第六章水電站及水庫的主要參數(shù)選擇演示文稿

第六章水電站及水庫的主要參數(shù)選擇演示文稿目前一頁\總數(shù)六十七頁\編于九點優(yōu)選第六章水電站及水庫的主要參數(shù)選擇目前二頁\總數(shù)六十七頁\編于九點

一、水電站最大工作容量的確定1、無調(diào)節(jié)水電站最大工作容量的確定

無調(diào)節(jié)水電站的水庫，幾乎沒有任何調(diào)節(jié)能力，水電站任何時刻的出力變化，只決定于河中天然流量的大小。因此，這種電站被稱為徑流式水電站，一般只能擔任電力系統(tǒng)的基荷。在枯水期內(nèi)，河中天然流量在一晝夜內(nèi)變化很小，因此無調(diào)節(jié)水電站在枯水期內(nèi)各日的引用流量，可以認為等于天然來水的日平均流量（需扣除流量損失和其他綜合利用部門引走的流量）。

在此情況下，水電站上下游水位和水頭損失，也可以近似地認為全日變化不大，因此無調(diào)節(jié)水電站在枯水期內(nèi)各日的凈水頭，即認為等于其日平均凈水頭。無調(diào)節(jié)水電站由于沒有徑流調(diào)節(jié)能力，其最大工作容量N″水、工即等于按歷時設(shè)計保證率所求出的保證出力（見第五章第一節(jié)）。如設(shè)計枯水日平均流量為Q設(shè)（m3/s），相應(yīng)的日平均凈水頭為H平均設(shè)（m），則無調(diào)節(jié)水電站的保證出力為

N″水、工=N″保、無=9.81ηQ設(shè)H平均設(shè)（Kw）（6-4）目前三頁\總數(shù)六十七頁\編于九點

2、日調(diào)節(jié)水電站最大工作容量的確定

由于日調(diào)節(jié)水電站的調(diào)節(jié)庫容有限，其調(diào)節(jié)周期僅為一晝夜，因此水電站的保證流量

Q設(shè)應(yīng)為某一設(shè)計枯水日的平均流量，水電站的日平均凈水頭設(shè)，應(yīng)為其上下游平均水位之差減去水頭損失。日調(diào)節(jié)水電站的保證出力為

N保、日=9.81ηQ設(shè)設(shè)

（Kw）（6-5）相應(yīng)日保證電能量為

E保、日=24N保、日

（Kw·h）（6-6）目前四頁\總數(shù)六十七頁\編于九點

確定日調(diào)節(jié)水電站的最大工作容量時，可根據(jù)電力系統(tǒng)設(shè)計水平年冬季典型日最大負荷圖，繪出其日電能累積曲線，然后按下述圖解法確定水電站最大工作容量。如果水電站應(yīng)擔任日負荷圖上的峰荷部分，則在圖6-1（P.127）的日電能量累積曲線上的a點向左量取ab，使其值等于E保、日，再由b點向下作垂線交日電能累積曲線于c點，bc所代表的值即為日調(diào)節(jié)水電站的最大工作容量N″水、工。由c點作水平線與日負荷圖相交，即可求出日調(diào)節(jié)水電站在系統(tǒng)中所擔任的峰荷位置，如圖6-1陰影部分所示。目前五頁\總數(shù)六十七頁\編于九點如果水電站下游河道有航運要求或有供水任務(wù)，則水電站必須有一部分工作容量擔任系統(tǒng)的基荷，保證在一晝夜內(nèi)下游河道具有一定的航運水深或供水流量。在此情況下，日調(diào)節(jié)水電站的最大工作容量的求法如下（如圖6-2，P.127）：設(shè)下游航運或供水要求水電站在一晝夜內(nèi)泄出均勻流量Q基（m3/s），則水電站必須擔任的基荷工作容量為

N基=9.81ηQ基

H平均設(shè)

（Kw）（6-7）這時水電站可在峰荷部分工作的日平均出力為：N平均峰=N保、日-N基，則參加峰荷工作的日電能為E峰=24N平均峰，相應(yīng)峰荷工作量N峰可采用前述相同方法求得（如圖6-2），此時N″水、工=N基+N峰如果系統(tǒng)的尖峰負荷已由建成的某水電站擔任，則擬建的日調(diào)節(jié)水電站只能擔任系統(tǒng)的腰荷。這時可采用上述相似方法在圖6-2上求出日調(diào)節(jié)水電站在系統(tǒng)中所擔任的腰荷位置。目前六頁\總數(shù)六十七頁\編于九點

3、年調(diào)節(jié)水電站最大工作容量的確定

年調(diào)節(jié)水電站調(diào)節(jié)庫容V年調(diào)較大，設(shè)多年平均年來水量為年，則年庫容調(diào)節(jié)系數(shù)

β=V年調(diào)/年=0.1~0.3，能夠把設(shè)計枯水年供水期T供內(nèi)的天然來水量W供根據(jù)發(fā)電要求進行水量調(diào)節(jié)，其平均調(diào)節(jié)流量Q調(diào)為

Q調(diào)=（W供+年調(diào)）/T供（m3/s）（6-9）

相應(yīng)水電站在設(shè)計供水期內(nèi)的保證出力為

N保、年=9.81ηQ調(diào)供

（Kw）（6-10）

式中：

供為年調(diào)節(jié)水電站在設(shè)計供水期內(nèi)的平均水頭（m）

水電站在設(shè)計供水期內(nèi)的保證電能為

E保、供=N保、年T供

（Kw·h）（6-11）目前七頁\總數(shù)六十七頁\編于九點

用電力、電量平衡法確定水電站最大工作容量的步驟：

為推求水電站最大工作容量N″水、工與其供水期保證電能E保、供之間的關(guān)系，可假設(shè)若干個水電站最大工作容量方案（至少3個方案），如圖6-3（P.128）中的①、②、③，并將其工作位置相應(yīng)繪在各月的典型日負荷圖上，如圖6-4（P.128）示出12月份的典型日負荷圖。（1）在水庫供水期內(nèi)，應(yīng)盡量使擬建水電站擔任系統(tǒng)的峰荷或腰荷。水電站最大工作容量的增加，將導致設(shè)計水平年火電站工作容量的減少，從而節(jié)省系統(tǒng)對電站的總投資。目前八頁\總數(shù)六十七頁\編于九點

