水资源规划与利用毕业设计全部文天学院Word文档下载推荐.docx

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本次设计任务是对五强溪水电站的诸方案（即正常蓄水位）已给的情况下，进行水库的兴利和防洪计算，确定各方案水利设备的参数，水库的调节操作方式及计算水利指标，并通过经济分析，比较方案之优劣。

1.4设计前提

1．本水利枢纽是以发电、防洪为主要目标的综合利用水库；

2．水电站参加系统工作，发电设计保证率P=87.5%（按年份计）；

3．水电站的备选方案（正常蓄水位）见表1.1；

表1.1备选方案正常蓄水位表

方案

Ⅰ

Ⅱ

Ⅲ

Ⅳ

正常蓄水位（m）

120

115

108

100

4．本水利枢纽根据国家规定属一级，以千年一遇洪水为设计标准，万年一遇洪水为校核标准，电站使用年限为50年计；

5．水库库区蒸发渗漏等水量损失不大，故在初步设计阶段暂时不考虑；

6．水库下游有防洪要求，设计标准为二十年一遇洪水，安全泄洪流量q安=20000m3/s。

1.5设计内容

1．水电站死水位选择及保证出力NP计算；

2．水电站装机容量选择；

3．绘制水电站调度图的防破坏线，加大出力辅助线，确定汛期限制水位；

4．求重复容量，计算水电站多年平均电能；

5．进行防洪计算，确定各种防洪特征水位及坝顶高程；

6．求水利指标；

7．经济计算，比较方案优劣。

1.6设计原始资料

1．坝址以上流域面积F=83800km2；

2．坝址断面历年月平均流量资料（见附表一）；

3．水库水位～面积、库容曲线见表1.2；

4．坝址下游水位流量关系曲线见表1.3；

5．为改善下游通航条件，确定五强溪航运基荷按10kw计；

6．船闸操作需要耗用10m3/s，此部分流量不能用来发电；

表1.2水库水位～面积、库容曲线表

高程（m）

50

60

70

80

90

110

130

140

面积（km2）

7.240

20.503

39.491

64.988

111.184

187.915

297.288

462.987

647.004

容积

108m3

0.241

1.592

4.521

49.692

18.490

33.346

57.349

95.058

151.578

m3/s

.月

9.175

60.65

172.13

369.0

703.96

1269.57

2183.43

3619.11

5770.97

表1.3坝址下游水位流量关系曲线表

水位

m

流量

48.5

204

53.0

3320

57.5

9470

66.0

25200

49.0

350

53.5

3360

58.0

10300

67.0

27200

49.5

545

54.0

4420

59.0

12000

68.0

29300

50.0

795

54.5

5040

60.0

13700

69.0

31600

50.5

1120

55.0

5720

61.0

15600

70.0

33800

51.0

1490

55.5

6450

62.0

17500

71.0

36000

51.5

1900

56.0

7200

63.0

19300

72.0

38300

52.0

2350

56.5

7950

64.0

21200

73.0

40300

52.5

2820

57.0

9700

65.0

23200

74.0

43400

7．每年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35.0m3/s，此部分流量亦不能用来发电；

8．在沅水规划中，五强溪水电站上游将干流的虎皮溪及酉水的风滩（已建成）梯级，其尾水水位124m及114.2m，各正常蓄水位方案对上游风滩的影响见表1.4；

表1.4各正常蓄水位方案对上游风滩的影响

方案（正常蓄水位）

Ⅰ（120m）

Ⅱ（115m）

Ⅲ（108m）

Ⅳ（100m）

减少

风滩

N（kw）

0.284

0.02

E（亿kw.h）

0.228

9．沅水尾闾洪灾情况、洞庭湖分分蓄洪提防基本情况见表1.5、1.6；

表1.5沅水尾闾历年洪灾情况

年份

常德最大

流量（m3/s）

洪灾情况

1927

24800

酉水特大洪水，尾闾未见灾情记载

1931

29700

尾闾淹田100万亩，淹死3049人

1933

30400

桃源淹田11.4万亩，汉寿受灾11.5万人

1935

29900

尾闾淹田93万亩，淹死3430人

1938

20600

黔阳淹5万余亩，尾闾未见灾情记载

1943

28600

沅陵、桃源灾情较重，常德、汉寿未见灾情记载

1949

24700

尾闾淹田71万亩，受灾35万人

1954

24300

尾闾淹田73万亩

1969

27300

尾闾淹田4.7万亩，受灾3.3万人

1970

22900

安江一带灾情严重，尾闾无灾

1974

21700

表1.6历年较大洪水所需拦洪量单位：

拦洪量

15.2

13.6

10.1

待算

6.5

6.2

2.31

1.38

0.31

10．五强溪水库入库设计洪水过程线（见附表二）；

11．水库最大吹程15km，设计风速12km/s；

12．各方案泄洪建筑物参数见表1.7；

表1.7各方案泄洪建筑物参数表

