題目：徑流式水電站水能計(jì)算指導(dǎo)教師：職稱：講師學(xué)生姓名：****學(xué)號(hào)：20090520****專業(yè)：水文與水資源工程院（系）：水利與環(huán)境學(xué)院完成時(shí)間：2013年5月25日2013年5月25日目錄TOC\o"1-3"\h\u摘要IABSTRACTII1緒論11.1論文選題的背景及研究的目的和意義11.2水能計(jì)算方法簡(jiǎn)介12徑流式水電站的特點(diǎn)33334442.6本章總結(jié)43所選實(shí)例的概況及基本資料63.1清源水電站（原名西淹電站）概況63.1.1自然地理情況663.2清源水電站的主要參數(shù)與資料63.3清源水電站旬徑流量系列典型年的選取63.4本章總結(jié)74用三種方法分別計(jì)算分析84.1利用面積比法888813131316171717174.3.3方法評(píng)價(jià)204.4裝機(jī)容量確定204.5本章小結(jié)215裝機(jī)方案的優(yōu)選222222235.4本章總結(jié)246總結(jié)25致謝26參考文獻(xiàn)27附錄1英文文獻(xiàn)28附錄2英文譯稿43摘要我國(guó)幅員遼闊，水資源與水能資源蘊(yùn)藏豐富。我國(guó)的徑流式水力資源分布廣泛，但是分布不均勻，不同的地方具有不同的開發(fā)條件。受到地理位置不同的限制徑流條件差異很大。對(duì)于南方河流徑流量大，泥沙含量較少；而對(duì)于北方河流徑流量較小，水中含沙量較大。這就為徑流式水電站的水能計(jì)算增加了難度，本論文以靈寶市清源電站水能計(jì)算為例，對(duì)徑流式水電站水能計(jì)算方法進(jìn)行研究分析，該論文所取得的成果如下：(1)根據(jù)窄口水庫的旬徑流量系列，利用水文比擬法得出清源電站的旬流量資料。(2)分別采用面積比法、水電站徑流計(jì)算簡(jiǎn)捷算法以及列表法，計(jì)算得出相應(yīng)的設(shè)計(jì)流量、裝機(jī)容量、平均發(fā)電量。(3)考慮水輪機(jī)價(jià)格、發(fā)電利用效率等水電站經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，確定出最佳的發(fā)電設(shè)計(jì)流量、裝機(jī)容量以及平均發(fā)電量。關(guān)鍵詞：徑流式水電站；水能計(jì)算；經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)。ABSTRACTChina'svastterritory，andrichinwaterresourcesandhydropowerresources.Chineserunoffwaterresourcesarewidelydistributed.Buttheunevendistributionofdifferentplaceswithdifferentdevelopmentconditions.Runoffconditionsvarygreatlysubjecttodifferentgeographicalrestrictions.FortheSouthriver,theirrunoffisvolume,andhasalowsedimentcontent;whilethenorthernriverhasasmallerrunoff,andthewatersedimentisbigger.Andthispowerstationinhydropowermakerunoffcalculationsmoredifficult,thisthesislettheLingbaoQingyuanHydroEnergycalculatedasaexample,makeaanalysisforhydropowerstationonrunoffcalculationmethod.Theoutcomeofthepaperisasfollows:(1)AccordingtotheZhaiKoureservoirrunoffseries,obtainedusinghydrologicalsimulationmethodgettheQingyuanpowerstation'slatetrafficdata.(2)Usethearearatiomethod,hydropowerrunoffcalculationalgorithmandthelistofasimplemethod,calculatedthecorrespondingdesignflowcapacity,theaveragegeneratingcapacity.(3)Considertheturbine'sprices,hydroelectricpowergenerationefficiencyandothereconomicindicators,todeterminethebestdesignflowgeneration,installedcapacityandtheaveragegeneratingcapacity.

Keywords:Run-off-station;waterpowercalculation;economicevaluation.1緒論1.1論文選題的背景及研究的目的和意義水能計(jì)算是指在不同水文情況下,針對(duì)工程設(shè)計(jì)不同的參數(shù)條件,計(jì)算水電站的能量指標(biāo),即水電站的保證出力和多年平均發(fā)電量等。水能計(jì)算貫穿于水電站規(guī)劃設(shè)計(jì)、運(yùn)行管理、增容改造的整個(gè)過程中，其計(jì)算成果為電站的方案設(shè)計(jì)比較及裝機(jī)容量確定等提供重要依據(jù)。但由于來水資料的不確定性和水文資料長(zhǎng)系列性，致使水能計(jì)算復(fù)雜繁瑣。水能計(jì)算一般與水能的調(diào)節(jié)性能有關(guān),有調(diào)節(jié)性能和無調(diào)節(jié)性能的水電站的水能計(jì)算方法是不同的。論文所選題目即是無調(diào)節(jié)性能的徑流式水電站水能計(jì)算，其主要依靠天然來水發(fā)電。目前相應(yīng)的徑流式水電站水能計(jì)算方法主要有合軸圖解法［１］、基本曲線法［２］、應(yīng)用圖表法［３］、時(shí)歷法［４］等。上述水能計(jì)算方法雖均具有較高的計(jì)算精度，但存在工作量大、計(jì)算時(shí)間長(zhǎng)、過程較繁瑣、無較強(qiáng)的針對(duì)性等不足。我國(guó)小水電資源十分豐富，技術(shù)可開發(fā)量達(dá)1．28億kW。目前，大陸地區(qū)已建成小水電站45000多座，裝機(jī)容量5100多萬kW。小水電遍及全國(guó)1/2的地域、1/3的縣市，使3億多無電人口用上了電。小水電在解決農(nóng)村用電、帶動(dòng)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展、改善農(nóng)民生產(chǎn)生活條件、促進(jìn)節(jié)能減排等多方面發(fā)揮了重要作用。本論文就是根據(jù)清源電站的資料，對(duì)其進(jìn)行電站的設(shè)計(jì)，介紹該類徑流式水電站的水能計(jì)算方法。徑流式水電資源豐富，中國(guó)對(duì)徑流式水電站的開發(fā)利用還需要更深一步。本次的徑流式水電站的水能計(jì)算方法的設(shè)計(jì)，即是對(duì)徑流式水電站水能計(jì)算的方法進(jìn)行分析篩選，選擇合適的方法。與此同時(shí)，在設(shè)計(jì)的時(shí)候都要綜合考慮各種的標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)，以達(dá)到經(jīng)濟(jì)效益、生產(chǎn)效益、環(huán)境效益統(tǒng)一兼顧的目的。1.2水能計(jì)算方法簡(jiǎn)介目前水能計(jì)算的方法很多,如快速水能規(guī)劃法、基本曲線法、最優(yōu)化數(shù)學(xué)模型、圖解法、簡(jiǎn)化等流量法等?？