水库兴利调节及调洪演算

《水资源规划及利用》课程设计说明书在过去的一周里，我们进行了《水资源规划及利用》的课程设计，我们做的是梅山水库的三个典型年的兴利演算及其发电量的计算还有68年梅山水库的一次调洪演算。现在，我们基本上已经设计完毕，通过课程设计，进一步加强了我们对所学内容的理解水平和应用能力，培养了我们分析问题与解决问题的能力。下面，就是我们在课程设计的过程。概述梅山水库概况：梅山水库位于淮河支流史河上游的安徽省金寨县境内，东与淠河西源为邻，西与灌河隔岭为界，南源于大别山北麓，北距史河入淮口130km。水库流域南北长约70km，东西宽约40km，流域面积1970km2。梅山水库按500年一遇洪水设计，5000年一遇洪水校核，设计洪水位137.66m，校核洪水位139.93m，正常蓄水位128.0m，汛限水位125.27m，死水位94.00m，总库容22.64亿m3,兴利库容9.57亿m3,死库容1.26亿m3，为年调节水库。梅山水库现有水电站装机容量为4万kW，4台发电机组，单机最大过水流量29.8m3/s，电站主要结合灌溉供水或利用泄洪弃水发电，原则上不单独为发电目的而放水入横排头水库。现状情况下多年平均发电量为9925万kW・h。设计内容：①.熟悉资料，绘出相关曲线；.根据梅山水库的1969-2008年的一年中各旬的入库流量资料，定出对应设计保证率为10%，50%，90%的设计典型年；.分别对梅山水库的三个典型年的一、二种方案进行兴利调节和水能计算，求出各种方案的年平均发电量，并且比较各方案的利弊。.用第一种方案分别对梅山水库的1969年的一次洪水进行调洪演算。3.设计方案：兴利方案：①方案一：正常蓄水位:128m，汛限水位：125.27m。②方案二：正常蓄水位：128m，汛限水位：124.57m。调洪方案：汛限水位125.27m,防洪高水位130.2,控泄流量75m3/s梅山水库兴利调度原则：非汛期为5-10月，汛期为6-9月，其中9月为过渡期，即从9月份开始水库开始慢慢蓄水，并在9月末时保证水库水位在死水位和正常高水位之间，10-5月份水库处于非汛期，这段时间保证水库水位在死水位和正常高蓄水位之间，并保证非汛期末时水库水位在死水位与汛限水位之间。梅山水库调洪原则：从汛限水位125.27m起调，设计洪水位139.17m。电站装机4台，为安全计，按3台发电机组满载下泄流量，其余泄流设备均关闭，但水库水位上涨到防洪高水位时，除泄水底孔外其余泄流设备均全开，按泄流能力下泄，不受下游及淮河干流限制；之后水库来水较小时，按维持设计蓄洪水位控制下泄，但最小下泄流量不小于3台机组发电流量。拥有的资料：梅山水库入库水量、梅山水库需水量资料及整理、梅山水库水位库容关系、梅山水库逐月耗水率统计表、梅山水库发电量计算特征值、梅山水库洪水过程线表、梅山水库水位泄量关系表、入库洪水过程。设计原理及过程设计典型年的确定：1、根据1969-2008年梅山水库入库水量表，先将各年的入库水量进行求和，得到1969-2008年各年的总入库水量；2、将年份及对应的年入库水库列入附表中，然后使用excel的排序功能，将入库水量降序排列；3、使用公式P=n/m+1求出排列好的水量对应的频率，本案例中年数为40年所以频率P=n/41；4、选出频率分别为0.1、0.5、0.9或者接近0.1、0.5、0.9的三个年份分别作为本设计的丰水年、中水年和枯水年，本次设计所选出的三个年份分别为：1987年、1971年和2001年，原因如下（详见排频排序表）：年份 年总水量 频率1987 229078.364 0.0975609761971 133068.095 0.5121951222001 69983.136 0.902439024三个典型年及各典型年的两种方案的兴利调节（以1971年为例）:1、 先使用excel将计算表列出，表头分别为：时段、天然来水水量、蓄水水量、多余水量、不足水量、弃水水量、时段末兴利库容蓄水量、总出库水量、平均耗水率、各旬发电量。2、 将梅山水库入库水量表中的1971年的各旬入库水量复制下来并且粘贴入兴利调节计算表中的天然来水量中；将梅山水库需水量资料及整理中的1971年的各旬需水量复制并粘贴到兴利调节计算表中的需水量一列中。