引水式水電站課程設(shè)計(jì)--水電站水文水能計(jì)算分析

1、<p>　　課 程 設(shè) 計(jì)</p><p>　　設(shè)計(jì)名稱 顏家河水電站水文水能計(jì)算分析 </p><p>　　顏家河水電站水文水能計(jì)算分析</p><p><b>　　基本資料</b></p><p><b>　　1.1流域概況</b></p><p

2、>　　顏家河水電站位于寶雞市顏家河鄉(xiāng)，是渭河干流陜西境內(nèi)最上游的水資源開發(fā)工程，壩址控制流域面積29348 km2。電站站址控制流域面積29950 km2。</p><p>　　渭河發(fā)源于甘肅渭源縣烏鼠山，流經(jīng)甘肅、寧夏、陜西三省26個(gè)縣（市），全長818km，總流域面積6.24萬km2。渭河由寶雞風(fēng)閣嶺流入陜西境內(nèi)，于陜西潼關(guān)港口東匯入黃河，陜西境內(nèi)河長502km，流域面積3.32萬km2，分別占渭河全長

3、和總流域面積的61.4%和53.2%，是關(guān)中地區(qū)的主要地表水資源。</p><p>　　顏家河水電站以上渭河橫跨甘肅、寧夏、陜西三?。▍^(qū)）的天水、定西、平?jīng)?、武都、固原、寶雞六個(gè)地區(qū)共二十個(gè)縣（市）。其中甘肅省有渭源、隴西、武山、甘谷、通渭、靜寧、漳縣、秦安、張川、清水、莊浪、岷縣、會(huì)寧、臨洮、天水市、天水縣共十六個(gè)縣（市），總流域面積25708km2，占林家村以上總流域面積87.59%；寧夏省有西吉、固原、隆德

4、三縣，流域面積3250km2，占總面積11.07%；陜西省有寶雞縣幾個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，流域面積390km2，占總面積1.3%。該電站以上渭河全長389km，平均比降3.1‰。</p><p><b>　　1.2水文資料</b></p><p>　　渭河林家村站于1934年1月設(shè)立，原名稱太寅站，1959年7月改名為林家村站。測站變動(dòng)情況為1945年1月太寅站基本斷面上遷100m

5、，同年11月又上遷l00m，到1948年又上遷100m，直到1965年元月下遷300m至今。因控制流域面積受基本斷面變遷影響不大，故水文資料均可合并統(tǒng)計(jì)。至今共有不連續(xù)68年徑流、洪水、泥沙資料(1934～2001年)。（水文站的控制流域面積為30661 km2）</p><p>　　該站上游干流有南河川水文站，位于甘肅省天水縣南河川鄉(xiāng)劉家莊，于1944年設(shè)立，控制渭河流域面積23385km2，至今不連續(xù)的59年

6、徑流、泥沙系列。下游有省水文總站設(shè)立的魏家堡、黃委會(huì)設(shè)立的咸陽水文站，它們分別設(shè)于1937年、1931年。魏家堡站僅有1946年以后的徑流泥沙整編成果。咸陽站控制流域面積37006km2，有1934～2001年不連續(xù)的68年徑流泥沙系列。</p><p>　　由于顏家河水電站無實(shí)測資料，根據(jù)上述情況，本次水文分析擬以林家村水文測站為參證站，對(duì)顏家河水電站進(jìn)行水文分析。</p><p>　　

7、林家村水文站歷年逐月徑流量資料如附表1，歷年最大洪峰流量如附表2。另調(diào)查到1933年林家村站發(fā)生了一次大洪水，洪峰流量為6890 m3/s。相鄰各站歷次年最大洪峰流量分析計(jì)算成果如附表3。</p><p><b>　　1.3電站基本情況</b></p><p>　　顏家河水電站是一個(gè)低壩引水式的發(fā)電站，壩址設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)為30年一遇，校核標(biāo)準(zhǔn)為300年一遇；站址設(shè)計(jì)洪水

8、標(biāo)準(zhǔn)為20年一遇，校核標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇。電站設(shè)計(jì)保證率為75%。攔河壩至壓力前池之間采用無壓引水隧洞輸水。攔河壩壩頂高程為742.00m，無壓引水隧洞在引取設(shè)計(jì)流量情況下的水頭損失0.65m。壓力前池電站至尾水?dāng)嗝婧拥赖乃^損失為0.57m。初選的水輪機(jī)效率為0.94；發(fā)電機(jī)效率為0.92。實(shí)測站址處的橫斷面如圖1，該河段的縱比降I=3.407‰，糙率n取0.036。徑流洪水資料見附表1,2,3。</p><p&g

