+7（万千瓦）

（4）水电站工作容量N总=N工峰+N航基（万千瓦）

本设计电站担任系统负荷备用及事故备用容量取值为N备=30万千瓦

表5-1必需容量计算表单位：

万千瓦

设计保证出力NP=87.5%

41.33

航运基荷保证出力

10

峰荷保证出力

31.33

峰荷工作容量

103.5

水电站总工作容量

113.5

备用容量（负荷备用及事故备用）

30

必需容量

143.5

由表5-1可知，水电站必需容量为143.5万千瓦。

5.2水电站调度图绘制

对兴利而言，本课程设计对水电站调度图只要求作两条线，一条是基本调度线——防破坏线；一条是加大出力辅助线。

（一）防破坏线的绘制

防破坏线的绘制步骤如下：

1．选择设计保证率范围内的径流系列（新系列）资料。

（从原始系统中剔除来水小于设计枯水年的年份）；

2．逐年从供水期水期末开始，按Np等出力逆时序操作，求得各年迟蓄方案水库蓄水量过程线；

3．将各年迟蓄方案水库蓄水量过程线点绘在一张图上，并取其外包线，即为防破坏线。

以上第2步采用等出力逆算法逆时序求解以下方程组：

Vt-1=Vt-（Qt-qt）×Δt

Nt=KqtHt

式中符合意义同前。

其具体求解流程如下：

（1）设qt=q（0）；

（2）Vt-1=Vt—（Qt-qt）·Δt（Vt起始值为V死）（当Vt-1＜V死，取Vt-1＝V死）；

（3）V均=（Vt+Vt-1）/2查水库水位库容曲线得到Z下；

（4）Nt=K·qt·（Z上-Z下）

（5）若丨Nt-Np丨＜ε，转前时段，否则qt=q（0）+（Np-Nt）／（K（Z上-Z下）），转

（2）。

第3步中的外包线，实际上是各条蓄水量过程线的同时刻纵坐标最大值，在具体操作时，可以在步骤2完成之后，直接给出外包线上各点坐标，当然最后采用值，还应视输出结果作适当分析修正，使防破坏线更可靠。

