沅水五強(qiáng)溪水庫(kù)水利計(jì)算畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、沅水五強(qiáng)溪水庫(kù)水利計(jì)算目 錄1 基本情況31.1 流域概況31.2 開(kāi)發(fā)任務(wù)31.3 設(shè)計(jì)任務(wù)41.4 設(shè)計(jì)前提41.5 設(shè)計(jì)內(nèi)容51.6 設(shè)計(jì)原始資料52 興利計(jì)算102.1 基本資料整理102.2 死水位的確定102.3 保證出力計(jì)算132.4 水電站必需容量選擇152.5 水電站調(diào)度圖繪制162.6 重復(fù)容量選擇與多年平均電能計(jì)算203 防洪計(jì)算243.1 水庫(kù)調(diào)洪計(jì)算243.2 壩頂高程的確定264 經(jīng)濟(jì)計(jì)算294.1 方案一工程費(fèi)用294.2 其它方案工程費(fèi)324.3 防洪效益394.4 經(jīng)濟(jì)比較40附表45附圖701 基本情況1.1 流域概況五強(qiáng)溪水電站位于湖南省沅陵縣境內(nèi)，上離沅

2、陵縣城73km，下距常德市130km。壩址控制流域面積83800km2，占沅水總流域面積的93%，流域雨量充沛，水量豐富，壩址多年平均流量2060m3/s，年水量649108m3，并有1925年以來(lái)的水文資料和核實(shí)的歷史洪水資料。壩址位于沅水干流最后一段峽谷出口處，巖性堅(jiān)硬，地形地質(zhì)條件良好。具備了修筑高壩的自然條件。在沅水規(guī)劃中，五強(qiáng)溪水電站為沅水干流最后第二個(gè)梯級(jí)，上游接虎皮溪及酉水的風(fēng)灘（已建成）梯級(jí)，是一個(gè)以發(fā)電為主，兼有防洪、航運(yùn)效益的綜合利用水庫(kù)，系湖南省最大的水電電源點(diǎn)。1.2 開(kāi)發(fā)任務(wù)五強(qiáng)溪水電站是以發(fā)電為主、兼有防洪、航運(yùn)和灌溉等效益的綜合利用工程。其開(kāi)發(fā)任務(wù)分述如下：1發(fā)電

3、五強(qiáng)溪水電站建成后投入華中電網(wǎng)，主要供電范圍為湖南省。2防洪沅水下游赤山以西的桃源、常德、漢壽三縣及常德市所屬平原河網(wǎng)地區(qū)，統(tǒng)稱(chēng)沅水尾閭。這個(gè)地區(qū)地勢(shì)低洼。全靠提防保護(hù)，共保護(hù)人口106萬(wàn)，農(nóng)水159萬(wàn)畝?，F(xiàn)有河道的泄洪能力20000m3/s，如遇1927、1931、1933、1935、1943、1949、1954、1969等年洪水重現(xiàn)，河道均不能完全承泄，防洪標(biāo)準(zhǔn)僅為5年一遇。五強(qiáng)溪水庫(kù)靠近沅水尾閭，控制全流域面積的93%，解決尾閭防洪問(wèn)題，是它的基本防洪任務(wù)。3航運(yùn)五強(qiáng)溪水電站的航運(yùn)效益為改善水庫(kù)區(qū)和壩下游河道的通航條件。沅水是湘西的水上交通動(dòng)脈，其干流全長(zhǎng)1550km，通航里程為640k

4、m，但航道險(xiǎn)灘很多。五強(qiáng)溪水庫(kù)修建以后，壩址以上，沅水以下河段成為常年深水區(qū)，其險(xiǎn)灘都將淹沒(méi)。下游航道，確定五強(qiáng)溪航運(yùn)基荷按10萬(wàn)kw相應(yīng)流量考慮，枯水流量加大，上、下游航道均可改善。4灌溉每年自5月下旬至9月下旬為灌溉季節(jié)，在該季節(jié)自水庫(kù)上游直接引走的灌溉流量平均為35m3/s。1.3 設(shè)計(jì)任務(wù)本次設(shè)計(jì)任務(wù)是對(duì)五強(qiáng)溪水電站的諸方案（即正常蓄水位）已給的情況下，進(jìn)行水庫(kù)的興利與防洪計(jì)算，確定各方案水利設(shè)備的參數(shù)，水庫(kù)的調(diào)節(jié)操作方式及計(jì)算水利指標(biāo)，并通過(guò)經(jīng)濟(jì)分析，比較方案之優(yōu)劣。1.4 設(shè)計(jì)前提1本水利樞紐是以發(fā)電、防洪為主要目標(biāo)的綜合利用水庫(kù)；2水電站參加系統(tǒng)工作，發(fā)電設(shè)計(jì)保證率p=87.5%

5、（按年份計(jì)）；3水電站的備選方案（正常蓄水位）見(jiàn)表1.1；表1.1 備選方案正常蓄水位表方 案正常蓄水位（m）1201151081004本水利樞紐根據(jù)國(guó)家規(guī)定屬一級(jí)，以千年一遇洪水為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，萬(wàn)年一遇洪水為校核標(biāo)準(zhǔn)，電站使用年限為50年計(jì)；5水庫(kù)庫(kù)區(qū)蒸發(fā)滲漏等水量損失不大，故在初步設(shè)計(jì)階段暫時(shí)不考慮；6水庫(kù)下游有防洪要求，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)為二十年一遇洪水，安全泄洪流量q安=20000m3/s。1.5 設(shè)計(jì)內(nèi)容1水電站死水位選擇及保證出力np計(jì)算；2水電站裝機(jī)容量選擇；3繪制水電站調(diào)度圖的防破壞線，加大出力輔助線，確定汛期限制水位；4求重復(fù)容量，計(jì)算水電站多年平均電能；5進(jìn)行防洪計(jì)算，確定各種防洪特征水

