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[水利水能规划课程设计报告]《水利水能规划》
学生姓名:学 号:专业班级:指导教师:课程设计
年 月 日
目录
1.概述
一、工程特性表 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 3 二、流域自然地理状况(包括社会经济概况„„„„„„„„„„„„„ 5 三、工程概况 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 6
2.设计过程及设计成果
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)保证出力、保证电能计算
(2)装机容量选择与多年平均发电量计算
六、设计洪水位、校核洪水位确定 „„„„„„„„„„„„„„„„„ 3.报告总结 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„
7 10 15 15 18
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29 2
一、工 程 特 性 表
一、河流特性
二、水库特性
3
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三、电站特性
二.流域自然地理状况(包括社会经济概况)
自然地理状况:闽江流域形状呈扇形,支流与干流多直交成方格状水系,
水利水能规划课程设计报告
[智库|专题]。水量丰富,年径流量621亿立方米,水力蕴藏量632万瓩。 南平以下是重要的水运通道,马尾是福州的内河港。 闽江支流众多,水量丰富,多年平均径流量为1980立方米/秒,流域面积在中国主要河流中居第十二位,年平均径流量居全国第七位。流域面积比闽江大11倍多的黄河,水量只5
及闽江的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,最后在南平附近相会始称闽江,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的70%,水量占整个闽江水量的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的60%。可开发水力装机容量约468万千瓦。目前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: 闽江是我省最长的河流,闽江流域历史悠久,文化繁荣,经济发达,是我省重要的经济区之一。但是,闽江流域的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,影响流域改革开放的形象和流域经济的持续发展。闽江流域拥有全省一半的国土,三分之一的人口,五分之二的经济总量和大量的资源。闽江流域的经济和社会发展,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,占全省的66.5%。毛竹蓄积量5.9亿根,约占全省毛竹总积蓄量8.40亿根的3/4。主要矿产有煤、铁、石灰石、硫铁矿、重晶石及钨、铌、钽等有色、稀有金属。闽江水系可供发电的装机容量468万千瓦,已开发的有古田溪水电站、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。闽江上游及主要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的一座大型水电站,是国家“七五”重点建设项目,是以发电为主,兼有航运等综合效益的大型水利www.unjs.com水电工程。
闽江是福建省最长的河流,发源于闽赣交界的武夷山脉,上游有建溪﹑富屯溪和沙溪三大支流,于南平附近汇合后称为闽江。南平以下沿程纳尤溪﹑古田溪﹑梅溪﹑大樟溪等支流,最后流经福州马尾入海。干支流流经32个县市,流域面积60992km2,河长541km。 水口水电站位于闽清县上游14km处,坝址上游距南平市94km,下游距福州市84km。 2.水文与气象
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,具有1934 ~ 1977年实测年、月径流和洪
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水资料,并具有1900、1877、1750、1609年调查考证洪水资料。 3.地形与地质
① 地形 坝址两岸地形基本对称,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,砂卵石冲击层一般厚5~10m,最深达29m。库区为狭长河道型库区。
② 地质 坝址处基岩主要为黑云母花岗岩,岩性致密,坚硬,完整。由于后期岩浆活动,有少量岩脉侵入。岩脉主要为细晶花岗岩,花岗斑岩,辉绿岩等。所有岩脉与黑云母花岗岩接触紧密,胶接良好。坝址区在构造上属于相对稳定区,未发现较大的断层,仅有较小断裂及挤压破碎带,倾角陡。 4.枢纽布置及主要建筑物
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。溢洪道布置在河中,为坝顶溢洪道,共12孔,设弧形闸门,尺寸(宽×高)为:15×22m,消能方式为鼻坎挑流。两侧各设置一个泄水底孔,设弧形闸门,尺寸(宽×高)为:5×8m。发电厂房位于坝后河床,为坝后式地面厂房,主厂房尺寸(长×宽)304.2×34.5。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。引水建筑物采用埋藏式压力钢管,每台机组单独一条引水钢管。500T级三级船闸和500T垂直升船机布置靠右岸,船闸闸室尺寸(长×宽×水深)135×12×3m,升船机承船箱尺寸(长×宽×水深)124×12×2.5m。220千伏开关站和预留500千伏变电站布置在左岸发电厂房下游的山坡上。
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.设计过程及设计成果
1.设计年径流
根据实测年径流资料,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。设计保证率P=90%。 步骤:
