《水利水能规划》
课程设计
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年月日
目录1.概述
一、工程特性表……………………………………………………………
二、流域自然地理状况（包括社会经济概况…………………………………
三、工程概况………………………………………………………………
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………………………………………………………………水位、校核洪水位确3 5 6
7 10 15 15 18
26 29
一、工程特性表
一、河流特性
序号项目单位数量备注
1 坝址以上流域面积km
2 52438
2 主河道长度km 541
3 主河道比降?0.58
4 多年平均气温o C 19.6
5 多年平均降水量mm 1758
6 多年平均流量m3/s 1728
7 多年平均径流量亿m3545
8 多年平均径流深mm 1039
9 C V0.24
10 C S0.48
11 枯水期平均流量m3/s 870.5
12 C V0.29
13 C S0.58
14 实测最大流量m3/s 30200
15 实测最小流量m3/s 117
16 年最大洪峰流量均值m3/s 17457.24
17 C V0.302
18 C S0.906
19 年最大三天洪量均值亿m333.17
20 C V0.32
21 C S0.96
22 年最大七天洪量均值亿m358.15
23 C V0.31
24 C S0.93
25 设计洪峰流量m3/s 39830
26 校核洪峰流量m3/s 46752
27 设计三天洪量亿m377.595
28 校核七天洪量亿m3156.479
二、水库特性
序号项目单位数量备注
1 正常蓄水位m 65
2 死水位m 53.52
3 淤沙水位m 27
4 汛期限制水位m 61
5 设计洪水位m 65.1
6 校核洪水位m 67.46
7 堰顶高程m 43
8 坝顶高程m 70
9 总库容亿m325.977
10 兴利库容亿m39.38
11 死库容亿m314
12 库容系数% 1.72
13 水库调节性能差
14 拦河坝坝型混凝土重力
坝
15 最大坝高m 100
16 坝顶长度m 783
17 溢洪道型式坝顶溢洪道
18 溢洪道孔数12
19 闸门尺寸（宽×高）、形式m 15*22
20 消能方式m 鼻坎挑流
21 泄水底孔孔数 2
22 闸门尺寸（宽×高）、形式m 5*8
23 最大下泄流量m3/s 37393 设计
24 最大下泄流量m3/s 43569 校核
三、电站特性
序号项目单位数量备注
1 装机容量万kW 140
2 机组台数7
3 单机容量（水轮机）万kW 20
4 多年平均发电量万kW-h 52.8
5 装机年利用小时数h 3800
6 保证出力万kW 23.6
7 水轮机型式型号ZZ-LJ-800
8 发电机型式型号Sf200-56/119
50
9 第一台机组发电日期1993.6.30
10 七台机组全部发电日期1995.5.31
11 最大水头m 57.4
12 最小水头m 46.825
13 平均水头m 15.99
14 设计水头m 51.1
15 设计流量m3/s 3598
16 引水建筑物型式埋藏式压力
管道
17 引水管数量7
18 钢管内径m 11.44
19 厂房型式坝后式地面
厂房
20 水量利用系数% 0.75
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
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19.6O C，极端最高气温40.3O C，极端最低气温-5.0O C。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
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
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：
设计中水年、丰水年（同倍比法）：D
P Q Q K =中（丰）
设计枯水年（同频率法）：
枯水期： D
P
Q Q
K 枯枯枯=
枯
枯枯枯汛T Q Q T Q Q K D D P P ?-??-?=
1212
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*Q P -Q 枯P *T 枯/12*Q D -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=Q P /Q D =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=Q P /Q D =1730*12/1694.4*12=1.021 K 中=1.021 枯水、中水、丰水年缩放后如下
K 枯=1.042
枯水年 (*)K 讯=0.884 中水年 K 中=1.021 丰水年 K 丰=1.002 四 2060 *1821.04 2160 2205.36 3600 3607.2 五 2800 *2475.2 3150 3216.15 6720 6733.44 六 4090 *3615.56 4890 4992.69 6550 6563.1 七 1070 *945.88 3300 3369.3 1720 1723.44 八 1820 *1608.88 1460 1490.66 1280 1282.56 九 909 *803.556 994 1014.874 1210 1212.42 十 549 572.058 1100 1123.1 491 491.982 十一 458 477.236 1020 1041.42 402 402.804 十二 436 454.312 509 519.689 371 371.742 一 551 574.142 434 443.114 686 687.372 二 340 354.28 386 394.106 1330 1332.66 三