6、位及壩頂高程；6求水利指標(biāo)；7經(jīng)濟(jì)計(jì)算，比較方案優(yōu)劣。1.6 設(shè)計(jì)原始資料1壩址以上流域面積f=83800km2；2壩址斷面歷年月平均流量資料（見(jiàn)附表一）；3水庫(kù)水位面積、庫(kù)容曲線見(jiàn)表1.2；4壩址下游水位流量關(guān)系曲線見(jiàn)表1.3；5為改善下游通航條件，確定五強(qiáng)溪航運(yùn)基荷按10kw計(jì)；6船閘操作需要耗用10m3/s，此部分流量不能用來(lái)發(fā)電；表1.2 水庫(kù)水位面積、庫(kù)容曲線表 高程（m）5060708090100110120130140面積（km2）07.24020.50339.49164.988111.184187.915297.288462.987647.004容積108m300.2411.5

7、924.52149.69218.49033.34657.34995.058151.578m3/s.月09.17560.65172.13369.0703.961269.572183.433619.115770.97表1.3 壩址下游水位流量關(guān)系曲線表水位m流量m3/s水位m流量m3/s水位m流量m3/s水位m流量m3/s48.520453.0332057.5947066.02520049.035053.5336058.01030067.02720049.554554.0442059.01200068.02930050.079554.5504060.01370069.03160050.511205

8、5.0572061.01560070.03380051.0149055.5645062.01750071.03600051.5190056.0720063.01930072.03830052.0235056.5795064.02120073.04030052.5282057.0970065.02320074.0434007每年5月下旬至9月下旬為灌溉季節(jié)，在該季節(jié)自水庫(kù)上游直接引走的灌溉流量平均為35.0m3/s，此部分流量亦不能用來(lái)發(fā)電；8在沅水規(guī)劃中，五強(qiáng)溪水電站上游將干流的虎皮溪及酉水的風(fēng)灘（已建成）梯級(jí)，其尾水水位124m及114.2m，各正常蓄水位方案對(duì)上游風(fēng)灘的影響見(jiàn)表1.4；表1

9、.4 各正常蓄水位方案對(duì)上游風(fēng)灘的影響方案（正常蓄水位）（120m）(115m)(108m)(100m)減少風(fēng)灘n(kw)0.2840.0200e（億kw.h）0.2280009沅水尾閭洪災(zāi)情況、洞庭湖分分蓄洪提防基本情況見(jiàn)表1.5、1.6；表1.5 沅水尾閭歷年洪災(zāi)情況年份常德最大流量(m3/s)洪 災(zāi) 情 況192724800酉水特大洪水，尾閭未見(jiàn)災(zāi)情記載193129700尾閭淹田100萬(wàn)畝，淹死3049人193330400桃源淹田11.4萬(wàn)畝，漢壽受災(zāi)11.5萬(wàn)人193529900尾閭淹田93萬(wàn)畝，淹死3430人193820600黔陽(yáng)淹5萬(wàn)余畝，尾閭未見(jiàn)災(zāi)情記載194328600沅陵、桃

10、源災(zāi)情較重，常德、漢壽未見(jiàn)災(zāi)情記載194924700尾閭淹田71萬(wàn)畝，受災(zāi)35萬(wàn)人195424300尾閭淹田73萬(wàn)畝196927300尾閭淹田4.7萬(wàn)畝，受災(zāi)3.3萬(wàn)人197022900安江一帶災(zāi)情嚴(yán)重，尾閭無(wú)災(zāi)197421700表1.6 歷年較大洪水所需攔洪量 單位：108m3年份193319311935194919691954197019741938攔洪量15.213.610.1待算6.56.22.311.380.3110五強(qiáng)溪水庫(kù)入庫(kù)設(shè)計(jì)洪水過(guò)程線（見(jiàn)附表二）；11水庫(kù)最大吹程15km，設(shè)計(jì)風(fēng)速12km/s；12各方案泄洪建筑物參數(shù)見(jiàn)表1.7；表1.7 各方案泄洪建筑物參數(shù)表方 案泄洪建

11、筑物(120m)(115m)(108m)(100m)溢洪壩孔 數(shù)10121214壩頂高程(m)1081019484孔口尺寸（寬高）1512151415141516中孔孔 數(shù)1110底坎高程(m)8282820孔口尺寸（寬高）138138138013經(jīng)濟(jì)預(yù)算資料：（1）永久建筑物（含閘門(mén)設(shè)備）：包括：攔河壩、水道廠房、航道建筑、魚(yú)道建筑、交通建筑、房屋建筑及其他。壩底高程30m。各方案投資估算見(jiàn)表1.8。表1.8 各方案投資估算表（樞紐土建）最大壩高（m）10494.587.578.5投資估算（萬(wàn)元）61850563505381721019（2）機(jī)電設(shè)備各方案投資估算見(jiàn)表1.9。表1.9 各方案

