河海大水利计算及水资源规划课件07水资源规划和水库群调度

第七章水资源规划和水库群调度第一节水资源规划的涵义.任务和内容水资源规划可定义为：对一项水资源开发的工程计划，条理化地.从阐明开发目标开始，通过各种方案的分析比较，到开发利用方案的最后决策，进行一系列研究计算的总称。它是一个总揽全局带战略性的重要环节。水资源规划的任务是指：采用什么措施.方法，来满足用水需要，以兴利除害；也就是既能使水尽其利，又使天然的水土资源得到必要的保护和改善。常用的措施和方法：1.工程措施：各种工程建筑和设备。2.非工程措施：管理和法规。判断措施是否合理，不仅取决于其技术上的有效性，还取决于其它方面包括经济财务环境和社会影响，以及政策法规上能否接受。水资源规划的分类按规划的范围.对象可分为三类：1.全地域性的构架规划2.流域规划或地区规划3.工程规划第一类是属于大范围，多个流域和地区间宏观性的水资源规划。着眼于地域总水资源清册.需水情况和其中.长期预测，配合经济和社会发展的水资源问题。例如：全国水资源利用现状和供需关系分析及关于农业水利化的方向与建议第二类规划属于一个流域或地区的多目标治理和水利水电开发，其范围比前一类小。其研究程度远较第一类细，是研究所述范围长时期内水资源开发管理的合理途径，来用水的预测协调，建筑物的布局.规模和建设顺序。这类规划也包括一些跨流域跨地区的专项水利规划，是以防洪排水或灌溉航运等每一单项目标为主的规划。例如：南水北调，江苏里下河地区治涝第三类工程规划是属于单一工程项目的水资源利用开发规划。工程规划必须是在流域或地区规划的基础上，根据流域规划所拟定的建设顺序所确定的近期工程，作进一步的规划。此规划实际上就是目前常称的“可行性研究”。我国水利水电工程的基本建设，在施工和竣工投产前的阶段，叫做前期工作阶段。此阶段包括：规划.可行性研究和设计流域规划是流域水利用开发治理的总体规划，要进行干支流梯级和库群的布置，分洪灌溉等枢纽建筑物的配置，河线渠线的规划等等。它是一种战略性的总安排。可行性研究是为了形成和确定项目，是决定项目命运的关键工作。这一阶段如完成通过，一般项目本身及重大问题，如坝置规模开发任务等也就确定了。工程设计是在前面两项工作完成的条件下，为了解决工程建设的技术经济问题而进行的，是一项实施性的具体技术经济工作。二.水资源规划内容及原则方法1.以法规政策为指导，收集开发治理要求的资料。2.收集有关水土资源和经济等资料.3.研究可能的解决途径，初步评价其影响。4.形成一些不同的方案，并具体计算评价每个方案。5.提出推荐方案，包括骨干工程的建设顺序和优先性。6.决策。以都市防洪工程的专项规划为例，内容有：1.分析基本资料2.确定防洪需要情况3.考虑可能的防洪措施4.上游建库研究5.当地防护建筑措施研究6.非工程措施研究7.研究最优方案8.经济分析和财务分析9.环境和社会影响评价10.收集和征询公众意见11.编出报告水资源规划遵循的基本原则：1.要贯彻全流域统筹兼顾，协调矛盾的观点和资源综合利用统一调度的规划思想。2.要从效益最好的角度来研究比较规划方案。经济.环境.社会都满意。3要从发展的角度，兼顾近期和远景需要。4.要主动征询有关部门和公众的意见。水资源规划的原理跟水利计算方法的不同点：1.水库群的规划和调度是重点2.方案比较要趋向多指标，多准则的综合分析。3.常采用大系统和系统工程的一些方法进行规划。第二节库群规划和调度问题总述建造库群的目的：1.是为了有效地控制河流某些河段的洪水径流，根治洪涝灾害。2.是为了充分利用全河的水利资源进行综合开发。库群和单一水库不同的两个基本点是：1.共同性2.联系性水库群的分类：1.串联式水库群2.并联式水库群3.混联式水库群梯级水库群的工作特点：1.库容大小和调节程度上的不同2.水文情况的差别3径流和水利上的联系4.水利和经济上的联系梯级水库最主要的特点是上下库间的水利联系，表现为：1.位于上游的较高调节程度的水库对天然来水起了调节作用，改变年内分配和年际分配。2.梯级水库各库的天然入流同步性较好3.上游水库的蒸发损失和耗用水量使下游水库的入库径流减少。4梯级水库为同一部门服务时，它们的工作情况有密切的互为补充的关系。三.独立供水时的梯级水库调节计算梯级水库的调节计算一般采用自上而下用列表或图解法来逐级进行计算。具体方法有可以分为径流同步时的详算法和径流不同步时的计算方法。1.径流同步时的详算法A.