水利水能综合规划优秀课程设计优质报告.doc

水利水能计划课程设计学生姓名： 学 号： 专业班级： 指导老师： 年 月 日目录35671015151826291.概述 一、工程特征表 二、流域自然地理情况（包含社会经济概况 三、工程概况 2.设计过程及设计结果 一、设计年径流 二、设计洪水 三、正常蓄水位选择 四、死水位选择 五、水能设计 （1）确保出力、确保电能计算 （2）装机容量选择和多年平均发电量计算 六、设计洪水位、校核洪水位确定 3. 汇报总结 水位、校核洪水位确 一、工 程 特 性 表一、河流特征序号 项 目 单位 数量 备 注 1坝址以上流域面积 km252438 2主河道长度 km541 3主河道比降 0.58 4多年平均气温 oC19.6 5多年平均降水量 mm1758 6多年平均流量 m3/s1728 7多年平均径流量 亿m3545 8多年平均径流深 mm1039 9CV0.24 10CS0.48 11枯水期平均流量 m3/s870.5 12CV0.29 13CS0.58 14实测最大流量 m3/s30200 15实测最小流量 m3/s117 16年最大洪峰流量均值 m3/s17457.24 17CV0.302 18CS0.906 19年最大三天洪量均值 亿m333.17 20CV0.32 21CS0.96 22年最大七天洪量均值 亿m358.15 23CV0.31 24CS0.93 25设计洪峰流量 m3/s39830 26校核洪峰流量 m3/s46752 27设计三天洪量 亿m377.595 28校核七天洪量 亿m3156.479二、水库特征序号 项 目 单位 数量 备 注 1正常蓄水位 m65 2死水位 m53.52 3淤沙水位 m27 4汛期限制水位 m61 5设计洪水位 m65.1 6校核洪水位 m67.46 7堰顶高程 m43 8坝顶高程 m70 9总库容 亿m325.977 10兴利库容 亿m39.38 11死库容 亿m314 12库容系数 %1.72 13水库调整性能差 14拦河坝坝型混凝土重力坝 15最大坝高 m100 16坝顶长度 m783 17溢洪道型式坝顶溢洪道 18溢洪道孔数12 19闸门尺寸（宽高）、形式 m15*22 20消能方法 m鼻坎挑流 21泄水底孔孔数2 22闸门尺寸（宽高）、形式 m5*8 23最大下泄流量 m3/s37393 设计 24最大下泄流量 m3/s43569 校核三、电站特征序号 项 目 单位 数量 备 注 1装机容量 万kW140 2机组台数7 3单机容量（水轮机） 万kW20 4多年平均发电量万kW-h52.8 5装机年利用小时数 h3800 6确保出力 万kW23.6 7水轮机型式型号ZZ-LJ-800 8发电机型式型号Sf200-56/11950 9第一台机组发电日期1993.6.30 10七台机组全部发电日期1995.5.31 11最大水头 m57.4 12最小水头 m46.825 13平均水头 m15.99 14设计水头 m51.1 15设计流量 m3/s3598 16引水建筑物型式埋藏式压力管道 17引水管数量7 18钢管内径 m11.44 19厂房型式坝后式地面厂房 20水量利用系数 %0.75二.流域自然地理情况（包含社会经济概况）自然地理情况：闽江流域形状呈扇形，支流和干流多直交成方格状水系。水量丰富，年径流量621亿立方米，水力蕴藏量632万瓩。 南平以下是关键水运通道，马尾是福州内河港。 闽江支流众多，水量丰富，多年平均径流量为1980立方米/秒，流域面积在中国关键河流中居第十二位，年平均径流量居全国第七位。流域面积比闽江大11倍多黄河，水量只及闽江92。闽江上游有三支：北源建溪，中源富屯溪，正源沙溪。三大溪流蜿蜒于武夷山和戴云山两大山脉之间，最终在南平周围相会始称闽江，以下又分为中游剑溪尤溪段和下游水口闽江段。上游水系发达，流域面积占整个闽江流域70，水量占整个闽江水量75。 支流 南平以上：沙溪、富屯溪、崇阳溪、南浦溪、松溪、建溪。 