12、投資估算表（機(jī)電設(shè)備）裝機(jī)容量（萬(wàn)瓦電投資估算（萬(wàn)元）28805279812580818190（3）各方案的臨時(shí)工程、其他工程和費(fèi)用（包括施工機(jī)械、其他費(fèi)用）、預(yù)備費(fèi)用各方案投資估算見(jiàn)表1.10。表1.10 各方案投資估算表（其它費(fèi)用）方 案(120m)(115m)(108m)(100m)投資（萬(wàn)元）71333658166285456028（4）水庫(kù)補(bǔ)償（移民及淹沒(méi)補(bǔ)償）各方案投資估算見(jiàn)表1.11。表1.11 各方案投資估算表（補(bǔ)償費(fèi)用）方 案(120m)(115m)(108m)(100m)補(bǔ)償費(fèi)（萬(wàn)元）8000057093385472498914泥沙資料壩址多年平均

13、含沙量0.258kg/m3，多年平均輸沙率513kg/s，風(fēng)灘建庫(kù)后，五強(qiáng)溪壩址多年含沙量0.19kg/m3，年淤積669萬(wàn)m3。2 興利計(jì)算 沅水五強(qiáng)溪水電站水庫(kù)正常蓄水位共有120m、115m、108m、100m四個(gè)方案，本次設(shè)計(jì)將對(duì)這四個(gè)方案進(jìn)行比較，并選定最優(yōu)方案。2.1 基本資料整理設(shè)計(jì)原始資料給定的流量是壩址斷面歷年平均流量，考慮工程實(shí)際，現(xiàn)對(duì)其平均流量（附表一）數(shù)據(jù)進(jìn)行處理：扣除灌溉和船閘用水。灌溉用水按5月下旬至9月下旬的灌溉季節(jié)每月扣除35 m3/s（5月扣除11.7 m3/s，七、八月扣除35 m3/s，9月扣除22.3m3/s）； 船閘運(yùn)行用水按每月10 m3/s的流量扣

14、除，從而得到新的年平均發(fā)電流量表（附表三）。2.2 死水位的確定死水位影響因素比較復(fù)雜，需考慮保證水庫(kù)灌溉要求、滿足泥沙淤積要求、保證水電站最低水頭要求以及航運(yùn)、養(yǎng)殖等其它要求。本次設(shè)計(jì)對(duì)死水位的確定采用簡(jiǎn)化處理的辦法，主要考慮水庫(kù)的使用壽命及泥沙淤積；灌溉、航運(yùn)、養(yǎng)殖及旅游等綜合利用要求；水輪機(jī)最小水頭的限制三個(gè)因素。各方案分述如下：2.2.1 正常蓄水位120m方案（方案一）1水庫(kù)的使用壽命及泥沙淤積使用壽命t按50年計(jì)，年淤積量v年為669萬(wàn)m3v淤=v年t =66950=33450萬(wàn)m3查庫(kù)容水位曲線表，確定水庫(kù)在使用年限內(nèi)滿足防淤要求的死水位z1=76.20m；2灌溉、航運(yùn)、養(yǎng)殖及旅

15、游等綜合利用要求，水庫(kù)削落的最低水位不得小于z2=82.00m;3水輪機(jī)最小水頭的限制，水庫(kù)削落深度不大于水電站最大水頭的35%。（1）任意假定最小發(fā)電流量q（0），并相應(yīng)下游z下（0）。最小發(fā)電流量取q（0）=800 m3/s，查表得下游水位z下（0）=50.05m。（2） 極限削落深度hm=（z正z下（0）35%=(12050.05) 35%=24.48m死水位：z3=z正hm=12024.48=95.52m（3）z死(0)=max(z1，z2，z3)=max(76.80，82.00，95.52)=95.52m；（4）根據(jù)z3(0)長(zhǎng)系列計(jì)算各年供水期調(diào)節(jié)流量qp=799.28 m3/s，

16、并滿足| q（0） qp|=0.72 m3/s=1m3/s，則z死=z死（0）=95.52m。即死水位為95.52m，相應(yīng)死庫(kù)容14.002億m3。2.2.2 正常蓄水位115m方案（方案二）1水庫(kù)的使用壽命及泥沙淤積水庫(kù)在使用年限內(nèi)滿足防淤要求的死水位z1=76.20m；2灌溉、航運(yùn)、養(yǎng)殖及旅游等綜合利用要求，水庫(kù)削落的最低水位不得小于z2=82.00m;3水輪機(jī)最小水頭的限制，水庫(kù)削落深度不大于水電站最大水頭的35%。（1）任意假定最小發(fā)電流量q（0），并相應(yīng)下游z下（0）。最小發(fā)電流量取q（0）=733 m3/s，查表得下游水位z下（0）=49.88m。（3） 極限削落深度hm=（z正z

17、下（0）35%=(11549.88) 35%=22.79m死水位：z3=z正hm=11522.79=92.21m（3）z死(0)=max(z1，z2，z3)=max(76.80，82.00，92.21)=92.21m；（4）根據(jù)z3(0)長(zhǎng)系列計(jì)算各年供水期調(diào)節(jié)流量qp=733.08 m3/s，并滿足| q（0） qp|=0.08 m3/s=1m3/s，則z死=z死（0）=92.21m。即死水位為92.21m，相應(yīng)死庫(kù)容11.353億m3。2.2.3 正常蓄水位108m方案（方案三）1水庫(kù)的使用壽命及泥沙淤積水庫(kù)在使用年限內(nèi)滿足防淤要求的死水位z1=76.20m；2灌溉、航運(yùn)、養(yǎng)殖及旅游等綜合