焖偎芤?guī)劃法是通過水庫來水的指數(shù)概化模型,將常系列逐時(shí)段的水能計(jì)算化為一次調(diào)蓄計(jì)算并通過有效的調(diào)配系數(shù)法調(diào)整概化誤差達(dá)到精度要求的快速水能計(jì)算方法；基本曲線法是根據(jù)參證水文站的日平均流量保證率基本曲線,基本流量和年利用小時(shí)數(shù)關(guān)系曲線來進(jìn)行水能計(jì)算；最優(yōu)化數(shù)學(xué)模型是針對(duì)梯級(jí)電站的龍頭電站提出的,在枯水期滿流量、滿出力進(jìn)行梯級(jí)補(bǔ)償?shù)囊环N過程,是等流量或等出力的一種特殊情況；通用圖解法是在缺乏資料的情況下,采用參證站的已有資料得出流量和水頭、保證出力關(guān)系曲線,然后利用水電站的已知資料查曲線進(jìn)行求解,通用求解法直觀簡(jiǎn)單、能減少工作量,也能保證一定的計(jì)算精度；簡(jiǎn)化等流量法將每年的整個(gè)供水期作為一個(gè)計(jì)算時(shí)段,推求出調(diào)節(jié)流量、保證出力和裝機(jī)容量的計(jì)算公式的水能計(jì)算。對(duì)于本課題所要計(jì)算的清源電站的具體情況，水頭固定。為計(jì)算其水能，可以采用面積比法、計(jì)算水能系數(shù)的簡(jiǎn)捷算法和基本的列表法，然后進(jìn)行比較找出合適的裝機(jī)容量。本章小結(jié)本章首先對(duì)本課題的研究方法，研究目的與意義。然后對(duì)水能計(jì)算的方法進(jìn)行了簡(jiǎn)單的介紹，同時(shí)指出本論文所要采用的方法：列表法、面積比法和計(jì)算水能系數(shù)的簡(jiǎn)捷算法。為本論文指出來計(jì)算分析的解決方法。2徑流式水電站的特點(diǎn)徑流式水電站的開發(fā)特點(diǎn)無調(diào)節(jié)水庫的電站稱為徑流式水電站。此種水電站按照河道多年平均流量及所可能獲得的水頭進(jìn)行裝機(jī)容量選擇。全年不能滿負(fù)荷運(yùn)行，在保證率為80%。，一般僅達(dá)到180天左右的正常運(yùn)行；枯水期發(fā)電量急劇下降，小于50%，有時(shí)甚至發(fā)不出電。即受河道天然流量的制約，而豐水期又有大量的棄水。徑流式電站一般位于河流的中下游平原或丘陵地帶,人口稠密,是工農(nóng)業(yè)相對(duì)發(fā)達(dá)的地區(qū)。為減少水庫損失,一般不宜建高壩,水頭一般較低。但電站通常位于電網(wǎng)負(fù)荷中心區(qū),年發(fā)電利用小時(shí)數(shù)較高,水力資源利用充分,施工技術(shù)簡(jiǎn)單,施工場(chǎng)地開闊,交通運(yùn)輸方便,整個(gè)建設(shè)工期較短,具有較大的開發(fā)價(jià)值。徑流式水電站的運(yùn)行特點(diǎn)徑流式水電站有其獨(dú)特的運(yùn)行特點(diǎn)：（1）24h內(nèi)出力基本不變，適宜擔(dān)負(fù)電力系統(tǒng)的基底負(fù)荷。（2）年內(nèi)各月電量變化大，枯水期電量明顯少于汛期，為此使系統(tǒng)內(nèi)火電站或其他電站要在汛期少發(fā)電，枯水期多發(fā)電，降低系統(tǒng)電源裝機(jī)容量利用率。（3）棄水多，徑流式水電站的水量利用系數(shù)一般較低，當(dāng)上游有調(diào)節(jié)水庫時(shí)，棄水會(huì)不同程度地減少。（4）壩式低水頭徑流式水電站的機(jī)組在汛期常因下游水位升高而發(fā)不足額定出力，甚至不能發(fā)電。徑流式水電站基本不調(diào)節(jié)徑流的特點(diǎn)徑流式水電站基本不調(diào)節(jié)徑流，按來水流量發(fā)電的水電站。當(dāng)來水流量大于電站水輪機(jī)過水能力時(shí)，水電站滿出力運(yùn)行，多余的水量不通過機(jī)組發(fā)電，直接經(jīng)泄水道泄向下游，稱為棄水；當(dāng)來水較少時(shí)，全部來水通過機(jī)組發(fā)電，但有部分裝機(jī)容量因缺水而未被利用。水電站這種運(yùn)行方式稱為徑流發(fā)電。與徑流式水電站相對(duì)應(yīng)的是調(diào)節(jié)式水電站，其運(yùn)行方式是用水庫調(diào)節(jié)徑流，據(jù)用電要求發(fā)電：來水多于需要時(shí)，水庫蓄水；不足時(shí)，水庫補(bǔ)水。調(diào)節(jié)式水電站包括有多年調(diào)節(jié)、年（季）調(diào)節(jié)、周調(diào)節(jié)、日調(diào)節(jié)等水電站（見徑流調(diào)節(jié)）。其中日調(diào)節(jié)水電站一般只在枯水季進(jìn)行日調(diào)節(jié)，在汛期常采用徑流發(fā)電方式，所以有人認(rèn)為日調(diào)節(jié)水電站也屬徑流式水電站。徑流式水電站中有高水頭或低水頭的引水式水電站，也有低水頭的壩式水電站。其原因如下：（1）水庫不具備相應(yīng)的調(diào)節(jié)庫容，沒有能力調(diào)節(jié)。（2）雖有一定庫容，但受綜合利用要求制約而不調(diào)節(jié)徑流。如建在中國(guó)長(zhǎng)江上的葛洲壩水利樞紐，其水庫總庫容，在枯水期本可進(jìn)行日調(diào)節(jié)，但為適應(yīng)下游航運(yùn)要求而不調(diào)節(jié)徑流。當(dāng)上游三峽水利樞紐建成運(yùn)行后，葛洲壩將不再作徑流發(fā)電運(yùn)行而承擔(dān)反調(diào)節(jié)任務(wù)，即把三峽水利樞紐因調(diào)峰運(yùn)行而放出的24h不均勻流量反調(diào)節(jié)成均勻流量出庫以適應(yīng)下游航運(yùn)要求。徑流式水電站在24h內(nèi)一般均勻發(fā)電，但當(dāng)電力系統(tǒng)調(diào)峰能力不足時(shí)也可不均勻發(fā)電，即在負(fù)荷高峰時(shí)利用全部流量發(fā)電或機(jī)組滿出力運(yùn)行；在負(fù)荷低谷時(shí)相對(duì)減少發(fā)電出力，致使部分流量不通過機(jī)組發(fā)電而棄水出庫。這種運(yùn)行方式稱為棄水調(diào)峰，由于棄水而未被利用的電量稱為強(qiáng)迫棄水電量。功率受天然流量控制徑流式電站無調(diào)節(jié)水庫(或調(diào)節(jié)能力有限),電站水頭變化幅度大,水輪機(jī)功率受天然流量控制,上游水位比較固定。在枯水期有日調(diào)節(jié)能力且水頭高,但流量小,機(jī)組流量功率受阻而發(fā)不出額定功率；在汛期初始階段,流量逐漸增大,但水頭降低水頭功率仍受阻；此后,當(dāng)流量隨來水量的增大而增加,其增大速度大于水頭減小的比例時(shí),功率隨之增加,水頭和流量組合到某種情況,功率達(dá)到最大值:此后,流量雖繼續(xù)增加,但由于水頭降低速度快,功率逐漸減小,機(jī)組發(fā)不出額定功率,致使功率再次受阻。這也是徑流式電站與蓄水式電站顯著不同點(diǎn)之一。低水頭徑流式電站的設(shè)計(jì)特點(diǎn)考慮水頭損失徑流式電站多屬河床電站,主廠房一般都在壩內(nèi),進(jìn)水口距離機(jī)組中心線較近,加之由于水頭較低,水輪機(jī)主要靠流量作功,所以進(jìn)水口閘門尺寸較大,過柵流速較低。從進(jìn)水口到尾水管出口的局部水頭損失以及動(dòng)能差往往被人們所忽略不計(jì),根據(jù)已建成的國(guó)內(nèi)低水頭徑流電站數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì),水頭損失可按下列經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行估算:(2.1)式中一電站水頭損失,;一摩阻系數(shù);一電站毛水頭,。