列表法B.图解法2.径流不同步时的调节计算A.上下游各库所需的设计保证率一致时B.不一致时联合供水时梯级水库的调节计算联合供水时需要统一考虑，合理分配各库库容，达到用最小的库容产出最大效益的效果。原则：先取用下游水库的蓄水。具体的计算与前小节相反，是采取自下而上的。第三节，水电站水库群的补偿调节和蓄放水次序一、水电的库群的补偿调节——时历法位于流域不同地区的几个水库或水电站，由于水文径流特征的水库调节性能，往往存在差异，当联合工作时，常可起到互相补偿的作用，大大有利于水利资源利用效益的提高。另一方面，由于各库调节性能不同，在联合工作时，也有可能让调节性能高的水库，通过操作方式的改变，配合帮助库容不大的水库和水电站的工作。总之，进行个库间径流和电力的补偿，可以在不增加很多投入的情况下，使供水期的保证供水量或系统总保证出力显著增加，增加替代或点的容量，并使系统的供电质量亦有所改善。时历法水库群径流和电力补偿调节的计算方法常用的传统方法分为时历法和混合法本节先介绍用时历法进行径流电力补偿调节计算电力补偿调节的目的，在于提高系统总的保证出力，并使其年内甚至多年的变化过程尽量均匀，以增加其替代火电容量的效益。时历法计算的特点，就在于逐个地把条件差的被补偿电站的出力过程，通过补偿电站的依次补偿，来提高和拉平总出力过程。因此，首先需要对参加联合工作的水电站，进行补偿分类。划分补偿电站和被补偿电站的原则水电站补偿能力的大小，首先决定于其所具调节电能的多少，因此库容达到大小，径流量多少及水头高低，是划分补偿与被补偿的主要标准。其次是各水库综合利用要求上限制条件的繁简程度。第一类补偿电站：调节性能好的，库容系数β，多年平均径流Q0和电站容量、水头大的综合利用要求比较简单的；第二类补偿电站：库容、水量和水头较大；第三类补偿电站：库容小的无调节和日调节的水电站、及一些小水电站，均可划分为第三类，作为被补偿电站。统一设计枯水段的选择由于水电站群中个水库的调节性能不同，可以有年和多年调节的，也可能仅能日调节或无调节，另外，水文条件各处也可能不尽相同，为了正确反映补偿调节后总保证出力的可靠程度；故统一设计枯水段的选择，就颇为重要，也颇为苦难。一般可以按出力站系统比重较大的几个主要补偿电站所在河流的代表性枯水年组，做为全系统统一的设计枯水段。如果这样的选择仍有困难（例如对跨流域补偿时），或计算成果的精度要求较高，则以用长系列径流资料进行补偿操作为宜。补偿调节的具体计算可先将被补偿电站，根据其已知的有效库容和设计枯水段的天然水过程，按单库的等流量水能调节计算，推求处理过程。然后将所有被补偿电站的出力过程，同时间相加而得出总出力过程，作为被补偿的对象。此后按补偿能力较小的先补，能力较强的放在最后补偿，按照这样的补偿次序，分别以每一补偿电站的有效库容和天然来水，在被补偿的总出力过程线上，逐段进行补偿调节计算。由于各段来水的多少不相同，需假定各段不同的补偿后总出力来行进试算，其步骤如下：补偿后总出力试算步骤首先按照补偿电站的径流过程，大致确定补偿水库的各蓄水段和放水段（如图的T1、T2）。其次，在各段中假定一拟发的总出力N’（如图）即可求得补偿电站所需的逐月出力值，即阴影部分所示。然后根据补偿电站的有效库容及该时段的设计天然来水量，在尽量满足综合利用要求限制的条件下，进行调节至T1时段末，看书库存水是否刚刚用完放空。补偿后总出力试算步骤（续）如果假定的拟发处理N’太大，则水库没有到T1时段末，便提前泄空了；如果N’偏小，则到时段末，水库尚存有剩余水量。这都应重新假定N’使水库能在T1时段末刚刚放空，此时所得的N’既为所求。这样，继续以同样的试算法进行第二时段，即T2蓄水段的补偿调节计算。此时拟发出力也应满足使补偿水库从空到正好蓄满；然后再继续下一时段的计算。在实际运算过程中，尚应随时检验相邻两段的拟发出力N’1、N’2间是否符合尽可能使出力拉平的原则。在假定N’时。为了避免多次试算，可以预先地方近似估算。即根据T1时段内，补偿电站的天然来水量∑Q及有效库容Vn，可按下式近似估算补偿电站可发的总补偿出力：式中的正号，为放水段，蓄水段则取负号；为平均梳头，系由Vt+0.5Vn查上游库位，与调节流量查下游水位之差而得。由此近似算的值，在被补偿总出力过程线上，求N’线，使∑N1与通过上式计算之∑N相等。当第一个饿补偿电站的补偿调节计算完成之后，再行进第二个补偿电站计算。