本科毕业论文---小浪底水库水能规划及负荷预测.doc

华北水利水电大学本科毕业论文 存档编号 华北水利水电大学 North China University of Water Resources and Electric Power 毕 业 论 文题目 小浪底水库水能规划 及负荷预测（2010） 学 院 水利学院 专 业 水文与水资源工程 姓 名 寇丽敏 学 号 200902732 指导教师 徐冬梅 完成时间 教务处制独立完成与诚信声明本人郑重声明：所提交的毕业设计（论文）是本人在指导教师的指导下，独立工作所取得的成果并撰写完成的，郑重确认没有剽窃、抄袭等违反学术道德、学术规范的侵权行为。文中除已经标注引用的内容外，不包含其他人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。毕业设计（论文）作者签名： 指导导师签名： 签字日期： 签字日期：毕业设计（论文）版权使用授权书本人完全了解华北水利水电学院有关保管、使用毕业设计（论文）的规定。特授权华北水利水电学院可以将毕业设计（论文）的全部或部分内容公开和编入有关数据库提供检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段复制、保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交毕业设计（论文）原件或复印件和电子文档（涉密的成果在解密后应遵守此规定）。毕业设计（论文）作者签名： 导师签名：签字日期： 签字日期：小浪底水库水能规划及负荷预测（2010）摘要近几年来，随着我国经济建设的迅速发展，水利水电工程建设也得到了迅猛的发展。在设计施工水电站前，首先应了解水库的基本径流特征和它所承担的防洪，防凌，灌溉，航运，发电等各种兴利任务。根据这些兴利任务，算出拟建水电站的装机容量，用以确定水电站的规模。本论文的分析计算主要包括五部分：设计年径流的计算，河南电力系统2010年的负荷预测，保证出力的计算，多年平均年发电量的计算以及装机容量的确定。第一部分设计年径流的计算方法为：根据小浪底水库实测径流资料，对年平均径流量进行频率计算，采用适线法选择理论频率曲线，根据规范上的规定选择设计保证率，计算设计年径流及年内分配。第二部分根据河南电力系统2000年的用电负荷预测2010年的用电负荷。第三部分根据水库的基本特征，运行方式及下游综合用水量，进行径流调节分析计算，计算水库各设计水平年的各月月平均出力。对三个设计水平年各月的平均出力进行频率计算，用适线法选出理论频率曲线，最后算出保证出力。第四部分用设计中水年法和三个代表年法计算小浪底水电站多年平均年发电量。第五部分根据河南省电力系统2010年负荷变化，计算出小浪底水电站的最大工作容量。然后确定备用容量和重复容量。三者相加确定出小浪底水电站的装机容量。关键词：小浪底；设计径流；负荷预测；装机容量IIIHydraulic energy planning of xiaolangdi reservoir and load forecastAbstractIn recent years, with the rapid development of economic construction of our country, Water Conservancy and hydropower projects construction also get fast fiercely development. Before the design and construction of hydropower stations, we should first understand the basic runoff characteristics of reservoir and assumed it for flood control, ice jam flood control, irrigation, navigation, power generation and other tasks. According to the tasks, we should work out the Installed capacity of the hydroelectric power station to be constructed, in order to determine the scale of the hydropower station. This paper includes five parts: Design annual runoff calculation, electric power system load forecasting of 2010 in Henan, calculation of firm output, for many years an average annual