水資源規(guī)劃與利用畢業(yè)設(shè)計(jì)---水庫(kù)水利計(jì)算

1、<p><b>　　水資源規(guī)劃與利用</b></p><p>　　--------- 沅水五強(qiáng)溪水庫(kù)水利計(jì)算 </p><p>　　姓 名： </p><p>　　學(xué) 號(hào)： </p><p>　　專(zhuān) 業(yè)：

2、 </p><p>　　時(shí) 間： </p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1 基本情況…………………………………………………………………3</p><p>　　1.1 流域概況………………………………………………………………3</

3、p><p>　　1.2 開(kāi)發(fā)任務(wù)………………………………………………………………3</p><p>　　1.3 設(shè)計(jì)任務(wù)………………………………………………………………4</p><p>　　1.4 設(shè)計(jì)前提………………………………………………………………4</p><p>　　1.5 設(shè)計(jì)內(nèi)容………………………………………………………………5&

4、lt;/p><p>　　1.6 設(shè)計(jì)原始資料…………………………………………………………5</p><p>　　2 興利計(jì)算………………………………………………………………10</p><p>　　2.1 基本資料整理………………………………………………………10</p><p>　　2.2 死水位的確定………………………………………………………

5、10</p><p>　　2.3 保證出力計(jì)算………………………………………………………11</p><p>　　2.4 水電站必需容量選擇………………………………………………12</p><p>　　2.5 水電站調(diào)度圖繪制…………………………………………………14</p><p>　　2.6 重復(fù)容量選擇與多年平均電能計(jì)算……………………

6、…………17</p><p>　　3 防洪計(jì)算………………………………………………………………20</p><p>　　3.1 水庫(kù)調(diào)洪計(jì)算………………………………………………………20</p><p>　　3.2 壩頂高程的確定……………………………………………………22</p><p>　　附表…………………………………………………………

7、……………25</p><p>　　附圖………………………………………………………………………32</p><p><b>　　1 基本情況</b></p><p><b>　　1.1 流域概況</b></p><p>　　五強(qiáng)溪水電站位于湖南省沅陵縣境內(nèi)，上離沅陵縣城73km，下距常德市130

8、km。壩址控制流域面積83800km2，占沅水總流域面積的93%，流域雨量充沛，水量豐富，壩址多年平均流量2060m3/s，年水量649×108m3，并有1925年以來(lái)的水文資料和核實(shí)的歷史洪水資料。壩址位于沅水干流最后一段峽谷出口處，巖性堅(jiān)硬，地形地質(zhì)條件良好。具備了修筑高壩的自然條件。</p><p>　　在沅水規(guī)劃中，五強(qiáng)溪水電站為沅水干流最后第二個(gè)梯級(jí)，上游接虎皮溪及酉水的風(fēng)灘（已建成）梯級(jí)，是

9、一個(gè)以發(fā)電為主，兼有防洪、航運(yùn)效益的綜合利用水庫(kù)，系湖南省最大的水電電源點(diǎn)。</p><p><b>　　1.2 開(kāi)發(fā)任務(wù)</b></p><p>　　五強(qiáng)溪水電站是以發(fā)電為主、兼有防洪、航運(yùn)和灌溉等效益的綜合利用工程。其開(kāi)發(fā)任務(wù)分述如下：</p><p><b>　　1．發(fā)電</b></p><p&g

10、t;　　五強(qiáng)溪水電站建成后投入華中電網(wǎng)，主要供電范圍為湖南省。</p><p><b>　　2．防洪</b></p><p>　　沅水下游赤山以西的桃源、常德、漢壽三縣及常德市所屬平原河網(wǎng)地區(qū)，統(tǒng)稱(chēng)沅水尾閭。這個(gè)地區(qū)地勢(shì)低洼。全靠提防保護(hù)，共保護(hù)人口106萬(wàn)，農(nóng)水159萬(wàn)畝。現(xiàn)有河道的泄洪能力20000m3/s，如遇1927、1931、1933、1935、1943、1

11、949、1954、1969等年洪水重現(xiàn)，河道均不能完全承泄，防洪標(biāo)準(zhǔn)僅為5年一遇。五強(qiáng)溪水庫(kù)靠近沅水尾閭，控制全流域面積的93%，解決尾閭防洪問(wèn)題，是它的基本防洪任務(wù)。</p><p><b>　　3．航運(yùn)</b></p><p>　　五強(qiáng)溪水電站的航運(yùn)效益為改善水庫(kù)區(qū)和壩下游河道的通航條件。</p><p>　　沅水是湘西的水上交通動(dòng)脈，其干

12、流全長(zhǎng)1550km，通航里程為640km，但航道險(xiǎn)灘很多。五強(qiáng)溪水庫(kù)修建以后，壩址以上，沅水以下河段成為常年深水區(qū)，其險(xiǎn)灘都將淹沒(méi)。下游航道，確定五強(qiáng)溪航運(yùn)基荷按10萬(wàn)kw相應(yīng)流量考慮，枯水流量加大，上、下游航道均可改善。</p><p><b>　　4．灌溉</b></p><p>　　每年自5月下旬至9月下旬為灌溉季節(jié)，在該季節(jié)自水庫(kù)上游直接引走的灌溉流量平均為3

