水利水能規(guī)劃課程設(shè)計(jì)報(bào)告

《水利水能規(guī)劃》

同學(xué)姓名：學(xué)號(hào)：專業(yè)班級(jí)：指導(dǎo)老師：課程設(shè)計(jì)

年月日

名目

1.概述

一、工程特性表???????????????????????3二、流域自然地理狀況（包括社會(huì)經(jīng)濟(jì)概況?????????????5三、工程概況????????????????????????6

2.設(shè)計(jì)過(guò)程及設(shè)計(jì)成果

一、設(shè)計(jì)年徑流????????????????????????二、設(shè)計(jì)洪水????????????????????????三、正常蓄水位選擇?????????????????????四、死水位選擇???????????????????????五、水能設(shè)計(jì)???????????????????????（1）保證出力、保證電能計(jì)算

（2）裝機(jī)容量選擇與多年平均發(fā)電量計(jì)算

六、設(shè)計(jì)洪水位、校核洪水位確定?????????????????3.報(bào)告總結(jié)????????????????????????

710151518

26

29２

一、工程特性表

一、河流特性

二、水庫(kù)特性

３

４

三、電站特性

二.流域自然地理狀況（包括社會(huì)經(jīng)濟(jì)概況）

自然地理狀況：閩江流域外形呈扇形，支流與干流多直交成方格狀水系，水利水能規(guī)劃課程設(shè)計(jì)報(bào)告

。水量豐富，年徑流量621億立方米，水力隱藏量632萬(wàn)瓩。南平以下是重要的水運(yùn)通道，馬尾是福州的內(nèi)河港。閩江支流眾多，水量豐富，多年平均徑流量為1980立方米/秒，流域面積在中國(guó)主要河流中居第十二位，年平均徑流量居全國(guó)第七位。流域面積比閩江大11倍多的黃河，水量只

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及閩江的92％。

閩江上游有三支：北源建溪，中源富屯溪，正源沙溪。三大溪流曲折于武夷山和戴云山兩大山脈之間，最終在南平四周相見(jiàn)始稱閩江，以下又分為中游劍溪尤溪段和下游水口閩江段。上游水系發(fā)達(dá)，流域面積占整個(gè)閩江流域的70％，水量占整個(gè)閩江水量的75％。

支流南平以上：沙溪、富屯溪、崇陽(yáng)溪、南浦溪、松溪、建溪。南平以下：尤溪、古田溪、梅溪、大樟溪。中、上游灘多水急，水力資源豐富，理論隱藏量641.8萬(wàn)千瓦，占全省河流水力資源理論隱藏量的60%?？砷_發(fā)水力裝機(jī)容量約468萬(wàn)千瓦。目前閩江流域已建成大中型水電站23個(gè)，裝機(jī)容量達(dá)316萬(wàn)千瓦。社會(huì)經(jīng)濟(jì)概況：閩江是我省最長(zhǎng)的河流，閩江流域歷史悠久，文化富強(qiáng)，經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，是我省重要的經(jīng)濟(jì)區(qū)之一。但是，閩江流域的環(huán)境污染和生態(tài)破壞正日益加劇，已經(jīng)威逼到流域人民生活條件和身體健康，影響流域改革開放的形象和流域經(jīng)濟(jì)的持續(xù)進(jìn)展。閩江流域擁有全省一半的國(guó)土，三分之一的人口，五分之二的經(jīng)濟(jì)總量和大量的資源。閩江流域的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)進(jìn)展，對(duì)全省經(jīng)濟(jì)和社會(huì)進(jìn)展有打算性影響。閩江流域自然資源豐富。森林蓄積量2.86億立方米，占全省的66.5%。毛竹蓄積量5.9億根，約占全省毛竹總積蓄量8.40億根的3/4。主要礦產(chǎn)有煤、鐵、石灰石、硫鐵礦、重晶石及鎢、鈮、鉭等有色、稀有金屬。閩江水系可供發(fā)電的裝機(jī)容量468萬(wàn)千瓦，已開發(fā)的有古田溪水電站、沙溪口水電站和水口水電站，后者裝機(jī)容量為140萬(wàn)千瓦。閩江系山區(qū)型河流，航道灘多流急，航槽窄，彎曲半徑小，航運(yùn)力量較低。閩江上游及主要支流只能通行小型機(jī)帆船。南平至水口通60噸客貨輪，莪洋至馬尾通300噸頂推船隊(duì)，馬尾以下通6000噸海輪。