由圖6-4日電能累積曲線上可定出相應(yīng)于水電站三個最大工作容量方案N″水工，1、N″水工，2、N″水工，3的日電能量E1、E2、E3。各個方案的其他月份水電站的峰荷工作量也均可從圖6-3上分別定出，從而求出各方案其他月份相應(yīng)的日電能量。目前九頁\總數(shù)六十七頁\編于九點（2）對每個方案供水期各個月份水電站的日電能量Ei除以h=24小時，即得各月水電站的日平均出力值，可在設(shè)計水平年電力系統(tǒng)日平均負荷年變化圖上示出，如圖6-5（P.129）。目前十頁\總數(shù)六十七頁\編于九點

圖6-5上斜影線部分，為第①方案供水期各月水電站的平均出力，其總面積代表第①方案所要求的供水期保證電能E保、供1，即

E保、供1=730

（i=1，2，3，4，9，10，

11，12月）（6-12）式中：為第方案第月的平均出力，730為月平均小時數(shù)，同理可定出第②、③等方案所要求的供水期保證電能E保、供2、E保、供3等。目前十一頁\總數(shù)六十七頁\編于九點（3）作出水電站各個最大工作容量N″水、工方案與其相應(yīng)的供水期保證電能E保、供的關(guān)系曲線，如圖6-6（P.129）中①、②、③三點所連成的曲線。然后據(jù)式（6-11）所定出的水電站設(shè)計枯水年供水期內(nèi)的保證電能E保、供，即可從圖6-6上的關(guān)系曲線求出年調(diào)節(jié)水電站的最大工作容量N″水、工。目前十二頁\總數(shù)六十七頁\編于九點（4）最后，在電力系統(tǒng)日最大負荷年變化（圖6-7，P.130）上定出水、火電站的工作位置。為了使水、火電站最大工作容量之得最小，且等于系統(tǒng)的最大負荷，兩者之間的交界線應(yīng)是一根水平線。由此作出系統(tǒng)出力平衡圖，在該圖上示出水、火電站各月的工作容量。目前十三頁\總數(shù)六十七頁\編于九點

在電力系統(tǒng)日平均負荷年變化圖（圖6-8，P.130）上，按照前述方法亦可定出水、火電站的工作位置，圖上示出了水、火電站各月的供電量,由于水電站最大工作容量（出力）N″水、工與供電量之間閉幕式非線性關(guān)系，所以該圖上水、火電站之間的分界線并非一根直線。圖6-8一般稱為系統(tǒng)電能平衡圖，其中豎影線部分稱為年調(diào)節(jié)水電站在供水期的保證出力圖（參見第八章）。至于供水期以外的其他月份，尤其在汛期棄水期間，水電站應(yīng)盡量擔任系統(tǒng)的基荷，以求多發(fā)電量減少無益棄水。此時火電站除一部分機組進行計劃檢修外，應(yīng)盡量擔任系統(tǒng)的峰荷或腰荷，滿足電力系統(tǒng)的出力平衡和電能平衡，如圖6-7和圖6-8。目前十四頁\總數(shù)六十七頁\編于九點

4、多年調(diào)節(jié)水電站最大工作容量的確定

確定多年調(diào)節(jié)水電站最大工作容量的原則和方法，基本上與年調(diào)節(jié)水電站的情況同，不同之處為：年調(diào)節(jié)水電站只計算設(shè)計枯水年供水期的平均出力（保證出力）及其保證電能，在此期內(nèi)它擔任峰荷以求出所需的最大工作容量；多年調(diào)節(jié)水電站則需計算設(shè)計枯水系列年的平均出力（保證出力）及其年保證電能，然后按水電站在枯水年全年擔任峰荷的要求，將年保證電能量在全年內(nèi)加以合理分配，使設(shè)計水平年系統(tǒng)內(nèi)擬建水電站的最大工作容量N″水、工盡可能大，而火電站工作容量盡可能小，盡量節(jié)省系統(tǒng)對電站的總投資。當缺乏設(shè)計水平年或遠景負荷資料時，則不能采用系統(tǒng)電力電量平衡法確定水電站的最大工作容量。這時只能用經(jīng)驗公式或其他簡略法估算。目前十五頁\總數(shù)六十七頁\編于九點

二、電力系統(tǒng)各種備用容量的確定

1、負荷備用容量

電力系統(tǒng)日負荷一般有兩個高峰和兩個低谷，無論日負荷在上升或下降階段，都有鋸齒狀的負荷波動，這是由于系統(tǒng)中總有一些用電戶的負荷變化是十分猛烈而急促的。電力系統(tǒng)必須隨時準備一部分備用電量，當突荷出現(xiàn)時，不致因系統(tǒng)容量不足而使周波降低到小于規(guī)定值，從而影響供電質(zhì)量，這部分備用容量稱負荷備用容量N負備，周波是電能質(zhì)量的重要指標之一，它偏離正常規(guī)定值會降低許多用電部門的產(chǎn)品質(zhì)量。根據(jù)水利動能設(shè)計規(guī)范的規(guī)定，調(diào)整周波所需的負荷備用容量，可采用系統(tǒng)最大負荷的5%左右，大型電力系統(tǒng)可采用較小值。

擔任電力系統(tǒng)負荷備用容量的電站，通常被稱為調(diào)頻電站。調(diào)頻電站的選擇，應(yīng)能保證電力系統(tǒng)周波穩(wěn)定、運行性能經(jīng)濟為原則，所以靠近負荷中心，具有大水庫、大機組的壩后式水電站，應(yīng)優(yōu)先選作調(diào)頻電站。對于引水式水電站，應(yīng)選擇引水道較短的電站作為調(diào)頻電站。對于電站下游有通航等綜合利用要求的水電站，在選作調(diào)頻水電站時，應(yīng)考慮由于下游流量和水位發(fā)生劇烈變化對航運等引起的不利影響。當系統(tǒng)負荷波動的變幅不大時，可由某一電站擔任調(diào)頻任務(wù)，而當負荷波動的變幅較大時，尤其電力系統(tǒng)范圍較廣、輸電距離較遠時，應(yīng)由分布在不同地區(qū)的若干電站分別擔任該地區(qū)的調(diào)頻任務(wù)。目前十六頁\總數(shù)六十七頁\編于九點