13、5m3/s。</p><p><b>　　1.3 設(shè)計(jì)任務(wù)</b></p><p>　　本次設(shè)計(jì)任務(wù)是對(duì)五強(qiáng)溪水電站的諸方案（即正常蓄水位）已給的情況下，進(jìn)行水庫(kù)的興利與防洪計(jì)算，確定各方案水利設(shè)備的參數(shù)，水庫(kù)的調(diào)節(jié)操作方式及計(jì)算水利指標(biāo)，并通過(guò)經(jīng)濟(jì)分析，比較方案之優(yōu)劣。</p><p><b>　　1.4 設(shè)計(jì)前提</b>

14、;</p><p>　　1．本水利樞紐是以發(fā)電、防洪為主要目標(biāo)的綜合利用水庫(kù)；</p><p>　　2．水電站參加系統(tǒng)工作，發(fā)電設(shè)計(jì)保證率P=87.5%（按年份計(jì)）；</p><p>　　3．水電站的備選方案（正常蓄水位）見(jiàn)表1.1；</p><p>　　表1.1 備選方案正常蓄水位表</p><

15、;p>　　4．本水利樞紐根據(jù)國(guó)家規(guī)定屬一級(jí)，以千年一遇洪水為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，萬(wàn)年一遇洪水為校核標(biāo)準(zhǔn)，電站使用年限為50年計(jì)；</p><p>　　5．水庫(kù)庫(kù)區(qū)蒸發(fā)滲漏等水量損失不大，故在初步設(shè)計(jì)階段暫時(shí)不考慮；</p><p>　　6．水庫(kù)下游有防洪要求，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為二十年一遇洪水，安全泄洪流量q安=20000m3/s。</p><p><b>　　1.5

16、設(shè)計(jì)內(nèi)容</b></p><p>　　1．水電站死水位選擇及保證出力NP計(jì)算；</p><p>　　2．水電站裝機(jī)容量選擇；</p><p>　　3．繪制水電站調(diào)度圖的防破壞線，加大出力輔助線，確定汛期限制水位；</p><p>　　4．求重復(fù)容量，計(jì)算水電站多年平均電能；</p><p>　　5．進(jìn)行防洪

17、計(jì)算，確定各種防洪特征水位及壩頂高程；</p><p><b>　　6．求水利指標(biāo)；</b></p><p>　　7．經(jīng)濟(jì)計(jì)算，比較方案優(yōu)劣。</p><p>　　1.6 設(shè)計(jì)原始資料</p><p>　　1．壩址以上流域面積F=83800km2；</p><p>　　2．壩址斷面歷年月平均流量資

18、料（見(jiàn)附表一）；</p><p>　　3．水庫(kù)水位～面積、庫(kù)容曲線見(jiàn)表1.2；</p><p>　　4．壩址下游水位流量關(guān)系曲線見(jiàn)表1.3；</p><p>　　5．為改善下游通航條件，確定五強(qiáng)溪航運(yùn)基荷按10kw計(jì)；</p><p>　　6．船閘操作需要耗用10m3/s，此部分流量不能用來(lái)發(fā)電；</p><p>　　

19、表1.2 水庫(kù)水位～面積、庫(kù)容曲線表 </p><p>　　表1.3 壩址下游水位流量關(guān)系曲線表</p><p>　　7．每年5月下旬至9月下旬為灌溉季節(jié)，在該季節(jié)自水庫(kù)上游直接引走的灌溉流量平均為35.0m3/s，此部分流量亦不能用來(lái)發(fā)電；</p><p>　　8．在沅水規(guī)劃中，五強(qiáng)溪水電站上游將干流的虎皮溪及酉水的

20、風(fēng)灘（已建成）梯級(jí)，其尾水水位124m及114.2m，各正常蓄水位方案對(duì)上游風(fēng)灘的影響見(jiàn)表1.4；</p><p>　　表1.4 各正常蓄水位方案對(duì)上游風(fēng)灘的影響</p><p>　　9．沅水尾閭洪災(zāi)情況、洞庭湖分分蓄洪提防基本情況見(jiàn)表1.5、1.6；</p><p>　　表1.5 沅水尾閭歷年洪災(zāi)情況</

21、p><p>　　表1.6 歷年較大洪水所需攔洪量 單位：108m3</p><p>　　10．五強(qiáng)溪水庫(kù)入庫(kù)設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線（見(jiàn)附表二）；</p><p>　　11．水庫(kù)最大吹程15km，設(shè)計(jì)風(fēng)速12km/s；</p><p>　　12．各方案泄洪建筑物參數(shù)見(jiàn)表1.7；</p><p&