928 966.976
1290
1317.09
2960
2965.92
2、设计洪水
计算时段
均值
Cv
Cv/Cs P=10% P=50% P=90% 12个月 1728 0.24 2 2276.22 1694.94 1222.36 枯水期六个月 870.5 0.29 2
566.67
丰水年 中水年 枯水年
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C V 、C S 值 ，
并推求符合设计洪水标准的设计值：P
,,七三W W Q P 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P Ⅲ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）
《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
5000
1000015000200002500030000350000
24
48
72
96
120
144
168
典型洪水过程线
时间
流量
流量
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：
mD mP Q Q Q K m =
D
D P P
D P W W W W K W W
K 三日七日三日七日三日七三日三日三日--==-,
设计 校核
K Qm =Q Mp /Q Md = 1.3810102721 K Qm =Q Mp /Q Md = 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：
洪峰 ： 竹
竹
坝坝（mP n
mP Q F F Q )=
竹
竹
坝（mD Qm n
Q K F F )= F 坝= 52438km 2
F 竹= 54500km 2 n= 0.5
洪量： 竹竹
坝
坝TP TP W F F W =
竹
三日三日竹
坝竹三日竹坝坝
三日D P P W K F F W F F W ==
）（竹三日竹七日三日七竹
坝竹三日七竹坝坝三日七D D P P W W K F F
W F F W -==
---
F 坝=52438km 2
F 竹=54500km 2n=
0.5
（坝址）设计 （坝址）校核
D=F 坝/F 竹=0.962 K Qm =1.381*0.981=1.356 K Qm =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=2.185设计
W 三日P坝=77.59492 亿m 3/s Q mP坝=C*K Qm Q mD竹=39829.9734 m 3/s Q mP坝=C*K Qm Q mD竹=46752 m 3/s 校核W 三日P坝=91.80366 亿m 3/s 设计W 七-三日P坝=55.18994 亿m 3/s 校核
W 七-三日P坝=64.67526 亿m 3/s
经缩放后校核、设计洪水过程
05000
1000015000200002500030000350004000045000500000
24
48
72
96
120
144
168洪水过程线
时间
流量
校核洪水过程线
设计洪水过程线
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
n
n Hn H H n
n
n n E E E N N N Q Q Q V V V Z Z Z h h h 供供供供供供兴兴兴兴兴兴死死死消消消
2
1
21212
1
2
1
2121βββ
下流流量水位曲线
24681012141618200
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
5000
5500
6000
6500
7000
7500
8000
8500
9000
95001000010500
流量水位(m3/s)
300
4506859401240160018802300
3100
3900
4900
6000
7200
8500
9900
流量
水位
流量(m3/s)
图（八）
水库面积容积特性曲线
① 水电为主电网年调节：设计枯水年；多年调节：设计枯水系列
② 火电为主电网
年调节：设计中水年；多年调节：设计中水系列
判别调节类型
010203040506070
80020406080100120
5
10
15
20253035
水位面积（容积）特性曲线
6
10
1520
253035404550
55
60
65
70
0.050.340.821.52.43.54.96.729.15
11.7715.02
18.69
23.3828.66面积（容积）
水位面积特性曲线
水位容积特性曲线
图（九）
使用简算法：
序号 1 2 3 4 Z 蓄（m ） 65 65 65 65 h 消（m ） 5 10 15 20 Z 死（m ）= 60 55 50 45 V 兴（m3/s ）= 4.69 8.36
11.61 14.23 B 兴(%)=
0.86055045872 1.5339449541
2.1302752294 2.6110091743 Q H （m3/s ）= 511.7456654 558.26024081 599.45162231 632.65821293 Z 下（m ）
8.1313737562 8.2303409379 8.3179821751 8.3886344956 V 死+V 兴/2亿m 3 21.035 19.2 17.575 16.265 Z 上（m ） 62.5 60.6
58.5
56.3
N （Kw ）
236494.72492 248505.13707 255694.38196 257647.91047 E 供（KW·h） 345282298.38