对年平均流量系列和枯水期平均流量系列(10~3月)进行频率分析,求出符合设计保证率的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
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图(1)
枯水期平均流量分析可得
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:
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图(二)
设计中水年、丰水年(同倍比法):KQP中(丰)=QD
设计枯水年(同频率法):
枯水期: KQ
P
枯=枯QKQ枯P⨯T枯汛=
QP⨯12-
枯D
QD⨯12-Q枯D⨯T枯
汛期: 将缩放倍比分别乘以对应代表年的各月流量,即为设计代表年。
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=1.042 K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)=0.884 K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=1.002 K丰=1.002
中水年代表年平均 设计中水年 1730 1694.4
K中=QP/QD=1730*12/1694.4*12=1.021 K中=1.021
2、设计洪水
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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的洪水资料(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),求出洪水的统计参数: 及相应的CV 、CS 值 ,
Q,W三P,W七P
并推求符合设计洪水标准的设计值:mP 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PⅢ配线成果
Ⅰ 41600 .00270 均值: 17457.241
Ⅱ 34200 .00541 Cv: .302 Ⅲ 30200 .00811 Cv/Cs: 3.0 Ⅳ 30200 .01081
Ⅴ 29400 .01351
对洪峰流量分析
图(三)
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《枯水期三天洪量频率计算》计算成果
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》计算成果
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
利用竹岐水文站典型洪水过程推求典型洪水过程线
图(六)
利用竹岐典型洪水过程线,用同频率法推求设计洪水过程线,放大倍比:
KQm=
QmPW-W三日PW
K三日=三日P,K七-三日=七日P
QmD W三日DW七日D-W三日D
设计 校核
KQm=QMp/QMd=1.3810102721 KQm=QMp/QMd=1.6213026531
K三日=W三日P/W三日D=1.4035148773 K三日=W三日P/W三日D=1.6605185314K七-三日=W七日P-W三日P/W七日P-W三日D=1.9375211077K七-三日=W七日P-W三日P/W七日P-W三日D==2.2705167173
上述求出的是竹岐水文站的放大倍比,还需换算到坝址断面:
F坝= 52438km2
F竹= 54500km2 n= 0.5
(洪峰 : QmP坝=
F坝F竹
)QmP竹
n
F坝n
=()KQmQmD竹
F竹
洪量:
F坝=F竹=n=
W三日P坝
WTP坝=
F坝
WTP竹F竹
F坝F坝=W三日P竹=K三日W三日D竹
F竹F竹
W七-三日P坝=
F坝F
W七-三日P竹=坝K七-三日(W七日D竹-W三日D竹)F竹F竹
52438km2
设计
校核设计校核
54500km20.5
(坝址)设计 (坝址)校核
D=F坝/F竹=0.962 KQm=1.381*0.981=1.356 KQm=1.621*0.981=1.59C=(F坝/F竹)n=0.981 K三日=1.403*0.962=1.349 K三日=1.661*0.962=1.598 K七日-三日=1.938*0.9621.864 K七日-三日= 2.271*0.962=2.185W三日P坝=77.59492 亿m3/s QmP坝=C*KQmQmD竹=39829.9734 m3/s QmP坝=C*KQmQmD竹=46752 m3/s W三日P坝=91.80366 亿m3/s W七-三日P坝=55.18994 亿m3/s W七-三日P坝=64.67526 亿m3/s
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 m 4、死水位 Z死 选择(消落深度 h消 的选择) 死水位选择需考虑以下因素: ① 动能最优
h消1Z死1V兴1
h消2Z死2V兴2
h消nZ死nV兴n
β兴1
QH1N供1E供1
β兴2
QH2N供2E供2
β兴n
QHnN供nE供n
下流流量水位曲线
图(八)
水库面积容积特性曲线
图(九)
使用简算法:
求得E供~h消
H消=14m Z死1=65-14=51m
② 水轮机正常运行对消落深度的限制
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
③ 淤沙水位对取水口高程的限制 Z死≥Z淤沙+∆h1+D+∆h2
Δh1 :底槛厚度,取 0.5 ~ 1.0 m Δh2 :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):Qm=
Qm=ωV经济=
NyAHP
或
Qm=
π
4
D2V经济,D=
HP=0.9H
确定压力管径时,水口电站采用每台机单独一条引水管,故计算时应采用单机最
4Qm
,V经济=4~6m/sπV经济
Qm=
N预minAHmin Ny
AHP
大引用流量,
工作报告
《水利水能规划课程设计报告》(http://www.lp1901.com)。装机容量用装机年利用小时数估算:Ny=h装 = 3500h
Eh装
A
(η利W)H9.81
多年平均发电量用下式估算:E=0.00272ηW电H=0.00272
