畢業(yè)論文 水利水電工程專(zhuān)業(yè)

1、水資源規(guī)劃畢業(yè)設(shè)計(jì) 五強(qiáng)溪水庫(kù)水利計(jì)算（方案三）姓 名： 學(xué) 號(hào)： 專(zhuān) 業(yè)： 指導(dǎo)教師： 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70

2、1 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、

3、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。

4、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640km，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

5、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%（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

6、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

7、.288462.987647.004容積108m300.2411.5924.52149.69218.49033.34657.34995.058151.578m3/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/s48.520453.0332057.5947066.02520049.035053.5336058.01030067.02720049.554554.0442059.01200068.02930050.07955

8、4.5504060.01370069.03160050.5112055.0572061.01560070.03380051.0149055.5645062.01750071.03600051.5190056.0720063.01930072.03830052.0235056.5795064.02120073.04030052.5282057.0970065.02320074.0434007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12

9、4m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1.4 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1938

10、20600黔陽(yáng)淹5萬(wàn)余畝，尾閭未見(jiàn)災(zāi)情記載194328600沅陵、桃源災(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

11、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）61850563505381

12、721019（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)

13、元）8000057093385472498914泥沙資料壩址多年平均含沙量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)由于時(shí)間原因僅對(duì)方案三108 m進(jìn)行計(jì)算分析。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/

14、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)殖及旅游等綜合利用要求，水庫(kù)削落的最低水位不得

15、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。（2） 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| q（0） qp|=0.32 m3

16、/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。2.3 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；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=(v

17、t+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，方案三具體參數(shù)及結(jié)果如下：1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。

18、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)荷用及事故備用容量，各方案取值見(jiàn)表2.1。表2.1 方案三備用容量表方 案108mn備（萬(wàn)kw）20

19、 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 方案三必需工作容量表方 案108mn工基（萬(wàn)kw）10n工峰（萬(wàn)kw）61.95n工（萬(wàn)kw）71.95n備（萬(wàn)kw）20n必需（萬(wàn)kw）91.952.5 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

20、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|ntnp| ，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

21、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，采用方案三防破壞線的結(jié)果見(jiàn)表2.3。表2.3 方案三防破壞線計(jì)算結(jié)果表月份水庫(kù)蓄水量（m3/s.月）方案三3331.424321.635373.996633.817988.878973.6991156.45101141.3211974.0912863.241689.52599.123321.632.5.2 防洪限制水位確定防洪限制水位是體現(xiàn)防洪與興利相互結(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

22、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，方案三防洪限制水位和相應(yīng)庫(kù)容分別為：方案三：防洪限制水位為105.99m，庫(kù)容為26.49億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。2.5.3 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 方案三加大出力輔助線參數(shù)表正常水位108m死水位（m）87.

23、59汛限水位（m）105.99z1t（m）92.19z2t（m）96.79z3t（m）101.39v1t（億m3）11.25v2t（億m3）15.19v3t（億m3）20.12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 方案三加大出值計(jì)算表正常水位108mnp(萬(wàn)kw)27.84ny(萬(wàn)kw)120.12n1(萬(wàn)kw)50.91n2(萬(wàn)kw)73.98n3(萬(wàn)kw)97.052.6 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

24、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)，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。方案三的多年平均發(fā)電量e及重復(fù)容量年利用小時(shí)數(shù)h計(jì)算結(jié)

25、果見(jiàn)表2.6。根據(jù)表2.6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，方案三n重=28.17萬(wàn)kw。表2.6 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)91.95091.9558.6791.9510101.9562.073.40340091.9520111.9566.354.28428091.9530121.9568.632.28228091.9540131.9570.642.0120102.6.2 裝機(jī)容量的確定方案三的裝機(jī)容量為：方案三：ny=n必+n重=91.95+

26、28.17=120.12萬(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，查得方案三多年平均發(fā)電量。方案三：e=68.29億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

27、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.

28、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，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

29、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)洪計(jì)算成果表項(xiàng) 目單位方案三正常蓄水位m108正常庫(kù)容億m329.424汛限水位m105.99汛限庫(kù)容億m326.49死水位m87.59死庫(kù)容億m38.346防洪高水位m108.90防洪庫(kù)容億m34.834設(shè)計(jì)洪水位m118.81校核洪水位m122.51調(diào)洪庫(kù)容億m338.785總庫(kù)容億m365.2753.2 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

30、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。則方案三壩頂高程為：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。 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)方案三1正常高水位m1082設(shè)計(jì)洪水位m118.813校核洪水位m122.514死水

31、位m87.595防洪限制水位m105.996防洪高水位m108.907總庫(kù)容108m365.2758興利庫(kù)容108m321.0789防洪庫(kù)容108m34.83410結(jié)合庫(kù)容108m32.93411設(shè)計(jì)洪水最大泄流量m3/s4399312校核洪水最大泄流量m3/s5329013保證出力104kw27.8414工作容量104kw71.9515備用容量104kw2016重復(fù)容量104kw28.1717重復(fù)容量年利用小時(shí)h250018徑流利用系數(shù)19裝機(jī)容量104kw120.1220多年平均發(fā)電量108kw.h68.2921庫(kù)容系數(shù)0.03222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