3、 时段多余及不足水量计算：用兴利调节计算表中的天然来水量减去需水量，如果是正值，则计入多余水量一列中，如果是负值，则变为正值后计入不足水量一列中。4、 时段末兴利库容蓄水量及弃水量的计算：根据课程设计任务书，从9月份开始水库开始慢慢蓄水，并在9月末时保证水库水位在死水位和正常高水位之间，所以10月初的水库库容为正常蓄水位的库容。 非汛期：由水库概况知梅山水库正常蓄水位为128.0m，查水位库容关系表知，此时库容为135880万立方米。所以在10月初时的水库库容为135880万立方米，如果在以后的时段里水库有多余，则水库应保持正常蓄水位（库容135880万立方米），多余的水量应作为弃水填入弃水水量一列中；如果以后的时段里水库有不足，则水库的时段末蓄水量应减去不足水量，没有弃水。汛期： 由课程设计任务书，汛期为6-9月，汛期的水位应保持在汛限水位以下，所以在5月末，水库的水位应降到汛限水位，即125.27m，汛限水位对应的库容为119843.2万立方米，所以，6月上旬的水库水量为119843.2万立方米，6-9月的库容最多为119843.2万立方米，如果有多余水量，则作为弃水，如果有不足水量，则应该逐个减去不足水量得到时段末的库容。5、 总出库水量和总出库流量的计算：需水水量加上弃水的水量即为总的出库水量，算好以后列入总出库水量一列中；总出库流量为总出库水量除以一旬的时间（10*24*3600=864000秒）得到。6、根据不同的方案的汛限水位分别计算1987、1971、2001年的兴利调节得到六个表。（详见各方案兴利计算表）三、 水电站平均发电量的计算：梅山水库的基本资料中说明，梅山水库有4台发电机组，每台发电机组的最大过水流量为29.8m3/s，所以，四台机组总共的最大过水流量为Qmax=29.8*4=119.2m3/s，四台机组单旬最大的过水量Wmax=119.2*10*24*3600=102988800m3。所以当单旬的出库流量大于Qmax时，那么发电时的过水水量按Wmax计算，当单旬的出库流量小于Qmax是，计算发电量是就按该旬的总出库水量计算。计算发电量时，用出库总水量的各旬数据除以各旬耗水率既得各旬的发电量，当某一旬的出库流量大于Qmax时，则用Wmax该旬的耗水率得到该旬的发电量。将得到的每个旬的发电量求和，得到年发电量。以下为两种方案在三个典型年的发电量（详见各方案兴利计算表）年发电量（万Kw・h）1971年（中）1987年（丰）2001年（枯）第一种方案11157.2814091.1215245.57第一种力案11157.2814091.1215245.57由以上表比较知道，三个典型年的两种方案的发电量都相同，所以两种方案没差别。四、 梅山水库第一种方案的调洪演算：1、 本次调洪演算使用的是1969年的从七月六号到十八号的入库洪水流量，计算时段为每三小时；2、 列出调洪演算表，表头分别为时间、入库洪水流量、时段平均入库流量、下泄流量、时段平均下泄流量、时段内水库存水量变化、水库存水量、水库水位；3、 将一直的数据分别复制到时间和入库洪水流量一列中；4、 计算时段平均入库流量：将上一时段和这一时段的平均值作为时段平均入库流量填入时段平均流量一列中；5、计算下泄流量时，因为本次调洪选择的是方案一，即控泄流量为75m3/s，所以当入库洪水流量大于75m3/s时，则下泄流量为m3/s记入表中，但是当入库洪水流量小于m3/s时，则选取那时的入库洪水流量作为下泄流量填入表中。并且同计算时段平均入库流量一样计算出时段平均下泄流量;6、 时段内水库存水量变化=（时段平均入库流量-时段平均下泄流量）*时间，列好公式分别计算出每个时段的存水量变化。7、 水库存水量：方案一的汛限水位为125.27m，对应的库容为119843.2万m3,所以在计算期的最初的水库存水量为汛限水位对应的库容，而以后的水库存水量为上一时段的水库存水量+此时段的水库存水量变化，利用公式计算好并计入表中。8、 调洪的列表试算：上面列好的表格可以看出，水库的存水量呈增长态势，方案一的防洪高水位为130.2m，对应的库容为150128万m’，所以，表中的水库存水量超过150128万m3时需要进行列表试算来控制下泄流量，进行调洪。列表试算的过程为：①、先假设一个水库的水位Z，并且根据库容和水位关系表查出它所对应的库容W1；②、根据水库水位与下泄流量关系表，查出水位为Z时的下泄流量Q1；③、将。1输入该时刻对应的下泄流量一格，此时水库存水量变化及水库存水量都发生变化，水库存水量为W2；④、比较W1与W2，如果两数相等或接近，则试算完毕，如果两数相差很大，则需重新选取Z重复以上步骤进行试算，知道W1与W2相等或者相近为止，列入表中。直到水库的水位小于130.2m（水量150128万m，）时，结束试算。9、 找出调洪结束以后的各个水库存水量对应的水位并利用excel的绘图功能绘制洪水的水位过程线。下图为本方案试算结束以后的水库洪水水位过 程 线：