22、gt;　　表1.7 各方案泄洪建筑物參數(shù)表</p><p><b>　　2 興利計(jì)算</b></p><p>　　沅水五強(qiáng)溪水電站水庫(kù)正常蓄水位共有120m、115m、108m、100m四個(gè)方案，本次設(shè)計(jì)將對(duì)這四個(gè)方案進(jìn)行比較，并選定最優(yōu)方案。</p><p>　　2.1 基本資料整理</p><

23、;p>　　設(shè)計(jì)原始資料給定的流量是壩址斷面歷年平均流量，考慮工程實(shí)際，現(xiàn)對(duì)其平均流量（附表一）數(shù)據(jù)進(jìn)行處理：扣除灌溉和船閘用水。灌溉用水按5月下旬至9月下旬的灌溉季節(jié)每月扣除35 m3/s（5月扣除11.7 m3/s，七、八月扣除35 m3/s，9月扣除22.3m3/s）； 船閘運(yùn)行用水/按每月10 m3/s的流量扣除，從而得到新的年平均發(fā)電流量表（附表三）。</p><p>　　2.2 死水位的確定<

24、;/p><p>　　死水位影響因素比較復(fù)雜，需考慮保證水庫(kù)灌溉要求、滿(mǎn)足泥沙淤積要求、保證水電站最低水頭要求以及航運(yùn)、養(yǎng)殖等其它要求。本次設(shè)計(jì)對(duì)死水位的確定采用簡(jiǎn)化處理的辦法，主要考慮水庫(kù)的使用壽命及泥沙淤積；灌溉、航運(yùn)、養(yǎng)殖及旅游等綜合利用要求；水輪機(jī)最小水頭的限制三個(gè)因素。各方案分述如下：</p><p>　　2.2.1 正常蓄水位120m方案（方案一）</p><p&

25、gt;　　1．水庫(kù)的使用壽命及泥沙淤積</p><p>　　使用壽命T按50年計(jì)，年淤積量V年為669萬(wàn)m3</p><p>　　V淤=V年×T =669×50=33450萬(wàn)m3</p><p>　　查庫(kù)容～水位曲線表，確定水庫(kù)在使用年限內(nèi)滿(mǎn)足防淤要求的死水位Z1=76.20m；</p><p>　　2．灌溉、航運(yùn)、養(yǎng)殖及

26、旅游等綜合利用要求，水庫(kù)削落的最低水位不得小于Z2=82.00m;</p><p>　　3．水輪機(jī)最小水頭的限制，水庫(kù)削落深度不大于水電站最大水頭的35%。</p><p>　?。?）任意假定最小發(fā)電流量q（0），并相應(yīng)下游Z下（0）。</p><p>　　最小發(fā)電流量取q（0）=800 m3/s，查表得下游水位Z下（0）=50.05m。</p>&l

27、t;p><b>　　極限削落深度</b></p><p>　　hm=（Z正－Z下（0））×35%=(120－50.05) ×35%=24.48m</p><p>　　死水位：Z3=Z正－h(huán)m=120－24.48=95.52m</p><p>　　（3）Z死(0)=max(Z1，Z2，Z3)=max(76.80，82.0

28、0，95.52)=95.52m；</p><p>　?。?）根據(jù)Z3(0)長(zhǎng)系列計(jì)算各年供水期調(diào)節(jié)流量qp=799.28 m3/s，并滿(mǎn)足| q（0）－ qp|=0.72 m3/s＜ε=1m3/s，則Z死=Z死（0）=95.52m。即死水位為95.52m，相應(yīng)死庫(kù)容14.002億m3。</p><p>　　2.2.2 正常蓄水位115m方案（方案二）</p><p>

29、;　　1．水庫(kù)的使用壽命及泥沙淤積</p><p>　　水庫(kù)在使用年限內(nèi)滿(mǎn)足防淤要求的死水位Z1=76.20m；</p><p>　　2．灌溉、航運(yùn)、養(yǎng)殖及旅游等綜合利用要求，水庫(kù)削落的最低水位不得小于Z2=82.00m;</p><p>　　3．水輪機(jī)最小水頭的限制，水庫(kù)削落深度不大于水電站最大水頭的35%。</p><p>　?。?）任意

30、假定最小發(fā)電流量q（0），并相應(yīng)下游Z下（0）。</p><p>　　最小發(fā)電流量取q（0）=733 m3/s，查表得下游水位Z下（0）=49.88m。</p><p><b>　　極限削落深度</b></p><p>　　hm=（Z正－Z下（0））×35%=(115－49.88) ×35%=22.79m</p>

31、<p>　　死水位：Z3=Z正－h(huán)m=115－22.79=92.21m</p><p>　?。?）Z死(0)=max(Z1，Z2，Z3)=max(76.80，82.00，92.21)=92.21m；</p><p>　?。?）根據(jù)Z3(0)長(zhǎng)系列計(jì)算各年供水期調(diào)節(jié)流量qp=733.08 m3/s，并滿(mǎn)足| q（0）－ qp|=0.08 m3/s＜ε=1m3/s，則Z死=Z死（

