水利水能規(guī)劃課程設(shè)計

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p>　　第一章 流域基本情況和資料2</p><p><b>　　1.1流域概況2</b></p><p><b>　　1.2水文資料3</b></p><p>　　1.3電站基本情況3</p>

2、;<p>　　第二章 水文分析計算3</p><p>　　2.1設(shè)計年徑流分析計算3</p><p>　　2.2分析計算過程及成果5</p><p>　　2.3設(shè)計洪水分析10</p><p>　　第三章 電站分析15</p><p>　　3.1 尾水?dāng)嗝嫠涣髁筷P(guān)系15</p>

3、<p>　　3.2 電站水能分析計算16</p><p>　　3.3 電站動能指標(biāo)與電能參變數(shù)分析18</p><p><b>　　附表19</b></p><p><b>　　第二章附表19</b></p><p><b>　　第三章附表22</b>

4、;</p><p><b>　　參考文獻24</b></p><p>　　第一章 流域基本情況和資料</p><p><b>　　1.1流域概況</b></p><p>　　顏家河水電站位于寶雞市顏家河鄉(xiāng)，是渭河干流陜西境內(nèi)最上游的水資源開發(fā)工程，壩址控制流域面積29348 km2。電站站址控制流

5、域面積29950 km2。</p><p>　　渭河發(fā)源于甘肅渭源縣烏鼠山，流經(jīng)甘肅、寧夏、陜西三省26個縣（市），全長818km，總流域面積6.24萬km2。渭河由寶雞風(fēng)閣嶺流入陜西境內(nèi)，于陜西潼關(guān)港口東匯入黃河，陜西境內(nèi)河長502km，流域面積3.32萬km2，分別占渭河全長和總流域面積的61.4%和53.2%，是關(guān)中地區(qū)的主要地表水資源。</p><p>　　顏家河水電站以上渭河橫跨

6、甘肅、寧夏、陜西三?。▍^(qū)）的天水、定西、平?jīng)?、武都、固原、寶雞六個地區(qū)共二十個縣（市）。其中甘肅省有渭源、隴西、武山、甘谷、通渭、天水市、天水縣共十六個縣（市），總流域面積25708km2，占林家村以上總流域面積87.59%；寧夏省有西吉、固原、隆德三縣，流域面積3250km2，占總面積11.07%；陜西省有寶雞縣幾個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，流域面積390km2，占總面積1.3%。該電站以上渭河全長389km，平均比降3.1‰。</p>&

7、lt;p><b>　　1.2水文資料</b></p><p>　　渭河林家村站于1934年1月設(shè)立，原名稱太寅站，1959年7月改名為林家村站。測站變動情況為1945年1月太寅站基本斷面上遷100m，同年11月又上遷l00m，到1948年又上遷100m，直到1965年元月下遷300m至今。因控制流域面積受基本斷面變遷影響不大，故水文資料均可合并統(tǒng)計。至今有不連續(xù)68年徑流、洪水、泥沙資

8、料(1934～2001年)。（水文站的控制流域面積為30661 km2）</p><p>　　該站上游干流有南河川水文站，位于甘肅省天水縣南河川鄉(xiāng)劉家莊，于1944年設(shè)立，控制渭河流域面積23385km2，至今不連續(xù)的59年徑流、泥沙系列。下游有省水文總站設(shè)立的魏家堡、黃委會設(shè)立的咸陽水文站，它們分別設(shè)于1937年、1931年。魏家堡站僅有1946年以后的徑流泥沙整編成果。咸陽站控制流域面積37006km2，有1

9、934～2001年不連續(xù)的68年徑流泥沙系列。</p><p>　　由于顏家河水電站無實測資料，根據(jù)上述情況，本次水文分析擬以林家村水文測站為參證站，對顏家河水電站進行水文分析。</p><p>　　林家村水文站歷年逐月徑流量資料如表5，歷年最大洪峰流量如表6。另調(diào)查到1933年林家村站發(fā)生了一次大洪水，洪峰流量為6890 m3/s。相鄰各站歷次年最大洪峰流量分析計算成果如表7。</

