水利水能规划第一章水资源的综合利用

水利水能规划第一章水资源的综合利
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用
3rew
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2020/11/22
水利水能规划第一章水资源的综合利 用
用最少的投入来充分合理的开发利用水资源，满足
国民经济各部门近期的和长远的需要，获得最大最好
的效益，除害与兴利，一库多利，一水多用，协调各
用水部门的矛盾。
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第二节 水 力 发 电
（hydroelectricity generation）
一、水力发电的基本原理
势能(potential energy)
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水电站能量转换原理
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二、河川水能资源蕴藏量的估算和我国水能资源概况
水流出力公式为：N=9.81Q H1-2（kw） 表明：落差和流量是决定水能资源蕴藏量的两项要素。
估算要点：
（1）因单位长度河段的落差和流量都是沿河变化的，因此实际 估算河流水能资源蕴藏量时，常沿河分段计算水流出力，然 后逐段累加以求全河总水流出力。
河段水 流出力
单位长度 水流出力
水流出力 累积值
H(m)
L(m)
Qi(m3/s)
Q0(m3/s)
N0(kW)
N0/L （kW/km)
∑N0(kW)
1 350
0
2 315 35 129 16 3 288 27 34 21
8.0 2750
21
18.5 5000
147
2750 7750
4 278 10 19
25
26 60
5 252
34
39 100
6 213
46
23.0 2250
118
29.5 7650
128
40.0 15300 153
10000 17650 32950
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用
全国各地区水能资源蕴藏量及可能开发量统计表
理论 占全国 可能 占全国 地 区 蕴藏量 比重 开发量 比重
河床式 ——厂房成为挡水建筑物一部分
蓄水式 ——形成水库来集中水能，水电 站能进行径流调节。
径流式 ——不形成水库供径流调节，水电
站只能引取天然流量发电。
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有回水
湖北丹江口、浙江新安江水电站属于坝后式
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万家寨坝后式水电站
坝后厂房
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河床式电站
湖北葛洲坝、浙江富春江水电站属于河床式
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3. 坝式开发的特点： ① 水头相对较小； ② 一般能形成蓄水库，电站引用流量大， 综合利用效益高；
③ 投资大，工期长，通常单位造价高，且 上游形成淹没区。
4. 坝式开发的适用条件：
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用
Δ Δ
A Z上 ΔHA ΔH引
1. 水量损失 2. 水头损失
H净=Z上－Z下－ΔH引
3. 功率损失
H净
Z下
Q
水电站效率η=η水×η传×η电
η水——水轮机的效率
B
η传——传动设备的效率 η电——发电机的效率
N=9.81ηQH （kw）
水电站的出力公式为：N=9.81ηQ电 H净（kw）
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动能(kinetic energy)
水能
设T 秒时段内流过两段面
的水量为W m3
1P1 Z1 V1
Δ Δ
2 P2 Z2
V2
断面1-1处水流的总能量为:
1 河段的潜2在水能
E1=γ
W
(Z1
+
P1 γ
+
a
1V12 2g
)
断面2-2处水流的总能量为:E2 =
γ
W
(Z2
+
P2 γ
+
a
2V22 2g
)
E1—2 =
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第一章 水资源的综合利用(multipurpose utilization)
第一节 概 述
概念
一、水资源综合利用的重要性
水力发电
兴水利
灌溉 航运
给水等
除水害 防洪 治涝
“一水多用，一库多用”
同一河流或同 一地区的水资源， 同时满足几个水利 部门的需要，并且 将除水害和兴水利 结合起来统筹解决 ，这种开发水资源 的方式，称水资源 的综合利用。
100.0
缺台湾省资 料
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三、河川水能资源的开发方式
（一）坝式(dam hydropower station)
1.概念：在天然河道中拦河筑坝，形成水库，以抬 高上游水位，集中河段落差，这种开发方式称为坝 式开发。
2. 坝式水电站的分类：
坝后式 ——厂房布置在坝的后面
明渠来集中落差。 有压引水式水电站:有压隧洞或管道集中
落差。
云南以礼河、金沙江梯级电站属于该类型。
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用
无压引水式水电站及其主要建筑物
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• 引水建筑物是有压的：压力隧洞
有压引水式水电站 • 主要建筑物：低坝，有压隧洞，调
压室，压力水管，厂房，尾水渠。
功率 出力(output) N
1 P1 Z1
V1
Δ Δ
2 P2 Z2 H1-2
V2
1 2
河段的潜在水能
N1-2=
E1-2 T
g
=
WH T
1-
2
=γQH1-2
(牛顿·米/秒)
1千瓦=1000牛顿·米/秒，
Nγ1=-21=090.801×Q9H.81-12N（/千m瓦3 ）——水流出力计算公式
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E1 - E2 = γ
W (Z1 - Z2 +
P1 γ
P2
+
a 1V12 - a 2V22
) 2g
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用
Z1-Z2 =H1-2
P1 - P2
γ 0
a 1V12 - a 2V22
2g
0
E1-2=γ·W·H1-2（牛顿·米）
＝γ·Q·t·H1-2=9807Q·t·H1-2
（2）在流量及河流纵比降有较大变化处，单独划分河段。
（3）计算中，流量取河段首尾断面流量的平均值。
（4）根据多年平均流量Q0计算所得的水流出力N0，称水能资源 蕴藏量。
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表1-1 某河水能资源蕴藏量计算示例
断面 序号
高程 Z(m)
落差 间距
断面处 流量
河段平 均流量
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二、主要用水部门的用水特点
1. 水力发电 —— 只利用水并不消耗水量。
2. 灌溉—— 消耗大量水量，用水年内变化大， 有季节性。
3. 航运—— 不耗水量，要求有一定的水深。
4. 给水—— 用水较均匀。 5. 防洪—— 要求水库蓄水，以调节径流。
三、综合利用水资源——重要原则
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四、水能计算的任务和所需资料
1.主要任务：确定电站效益与工程规模之间的关系， 具体体现在以下几个方面：
(1)确定水电站的功能指标; (2)确定水电站的主要参变量及参变量与功能指标之间的关 系； （3）对水电站的经济效益进行计算和分析。
2.水能计算所需的基本资料：
(1)水库的特性曲线; (2)水文资料； (3)综合利用资料。
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用
水电站的出力公式为：N=9.81ηQ电 H净（kw）
令A=9.81η A——出力系数 水电站出力计算公式可表示为：
N= A Q电 H净（千瓦） 8.5 ， 大型水电站（装机N＞25万千瓦） A 8.0~8.5 ， 中型水电站（N=2.5~25万千瓦） 6.0~8.0 ， 小型水电站（N＜2.5万千瓦）
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3. 引水式开发的特点： ①水头较高； ②电站引用流量小，水量利用率差，综合利用效益低； ③无水库淹没损失，工程量小，单价一般较低。
4. 引水式开发的适用条件：
河道坡降陡，流量较小或地形、地质条件不允许筑坝 的河段。
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Z上 5
Δ Δ
1—原河道； 2—明渠；
3—取水坝； 4—进水口； 5—前池； 6—压力水管； 7—水电站厂房。
我国四川狮子滩、福建古田溪、东北镜泊湖 等属于混合式开发方式。
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（四）抽水蓄能电站
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（五）潮汐水电站（利用潮汐所形成的水位差发电的电站）
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潮 汐 发 电 示 意 图
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（万kW） （%） （万kW） （%）
备注
西南 西北 中南 东北 华东 华北
全国 总计
47331 8418 6408 1213 3005 1230
67605
70.0 12.5 9.5 1.8 4.4 1.8
1199 1790 692