32、0）=92.21m。即死水位為92.21m，相應(yīng)死庫(kù)容11.353億m3。</p><p>　　2.2.3 正常蓄水位108m方案（方案三）</p><p>　　1．水庫(kù)的使用壽命及泥沙淤積</p><p>　　水庫(kù)在使用年限內(nèi)滿(mǎn)足防淤要求的死水位Z1=76.20m；</p><p>　　2．灌溉、航運(yùn)、養(yǎng)殖及旅游等綜合利用要求，水庫(kù)削落的最

33、低水位不得小于Z2=82.00m;</p><p>　　3．水輪機(jī)最小水頭的限制，水庫(kù)削落深度不大于水電站最大水頭的35%。</p><p>　?。?）任意假定最小發(fā)電流量q（0），并相應(yīng)下游Z下（0）。</p><p>　　最小發(fā)電流量取q（0）=644m3/s，查表得下游水位Z下（0）=49.70m。</p><p><b>　

34、　極限削落深度</b></p><p>　　hm=（Z正－Z下（0））×35%=(108－49.70) ×35%=20.41m</p><p>　　死水位：Z3=Z正－h(huán)m=108－20.41=87.59m</p><p>　?。?）Z死(0)=max(Z1，Z2，Z3)=max(76.80，82.00，87.59)=87.59m；&

35、lt;/p><p>　?。?）根據(jù)Z3(0)長(zhǎng)系列計(jì)算各年供水期調(diào)節(jié)流量qp=644.32 m3/s，并滿(mǎn)足| q（0）－ qp|=0.32 m3/s＜ε=1m3/s，則Z死=Z死（0）=87.59m。即死水位為87.59m，相應(yīng)死庫(kù)容8.346億m3。</p><p>　　2.2.4 正常蓄水位100m方案（方案四）</p><p>　　1．水庫(kù)的使用壽命及泥沙淤積&

36、lt;/p><p>　　水庫(kù)在使用年限內(nèi)滿(mǎn)足防淤要求的死水位Z1=76.20m；</p><p>　　2．灌溉、航運(yùn)、養(yǎng)殖及旅游等綜合利用要求，水庫(kù)削落的最低水位不得小于Z2=82.00m;</p><p>　　3．水輪機(jī)最小水頭的限制，水庫(kù)削落深度不大于水電站最大水頭的35%。</p><p>　?。?）任意假定最小發(fā)電流量q（0），并相應(yīng)下游

37、Z下（0）。</p><p>　　最小發(fā)電流量取q（0）=568m3/s，查表得下游水位Z下（0）=49.55m。</p><p><b>　　極限削落深度</b></p><p>　　hm=（Z正－Z下（0））×35%=(100－49.55) ×35%=17.66m</p><p>　　死水位：Z3

38、=Z正－h(huán)m=100－17.66=82.34m</p><p>　?。?）Z死(0)=max(Z1，Z2，Z3)=max(76.80，82.00，82.34)=82.34m；</p><p>　?。?）根據(jù)Z3(0)長(zhǎng)系列計(jì)算各年供水期調(diào)節(jié)流量qp=567.79 m3/s，并滿(mǎn)足| q（0）－ qp|=0.21 m3/s＜ε=1m3/s，則Z死=Z死（0）=82.34m。即死水位為82.3

39、4m，相應(yīng)死庫(kù)容5.55億m3。</p><p>　　2.3 保證出力計(jì)算</p><p>　　本次設(shè)計(jì)要求長(zhǎng)系列等出力操作；用試算法逐年求解以下方程組：</p><p>　　Vt-I,Vt——t時(shí)段初、末水庫(kù)蓄水量；</p><p>　　Qt——t時(shí)段平均入庫(kù)流量（新系列）；</p><p>　　qt —— t時(shí)段平

40、均發(fā)電流量；</p><p>　　Ht ——t時(shí)段平均水頭；</p><p>　　Vt——供水期末水庫(kù)蓄水量。</p><p>　　2.3.1 計(jì)算方法</p><p>　　對(duì)某一特定年份求解步驟如下：</p><p>　　1．設(shè) Np=N(0)</p><p>　　（1）設(shè)qt=q(0) (

41、qt為t時(shí)段發(fā)電流量)；</p><p>　?。?）Vt=Vt-1+(Qt－qt)Δt (當(dāng)Vt＞V興+V死，取Vt=V興+V死)</p><p>　?。?）由 V均=(Vt+Vt-1)/2查水位庫(kù)容曲線得到Z上；</p><p>　　由qt查壩址下游水位流量關(guān)系曲線得到Z下；</p><p>　　（4）Nt=Kqt(Z上－Z下)</