energy output of calculation and installed capacity determination.Design calculation method of annual runoff in the first part as follows: according to the measurement of xiaolangdi reservoir runoff data, calculated on the average annual runoff frequency, the use of suitable frequency curve method of choice theory, according to the specifications on the chosen design rates, calculation and distribution of design annual runoff. The part two is occording to electric power system load of 2000 forecast lelectric power system load of 2010. Part three according to the basic reservoir characteristics, operation and downstream integrated water, runoff regulation analysis and calculation, calculating the design level of the reservoir each month in the year of the monthly average output.The part four is useing design of medium water year and three design years to calculate average annual electricity production for many years.Part five is according to the Henan provincial electric power system load changes of 2010, calculated the maximum working capacity of xiaolangdi hydropower station.And then determine the buffer capacity and duplication of capacity.Three-phase determines the xiaolangdi hydroelectric power station installed capacity.Key words: xiaolangdi; design runoff; load forecasting; installed capacityIV目录摘要IAbstractIII目录V第一章 基本概况11.1 流域及库区概况11.2 气象基本特征21.3 径流资料31.3.1 天然径流31.3.2 入库径流量3第二章 小浪底水库设计年径流计算72.1 频率计算及参数估计72.2 设计保证率的选择132.3 推求各设计代表年的径流过程132.3.1 各设计代表年的年径流量132.3.2 代表年的选择132.3.3 推求各设计代表年的年内分配14第三章 河南电力系统负荷预测173.1 河南省电力系统基本情况173.2 影响电力消费的因素分析193.3 预测河南省电力系统组成213.3.1 第一产业用电负荷预测213.3.2 第二产业用电负荷预测213.3.3 第三产业用电负荷预测223.3.4 居民生活用电负荷预测233.3.5 河南省2010年用电负荷预测24第四章 水库的特征水位274.1 正常蓄水位274.2 死水位284.3 防凌限制水位28第五章 计算保证出力295.1 水库运用方式295.2 水库的基本特征295.3 水库下游综合用水流量分配315.4 设计代表年水电站出力及发电量的计算325.4.1 设计枯水年水电站出力及发电量的计算335.4.2 设计中水年水电站出力及发电量的计算355.4.3 设计丰水年水电站出力及发电量的计算355.5 计算保证出力385.5.1 频率计算385.5.2 确定保证出力43第六章 计算多年平均年发电量456.1 计算多年平均年发电量的方法456.2 计算多年平均年发电量46第七章 水电站的装机容量477.1 电力系统负荷资料477.1.1 供电范围及设计水平年477.1.2 电力系统负荷情况487.1.3 负荷特征487.2 水电站最大工作容量487.3 计算水电站的备用容量557.3.1 负荷备用容量557.3.2 事故备用容量567.3.3 检修备用容量567.3.4 备用容量567.4 重复容量的确定577.5 装机容量的确定58参考文献59附录61外文翻译61译文69任务书73开题报告77VIIVIII第一章 基本概况1.1 流域及库区概况小浪底坝址位于黄河干流最后一个峡谷的下口，上距三门峡130公里，下距郑州花园口128公里。