南平以下：尤溪、古田溪、梅溪、大樟溪。 中、上游滩多水急，水力资源丰富，理论蕴藏量641.8万千瓦，占全省河流水力资源理论蕴藏量60%。可开发水力装机容量约468万千瓦。现在闽江流域已建成大中型水电站 23个，装机容量达316万千瓦。社会经济概况：闽江是本省最长河流，闽江流域历史悠久，文化繁荣，经济发达，是本省关键经济区之一。不过，闽江流域环境污染和生态破坏正日益加剧，已经威胁到流域人民生活条件和身体健康，影响流域改革开放形象和流域经济连续发展。闽江流域拥有全省二分之一国土，三分之一人口，五分之二经济总量和大量资源。闽江流域经济和社会发展，对全省经济和社会发展有决定性影响。闽江流域自然资源丰富。森林蓄积量2.86亿立方米，占全省66.5%。毛竹蓄积量5.9亿根，约占全省毛竹总积蓄量8.40亿根3/4。关键矿产有煤、铁、石灰石、硫铁矿、重晶石及钨、铌、钽等有色、稀有金属。闽江水系可供发电装机容量468万千瓦，已开发有古田溪水电站、沙溪口水电站和水口水电站，后者装机容量为140万千瓦。闽江系山区型河流，航道滩多流急，航槽窄，弯曲半径小，航运能力较低。闽江上游及关键支流只能通行小型机帆船。南平至水口通60吨客货轮，莪洋至马尾通300吨顶推船队，马尾以下通6000吨海轮。三、工程概况1. 概述 水口水电站是福建闽江干流上一座大型水电站，是国家“七五”关键建设项目，是以发电为主，兼有航运等综合效益大型水利水电工程。 闽江是福建省最长河流，起源于闽赣交界武夷山脉，上游有建溪富屯溪和沙溪三大支流，于南平周围汇合后称为闽江。南平以下沿程纳尤溪古田溪梅溪大樟溪等支流，最终流经福州马尾入海。干支流流经32个县市，流域面积60992km2，河长541km。 水口水电站在闽清县上游14km处，坝址上游距南平市94km，下游距福州市84km。2水文和气象 坝址以上集水面积52438km2，全流域多年平均降水量1758mm，坝址处多年平均流量1728m3/s，年径流总量545亿m3，实测最大流量30200m3/s，实测最小流量117m3/s。多年平均气温19.6OC，极端最高气温40.3OC，极端最低气温-5.0OC。多年平均相对湿度78%。 坝址断面下游竹岐水文站，集水面积54500km2，含有1934 1977年实测年、月径流和洪水资料，并含有1900、1877、1750、16调查考证洪水资料。3地形和地质 地形 坝址两岸地形基础对称，山体雄厚。常水位河面宽约380m。左岸岸坡20O，右岸岸坡在70m高程以下为30O，以上略平缓。两岸山坡大部分基岩裸露，河床基岩面存在两个深槽，砂卵石冲击层通常厚510m，最深达29m。库区为狭长河道型库区。 地质 坝址处基岩关键为黑云母花岗岩，岩性致密，坚硬，完整。因为后期岩浆活动，有少许岩脉侵入。岩脉关键为细晶花岗岩，花岗斑岩，辉绿岩等。全部岩脉和黑云母花岗岩接触紧密，胶接良好。坝址区在结构上属于相对稳定区，未发觉较大断层，仅有较小断裂及挤压破碎带，倾角陡。4枢纽部署及关键建筑物 电站枢纽由大坝、发电厂房、三级船闸、升船机和开关站组成。大坝坝型为混凝土重力坝，最大坝高100m，坝顶长度783m。溢洪道部署在河中，为坝顶溢洪道，共12孔，设弧形闸门，尺寸（宽高）为：1522m，消能方法为鼻坎挑流。两侧各设置一个泄水底孔，设弧形闸门，尺寸（宽高）为：58m。发电厂房在坝后河床，为坝后式地面厂房，主厂房尺寸（长宽）304.234.5。水轮机型式型号为轴流转桨ZZ-LJ-800，发电机型式型号为伞式SF200-56/11950。引水建筑物采取埋藏式压力钢管，每台机组单独一条引水钢管。500T级三级船闸和500T垂直升船机部署靠右岸，船闸闸室尺寸（长宽水深）135123m，升船机承船箱尺寸（长宽水深）124122.5m。220千伏开关站和预留500千伏变电站部署在左岸发电厂房下游山坡上。工程于1987年3月9日开工建设，第一台机组于1993年6月30日发电，全部机组于1995年5月31日建成并网发电。二.设计过程及设计结果1.