42、p><p>　?。?）若|Nt－Np|＜ε1,轉(zhuǎn)下時(shí)段；否則</p><p>　　qt=q(0)+(tNp－Nt)/[K(Z上－Z下)]，轉(zhuǎn)（2）步驟計(jì)算。</p><p>　　2．求年最小水庫(kù)蓄水量Ve;</p><p>　　3．若|Ve－V死|＜ε2，轉(zhuǎn)下一年；否則</p><p>　　Np=N(0)+K[(Z正+Z死

43、)/2－Z下](Z死－Ve)/T供轉(zhuǎn)（1）步驟計(jì)算。</p><p>　　求出各年的供水期平均出力后，據(jù)設(shè)計(jì)保證率可求出Np。</p><p>　　2.3.2 計(jì)算結(jié)果</p><p>　　本次設(shè)計(jì)采用程序計(jì)算，各方案具體參數(shù)及結(jié)果如下：</p><p>　　1．方案一：正常庫(kù)容57.349億m3，死庫(kù)容14.002億m3，興利庫(kù)容43.3

44、47億m3。設(shè)計(jì)保證出力Np=41.33萬(wàn)kw。</p><p>　　2．方案二：正常庫(kù)容43.357億m3，死庫(kù)容11.353億m3，興利庫(kù)容32.004億m3。設(shè)計(jì)保證出力Np=35.34萬(wàn)kw。</p><p>　　3．方案三：正常庫(kù)容29.424億m3，死庫(kù)容8.346億m3，興利庫(kù)容21.078億m3。設(shè)計(jì)保證出力Np=27.84萬(wàn)kw。</p><p>

45、　　4．方案四：正常庫(kù)容18.490億m3，死庫(kù)容5.55億m3，興利庫(kù)容12.94億m3。設(shè)計(jì)保證出力Np=21.46萬(wàn)kw。</p><p>　　2.4 水電站必需容量選擇</p><p>　　必需容量包括工作容量與備用容量?jī)刹糠帧?lt;/p><p>　　2.4.1 工作容量計(jì)算</p><p>　　本設(shè)計(jì)缺少電力平衡的資料，采用經(jīng)驗(yàn)方法確

46、定工作容量如下（按方案一計(jì)算）：</p><p>　　1．保證出力中部分擔(dān)任航運(yùn)基荷：</p><p>　　N工基=10 （萬(wàn)kw）</p><p>　　2．N峰為擔(dān)任峰荷工作容量</p><p>　　N峰= Np－ N工基=41.33－10=31.33 （萬(wàn)kw）</p><p>　　3．按以下關(guān)系確定峰荷工作容量&

47、lt;/p><p>　　N工峰= 3.08N峰＋7=103.50 （萬(wàn)kw）</p><p><b>　　4．水電站工作容量</b></p><p>　　N工= N工峰＋N工基=103.50＋10=113.50 （萬(wàn)kw）</p><p>　　2.4.2 備用容量計(jì)算</p><p>　　本設(shè)計(jì)電站擔(dān)

48、任系統(tǒng)負(fù)荷用及事故備用容量，各方案取值見(jiàn)表2.1。</p><p>　　表2.1 各方案?jìng)溆萌萘勘?lt;/p><p>　　2.4.3 電站必需工作容量</p><p>　　經(jīng)計(jì)算，沅水五強(qiáng)溪水電站各方案必需工作容量見(jiàn)表2.2。</p><p>　　表2.2 各方案必需工作容量表

49、</p><p>　　2.5 水電站調(diào)度圖繪制</p><p>　　本次畢業(yè)設(shè)計(jì)要求從興利要求出發(fā)對(duì)水電站調(diào)度要求作兩條線，一條是基本調(diào)度線——防破壞線；一條是加大出力輔助線。</p><p>　　2.5.1 防破壞線</p><p>　　防破壞線按下列步驟計(jì)算確定。</p><p>　　1．擇設(shè)計(jì)保證率范圍內(nèi)的徑流系

50、列（新系列）資料。（從原始系統(tǒng)中剔除來(lái)水小于設(shè)計(jì)枯水年的年份）</p><p>　　2．年從供水期水期末開(kāi)始，按Np等出力逆時(shí)序操作，求得各年遲蓄方案水庫(kù)蓄水量過(guò)程線。具體求解方程組：</p><p><b>　　式中符號(hào)意義同前。</b></p><p>　　其具體求解流程如下：</p><p>　?。?）設(shè)qt=q(

51、0)；</p><p>　?。?）Vt-1=Vt－(Qt－qt)Δt (Vt起始值為V死) （當(dāng)Vt-1＜V死，取Vt-1=V死）；</p><p>　　V均=(Vt+Vt-1)/2查水庫(kù)水位庫(kù)容曲線得到Z下；</p><p>　　（4）Nt=Kqt(Z上－Z下)；</p><p>　?。?）若|Nt－Np| ＜ε，轉(zhuǎn)前時(shí)段，否則</