18、利用要求，水庫(kù)削落的最低水位不得小于z2=82.00m;3水輪機(jī)最小水頭的限制，水庫(kù)削落深度不大于水電站最大水頭的35%。（1）任意假定最小發(fā)電流量q（0），并相應(yīng)下游z下（0）。最小發(fā)電流量取q（0）=644m3/s，查表得下游水位z下（0）=49.70m。（4） 極限削落深度hm=（z正z下（0）35%=(10849.70) 35%=20.41m死水位：z3=z正hm=10820.41=87.59m（3）z死(0)=max(z1，z2，z3)=max(76.80，82.00，87.59)=87.59m；（4）根據(jù)z3(0)長(zhǎng)系列計(jì)算各年供水期調(diào)節(jié)流量qp=644.32 m3/s，并滿足|

19、q（0） qp|=0.32 m3/s=1m3/s，則z死=z死（0）=87.59m。即死水位為87.59m，相應(yīng)死庫(kù)容8.346億m3。2.2.4 正常蓄水位100m方案（方案四）1水庫(kù)的使用壽命及泥沙淤積水庫(kù)在使用年限內(nèi)滿足防淤要求的死水位z1=76.20m；2灌溉、航運(yùn)、養(yǎng)殖及旅游等綜合利用要求，水庫(kù)削落的最低水位不得小于z2=82.00m;3水輪機(jī)最小水頭的限制，水庫(kù)削落深度不大于水電站最大水頭的35%。（1）任意假定最小發(fā)電流量q（0），并相應(yīng)下游z下（0）。最小發(fā)電流量取q（0）=568m3/s，查表得下游水位z下（0）=49.55m。（5） 極限削落深度hm=（z正z下（0）35%

20、=(10049.55) 35%=17.66m死水位：z3=z正hm=10017.66=82.34m（3）z死(0)=max(z1，z2，z3)=max(76.80，82.00，82.34)=82.34m；（4）根據(jù)z3(0)長(zhǎng)系列計(jì)算各年供水期調(diào)節(jié)流量qp=567.79 m3/s，并滿足| q（0） qp|=0.21 m3/s=1m3/s，則z死=z死（0）=82.34m。即死水位為82.34m，相應(yīng)死庫(kù)容5.55億m3。2.3 保證出力計(jì)算本次設(shè)計(jì)要求長(zhǎng)系列等出力操作；用試算法逐年求解以下方程組：vt=vt-1+(qtqt) tnp=kqthtv0=v死vt-i,vtt時(shí)段初、末水庫(kù)蓄水量；

21、qtt時(shí)段平均入庫(kù)流量（新系列）；qt t時(shí)段平均發(fā)電流量；ht t時(shí)段平均水頭；vt供水期末水庫(kù)蓄水量。2.3.1 計(jì)算方法對(duì)某一特定年份求解步驟如下：1設(shè) np=n(0)（1）設(shè)qt=q(0) (qt為t時(shí)段發(fā)電流量)；（2）vt=vt-1+(qtqt)t (當(dāng)vtv興+v死，取vt=v興+v死)（3）由 v均=(vt+vt-1)/2查水位庫(kù)容曲線得到z上；由qt查壩址下游水位流量關(guān)系曲線得到z下；（4）nt=kqt(z上z下)（5）若|ntnp|1,轉(zhuǎn)下時(shí)段；否則qt=q(0)+(tnpnt)/k(z上z下)，轉(zhuǎn)（2）步驟計(jì)算。2求年最小水庫(kù)蓄水量ve;3若|vev死|2，轉(zhuǎn)下一年；否則

22、np=n(0)+k(z正+z死)/2z下(z死ve)/t供轉(zhuǎn)（1）步驟計(jì)算。求出各年的供水期平均出力后，據(jù)設(shè)計(jì)保證率可求出np。2.3.2 計(jì)算結(jié)果本次設(shè)計(jì)采用程序計(jì)算，各方案具體參數(shù)及結(jié)果如下：1方案一：正常庫(kù)容57.349億m3，死庫(kù)容14.002億m3，興利庫(kù)容43.347億m3。設(shè)計(jì)保證出力np=41.33萬(wàn)kw。2方案二：正常庫(kù)容43.357億m3，死庫(kù)容11.353億m3，興利庫(kù)容32.004億m3。設(shè)計(jì)保證出力np=35.34萬(wàn)kw。3方案三：正常庫(kù)容29.424億m3，死庫(kù)容8.346億m3，興利庫(kù)容21.078億m3。設(shè)計(jì)保證出力np=27.84萬(wàn)kw。4方案四：正常庫(kù)容18

23、.490億m3，死庫(kù)容5.55億m3，興利庫(kù)容12.94億m3。設(shè)計(jì)保證出力np=21.46萬(wàn)kw。2.4 水電站必需容量選擇必需容量包括工作容量與備用容量?jī)刹糠帧?.4.1 工作容量計(jì)算本設(shè)計(jì)缺少電力平衡的資料，采用經(jīng)驗(yàn)方法確定工作容量如下（按方案一計(jì)算）：1保證出力中部分擔(dān)任航運(yùn)基荷：n工基=10 （萬(wàn)kw）2n峰為擔(dān)任峰荷工作容量n峰= np n工基=41.3310=31.33 （萬(wàn)kw）3按以下關(guān)系確定峰荷工作容量n工峰= 3.08n峰7=103.50 （萬(wàn)kw）4水電站工作容量n工= n工峰n工基=103.5010=113.50 （萬(wàn)kw）2.4.2 備用容量計(jì)算本設(shè)計(jì)電站擔(dān)任系統(tǒng)負(fù)