三、工程概況

1.概述

水口水電站是福建閩江干流上的一座大型水電站，是國(guó)家“七五”重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目，是以發(fā)電為主，兼有航運(yùn)等綜合效益的大型水利.水電工程。

閩江是福建省最長(zhǎng)的河流，發(fā)源于閩贛交界的武夷山脈，上游有建溪﹑富屯溪和沙溪三大支流，于南平四周匯合后稱為閩江。南平以下沿程納尤溪﹑古田溪﹑梅溪﹑大樟溪等支流，最終流經(jīng)福州馬尾入海。干支流流經(jīng)32個(gè)縣市，流域面積60992km2，河長(zhǎng)541km。水口水電站位于閩清縣上游14km處，壩址上游距南平市94km，下游距福州市84km。2．水文與氣象

壩址以上集水面積52438km2，全流域多年平均降水量1758mm，壩址處多年平均流量1728m3/s，年徑流總量545億m3，實(shí)測(cè)最大流量30200m3/s，實(shí)測(cè)最小流量117m3/s。多年平均氣溫19.6OC，極端最高氣溫40.3OC，極端最低氣溫-5.0OC。多年平均相對(duì)濕度78%。壩址斷面下游竹岐水文站，集水面積54500km2，具有1934~1977年實(shí)測(cè)年、月徑流和洪

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水資料，并具有1900、1877、1750、1609年調(diào)查考證洪水資料。3．地形與地質(zhì)

①地形壩址兩岸地形基本對(duì)稱，山體雄厚。常水位河面寬約380m。左岸岸坡20O，右岸岸坡在70m高程以下為30O，以上略平緩。兩岸山坡大部分基巖暴露，河床基巖面存在兩個(gè)深槽，砂卵石沖擊層一般厚5~10m，最深達(dá)29m。庫(kù)區(qū)為狹長(zhǎng)河道型庫(kù)區(qū)。

②地質(zhì)壩址處基巖主要為黑云母花崗巖，巖性致密，堅(jiān)硬，完整。由于后期巖漿活動(dòng)，有少量巖脈侵入。巖脈主要為細(xì)晶花崗巖，花崗斑巖，輝綠巖等。全部巖脈與黑云母花崗巖接觸緊密，膠接良好。壩址區(qū)在構(gòu)造上屬于相對(duì)穩(wěn)定區(qū)，未發(fā)覺(jué)較大的斷層，僅有較小斷裂及擠壓破裂帶，傾角陡。4．樞紐布置及主要建筑物

電站樞紐由大壩、發(fā)電廠房、三級(jí)船閘、升船機(jī)和開關(guān)站組成。大壩壩型為混凝土重力壩，最大壩高100m，壩頂長(zhǎng)度783m。溢洪道布置在河中，為壩頂溢洪道，共12孔，設(shè)弧形閘門，尺寸（寬×高）為：15×22m，消能方式為鼻坎挑流。兩側(cè)各設(shè)置一個(gè)泄水底孔，設(shè)弧形閘門，尺寸（寬×高）為：5×8m。發(fā)電廠房位于壩后河床，為壩后式地面廠房，主廠房尺寸（長(zhǎng)×寬）304.2×34.5。水輪機(jī)型式型號(hào)為軸流轉(zhuǎn)槳ZZ-LJ-800，發(fā)電機(jī)型式型號(hào)為傘式

SF200-56/11950。引水建筑物采納埋藏式壓力鋼管，每臺(tái)機(jī)組單獨(dú)一條引水鋼管。500T級(jí)三級(jí)船閘和500T垂直升船機(jī)布置靠右岸，船閘閘室尺寸（長(zhǎng)×寬×水深）135×12×3m，升船機(jī)承船箱尺寸（長(zhǎng)×寬×水深）124×12×2.5m。220千伏開關(guān)站和預(yù)留500千伏變電站布置在左岸發(fā)電廠房下游的山坡上。

工程于1987年3月9日開工建設(shè)，第一臺(tái)機(jī)組于1993年6月30日發(fā)電，全部機(jī)組于1995年5月31日建成并網(wǎng)發(fā)電。

二.設(shè)計(jì)過(guò)程及設(shè)計(jì)成果

1.設(shè)計(jì)年徑流

依據(jù)實(shí)測(cè)年徑流資料，用同倍比法推求設(shè)計(jì)豐水年和設(shè)計(jì)中水年，用同頻率法推求設(shè)計(jì)枯水年。設(shè)計(jì)保證率P=90%。步驟：

