水利水能规划 第一章 水资源的综合利用

第一章水资源的综合利用1.1概述1.2水力发电1.3防洪与治涝1.4灌溉1.6水利水能规划的主要内容1.7各水利部门间的矛盾及其协调1第一章水资源的综合利用(multipurposeutilization)兴水利水力发电灌溉航运给水等除水害防洪治涝“一水多用，一库多用”第一节概述一、水资源综合利用的重要性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。概念21.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。二、主要用水部门的用水特点三、综合利用水资源——重要原则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。3河段的潜在水能势能(potentialenergy)动能(kineticenergy)水能设T秒时段内流过两段面的水量为Wm3)2(2222112121211gVVPPZZWEEE2aaγ-+-+-=-=γ—断面2-2处水流的总能量为:E2=)2(22222gVPZWaγγ++断面1-1处水流的总能量为:)2(21111gVPZWaγγ++E1=一、水力发电的基本原理第二节水力发电（hydroelectricitygeneration）V1V21122ΔZ1ΔZ2P1P24Z1-Z2=H1-2-γ21PP00功率出力(output)NTEN2121--=TWH21-=g=γQH1-2(牛顿·米/秒)1千瓦=1000牛顿·米/秒，γ=1000×9.81N/m3N1-2=9.81QH1-2（千瓦）——水流出力计算公式2222211gVVaa-E1-2=γ·W·H1-2（牛顿·米）＝γ·Q·t·H1-2=9807Q·t·H1-2V1V21122ΔZ1ΔZ2P1P2河段的潜在水能H1-251.水量损失2.水头损失H净=Z上－Z下－ΔH引3.功率损失水电站效率η=η水×η传×η电水电站的出力公式为：N=9.81ηQ电H净（kw）ΔHAAQΔH引ΔZ下H净ΔZ上Bη水——水轮机的效率η传——传动设备的效率η电——发电机的效率N=9.81ηQH（kw）6令A=9.81η水电站出力计算公式可表示为：8.5，大型水电站（装机N＞25万千瓦）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）AA——出力系数N=AQ电H净（千瓦）水电站的出力公式为：N=9.81ηQ电H净（kw）7水电站能量转换原理8二、河川水能资源蕴藏量的估算和我国水能资源概况估算要点：（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。（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。水流出力公式为：N=9.81QH1-2（kw）表明：落差和流量是决定水能资源蕴藏量的两项要素。9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H(m)间距L(m)断面处流量Qi(m3/s)河段平均流量Q0(m3/s)河段水流出力N0(kW)单位长度水流出力N0/L（kW/km)水流出力累积值∑N0(kW)1350352710263912934196010008.018.523.029.540.0275050002250765015300211471181281532750775010000176503295023151632882142782552523462134610全国各地区水能资源蕴藏量及可能开发量统计表地区理论蕴藏量（万kW）占全国比重（%）可能开发量（万kW）占全国比重（%）备注西南西北中南东北华东华北473318418640812133005123070.012.59.51.84.41.823234419467441199179069267.89.915.52.03.61.2按发电量计算占全国比重全国总计67605100.037853100.0缺台湾省资料11三、河川水能资源的开发方式（一）坝式(damhydropowerstation)蓄水式径流式——形成水库来集中水能，水电站能进行径流调节。——不形成水库供径流调节，水电站只能引取天然流量发电。2.坝式水电站的分类：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。坝后式河床式——厂房布置在坝的后面——厂房成为挡水建筑物一部分12有回水湖北丹江口、浙江新安江水电站属于坝后式13万家寨坝后式水电站坝后厂房湖北葛洲坝、浙江富春江水电站属于河床式河床式电站153.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：适于流量大，坡降缓，且有筑坝建库条件的河段。16（二）引水式(diversionhydropowerstation)无压引水式水电站:沿岸修建坡度平缓的明渠来集中落差。有压引水式水电站:有压隧洞或管道集中落差。1.概念：沿河修建引水道，以使原河段的落差集中到引水道末厂房处，从而获得水电站的水头，所引取的平均流量为河段首处的平均流量。2.分类：云南以礼河、金沙江梯级电站属于该类型。17无压引水式水电站及其主要建筑物有压引水式水电站•引水建筑物是有压的：压力隧洞•主要建筑物：低坝，有压隧洞，调压室，压力水管，厂房，尾水渠。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。1—原河道；水头HΔZ上ΔZ下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。123456720（三）混合式水电站(mixedhydropowerstation)2.开发条件：当河段上游坡降较缓且有筑坝建库条件，下游坡降陡且有条件集中较大落差时，采用混合式开发较经济。1.概念：在一个河段上，用坝集中一部分落差，再通过有压引水道集中坝后河段的另一部分落差。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。21（四）抽水蓄能电站22（五）潮汐水电站（利用潮汐所形成的水位差发电的电站）23潮汐发电示意图24四、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。251、什么是水资源综合利用？2、按各部门对水的用途不同可将用水部门分为哪几类？各有什么特点？3、坝式开发的概念、分类、特点及适应条件？4、引水式开发的概念、分类、特点及适应条件？5、简述分洪、滞洪和蓄洪的概念。6、水能计算的任务和所需资料？思考题26