2、事故備用容量

在電力系統(tǒng)中需另裝設(shè)一部分容量作為備用容量，當有機組發(fā)生事故時它們能立刻投入系統(tǒng)代替事故機組工作，這種備用容量常稱事故備用容量。事故備用容量大小，與機組容量、機組臺數(shù)及其事故率有關(guān)。設(shè)電力系統(tǒng)發(fā)電機組的總臺數(shù)為n（折算為標準容量的臺數(shù)），一臺機組的平均事故率為p（可由統(tǒng)計資料求出），則n臺機組中m有臺同時發(fā)生事故的機率為pm，即

（6-23）目前十七頁\總數(shù)六十七頁\編于九點

如規(guī)定pm<0.01%，則可由式（6-13）求出所需事故備用容量的機組臺數(shù)。據(jù)水利動能設(shè)計規(guī)范，電力系統(tǒng)的事故備用容量可采用系統(tǒng)最大負荷的10%左右，且不得小于系統(tǒng)中最大一臺機組的容量。電力系統(tǒng)中的事故備用容量，應(yīng)分布在各座主要電站上，盡可能安排在正在運轉(zhuǎn)的機組上。如何在水電站與火電站之間合理分配，可作下列技術(shù)經(jīng)濟分析。（見P.131-132的⑴、⑵、⑶、⑷）。目前十八頁\總數(shù)六十七頁\編于九點

3、檢修備用容量

系統(tǒng)中的各種機組設(shè)備，都要進行有計劃的檢修。對短期檢修，主要利用負荷低落的時間內(nèi)進行養(yǎng)護性檢查和預(yù)防性小修理；對長期停機進行有計劃的大修理，則須安排在系統(tǒng)年負荷比較低落的時期，以便進行系統(tǒng)的檢查和更換、整修機組的大部件。

圖6-10（P.132）表示系統(tǒng)日最大負荷年變化曲線，圖中N″系水平線與負荷曲線之間的面積（用斜影線表示），表示在此時期內(nèi)未被利用的空間容量，可以用來安排機組進行大修理，

因而圖6-10中的部分面積稱為檢修面積F檢，在規(guī)劃設(shè)計階段，編制系統(tǒng)電力、電量平衡和容量平衡時，常按每臺機組檢修所需要的平均時間進行安排。

據(jù)有關(guān)規(guī)程規(guī)定，水電站每臺機組的平均年計劃檢修所需時間為10—15天，火電站每臺機組為15—30天，在上述時間中已包括中修停機時間。

圖6-10（P.132）上的F檢應(yīng)足夠大，使系統(tǒng)內(nèi)所有機組在規(guī)定時間內(nèi)都可以得到一次計劃檢修。否則須另設(shè)N檢備。如圖6-10。目前十九頁\總數(shù)六十七頁\編于九點

三、水電站重復容量的選定

1、概述

汛期水大，光靠選定的最大工作容量發(fā)電，可能會發(fā)生大量棄水。為了減少無益棄水，提高水量利用系數(shù)，可考慮額外加大水電站的容量，使它在豐水期多發(fā)電。平時來水少，無用，故叫重復容量。季電、節(jié)燃。在水電站上設(shè)重復容量，就要額外加大K水和U水。隨著N重增大，棄水減少，但不成正比，N重大到一定程度后，再繼續(xù)加大就不經(jīng)濟了。所以要進行動能經(jīng)濟分析。目前二十頁\總數(shù)六十七頁\編于九點2、選定重復容量的動能經(jīng)濟計算

設(shè)△E季=△N重h經(jīng)濟可節(jié)省火電站燃料年費用：

α△N重h經(jīng)濟f設(shè)△N重的年費用為：

C=△N重k水[（A/P，i，n）+p水]有利條件：α△N重h經(jīng)濟f≥△N重k水[（A/P，i，n）+p水]h經(jīng)濟≥k水[（A/P，i，n）+p水]/αf與規(guī)范規(guī)定的h經(jīng)濟比。式中：k水—水電站補充千瓦造價（元/kW）;[A/P,is,n]—年資金回收因子（年本利攤還因子）；

is—額定資金年收益率（當進行國民經(jīng)濟評價，可采用社會折現(xiàn)率is）；

n—重復容量設(shè)備的經(jīng)濟壽命，n=25年；

p水—水電站補充千瓦容量的年運行費用率，

p水=2%~3%；

α—系數(shù)，因水電廠發(fā)1kW·h電量，可替代火電廠1.05kW·h，故α=1.05

；

f—火電廠發(fā)1kW·h電量所需的燃料費[元/（kW·h）]。目前二十一頁\總數(shù)六十七頁\編于九點

3、無調(diào)節(jié)水電站重復容量確定由日平均流量持續(xù)曲線=f（h）與N=9.81ηH換算，得日平均出力持續(xù)曲線N=f（h）（分別見圖6-11及圖6-12），用式（6-16）求出h經(jīng)，從而確定N重（如圖6-12）。

目前二十二頁\總數(shù)六十七頁\編于九點由圖6-12可知，在水電站最大工作容量N′′水、工水平線以上與出力持續(xù)曲線以下所包括的面積，由于水電站最大工作容量N′′水、

工

并不能利用，將成為棄水能量。因此，如果在N′′水、工以上設(shè)置重復容量ΔN重，則平均每年在h設(shè)小時內(nèi)生產(chǎn)的季節(jié)性電能量ΔE季=ΔN重h設(shè)(kW·h)，從而平均每年節(jié)省火電站的燃料費用為：B=adbΔE季（元）（6-17）

