五强溪水电站设计(方案三),安徽水电学院函授本科,水工专业毕业设计,水资源规划与利用方向

1、五强溪水电站设计(方案三),安徽水电学院函授本科,水工专业毕业设计,水资源规划与利用方向 河 海 大 学 继续教育学院毕业设计 水资源规划（方案） 专业年级： 站点名称： 姓 名： 学 号： 指导老师： 二 年 月 目 录 1 基本情况 . 1 1.1 流域概况 . 1 1.2 开发任务 . 1 1.3 设计任务 . 2 1.4 设计前提 . 2 1.5 设计内容 . 3 1.6 设计原始资料 . 3 2 兴利计算 . 6 2.1 基本资料整理 . 6 2.2 死水位的确定 . 6 2.3 保证出力计算 . 7 2.4 水电站必需容量选择 . 8 2.5 水电站调度图绘制 . 9 2.6 重复

2、容量选择与多年平均电能计算 . 12 3 防洪计算 . 15 3.1 水库调洪计算 . 15 3.2 坝顶高程的确定 . 17 附表 . 19 附图 . 25 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2060 m3/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（即正常蓄水位为108m）情况下，进行五强溪水库的兴利计算、防洪计算。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

3、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。 关键词：水库；兴利计算；防洪计算 1 基本情况 1.1 流域概况 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%，流域雨量充沛，水量丰富，坝址多年平均流量2060m3/s，年水量64910

4、8m3，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。 1.2 开发任务 五强溪水电站是以发电为主、兼有防洪、航运和灌溉等效益的综合利用工程。其开发任务分述如下： 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源、常德、汉寿三县及常德市所属平原河网地区，统称沅水尾闾。这个地区地势低洼,全

5、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 1 闾防洪问题，是它的基本防洪任务。 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，沅水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

6、，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。 1.3 设计任务 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，进行水库的兴利与防洪计算，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。 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 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

7、为校核标准，电站使用年限为50年计； 2 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； 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

8、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 3 表1.3坝址下游水位流量关系曲线表 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 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

9、、1.6； 4 表1.5水尾闾历年洪灾情况 表1.6 历年较大洪水所需拦洪量 单位：108m3 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方案泄洪建筑物参数见表1.7； 表1.7洪建筑物参数表 5 2 兴利计算 沅水五强溪水电站水库正常蓄水位108m。 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35 m3/s（5月扣除11.7 m3/s， 七、八月扣除35 m3/s，9月扣除22.3m3/s）

10、； 船闸运行用水按每月10 m3/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： 1水库的使用寿命及泥沙淤积 水库在使用寿命T按50年计，年淤积量V年为669万m3 V淤=V年T =66950=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

11、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 6 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）=644m3/s，查表得下游水位Z下（0）=49.70m。 （2） 极限削落深度 hm=（Z正Z下（0）35%=(10849.70) 35%=20.41m 死水位：Z3=Z正hm=10820.41=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

12、期调节流量qp=644.32 m3/s，并满 足| q（0） qp|=0.32 m3/s=1m3/s，则Z死=Z 87.59m，相应死库容8.445亿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=Vt-1+(Qtqt) t Np=KqtHt V0=V死 Vt-I,Vtt时段初、末水库蓄水量（单位：m3/s月）； Qtt时段平均入库流量（新系列）（单位：m3/s）； qt t时段平均发电流量（单位：m3/s）； Ht t时段平均水头（单位：m）； Vt供水期末水库蓄水量（单位：m3/s月）。 2.3.1 计算方法 对某一特定年份求解步骤如下： 1

13、设 Np=N(0) 7 （0）死=87.59m。即死水位为 （1）设qt=q(0) (qt为t时段发电流量)； （2）Vt=Vt-1+(Qtqt)t (当VtV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|NtNp|1,转下时段；否则 qt=q(0)+(tNpNt)/K(Z上Z下)，转（2）步骤计算。 2求年最小水库蓄水量Ve; 3若|VeV死|2，转下一年；否则 Np=N(0)+K(Z正+Z死)/2Z下(Z死Ve)/T供转（1）步骤计算。 求出各年的供水期平

14、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： 方案：正常库容30.13亿m3，死库容8.445亿m3，兴利库容21.685亿m3。设计保证出力Np=27.84万kw。 2.4 水电站必需容量选择 必需容量包括工作容量与备用容量两部分。 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 1保证出力中部分担任航运基荷： N工基=10 （万kw） 2N峰为担任峰荷工作容量 8 N峰= Np N工基=27.8410=17.84（万kw） 3按以下关系确定峰荷工作容量 N工峰= 3.08N峰7=61.95（万k

15、w） 4水电站工作容量 N工= N工峰N工基=61.9510=71.95（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 备用容量表 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 必需工作容量表（单位：万kw） 2.5 水电站调度图绘制 本次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 9 剔除来水小于设计枯水年的年份）

