引水式水電站課程設計--水電站水文水能計算分析

1、<p>　　課 程 設 計</p><p>　　設計名稱 顏家河水電站水文水能計算分析 </p><p>　　顏家河水電站水文水能計算分析</p><p><b>　　基本資料</b></p><p><b>　　1.1流域概況</b></p><p

2、>　　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。電站站址控制流域面積29950 km2。</p><p>　　渭河發(fā)源于甘肅渭源縣烏鼠山，流經甘肅、寧夏、陜西三省26個縣（市），全長818km，總流域面積6.24萬km2。渭河由寶雞風閣嶺流入陜西境內，于陜西潼關港口東匯入黃河，陜西境內河長502km，流域面積3.32萬km2，分別占渭河全長

3、和總流域面積的61.4%和53.2%，是關中地區(qū)的主要地表水資源。</p><p>　　顏家河水電站以上渭河橫跨甘肅、寧夏、陜西三省（區(qū)）的天水、定西、平涼、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、靜寧、漳縣、秦安、張川、清水、莊浪、岷縣、會寧、臨洮、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

4、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><p><b>　　1.2水文資料</b></p><p>　　渭河林家村站于1934年1月設立，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

5、，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。至今共有不連續(xù)68年徑流、洪水、泥沙資料(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年設立，控制渭河流域面積23385km2，至今不連續(xù)的59年

6、徑流、泥沙系列。下游有省水文總站設立的魏家堡、黃委會設立的咸陽水文站，它們分別設于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1934～2001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>　　

7、林家村水文站歷年逐月徑流量資料如附表1，歷年最大洪峰流量如附表2。另調查到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附表3。</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，壩址設計洪水標準為30年一遇，校核標準為300年一遇；站址設計洪水

8、標準為20年一遇，校核標準為100年一遇。電站設計保證率為75%。攔河壩至壓力前池之間采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計流量情況下的水頭損失0.65m。壓力前池電站至尾水斷面河道的水頭損失為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。徑流洪水資料見附表1,2,3。</p><p&g

9、t;<b>　　設計年經流分析計算</b></p><p>　　2.1徑流資料“三性”審查</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，故應對資料進行可靠性、一致性、代表性進行審查，若合理則可應用于顏家河水電站的水文計算。</p><p><b>　　資料可靠性審查</b&g

10、t;</p><p>　　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規(guī)范，資料精度較高，系列較長，系列完整，故資料具有較高的可靠性。</p><p><b>　　資料一致性審查</b></p><p>　　應用數(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。</

11、p><p>　　將資料按年份整理并且逐年累計得到逐年累計流量，即可作出流量累積曲線進行一致性審查。</p><p>　　由圖可看出該資料的流量累計點線性相關性良好，說明該站流域的氣候條件及流下墊面條件基本穩(wěn)定，所以流量資料具有良好的一致性可以滿足要求。</p><p><b>　　資料代表性審查</b></p><p>　　

12、利用時間跟按時間次序排列的流量Ki-1值由上到下和由下到上的累積值做曲線進行代表性審查。</p><p>　　觀察上圖可知該系列資料代表性良好。</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><p>　　2.2設計年徑流頻率分析計算</p><p>　　年徑流頻率曲線、年徑流頻率計算成果、不同頻率

13、年徑流的其年內分配過程、日流量～頻率歷時曲線。</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（附表4）。頻率曲線結果如下：</p><p>　　將計算得出和最終配線結果所得出的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1</p><p>　　表1 顏家河水電站年徑流頻率

14、計算成果表</p><p>　　2.3不同頻率年徑流量及其年內分配過程</p><p>　　已知25%、50%、75%頻率下的設計流量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&g

15、t;<p>　　折算后移用到壩址，即可得到壩址的流量年內分配結果如（表2）</p><p>　　表2 顏家河水電站部分頻率年徑流量的年內分配</p><p>　　2.4計算日流量～頻率歷時曲線</p><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)間內平均流量，統(tǒng)計出現(xiàn)次數(shù)后計算累計頻率，計算結果如下表。</p><

16、;p>　　由表中數(shù)據(jù)，作出日流量～頻率歷時曲線如圖</p><p><b>　　設計洪水分析</b></p><p>　　3.1設計洪峰流量頻率分析計算</p><p>　　將（1933-2000年）68年不連序洪水流量資料進行經驗頻率分析計算，首先用矩法估計的方法得出計算過程如下:</p><p><b&g

17、t;　　1.計算經驗頻率</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查期N年內同一排位。</p><p>　　在歷時調查期N年中有特大洪水a=3項，其中有l(wèi)項發(fā)生在n年實測系列之內；N年中的a項特大洪水的經驗頻率用下式計算。</p><p><b>　?。?-1）&