式中

a=1.05[見公式（6-16）]

d—單位重量燃料的到廠價格（元/kg）；

b—火電廠單位電能消耗的燃料重[kg/(kW·h)]。在圖6-12的最大工作容量N′′水、工以上設(shè)置重復容量ΔN重，其年工作小時數(shù)為h設(shè)，然后再逐漸增加重復容量，所增加的重復容量其年利用小時數(shù)h逐漸減少，直至最后增加的單位重復容量其年利用小時數(shù)h=h經(jīng)濟為止，相應(yīng)h經(jīng)濟的重復容量N重（圖6-12），在動能經(jīng)濟上被認為是合理的。關(guān)于h經(jīng)濟值可根據(jù)式（6-16）求出。目前二十三頁\總數(shù)六十七頁\編于九點4、日調(diào)節(jié)水電站重復容量的選定

平時任峰荷，汛期到基荷。以N必=N″+N備工作仍有棄水，才設(shè)N重。圖6-13表示必需容量補充單位千瓦的年利用小時數(shù)為h必，超過必需容量N必額外增加的N重，才是日調(diào)節(jié)水電站的重復容量。其相應(yīng)的單位重復容量的經(jīng)濟年利用小時數(shù)h經(jīng)濟，也是根據(jù)式（6-16）確定的。目前二十四頁\總數(shù)六十七頁\編于九點5、年調(diào)節(jié)水電站N重選定

對所有水文年資料進行徑流調(diào)節(jié)，統(tǒng)計各種棄水流量的多年平均持續(xù)時間（如圖6-14），將棄水流量年持續(xù)曲線換算為棄水出力年持續(xù)曲線，如圖6-15。由式6-16算出的h經(jīng)定N重。目前二十五頁\總數(shù)六十七頁\編于九點

四、水電站裝機容量的選擇

裝機容量選擇是一個重要的動能經(jīng)濟問題。各種電站須共同滿足電力系統(tǒng)在設(shè)計水平年對容量和電量的要求。選擇N裝步驟：

①收集基本資料：水庫徑流調(diào)節(jié)和水能計算成果，電力系統(tǒng)供電范圍及其設(shè)計水平年的負荷資料。已建、擬建水、火電站資料及其動能經(jīng)濟指標等。②確定水電站N″水、工。

③選擇N裝=N″水、工+N備+N重；然后再參考廠家生產(chǎn)的機組系列，據(jù)水電站的水頭與出力變化范圍，大致定出機組的型式、臺數(shù)、尺寸、單位容量等；最后進行系統(tǒng)容量平衡，檢查其能否滿足設(shè)計水平年系統(tǒng)對電站容量及其他方面的要求。目前二十六頁\總數(shù)六十七頁\編于九點⑴系統(tǒng)最大負荷變化線①，在此控制線以下，各類電站安排的最大工作容量N″系、工，要能滿足系統(tǒng)最大負荷要求；⑵系統(tǒng)要求的可用容量控制線②，在此控制線以下，各類電站安排必需容量N″系、必，其中包括最大工作容量N″系、工、負荷備用容量N負和事故備用容量N事，均要求能滿足系統(tǒng)要求；⑶系統(tǒng)裝機容量控制線，即圖6-16最上面的水平線③，在此水平線以下，系統(tǒng)裝機容量N系、裝包括水、火電站全部裝機容量，要求能達到電力系統(tǒng)的安全、經(jīng)濟、可靠的要求。在水平線③與階梯線②之間，表示系統(tǒng)各月的空閑容量和處在計劃檢修中的容量，以及由于各種原因而無法投入運行的受阻容量。見P.136，圖6-16示出電力系統(tǒng)在設(shè)計水平年的容量平衡圖。在電力系統(tǒng)容量平衡圖上有三條基本控制線：

目前二十七頁\總數(shù)六十七頁\編于九點

設(shè)計水平年：系指擬建水電站第一臺機組投入系統(tǒng)運行后的第5年至第10年。由于不能超長期預(yù)報河道中的來水量，所有水電站的出力彎無法預(yù)知，因此規(guī)劃階段在繪制設(shè)計水平年的電力系統(tǒng)容量平衡圖時，至少應(yīng)研究兩個典型年度，即設(shè)計枯水年和設(shè)計中（平）水年。設(shè)計枯水年反映在較不利的水文條件下，擬建水電站的裝機容量與其他電站是否能保證電力系統(tǒng)的正常運行要求。設(shè)計中水年的容量平衡圖，表示水電站在一般水文條件下的運行情況，是一種比較常見的系統(tǒng)容量平衡狀態(tài)。對低水頭水電站尚須作出豐水年的容量平衡圖，以檢查機組在汛期由于下游水位上漲造成水頭不足而發(fā)生容量受阻的情況。必要時對大型水電站尚須作出設(shè)計保證率以外的特枯水年份的容量平衡圖。目前二十八頁\總數(shù)六十七頁\編于九點第二節(jié)以發(fā)電為主的水庫特征水位的選擇

一、水庫正常蓄水位的選擇

水庫正常蓄水位（或稱正常高水位）：是指水庫在正常運用情況下，為滿足設(shè)計興利要求在開始供水前應(yīng)蓄到的最高水位。多年調(diào)節(jié)水庫在連續(xù)發(fā)生若干個豐水年后才能蓄到正常蓄水位；年（季）調(diào)節(jié)水庫一般在每年供水期前可蓄到正常蓄水位；日調(diào)節(jié)水庫除在特殊情況下（如汛期有排沙要求，須降低水庫水位運行等），每天在水電站調(diào)節(jié)峰荷以前應(yīng)維持在正常蓄水位；無調(diào)節(jié)（徑流式）水電站在任何時候水庫水位原則上保持在正常蓄水位不變。

正常蓄水位是水庫或水電站的重要特征值，它直接影響整個工程的規(guī)模以及有效庫容。調(diào)節(jié)流量、裝機容量、綜合利用效益等指標。它直接關(guān)系到工程投資、水庫淹沒損失、移民安置規(guī)劃以及地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展等重大問題。目前二十九頁\總數(shù)六十七頁\編于九點

（一）正常蓄水位與各水利部門效益之間的關(guān)系

1、防洪當汛后入庫來水量仍大于興利設(shè)計用水量時，防洪庫容與興利庫容是能夠作到完全結(jié)合或部分結(jié)合的。在此情況下，提高正常蓄水位可直接增加水庫調(diào)蓄庫容；同時有利于在汛期內(nèi)攔蓄洪水量，減少下泄洪峰流量，提高下游地區(qū)的防洪標準。目前三十頁\總數(shù)六十七頁\編于九點