24、荷用及事故備用容量，各方案取值見(jiàn)表2.1。表2.1 各方案?jìng)溆萌萘勘矸?案120m115m108m100mn備（萬(wàn)kw）30252015 2.4.3 電站必需工作容量經(jīng)計(jì)算，沅水五強(qiáng)溪水電站各方案必需工作容量見(jiàn)表2.2。表2.2 各方案必需工作容量表方 案120m115m108m100mn工基（萬(wàn)kw）10101010n工峰（萬(wàn)kw）103.5085.0561.9542.30n工（萬(wàn)kw）113.5095.0571.9552.30n備（萬(wàn)kw）30252015n必需（萬(wàn)kw）143.50120.0591.9567.302.5 水電站調(diào)度圖繪制本次畢業(yè)設(shè)計(jì)要求從興利要求出發(fā)對(duì)水電站調(diào)度要求作兩條

25、線，一條是基本調(diào)度線防破壞線；一條是加大出力輔助線。2.5.1 防破壞線防破壞線按下列步驟計(jì)算確定。1擇設(shè)計(jì)保證率范圍內(nèi)的徑流系列（新系列）資料。（從原始系統(tǒng)中剔除來(lái)水小于設(shè)計(jì)枯水年的年份）2年從供水期水期末開(kāi)始，按np等出力逆時(shí)序操作，求得各年遲蓄方案水庫(kù)蓄水量過(guò)程線。具體求解方程組：vt-1=vt(qtqt)tnp=kqtht式中符號(hào)意義同前。其具體求解流程如下：（1）設(shè)qt=q(0)；（2）vt-1=vt(qtqt)t (vt起始值為v死) （當(dāng)vt-1v死，取vt-1=v死）；（3） v均=(vt+vt-1)/2查水庫(kù)水位庫(kù)容曲線得到z下；（4）nt=kqt(z上z下)；（5）若|nt

26、np| ，轉(zhuǎn)前時(shí)段，否則qt=q(0)+(npnt)/k(z上z下)，轉(zhuǎn)（）步驟3將各年遲蓄方案水庫(kù)蓄水量過(guò)程線點(diǎn)在一張圖，并取其外包線，即為防破壞線。此外包線，實(shí)際上是各條蓄水量過(guò)程線的同時(shí)縱坐標(biāo)最大值，在具體操作時(shí)，可在計(jì)算機(jī)算完第（）步后，直接給出外包線各點(diǎn)坐標(biāo)，當(dāng)然最后采用值，還應(yīng)輸出結(jié)果作適當(dāng)分析修正，使防破壞線更可靠。經(jīng)采用程序計(jì)算，各方案防破壞線的結(jié)果見(jiàn)表2.3。表2.3 各方案防破壞線計(jì)算結(jié)果表月份水庫(kù)蓄水量（m3/s.月）方案一方案二方案三方案四3716.68541.85331.42218.224553.31442.91321.63218.225767.66592.51373

27、.99218.2261243.28960.96633.81358.672181.741630.32988.87523.4182059.141555.93973.69565.5792183.441726.51156.45662.73102029.041631.081141.32703.961118301440.75974.09639.54121587.241264.13863.24545.3411260.191005.4689.5432.9321015.32824.85599.12406.143553.31442.91321.63218.222.5.2 防洪限制水位確定防洪限制水位是體現(xiàn)防洪與興

28、利相互結(jié)合的重要參數(shù)。選擇恰當(dāng)，可在不影響興利可靠性前提下，降低大壩高度，節(jié)省投資。本設(shè)計(jì)以獲得最大結(jié)合庫(kù)容為原則選擇。根據(jù)五強(qiáng)溪水電站洪水資料分析，該庫(kù)洪水最遲發(fā)生在月底，月初：故防洪限制水位取值為月底，月初防洪線上的坐標(biāo)值。經(jīng)計(jì)算并查水庫(kù)水位庫(kù)容曲線，各方案防洪限制水位和相應(yīng)庫(kù)容分別為：方案一：防洪限制水位為120.00m，庫(kù)容為57.349億m3；方案二：防洪限制水位為115.00m，庫(kù)容為43.67億m3；方案三：防洪限制水位為105.99m，庫(kù)容為26.49億m3；方案四：防洪限制水位為95.67m，庫(kù)容為14.02億m3。防洪限制水位作為調(diào)洪演算的起調(diào)水位，并據(jù)此可求出結(jié)合庫(kù)容。2

29、.5.3 加大出力輔助線的繪制在防破壞圖中，在汛期防洪限制水位與破壞線間，為加大出力區(qū)，但加大出力范圍較大，為減少操作的任意性，在該區(qū)中增加三條輔助線，采用簡(jiǎn)化的方法確定該組輔助線。具體如下：zit=z死+（z防限 z死）i/4式中：zit為第i條加大出力線t時(shí)刻的坐標(biāo)。經(jīng)計(jì)算各方案結(jié)果見(jiàn)表2.4。表2.4 各方案加大出力輔助線參數(shù)表正常水位120m115m108m100m死水位（m）95.5292.2187.5982.34汛限水位（m）120.00115.00105.9995.67z1t（m）101.6497.9292.1985.67z2t（m）107.76103.6396.7989.01z

30、3t（m）113.88109.33101.3992.34v1t（億m3）20.4516.2911.257.11v2t（億m3）28.9423.0415.199.05v3t（億m3）41.4832.1420.1211.36由表2.4繪出加大出力輔助線。三條輔助線將加大出力值計(jì)算公式如下：ni=np+（nynp）4i各方案計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2.5。表2.5 各方案加大出值計(jì)算表正常水位120m115m108m100mnp(萬(wàn)kw)41.3335.3427.8421.46ny(萬(wàn)kw)143.50126.05120.1267.30n1(萬(wàn)kw)66.8758.0250.9132.92n2(萬(wàn)kw)92.4