對(duì)年平均流量系列和枯水期平均流量系列（10~3月）進(jìn)行頻率分析，求出符合設(shè)計(jì)保證率的設(shè)計(jì)年徑流量和設(shè)計(jì)枯水期流量

設(shè)計(jì)年徑流及枯水期平均流量頻率分析后可得年平均徑流分析

７

圖（1）

枯水期平均流量分析可得

選擇代表年，用同倍比法和同頻率法推求設(shè)計(jì)代表年年內(nèi)安排：

８

圖（二）

設(shè)計(jì)中水年、豐水年（同倍比法）：KQP中（豐）=QD

設(shè)計(jì)枯水年（同頻率法）：

枯水期：KQ

P

枯=枯QKQ枯P?T枯汛=

QP?12-

枯D

QD?12-Q枯D?T枯

汛期：將縮放倍比分別乘以對(duì)應(yīng)代表年的各月流量，即為設(shè)計(jì)代表年。

枯水年月表年年總和枯水年月表年

設(shè)計(jì)枯水年

16011543.67566.67設(shè)計(jì)枯水年K枯=Q枯P/Q枯D=566.67/543.67=1.042K訊=12*QP-Q枯P*T枯/12*QD-Q枯D*T枯

=1222.36*12-566.67*6/（16011-543.67*6）=0.884K枯=1.042K汛=0.884

豐水年月表年平均

設(shè)計(jì)豐水年

22802276.22

K豐=QP/QD=2280*12/2276.22*12=1.002K豐=1.002

中水年月表年平均設(shè)計(jì)中水年17301694.4

K中=QP/QD=1730*12/1694.4*12=1.021K中=1.021

2、設(shè)計(jì)洪水

９

設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)：設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)P=0.1%校核標(biāo)準(zhǔn)P=0.01%

步驟：對(duì)竹岐水文站實(shí)測(cè)及調(diào)查的洪水資料（洪峰流量、三天洪量、七天洪量）進(jìn)行頻率分析（需作特大值處理），求出洪水的統(tǒng)計(jì)參數(shù)：及相應(yīng)的CV、CS值，

Q,W三P,W七P

并推求符合設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)值：mP進(jìn)行洪水頻率分析時(shí)有五個(gè)特大洪水序號(hào)

實(shí)測(cè)值PMa

洪峰流量PⅢ配線成果

Ⅰ41600.00270均值:17457.241

Ⅱ34200.00541Cv:.302Ⅲ30200.00811Cv/Cs:3.0Ⅳ30200.01081

Ⅴ29400.01351

對(duì)洪峰流量分析

圖（三）

１０

《枯水期三天洪量頻率計(jì)算》計(jì)算成果

樣本均值Ex=33.17變差系數(shù)Cv=0.32偏態(tài)系數(shù)Cs=0.96倍比系數(shù)Cs/Cv=3

三天洪量分析

圖（四）

七天洪量分析

《七天洪量頻率計(jì)算》計(jì)算成果

樣本均值Ex=58.15變差系數(shù)Cv=0.31偏態(tài)系數(shù)Cs=0.93倍比系數(shù)

Cs/Cv=3

圖（五）

推求出

洪峰三天洪量七天洪量設(shè)計(jì)(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過(guò)程推求典型洪水過(guò)程線

圖（六）

利用竹岐典型洪水過(guò)程線，用同頻率法推求設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線，放大倍比：

KQm=

QmPW-W三日PW

K三日=三日P,K七-三日=七日P

QmDW三日DW七日D-W三日D

設(shè)計(jì)校核

KQm=QMp/QMd=1.3810102721KQm=QMp/QMd=1.6213026531

K三日=W三日P/W三日D=1.4035148773K三日=W三日P/W三日D=1.6605185314K七-三日=W七日P-W三日P/W七日P-W三日D=1.9375211077K七-三日=W七日P-W三日P/W七日P-W三日D==2.2705167173

上述求出的是竹岐水文站的放大倍比，還需換算到壩址斷面：

F壩=52438km2

F竹=54500km2n=0.5

（洪峰：QmP壩=

F壩F竹

)QmP竹

n

F壩n

=（)KQmQmD竹

F竹

洪量：

F壩=F竹=n=

W三日P壩

WTP壩=

F壩

WTP竹F竹

F壩F壩=W三日P竹=K三日W三日D竹

F竹F竹

W七-三日P壩=

F壩F

W七-三日P竹=壩K七-三日（W七日D竹-W三日D竹）F竹F竹

52438km2

設(shè)計(jì)