52、p><p>　　qt=q(0)+(Np－Nt)/〔K(Z上－Z下)〕，轉(zhuǎn)（２）步驟</p><p>　　3．將各年遲蓄方案水庫(kù)蓄水量過(guò)程線點(diǎn)在一張圖，并取其外包線，即為防破壞線。</p><p>　　此外包線，實(shí)際上是各條蓄水量過(guò)程線的同時(shí)縱坐標(biāo)最大值，在具體操作時(shí)，可在計(jì)算機(jī)算完第（２）步后，直接給出外包線各點(diǎn)坐標(biāo)，當(dāng)然最后采用值，還應(yīng)輸出結(jié)果作適當(dāng)分析修正，使防破壞

53、線更可靠。</p><p>　　經(jīng)采用程序計(jì)算，各方案防破壞線的結(jié)果見(jiàn)表2.3。</p><p>　　表2.3 各方案防破壞線計(jì)算結(jié)果表</p><p>　　2.5.2 防洪限制水位確定</p><p>　　防洪限制水位是體現(xiàn)防洪與興利相互結(jié)合的重要參數(shù)。選擇恰當(dāng)，可在不影響興利可靠性前提下，降低大壩高度，節(jié)省投資。

54、本設(shè)計(jì)以獲得最大結(jié)合庫(kù)容為原則選擇。根據(jù)五強(qiáng)溪水電站洪水資料分析，該庫(kù)洪水最遲發(fā)生在７月底，８月初：故防洪限制水位取值為７月底，８月初防洪線上的坐標(biāo)值。</p><p>　　經(jīng)計(jì)算并查水庫(kù)水位庫(kù)容曲線，各方案防洪限制水位和相應(yīng)庫(kù)容分別為：</p><p>　　方案一：防洪限制水位為120.00m，庫(kù)容為57.349億m3；</p><p>　　方案二：防洪限制水位為

55、115.00m，庫(kù)容為43.67億m3；</p><p>　　方案三：防洪限制水位為105.99m，庫(kù)容為26.49億m3；</p><p>　　方案四：防洪限制水位為95.67m，庫(kù)容為14.02億m3。</p><p>　　防洪限制水位作為調(diào)洪演算的起調(diào)水位，并據(jù)此可求出結(jié)合庫(kù)容。</p><p>　　2.5.3 加大出力輔助線的繪制&l

56、t;/p><p>　　在防破壞圖中，在汛期防洪限制水位與破壞線間，為加大出力區(qū)，但加大出力范圍較大，為減少操作的任意性，在該區(qū)中增加三條輔助線，采用簡(jiǎn)化的方法確定該組輔助線。具體如下：</p><p>　　Zit=Z死+（Z防限－ Z死）×i/4</p><p>　　式中：Zit為第i條加大出力線t時(shí)刻的坐標(biāo)。</p><p>　　經(jīng)計(jì)

57、算各方案結(jié)果見(jiàn)表2.4。</p><p>　　表2.4 各方案加大出力輔助線參數(shù)表</p><p>　　由表2.4繪出加大出力輔助線。</p><p>　　三條輔助線將加大出力值計(jì)算公式如下：</p><p>　　Ni=Np+（Ny－Np）÷4×i</p><p>　　各方

58、案計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2.5。</p><p>　　表2.5 各方案加大出值計(jì)算表</p><p>　　2.6 重復(fù)容量選擇與多年平均電能計(jì)算</p><p>　　2.6.1 重復(fù)容量選擇</p><p>　　水電站在洪水期往往會(huì)產(chǎn)生大量棄水，為了利用棄水增發(fā)季節(jié)性電能，節(jié)省火電站的燃料消耗，增加一部分裝機(jī)容量，由于它不能替

59、代火電站的工作容量，因而稱(chēng)它為重復(fù)容量。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)N重采用經(jīng)濟(jì)利用小時(shí)數(shù)h經(jīng)濟(jì)=2500h。補(bǔ)充千瓦利用小時(shí)數(shù)計(jì)算是確定重復(fù)容量的關(guān)鍵，但其核心是計(jì)算不同重復(fù)容量的多年平均電能，多年平均電能的計(jì)算與調(diào)度圖或調(diào)度規(guī)劃有關(guān)，本次設(shè)計(jì)調(diào)度按以下規(guī)則操作：</p><p>　　1．當(dāng)時(shí)段初水位位于防破壞線內(nèi)時(shí)，時(shí)段出力Nt=Np。</p><p>　　2

60、．汛期時(shí)段初水位位于加大出力區(qū)時(shí)，按加大出力線工作，即Nt=Ni。</p><p>　　3．段初水位在防破壞線以上時(shí)，使時(shí)段水位盡可能向防破壞線上靠，同時(shí)要考慮裝機(jī)容量的限制。</p><p>　　4．當(dāng)滿(mǎn)裝機(jī)發(fā)電，且水位超過(guò)Z防限或Z正時(shí)，才允許棄水。</p><p>　　現(xiàn)以方案一計(jì)算重復(fù)容量的選擇及多年平均電能計(jì)算。假設(shè)重復(fù)容量N重等于0、5、10、15、20

