五强溪水电站 水资源规划

1、河淳夬孚毕业设计报告设计题目水资源规划姓名：学号:专业：水利水电工程指导教师提交日期：2012/3/25继续教育学院2012年03月函授毕业设计报告 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mh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1（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

2、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。关键词：水库兴利计算防洪计算经济计算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

3、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

4、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。函授毕业设计报告目录摘要TOC o 1-5 h z.、八、-前言1综述1 HYPERLINK l bookmark6 o Current Document 2原始资料复核2 HYPERLINK l bookmark8 o Current Document 2.1长系列径流资料整理2水库库容曲线2 HYPERLINK l bookmark12 o Current Document 坝址下游水位流量关系曲3 HYPERLINK l bookmar

5、k18 o Current Document 3死水位选择4 HYPERLINK l bookmark20 o Current Document 4保证出力计算5 HYPERLINK l bookmark24 o Current Document 水电站装机容量的选择及多年平均电能计算6 HYPERLINK l bookmark26 o Current Document 5.1水电站必须容量选择6 HYPERLINK l bookmark28 o Current Document 5.2水电站调度图绘制7 HYPERLINK l bookmark38 o Current Document 5.

6、3重复容量和装机容量的确定11 HYPERLINK l bookmark40 o Current Document 5.4多年平均电能计算12 HYPERLINK l bookmark44 o Current Document 5.5水库有关参数计算12 HYPERLINK l bookmark50 o Current Document 防洪计算13 HYPERLINK l bookmark52 o Current Document 6.1水库洪水调节计算13坝顶高程的确定15 HYPERLINK l bookmark58 o Current Document 经济计算167.1投资计算16年

7、运行费计算177.2.1正常年运行费177.2.2初期运行费177.3下游防洪效益计算18 HYPERLINK l bookmark62 o Current Document 8结束语21 HYPERLINK l bookmark64 o Current Document 参考文献22 HYPERLINK l bookmark66 o Current Document 附表23 HYPERLINK l bookmark68 o Current Document 附图30函授毕业设计报告 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83800km

8、2,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649X108m3,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

9、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

10、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。原始资料复核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35.0ms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，点绘出水位一容积关系曲线，如图2-1

11、所示。高程（m）5060708090100110120130140积2畑面07.24020.50339.49164.988111.184187.915297.288462.987647.004容积108m300.2411.5924.5219.69218.49033.34657.34995.058151.578mWs一月09.17560.65172.13369.0703.961269.572183.433619.115770.97哨I一1熔I：践d订F，玄/I图21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/

12、s水位m流量m3/s水位m流量m3/s48.520453332057.5947066252004935053.538605810300672720049.5545544420591200068293005079554.550406013700693160050.511205557206115600703380051149055.564506217500713600051.519005672006319300723830052235056.564506421200734030052.528205787006523200744340080604020水位一流量曲线二亠5054UZoOn46On46

13、QHU5Q683A2OZOD91OQZZZOB4SZOD391O0D51(m/s)水位流量曲线图图2-2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卩淤V年*T=669X50=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

14、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。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（）1951552269.637.51952621584.92

15、1.881953778217.43.131954413259.287.51955491985.268.751956400946.890.631957500799.165.631958522533.162.51959446322.1751960375784.396.881961612676.3251962541571.246.881963658750.912.51964549477.940.631965705537.86.251966413512.984.381967705275.69.381968658020.615.631969581164.731.251970546736.943.7519

16、71468874.271.881972624658.418.751973443848.878.131974385649.193.751975538808.453.131976597524.628.131977534005.856.251978573817.134.381979426484.581.251980539339.6501981530436.659.38出证保900000800000700000600000500000400000300000200000100000保证岀力一频率曲线020406080100频率P（%）保证岀力频率曲线图图4T水电站装机容量的选择及多年平均电能计算水电站

17、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）保证岀力中部分担任航运基荷：N=10（万千瓦）航基（2）设N峰为担任峰荷的保证出力：N=Np-10（万千瓦）峰（3）按以下关系确定峰荷工作容量：N=3.08N+7（万千瓦）工峰峰（4）水电站工作容量N=N+N（万千瓦）总工峰航基本设计电站担任系统负荷备用及事故备用容量取值为N=30万千瓦备表5-1必需容量计算表单位：万千瓦设计保证出力N=87.5%P41.33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