校核設(shè)計(jì)校核

54500km20.5

（壩址）設(shè)計(jì)（壩址）校核

D=F壩/F竹=0.962KQm=1.381*0.981=1.356KQm=1.621*0.981=1.59C=(F壩/F竹)n=0.981K三日=1.403*0.962=1.349K三日=1.661*0.962=1.598K七日-三日=1.938*0.9621.864K七日-三日=2.271*0.962=2.185W三日P壩=77.59492億m3/sQmP壩=C*KQmQmD竹=39829.9734m3/sQmP壩=C*KQmQmD竹=46752m3/sW三日P壩=91.80366億m3/sW七-三日P壩=55.18994億m3/sW七-三日P壩=64.67526億m3/s

經(jīng)縮放后校核、設(shè)計(jì)洪水過(guò)程

圖（七）

3、正常蓄水位Z蓄選擇

Z蓄=65m4、死水位Z死選擇（消落深度h消的選擇）死水位選擇需考慮以下因素：①動(dòng)能最優(yōu)

h消1Z死1V興1

h消2Z死2V興2

h消nZ死nV興n

β興1

QH1N供1E供1

β興2

QH2N供2E供2

β興n

QHnN供nE供n

下流流量水位曲線

圖（八）

水庫(kù)面積容積特性曲線

圖（九）

使用簡(jiǎn)算法：

求得E供～h消

H消=14mZ死1=65-14=51m

②水輪機(jī)正常運(yùn)行對(duì)消落深度的限制

h消=（20~30）%Hmax下游生態(tài)流量為300m/s查表得下游最小水位為7.6mHmax=65-7.6=57.4h消=57.4*0.2=11.48Z死2=53.52m

③淤沙水位對(duì)取水口高程的限制Z死≥Z淤沙+?h1+D+?h2

Δh1：底檻厚度，取0.5~1.0mΔh2：沉沒(méi)水深，取1.5~2.0mD：壓力管經(jīng)濟(jì)管徑

求D;設(shè)計(jì)流量（最大引用流量）：Qm=

Qm=ωV經(jīng)濟(jì)=

NyAHP

或

Qm=

π

4

D2V經(jīng)濟(jì),D=

HP=0.9H

確定壓力管徑時(shí)，水口電站采納每臺(tái)機(jī)單獨(dú)一條引水管，故計(jì)算時(shí)應(yīng)采納單機(jī)最

4Qm

,V經(jīng)濟(jì)=4~6m/sπV經(jīng)濟(jì)

Qm=

N預(yù)minAHminNy

AHP

大引用流量，工作報(bào)告《水利水能規(guī)劃課程設(shè)計(jì)報(bào)告》。

裝機(jī)容量用裝機(jī)年利用小時(shí)數(shù)估算：Ny=h裝=3500h

Eh裝

A

(η利W)H9.81

多年平均發(fā)電量用下式估算：E=0.00272ηW電H=0.00272

E=0.000272*η利*W電*H=5047866666.7Kw·hη利=0.75

Ny=E/h裝=1442247.619KwV經(jīng)濟(jì)=5m/sD=11.44m

淤積水位確定：

水庫(kù)使用T年后泥沙淤積總庫(kù)容V總淤：V總淤=V年淤TV年淤=V懸移+V推移式中V總淤----水庫(kù)使用T年后泥沙淤積總量，m3V年淤----多年平均年淤沙容積，m3/a

V懸移----多年平均懸移質(zhì)泥沙淤積容積，m3/aV推移----多年平均推移質(zhì)泥沙淤積容積，m3/aT----設(shè)計(jì)淤積年限為100年

V懸移=（ρ0W0m）/V推移=βV懸移

ρ0------多年平均懸移質(zhì)含沙量，kg/m3，由實(shí)測(cè)資料確定；W0----多年平均徑流量，m3

m-----懸移質(zhì)泥沙沉積率，與庫(kù)容大小有關(guān)，水庫(kù)越大，下泄沙量越少。P-----懸移質(zhì)泥沙孔隙率，一般為0.3~0.4γ-----懸移質(zhì)泥沙干容重，2600~2700kg/m3