坝址控制流域面积694155平方公里。占黄河流域面积752443平方公里的92.2%，坝址至河源长4567.9公里，至黄河口895.7公里，自河源至内蒙古的托克托为上游，流域面积36.8万平方公里；托克托至桃花峪为中游，流域面积36.2万平方公里，小浪底控制流域面积占黄河上、中游的95%。坝址以上流域西起巴颜克拉山，东至中条山，北临阴山，南至秦岭。流域内有世界上最大的黄土区，面积约43万平方公里，土质疏松，植被稀少，早被雨水冲刷，致黄河泥沙量属世界各大河之冠，坝址多年平均来沙量为16亿吨，多年平均径流量为426亿立方米。流域内七省（区）（除去河南、山东两省）计有270个县，4413个公社。总人口为5935万人，其中农业人口占83%，耕地面积1.69亿亩，粮食亩产平均257斤（1976年统计数字）。坝址以上黄河干流上已经建成有三门峡、刘家峡等大中型工程七座，总库容229.21亿立方米，总装机容量210.9万千瓦。黄河上游龙羊峡水电站正在兴建中，支流已建大中型水库136座，总库容47.9亿立方米，坝址以上灌溉面积约为4000万亩，其中10万亩以上灌区62处，计2400万亩，年引黄水量约150亿立方米。三门峡至小浪底为黄河最后一个峡谷河段，坝址位于峡谷的下口。小浪底是三门峡以下唯一可以修建高坝大库保持必要调节库容的坝址。三门峡至小浪底区间流域面积5730平方公里，占三门峡至花园口区间面积14%，三门峡至小浪底两岸属土石山区，河谷上端较窄，下端较宽。三门峡至板涧河口长约66公里。河谷底宽200400米，板涧河口至小浪底坝址长约66公里，河谷底宽一般为500800米，坝址以上26公里的八里胡同长4公里，河谷最窄约200300米，水面宽一般200300米，河床比降约千分之一，河床为砂卵石覆盖。小浪底以下至花园口为黄河由峡谷进入平原的过渡段，由坝址至焦枝铁路桥（宁咀）长约8公里，河槽宽300500米，为卵石河床，焦枝桥至铁谢长约10公里，河槽宽13公里，为卵石加沙河床，铁谢以下全为沙质河床，小浪底库底高程131米。黄河小浪底位于黄河中游豫、晋两省交界处，在洛阳市西北约40km。上距三门峡坝址130km，下距郑州花园口128km。北依王屋、中条二山，南抵崤山余脉，西起平陆县杜家庄，东至济源县大峪河。控制流域面积69.4万平方公里，占黄河流域面积的92.3%。坝址所在地南岸为孟津县小浪底村，北岸为济源市蓼坞村，是黄河中游最后一段峡谷的出口。 南北最宽处约72km，东西长93.6km。淹没区涉及两省4市(地区)所管辖的8个市(县)，即河南省的孟津、新安、渑池、陕县、济源；山西省的垣曲、平陆、夏县。 1.2 气象基本特征小浪底坝址以上黄河流域属大陆性气候，冬季受蒙古高气压控制，气候干燥严寒，雨雪稀少。夏季西太平洋副热带高压增强，暖湿的海洋气团从西南、东南方入侵本流域，蒙古高压渐往北移，冷暖气团相遇，产生降雨。流域内各地多年平均降水量200900毫米不等，青海河源区年降水量平均300600毫米，个别地方达到700毫米；甘肃宁夏及内蒙年降水量平均200400毫米,洮河局部地区800900毫米，陕西、山西两省黄河流域年平均降水量在400700毫米，秦岭地区达800900毫米。流域内年平均蒸发量（水面蒸发）10002000毫米，西北部蒸发量大，河源及东南部蒸发量小，多年平均气温上游18，中游814，年内最高气温多在68月，一月份平均气温最低，无霜区青海河源区20100天，甘、宁、蒙100150天，个别地方达20天，陕晋及河南西部为150230天。黄河流域的暴雨集中与夏季，由于受大气环流季节变化的影响，每年由冬季入夏，西太平洋副热带高压（简称副高），自南向北移动，到九、十月份则由北向南移动，随着副高的进退，雨带也不断的变化，一般到七月中旬，雨带即越过淮河进入黄河中下游，到八月中旬雨带达最北位置。在八月中旬到九月中旬初，雨带很快南移，所以黄河流域七、八月份暴雨次数多而强度大，黄河流域的大暴雨，三花间多发生在七月中旬至八月中旬，兰州至三门峡间多发生在七月下旬至九月上旬，暴雨季节东早西迟。小浪底坝址区缺乏气象资料，今借用孟津、洛阳及济源等地资料加以说明，坝址附近年平均气温14左右，一月份最低，平均0上下，极端最低气温-1720，七月份最高，平均2728，极端最高气温4141.9。年降水量601657毫米，其中79月降水量占50%，最大风速20m/s。761.3 径流资料1.3.1 天然径流黄河流域1919年开始在陕县设立水文站，后又于1934年在兰州、包头、龙门、潼关、秦广、黑石关、小董等地设站，解放以后，逐渐形成完整的水文站。