如果在水輪機(jī)參數(shù)選擇過程中未計(jì)入水頭損失,它將影響電能的大小、設(shè)計(jì)水頭與裝機(jī)容量的確切性,將使電站年發(fā)電量達(dá)不到設(shè)計(jì)值。一般取。在此課題中，根據(jù)所得資料可以設(shè)定水頭固定為95m，但是在其他的水能計(jì)算時(shí)應(yīng)當(dāng)考慮水頭的損失。2.6本章總結(jié)本章中對(duì)徑流式水電站的設(shè)計(jì)、開發(fā)與運(yùn)行的特點(diǎn)進(jìn)行了講訴，對(duì)徑流式的特點(diǎn)的介紹，有利于為徑流式水電站水能計(jì)算的程序設(shè)計(jì)方案的選擇。了解徑流式水電站在我國(guó)水電里的地位，另一面由反映了該課題研究的必要性。3所選實(shí)例的概況及基本資料3.1清源水電站（原名西淹電站）概況3.1.1自然地理情況清源水電站（原名西淹電站）位于河南省靈寶市五廟鄉(xiāng)西淹村西南部。靈寶市位于豫晉陜?nèi)〗唤缣幍暮幽鲜∥鞑浚瑢偃T峽市，北瀕黃河，分別與陜西省洛南縣、潼關(guān)縣，山西省芮城縣、平陸縣，河南省陜縣、洛寧縣、盧氏縣接壤。清源水電站建址于黃河一級(jí)支流弘農(nóng)澗河的支流麻家河上。麻家河發(fā)源于盧氏縣杜關(guān)鎮(zhèn)的雞籠山，流經(jīng)清水河口、麻家河、穆桂寨北流入弘農(nóng)澗河。弘農(nóng)澗河為黃河一級(jí)支流，是靈寶市境內(nèi)除黃河干流外最大一條河流，發(fā)源于小秦嶺南麓的朱陽芋園西，由南向北流經(jīng)朱陽、五畝、尹莊、城關(guān)、函谷關(guān)、大王6個(gè)鄉(xiāng)（鎮(zhèn)），至函谷關(guān)北注入黃河，流域面積2068km2。干流長(zhǎng)88，河床坡降1.1%，多年平均流量為3/s。弘農(nóng)澗河上游建有窄口水庫。靈寶市屬暖溫帶大陸性半濕潤(rùn)季風(fēng)型氣候，氣候溫和，四季分明。年平均氣溫，極值高溫，極值低溫-17，日平均氣溫大于10的日數(shù)為182—210天。積溫3370—4620，無霜期199—215天。日照百分率為50%—54%。年平均降雨量為，且時(shí)空分布不均，由南向北呈遞減趨勢(shì)，6至9月份降雨量占全年的60%左右。工程概況清源水電站引用麻家河和金家河水流，設(shè)計(jì)水頭95。清源水電站建筑工程主要由麻家河渠首壩、金家河渠首壩、明渠、渡槽、隧洞、前池、壓力管道、廠房、升壓站、生活區(qū)組成。3.2清源水電站的主要參數(shù)與資料由于清源水電站是徑流式水電站，其水頭是固定的即設(shè)計(jì)水頭H設(shè)=95m,綜合出力系數(shù)A的取值范圍在到，在本論文里綜合出力系數(shù)A取8。所給資料還包括1958-2005年48年窄口水庫旬徑流量系列，窄口水庫控制面積903km2，清源水電站控制面積195km2。由于窄口水庫建在弘農(nóng)澗河上游，清源水電站在弘農(nóng)澗河的支流上，兩站地理?xiàng)l件相似，降水條件一致，故可以利用水文比擬法將窄口水庫的旬徑流量系列擴(kuò)展為清源電站的旬徑流量系列，資料見附表。3.3清源水電站旬徑流量系列典型年的選取為計(jì)算方便，可以選定豐平枯三個(gè)典型年。以典型年的徑流資料代表整個(gè)系列的數(shù)據(jù)，這樣既保證了一定的全面性，另一方面有減少了數(shù)據(jù)的處理量。首先，將48年清源水電站旬徑流系列里的各年的年平均徑流進(jìn)行排頻，繪制曲線，所繪制曲線如圖1所示：圖1曲線找代表年取25、50、75分別為豐平枯代表年，所對(duì)應(yīng)的年份為1985年、1966年、1999年。在利用計(jì)算水能參數(shù)的簡(jiǎn)捷算法里，利用豐平枯三代表年進(jìn)行計(jì)算，使計(jì)算過程簡(jiǎn)化。3.4本章總結(jié)本章介紹了水能計(jì)算的實(shí)例——清源電站的概況，對(duì)清源電站的自然地理、工程概況都有較詳細(xì)的描述，介紹了水能計(jì)算的主要參數(shù)。為了簡(jiǎn)化計(jì)算，方便得出合適的計(jì)算結(jié)果，在本論文中，統(tǒng)一的對(duì)清源水電站的參證站窄口水庫的多年旬徑流資料，利用面積比擬法將窄口水庫的旬徑流資料同倍比縮放為清源水電站的旬徑流資料。再利用曲線找到豐平枯所對(duì)應(yīng)的年份。為清源電站的水能計(jì)算提供方便。4用三種方法分別計(jì)算分析4.1利用面積比法面積比法的基本原理水能計(jì)算中，出力系數(shù)A與設(shè)計(jì)水頭H只按一定的配比系數(shù)影響出力和發(fā)電量，而年利用小時(shí)數(shù)則不受其影響，其只受日平均流量和保證曲線的形狀影響。形狀與日平均流量和保證率有關(guān)，對(duì)于一個(gè)水文站歷年觀測(cè)的數(shù)據(jù)來說是確定的，那么，不同的日平均流量對(duì)應(yīng)的保證率就確定了，所對(duì)應(yīng)的年利用小時(shí)數(shù)就確定了。只要求出每個(gè)流量所對(duì)應(yīng)的年利用小時(shí)數(shù)，就可以很方便的算出出力，裝機(jī)容量，年發(fā)電量等。面積比法的計(jì)算方法據(jù)水文站歷年觀測(cè)的流量資料，進(jìn)行分級(jí)統(tǒng)計(jì)，求出各分級(jí)流量的滿發(fā)保證率。以分級(jí)流量為縱坐標(biāo)，相應(yīng)的保證率為橫坐標(biāo)，繪出日平均流量保證率曲線。在該曲線中，縱坐標(biāo)某個(gè)流量值與縱橫坐標(biāo)軸，保證率曲線圍成的面積就是可發(fā)電流量所占的面積，該流量值在曲線以外的面積是不能發(fā)電的空閑面積。發(fā)電量所占的面積與總面積之比即是發(fā)電歷時(shí)所占總歷時(shí)的比例，用此比例乘以一年的小時(shí)數(shù)8760，即為該流量發(fā)電時(shí)的年利用小時(shí)數(shù)。利用面積比法計(jì)算清源電站裝機(jī)和發(fā)電量根據(jù)多年觀測(cè)的旬平均流量資料，進(jìn)行分級(jí)統(tǒng)計(jì)計(jì)算結(jié)果如表1。由表的數(shù)據(jù)繪出流量—滿發(fā)保證率曲線（見圖2）。圖2分級(jí)流量滿發(fā)保證率關(guān)系曲線圖表1清源電站1958—2005年旬平均流量分級(jí)統(tǒng)計(jì)表年利用小時(shí)數(shù)計(jì)算根據(jù)清源電站的統(tǒng)計(jì)資料，列表計(jì)算分級(jí)流量所對(duì)應(yīng)的年利用小時(shí)數(shù)，其結(jié)果見表2。其中：（1）欄為分級(jí)流量；欄為分級(jí)流量對(duì)應(yīng)的保證率；（3）欄為分級(jí)流量所占面積，等于兩分級(jí)流量之差乘以保證率平均值;欄為累積流量面積，等于（3）欄累計(jì)；欄為總面積，包括流量面積和空閑面積之和，等于；欄為流量面積占總面積的比例，等于；欄為分級(jí)流量對(duì)應(yīng)的年利用小時(shí)數(shù)，等于。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，繪制流量—年利用小時(shí)數(shù)曲線（見圖3）.表2清源電站分級(jí)流量年利用小時(shí)數(shù)計(jì)算表續(xù)表2水能計(jì)算求是的保證出力由清源電站的關(guān)系曲線，查的P=80%時(shí)的流量為,則保證出力。求裝機(jī)容量和發(fā)電量按三倍保證出力裝機(jī)從表2中可知，通過之間的年利用小時(shí)數(shù)，利用差值函數(shù)可以求得時(shí)的年利用小時(shí)數(shù)為。則清源電站裝機(jī)容量和多年平均發(fā)電量分別為：(4.1)=540萬(4.2)圖3分級(jí)流量年利用小時(shí)數(shù)h關(guān)系曲線（2）按年利用小時(shí)不小于5000裝機(jī)從表2中利用差值函數(shù)可以求得年利用小時(shí)等于5000對(duì)應(yīng)的流量，則裝機(jī)容量和多年平均發(fā)電量為：(4.3)(4.4)方法評(píng)價(jià)徑流式水電站是一項(xiàng)投資少、見效快、易于實(shí)施的水電項(xiàng)目。