10、p><p><b>　　1.3電站基本情況</b></p><p>　　顏家河水電站是一個低壩引水式的發(fā)電站，壩址設(shè)計洪水標(biāo)準為30年一遇，校核標(biāo)準為300年一遇；站址設(shè)計洪水標(biāo)準為20年一遇，校核標(biāo)準為100年一遇。電站設(shè)計保證率為75%。攔河壩至壓力前池之間用無壓引水隧洞輸水。攔河壩壩頂高程為742.00m，無壓引水隧洞在引取設(shè)計流量情況下的水頭損失0.65m。壓力前

11、池電站至尾水?dāng)嗝婧拥赖乃^損失為0.57m。初選的水輪機效率為0.94；發(fā)電機效率為0.92。實測站址處的橫斷面如圖1，該河段的縱比降I=3.407‰，糙率n取0.036。</p><p>　　第二章 水文分析計算</p><p>　　2.1設(shè)計年徑流分析計算</p><p><b>　　2.1.1三性審查</b></p><

12、;p>　　水文資料是水文分析計算的依據(jù)，它直接影響工程設(shè)計的精度，當(dāng)要使用參政站的徑流資料時，更需要對徑流資料進行慎重地審查。這里所謂審查就是鑒定實測年徑流系列的可靠性，一致性和代表性。</p><p>　　林家村水文站具有1941-2001年（30年以上）的實測資料，屬于長系列資料，故應(yīng)對資料進行可靠性、一致性、代表性進行審查，若合理則可應(yīng)用于顏家河水電站的水文計算。</p><p&g

13、t;　　2.1.1.1可靠性</p><p>　　徑流資料是通過采集和處理取得的。由于林家村水文站的水文資料的測驗、采集及處理均符合有關(guān)規(guī)范，資料精度較高，系列較長，系列完整，水文資料來自水文站故質(zhì)量較好，其整體具有較高可靠性。</p><p>　　2.1.1.2 一致性</p><p>　　應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計法的前提是要求統(tǒng)計系列具有一致性。一致性是建立在氣候條件和下墊

14、面條件的穩(wěn)定性上的。當(dāng)氣候條件或下墊面條件有顯著的變化時，資料的一致性就遭到破壞。經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，林家村水文站從建立到2001年期間，人類活動影響很小，故其下墊面條件可以認為沒有改變，另外氣候條件的變化可以認為是極其緩慢的。根據(jù)林家村實測徑流資料可以繪制其徑流量單累積曲線，如圖2-1所示的林家村水文站流量單累計曲線</p><p>　　由圖可看出該資料的流量累計點線性相關(guān)性良好，說明該站流域的氣候條件及流下墊面條件基

15、本穩(wěn)定，所以流量資料具有良好的一致性可以滿足要求。</p><p>　　2.1.1.3 代表性</p><p>　　應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計法進行水文計算時，計算成果的精度取決于樣本對總體的代表性，代表性高，抽樣誤差越小。因此，資料代表性的審查對衡量頻率計算成果的精度具有重要意義。</p><p>　　由數(shù)理統(tǒng)計原理可知，樣本越大，其與總體的接近程度也越大。林家村本水文站資料具

16、有61年連續(xù)徑流資料，屬于長系列。采用滑動平均值曲線和年徑流量差積曲線來評價其代表性。如圖2-2,2-3。</p><p>　　從滑動平均值曲線可以看出最后趨于穩(wěn)定。從順序差積曲線圖中可以看出，曲線有明顯的上升、下降及相對平緩階段，說明資料中有豐水年，枯水年，平水年。因此，資料代表性良好。</p><p>　　綜上可知，徑流系列資料“三性”審查合格，故可用于水文分析計算。</p>

17、;<p>　　2. 2分析計算過程及成果</p><p>　　包括：年徑流頻率曲線、年徑流統(tǒng)計參數(shù)、不同頻率（25％，50％，75％）年徑流量及其年內(nèi)分配過程、日平均流量～頻率（歷時）曲線。</p><p>　　2. 2.1計算年徑流頻率曲線</p><p>　　根據(jù)水文站所給年平均流量資料，選取皮爾遜Ⅲ型線型進行年徑流頻率曲線分析計算，計算過程見表2

