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