泄洪建筑物

溢

洪

坝

孔数

10

12

14

坝顶高程（m）

101

94

84

孔口尺寸（宽×

高）

15×

16

中

孔

1

底坎高程（m）

82

13×

8

2兴利计算

沅水五强溪水电站水库正常蓄水位共有120m、115m、108m、100m四个方案，本次设计将对这四个方案进行比较，并选定最优方案。

2.1基本资料整理

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。

灌溉用水按5月下旬至9月下旬的灌溉季节每月扣除35m3/s（5月扣除11.7m3/s，七、八月扣除35m3/s，9月扣除22.3m3/s）；

船闸运行用水按每月10m3/s的流量扣除，从而得到新的年平均发电流量表（附表三）。

2.2死水位的确定

死水位影响因素比较复杂，需考虑保证水库灌溉要求、满足泥沙淤积要求、保证水电站最低水头要求以及航运、养殖等其它要求。

本次设计对死水位的确定采用简化处理的办法，主要考虑水库的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三个因素。

各方案分述如下：

2.2.1正常蓄水位120m方案（方案一）

1．水库的使用寿命及泥沙淤积

使用寿命T按50年计，年淤积量V年为669万m3

V淤=V年×

T=669×

50=33450万m3

查库容～水位曲线表，确定水库在使用年限内满足防淤要求的死水位Z1=76.20m；

2．灌溉、航运、养殖及旅游等综合利用要求，水库削落的最低水位不得小于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%。

（1）任意假定最小发电流量q（0），并相应下游Z下（0）。

最小发电流量取q（0）=800m3/s，查表得下游水位Z下（0）=50.05m。

（2）极限削落深度

hm=（Z正－Z下（0））×

35%=（120－50.05）×

35%=24.48m

死水位：

Z3=Z正－hm=120－24.48=95.52m

（3）Z死（0）=max（Z1，Z2，Z3）=max（76.80，82.00，95.52）=95.52m；

（4）根据Z3（0）长系列计算各年供水期调节流量qp=799.28m3/s，并满足|q（0）－qp|=0.72m3/s＜ε=1m3/s，则Z死=Z死（0）=95.52m。

即死水位为95.52m，相应死库容14.002亿m3。

2.2.2正常蓄水位115m方案（方案二）

水库在使用年限内满足防淤要求的死水位Z1=76.20m；

最小发电流量取q（0）=733m3/s，查表得下游水位Z下（0）=49.88m。

（3）极限削落深度

35%=（115－49.88）×

35%=22.79m

Z3=Z正－hm=115－22.79=92.21m

（3）Z死（0）=max（Z1，Z2，Z3）=max（76.80，82.00，92.21）=92.21m；

（4）根据Z3（0）长系列计算各年供水期调节流量qp=733.08m3/s，并满足|q（0）－qp|=0.08m3/s＜ε=1m3/s，则Z死=Z死（0）=92.21m。

即死水位为92.21m，相应死库容11.353亿m3。

2.2.3正常蓄水位108m方案（方案三）

最小发电流量取q（0）=644m3/s，查表得下游水位Z下（0）=49.70m。

（4）极限削落深度

35%=（108－49.70）×

35%=20.41m

Z3=Z正－hm=108－20.41=87.59m

（3）Z死（0）=max（Z1，Z2，Z3）=max（76.80，82.00，87.59）=87.59m；

（4）根据Z3（0）长系列计算各年供水期调节流量qp=644.32m3/s，并满足|q（0）－qp|=0.32m3/s＜ε=1m3/s，则Z死=Z死（0）=87.59m。

即死水位为87.59m，相应死库容8.346亿m3。

2.2.4正常蓄水位100m方案（方案四）

最小发电流量取q（0）=568m3/s，查表得下游水位Z下（0）=49.55m。

（5）极限削落深度

35%=（100－49.55）×

35%=17.66m

Z3=Z正－hm=100－17.66=82.34m

（3）Z死（0）=max（Z1，Z2，Z3）=max（76.80，82.00，82.34）=82.34m；

（4）根据Z3（0）长系列计算各年供水期调节流量qp=567.79m3/s，并满足|q（0）－qp|=0.21m3/s＜ε=1m3/s，则Z死=Z死（0）=82.34m。

即死水位为82.34m，相应死库容5.55亿m3。

2.3保证出力计算

本次设计要求长系列等出力操作；

用试算法逐年求解以下方程组：

Vt-I,Vt——t时段初、末水库蓄水量；

Qt——t时段平均入库流量（新系列）；

qt——t时段平均发电流量；

Ht——t时段平均水头；

Vt——供水期末水库蓄水量。

2.3.1计算方法

对某一特定年份求解步骤如下：

1．设Np=N（0）

（1）设qt=q（0）（qt为t时段发电流量）；

（2）Vt=Vt-1+（Qt－qt）Δt（当Vt＞V兴+V死，取Vt=V兴+V死）

（3）由V均=（Vt+Vt-1）/2查水位库容曲线得到Z上；

由qt查坝址下游水位流量关系曲线得到Z下；

（4）Nt=Kqt（Z上－Z下）

（5）若|Nt－Np|＜ε1,转下时段；

否则

qt=q（0）+（tNp－Nt）/[K（Z上－Z下）]，转

（2）步骤计算。

2．求年最小水库蓄水量Ve;