E=0.000272*η利*W电*H=5047866666.7Kw·h η利=0.75
Ny=E/h装=1442247.619Kw V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100年
V悬移=(ρ0W0m)/[(1-P)γ] V推移=β V悬移
ρ0 ------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,与库容大小有关,水库越大,下泄沙量越少。 P -----悬移质泥沙孔隙率,一般为0.3~0.4 γ -----悬移质泥沙干容重,2600~2700 kg/m3
β -----推移质和悬移质泥沙沉积量的比值,一 般平原地区为0.01~0.05,丘陵
地区为 0.05~0.15,山区 0.15~0.30
ρ0=0.143kg/m3 W0=545亿m3 γ=2600kg/m3 m=0.5 β=0.2 V悬移= 0.02498 亿m3 V推移= 0.00500 亿m3
V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=27m Δh2= 1.5 m Δh1=0.5 m
Z死3=27+11.44+1.5+0.5=40.44 m
Z死=Max(Z死1、Z死2、Z死3)=Max(51m、53.52m、40.44m)=53.52m 5、保证出力 NP 和保证电能 EP 计算 等出力调节(图解法),需考虑水量损失和水头损失。 水量损失: ∆W损月=∆W渗月+∆W蒸月 (各月取一样)
渗漏: ∆W渗月=1%V月≈1%V (按中等地质条件考虑) 蒸发:年蒸发水深 h蒸年=h水max-h陆 h水max=KE水max h陆=X-Y
V→F水
W蒸年=h蒸年⋅F水
∆W损月=∆W渗月+∆W蒸月→∆Q损月
∆W蒸月=W蒸年/12
Q净=Qe-∆Q损月
水头损失: ΔH损 = 0.04H毛 H净 = H毛 – ΔH损 = 0.96H毛
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=60m H毛=51.70m h净=49.633m Np=AQ净H
简算Np=24.91万Kw
等出力调节计算保证出力 NP (图解法):
先用简算法估算出 NP ,然后根据 NP 的大小在其上下假定 3 各方案, NP1=22万Kw NP2=23万Kw
NP3=24万Kw。
LW:tgα=∆t*1
① 取坐标系统及作水库工作曲线∆t=1个月
"LW:tgβ=
1
tgα2
H毛iHmin≤H毛i≤HmaxQNP1NP1
净i=
AH=
净iA⨯0.96H毛i
作固定出力线假定:Q净i→Z下i
Z上i=Z下i+H毛iZ上i→Wi
(由Z~V曲线)
由Q净i~Wi作固定出力线。
图(十一)
图(十二)
②
图(十三)
求得死水位与保证出力关系
图(十四)
死水位53.52m =532.3 m3/s·月 故保证出力为23.6万Kw
21
6、装机容量及多年平均发电量计算 ∑T供
W
e
+V兴
供水期:QH=
TQ净=QH-∆Q损月
供
T不供不蓄期Q净= QQ损月蓄
e –Δ
∑W
e
-V兴
蓄水期:QT=
TQ净=QT-∆Q损月
蓄
列表法:Ni=AQ净iH净i
然后将36个月出力Ni 从大到小排列,作出力历时曲线。
假定:N1
yj→Ej→h装j=
EjNE=
n(y+∑N)∆tΔt = 730h n = 3yj
N≥NyN ∑N 图(十六) 作 Ny~E~h装 关系图。 22 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,水口电站按承担峰荷确定。方法:试算法 ① 假定 N工,划分水电、火电和其它电站的工作范围 ② 求水电站供水期各月峰荷工作容量(峰荷出力) 23 () 图(十八) ④ 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:E供需=∑Et=30.4∑σt⋅E日t ⑤ 电量平衡确定最大工作容量 " ⑴ 如果 EP=E供需,则N工即为所求; " ⑵ 如果EP≠E供需,重新假设N工,返回②。 "N工1 " N工2 " N工3 " N工4 T供 T供 E供需1E供需2E供需3E供需4 一月、十一月、十二月 二月、三月、十月 图(十九) 解得 N工 E供需 150 100 70 50 1416.35 (100万Kw·h) 697.14 (100万Kw·h) 346.44 (100万Kw·h) 174.63 (100万Kw·h) 24 图(二十) Np=23.6万Kw Ep=Np*T供=1034(100万Kw·h) 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,调节性能较好的水电站承担; N事故系 = 10% N系” ,但不得小于系统中最大的单机容量(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) 重复容量 N重复 重复容量用重复容量经济利用小时数 h经济 确定: 经验确定: 蓄水式: 2000 ~ 3000 h 径流式: 3000 ~ 4000 h 在出力持续曲线上,由 h经济 在 N必 之上确定 N重复 。 25 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Ny~E~h装关系曲线图(十七)可得 h3800h 装= 多年平均发电量 E=52.8 亿Kw·h 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 ε= 0.90,m=0.502 q=εm(2g)2H3/2 推求出Z~V Z~q 曲线 图(二十二) 26 求得设计洪水调洪过程 图(二十三) 图(二十四) 27 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 28 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.报告总结 经过一周多的水利水能规划课程设计,其中有顺利,也有曲折,返工自是不在话下,虽然返工很麻烦,但是不得不压迫自己继续下去,终于熬到了结束的是时刻,经过课程设计,对以前所学的工程水文学及水利水能规划都有了一个清晰的概念,大致了解了设计求解水电站基本参数所要经历的步骤,总算没有白费所发的时间。 29