32、大主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。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

33、為基準(zhǔn)，效益最大的方案只需計(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 方案三工程費(fèi)用4.1.1 工程投資方案三：工程最大壩高93.88m，永久建筑物投資估算56131萬(wàn)元；裝機(jī)容量120.12萬(wàn)kw，機(jī)電設(shè)備投資估算26358萬(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62854萬(wàn)元，合計(jì)145343萬(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4.4。工程投資為每年年初支出，設(shè)備回收殘值為年末收回。4.2.2 水庫(kù)補(bǔ)償投資方案三水庫(kù)淹沒(méi)及

34、移民補(bǔ)償投資分別為38547萬(wàn)元萬(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4.5。補(bǔ)償投資為每年年初支出。表4.4 總投資的逐年分配表（方案三）年份234567891011合計(jì)方案三（萬(wàn)元）投資比例0.1280.1180.0910.130.0720.1240.1210.1070.0550.054100%投資額186041715013226188951046518023175871555279947849145343設(shè)備回收額000000000-30377-30377小計(jì)186041715013226188951046518023175871555

35、27994-22528114966表4.5 補(bǔ)償投資總值逐年分配表（方案三）年 份345678合計(jì)方案三（萬(wàn)元）分配比例0.050.100.200.250.200.20100%補(bǔ)償投資額1927.43854.77709.49636.87709.47709.4385474.2.3 工程年運(yùn)行費(fèi)工程正常年運(yùn)行費(fèi)包括電站運(yùn)行費(fèi)、大修費(fèi)、水庫(kù)補(bǔ)償提成三個(gè)部分。運(yùn)行費(fèi)為年末投入。1水電站運(yùn)行費(fèi)u1方案三：u1=運(yùn)行費(fèi)定額裝機(jī)容量=2元/kw120.12104kw=240.2萬(wàn)元。2大修費(fèi)u2大修費(fèi)包括水工建筑物、房屋交通工程和機(jī)電設(shè)備三部分組成。水工建筑物大修費(fèi)u21查畢業(yè)設(shè)計(jì)提供的基礎(chǔ)資料得：方案三：

36、u21=317.9萬(wàn)元；房屋、交通工程大修費(fèi)u22查畢業(yè)設(shè)計(jì)提供的基礎(chǔ)資料得：方案三：u22=17.4萬(wàn)元。機(jī)電設(shè)備大修費(fèi)u23查畢業(yè)設(shè)計(jì)提供的基礎(chǔ)資料得：方案三：u23=450.1萬(wàn)元。方案三大修費(fèi)分別為：方案三：u2= u21+ u22+ u23=317.9+17.4+450.1=785.4萬(wàn)元。3水庫(kù)補(bǔ)償提成費(fèi)u3查畢業(yè)設(shè)計(jì)提供的基礎(chǔ)資料得：方案三：u3=647.6萬(wàn)元。則工程年運(yùn)行費(fèi)分別為：方案三：u= u1+ u2+ u3=240.2+785.4+647.6=1673.2萬(wàn)元。4.2.4 水電站初期運(yùn)行費(fèi)本工程初始運(yùn)行期為三年，在第十一年末進(jìn)入正常運(yùn)行期，初期運(yùn)行階段各年的發(fā)電量為正

37、常運(yùn)行時(shí)發(fā)電量的比例及初期運(yùn)行費(fèi)見(jiàn)表4.6。表4.6 初期運(yùn)行階段各年運(yùn)行費(fèi)表年 份9101112et/e020%70%90%100%方案三et（108kw.h）13.6647.8061.4668.29運(yùn)行費(fèi)（萬(wàn)元）334.61171.21505.91673.24.2.5 替代火電站方案投資以方案一為基準(zhǔn)，其它各方案與方案一發(fā)電效益之差需要由系統(tǒng)中修建火電站來(lái)替代。由于火電站廠用電較水電站大，故替代電站容量差值為必需容量差值的1.1倍。替代電站的發(fā)電量差值為五強(qiáng)溪電站多年平均電能差值的1.05倍（電能差值應(yīng)考慮各方案對(duì)風(fēng)灘電站的影響）。替代電站的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)如下：火電站單位千瓦投資750元/kw；

38、煤礦投資0.07元/kw.h；替代方案的投資除興建必要規(guī)模的火電站本身投資外，還應(yīng)計(jì)劃與之配套的煤礦投資。方案i與方案一必需容量差值為ni；多年平均電能的差值為e，則替代電站的投資為：1方案三n3=(143.500.284)91.95=51.266 萬(wàn)kw；e3=75.01268.29=6.722億kw.h=67220萬(wàn)kw.h；k電3=750n31.1=75051.2661.1=42294.5 萬(wàn)元；k礦3=e31.050.07=672201.050.07=4940.7 萬(wàn)元；方案三替代工程的投資流程見(jiàn)表4.7。4.2.6 替代火電站方案年運(yùn)行費(fèi)火電站的運(yùn)行費(fèi)包括電站運(yùn)行費(fèi)和燃料費(fèi)，電站的運(yùn)