31、280.7073.9844.38n3(萬(wàn)kw)117.96103.3797.0555.842.6 重復(fù)容量選擇與多年平均電能計(jì)算2.6.1 重復(fù)容量選擇水電站在洪水期往往會(huì)產(chǎn)生大量棄水，為了利用棄水增發(fā)季節(jié)性電能，節(jié)省火電站的燃料消耗，增加一部分裝機(jī)容量，由于它不能替代火電站的工作容量，因而稱(chēng)它為重復(fù)容量。本次設(shè)計(jì)n重采用經(jīng)濟(jì)利用小時(shí)數(shù)h經(jīng)濟(jì)=2500h。補(bǔ)充千瓦利用小時(shí)數(shù)計(jì)算是確定重復(fù)容量的關(guān)鍵，但其核心是計(jì)算不同重復(fù)容量的多年平均電能，多年平均電能的計(jì)算與調(diào)度圖或調(diào)度規(guī)劃有關(guān)，本次設(shè)計(jì)調(diào)度按以下規(guī)則操作：1當(dāng)時(shí)段初水位位于防破壞線內(nèi)時(shí)，時(shí)段出力nt=np。2汛期時(shí)段初水位位于加大出力區(qū)時(shí)，

32、按加大出力線工作，即nt=ni。3段初水位在防破壞線以上時(shí)，使時(shí)段水位盡可能向防破壞線上靠，同時(shí)要考慮裝機(jī)容量的限制。4當(dāng)滿裝機(jī)發(fā)電，且水位超過(guò)z防限或z正時(shí)，才允許棄水。現(xiàn)以方案一計(jì)算重復(fù)容量的選擇及多年平均電能計(jì)算。假設(shè)重復(fù)容量n重等于0、5、10、15、20萬(wàn)kw時(shí)，分別計(jì)算新系列多年平均發(fā)電量e及重復(fù)容量年利用小時(shí)數(shù)h，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2.6。因重復(fù)容量年利用小時(shí)數(shù)h均小于h經(jīng)濟(jì)=2500h，故方案一重復(fù)容量為0。表2.6 重復(fù)容量計(jì)算表（方案一）必需容量(萬(wàn)kw)重復(fù)容量(萬(wàn)kw)裝機(jī)容量(萬(wàn)kw)多年平均發(fā)電量(億kw.h)年發(fā)電量差值(億kw.h)e利用小時(shí)數(shù)(h)143.50014

33、3.5075.24143.505148.5076.241.002000143.5010153.5077.251.012020143.5015158.5078.311.062120143.5020163.5079.210.901800其余三個(gè)方案的多年平均發(fā)電量e及重復(fù)容量年利用小時(shí)數(shù)h計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2.7表2.9。從表2.9可以看出，方案四的重復(fù)容量年利用小時(shí)數(shù)h均小于h經(jīng)濟(jì)=2500h，故方案四重復(fù)容量為0。根據(jù)表2.7和表2.8中計(jì)算結(jié)果，點(diǎn)繪n重h利曲線，再根據(jù)h經(jīng)濟(jì)=2500h確定方案二n重=6萬(wàn)kw；方案三n重=28.17萬(wàn)kw。表2.7 重復(fù)容量計(jì)算表（方案二）必需容量(萬(wàn)kw)重復(fù)

34、容量(萬(wàn)kw)裝機(jī)容量(萬(wàn)kw)多年平均發(fā)電量(億kw.h)年發(fā)電量差值(億kw.h)e利用小時(shí)數(shù)(h)120.050120.0569.15120.052122. 0569.610.462300120.054124.0570.120.512550120.056126.0570.620.502500120.058128.0571.040.422100表2.8 重復(fù)容量計(jì)算表（方案三）必需容量(萬(wàn)kw)重復(fù)容量(萬(wàn)kw)裝機(jī)容量(萬(wàn)kw)多年平均發(fā)電量(億kw.h)年發(fā)電量差值(億kw.h)e利用小時(shí)數(shù)(h)91.95091.9558.6791.9510101.9562.073.40340091.

35、9520111.9566.354.28428091.9530121.9568.632.28228091.9540131.9570.642.012010表2.9 重復(fù)容量計(jì)算表（方案四）必需容量(萬(wàn)kw)重復(fù)容量(萬(wàn)kw)裝機(jī)容量(萬(wàn)kw)多年平均發(fā)電量(億kw.h)年發(fā)電量差值(億kw.h)e利用小時(shí)數(shù)(h)67.30067.3034.3767.30269.3034.810.44220067.30471.3035.230.42210067.30673.3035.630.40200067.30875.3036.010.3819002.6.2 裝機(jī)容量的確定裝機(jī)容量由必須容量和重復(fù)容量確定，但由于

36、回水對(duì)上游風(fēng)灘電站的影響，應(yīng)在方案一和方案二中扣除風(fēng)灘電站的多年平均減少電能。各方案的裝機(jī)容量分別為：方案一：ny=n必+n重=143.50+0=143.50萬(wàn)kw；方案二：ny=n必+n重=120.05+6=126.05萬(wàn)kw；方案三：ny=n必+n重=91.95+28.17=120.12萬(wàn)kw；方案四：ny=n必+n重=67.30+0=67.30萬(wàn)kw。2.6.3 多年平均電能計(jì)算利用上述計(jì)算結(jié)果點(diǎn)繪ny（ny=n必+n重）e的關(guān)系圖，查得各方案多年平均發(fā)電量。方案一：e=75.240.228=75.012億kw.h；方案二：e=70.620=70.62億kw.h；方案三：e=68.29億