544226250.19
559970696.5
564248923.93
求得E 供～h 消
5101520250
100000000
200000000
300000000
400000000
500000000
600000000
动能最优
5
10
15
20动能最优
图（十）
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）% H max 下游生态流量为300m/s 查表得下游最小水位为7.6m H max =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 21h D h Z Z ?++?+≥淤沙死
Δh 1 ：底槛厚度，取 0.5 ~ 1.0 m Δh 2 ：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）：min min AH N Q AH N Q m P
y m 预或
=
=
s m V V Q D V D V Q m
m /6~4,4,4
2==
=
=经济经济
经济经济ππ
ω H
H AH N Q P P
y
m 9.0==
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
大引用流量。
装机容量用装机年利用小时数估算：装
h E N y =
h 装 = 3500h
多年平均发电量用下式估算：H W A
H W E )(81.900272
.000272.0利电ηη==
E=0.000272*η利*W 电*H=5047866666.7Kw ·h η利=0.75
N y =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，m 3 V 年淤----多年平均年淤沙容积，m 3/a
V 悬移----多年平均悬移质泥沙淤积容积，m 3/a V 推移----多年平均推移质泥沙淤积容积，m 3/a T ----设计淤积年限为100年
V 悬移=（ρ0W 0m ）/[(1-P)γ] V 推移=β V 悬移
ρ0 ------多年平均悬移质含沙量，kg/m 3 ，由实测资 料确定； W 0 ----多年平均径流量，m 3
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/m 3
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/m 3 W 0=545亿m 3 γ=2600kg/m 3 m=0.5 β=0.2 V 悬移= 0.02498 亿m 3 V 推移= 0.00500 亿m 3
V 年於=V 推移 +V 悬移=0.02998 亿m 3
V 总於=100*V 年於=2.998 亿m 3 查水位库容曲线可得 Z 於=27m Δh 2= 1.5 m Δh 1=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 N P 和保证电能 E P 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： 蒸月渗月损月W W W ?+?=? （各月取一样）
渗漏： V V W %1%1≈=?月渗月 （按中等地质条件考虑） 蒸发：年蒸发水深 陆水蒸年h h h -=m ax max max 水水KE h = Y X h -=陆
12
/蒸年蒸月水
蒸年蒸年水
W W F h W F V =??=→
损月
净损月
蒸月渗月损月Q Q Q Q W W W e ?-=?→?+?=?
水头损失： ΔH 损 = 0.04H 毛 H 净 = H 毛 – ΔH 损 = 0.96H 毛
K 0.92 W 损月=W 渗月+W 蒸月 （m 3） 21725742.667 h 水Max （mm ） 1172.448 W 渗=1%V （m 3） 18690000 h 陆=X-Y （mm ） 718.78782562 Q 损月 （m 3/s ） 8.2670253679 年降雨量X （mm ） 1758 Y （mm ） 1039.21 h 年蒸 （mm ） 453.66 W 蒸年 （m 3） 36428912.00 W 蒸月 （m 3） 3035742.67
月份 Qe （m 3/s ） Q 净（m 3/s ） 月份 Qe （m 3/s ）
Q 净（m 3/s ） 四 1821.04 1812.773 十 572.058 563.791 五 2475.2 2466.933 十一 477.236 468.969 六 3615.56 3607.293 十二 454.312 446.045 七 945.88 937.613 一 574.142 565.875 八 1608.88 1600.613 二 354.28 346.013 九 803.556 795.289 三 966.976 958.709
取六个月为供水期
计算Q h =590m 3/s ·月 查得下游水位Z 下=8.298m Z 上=60m H 毛=51.70m h 净=49.633m N p =AQ 净H
简算N p =24.91万Kw
等出力调节计算保证出力 N P （图解法）：
先用简算法估算出 N P ，然后根据 N P 的大小在其上下假定 3 各方案， N P1=22万Kw N P2=23万Kw
N P3=24万Kw 。
① 取坐标系统及作水库工作曲线
αβαtg tg L t t tg L W W 2
1
:11
*:'=
=??=个月
② 作固定出力线假定：作固定出力线。
由曲线）
由净上毛下上下净毛净净毛毛i i i
i i i i i
i i
P i P i i i W Q V Z W Z H Z Z Z Q H A N AH N Q H H H H ~~(96.01
1max min →+=→?=
=
≤≤
24万Kw
图（十一）
23万Kw
图（十二）