18、-1。</p><p>　　表2-1 林家村水文站頻率分析計算表</p><p>　　頻率曲線結(jié)果如圖2-4：</p><p>　　將計算得出和最終配線結(jié)果所得出的Q均值，Cv，Cs/Cv值及由頻率曲線求出的不同頻率的年徑流量QP記錄于表2-2</p><p>　　表2-2 林家村水文站頻率分析成果表</p><p&g

19、t;　　2. 2.2不同頻率年徑流的其年內(nèi)分配過程計算</p><p>　　已知25%、50%、75%頻率下的設(shè)計流量QP后，根據(jù)所給三個代表年（枯水年、平水年、豐水年）流量資料，算出三個代表年各自的倍比 K年=Q年，p/Q年，代，從而可以得出設(shè)計年水文站站址處年徑流量的分配情況。最后將站址的成果用公式 </p><p>　　由于壩址，

20、站址面積相差不到5%，故可將壩址的流量年內(nèi)分配結(jié)果運用于站址。</p><p>　　如表2-3、2-4、2-5：</p><p>　　表2-3 林家村水文站同倍比法 P=25% 設(shè)計豐水年年徑流量的年內(nèi)分配 單位：m3/s</p><p>　　表2-4 林家村水文站同倍比法 P=50% 設(shè)計豐水年年徑流量的年內(nèi)分配 單位：m3/s</p>

21、<p>　　表2-5 林家村水文站同倍比法 P=75% 設(shè)計豐水年年徑流量的年內(nèi)分配 單位：m3/s</p><p>　　依據(jù)水文比擬法，考慮到壩址，站址面積相差不到5%，故可將壩址的頻率分析成果表運用于站址。如表2-6</p><p>　　表2-6 林家村水電站頻率分析成果表</p><p>　　2.2.3計算日流量～頻率歷時曲線</p&g

22、t;<p>　　根據(jù)典型年日流量資料，按一定流量區(qū)間分組后計算各區(qū)間內(nèi)平均流量，統(tǒng)計出現(xiàn)次數(shù)后計算累計頻率，計算結(jié)果如下表2-7。</p><p>　　表2-7 林家村水文站日流量頻率歷史表格</p><p>　　由表中數(shù)據(jù)，作出日流量～頻率歷時曲線如圖2-5</p><p><b>　　2.3設(shè)計洪水分析</b></p&g

23、t;<p><b>　　2.3.1三性審查</b></p><p>　　2.3.1.1可靠性</p><p>　　林家村水文站有1941～2000年共60年實測洪水資料，資料精度較高，來源可靠，完整性較好，系列較長，系列完整，故資料具有較高的可靠性。</p><p>　　2.3.1.2一致性</p><p>

24、;　　應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計的前提是要求統(tǒng)計系列具有一致性，即要求組成系列的每個資料具有一致成因。不同成因的資料不得作為一個統(tǒng)計系列。</p><p>　　將資料按年份整理并且逐年累計得到逐年累計洪峰流量，即可作出洪峰流量累積曲線(如圖2-6)進行一致性審查。</p><p>　　由流量資料作出洪峰流量的單累積曲線,由圖知點與直線擬合較好，符合線性規(guī)律，且實測期內(nèi)下墊面條件和自然條件可認為不變，故認

25、為其一致性較好。</p><p>　　2.3.1.3代表性</p><p>　　由數(shù)理統(tǒng)計原理可知，樣本越大，其與總體的接近程度也越大。本水文站資料具有60年連續(xù)洪峰資料。采用洪峰流量差積分過程線來評價其代表性，繪制林家村水文站洪峰流量滑動平均曲線和洪峰流量差積曲線。如圖2-7,2-8</p><p>　　從滑動累積曲線中可以看出曲線最后趨于穩(wěn)定值，從差積曲線圖中可