但在前期規(guī)劃設(shè)計(jì)階段的水能計(jì)算中，一般做法是將水文站歷年觀測(cè)的日平均流量進(jìn)行分級(jí)，并統(tǒng)計(jì)出出現(xiàn)的天數(shù)，將天數(shù)由大到小進(jìn)行累加，得出大于等于該級(jí)流量的累計(jì)天數(shù)，求出各分級(jí)流量的保證率和持續(xù)時(shí)間，再由出力系數(shù)和分級(jí)流量求出出力和出力差值，電能差值和累計(jì)電能，然后以流量、出力為縱坐標(biāo)，以保證率、年發(fā)電量、年利用小時(shí)數(shù)為橫坐標(biāo)繪出日平均流量一保證率，出力一保證率，出力一年發(fā)電量，出力一年利用小時(shí)數(shù)曲線，通過曲線，得到所求的保證出力，裝機(jī)容量，年發(fā)電量，年利用小時(shí)數(shù)這種計(jì)算方法工作量大、相對(duì)麻煩，不能很快拿出計(jì)算成果供項(xiàng)目方案選定。面積比法對(duì)通常的水能計(jì)算方法進(jìn)行了分析探索，通過利用不同日平均流量對(duì)應(yīng)的保證率，年利用小時(shí)數(shù)，可以很方便地進(jìn)行水能計(jì)算，從而達(dá)到快速、簡(jiǎn)捷、準(zhǔn)確的效果，為工作提供便利。本文采用面積比法對(duì)清源水電站進(jìn)行了水能計(jì)算。經(jīng)分析，認(rèn)為此方法計(jì)算簡(jiǎn)捷、方便，計(jì)算成果準(zhǔn)確，可以加以推廣應(yīng)用。徑流式水電站簡(jiǎn)捷算法簡(jiǎn)捷算法的原理無調(diào)節(jié)水電站水能計(jì)算常用歷時(shí)法，這種方法用力年的水文資料進(jìn)行計(jì)算工作量較大，對(duì)于小型水電站常采用比較簡(jiǎn)化的代表年法，即從長(zhǎng)系列的水文資料里選取豐、中、枯三個(gè)特定的年份作為設(shè)計(jì)典型代表年來代替總體進(jìn)行計(jì)算。重新選取三個(gè)典型年,以三個(gè)典型年的旬平均流量為系列進(jìn)行排頻,累計(jì)流量,計(jì)算相應(yīng)的徑流利用系數(shù)、設(shè)備利用系數(shù)、理想年利用小時(shí)、綜合利用系數(shù),并點(diǎn)繪出曲線(見圖及表所示)。它們的相互關(guān)系如下:（1）流量保證率的計(jì)算對(duì)三個(gè)典型年的流量按大小順序排列,求出各個(gè)流量的累計(jì)天數(shù),并按下式求出各個(gè)流量出現(xiàn)的頻率。(4.5)式中各流量出現(xiàn)的頻率；各流量從大到小排列的序號(hào)。（2）徑流利用系數(shù)水量利用程度是同裝機(jī)容量選擇關(guān)系密切的重要指標(biāo)。相應(yīng)于某一設(shè)計(jì)裝機(jī)容量的可利用水量包括小于設(shè)計(jì)流量和等于設(shè)計(jì)流量的部分：(4.6)式中設(shè)計(jì)流量；小于Q的累積流量；97.59—三個(gè)典型年的總累積流量。（3）設(shè)計(jì)利用率在設(shè)計(jì)裝機(jī)容量情況下,全部可利用的水量使機(jī)組設(shè)備滿載運(yùn)行的時(shí)間與總歷時(shí)的比值,即:(4.7)（4）理想年利用小時(shí)（5）綜合利用系數(shù)顯然,水量利用率與設(shè)備利用率的選擇是相互約束的,如果選擇較大的設(shè)計(jì)流量,水量利用率也較高,但設(shè)備利用率卻降低;反之,選擇偏小的設(shè)計(jì)流量,設(shè)備利用率高,水量就不能充分利用,浪費(fèi)水力資源?，F(xiàn)用徑流利用系數(shù)與設(shè)備利用率的乘積來表示水能與設(shè)備的綜合利用率。(4.8)應(yīng)用該方法求解清源電站的裝機(jī)容量和多年平均發(fā)電量根據(jù)所得清源電站的旬平均流量資料，繪制典型年水能計(jì)算成果表，如下表3：表3清源電站典型年水能計(jì)算成果表m3/sm3/s續(xù)表3計(jì)算結(jié)果eq/f(3,4)由計(jì)算的清源電站的旬平均流量，（1）電站的保證出力根據(jù)負(fù)荷對(duì)象選取P=80%,從清源電站水能計(jì)算圖表上查得相應(yīng)的(4.9)電站保證出力為：(4.10)（2）按3倍保證流量裝機(jī)(4.11)(4.12)此時(shí)由清源電站水能計(jì)算成果表可以查出年利用小時(shí)數(shù)為，則求平均年發(fā)電量(4.13)（3）若裝機(jī)容量為此時(shí)設(shè)計(jì)年利用小時(shí)數(shù)為，則平均年發(fā)電量E3897.9×1500=585（4）若裝機(jī)容量為1000此時(shí)的設(shè)計(jì)年利用小時(shí)數(shù)為，則平均年發(fā)電量E5337.8×1000=534根據(jù)計(jì)算圖表裝機(jī)容量設(shè)定為1000方法總結(jié)計(jì)算實(shí)例表明:在選定參證站并進(jìn)行水能計(jì)算的基礎(chǔ)上,大大減少了水能計(jì)算的重復(fù)運(yùn)算;對(duì)于一個(gè)小流域是這樣,對(duì)于一個(gè)較大的流域或地區(qū)則可劃分流域區(qū),分別選定相應(yīng)的參證站作水能計(jì)算模式,使該區(qū)內(nèi)電站的水能計(jì)算得以簡(jiǎn)化或只是一個(gè)比擬條件比值選定和少量的查圖表工作,而電站出力持續(xù)曲線、裝機(jī)容量與發(fā)電量關(guān)系曲線圖表和相應(yīng)的徑流利用率、設(shè)備利用率、綜合利用率等水能利用指標(biāo)便可得出。利用列表法計(jì)算清源電站水能指標(biāo)列表法原理列表法能較嚴(yán)格，更細(xì)致的考慮需水和水量損失隨時(shí)間的變化，它是一種最通用的方法。概念清晰，應(yīng)用廣泛，尤其適合于有復(fù)雜綜合利用任務(wù)的水庫的水能計(jì)算。當(dāng)方案較多、時(shí)間序列較長(zhǎng)時(shí)，不適用。但是所選的系列為旬資料時(shí)間序列并不是太長(zhǎng)，故可以較準(zhǔn)確地計(jì)算結(jié)果，列表法是最常用的方法，所以用該方法檢驗(yàn)前兩個(gè)方法的計(jì)算結(jié)果。列表法計(jì)算過程已知清源電站綜合出力系數(shù)A取8，徑流式水電站水頭固定H=95m，利用清源電站的旬流量資料，先對(duì)流量進(jìn)行分級(jí)，統(tǒng)計(jì)在該流量范圍內(nèi)出力，頻率，累計(jì)電量與裝機(jī)年利用小時(shí)，計(jì)算過程如表4：m3/sm3/s表4列表法水能計(jì)算結(jié)果表續(xù)表4其中：（1）欄是由所得年份里旬平均流量資料所得，；（2）欄是（1）欄的平均值，；（3）欄表示該分級(jí)流量出力,;(4.14)（4）欄表示兩相鄰分級(jí)流量出力差值，即：(4.15)欄表示該分級(jí)流量組出現(xiàn)的概率；欄保證時(shí)間（h），計(jì)算公式為：(4.16)欄表示電量差，計(jì)算公式：(4.17)（8）欄表示累計(jì)電量，計(jì)算公式：(4.18)欄表示裝機(jī)年利用小時(shí)數(shù)（h），計(jì)算公式：(4.19)根據(jù)上表計(jì)算所得數(shù)據(jù)，找出累計(jì)電量與出力的關(guān)系，如圖4所示：為找出裝機(jī)容量，根據(jù)累計(jì)電量與出力的關(guān)系圖，在折點(diǎn)時(shí)的保證出力即為設(shè)計(jì)裝機(jī)容量，如上圖可知當(dāng)時(shí)為曲線折點(diǎn)。