设计年径流依据实测年径流资料，用同倍比法推求设计丰水年和设计中水年，用同频率法推求设计枯水年。设计确保率P=90%。 步骤：对年平均流量系列和枯水期平均流量系列（103月）进行频率分析，求出符合设计确保率设计年径流量和设计枯水期流量 设计年径流及枯水期平均流量频率分析后可得年平均径流分析图（1）枯水期平均流量分析可得 图（二）选择代表年，用同倍比法和同频率法推求设计代表年年内分配：设计中水年、丰水年（同倍比法）：设计枯水年（同频率法）：枯水期： 汛期： 将缩放倍比分别乘以对应代表年各月流量，即为设计代表年。计算时段均值CvCv/CsP=10%P=50%P=90%12个月17280.2422276.221694.941222.36枯水期六个月870.50.292566.67丰水年中水年枯水年 枯水年代表年年总和 枯水年代表年 设计枯水年 16011 543.67 566.67 设计枯水年K枯=Q枯P/Q枯D=566.67/543.67=1.042K讯=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=1.042 K汛=0.884丰水年代表年平均 设计丰水年2280 2276.22 K丰=QP/QD=2280*12/2276.22*12=1.002K丰=1.002 中水年代表年平均 设计中水年 1730 1694.4K中=QP/QD=1730*12/1694.4*12=1.021K中=1.021枯水、中水、丰水年缩放后以下K枯=1.042枯水年(*)K讯=0.884中水年K中=1.021丰水年K丰=1.002 四2060*1821.0421602205.3636003607.2 五2800*2475.231503216.1567206733.44 六4090*3615.5648904992.6965506563.1 七1070*945.8833003369.317201723.44 八1820*1608.8814601490.6612801282.56 九909*803.5569941014.87412101212.42 十549572.05811001123.1491491.982十一458477.23610201041.42402402.804十二436454.312509519.689371371.742 一551574.142434443.114686687.372 二340354.28386394.10613301332.66 三928966.97612901317.0929602965.922、设计洪水 设计洪水标准：设计标准 P = 0.1% 校核标准 P = 0.01%步骤： 对竹岐水文站实测及调查洪水资料（洪峰流量、三天洪量、七天洪量）进行频率分析（需作特大值处理），求出洪水统计参数： 及对应CV 、CS 值 ，并推求符合设计洪水标准设计值：进行洪水频率分析时有五个特大洪水序号实测值 PMa 洪峰流量P配线结果 41600.00270 均值: 17457.241 34200.00541 Cv: .302 30200.00811 Cv/Cs: 3.0 30200.01081 29400.01351 对洪峰流量分析 图（三）枯水期三天洪量频率计算计算结果样本均值 Ex=33.17变差系数 Cv=0.32偏态系数 Cs=0.96倍比系数 Cs/Cv=3三天洪量分析图（四）七天洪量分析七天洪量频率计算计算结果样本均值 Ex=58.15变差系数 Cv=0.31偏态系数 Cs=0.93倍比系数 Cs/Cv=3图（五）推求出 洪峰 三天洪量 七天洪量设计(0.1%) 40601.702 80.66 138.03校核（0.01%） 47666.298 95.43 162.66利用竹岐水文站经典洪水过程推求经典洪水过程线图（六）利用竹岐经典洪水过程线，用同频率法推求设计洪水过程线，放大倍比： 上述求出是竹岐水文站放大倍比，还需换算到坝址断面：洪峰 ： F坝=52438km2 F竹=54500km2 n=0.5洪量： 经缩放后校核、设计洪水过程图（七）3、正常蓄水位 