1961年黄委会水文处，曾以陕县为参证站，将全河干支流主要站实测年、月经流量延长到1919年，1961年11月水利电力部对该成果做了审查并刊印交付使用。从陕县实测资料来看，1922年至1932年出现11年枯水段，1968年水电部水电总局曾组织有关单位对黄河上中游进行调查。证明黄河上中游主要河段均曾出现过连续11年苦水段，其重现期约为60-80年一遇。自1960年以来，对黄河流域及各河段历年灌溉面积及耗水量做过多次调查分析，1949年以来，流域内因黄河灌溉面积及耗水量增长十分迅速。以花园口为例：1919年全流域实际引黄灌溉面积432万亩，耗水40亿立米，1949年达977万亩，耗水74亿立米，平均每年灌溉面积增长18万亩，耗水增长1.1亿立米，1974年达3342万亩，耗水164亿立米，这25年平均每年灌溉面积增长95万亩，耗水量增长3.6亿立米。历年来在流域内修建了一系列大中小型水利工程，由于水库的调蓄作用，改变了天然径流过程，对调蓄作用较大的刘家峡、三门峡及支流汾河水库进行了还原计算。将上述流域年径流主要来自干流兰州以上地区和龙门到三门峡区间的径、洛、渭、汾共115亿立米，占花园口以上径流量的20%；流域内最干旱地区为兰州到河口镇区间来水仅3.0亿立米，黄河流域的径流在年际间变化很大；花园口最大年流量940亿立米（19641965年），最小年径流量274亿（19281929）。干流各站最大与最小年径流量之比为34倍，年径流变差系数0.220.25；主要支流最大、最小年径流之比达512倍，年径流变差系数0.40.5.年径流的年内分配随降水的变化而异，兰州以上最大月流量多发生在7月，最小月径流常出现在2月，河口镇以下中游地区，最大月径流多发生在8月，最小月径流量常出现在1月，干支流各主要站汛期710月径流量占全年流量的60%左右。1.3.2 入库径流量黄河上游用水比较集中的是宁蒙灌区，该灌区历年来用水量大，有大水漫灌的习惯，今后水利措施的重点是改造挖潜加强工程管理。工程配套任务很大，不可能大量增加新灌区。黄河中游黄土地区虽干旱缺水，由于水流流失严重，艰苦条件受到限制。这些地区要提高水量利用率也比较困难。一些河谷川地已基本上实现了水利化，今后发展新灌区逐渐转向高原地区。工程难度，投资都比较大。根据国民经济调整、改革、整顿、提高的方针，结合黄河情况，初步估计在19952000年内（相当于设计水平），花园口以上引黄灌面积达到6660万亩，耗水284亿立米。龙羊峡水库是干流最上一级大型枢纽，为一多年调节水库。主要任务是发电。为了充分利用水力资源，龙羊峡水库采用等流量调节。刘家峡水库为年调节水库，其运用方式为在满足河口镇以上用水条件下，而后发电，水库泄水保证兰州大河流量不小于200秒立米，及河口镇流量不小于100秒立米。根据内蒙防凌要求，当石咀山开河时，青铜峡流量不大于450秒立米。当刘家峡不能满足上述要求时，由龙羊峡予以补偿。盐锅峡、八盘峡、青铜峡、天桥等电站均为径流电站，不起调节作用。三门峡水库的运用方式，系根据1969年在三门峡召开的四省会议确定的原则：汛期（710月）发电限制水位为305米；非汛期发电限制水位为310米；其中，凌汛期（12月）防凌最高蓄水位为326米，凌汛后，考虑春灌蓄水要求，适当缓泄蓄水。小浪底坝址位于三门峡大坝以下130公里，区间流域面积5370平方公里。区间径流量30秒立米，采用三门峡出库流量加上区间来水再减去区间工农业耗水为小浪底的入库流量，见表1-1.表1-1 小浪底水库入库流量表 年 份月平均流量(秒立米)8910111212345671919-19202389.2668.8683.0471.0684.247.3464.2465.2471.2534.8685.4648.11920-19211651.11549.01943.31060.1507.2494.1497.392.6495.9500.3384.12821.01921-19222826.11484.4699.0606.4487.5474.6477.2469.8471.9479.7204.8405.71922-19231244.61056.3264.6405.3230.5230.5289.9669.5721.6459.1560.9440.91923-1924275.6757.6826.6779.3438.3450.9454.6452.8457.7453.2256.0143.01924-1925227.4423.6535.1568.3418.6416.9413.3412.1425.9437.1165.9737.41925-19261052.01289.5533.6513.7380.8354.2354.0355.6349.3378.3262.3301.51926-1927533.2393.9444.5457.4398.7426.4450.2453.4472.4466.7242.9361.11927-1928470.41041.1643.8578.0431.3419.6409.4419.8411.3409.6215.658.41