39、行費(fèi)按投資的8%計(jì)；燃料費(fèi)按0.02元/kw.h計(jì)算。三個(gè)方案計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表4.8。4.2.7替代火電站方案初期運(yùn)行費(fèi)火電站初期運(yùn)行費(fèi)應(yīng)計(jì)算電站與燃料兩部分，但由于本設(shè)計(jì)火電站投資流程不知，因此，只計(jì)算各方案燃料費(fèi)。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表4.9。表4.7 方案三替代工程投資流程表方案年 份67891011方案三（萬(wàn)元）替代電站0.55 0.40 0.03 0.02 替代電站投資23261.98 16917.80 1268.84 845.89 煤礦0.16 0.34 0.35 0.10 0.05 煤礦投資790.51 1679.84 1729.25 494.07 247.04 表4.8 方案三替代工程年運(yùn)行

40、費(fèi)計(jì)算表方 案運(yùn)行費(fèi)（萬(wàn)元）燃料費(fèi)（萬(wàn)元）合計(jì)（萬(wàn)元）方案三3383.561344.404727.96表4.9 方案三替代工程初期運(yùn)行費(fèi)計(jì)算表年 份9101112et/e020%70%90%100%方案三（萬(wàn)元）268.9941.11210.01344.44.3 防洪效益4.3.1方案三防洪效益由于五強(qiáng)溪水電站是一個(gè)綜合利用水電站，防洪效益十分顯著。本次設(shè)計(jì)將防洪效益作為“負(fù)費(fèi)用”計(jì)入資金流程中，并按多年平均效益計(jì)算。各方案防洪效益計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表4.11。表4.11 各方案防洪效益計(jì)算成果表方 案w（億m3）f（萬(wàn)畝）b（萬(wàn)元）方案三0.8435.95459544.4 經(jīng)濟(jì)比較 各方案經(jīng)濟(jì)計(jì)算見(jiàn)

41、表4.12表。 由表4.12表中可以看出，方案三的年費(fèi)用為35012萬(wàn)元。最后，衷心感謝河海大學(xué)老師的辛勤教育和悉心指導(dǎo)！表4.12 方案三經(jīng)濟(jì)計(jì)算表年份項(xiàng)目1234567891011正常運(yùn)行永久、機(jī)電、臨時(shí)投資（）0.1280.1180.0910.130.0720.1240.1210.1070.055-0.155永久、機(jī)電、臨時(shí)投資（萬(wàn)元）18604171501322618895104651802317587155527994-22528水庫(kù)補(bǔ)償投資（）0.050.10.20.250.20.2水庫(kù)補(bǔ)償投資（萬(wàn)元）1927.43854.77709.49636.87709.47709.4替代火電

42、站投資（）0.550.40.030.02替代火電站投資（萬(wàn)元）23261.9816917.81268.84845.89煤礦額外投資（）0.160.340.350.10.05煤礦額外投資（萬(wàn)元）790.511679.841729.25494.07247.04水電站初期運(yùn)行（%）20%70%90%100%水電站初期運(yùn)行（萬(wàn)元）334.61171.21505.91673.2火電站初期運(yùn)行費(fèi)（）20%70%90%100%火電站初期運(yùn)行費(fèi)（萬(wàn)元）268.9941.112101344.4火電站投資（萬(wàn)元）79116802499118015362835623018下游防洪效益（萬(wàn)元）-5954總計(jì)（萬(wàn)元）0

43、 18604 19077 17081 26604 20892 27412 50288 33567 11622 -18966 -2936 折算到施工期末（萬(wàn)元）0 48254 44984 36614 51844 37012 44148 73626 44678 14063 -18966 化算到正常運(yùn)行期年費(fèi)用（萬(wàn)元）0 4867 4537 3693 5229 3733 4453 7426 4506 1418 -1913 年費(fèi)用總計(jì)算支出（萬(wàn)元）376257 35012 附表1附表9附表1 壩址斷面歷年月平均流量表年份四五六七八九十十一十二一二三年平均1951391930401976.32946.7

44、525.3664.513416831170668.71137.72578.61720.9195220115444.33826.337224423.32813.32669.71028.3703.3590.38433013.72590.7195324883562.32909.31710920.31065.32296.42405857.61459.31095.710821820.919543471.75878.770069406.75411.7913556.3417.7433.7417.7606.41170.32974.2195515215353.75585.717222020.3946.34491200462521619.4925.31777.21956244361302825.7967.71380633.3397451.3340.3450879868.91479.719572223.739082761.31127.33564.7518.34947131248.2729850.81085.61435.219581560.75833.32240.74025.33196.717261939579.7411446.31660.52207.32152.219592212.3430045781985.771