Z蓄 选择 Z蓄 = 65 m4、死水位 Z死 选择（消落深度 h消 选择）死水位选择需考虑以下原因： 动能最优判别调整类型 水电为主电网年调整：设计枯水年；多年调整：设计枯水系列 火电为主电网年调整：设计中水年；多年调整：设计中水系列下流流量水位曲线 图（八）水库面积容积特征曲线图（九）使用简算法：序号1234Z蓄（m）65656565h消（m）5101520Z死（m）=60555045V兴（m3/s）=4.698.3611.6114.23B兴(%)=0.1.2.2.QH（m3/s）= 511.7456654558.26024081599.45162231632.65821293Z下（m）8.8.8.8.V死+V兴/2亿m321.03519.217.57516.265Z上（m）62.560.658.556.3N（Kw）236494.72492248505.13707255694.38196257647.91047E供（KWh）.38.19.5.93求得E供h消图（十）H消=14m Z死1=65-14=51m 水轮机正常运行对消落深度限制 h消 = （20 30）% Hmax 下游生态流量为300m/s 查表得下游最小水位为7.6m Hmax=65-7.6=57.4 h消=57.4*0.2=11.48 Z死2=53.52m 淤沙水位对取水口高程限制 h1 ：底槛厚度，取 0.5 1.0 mh2 ：淹没水深，取 1.5 2.0 m D ： 压力管经济管径求D;设计流量（最大引用流量）： 确定压力管径时，水口电站采取每台机单独一条引水管，故计算时应采取单机最大引用流量。 装机容量用装机年利用小时数估算：h装 = 3500h多年平均发电量用下式估算：E=0.000272*利*W电*H=.7Kwh 利=0.75Ny=E/h装=1442247.619KwV经济=5m/s D=11.44m淤积水位确定：水库使用T年后泥沙淤积总库容V总淤：V总淤=V年淤T V年淤=V悬移+V推移 式中 V总淤-水库使用T年后泥沙淤积总量，m3 V年淤-多年平均年淤沙容积，m3/a V悬移-多年平均悬移质泥沙淤积容积，m3/a V推移-多年平均推移质泥沙淤积容积，m3/a T -设计淤积年限为1V悬移=（0W0m）/(1-P) V推移= V悬移0 -多年平均悬移质含沙量，kg/m3 ，由实测资 料确定； W0 -多年平均径流量，m3 m -悬移质泥沙沉积率，和库容大小相关，水库越大，下泄沙量越少。 P -悬移质泥沙孔隙率，通常为0.30.4 -悬移质泥沙干容重，26002700 kg/m3 -推移质和悬移质泥沙沉积量比值，一 般平原地域为0.010.05，丘陵 地域为 0.050.15，山区 0.150.30 0=0.143kg/m3 W0=545亿m3 =2600kg/m3 m=0.5 =0.2V悬移=0.02498 亿m3V推移=0.00500 亿m3V年於=V推移+V悬移=0.02998 亿m3 V总於=100*V年於=2.998 亿m3 查水位库容曲线可得 Z於=27mh2= 1.5 m h1=0.5 mZ死3=27+11.44+1.5+0.5=40.44 mZ死=Max（Z死1、Z死2、Z死3）=Max（51m、53.52m、40.44m）=53.52m5、确保出力 NP 和确保电能 EP 计算 等出力调整（图解法），需考虑水量损失和水头损失。水量损失： （各月取一样）渗漏： （按中等地质条件考虑）蒸发：年蒸发水深 水头损失： H损 = 0.04H毛 H净 = H毛 H损 = 0.96H毛 K0.92W损月=W渗月+W蒸月 （m3）21725742.667h水Max （mm）1172.448W渗=1%V （m3）18690000h陆=X-Y （mm）718.78782562Q损月 （m3/s）8.