18、需容量143.5由表5-1可知，水电站必需容量为143.5万千瓦。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）；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-i=Vt-gXAtNt=KqtHt式中符合意义同前。其具体求解流程如

19、下：（1）设qt=q0）；（2）Vt-1=Vt（Qt-qt）At（Vt起始值为V死）（当VVV死，取Vt-1=V）；死（3）V均=（Vt+Vt1）/2查水库水位库容曲线得到Z；tt-1下（4）Nt=Kqt（Z-Z）tt上下（5）若丨Nt-N|Ve,转前时段，否则qt=q（o）+（Np-Nt）/（K（Z-Z）,tptt上下转（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

20、5-1。表5-2防破坏线计算表月份库蓄水量（m/s.月）相应水位（m）3716.61100.274553.3196.125767.6101.461243.12109.6272181.4512082058.87118.8892183.44120102028.83118111829.8116.66121587.08114.2511260.07109.8621015.25106.13553.3196.12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

21、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mh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Z=Z+（Z-Z）Xi/4it死防限死式中：Z为第i条加大出力线t时刻的坐标。it计算结果见表5

22、-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）120Z（m）It102.09Z（m）2t108.06Z（m）3t114.03V（亿m3）It20.99V（亿m3）2t29.85V（亿m3）3t41.69根据表绘出加大出力辅助线如图5-2。加尢出力辅殲加大出力辅助线图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N=N+（NN）F4Xiipyp计算结果见表表5-4：表5-4加大出力值计算表正常水位120mNp（万kw）41.33Ny（万kw）143.5N1（万kw）66.87N2（万kw）92.42N3（万kw）117.96重复容量和装机容

23、量的确定（一）重复容量的选择在丰水年的全年或汛期的水量会有富余，若仅以必须容量工作会产生大量弃水，为了充分利用此部分水量发电，以减少火电站的煤耗，水电站还额外设置一部分容量，称为重复容量。本设计采用重复容量经济利用小时数（h=2500小时）作为反映重复容量经济的合理指标。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；tp2、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；3、段初水位在防破坏线以上时，使时段水位尽可能向

24、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或Z时，才允许弃水。防限正重复容量的选择步骤如下：（1）假定若干重复容量0,AN,2AN,3AN.等万千瓦；（2）按调度原则对每一装机容量（N=N+N）计算多年平均电能E（用y必备新系列长系列操作）；（3）计算补充千瓦年利用小时数h=AE/N；利（4）点汇Nh；重利（5）据h，确定重复容量N；经济重现假设重复容量N等于0、5、10、15、20万kw时，分别计算新系列多年重平均发电量E及重复容量年利用小时数h，重复容量计算表见表5-5。利表5-5重复容量计算表N必（万kw）N重（万kw）Ny（万kw）E（亿kw.h）E（亿kw

25、.h）h利143.500143.5073.51143.505148.5074.270.761520143.5010153.5075.140.871740143.5015158.5075.90.761520143.5020163.5076.630.731460因重复容量年利用小时数h均小于h经济=2500h，故重复容量为0。（2）装机容量的确定装机容量由必须容量和重复容量确定，故Ny=N+N=143.50万kw。y必重多年平均电能计算由于回水对上游风滩电站的影响，应扣除风滩电站的多年平均减少电能0.228亿kw.h,故方案I多年平均发电量：E=73.510.228=73.282亿kw.h。水库有

26、关参数计算当确定装机容量之后，按调度图和调度原则采用长系列调节计算求得弃水量，进而求出多年平均弃水流量Q，按式：弃QQ丢耳二一0弃Q0其中：Q0五强溪电站多年平均流量。便可求得径流利用系数n。由于本电站无弃水，故不用求n。防洪计算水库洪水调节计算五强溪水电站防洪计算任务包括三种标准洪水的调洪计算，下游防洪标准为p=5%，大坝设计标准为P=0.1%，大坝校核标准为P=0.01%，洪水调节计算分别见附表三、四、五。调洪计算采用多级调节方法，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防洪限制水位相应的下泄能力且安全泄量时，控制闸门，让泄流量等于来水量（qt=Qt）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