928-1929130.4399.8457.7426.6385.779.0376.5384.2376.2380.7168.6432.01929-19301002.6589.8550.6503.3348.8364.4360.8362.9362.8371.2225.4396.41930-1931557.6658.8522.4503.6340.2329.3335.3337.4339.5342.8199.3303.41931-1932626.9322.2499.0386.8363.1289.2287.3283.8289.3294.3215.3497.41932-1933608.3924.8582.0456.6233.8379.3384.2382.3387.8385.0332.11166.51933-19343691.8976.9720.3614.2461.1464.5440.2432.8431.0435.4228.0159.71934-19351368.51476.02004.31365.3634.3608.6588.2597.0579.5596.8136.1209.91935-19361793.72665.71950.21544.9547.5610.9558.6557.9558.4569.0238.4675.41936-19371631.91935.3649.9639.0346.0503.2536.5538.6552.4556.91025.52734.51937-19384204.64047.01839.21367.8669.3649.3856.4657.3701.4694.1611.42213.41938-19391426.42569.43174.61700.8881.0558.6579.7586.3566.9581.4427.91711.21939-19401465.6762.6293.8311.7364.8297.4298.9329.0299.7332.2220.91297.91940-19413400.84143.83280.01536.4418.8319.0314.8328.7320.2330.266.5604.31941-19421026.61008.5779.1741.9685.8505.6507.1517.0505.7520.2405.9552.41942-19431413.6792.3568.3707.6629.0680.6673.2666.8649.4684.6109.22340.81943-19442617.83160.51308.8938.0600.7529.4527.0536.4511.0620.6580.41691.51944-19451777.01022.2577.1608.3680.3680.4506.5641.1628.6684.4684.9830.81945-19461749.42522.81207.21155.6619.0631.9725.5722.5651.3951.0202.64312.11946-19472410.42909.91727.41220.1856.2415.5426.5423.0439.1441.9336.0982.31947-19482038.91949.61306.61031.4535.2542.6533.5548.4563.4558.4784.7848.1续表1-1 小浪底水库入库流量表 年 份月平均流量(秒立米)8910111212345671948-19491945.41398.41018.4602.4578.2623.8587.2611.1614.3612.0195.02481.41949-19502770.64464.62497.81357.7587.3614.2610.7616.1602.0623.81048.3961.21950-19511392.6918.41501.01420.8418.9551.0513.8543.9536.5520.2553.01044.71951-19522153.22295.51348.61019.8552.6545.5584.3596.5645.2623.0523.11706.81952-19532351.21151.5509.4525.3501.0458.0468.4440.2472.0475.9438.6703.01953-19541699.2756.21180.5997.3590.3545.9542.9541.0588.0579.0560.5739.11954-19552869.23185.31398.11455.5599.1560.5532.8560.0558.3539.21046.81600.91955-19562343.2441.61970.61464.7732.2507.8607.6527.9539.6558.01313.82004.61956-19572492.41203.5647.5525.8543.9607.6622.2566