37、kw.h；方案四：e=34.37億kw.h；3 防洪計(jì)算3.1 水庫(kù)調(diào)洪計(jì)算五強(qiáng)溪水庫(kù)工程等別為一等，按p=0.1%洪水標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)、p=0.01%洪水標(biāo)準(zhǔn)校核。水庫(kù)下游防洪標(biāo)準(zhǔn)為p=5%，安全泄洪量q安=20000m3/s。本次設(shè)計(jì)防洪計(jì)算的任務(wù)包括上述三種洪水標(biāo)準(zhǔn)的調(diào)洪計(jì)算。利用五強(qiáng)溪水庫(kù)入庫(kù)典型洪水，調(diào)洪計(jì)算采用多級(jí)調(diào)節(jié)方法，具體的調(diào)洪規(guī)則如下：1起調(diào)水位為汛前限制水位。2當(dāng)水庫(kù)洪水流量小于汛前限制水位相應(yīng)的下泄能力，且小于安全泄量時(shí)，控制閘門(mén)，讓泄流量等于來(lái)水量水庫(kù)水位維持在汛期水位不變。3當(dāng)水庫(kù)入流量超過(guò)汛前限制水位相應(yīng)的下泄能力，而小于下游安全泄量時(shí)，打開(kāi)閘門(mén)自由泄流，水庫(kù)水位上升，下

38、泄量隨之增大。4當(dāng)自由泄流量超過(guò)安全泄量時(shí)，控制qt=q安，直至調(diào)節(jié)計(jì)算結(jié)束，所得最高水位為防洪高水位。5當(dāng)水庫(kù)水位不及防洪高水位時(shí)，控制qt=q安，當(dāng)水庫(kù)水位升高至防洪高水位時(shí)，閘門(mén)全開(kāi)，自由泄流，得調(diào)洪后的最高水位。溢洪設(shè)備的選擇本身是一個(gè)經(jīng)濟(jì)問(wèn)題，它是權(quán)衡上下游洪災(zāi)損失的重要參數(shù)，而且泄洪設(shè)備還受材料最大應(yīng)力強(qiáng)度及閘門(mén)結(jié)構(gòu)限制、下游巖基狀況及消能設(shè)備情況的影響。自由泄流時(shí)采用公式：q=1.77nbh3/2；孔口出流是采用公式：q=n (2gh)1/2；=0.990.53a/h對(duì)于千年一遇洪水調(diào)節(jié)計(jì)算得設(shè)計(jì)洪水水位及相應(yīng)最大下泄流量，對(duì)萬(wàn)年一遇洪水進(jìn)行調(diào)節(jié)計(jì)算得校核水位及相應(yīng)最大下泄流量，

39、并根據(jù)求得的校核洪水位，確定總庫(kù)容。在調(diào)洪計(jì)算過(guò)程中，對(duì)閘門(mén)控制泄流情形，利用水量平衡方程式推求求得，但對(duì)于自由泄流情形則需求解隱式方程組。 vt=vt1+(qt+qt1)/2(qt+qt1)/2t q=f(v)本次設(shè)計(jì)按如下步驟試算求解：、假定qt=q(0)；、vt=vt1+(qt+qt1)/2(qt+qt1)/2t；、由vt查q=f(v) 曲線得相應(yīng)下泄流量q(1) ；、若|q(0)q(1)| ，轉(zhuǎn)下時(shí)段，否則假定q(0)=q(1)重新進(jìn)行計(jì)算。、確定防洪高水位、設(shè)計(jì)洪水位及校核洪水位，確定相應(yīng)庫(kù)容。各方案水庫(kù)調(diào)洪計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3.1。各方案水庫(kù)調(diào)洪計(jì)算詳細(xì)結(jié)果見(jiàn)附表。表3.1 水庫(kù)各方案調(diào)

40、洪計(jì)算成果表項(xiàng) 目單位方案一方案二方案三方案四正常蓄水位m120115108100正常庫(kù)容億m357.34943.35729.42418.490汛限水位m120115105.9995.67汛限庫(kù)容億m357.34943.35726.4914.02死水位m95.5292.2187.5982.34死庫(kù)容億m314.00211.3538.3465.550防洪高水位m122.40115.89108.90100.07防洪庫(kù)容億m37.5612.7534.8344.549設(shè)計(jì)洪水位m131.74124.41118.81109.41校核洪水位m135.29128.37122.51112.78調(diào)洪庫(kù)容億m36

41、5.45144.31738.78524.913總庫(kù)容億m3122.8087.67465.27538.9333.2 壩頂高程的確定壩頂高程計(jì)算公式如下：壩頂高程1=設(shè)計(jì)洪水+風(fēng)浪高+安全超高1壩頂高程2=校核洪水+風(fēng)浪高2+安全超高2壩頂高程=max壩頂高程1，壩頂高程2風(fēng)浪高的計(jì)算公式；h=0.0208v5/4d1/3式中v為風(fēng)速，以m/s計(jì)，設(shè)計(jì)風(fēng)速12m/s，校核洪水時(shí)風(fēng)速乘以0.8；d為吹程，為15km計(jì)。安全超高由規(guī)范據(jù)壩質(zhì)、壩型而規(guī)定（0.51.0m）。設(shè)計(jì)洪水時(shí)取0.7m，校核洪水時(shí)取0.5m。經(jīng)計(jì)算：h設(shè)計(jì)=1.15m；h校核=0.87m。則各方案壩頂高程為：方案一：壩頂高程1=