如此逐个地行进调节计算，最后即求得系统水电站群补偿后的总出力过程和各个电站的出力过程。在此统一设计的枯水段内，最低的总出力值，即为水电站群补偿湖的总保证出力。如果前面是以长系列计算的，则可将每年的总保证出力，按大小依次排队，由经验累频曲线上，相应于规定的设计保证率的出力值，即为所求之总保证出力。二、水电站库群的联合工作和蓄放水次序当电力系统中有几个水电站同时工作时，则参加联合工作的每一次水电站都会影响其他水电站的情况，因为系统总的负荷是一定的。在相互影响中最重要的因素，除了各自的调节能力外，就是这些水电站间有无水力联系。因此，在研究水电站群的联合工作时，首先要区别是并联还是串联情况。（一）并联年调节水电站的联合工作和蓄放水次序当有两个并联年调节水电站与火电站联合工作时，可首先把次两水电站当做一个水电站，根据它们设计枯水年的天然来水及两库的调节库容分别相加和行进水能计算，求出在供水期和蓄水期的两水电站总保证电能。然后，根据两水电站的装机容量大小和上面求得的供、蓄期总保证电能，用第三章中所述的电力系统出力电能平衡计算方法，确定二水电站在系统年（最大）负荷图上的最优工作位置。由此得出上述两水电站的最大工作出力平衡（过程，如图）最后，同过各季的典型负荷图，把此两水电站的最大工作出力年平衡图改成日平均出力（即电能）的年内过程图。为了求解，我们分下列5个步骤来说明1，求不蓄出力和不足电能（出力）。对于某一昼夜来说，电力系统对两水电站所要求的总保证处理∑N，即图b中为已知。天然不蓄流Q入也已知。根据两库当日的存水即水头情况，利用出力公式则不蓄处理亦可求得：由于是供水期，故一般∑N川<∑N(系统要求的)，需水库防水来供给的不足出力为两者之差此∑NV即为需二库之一，或两库共同放水来满足者。7-1（2）求需要消落的库水位。对某一水库来说，由水库消落可取用的流量为：如果不考虑下游水位的变化，则因故7-2对某一天（或月）的开始时刻来说，水库的水位已知，那么落差H也已知，而相应的由水库供水QV所得出力可由下式算得：该式就是将7-2代入QV所得，如果式7-1之不足出力∑NV仅由某一库来供应则上之NV即为∑NV7-3返回20(3)求dH间的关系当需要从二库中任一库单独放水满足不足出力∑NV时，各库所需要消落的库位dH值一般并不相等，而有如下的关系，因如果η1=η2，由上式右边简化后可得：此试表示满足同一∑NV值时，两库消落值dH的大小比值。(4)算不蓄电能损失由于本时段的水位，在其后正个供水期内还将不断引起不蓄电能的损失，此损失值取决于两个因素：该时刻到供水期末的不蓄水量Wm和因水库该时段供水而落差减小落差之值dH。因此，如果第一库供水，则不蓄电能损失为如果第二库，则不蓄水电能损失为显然，某一水库供水其不蓄能量的损失较小时，则该库供水较有利。由前式，假定η1=η2，得第一库先供水有利之判别式（5）求判别式由上几个公式可推导出下列关系：令则K1<K2次为倪克勒并联水电站联合工作最优蓄放水次序的判别式。它说明在供水期K值小的水库先供水有利。至于蓄水期，同理可以推出蓄水期的判别式K’为W’川——自某时刻到汛末（蓄水期末）的天然来水减去该时刻以后水库在汛期待蓄的库容判别蓄水次序与供水相反，应以K’值大者先蓄有利。同样根据设计来水也可以绘制调度线。（二）梯级水电站的蓄放水次序在研究有年调节和短期调节水电站所组成梯级的联合工作时，通常以上游设置调节程度高的水库(龙头水库）为有利。梯级水电站联合工作极为重要，但梯级有两个具有长期调节能力的水库时，它们间的蓄放水次序的公式，可以仿上节并联水库的同样概念和步骤来导出来。所以不同的是：设第一库为上库，第二库为下库，则上游水库的不蓄出力N川上应包括流过下游水库（该时水头为H下）时所发的出力。也就是可以从7-3改变而来。此外，不蓄电能损失计算中，如果下水库供水时，则该时刻至计算期末入库之川流水量除W川下外，还应加上上水库在次期间下泄放空之水量即V上。因此公式成为和7-87-9将7-8代入7-9可得7-10式7-10即为梯级水库蓄放水次序之判别式。其中W入为该库以上总入流，包括上水库在该时刻至供水期末下泄之总水量及区间入流。∑H为该库之梯级总水头。（三）判别式的应用和问题剖析存在一些值得讨论和研究的问题（四）混合法和优化法简介水电站群总调度图的目的，是为了保证整个水电站群的正常运行达到设计保证率的要求。并在遇到较丰的来水年份时，加大出力，以减少弃水，多发电能。总