26、以看出，曲線有明顯的上升、下降及相對平緩階段。說明每年的洪峰有大有小，資料代表性較好。</p><p>　　綜上可知，徑流系列資料“三性”審查合格，故可用于水文分析計算。</p><p>　　2.3.2洪峰流量頻率曲線計算及圖</p><p>　　將（1933-2000年）68年不連序洪水流量資料進行經(jīng)驗頻率分析計算，首先用矩法估計的方法得出計算過程如下:</

27、p><p><b>　　1.計算經(jīng)驗頻率</b></p><p>　　將實測系列與特大值系列共同組成一個不連序系列，作為代表總體的一個樣本，不連序系列各項可在歷史調(diào)查期N年內(nèi)同一排位。</p><p>　　在歷時調(diào)查期N年中有特大洪水a(chǎn)=3項，其中有l(wèi)項發(fā)生在n年實測系列之內(nèi)；N年中的a項特大洪水的經(jīng)驗頻率用下式計算。</p><

28、;p>　　式中 PM——特大洪水第M序號的經(jīng)驗頻率；</p><p>　　M——特大洪水由大至小排列的序號；</p><p>　　N——自最遠的調(diào)查考證年份迄今的年數(shù)。</p><p>　　實測系列中其余的（n-l）項，則均勻分布在1-PMa 頻率范圍內(nèi)，PMa 為特大洪水第末項Ma的經(jīng)驗頻率。實測系列第m項的經(jīng)驗頻率計算公式為：</p>&l

29、t;p>　　式中 Pm——實測系列第m項的經(jīng)驗頻率；</p><p>　　m ——實測系列由大至小排列的序號；</p><p>　　n —— 實測系列年數(shù)。；</p><p>　　其中a=3,N=68,n=60,l=2</p><p>　　2.用矩法計算統(tǒng)計參數(shù)。</p><p>　　（1）計算洪峰流量

30、的均值 </p><p><b>　　(1)</b></p><p>　?。?）計算變差系數(shù)Cv：</p><p><b>　　(2)</b></p><p>　　計算過程如下表2-8：（具體見附表）</p><p>　　得到洪峰流量頻率曲線見下圖2-9</p>

31、<p>　　計算結(jié)果如下見表9，表10</p><p>　　表9 林家村水文站洪峰流量分析成果表</p><p>　　站址的成果用公式運用在站址上</p><p>　　表10 林家村水電站洪峰流量分析成果表</p><p>　　2.3.3結(jié)果合理性分析</p><p>　　由結(jié)果林家村水電站洪峰流量分析

32、成果表（表10）和其臨近各水文站洪峰流量成果表（表11）比較可知，洪峰流量均值，Cv，Cs/Cv的值接近，所以成果合理。</p><p>　　表11 各水文站洪峰流量成果表</p><p><b>　　第三章 電站分析</b></p><p>　　3.1 尾水?dāng)嗝嫠涣髁筷P(guān)系</p><p>　　根據(jù)圖3-1顏家河水電

33、站尾水處河道橫斷面圖，用幾何方法計算出不同水位下的相對應(yīng)的水?dāng)嗝婷娣eA和濕周L，求出水力半徑R=A/X，再由曼寧公式:</p><p>　　V=(R2/3S1/2) 求的V，進而求得不同水位下的流量，計算過程如表3-1（后有具體附表）：</p><p>　　表3-1水位斷面分析計算</p><p>　　最后繪出尾水?dāng)嗝嫠弧髁筷P(guān)系曲線（如圖3-2）</p&g

34、t;<p>　　3.2電站水能分析計算</p><p>　　3.2.1日平均出力～頻率（歷時）曲線</p><p>　　根據(jù)以算出的顏家河水文站處3個代表年（枯水年、平水年、豐水年）的日平均流量頻率計算表數(shù)據(jù)和水位流量關(guān)系曲線，用內(nèi)差法計算不同流量下對應(yīng)的下游水位關(guān)系，計算結(jié)果如上表3-2。</p><p>　　計算過程如表3-2：(后有具體附表)&l