3．若|Ve－V死|＜ε2，转下一年；

Np=N（0）+K[（Z正+Z死）/2－Z下]（Z死－Ve）/T供转

（1）步骤计算。

求出各年的供水期平均出力后，据设计保证率可求出Np。

2.3.2计算结果

本次设计采用程序计算，各方案具体参数及结果如下：

1．方案一：

正常库容57.349亿m3，死库容14.002亿m3，兴利库容43.347亿m3。

设计保证出力Np=41.33万kw。

2．方案二：

正常库容43.357亿m3，死库容11.353亿m3，兴利库容32.004亿m3。

设计保证出力Np=35.34万kw。

3．方案三：

正常库容29.424亿m3，死库容8.346亿m3，兴利库容21.078亿m3。

设计保证出力Np=27.84万kw。

4．方案四：

正常库容18.490亿m3，死库容5.55亿m3，兴利库容12.94亿m3。

设计保证出力Np=21.46万kw。

2.4水电站必需容量选择

必需容量包括工作容量和备用容量两部分。

2.4.1工作容量计算

本设计缺少电力平衡的资料，采用经验方法确定工作容量如下（按方案一计算）：

1．保证出力中部分担任航运基荷：

N工基=10（万kw）

2．N峰为担任峰荷工作容量

N峰=Np－N工基=41.33－10=31.33（万kw）

3．按以下关系确定峰荷工作容量

N工峰=3.08N峰＋7=103.50（万kw）

4．水电站工作容量

N工=N工峰＋N工基=103.50＋10=113.50（万kw）

2.4.2备用容量计算

本设计电站担任系统负荷用及事故备用容量，各方案取值见表2.1。

表2.1各方案备用容量表

120m

115m

108m

100m

N备（万kw）

30

25

20

15

2.4.3电站必需工作容量

经计算，沅水五强溪水电站各方案必需工作容量见表2.2。

表2.2各方案必需工作容量表

N工基（万kw）

N工峰（万kw）

103.50

85.05

61.95

42.30

N工（万kw）

113.50

95.05

71.95

52.30

N必需（万kw）

143.50

120.05

91.95

67.30

2.5水电站调度图绘制

本次毕业设计要求从兴利要求出发对水电站调度要求作两条线，一条是基本调度线——防破坏线；

一条是加大出力辅助线。

2.5.1防破坏线

防破坏线按下列步骤计算确定。

1．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．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。

具体求解方程组：

式中符号意义同前。

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=Kqt（Z上－Z下）；

（5）若|Nt－Np|＜ε，转前时段，否则

qt=q（0）+（Np－Nt）/〔K（Z上－Z下）〕，转（２）步骤

3．将各年迟蓄方案水库蓄水量过程线点在一张图，并取其外包线，即为防破坏线。

此外包线，实际上是各条蓄水量过程线的同时纵坐标最大值，在具体操作时，可在计算机算完第（２）步后，直接给出外包线各点坐标，当然最后采用值，还应输出结果作适当分析修正，使防破坏线更可靠。

经采用程序计算，各方案防破坏线的结果见表2.3。

表2.3各方案防破坏线计算结果表

月份

水库蓄水量（m3/s.月）

方案一

方案二

方案三

方案四

3

716.68

541.85

331.42

218.22

4

553.31

442.91

321.63

5

767.66

592.51

373.99

6

1243.28

960.96

633.81

358.6

7

2181.74

1630.32

988.87

523.41

2059.14

1555.93

973.69

565.57

9

2183.44

1726.5

1156.45

662.73

2029.04

1631.08

1141.32

11

1830

1440.75

974.09

639.54

1587.24

1264.13

863.24

545.34

1260.19

1005.4

689.5

432.93

2

1015.32

824.85

599.12

406.14

2.5.2防洪限制水位确定

防洪限制水位是体现防洪和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，各方案防洪限制水位和相应库容分别为：

方案一：

防洪限制水位为120.00m，库容为57.349亿m3；

方案二：

防洪限制水位为115.00m，库容为43.67亿m3；

方案三：

防洪限制水位为105.99m，库容为26.49亿m3；

方案四：

防洪限制水位为95.67m，库容为14.02亿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。

2.5.3加大出力辅助线的绘制

在防破坏图中，在汛期防洪限制水位和破坏线间，为加大出力区，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，采用简化的方法确定该组辅助线。

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。

经计算各方案结果见表2.4。

表2.4各方案加大出力辅助线参数表

正常水位

死水位（m）

95.52

92.21

87.59

82.34

汛限水位（m）

120.00

115.00

105.99