9、t;<b>　　設(shè)計(jì)年經(jīng)流分析計(jì)算</b></p><p>　　2.1徑流資料“三性”審查</p><p>　　林家村水文站具有1941-2001年（30年以上）的實(shí)測資料，屬于長系列資料，故應(yīng)對(duì)資料進(jìn)行可靠性、一致性、代表性進(jìn)行審查，若合理則可應(yīng)用于顏家河水電站的水文計(jì)算。</p><p><b>　　資料可靠性審查</b&g

10、t;</p><p>　　由于林家村水文站的水文資料的測驗(yàn)、采集及處理均符合有關(guān)規(guī)范，資料精度較高，系列較長，系列完整，故資料具有較高的可靠性。</p><p><b>　　資料一致性審查</b></p><p>　　應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)的前提是要求統(tǒng)計(jì)系列具有一致性，即要求組成系列的每個(gè)資料具有一致成因。不同成因的資料不得作為一個(gè)統(tǒng)計(jì)系列。</

11、p><p>　　將資料按年份整理并且逐年累計(jì)得到逐年累計(jì)流量，即可作出流量累積曲線進(jìn)行一致性審查。</p><p>　　由圖可看出該資料的流量累計(jì)點(diǎn)線性相關(guān)性良好，說明該站流域的氣候條件及流下墊面條件基本穩(wěn)定，所以流量資料具有良好的一致性可以滿足要求。</p><p><b>　　資料代表性審查</b></p><p>　　

12、利用時(shí)間跟按時(shí)間次序排列的流量Ki-1值由上到下和由下到上的累積值做曲線進(jìn)行代表性審查。</p><p>　　觀察上圖可知該系列資料代表性良好。</p><p>　　綜上可知，徑流系列資料“三性”審查合格，故可用于水文分析計(jì)算。</p><p>　　2.2設(shè)計(jì)年徑流頻率分析計(jì)算</p><p>　　年徑流頻率曲線、年徑流頻率計(jì)算成果、不同頻率

13、年徑流的其年內(nèi)分配過程、日流量～頻率歷時(shí)曲線。</p><p>　　根據(jù)水文站所給年平均流量資料，選取皮爾遜Ⅲ型線型進(jìn)行年徑流頻率曲線分析計(jì)算，計(jì)算過程見（附表4）。頻率曲線結(jié)果如下：</p><p>　　將計(jì)算得出和最終配線結(jié)果所得出的Q均值，Cv，Cs/Cv值及由頻率曲線求出的不同頻率的年徑流量QP記錄于表1</p><p>　　表1 顏家河水電站年徑流頻率

14、計(jì)算成果表</p><p>　　2.3不同頻率年徑流量及其年內(nèi)分配過程</p><p>　　已知25%、50%、75%頻率下的設(shè)計(jì)流量QP后，根據(jù)所給三個(gè)代表年（枯水年、平水年、豐水年）流量資料，算出三個(gè)代表年各自的倍比 K年=Q年，p/Q年，代，從而可以得出設(shè)計(jì)年水文站站址處年徑流量的分配情況。最后將站址的成果用公式 </p&g

15、t;<p>　　折算后移用到壩址，即可得到壩址的流量年內(nèi)分配結(jié)果如（表2）</p><p>　　表2 顏家河水電站部分頻率年徑流量的年內(nèi)分配</p><p>　　2.4計(jì)算日流量～頻率歷時(shí)曲線</p><p>　　根據(jù)典型年日流量資料，按一定流量區(qū)間分組后計(jì)算各區(qū)間內(nèi)平均流量，統(tǒng)計(jì)出現(xiàn)次數(shù)后計(jì)算累計(jì)頻率，計(jì)算結(jié)果如下表。</p><

16、;p>　　由表中數(shù)據(jù)，作出日流量～頻率歷時(shí)曲線如圖</p><p><b>　　設(shè)計(jì)洪水分析</b></p><p>　　3.1設(shè)計(jì)洪峰流量頻率分析計(jì)算</p><p>　　將（1933-2000年）68年不連序洪水流量資料進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)頻率分析計(jì)算，首先用矩法估計(jì)的方法得出計(jì)算過程如下:</p><p><b&g