本设计采用程序计算，防破坏线计算结果（转化成水位）如表5-2所示，防破坏线见图5-1。

表5-2防破坏线计算表

月份

库蓄水量（m³/s.月）

相应水位（m）

3

716.61

100.27

4

553.31

96.12

5

767.6

101.4

6

1243.12

109.62

7

2181.45

120

8

2058.87

118.88

9

2183.44

120

10

2028.83

118

11

1829.8

116.66

12

1587.08

114.25

1

1260.07

109.86

2

1015.25

106.1

3

553.31

96.12

防破坏线图

图5-1

（二）防洪限制水位的确定

防洪限制水位是体现防洪与兴利相互结合的重要参数，选择恰当，可在不影响兴利可靠性的前提下，降低大坝高度，节省投资。

本设计以获得最大结合库容为原则选择。

根据五强溪水电站洪水资料分析，该库洪水最迟发生在7月底，8月初，故防洪限制水位取值为7月底，8月初防洪线上的坐标值。

经计算并查水库水位库容曲线，得到防洪限制水位基本等于正常蓄水位，即120m，相应库容为57.35亿m³。

防洪限制水位作为调洪演算的起调水位，并据此可求出结合库容为0。

（三）加大出力辅助线的绘制

在汛期防洪限制水位与防破坏间为加大出力区，水库位于此区时，水电站应加大出力工作，适当向系统多提供电量。

但加大出力范围较大，为减少操作的任意性，在该区中增加三条辅助线，本设计采用简化方法确定该辅助线，具体如下：

Zit=Z死+（Z防限－Z死）×i/4

式中：

Zit为第i条加大出力线t时刻的坐标。

计算结果见表5-3：

表5-3加大出力辅助线参数表

正常水位

120m

死水位（m）

96.12

汛限水位（m）

120

Z1t（m）

102.09

Z2t（m）

108.06

Z3t（m）

114.03

V1t（亿m3）

20.99

V2t（亿m3）

29.85

V3t（亿m3）

41.69

根据表绘出加大出力辅助线如图5-2。

加大出力辅助线

图5-2

三条辅助线将加大出力区分成四个区域，第i区的加大出力值为：

Ni=Np+（Ny－Np）÷4×i

计算结果见表表5-4：

表5-4加大出力值计算表

正常水位

120m

Np（万kw）

41.33

Ny（万kw）

143.5

N1（万kw）

66.87

N2（万kw）

92.42

N3（万kw）

117.96

我国是一个人均水资源非常短缺和水资源分布不均匀的国家，人均水资源占有量仅为全世界平均水平的四分之一，是世界上水资源最贫乏的13个国家之一。

而且水资源分布与人口和经济活动分布严重不匹配。

水资源问题已经成为影响我国经济社会发展的重要制约因素。

一、水资源分布特点及其影响

我国大江大河较多，产水量较高的有十大水系。

据统计流域面积在100平方公里以上的河流有5万多条，流域面积在1000平方公里以上的河流有1580多条。

全国径流总量达2.6万亿立方米，是亚洲全部径流量19.3%。

此外还有2800多个面积达1平方公里以上的湖泊。

湖泊总储水量达0.7万亿立方米。

除地表水资源外，我国还有5.1万亿立方米的冰川及0.8万亿立方米的地下水资源。

扣除重复计算，我国共有水资源2.8万亿立方米，居世界第六位。

（一）水资源分布特点

1、人均水资源量进一步降低

就总量而言，我国属水资源较丰富的国家，但按人均占有量计算则是世界上人均水资源最缺乏的13个国家之一。

2002年我国人均水资源量仅为2200立方米，扣除难以利用的洪水径流和散布在偏僻地区的地下水资源后，现实可利用淡水资源仅为11000亿立方米，人均可利用的水资源约为900立方米。

我国人均径流量约为世界人均占有量的四分之一，加拿大的五分之一，日本的二分之一。

随着我国人口的持续增加，人均水资源量将随之下降。

按本课题预测的人口数计算，我国人均水资源量将从2002年的2200立方米下降到2010年的2093立方米，2020年的1976立方米和2030年的1883立方米。