18、lt;/b></p><p>　　式中 PM——特大洪水第M序號的經驗頻率；</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，PMa 為特大洪水第末項Ma的經驗頻率。實測系列第m項的

19、經驗頻率計算公式為：</p><p><b>　?。?-2）</b></p><p>　　式中 Pm——實測系列第m項的經驗頻率；</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

20、,l=2</p><p>　　2.用矩法計算統(tǒng)計參數(shù)。</p><p>　?。?）計算洪峰流量的均值：</p><p><b>　　（3-3）</b></p><p>　?。?）計算變差系數(shù)Cv：</p><p><b>　?。?-4）</b></p><

21、p>　　計算結果（如附表6），得到洪峰流量頻率曲線見下圖</p><p>　　3.2計算不同頻率下的洪峰流量</p><p>　　將據(jù)法估算算得出的、、Cs/Cv初始值和最終配線結果所得出的、、Cs/Cv值及由頻率曲線求出的不同頻率下的年徑流量QP記錄于表3。</p><p>　　表3 ***(工程名稱)洪峰流量分析成果表</p><p

22、><b>　　水位流量關系曲線</b></p><p>　　根據(jù)圖1顏家河水電站尾水處河道橫斷面圖，</p><p>　　用幾何方法計算出不同水位下的相對應的水斷面面積A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，計算過程如附表3-1，最后繪出尾水斷面水

23、位～流量關系曲線。</p><p><b>　　水電站水能分析計算</b></p><p>　　5.1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)和水位流量關系曲線，用內插法計算不同流量下對應的下游水位關系，計算結果如附表7，最后繪制平均出力~頻率曲線

24、，計算過程如附表8。</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 （5-1）</p><p>　　式中 　 Q電—發(fā)電日平均流

25、量；</p><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>　　上游水位742m，水頭損失1.22m，上下游水位差</p><p><b>　　出力曲線關系如圖。</b></p><p>　　5.

26、2出力～多年平均發(fā)電量關系曲線</p><p>　　多年平均年發(fā)電量是指水電站在多年工作時期內，平均每年所能生產的電量。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，計算過程如附表9，最后繪制出出力～多年平均發(fā)電量關系曲線。</p><

27、;p>　　三、 5.3裝機～裝機年利用小時數(shù)關系曲線</p><p>　　計算裝機年利用小時數(shù)：h年=E/N，計算結果如附表10</p><p>　　繪制裝機～裝機年利用小時數(shù)關系曲線如圖：</p><p><b>　　水電站裝機容量確定</b></p><p>　　裝機容量是水電站的重要參數(shù)，它反應水電站的規(guī)模

28、。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，應根據(jù)用電負荷要求，河流來水等條件經濟合理的確定。</p><p>　　顏家河水電站是一個低壩引水式的發(fā)電站，電站設計保證率為75%，倍比系數(shù)C選為3。查出力～多年平均發(fā)電量關系曲線圖得該水電站的保證出力NP=3.96( 千kw)，年平均發(fā)電量E=32531.8(千kw*h)則其裝機容量N裝=CNP=3*3.96=11.88(千kw)。</p>

29、;<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><b>　　總結</b></p><p>　　雖然我沒有選修水利水能規(guī)劃這門課程，但在老師和同學的幫助下我還是努力完成了自己的設計。掌握了處理水文數(shù)據(jù)的方法。對自己的學科有了更深的了解。收獲很大。</p>

30、<p><b>　　附表</b></p><p>　　附表1林家村水文站實測歷年逐月平均流量表 </p><p><b>　　續(xù)表1</b></p><p>　　附表2 林家村水文站實測歷年最大洪峰流量表</p><p>　　附表3 各水文站洪峰流量成果表</p><

31、;p>　　附表4 年徑流頻率計算表</p><p>　　附表5 洪峰流量累計計算表</p><p><b>　　附表6</b></p><p>　　附表7水位斷面分析計算</p><p>　　附表8 日平均流量-出力計算表</p><p>　　附表9 出力-多年平均發(fā)電量計算表</p&

32、gt;<p>　　附表10裝機～裝機年利用小時數(shù)關系曲線</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]水利水電工程水文計算規(guī)范SL278-2002；</p><p>　　[2]小型水力發(fā)電站水文計算規(guī)范SL77-94；</p><p>　　[3]水利水電工程設計洪水計算規(guī)范SL4

33、4-93；</p><p>　　[4]小水電水能設計規(guī)程SL76－94；小水電水能設計簡明手冊；</p><p>　　[5]中華人民共和國行業(yè)標準.水利工程水利計算規(guī)范 SL104-95； </p><p>　　[6]中華人民共和國行業(yè)標準.小水電水能設計規(guī)程SL76－94；</p><p>　　[7]水利部水利水電規(guī)劃設計院，長江流域規(guī)劃辦