35、t;/p><p>　　表3-2 日平均流量-出力計算表</p><p>　　計算水電站出力的基本公式包含流量和水頭兩個主要因素。計算公式如下</p><p>　　出力計算： </p><p>　　N = 9.81ηQ電H凈</p><p>　　式中 Q電—發(fā)電日平均流量；</p>&

36、lt;p><b>　　η—水電站效率。</b></p><p>　　Ｈ凈—凈水頭，等于上下游位差扣除水頭損失；</p><p>　　最后繪制平均出力~頻率曲線如圖3-3</p><p>　　3.2.2出力～多年平均發(fā)電量關(guān)系曲線</p><p>　　多年平均年發(fā)電量是指水電站在多年工作時期內(nèi)，平均每年所能生產(chǎn)的電量

37、。出力差△N=Ni-Ni-1。保證歷時T為每年的小時數(shù)與時段的累積頻率之積。電</p><p>　　量差△E等于出力差與相應(yīng)的保證歷時的乘積。多年平均電量等于電量差從下向上依次的累加值，計算過程如表3-3</p><p>　　表3-3 出力-多年平均發(fā)電量計算表</p><p>　　繪制出出力～多年平均發(fā)電量關(guān)系曲線（如圖3-4）。</p><p

38、>　　3.2.3裝機～裝機年利用小時數(shù)關(guān)系曲線</p><p>　　計算裝機年利用小時數(shù)：h年=E/N，計算結(jié)果如表3-4</p><p>　　表3-4裝機～裝機年利用小時數(shù)關(guān)系曲線</p><p>　　繪制裝機～裝機年利用小時數(shù)關(guān)系曲線如圖3-5：</p><p>　　3.3電站動能指標(biāo)與電能參變數(shù)分析</p><

39、p>　　裝機容量是水電站的重要參數(shù)，它反應(yīng)水電站的規(guī)模。水力資源利用程度.電站效益及供電可靠性等。裝機容量的選擇，應(yīng)根據(jù)用電負荷要求，河流來水等條件經(jīng)濟合理的確定。</p><p>　　顏家河水電站是一個低壩引水式的發(fā)電站，電站設(shè)計保證率為75%，倍比系數(shù)C選為3。查圖3-3得該水電站的保證出力NP=3.67( 千kW)，年平均發(fā)電量E=31415.11(千kW*h)則其裝機容量N裝=CNP=3*3.67=

40、11.01(千kW)。</p><p>　　故選用三臺4000kW的機組，故最后確定水電站的裝機容量為N裝=4000×3＝1.2（萬kW）。</p><p>　　3.4結(jié)果合理性分析</p><p>　　因為此水電站為引水式無調(diào)節(jié)水電站，其裝機容量是工作容量的倍數(shù)，其倍數(shù)的取值范圍為1.5-4.5。當(dāng)其水量年內(nèi)分配不均勻時，C值選取較大，當(dāng)其水量年內(nèi)分配均

41、勻時，C值可取較小值。根據(jù)以上分析，故C值選稍大值。</p><p><b>　　附表</b></p><p><b>　　第二章附表</b></p><p>　　附表2-1 洪峰流量累計計算表</p><p><b>　　附表2-2</b></p><p&

42、gt;<b>　　第三章附表</b></p><p>　　附表3-1水位斷面分析計算</p><p>　　附表3-2 日平均流量-出力計算表</p><p>　　附表3-3 出力-多年平均發(fā)電量計算表</p><p>　　附表3-4裝機～裝機年利用小時數(shù)關(guān)系曲線</p><p><b>

43、　　參考文獻</b></p><p>　　中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準.水利工程水利計算規(guī)范 SL104-95. </p><p>　　中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準.小水電水能設(shè)計規(guī)程SL76－94</p><p>　　水利部水利水電規(guī)劃設(shè)計院，長江流域規(guī)劃辦公室.水利動能設(shè)計手冊.水利電力出版社.1988</p><p>　　葉守澤主編.水