隨著正常蓄水位的增高，水電站的保證出力、多年平均年發(fā)電量、裝機容量等動能指標也將隨著增加。2、發(fā)電

在一般情況下，當由較低的正常蓄水位方案增加到較高的正常蓄水位時，開始時各動能指標增加較快，其后增加就逐漸減慢。其原因是當正常蓄水位較低時，扣除死庫容后水電站調(diào)節(jié)庫容不大，因而水電站保證出力較小，水量利用程度不高，年發(fā)電量也不多；但當增加正常蓄水位至能形成日調(diào)節(jié)水庫后，水電站的最大工作容量及裝機容量均大大增加，年發(fā)電量也相應(yīng)增加；

隨著正常蓄水位的繼續(xù)提高，水庫調(diào)節(jié)性能由季調(diào)節(jié)逐漸變成年調(diào)節(jié)，棄水量越來越少，水量利用程度越來越高，隨著調(diào)節(jié)流量與水頭的增加，各動能指標還是繼續(xù)增加的；當正常蓄水位提高到能使水庫進行多年調(diào)節(jié)后，由于庫區(qū)面積較大，水庫蒸發(fā)及滲漏損失增加，因此如再提高正常蓄水拉，往往只增加水頭而調(diào)節(jié)水量增加較少，因而上述各動能指標值的增加相應(yīng)逐漸減緩。目前三十一頁\總數(shù)六十七頁\編于九點

正常蓄水位的增高，一方面可以加大水庫的興利庫容，增加調(diào)節(jié)水量，擴大下游地區(qū)的灌溉面積或城鎮(zhèn)供水量；另一方面，由于庫水位的增高，有利于上游地區(qū)從水庫引水自流灌溉或?qū)λ畮熘苓吀叩剡M行揚水灌溉或進行城鎮(zhèn)供水。3、灌溉和城鎮(zhèn)供水目前三十二頁\總數(shù)六十七頁\編于九點

正常蓄水位的增高，有利于調(diào)節(jié)天然徑流，加大下游航運流量，增加航運水深，提高航運能力；另一方面由于水庫洄水向上游河道延伸，通航里程及水深均有較大的增加，大大改善了上游河道的航運條件。4、航運目前三十三頁\總數(shù)六十七頁\編于九點

（二）正常蓄水位與有關(guān)的經(jīng)濟和工程技術(shù)問題

⑴隨著正常水位的增高，水利樞紐的投資和年運行費是遞增的。

⑵隨著正常蓄水位的增高，水庫淹沒損失必然增加，這不僅是一個經(jīng)濟問題，有時甚至是影響廣大群眾生產(chǎn)和生活的政治社會問題。

⑶隨著正常蓄水位的增高，受壩址地質(zhì)及庫區(qū)巖性的制約因素愈多。

綜上所述，在選擇正常蓄水位時，既要看到正常蓄水位的抬高對綜合利用各水利部門效益的有利影響，也要看到它將受到投資、水庫淹沒、工程地質(zhì)等問題的制約；既要看到抬高正常蓄水位對下游地區(qū)防洪的有利影響，也要看到水庫形成后對上游地區(qū)防洪的不利影響；既要看到它對下游地區(qū)灌溉的效益，也要看到庫區(qū)耕地的淹沒與浸沒問題；既要看到它對上下游航運的效益，也要看到河流筑壩后船筏過壩的不方便。在一般的情況下，隨著正常蓄水位的不斷抬高，各水利部門效益的增加是逐漸減慢的而水工建筑物的工程量和投資的增加卻是加快的。因此，在方案比較中可以選出一個技術(shù)上可行的、經(jīng)濟上合理的正常水位方案。目前三十四頁\總數(shù)六十七頁\編于九點

（三）正常蓄水位比較方案的擬定

首先根據(jù)河流梯級開發(fā)規(guī)劃方案及有關(guān)工程具體條件，經(jīng)過初步分析，定出正常蓄水位的上限和值與下限值，然后在此范圍內(nèi)擬定若干個比較方案，以便進行深入的分析與比較。正常水位的下限方案，主要根據(jù)各水利部門的最低興利要求擬定。

正常蓄水位的上限方案，主要考慮下列因素：①庫區(qū)的淹沒、浸沒損失。

②壩址及庫區(qū)的地形地質(zhì)條件。③擬定梯級水庫的正常蓄水位時，應(yīng)注意河流梯級開發(fā)規(guī)劃方案，不應(yīng)淹沒上一個梯級水庫的壩址或其電站位置，盡可能使梯級水庫群的上下游水位相互銜接。

④蒸發(fā)、滲漏損失。

⑤人力、物力、財力及工期的限制。目前三十五頁\總數(shù)六十七頁\編于九點

（四）選擇正常蓄水位的步驟和方法

1、擬定水庫的消落深度。在正常蓄水位方案比較階段，一般采用較簡化的方法擬定各個方案的水庫消落深度，對于以發(fā)電為主的水庫，據(jù)經(jīng)驗統(tǒng)計，可用水電站最大水頭（H″）的某一百分比初步擬定水庫的消落深度，從而定出各個方案的調(diào)節(jié)庫容。壩式年調(diào)節(jié)水電站，h消=（25%~30%）H″；壩式多年調(diào)節(jié)水電站，h消=（30%~35%）H″；混合式水電站，h消=40%H″，其中H″為壩所集中的最大水頭。對于以灌溉、供水為主的水庫，其消落深度可適當增加些，盡可能增加興利庫容，減少棄水，增加調(diào)節(jié)流量。

2、對各個方案采用較簡化的方法進行徑流調(diào)節(jié)和水能計算，求出各個方案水電站的保證出力、多年平均發(fā)電量，裝機容量以及其他水利動能指標。

3、求出各個方案之間的水利動能指標的差值。為了保證各個方案對國民經(jīng)濟作出同等的貢獻，上述各個方案之間的差值，應(yīng)以替代方案補充。

4、計算各個方案的水利樞紐各部分的工程量、各種建筑材料的消耗量以及所需的機電設(shè)備，對綜合利用水利樞紐而言，應(yīng)該對共用工程（如壩和溢洪建筑物等）分別計算投資和年運行費用，以便各部門間進行投資費用的分攤。