2、水资源地区分布与人口分布不匹配情况加重

我国不仅人均水资源短缺，而且地域之间，水资源分布与人类活动对水的需求呈反向。

我国水资源分布总的特征是东南多西北少,其数量由东南向西北递减。

水能资源68%左右集中于西南部，与人口、耕地、矿产资源的分布极不匹配。

长江以北水系的流域面积占全国国土面积的63.5%，其水资源量却只占全国的19%；西北内陆河地区面积占35.5%，水资源量仅占4.6%。

干旱缺水是我国尤其是北方地区的主要自然灾害。

7.2年运行费计算

7.2.1正常年运行费

正常年运行费用包括大修提成、电站运行费、水库补偿提成三部分：

（1）水电站运行费u1

其中，运行费定额为2元/千瓦，故u1=2×143.5×10000=287万元。

（2）大修费u2

大修费与造价有关，还与造价结构有关。

本设计将水电工程总造价分成三部分。

即水工建筑物（包括大坝、厂房、水道、航运建筑等）；房屋交通工程和机电设备。

由资料知本工程的水工建筑物大修费为356万元；房屋交通大修费为17.7万元，机电大修费为473万元；合计846.7万元。

（3）水库补偿提成费u3=1328万元。

故正常年运行费为u1+u2+u3=287+846.7+1328=2461.7万元。

7.2.2初期运行费

对于大型水利枢纽，通常是边施工边投产，将第一台机组发电到达电站设计

效益之间的时间称为初始运行期。

而将电站达到设计效益的时间称为正常运行期。

初始运行期内的效益与运行费均是逐年增加的。

为简单起见，假定初始运行期为

三年，在第十一年末进入正常运行期，设第t年水电站的初期运行费为：

=正常运行费×

初期运行阶段各年的发电量为正常运行时发电量的比例数如下：

第九年

第十年

第十一年

第十二年

20%

70%

90%

100%

Ut

492.34

1723.19

2215.53

2461.7

7.3下游防洪效益计算

由于五强溪水电站是一个综合利用水电站，防洪效益十分显著，将方案Ⅰ的防洪效益作为“负费用”计入资金流程中，通常水库的防洪效益取多年平均效益计算。

计算方法如下：

（1）作历史洪水的拦洪量频率曲线。

（2）将建库前频率曲线下移

。

（3）将图中阴影面积（减少的拦洪量）均推到100%中得到多年平均减少的水库拦洪量△W。

拦洪频率曲线图

（4）按下式计算的耕地淹没面积

=5+1.132×0.98=6.11（万亩）

F为淹没耕地面积（万亩）；

为减少分洪量（亿

）

（5）计算防洪效益：

B=1000F=1000×6.11=6110（万元）

将以上各项计算值汇总到经济计算表中，求出的总计算表中，求出的总计算

值即为方案的资金流程。

经济计算表见表7-1

表7-1

经济计算表

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

正常运行

永久、机电、临时投资（%）

0.127

0.12

0.081

0.108

0.07

0.113

0.145

0.115

0.097

0.021

0.003

1

永久、机电、临时投资（万元）

20493

19363

13070

17427

11295

18234

23397

18556

15652

3388

484

161359

水库补偿投资（%）

0.125

0.125

0.167

0.163

0.163

0.129

0.128

水库补偿投资（万元）

10000

10000

13360

13040

13040

10320

10240

水电站初期运行（%）

20%

70%

90%

100%

水电站初期运行（万元）

492.34

1723.19

2215.53

2461.7

下游防洪效益（万元）

　6110

总计（万元）

20493

29363

23070

30787

24335

31274

33717

28796

16144.34

5111.19

2699.53

折算到施工期末（万元）

化算到正常运行期年费用（万元）

总计算支出

8结束语

通过本次对实际水利工程五强溪水电站的水利分析计算，加深了对水资源规划的基本概念及基本理论的理解，初步掌握了工程设计计算的基本方法。

经过近一个月的整理、分析及计算，感悟到：

很多事情在最初的时候或许毫无头绪，但只要认真的去思考，问题就可以被逐个解决。

这次的毕业设计也巩固了之前所学的理论知识，锻炼和提高了我的工程设计实际动手能力，同时也为尽快适应工作打下了良好的基础。

我相信在今后的工作当中，我可以冷静的面对问题并解决。

同时，也感谢老师在整个过程中的悉心指导与帮助，因为有老师的帮助，我才可以顺利的完成此次的毕业设计。

参考文献

[1]河海大学胡方荣、成都科技大学侯宇光合编，水文学原理

（一），水利电力出版社，1988。

[2]水利电力部水文局，中国水资源评价，水利电力出版社，1987。

[3]成都科技大学、华东水利学院、武汉水利电力学院合编，工程水文及水利计算，水利出版社，1981。

[4]成都科学技术大学吴明远等，工程水文学，水利电力出版社，1987。

[5]蔡文祥、许大明主编，水文计算，河海大学出版社，1989。

[6]华东水利学院主编，水工设计手册（第二卷），水利电力出版社，1984。

[7]水利电力部南京水文水资源研究所，水文水资源论文选（1978-1985），水利电力出版社，1987。

[8]武汉水利学院叶秉如主编，水利计算，水利电力出版社，1985。

[9]武汉水利电力学院袁作新主编，水利计算，水利电力出版社，1987。

[10]娄岳主编，水库调度，吉林科学技术出版社，1988。

附表

五强溪水电站坝址1951年4月～1981年3月历年逐月可供发电流量

附表一

单位：

m³/s

年月

四

五

六

七

八

九

十

十一

十二

一

二

三

年平均

1951-1952

3919.0

3040.0

1976.3

2946.7

525.3

664.5

1341.0

683.0

1170.0

668.7

1187.