42、133.59m；壩頂高程2=136.66m。壩頂高程=max壩頂高程1，壩頂高程2=136.66m。方案二：壩頂高程1=126.26m；壩頂高程2=129.74m。壩頂高程=max壩頂高程1，壩頂高程2=129.74m。方案三：壩頂高程1=120.66m；壩頂高程2=123.88m。壩頂高程=max壩頂高程1，壩頂高程2=123.88m。方案四：壩頂高程1=111.26m；壩頂高程2=114.15m。壩頂高程=max壩頂高程1，壩頂高程2=114.15m。 五強(qiáng)溪水電站各項(xiàng)水利指標(biāo)見(jiàn)表3.2。表3.2 水利指標(biāo)成果統(tǒng)計(jì)表序號(hào)項(xiàng) 目單位指 標(biāo)方案一方案二方案三方案四1正常高水位m12011510

43、81002設(shè)計(jì)洪水位m131.74124.41118.81109.413校核洪水位m135.29128.37122.51112.784死水位m95.5292.2187.5982.345防洪限制水位m120115105.9995.676防洪高水位m122.40115.89108.90100.077總庫(kù)容108m3122.8087.67465.27538.9338興利庫(kù)容108m343.34732.00421.07812.949防洪庫(kù)容108m37.5612.7534.8344.54910結(jié)合庫(kù)容108m3002.9344.4711設(shè)計(jì)洪水最大泄流量m3/s35574407324399349205

44、12校核洪水最大泄流量m3/s4294050267532905900413保證出力104kw41.3335.3427.8421.4614工作容量104kw113.5095.0571.9552.3015備用容量104kw3025201516重復(fù)容量104kw0628.17017重復(fù)容量年利用小時(shí)h025002500018徑流利用系數(shù)19裝機(jī)容量104kw143.50126.05120.1267.3020多年平均發(fā)電量108kw.h75.01270.6268.2934.3721庫(kù)容系數(shù)0.0670.0490.0320.02022調(diào)節(jié)系數(shù)4 經(jīng)濟(jì)計(jì)算投資、運(yùn)行費(fèi)、效益是進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分析的三大主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

45、。經(jīng)濟(jì)建設(shè)追求的目標(biāo)是凈經(jīng)濟(jì)效益最大化。當(dāng)不同工程方案的效益相同時(shí)，該目標(biāo)等價(jià)于費(fèi)用最小。根據(jù)“電力工程經(jīng)濟(jì)分析條例”規(guī)定，水電工程的經(jīng)濟(jì)比較采用年費(fèi)用最小法，即在同時(shí)滿足向電網(wǎng)提供的電力、電量要求和其它綜合效益的前提下，所選最優(yōu)方案的投資、運(yùn)行費(fèi)的總費(fèi)用為最小。由于不同工程規(guī)模生產(chǎn)電力、電量是不同的，為滿足方案的可行性，必需選擇最優(yōu)等效代替方案，本設(shè)計(jì)選用火電站作為代替措施。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)要求考慮資金的時(shí)間價(jià)值，采用折現(xiàn)率r0=0.1；對(duì)代替火電站使用壽命與水電站不一樣長(zhǎng)，采用等額重置處理。本工程計(jì)算資金流程是進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分析的主要內(nèi)容，以年費(fèi)用最小為經(jīng)濟(jì)比較準(zhǔn)則，通常以效益最大方案為基準(zhǔn)，效益最

46、大的方案只需計(jì)算本方案本身的投資與運(yùn)行費(fèi)；而對(duì)其它效益較小的方案，不僅要計(jì)算本方案本身的投資與運(yùn)行費(fèi)，而且要計(jì)算等效代替措施的投資和運(yùn)行費(fèi)。4.1 方案一工程費(fèi)用4.1.1 工程投資本工程最大壩高106.66m，永久建筑物投資估算63388萬(wàn)元；裝機(jī)容量143.50萬(wàn)kw，機(jī)電設(shè)備投資估算27628萬(wàn)元；臨時(shí)工程、其它工程和費(fèi)用（包括施工機(jī)械、其它費(fèi)用）、預(yù)備費(fèi)用71333萬(wàn)元，合計(jì)162349萬(wàn)元。永久性建筑物、機(jī)電及臨時(shí)工程、預(yù)備費(fèi)用等的總和稱(chēng)為總投資，總投資的逐年分配比例見(jiàn)表4.1。表4.1 總投資的逐年分配表（方案一）年份1234567891011合計(jì)投資比例0.1270.120.08

47、10.1080.070.1130.1450.1150.0970.0210.003100%投資額（萬(wàn)元）20618.3219481.8813150.2717533.6911364.4318345.4423540.6118670.1415747.853409.33487.05162349設(shè)備回收額（萬(wàn)元）0.000.000.000.000.000.000.000.000.000.00-33119.2-33119.2小計(jì)（萬(wàn)元）20618.3219481.8813150.2717533.6911364.4318345.4423540.6118670.1415747.853409.33-32632.15129229.8 工程投資為每年年初支出，設(shè)備回收殘值為年末收回。4.1.2 水庫(kù)補(bǔ)償投資水庫(kù)淹沒(méi)及移民補(bǔ)償投資80000萬(wàn)元。水庫(kù)補(bǔ)償投資于第一臺(tái)機(jī)組發(fā)電前一年結(jié)束，施工第二年開(kāi)始移民，補(bǔ)償投資總值逐年分配見(jiàn)表4.2。補(bǔ)償投資為每年年初支