5、計算各個方案的淹沒和浸沒的實物指標和移民人數(shù)。首先根據(jù)不同防洪標準的洄水資料，估算各個方案的淹沒耕地畝數(shù)、房屋間數(shù)和必須遷移的人口數(shù)及鐵路、公路改線里程等指標。根據(jù)移民安置規(guī)劃方案，求出所需的開發(fā)補償費、工礦企業(yè)和城鎮(zhèn)的遷移費和防護費用等。為防止庫區(qū)耕地浸沒和鹽堿化，也須逐項估算年需費用。

6、進行水利動能經(jīng)濟計算。根據(jù)各水利部門的效益指標及其應(yīng)分攤的投資費用，計算水電站的造價及其在施工期內(nèi)各年的分配。對于各正常蓄水位方案之間的水電站必需容量與年發(fā)電量的差額，可用替代措施即用火電站來補充，為此相應(yīng)計算替代火電站的造價、年運行旨和燃料費。最后計算各個方案水電站的年費用AC水、替代火電站的補充年費用AC火和電力系統(tǒng)的年費用AC系=AC水+AC火，根據(jù)各個方案電力系統(tǒng)年費用的大小，可以選出經(jīng)濟上最有利的正常蓄水位。目前三十六頁\總數(shù)六十七頁\編于九點

說明：①在進行國民經(jīng)濟評價時，所有經(jīng)濟指標均應(yīng)按影了價格計算；在進行財務(wù)評價時，所有財務(wù)指標均按現(xiàn)行財務(wù)價格計算。②對各個方案進行國民經(jīng)濟評價時，除采用上述年費用AC系為最小外，尚可采用差額投資經(jīng)濟內(nèi)部收益率法[見式（4-31）]，并進行不確定性分析。③對國民經(jīng)濟評價優(yōu)選出來的正常蓄水位方案，尚須進行財務(wù)評價，計算財務(wù)內(nèi)部收益率、財務(wù)凈現(xiàn)值、貸款償還年限等評價指標，以便論證本方案在財務(wù)上的可行性。④在上述國民經(jīng)濟評價和財務(wù)評價的基礎(chǔ)上，最后須從政治、社會、技術(shù)以及其他方面進行綜合評價。保證所選出的水庫規(guī)模符合地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展的要求，而且技術(shù)上正確的、經(jīng)濟上合理的、財務(wù)上可行的方案。目前三十七頁\總數(shù)六十七頁\編于九點

（五）以發(fā)電為主的水庫正常蓄水位選擇舉例（P.140）根據(jù)以下基本資料選擇水庫正常蓄水位。某大型水庫的主要任務(wù)為發(fā)電，壩址以上流域面積為10500km2，多年平均年徑流量

=116.7億m3。汛期為5~9月，根據(jù)計算，千年一遇洪峰流量為27000m3/s，7日洪量為49.4億m3。此水庫尚有防洪任務(wù)，要求減輕下游城市及30萬畝農(nóng)田的洪水災(zāi)害。此外，水庫尚有灌溉、航運等方面的綜合利用任務(wù)。

目前三十八頁\總數(shù)六十七頁\編于九點

1、正常蓄水位方案的擬定

要求不淹沒上游某城市，正常蓄水位上限值定為115m。據(jù)電力系統(tǒng)對本電站的要求，正常蓄水位不宜低于105m。選定105m、110m、115m共3個比較方案。目前三十九頁\總數(shù)六十七頁\編于九點2、計算步驟與方法

（1）設(shè)計保證率的選擇?？紤]到設(shè)計水平年本電站容量在系統(tǒng)中的比重達50%，它在系統(tǒng)中的作用較重要，故選擇P設(shè)=97%。（2）選擇設(shè)計枯水年系列及中水年系列，分別進行徑流調(diào)節(jié)與水能計算，求出各個方案的保證出力與多年平均年發(fā)電量。然后，用簡化方法求出水電站的最大工作容量和必需容量。（3）根據(jù)施工進度計劃及工程概算，定出水電站的施工期限m（年）和各年投資分配，計算水電站造價原值K′1，定出折現(xiàn)基準年（施工期末）的折算造價K1。（4）計算水電站的本利年攤還值RP1=K1[A/P，r0，n1]。根據(jù)原規(guī)范，電力工業(yè)部門規(guī)定的投資收益率r0=0.10，水電站的經(jīng)濟壽命n1=50年。目前四十頁\總數(shù)六十七頁\編于九點（5）設(shè)水電站在施工期內(nèi)的最后3年為初始運行期，在初始運行期的第一年末，第二年末，第三年末，水電站裝機容量相應(yīng)有1/3、2/3、全部機組投入系統(tǒng)運行，年運行費Ut則與該年的發(fā)電量成正比。在正常運行期內(nèi)，假設(shè)各年年運行費U1=0.0175K（年運行費率一般為造價原價的1.5%~2%，不包括折舊費率，下同）。折算至基準年的初始運行期運行費為：其年攤還值為：目前四十一頁\總數(shù)六十七頁\編于九點（6）各方案的水電站年費用

AC水=K1[A/P，r0,n1]+U1+U′1（6-19）（7）為了各方案能同等程度地滿足電力系統(tǒng)對電力、電量的要求，正常蓄水位較低的方案，應(yīng)以替代電站（凝汽式火電站）的電力、電量補充，為簡化計算，以第3方案為準，僅計算各方案的差額，具體計算方法見表6-1（P.141），最后可求得替代電站補充年費用AC火。（8）計算各方案電力系統(tǒng)的年費用