即可使裝機(jī)容量設(shè)定為，此時(shí)設(shè)計(jì)流量可由如下公式計(jì)算得到：(4.20)此時(shí)，由表3可以查的Q設(shè)所對(duì)應(yīng)的裝機(jī)年利用小時(shí)數(shù)為，多年平均發(fā)電量為：(4.21)圖4累計(jì)電量—出力關(guān)系4.3.3方法評(píng)價(jià)列表法注重逐步計(jì)算，對(duì)水能計(jì)算過程計(jì)算精確，能起到較好的參證作用，計(jì)算過程比前兩種方法要較繁瑣，是最基本的方法。可以結(jié)合列表法的精度和前兩種方法的便捷，確定水電站的裝機(jī)容量。4.4裝機(jī)容量確定利用面積比法、求水能系數(shù)的簡(jiǎn)捷算法以及基本的列表法分別對(duì)清源電站，進(jìn)行水能計(jì)算，計(jì)算方法思路明晰，過程清楚，計(jì)算結(jié)果具有較高的精度。綜合考慮三種方法的計(jì)算結(jié)果，初步選定三個(gè)裝機(jī)方案，即：（1）.裝機(jī)容量、裝機(jī)年利用小時(shí)數(shù)為、多年平均發(fā)電量分別為：(4.22)(4.23)（2）.裝機(jī)容量裝機(jī)年利用小時(shí)數(shù)為、多年平均發(fā)電量分別為：(4.24)(4.25)(4.26).裝機(jī)容量裝機(jī)年利用小時(shí)數(shù)為、多年平均發(fā)電量分別為：(4.27)(4.28)從上面所找的三個(gè)裝機(jī)方案里找到一組較合適的，可以看到當(dāng)裝機(jī)容量為1000kW時(shí)，年平均發(fā)電量偏小。而裝機(jī)容量為1500kW時(shí)，裝機(jī)年利用小時(shí)數(shù)又較小，保證率低。選裝機(jī)容量為1200kW時(shí)為設(shè)計(jì)裝機(jī)容量，此時(shí)的裝機(jī)年利用小時(shí)數(shù)4860h，設(shè)計(jì)流量為3/s，年平均發(fā)電量為萬kW·h。4.5本章小結(jié)第4章中，利用三種方法分別求得裝機(jī)容量，對(duì)結(jié)果進(jìn)行比較分析，找出比較合適的裝機(jī)容量。方法或簡(jiǎn)或繁，計(jì)算精度不同，最終確定裝機(jī)容量為1200kW，多年平均發(fā)電量為。5裝機(jī)方案的優(yōu)選裝機(jī)方案選擇設(shè)計(jì)的任務(wù)根據(jù)現(xiàn)行水電站設(shè)計(jì)規(guī)范的規(guī)定,裝機(jī)方案設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是在工程項(xiàng)目的預(yù)可行性階段和可行性研究階段,完成下列主要設(shè)計(jì)內(nèi)容。(1)確定選用的水輪發(fā)電機(jī)組中水輪機(jī)的型式，即選定軸流轉(zhuǎn)槳、軸流定槳、燈泡貫流、全貫流、軸伸貫流、豎井貫流等機(jī)組型式中的一種；(2)確定水輪機(jī)的主要參數(shù):1)確定選用的機(jī)組臺(tái)數(shù);2)確定水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪直徑；3)確定水輪機(jī)額定轉(zhuǎn)速nr；4)確定水輪機(jī)的安裝高程Z；5)確定水輪機(jī)的額定功率Pr；(3)繪制水輪機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)特性曲線。(4)選定水輪機(jī)的流道尺寸。(5)確定機(jī)組段尺寸并初步進(jìn)行廠房布置。(6)機(jī)組造價(jià)估算。水輪機(jī)選擇設(shè)計(jì)的原則水電站水輪機(jī)組設(shè)計(jì)中應(yīng)遵循如下主要原則,有些原則是根據(jù)目前市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)需要而制定的。(1)守法原則。選型設(shè)計(jì)中應(yīng)遵循國(guó)家法律、法規(guī)、水電建設(shè)的方針、產(chǎn)業(yè)政策、設(shè)計(jì)規(guī)程規(guī)范、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。(2)為用戶服務(wù)原則。在遵守規(guī)程規(guī)范的條件下,水輪機(jī)的選型設(shè)計(jì)應(yīng)盡量滿足項(xiàng)目建設(shè)業(yè)主的想法和要求,一切為用戶服務(wù)。(3)技術(shù)適用原則。選型設(shè)計(jì)應(yīng)考慮電站特性和條件,結(jié)合國(guó)內(nèi)外的制造水平和技術(shù)水平,不盲目追求高參數(shù),選用的機(jī)組應(yīng)適應(yīng)電站西安理工大學(xué)碩士學(xué)位論文的運(yùn)用條件。因此應(yīng)充分考慮下列因素。1)低水頭徑流式電站的一般特性和具體工程的特性；2)電站水文特性；3)電站所在地區(qū)的電網(wǎng)特性；4)電站的運(yùn)行特性；5)電站裝機(jī)規(guī)模；6)工程地質(zhì)條件；7)樞紐布置特性；8)各種機(jī)組的特點(diǎn)；9)國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有轉(zhuǎn)輪的參數(shù)水平；10)國(guó)內(nèi)已有的機(jī)組情況。(4)經(jīng)濟(jì)合理的原則。選型設(shè)計(jì)除考慮技術(shù)上適用以外,所選的機(jī)型應(yīng)是經(jīng)濟(jì)合理的。經(jīng)濟(jì)合理的含義應(yīng)考慮下列因素。1)水力資源的充分利用；2)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)電力的需求情況；3)上網(wǎng)電價(jià)；4)機(jī)組造價(jià)；5)工程項(xiàng)目建設(shè)資金的來源；6)項(xiàng)目業(yè)主的組織形式(即業(yè)主的性質(zhì))。(5)方案比較原則。選型設(shè)計(jì)最需要的原則是要對(duì)技術(shù)上成立的方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較,通過比較選擇技術(shù)經(jīng)濟(jì)上最優(yōu)方案。實(shí)例應(yīng)用由上文中求得的裝機(jī)容量，一方面考慮到機(jī)組廠房的造價(jià)問題即所裝機(jī)組組數(shù)越多，所需的廠房就會(huì)越多，造價(jià)也就會(huì)增加，所以應(yīng)當(dāng)選較少的機(jī)組；同時(shí)，每臺(tái)機(jī)組的裝機(jī)容量太大相應(yīng)的費(fèi)用也就會(huì)增加。綜合考慮這兩個(gè)因素，暫定清源電站裝兩臺(tái)機(jī)組，具體的每臺(tái)機(jī)組裝機(jī)容量的大小分配情況如下表5：表5裝機(jī)方案已知各種型號(hào)的水輪機(jī)發(fā)電機(jī)價(jià)格如附表一，列出相關(guān)的裝機(jī)容量的價(jià)格部分如表6：表6水輪機(jī)發(fā)電機(jī)的價(jià)格表（部分）續(xù)表6由上表可以得出方案一二三的價(jià)格如表5所示，則由上表可得到最佳的裝機(jī)容量方案，即為方案二：裝兩臺(tái)機(jī)組，一臺(tái)裝機(jī)容量為400kW,采用臥式水輪機(jī)發(fā)電機(jī)（），轉(zhuǎn)速為300轉(zhuǎn)/s。一臺(tái)裝機(jī)容量為800kW，采用臥式水輪機(jī)發(fā)電機(jī)（），轉(zhuǎn)速為300轉(zhuǎn)/s。由于第二和第三方案水輪機(jī)價(jià)格差價(jià)不大，又考慮到到配件關(guān)系，選擇方案三更合適。及最終確定裝機(jī)方案為裝兩臺(tái)600kW，采用臥式水輪機(jī)發(fā)電機(jī)（），轉(zhuǎn)速為300轉(zhuǎn)/s。