洪水水位过程线1341132位130水1281261240 20 40 60 80 100 120时段数设计结果分析及结论1、对于典型年的选择，排频以后选出的0.1、0.5和0.9对应的年份如下.年份年总水量频率1987229078.3640.0975609761971133068.0950.512195122200169983.1360.9024390242、 在兴利调节中，分别采取了两种方案对三个典型年一共做出了六个兴利计算表。其结果在各方案兴利计算表中；3、 兴利计算以后，分别求出了各种方案的年发电量，具体如下：年发电量（万Kwh） 1971年（中） 1987年（丰） 2001年（枯）第一种方案 11157.28 14091.12 15245.57第二种方案 11157.28 14091.12 15245.57可知，对于三个典型年，不论选取1、2哪一种方案，都有相同的发电量，可能是资料内容较少，用来发电的水量不一定等于需水量和弃水量之和，所以才会得到两个方案发电量相同的情况，实际情况并不是这样，选择哪一种方案还需更深的研究。4、下面是调洪演算以后的洪水水位过程线：洪水水位过程线-系列1洪水水位过程线-系列1时段数下面是没有经过调洪演算的洪水流量过程线：下面是没有经过调洪演算的洪水流量过程线：比较以上两图可知，经过调洪演算以后，洪水的流量及水位已经比调洪以前的变化小了很多，已经达到了调洪的效果。设计心得一周的课程设计结束了，在这次的课程设计中不仅检验了我所学习的知识，也培养了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。在设计过程中，与同学分工设计，和同学们相互探讨，相互学习，相互监督。学会了合作，学会了运筹帷幄，学会了宽容，学会了理解，也学会了做人与处世。通过这次课程设计，我在多方面都有所提高，在课程设计的初期，我们还从来都没有接触过这样的工作，还不知道如何下手，不知道从什么地方开始做，但是，通过组里每个同学的努力和老师的帮助，更重要的是自己的刻苦钻研，终于研究出来了如何计算，通过这个过程，我们不仅锻炼了团队合作的能力，还巩固了我们在课堂里学到的知识，做到了理论与实践相结合。在课程设计的中期，我在演算的时候遇到了各种各样大大小小的问题，这些问题我们在以后的工作还是学习中都会遇到，有很多问题都是经验性的问题，通过解决这些问题，让我们解决问题的能力得到了提高，还让我们得到了很多实战是的经验，这在工作了以后是非常重要的。在课程设计的后期，我们认认真真的进行了总结和计算过程的表述，这让我们对知识的认识更加全面和调理，增加我们的总结能力。课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，着是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程.”千里之行始于足下”，通过这次课程设计，我深深体会到这句千古名言的真正含义.我今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础.参考文献[1]张子贤.综合利用水库兴利调节计算中若干问题[J].海河水利，1995,(06)⑵贺新春，李杰，庞立新.多水库联合兴利调节计算方法与模型研究[J].广东水利水电，2008,(02)田根友，董磊.综合利用水库兴利调节计算的几种方法[J].贵州水力发电，2009,(06)王翊人，高峰，刘建生，张永平，史文美.米山水库提高兴利水位的必要性与可行性分析[J].水利规划与设计，2007，(02)杨菊香.高红水库工程旁引库与拦河库联合兴利调节计算与研究[J].水资源与水工程学报，2009，(02)程时宏，袁东风，胡本健.在Exc