61、萬(wàn)kw時(shí)，分別計(jì)算新系列多年平均發(fā)電量E及重復(fù)容量年利用小時(shí)數(shù)h，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2.6。因重復(fù)容量年利用小時(shí)數(shù)h均小于h經(jīng)濟(jì)=2500h，故方案一重復(fù)容量為0。</p><p>　　表2.6 重復(fù)容量計(jì)算表（方案一）</p><p>　　其余三個(gè)方案的多年平均發(fā)電量E及重復(fù)容量年利用小時(shí)數(shù)h計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2.7~表2.9。</p><p>

62、;　　從表2.9可以看出，方案四的重復(fù)容量年利用小時(shí)數(shù)h均小于h經(jīng)濟(jì)=2500h，故方案四重復(fù)容量為0。</p><p>　　根據(jù)表2.7和表2.8中計(jì)算結(jié)果，點(diǎn)繪N重～h利曲線，再根據(jù)h經(jīng)濟(jì)=2500h確定方案二N重=6萬(wàn)kw；方案三N重=28.17萬(wàn)kw。</p><p>　　表2.7 重復(fù)容量計(jì)算表（方案二）</p><p>　

63、　表2.8 重復(fù)容量計(jì)算表（方案三）</p><p>　　表2.9 重復(fù)容量計(jì)算表（方案四）</p><p>　　2.6.2 裝機(jī)容量的確定</p><p>　　裝機(jī)容量由必須容量和重復(fù)容量確定，但由于回水對(duì)上游風(fēng)灘電站的影響，應(yīng)在方案一和方案二中扣除風(fēng)灘電站的多年平均減少電能。</p>

64、<p>　　各方案的裝機(jī)容量分別為：</p><p>　　方案一：Ny=N必+N重=143.50+0=143.50萬(wàn)kw；</p><p>　　方案二：Ny=N必+N重=120.05+6=126.05萬(wàn)kw；</p><p>　　方案三：Ny=N必+N重=91.95+28.17=120.12萬(wàn)kw；</p><p>　　方案四：Ny

65、=N必+N重=67.30+0=67.30萬(wàn)kw。</p><p>　　2.6.3 多年平均電能計(jì)算</p><p>　　利用上述計(jì)算結(jié)果點(diǎn)繪Ny（Ny=N必+N重）～E的關(guān)系圖，查得各方案多年平均發(fā)電量。</p><p>　　方案一：E=75.24－0.228=75.012億kw.h；</p><p>　　方案二：E=70.62－0=70.6

66、2億kw.h；</p><p>　　方案三：E=68.29億kw.h；</p><p>　　方案四：E=34.37億kw.h；</p><p><b>　　3 防洪計(jì)算</b></p><p>　　3.1 水庫(kù)調(diào)洪計(jì)算</p><p>　　五強(qiáng)溪水庫(kù)工程等別為一等，按P=0.1%洪水標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)、P=

67、0.01%洪水標(biāo)準(zhǔn)校核。水庫(kù)下游防洪標(biāo)準(zhǔn)為P=5%，安全泄洪量q安=20000m3/s。本次設(shè)計(jì)防洪計(jì)算的任務(wù)包括上述三種洪水標(biāo)準(zhǔn)的調(diào)洪計(jì)算。</p><p>　　利用五強(qiáng)溪水庫(kù)入庫(kù)典型洪水，調(diào)洪計(jì)算采用多級(jí)調(diào)節(jié)方法，具體的調(diào)洪規(guī)則如下：</p><p>　　1．起調(diào)水位為汛前限制水位。</p><p>　　2．當(dāng)水庫(kù)洪水流量小于汛前限制水位相應(yīng)的下泄能力，且小于安

68、全泄量時(shí)，控制閘門(mén)，讓泄流量等于來(lái)水量水庫(kù)水位維持在汛期水位不變。</p><p>　　3．當(dāng)水庫(kù)入流量超過(guò)汛前限制水位相應(yīng)的下泄能力，而小于下游安全泄量時(shí)，打開(kāi)閘門(mén)自由泄流，水庫(kù)水位上升，下泄量隨之增大。</p><p>　　4．當(dāng)自由泄流量超過(guò)安全泄量時(shí)，控制qt=q安，直至調(diào)節(jié)計(jì)算結(jié)束，所得最高水位為防洪高水位。</p><p>　　5．當(dāng)水庫(kù)水位不及防洪高水

69、位時(shí)，控制qt=q安，當(dāng)水庫(kù)水位升高至防洪高水位時(shí)，閘門(mén)全開(kāi)，自由泄流，得調(diào)洪后的最高水位。</p><p>　　溢洪設(shè)備的選擇本身是一個(gè)經(jīng)濟(jì)問(wèn)題，它是權(quán)衡上下游洪災(zāi)損失的重要參數(shù)，而且泄洪設(shè)備還受材料最大應(yīng)力強(qiáng)度及閘門(mén)結(jié)構(gòu)限制、下游巖基狀況及消能設(shè)備情況的影響。</p><p>　　自由泄流時(shí)采用公式：Q=1.77nBH3/2；</p><p>　　孔口出流是采用