AC系=AC水+AC火目前四十二頁\總數(shù)六十七頁\編于九點目前四十三頁\總數(shù)六十七頁\編于九點

3、計算成果分析

（1）各正常蓄水位方案在技術(shù)上都是可行的。從系統(tǒng)年費用看，以105m方案較為有利。

（2）從水庫淹沒損失看，從正常蓄水位高程105m增加到110m，將增加淹沒耕地2.26萬畝，增加遷移人口2.17萬人，根據(jù)當?shù)匾泼衽c淹沒耕地數(shù)均將有顯著增加。（3）從靜態(tài)的補充千瓦造價kN與補充電能成本uE看，當正常蓄水位從105m增加到110m，kN=1008元/Kw，uE<0.01元/（Kw·h），這些指標都是有利的。（4）從本地區(qū)國民經(jīng)濟發(fā)展規(guī)劃看，本電站地處工農(nóng)業(yè)發(fā)展較快地區(qū)，系統(tǒng)負荷獎有大幅度增長，但本地區(qū)能源并不豐富，有利的水能開發(fā)地址不多。本電站為大型水電站，具有多年調(diào)節(jié)水庫，獎在系統(tǒng)中起調(diào)峰、調(diào)頻及事故備用等作用，適當增大電站規(guī)模是很重要的。目前四十四頁\總數(shù)六十七頁\編于九點

考慮到本地區(qū)能源較缺乏，故應(yīng)充分開發(fā)水能資源，適當加大本電站的規(guī)模，以適應(yīng)國民經(jīng)濟的迅速發(fā)展。根據(jù)以上綜合分析，以選正常蓄水位110m方案較好。4、結(jié)論目前四十五頁\總數(shù)六十七頁\編于九點

二、設(shè)計死水位的選擇

（一）選擇設(shè)計死水位的意義

設(shè)計死水位（以下簡稱死水位）：是指水庫在正常運行情況下允許消落的最低水位。在一般情況下，水庫水位將在正常蓄水位與死水位之間變動，其變幅即為水庫消落深度。當遇到特別枯水年份或發(fā)生特殊情況（如水庫清底檢修、戰(zhàn)備、地震等）時，水庫運行水位允許比設(shè)計死水位還低一些，被稱為極限死水位。在確定極限死水位時，尚未須考慮水庫泥沙淤積高程、沖沙水位、灌溉引水高程等要求。

目前四十六頁\總數(shù)六十七頁\編于九點

隨著河流的不斷開發(fā)，上下游梯級水庫相繼建成，對本水電站的死水位將有不同要求。上游各梯級水庫要求本電站的死水位適當提高一些，以便上游梯級水庫的調(diào)節(jié)流量獲得較高的平均水頭；下游梯級水庫則要求本電站的死水位適當降低一些，以便下游梯級電站獲得較大的調(diào)節(jié)流量。在設(shè)計死水位與極限死水位之間的庫容，則可稱為備用庫容。如圖6-17，（P.142）。目前四十七頁\總數(shù)六十七頁\編于九點

（二）各水利部門對死水位的要求

1、發(fā)電的要求

在已定的正常蓄水位下，隨著水庫消落深度的加大，興利庫容V興及調(diào)節(jié)流量均隨著增加；另一方面，死水位的降低，相應(yīng)水電站供水期內(nèi)的平均水頭H平均供卻隨著減小，因此其中存在一個比較有利的消落深度，使水電站供水期的電能E″供最大。為便于分析，可把水電站供水期的電能E供劃分為兩部分，一部分為蓄水庫容電能E庫，另一部分為來水量W供產(chǎn)生的不蓄電能E不蓄，即

E供=E庫+E不蓄

（6-20）

式中

E庫=0.00272ηV興H平均供

（6-21）

E不蓄=0.00272ηW供H平均供

（6-22）目前四十八頁\總數(shù)六十七頁\編于九點對于蓄水庫容電能E庫，死水位Z死愈低，V興愈大，雖供水期平均水頭H平均供稍小些，但其減小的影響一般小于V興增加的影響，所以水庫消落深度愈大，E庫亦愈大，只是增量愈來愈小。如圖6-18（P.143）上的①線。

對于不蓄電能E不蓄，情況恰好相反。由于供水期天然來水量W供是一定的，因而死水位Z死愈低，H平均供愈小，E不蓄也愈來愈小，如圖6-18上的②線。供水期電能E″供是這兩部分電能之和[見式（6-20）]，當水庫消落深度為某一值時，供水期電能可能出現(xiàn)最大值E″供，如圖6-18上的③線。至于蓄水期內(nèi)的電能E″蓄，由于其中的不蓄電能一般占主要部分，因此比供水期E″供年要求的水庫消落深度高一些，如圖6-18上的④線。

枯水年電能E枯年=E枯供+E枯蓄，將兩根曲線③和④沿橫坐標相加，即得枯水年電能E″枯年與水庫消落深度h消的關(guān)系曲線⑤，從而求出枯水年要求的比較有利的水庫消落深度及其相應(yīng)的E″枯年，如圖6-18上的⑤線。同理，可以求出與中水年最大電能E″中年相應(yīng)的水庫消落深度，如圖6-18上的⑥線。比較這幾根曲線可看出，中水年相應(yīng)E″中年的水庫消落深度比枯水年相應(yīng)E″枯年的小一些，即要求的死水位高一些。同理，豐水年相應(yīng)E″豐年（圖6-18上未示出）的死水位更高些，只有遇到設(shè)計枯水年（年調(diào)節(jié)水庫）或設(shè)計枯水年系列（多年調(diào)節(jié)水庫）時，供水期末水庫水位才消落至設(shè)計死水位。在水電站建成后的正常運行時期，為了獲得更多的年電能，水電站各年的消落深度應(yīng)該是不同的，所定的設(shè)計死水位主要是為設(shè)計水電站確定進水口的位置。在將來正常運行期內(nèi)，根據(jù)入庫天然來水等情況，可以適當調(diào)整死水位，即在運行期內(nèi)水庫死水位并不是固定不變的。目前四十九頁\總數(shù)六十七頁\編于九點

2、其他綜合利用要求

當下游地區(qū)要求水庫提供一定量的工業(yè)用水和灌溉水量或航運水深時，則應(yīng)根據(jù)徑流調(diào)節(jié)所需的興利庫容選擇死水位，如果綜合利用各用水部門所要求的死水位，比按發(fā)電要求的死水位高時，則可按發(fā)電要求選擇設(shè)計死水位；如果情況相反，當水庫主要任務(wù)為發(fā)電，則根據(jù)主次要求，在盡量滿足綜合利用要求的情況下按發(fā)電要求選擇設(shè)計死水位；