.0597.3640.9580.01414.01957-1958357.6576.5511.4542.0606.8486.3492.3489.9495.4455.0159.22077.31958-19593753.02725.11673.61658.7912.0595.8739.7646.6736.1722.6723.71506.71959-19603827.31875.31601.8595.0516.0523.3506.8541.4535.1573.7517.5326.71960-19611276.4988.8852.4980.0452.0577.1497.4546.5538.0591.7708.92241.81961-19622359.22433.42688.62263.2597.4653.8599.5687.8630.0628.3548.01257.41962-19632091.9913.61190.1946.8777.8589.6626.0665.6676.1326.3857.0728.51963-19642063.72276.32287.41273.9721.7630.9762.7734.11021.0211.71857.22570.61964-19654215.33982.63258.21955.6918.9822.0788.2808.2854.5884.2837.71337.21965-19661003.9270.4488.6592.7461.6506.4506.7486.4514.8526.0181.0863.01966-19672110.72919.21932.41167.7489.5576.7631.3661.2762.0701.02603.02145.11967-19683636.64450.62717.51830.2476.2424.8905.3916.3892.7976.01741.81620.21968-19691784.23042.62871.31067.2875.5634.6788.7749.8872.4589.5336.9847.41969-19701366.5855.5969.9452.8332.6649.4642.8659.5676.7657.1676.5421.41970-19712113.02198.0795.6605.9583.9563.7599.7568.1572.5619.5415.31071.51971-1972695.3928.3203.21283.7502.8579.0649.0587.4619.8609.1867.81297.81972-197313111095.4354.1354.4439.0386.4486.4456.7458.2497.419.9502.01973-1974936.01904.81091.6947.2433.1441.6519.5558.6551.2510.8236.8222.31974-1975822.61060.9753.1702.8512.1618.8656.6564.6550.0586.3108.01980.4第二章 小浪底水库设计年径流计算小浪底水库设计水平年年径流量及年内分配的计算步骤为：（1） 根据审查分析后的小浪底长期实测径流资料，计算小浪底的年平均流量，对年平均流量进行排序并进行频率计算；（2） 采用适线法确定出与经验频率点距拟合最好的理论频率曲线；（3） 按照水利工程水利计算规范上的规定，选择小浪底水库的的设计保证率为90%。（4） 分别算出设计枯水年（90%），中水年（50%），丰水年（10%）的设计年径流量；（5） 在实测径流资料中，按一定的原则选取各种设计代表年；（6） 求设计年径流量与代表年的年径流量的比值，按同倍比放大法对所选代表年的径流过程按此比值进行缩放，即得设计水平年的年内分配。2.1 频率计算及参数估计用于洪水频率分析的样本系列的组成一般包括两种情况：一是系列中没有特大洪水值，即没有通过历史洪水调查考证的或是系列中没有提取特大值做单独处理，系列中各项数值直接按从大到小的次序统一排位，各项之间没有空位，由大到小次序是相连的这样的样本系列称为连续系列。二是系列中有特大洪水值，特大洪水与其他洪水之间有空位，整个样本的排序是不连续的，这样的样本系列称为不连续系列。对于连续系列的频率计算方法是式中：n表示数据在排序后所排的次序；N表示所有数据的个数；显然根据已给的资料我们可以看出，该小浪底的资料是连续的系列。所以频率的计算应根据连续系列的方法计算。其计算过程如下：（1）将小浪底水库实测径流流量的月平均流量值列入表2-1中（2）栏；（2）将降雨资料按大小次序排列，列入表2-1中（5）栏；（3）用公式P=计算经验频率，列入表2-1中（6）栏，并将与P对应点绘于概率格纸上（图2-1中）。表2-1 小浪底水库入库流量频率计算表实测资料经验频率计算年份月平均流量排列序号按月平均流量从大到小排序年份 (1)(2)(3)(4)(5)(6)1919