17、t;　　1.計(jì)算經(jīng)驗(yàn)頻率</b></p><p>　　將實(shí)測系列與特大值系列共同組成一個(gè)不連序系列，作為代表總體的一個(gè)樣本，不連序系列各項(xiàng)可在歷史調(diào)查期N年內(nèi)同一排位。</p><p>　　在歷時(shí)調(diào)查期N年中有特大洪水a(chǎn)=3項(xiàng)，其中有l(wèi)項(xiàng)發(fā)生在n年實(shí)測系列之內(nèi)；N年中的a項(xiàng)特大洪水的經(jīng)驗(yàn)頻率用下式計(jì)算。</p><p><b>　?。?-1）&

18、lt;/b></p><p>　　式中 PM——特大洪水第M序號(hào)的經(jīng)驗(yàn)頻率；</p><p>　　M——特大洪水由大至小排列的序號(hào)；</p><p>　　N——自最遠(yuǎn)的調(diào)查考證年份迄今的年數(shù)。</p><p>　　實(shí)測系列中其余的（n-l）項(xiàng)，則均勻分布在1-PMa 頻率范圍內(nèi)，PMa 為特大洪水第末項(xiàng)Ma的經(jīng)驗(yàn)頻率。實(shí)測系列第m項(xiàng)的

19、經(jīng)驗(yàn)頻率計(jì)算公式為：</p><p><b>　　（3-2）</b></p><p>　　式中 Pm——實(shí)測系列第m項(xiàng)的經(jīng)驗(yàn)頻率；</p><p>　　m ——實(shí)測系列由大至小排列的序號(hào)；</p><p>　　n —— 實(shí)測系列年數(shù)。；</p><p>　　其中a=3,N=68,n=60

20、,l=2</p><p>　　2.用矩法計(jì)算統(tǒng)計(jì)參數(shù)。</p><p>　?。?）計(jì)算洪峰流量的均值：</p><p><b>　?。?-3）</b></p><p>　　（2）計(jì)算變差系數(shù)Cv：</p><p><b>　?。?-4）</b></p><

21、p>　　計(jì)算結(jié)果（如附表6），得到洪峰流量頻率曲線見下圖</p><p>　　3.2計(jì)算不同頻率下的洪峰流量</p><p>　　將據(jù)法估算算得出的、、Cs/Cv初始值和最終配線結(jié)果所得出的、、Cs/Cv值及由頻率曲線求出的不同頻率下的年徑流量QP記錄于表3。</p><p>　　表3 ***(工程名稱)洪峰流量分析成果表</p><p

22、><b>　　水位流量關(guān)系曲線</b></p><p>　　根據(jù)圖1顏家河水電站尾水處河道橫斷面圖，</p><p>　　用幾何方法計(jì)算出不同水位下的相對(duì)應(yīng)的水?dāng)嗝婷娣eA和濕周L，求出水力半徑R=A/X，再由曼寧公式:</p><p>　　V=(R2/3S1/2) 求的V，進(jìn)而求得不同水位下的流量，計(jì)算過程如附表3-1，最后繪出尾水?dāng)嗝嫠?/p>

23、位～流量關(guān)系曲線。</p><p><b>　　水電站水能分析計(jì)算</b></p><p>　　5.1日平均出力～頻率（歷時(shí)）曲線</p><p>　　根據(jù)以算出的顏家河水文站處3個(gè)代表年（枯水年、平水年、豐水年）的日平均流量頻率計(jì)算表數(shù)據(jù)和水位流量關(guān)系曲線，用內(nèi)插法計(jì)算不同流量下對(duì)應(yīng)的下游水位關(guān)系，計(jì)算結(jié)果如附表7，最后繪制平均出力~頻率曲線

24、，計(jì)算過程如附表8。</p><p>　　計(jì)算水電站出力的基本公式包含流量和水頭兩個(gè)主要因素。計(jì)算公式如下</p><p>　　出力計(jì)算： </p><p>　　N = 9.81ηQ電H凈 （5-1）</p><p>　　式中 　 Q電—發(fā)電日平均流

25、量；</p><p><b>　　η—水電站效率。</b></p><p>　　Ｈ凈—凈水頭，等于上下游位差扣除水頭損失；</p><p>　　上游水位742m，水頭損失1.22m，上下游水位差</p><p><b>　　出力曲線關(guān)系如圖。</b></p><p>　　5.