70、公式：Q=nωμ (2gH)1/2；</p><p>　　μ=0.99－0.53a/H</p><p>　　對(duì)于千年一遇洪水調(diào)節(jié)計(jì)算得設(shè)計(jì)洪水水位及相應(yīng)最大下泄流量，對(duì)萬(wàn)年一遇洪水進(jìn)行調(diào)節(jié)計(jì)算得校核水位及相應(yīng)最大下泄流量，并根據(jù)求得的校核洪水位，確定總庫(kù)容。</p><p>　　在調(diào)洪計(jì)算過(guò)程中，對(duì)閘門(mén)控制泄流情形，利用水量平衡方程式推求求得，但對(duì)于自由泄流情形則需

71、求解隱式方程組。</p><p>　　Vt=Vt－1+[(Qt+Qt－1)/2－(qt+qt－1)/2]×Δt</p><p><b>　　q=f(v)</b></p><p>　　本次設(shè)計(jì)按如下步驟試算求解：</p><p>　　①、假定qt=q(0)；</p><p>　?、?、Vt=

72、Vt－1+[(Qt+Qt－1)/2－(qt+qt－1)/2]×Δt；</p><p>　?、邸⒂蒝t查q=f(v) 曲線得相應(yīng)下泄流量q(1) ；</p><p>　?、堋⑷魘q(0)－q(1)| <ε，轉(zhuǎn)下時(shí)段，否則假定q(0)=q(1)重新進(jìn)行計(jì)算。</p><p>　?、?、確定防洪高水位、設(shè)計(jì)洪水位及校核洪水位，確定相應(yīng)庫(kù)容。</p>

73、;<p>　　各方案水庫(kù)調(diào)洪計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3.1。</p><p>　　各方案水庫(kù)調(diào)洪計(jì)算詳細(xì)結(jié)果見(jiàn)附表。</p><p>　　表3.1 水庫(kù)各方案調(diào)洪計(jì)算成果表</p><p>　　3.2 壩頂高程的確定</p><p>　　壩頂高程計(jì)算公式如下：</p><p>　　壩頂高程1

74、=設(shè)計(jì)洪水+風(fēng)浪高+安全超高1</p><p>　　壩頂高程2=校核洪水+風(fēng)浪高2+安全超高2</p><p>　　壩頂高程=max｛壩頂高程1，壩頂高程2｝</p><p><b>　　風(fēng)浪高的計(jì)算公式；</b></p><p>　　Δh=0.0208V5/4D1/3</p><p>　　式中V

75、為風(fēng)速，以m/s計(jì)，設(shè)計(jì)風(fēng)速12m/s，校核洪水時(shí)風(fēng)速乘以0.8；D為吹程，為15km計(jì)。安全超高由規(guī)范據(jù)壩質(zhì)、壩型而規(guī)定（0.5～1.0m）。設(shè)計(jì)洪水時(shí)取0.7m，校核洪水時(shí)取0.5m。</p><p>　　經(jīng)計(jì)算：Δh設(shè)計(jì)=1.15m；Δh校核=0.87m。則各方案壩頂高程為：</p><p>　　方案一：壩頂高程1=133.59m；壩頂高程2=136.66m。壩頂高程=max｛壩頂高

76、程1，壩頂高程2｝=136.66m。</p><p>　　方案二：壩頂高程1=126.26m；壩頂高程2=129.74m。壩頂高程=max｛壩頂高程1，壩頂高程2｝=129.74m。</p><p>　　方案三：壩頂高程1=120.66m；壩頂高程2=123.88m。壩頂高程=max｛壩頂高程1，壩頂高程2｝=123.88m。</p><p>　　方案四：壩頂高程1

77、=111.26m；壩頂高程2=114.15m。壩頂高程=max｛壩頂高程1，壩頂高程2｝=114.15m。</p><p>　　五強(qiáng)溪水電站各項(xiàng)水利指標(biāo)見(jiàn)表3.2。</p><p>　　表3.2 水利指標(biāo)成果統(tǒng)計(jì)表</p><p><b>　　附表1~附表24</b></p><p>　　附

78、表1 壩址斷面歷年月平均流量表</p><p>　　附表2 五強(qiáng)溪水庫(kù)入庫(kù)洪水1970年洪水典型《合成流量法》</p><p>　　附表3 壩址斷面扣除灌溉與船閘用水后歷年月平均流量表</p><p>　　附表12 防破壞線計(jì)算成

79、果表</p><p><b>　　附表19</b></p><p><b>　　附表20</b></p><p><b>　　附表21</b></p><p><b>　　附表22</b></p><p><b>　　附表