16、 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： Vt-1=Vt(Qtqt)t Np=KqtHt 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(Qtqt)t (Vt起始值为V死) （当Vt-1V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|NtNp| ，转前时段，否则 qt=q(0)+(NpNt)/K(Z上Z下)，转（）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，

17、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（）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，方案防破坏线的结果见表2.3。 10 表2.3 防破坏线计算结果表 2.5.2 防洪限制水位确定 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月底，月初：故防洪限制水位取值为月底，月初防洪线上的坐标值。 经计算并查水库水位库容曲线，方案防洪限制水位和相应库容分别

18、为： 防洪限制水位为105.99m，库容为27.39亿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与破坏线间，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 11 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 加大出力辅助计算表 由表2.4绘出加大出力辅助线。 三条辅助线将加大出力值计算公式如下： Ni=Np+（NyNp）4i 方案计算结果见表2.5。 表

19、2.5 加大出值计算表（单位：万kw） 2.6 重复容量选择与多年平均电能计算 2.6.1 重复容量选择 12 水电站在洪水期往往会产生大量弃水，为了利用弃水增发季节性电能，节省火电站的燃料消耗，增加一部分装机容量，由于它不能替代火电站的工作容量，因而称它为重复容量。 本次设计N重采用经济利用小时数h经济=2500h。补充千瓦利用小时数计算是确定重复容量的关键，但其核心是计算不同重复容量的多年平均电能，多年平均电能的计算与调度图或调度规划有关，本次设计调度按以下规则操作： 1当时段初水位位于防破坏线内时，时段出力Nt=Np。 2汛期时段初水位位于加大出力区时，按加大出力线工作，即Nt=Ni。

20、3段初水位在防破坏线以上时，使时段水位尽可能向防破坏线上靠，同时要考虑装机容量的限制。 4当满装机发电，且水位超过Z防限或Z正时，才允许弃水。 假设重复容量N重等于0、10、20、30、40万kw时，分别计算新系列多年平均发电量E及重复容量年利用小时数h，计算结果见表2.6。因重复容量年利用小时数h均小于h经济=2500h， 表2.6 重复容量计算表 根据表2.6中计算结果，点绘N重h利曲线见附图3，再根据h经济=2500h确方案N重=28.17万kw。 2.6.2 装机容量的确定 13 装机容量由必须容量和重复容量确定。 方案的装机容量为： 方案：Ny=N必+N重=91.95+28.17=1

21、20.12万kw。 2.6.3 多年平均电能计算 利用上述计算结果点绘Ny（Ny=N必+N重）E的关系图如下，查得各方 案多年平均发电量。 方案：E=68.29亿kw.h。 14 3 防洪计算 3.1 水库调洪计算 五强溪水库工程等别为一等，按P=0.1%洪水标准设计、P=0.01%洪水标准校核。水库下游防洪标准为P=5%，安全泄洪量q安=20000m3/s。本次设计 防洪计算的任务包括上述三种洪水标准的调洪计算。 利用五强溪水库入库典型洪水，调洪计算采用多级调节方法，具体的 调洪规则如下： 1起调水位为汛前限制水位。 2当水库洪水流量小于汛前限制水位相应的下泄能力，且小于安全泄量时，控制闸门

22、，让泄流量等于来水量水库水位维持在汛期水位不变。 3当水库入流量超过汛前限制水位相应的下泄能力，而小于下游安全泄量时，打开闸门自由泄流，水库水位上升，下泄量随之增大。 4当自由泄流量超过安全泄量时，控制qt=q安，直至调节计算结束， 所得最高水位为防洪高水位。 5当水库水位不及防洪高水位时，控制qt=q安，当水库水位升高至防 洪高水位时，闸门全开，自由泄流，得调洪后的最高水位。 溢洪设备的选择本身是一个经济问题，它是权衡上下游洪灾损失的重要参数，而且泄洪设备还受材料最大应力强度及闸门结构限制、下游岩基状况及消能设备情况的影响。 自由泄流时采用公式：Q=1.77nBH3/2； 孔口出流是采用公式：Q=n (2gH)1/2； =0.990.53a/H 15 对于千年一遇洪水调节计算得设计洪水水位及相应最大下泄流量，对万年一遇洪水进行调节计算得校核水位及相应最大下泄流量，并根据求得的校核洪水位，确定总库容。 在调洪计算过程中，对闸门控制泄流情形，利用水量平衡方程式推求求得，但对于自由泄流情形则需求解隐式方程组。 t=Vt1+(Qt+Qt1)/2(qt+qt1)/2t 本次设计按如下步骤试算求解： 、假定qt=q(0)； 、Vt=Vt1+(Qt+Qt1)/2(qt+qt1)/2t； 、由Vt查q=f(v) 曲线得相应下泄流量