年降雨量X （mm）1758Y （mm）1039.21 h年蒸 （mm）453.66 W蒸年 （m3）36428912.00 W蒸月 （m3）3035742.67 月份Qe（m3/s）Q净（m3/s）月份Qe（m3/s）Q净（m3/s）四1821.041812.773十572.058563.791五2475.22466.933十一477.236468.969六3615.563607.293十二454.312446.045七945.88937.613一574.142565.875八1608.881600.613二354.28346.013九803.556795.289三966.976958.709取六个月为供水期计算Qh=590m3/s月 查得下游水位Z下=8.298m Z上=60mH毛=51.70m h净=49.633mNp=AQ净H 简算Np=24.91万Kw等出力调整计算确保出力 NP （图解法）： 先用简算法估算出 NP ，然后依据 NP 大小在其上下假定 3 各方案， NP1=22万Kw NP2=23万KwNP3=24万Kw。 取坐标系统及作水库工作曲线 作固定出力线假定： 图（十一）图（十二）图（十三）求得死水位和确保出力关系图（十四）死水位53.52m =532.3 m3/s月 故确保出力为23.6万Kw6、装机容量及多年平均发电量计算 不供不蓄期Q净= Qe Q损月 列表法： 然后将36个月出力Ni 从大到小排列，作出力历时曲线。 t = 730h n = 3 图（十六）作 关系图。 图（十七）技术设计阶段：电力电量平衡Ny=N工+N备+N重(1) 最大工作容量=N工 电力电量平衡原理，水口电站按负担峰荷确定。方法：试算法 假定 N工，划分水电、火电和其它电站工作范围 求水电站供水期各月峰荷工作容量（峰荷出力） 图（十八） 求供水期系统峰荷总需电量E供需 供水期系统峰荷总需电量为： 电量平衡确定最大工作容量 假如 ，则即为所求； 假如，重新假设，返回。图（十九）解得 N工 E供需 1501416.35 （100万Kwh） 100697.14 （100万Kwh） 70346.44 （100万Kwh） 50174.63 （100万Kwh）图（二十）Np=23.6万Kw Ep=Np*T供=1034（100万Kwh） 由图可得N工=120万Kw(2) 备用容量 N备 = N负荷 + N事故 + N检修 N负荷系 = 5% N系” ，由靠近负荷中心，调整性能很好水电站负担；N事故系 = 10% N系” ，但不得小于系统中最大单机容量（福建最大单机35万kW （设计时）。 N检修 ：在负荷图上平衡确定。此次只考虑 N事故=0.1*120=12万Kw N必 = N工” + N备=132万Kw (3) 反复容量 N反复 反复容量用反复容量经济利用小时数 h经济 确定： 经验确定： 蓄水式: 3000 h 径流式: 3000 4000 h 在出力连续曲线上，由 h经济 在 N必 之上确定 N反复 。 图（二十一） (4) 求装机容量及多年平均发电量Ny最终选择140万Kw 水电站共有七台机组则单机容量20万Kw * 7=Ny=140万Kw 由关系曲线图（十七）可得 h装=3800h 多年平均发电量 E=52.8 亿Kwh 7、设计洪水位 Z设 和校核洪水位 Z校 计算 水口电站溢洪道共12孔，B = 15 m，弧形闸门： H = 22 m。Z堰 = 43.0 m ，Z限 = 61.0 m = 0.90，m=0.502q=m（2g）2H3/2 推求出ZV Zq 曲线图（二十二）求得设计洪水调洪过程图（二十三）图（二十四）图（二十五）图（二十六） 设计洪水位为：65.1 m 设计洪水最大下泄量：37393 m3/s 出现在102小时一分钟校核洪水位为：67.46m校核洪水最大下泄量：43569 m3/s出现在102小时10分钟3. 汇报总结 经过一周多水利水能计划课程设计，其中有顺利，也有曲折，返工自是不在话下，即使返工很麻烦，不过不得不压迫自己继续下去，最终熬到了结束是时刻，经过课程设计，对以前所学工程水文学及水利水能计划全部有了一个清楚概念，大致了解了设计求解水电站基础参数所要经历步骤，总算没有白费所发时间。