β-----推移質(zhì)和懸移質(zhì)泥沙沉積量的比值，一般平原地區(qū)為0.01~0.05，丘陵

地區(qū)為0.05~0.15，山區(qū)0.15~0.30

ρ0=0.143kg/m3W0=545億m3γ=2600kg/m3m=0.5β=0.2V懸移=0.02498億m3V推移=0.00500億m3

V年於=V推移+V懸移=0.02998億m3

V總於=100*V年於=2.998億m3查水位庫(kù)容曲線可得Z於=27mΔh2=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）=53.52m5、保證出力NP和保證電能EP計(jì)算等出力調(diào)整（圖解法），需考慮水量損失和水頭損失。水量損失：?W損月=?W滲月+?W蒸月（各月取一樣）

滲漏：?W滲月=1%V月≈1%V（按中等地質(zhì)條件考慮）蒸發(fā)：年蒸發(fā)水深h蒸年=h水max-h陸h水max=KE水maxh陸=X-Y

V→F水

W蒸年=h蒸年?F水

?W損月=?W滲月+?W蒸月→?Q損月

?W蒸月=W蒸年/12

Q凈=Qe-?Q損月

水頭損失：ΔH損=0.04H毛H凈=H毛–ΔH損=0.96H毛

取六個(gè)月為供水期

計(jì)算Qh=590m3/s·月查得下游水位Z下=8.298mZ上=60mH毛=51.70mh凈=49.633mNp=AQ凈H

簡(jiǎn)算Np=24.91萬(wàn)Kw

等出力調(diào)整計(jì)算保證出力NP（圖解法）：

先用簡(jiǎn)算法估算出NP，然后依據(jù)NP的大小在其上下假定3各方案，NP1=22萬(wàn)KwNP2=23萬(wàn)Kw

NP3=24萬(wàn)Kw。

LW:tgα=?t*1

①取坐標(biāo)系統(tǒng)及作水庫(kù)工作曲線?t=1個(gè)月

"LW:tgβ=

1

tgα2

H毛iHmin≤H毛i≤HmaxQNP1NP1

凈i=

AH=

凈iA?0.96H毛i

作固定出力線假定：Q凈i→Z下i

Z上i=Z下i+H毛iZ上i→Wi

(由Z~V曲線）

由Q凈i~Wi作固定出力線。

圖（十一）

圖（十二）

②

圖（十三）

求得死水位與保證出力關(guān)系

圖（十四）

死水位53.52m=532.3m3/s·月故保證出力為23.6萬(wàn)Kw

２１

6、裝機(jī)容量及多年平均發(fā)電量計(jì)算∑T供

W

e

+V興

供水期：QH=

TQ凈=QH-?Q損月

供

T不供不蓄期Q凈=損月蓄

e–Δ

∑W

e

-V興

蓄水期：QT=

TQ凈=QT-?Q損月

蓄

列表法：Ni=AQ凈iH凈i

然后將36個(gè)月出力Ni從大到小排列，作出力歷時(shí)曲線。

假定：N1

yj→Ej→h裝j=

EjNE=

n(y+∑N)?tΔt=730hn=3yj

N≥NyN<Ny

∑N

圖（十六）

作Ny~E~h裝關(guān)系圖。

２２

圖（十七）

技術(shù)設(shè)計(jì)階段：電力電量平衡Ny=N工+N備+N重(1)最大工作容量=N工

電力電量平衡原理，水口電站按擔(dān)當(dāng)峰荷確定。方法：試算法①假定N工，劃分水電、火電和其它電站的工作范圍②求水電站供水期各月峰荷工作容量（峰荷出力）

２３

（）

圖（十八）

④求供水期系統(tǒng)峰荷總需電量E供需

供水期系統(tǒng)峰荷總需電量為：E供需=∑Et=30.4∑σt?E日t⑤電量平衡確定最大工作容量

"

⑴假如EP=E供需，則N工即為所求；

"

⑵假如EP≠E供需，重新假設(shè)N工，返回②。

"N工1

"

N工2

"

N工3

"

N工4

T供

T供

E供需1E供需2E供需3E供需4

一月、十一月、十二月

二月、三月、十月

圖（十九）

解得N工E供需1501007050

1416.35（100萬(wàn)Kw·h）697.14（100萬(wàn)Kw·h）346.44（100萬(wàn)Kw·h）174.63（100萬(wàn)Kw·h）

２４

圖（二十）

Np=23.6萬(wàn)KwEp=Np*T供=1034（100萬(wàn)Kw·h）

由圖可得N工=120萬(wàn)Kw(2)備用容量

N備=N負(fù)荷+N事故+N檢修