當水庫主要任務(wù)為灌溉或城市供水時，則在適當照顧發(fā)電要求的情況下按綜合利用要求選擇設(shè)計死水位。在一般情況下，發(fā)電與其他綜合利用部門在用水量與用水時間上總有一些矛盾，尤其水電站要擔任電力系統(tǒng)的調(diào)峰任務(wù)時，下泄流量很不均勻，而供水與航運部門則要求水庫均勻地下泄露流量。此時應(yīng)在水電站下游修建反調(diào)節(jié)池或用其他措施解決。目前五十頁\總數(shù)六十七頁\編于九點

（三）選擇死水位的步驟與方法

（1）在已定的正常蓄水位條件下，根據(jù)庫容特性、綜合利用要求、地形地質(zhì)條件、水工、施工、機電設(shè)備等要求，確定死水位的上、下限，然后在上、下限之間，擬定若干個死水位方案進行比較。（2）根據(jù)對以發(fā)電為主的28座水庫資料的統(tǒng)計，最有利的消落深度均在水電站最大水頭的30%。對于綜合利用水庫，或?qū)ο掠翁菁壦娬居休^大影響的龍頭水庫，或者完全多年調(diào)節(jié)水庫，其消落深度一般為最大水頭的40~50%左右。上述統(tǒng)計數(shù)據(jù)可供選擇死水位的上、下限方案時參考。（3）選擇水庫死水位的上限，一般化應(yīng)考慮下列因素：a.通常為獲得最大多年平均年電能的死水位，比為獲得最大保證出力的死水位高。因此水電站水庫的上限方案，應(yīng)稍高于具有最大多年平均年電能的死水位；b.對于調(diào)節(jié)性能不高的水庫，應(yīng)盡可能保證能進行日調(diào)節(jié)所需的庫容；c.對于調(diào)節(jié)性能較高的水庫，盡可能保持具有多年調(diào)節(jié)性能。（4）選擇死水位的下限，一般應(yīng)考慮下列因素：a.如水庫具有綜合利用要求，死水位的下限不應(yīng)高于灌溉，城市供水及發(fā)電等引水所要求的高程；b.考慮水庫泥沙淤積對進水口高程的影響；c.死水位也不能過低，要考慮進水口閘六制造及啟閉機的能力或水輪機制造廠家所保證的最低水頭。（5）在水庫死水位上、下限之間選擇若干個死水位方案，求出相應(yīng)的興利庫容和水庫消落深度；然后對每個方案用設(shè)計枯水年或枯水年系列資料進行徑流調(diào)節(jié)，得出各個方案的調(diào)節(jié)流量Q調(diào)及平均水頭H平均。（6）對各個死水位方案，計算保證出力N保和多年平均年發(fā)電量E平均水，通過系統(tǒng)電力電量平衡，求出各個方案水電站的最大工作容量N″水、工。必需容量N水、必與裝機容量N裝。（7）計算各個方案的水工建筑物和機電設(shè)備的投資以及年運行費。死水位的降低，水電站進水口等位置必然隨著降低。由于承受的水壓力增加，因而閘門和引水系統(tǒng)的投資和年埃費均將隨著增加，根據(jù)引水系統(tǒng)和機電設(shè)備的不同經(jīng)濟壽命，求出不同死水位方案的年費用AC水。（8）為了各個死水位方案能同等程度地滿足系統(tǒng)對電力、電量的要求，尚須計算各個方案替代電站補充的必需容量與補充的年電量，從而求出不同死水位方案替代電站的補充年費用AC火。（9）根據(jù)系統(tǒng)年費用最小準則（AC系=AC水+AC火為最?。?，并考慮綜合利用要求以及其他因素，最終選擇合理的死水位方案。目前五十一頁\總數(shù)六十七頁\編于九點

（四）以發(fā)電為主的水庫死水位選擇舉例

已知某大型水庫的正常蓄水位為110m高程，參閱表6-1。現(xiàn)擬選擇該水庫的設(shè)計死水位。已知水電站的最大水頭H′′=80m，水庫為不完全多年調(diào)節(jié)，現(xiàn)假設(shè)水庫消落深度為最大水頭的30%、35%及40%三個方案。有關(guān)水利、動能、經(jīng)濟計算成果參閱表6-2（P.145）。目前五十二頁\總數(shù)六十七頁\編于九點目前五十三頁\總數(shù)六十七頁\編于九點目前五十四頁\總數(shù)六十七頁\編于九點

對計算成果的分析：（1）各死水位方案在技術(shù)上都是可行的。從系統(tǒng)年費用看，以死水位78m方案較為有利。（2）水庫設(shè)計死水位較低，將來水庫調(diào)度比較靈活。（3）水庫設(shè)計死水位較低，調(diào)節(jié)庫容較大，相應(yīng)調(diào)節(jié)流量也較大，便于滿足綜合利用用水量要求。（4）如水庫設(shè)計死水位低于78m高程，則灌溉引水高程不能滿足擴大自流灌溉面積等要求。綜上分析，選擇設(shè)計融會貫通水位78m高程較為有利。目前五十五頁\總數(shù)六十七頁\編于九點

三、水庫防洪特征水位的選擇

（一）概述

一般在整個汛期內(nèi)僅有一段時間可能發(fā)生大洪水，其他時間僅發(fā)生小洪水，因此水庫在汛期內(nèi)的防洪限制水位就應(yīng)該不同。在可能發(fā)生大洪水的伏汛期內(nèi)，其防洪限制水位應(yīng)該低些，在秋汛期內(nèi)，由于一般僅發(fā)生小洪水，其防洪限制水位就可適當抬高，使防洪庫容減小，增加相應(yīng)興利庫容，從而使防洪庫容和興利庫容盡可能多地結(jié)合起來。目前五十六頁\總數(shù)六十七頁\編于九點

如圖6-19（P.146）所示。防洪限制水位的確定，不獨與設(shè)計洪水位、校核洪水位有十分密切的關(guān)系，而且與溢洪道的底檻高程亦密切有關(guān)。目前五十七頁\總數(shù)六十七頁\編于九點

（二）防洪限制水位的選擇

在綜合利用水庫中，防洪限