26、2出力～多年平均發(fā)電量關(guān)系曲線</p><p>　　多年平均年發(fā)電量是指水電站在多年工作時(shí)期內(nèi)，平均每年所能生產(chǎn)的電量。出力差△N=Ni-Ni-1。保證歷時(shí)T為每年的小時(shí)數(shù)與時(shí)段的累積頻率之積。電</p><p>　　量差△E等于出力差與相應(yīng)的保證歷時(shí)的乘積。多年平均電量等于電量差從下向上依次的累加值，計(jì)算過程如附表9，最后繪制出出力～多年平均發(fā)電量關(guān)系曲線。</p><

27、;p>　　三、 5.3裝機(jī)～裝機(jī)年利用小時(shí)數(shù)關(guān)系曲線</p><p>　　計(jì)算裝機(jī)年利用小時(shí)數(shù)：h年=E/N，計(jì)算結(jié)果如附表10</p><p>　　繪制裝機(jī)～裝機(jī)年利用小時(shí)數(shù)關(guān)系曲線如圖：</p><p><b>　　水電站裝機(jī)容量確定</b></p><p>　　裝機(jī)容量是水電站的重要參數(shù)，它反應(yīng)水電站的規(guī)模

28、。水力資源利用程度.電站效益及供電可靠性等。裝機(jī)容量的選擇，應(yīng)根據(jù)用電負(fù)荷要求，河流來水等條件經(jīng)濟(jì)合理的確定。</p><p>　　顏家河水電站是一個(gè)低壩引水式的發(fā)電站，電站設(shè)計(jì)保證率為75%，倍比系數(shù)C選為3。查出力～多年平均發(fā)電量關(guān)系曲線圖得該水電站的保證出力NP=3.96( 千kw)，年平均發(fā)電量E=32531.8(千kw*h)則其裝機(jī)容量N裝=CNP=3*3.96=11.88(千kw)。</p>

29、;<p>　　故選用三臺(tái)4000kW的機(jī)組，故最后確定水電站的裝機(jī)容量為N裝=4000×3＝1.2（萬kW）。</p><p><b>　　總結(jié)</b></p><p>　　雖然我沒有選修水利水能規(guī)劃這門課程，但在老師和同學(xué)的幫助下我還是努力完成了自己的設(shè)計(jì)。掌握了處理水文數(shù)據(jù)的方法。對(duì)自己的學(xué)科有了更深的了解。收獲很大。</p>

30、<p><b>　　附表</b></p><p>　　附表1林家村水文站實(shí)測歷年逐月平均流量表 </p><p><b>　　續(xù)表1</b></p><p>　　附表2 林家村水文站實(shí)測歷年最大洪峰流量表</p><p>　　附表3 各水文站洪峰流量成果表</p><

31、;p>　　附表4 年徑流頻率計(jì)算表</p><p>　　附表5 洪峰流量累計(jì)計(jì)算表</p><p><b>　　附表6</b></p><p>　　附表7水位斷面分析計(jì)算</p><p>　　附表8 日平均流量-出力計(jì)算表</p><p>　　附表9 出力-多年平均發(fā)電量計(jì)算表</p&

32、gt;<p>　　附表10裝機(jī)～裝機(jī)年利用小時(shí)數(shù)關(guān)系曲線</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]水利水電工程水文計(jì)算規(guī)范SL278-2002；</p><p>　　[2]小型水力發(fā)電站水文計(jì)算規(guī)范SL77-94；</p><p>　　[3]水利水電工程設(shè)計(jì)洪水計(jì)算規(guī)范SL4

33、4-93；</p><p>　　[4]小水電水能設(shè)計(jì)規(guī)程SL76－94；小水電水能設(shè)計(jì)簡明手冊(cè)；</p><p>　　[5]中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).水利工程水利計(jì)算規(guī)范 SL104-95； </p><p>　　[6]中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).小水電水能設(shè)計(jì)規(guī)程SL76－94；</p><p>　　[7]水利部水利水電規(guī)劃設(shè)計(jì)院，長江流域規(guī)劃辦