5.4本章總結(jié)本章中根據(jù)水能計(jì)算所得的最佳裝機(jī)容量，設(shè)計(jì)裝機(jī)方案，利用經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)等指標(biāo)找出最佳的裝機(jī)方案。這部分要求在設(shè)計(jì)裝機(jī)方案的時(shí)候必須考慮全面，對(duì)多指標(biāo)進(jìn)行分析，結(jié)合當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)，電力等因素，保證發(fā)電效益與安全效益得到合適的結(jié)果。6總結(jié)該論文為對(duì)徑流式水電站的水能進(jìn)行計(jì)算，首先對(duì)徑流式水電站的特性進(jìn)行分析，尋找合適的方法求解。對(duì)選定的三種方法的原理計(jì)算過程進(jìn)行了介紹，再應(yīng)用于實(shí)例。根據(jù)清源電站的參證站窄口水庫的旬徑流資料，利用水文比擬法求出清源水電站的旬徑流資料，再利用文中所介紹的三種方法，對(duì)其裝機(jī)容量進(jìn)行計(jì)算設(shè)計(jì)。三種方法的計(jì)算結(jié)果精度較好，達(dá)到了水能計(jì)算的精度要求，找到了最佳的裝機(jī)容量。然后對(duì)裝機(jī)方案進(jìn)行設(shè)計(jì)，利用經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)及其他的評(píng)價(jià)方式，找出最佳的裝機(jī)方案。該論文的計(jì)算方法具有較強(qiáng)的實(shí)用性，對(duì)徑流式水電站的水能計(jì)算有較好的指導(dǎo)性作用。致謝四年大學(xué)生活轉(zhuǎn)瞬即逝，對(duì)于自己而言，人生才剛剛開始，我將重新?lián)P帆，開始新的征程。大學(xué)四年過得充實(shí)，在其中所學(xué)所得，所思所悟，都離不開老師、學(xué)長(zhǎng)與同學(xué)的支持幫助，雖然走得并不是一帆風(fēng)順，但收獲滿滿，在論文付梓之際，思緒萬千，心情感慨。此學(xué)位論文是在我的指導(dǎo)老師原文林老師的親切關(guān)懷與細(xì)心指導(dǎo)下完成的，從課題的選擇到論文的完成，原老師都給予了很多的指導(dǎo)與支持。在做論文的同時(shí)，原老師還鼓勵(lì)我們不同課題之間的同學(xué)進(jìn)行交流，增進(jìn)知識(shí)交流，拓展了我們的知識(shí)面，使我對(duì)徑流式水電站水能計(jì)算的過程與方法有了深入的了解。此外，該論文的完成也離不開水環(huán)學(xué)院其他老師的幫助，在查找文獻(xiàn)的時(shí)候得到了學(xué)長(zhǎng)的支持，同時(shí)同學(xué)之間相互探討，相互學(xué)習(xí)，在此向他們表示深深的感謝！另外，還要感謝女朋友在論文文字矯正、英文翻譯方面的幫助！最后還要感謝我的父母對(duì)我的支持，在我無措的時(shí)候，他們總是耐心的給我安慰，讓我能夠充滿信心的走下去！感謝所有幫助我的人！參考文獻(xiàn)[1]姜萬勤.徑流式水電站的水能計(jì)算合軸圖解法[J].中國(guó)農(nóng)村水利水電，1988（12）：35-37.[2]江祖溪．逕流電站的水能計(jì)算方法———基本曲線法［Ｊ］．小水電，1995（6）：18-20.[3]李宇祥．應(yīng)用“圖表”計(jì)算徑流式小型水電站動(dòng)能指標(biāo)的方法［Ｊ］．水力水電，1996（9）：57-59.[4]毛惠鵬，歐陽啟麟．低水頭徑流式水電站水能計(jì)算（時(shí)歷法）程序簡(jiǎn)介（FORTRAN語言VAX-11/750機(jī)）［Ｊ］．人民珠江，1988（5）：11-14.[5]原文林，方洪斌，馬躍先，王梁.基于Excel宏的徑流式水電站水能計(jì)算簡(jiǎn)易模型[J].水電能源科學(xué),2012(5):108-111.[6]寇榮賢，雷玉峰.面積比法在徑流水電站水能計(jì)算中的應(yīng)用[A].陜西水利，2010（4）：111-112[7]李偉玉.對(duì)簡(jiǎn)化徑流式水電站水能計(jì)算的探討[A].小水電，1987（10）：44-46附錄1英文文獻(xiàn)OptimizationandSimulationModellingforManagingtheProblemsofWaterResourcesAjaySingh·SudhindraNathPandaReceived:3February2013/Accepted:15April2013?SpringerScience+BusinessMediaDordrecht2013AbstractWaterloggingandsecondarysalinizationhavebecomeaseriousprobleminthecanalirrigatedareasofaridandsemi–aridregionsworldwide.Inthisstudy,auniqueandsimpletechniquewasevolvedinwhichalinearprogramming(LP)optimizationmodelwasfirstdevelopedthatallocatesavailablelandandwaterresourcesinordertomaximizenetannualreturnsbymitigatingthewaterloggingproblems.Afinite–differencetwo–dimensionalsimulationmodelwasthenusedtoevaluatethelong–termimpactsofvariouswatermanagementsstrategiesonthegroundwatertablewiththeoptimallandandwateruseparameterswhichwereobtainedthroughtheoptimizationmodel.ThemodelwasusedtocombatthewaterloggingandsalinityproblemofanarealocatedinHaryanaStateofIndia.Thecalibration,validation,sensitivityanalysis,anderroranalysisofthemodelwasperformedbeforeitwasusedtostudytheimpactofvariouswatermanagementscenariosonthelong-termgroundwaterlevel.Basedonthemodelresultsachangeincroppingpatternwithreducedriceareaissuggested.Groundwaterwithdrawalshouldbeincreasedby1–7%inthevariousnodes.Itisconcludedfromtheanalysisofvariousscenariosthatimplementingmultipleapproachessimultaneouslyaremoreeffectiveincontrollingwaterloggingproblemsascomparedtoindividualinterventions.KeywordsWaterresourcesmanagement·Linearprogramming·Waterlogging·Simulationmodelling1IntroductionGoodqualitylandandwaterresourcesareoftenlimitedinaridandsemi–aridregions.Furthermore,theyexperiencegradualdegradation(Qinetal.2011).Inaddition,cropproductionneedstobeincreasedusingsuchdegradedresourcesinordertoprovidefoodandfibrefortheburgeoningglobalpopulation(DaviesandSimonovic2011;MishraandSingh2011),whichisexpectedtoincreasebyanother2.20billionpeopletotouchthe9.30billionmarkby2050(UnitedNations2010).Irrigationisessentialinaridandsemi–aridregions,sinceannualprecipitationintheseareasistoolittle,tooerratic,andtoopoorlydistributedtoensureaharvestablecrop(Postel1999).However,watertransportationfromoutsideofthenaturalhydrologicalcyclecausesthetwinmenaceofwaterloggingandsoilsalinization.Forinstance,morethanone–thirdoftheworld’sirrigatedlandisaffectedbysecondarysalinization,and/orwaterlogging(Heupermanetal.2002).InIndiaalone,8.4Mhaareaffectedbysoilsalinityandalkalinity,ofwhichabout5.5Mhaarewaterlogged.Asaresultofthe‘GreenRevolution’inIndiaduring1970s,therewasacontinuousexpansionoffarmland,anddualcroppingonexistingfarmlandoccurredinthenorthwestofthecountry,particularlyinthestatesofHaryanaandPunjab(Coventryetal.2011;Erenstein2010).Thisgeneratedtheneedformorecanalwaterforirrigation,asrainfallintheareaisnotsufficienttosatisfycropwaterdemands.Asaresult,thegroundwatertablebegantoriseandcausedwaterloggingandsoilsalinisationinthewesternandcentralpartsofHaryanaState,includingRohtakandJhajjardistrictswheregroundwaterisofpoorquality(Singh2011,2012a).Anestimated500,000haofHaryanaarewaterloggedoutofthetotalgeographicalareaof4.42MhaandtheproblemisspreadinginmorecanalirrigatedareasoftheState.Waterlossesfromtheunlinedcanalnetworks,absenceofnaturalandartificialdrainage,percolationfromirrigationfields,andunder–exploitationofsalinegroundwaterarethespecificfactorscontributingtothisphenomenon.Both,endangeredsustainabilityofirrigatedagricultureandgrowingscarcityofgoodqualitywater,dictatethatdueattentionmustbegiventodeviseappropriatewatermanagementpolicies.Inrecentyears,alargenumberofsimulation(WesselingandVandenBroek1988;SinghandSingh1996;D’Ursoetal.1999;Droogersetal.2000;Konukcuetal.2006;XieandCui2011;Xuetal.2011)andoptimization(Chávez-Moralesetal.1987;Afzaletal.1992;VedulaandKumar1996;Carvalloetal.1998;HaouariandAzaiez2001;SmoutandGorantiwar2005;Md.Azamathullaetal.2008;Karamouzetal.2008;Montazaretal.2010;Lietal.2011;Luetal.2011;Singh2012b)modelshavebeenusedforthegroundwaterandsalinitymanagement.However,itisunlikelytogetanappropriatemanagementalternativeswithsimulationoroptimizationtechniquesalone,andhencethecombineduseofsimulationandoptimizationmodelsisessential(Gorelick1983).Duringthelastfewdecadessimulation–optimizationmodelshavebeenextensivelyusedbytheresearchersworldwidetosolvethereal–worldproblems(Shamiretal.1984;AhlfeldandHeidari1994;HallajiandYazicigil1996;EmchandYeh1998;WangandZheng998;DasandDatta1999;Chengetal.2000;Mantoglouetal.2004;KatsifarakisandPetala2006;AyvazandKarahan2008;Qinetal.2009;Gauretal.2011;Srivastavetal.2011;Luetal.2012;YazdiandSalehiNeyshabouri2012).Inthepreviousstudiesofsimulation–optimizationmodels,thesimulationmodelswereusedtochecktheconstraintsoftheproblemwhichwerebasedonstatevariablesi.e.Groundwaterlevel.Theobjectivefunctionwasevaluatedusingtheoptimizationmodel,whichinturn,utilizesthesimulationmodeltosatisfytheconstraints.Almostinallthepreviousinstancesthemodelswereusedtosolvethewatermanagementproblemswithoutconsideringthespatialvariationsinlandandwaterresources.Inthisstudy,whichisafollow-upofapreviouswork(Singh2011),auniqueandsimpletechniquewasevolvedinwhichalinearprogramming(LP)optimizationmodelwasfirstdeveloped(SinghandPanda2012a)thatallocatesavailablelandandwaterresourcesinordertomaximizenetannualreturns.Afinite–differencetwo–dimensionalsimulationmodel(SinghandPanda2012b)wasthenusedtoevaluatethelong–termimpactsofvariouswatermanagementstrategiesonthegroundwatertablewiththeoptimallandandwateruseparameterswhichwereobtainedthroughtheoptimizationmodel(Singh2012c).Thespatialvariationsinthemodelwereconsideredthroughanetworkofgrids.2Methodology2.1OptimizationModelThelinearprogrammingoptimizationmodelallocatesavailablelandandwaterresourcestomaximizenetannualagriculturalreturnsfromthestudyarea.Themodelconsistalinearobjectivefunctionwhichmaximizesthenetannualreturnsfromthestudyarea;linearconstraintswhichincludelandarea,irrigationrequirement,watersupply,groundwaterbalance,andcropareaconstraints;andnon–negativityconstraints.Thedetailsaboutthemodelformulation,estimationofdifferentinputparameters,andresultsofmodelsensitivityareprovidedinSinghandPanda(2012a).2.2SimulationModelAtwo–dimensionalgroundwaterflowandtransportmodelwasdevelopedforthestudyareabysettingtheinitialandboundaryconditions,usingthesoftwareSAHYSMOD(Oosterbaan2005).Themodelrequiresseasonalinputdata,relatedtothesurfaceandgroundwaterhydrology.Timestepofthemodelisaseason.Thenumberofseasonscanbeselectedbetweenaminimumofoneandmaximumoffour.Basedondataavailability,ayearisdividedintotwoseasons(monsoonandwinter)inthisstudy.Thestudyareaisdividedinto44squarenodes,eachof2.5cm×2.5cmsizeonascaleof1:183,000(Fig.1).Thenodalnetworkthusformedprovides1–6observationwellstocompleteatotalof68observationwellsforthewholearea.Nodalnetworkhastwotypesofnodes,theexternal,andtheinternal.Theexternalnodesaretheboundaryconditions,whichactasahead–controlledboundaryfortheinternalnodes.Themodelcanalsosimulateflow–controlledandzero–flowboundaries.Thereisaprovisioninthemodelthatthecentroidofeachnodalareaistakenastherepresentativeofthewholearea.Alltherechargeanddischargeactivitiestakingplaceineachnodalareaareconsideredtobeoccurringatthatcentroid.Eachnodeistreatedasaseparategroundwaterunit,anddatarelatedtowatertableelevation,naturalsurfacelevel,hydraulicconductivity,specificyield,andleachingefficiencyoftheaquiferforeachnodeisgivenasaninputtothemodel.TheoutputofSAHYSMODisgivenforeachseasonofanyyearduringanynumberofyears,asspecifiedwiththeinputdata.Thedetailsaboutthemodelincludingitsgoverningflowequations,calibrationandvalidationprocedureandresults,sensitivityanalysis,andperformanceevaluationanalysisofmodelaregiveninSinghandPanda(2012b).3StudyAreaandDataThedevelopedmodelswereappliedinanarealocatedbetween28°30′Nto28°54′Nlatitudeand76°27′Eto76°54′ElongitudeinHaryanaStateofIndiaandcoversabout92,000ha.Thestudyareafeaturessemi–aridclimaticconditionswithanaverageannualrainfallof561mm,about75%ofwhichisreceivedfromthesouthwestmonsoonduringJuly–September.Thesoiltextureintheareaismainlyofsandyloamtofineloamwithclaycontentbetween11and17%.Thehydraulicconductivityoftheunconfinedaquifermaterialrangesbetween4.7and11.2m/day,andthesaturatedthicknessrangesbetween30and34m.Specificyieldvariesfrom0.09to0.23,andtotalsoilporosityvariesbetween0.43and0.53(GroundwaterCell2011).Theyearisdividedintotwoprincipalcropseasons,kharif(monsoon,July–October)andrabi(winter, November–April).Wheatisthemajorcropoftheareaandcoversabout81%ofthenetcroppedareainwinterseason.Riceisthesecondmajorcrop,growninthemonsoonseason.Millet,cotton,sugarcane,sorghum,pulses,barley,andmustardareothercropscultivatedinthearea.Thedataonweather,aquifer,crops,andirrigationwhicharerequiredtorunthemodelswerecollectedfromvariousCentralandStateGovernmentdepartmentsanddistrictadministrationslocatedinandaroundthestudyareaandfrompersonalcontacts,suchasGroundwaterCell,IrrigationDepartment,OfficeofTehsildar’s,DepartmentofAgriculture,andIndiaMeteorologicalDepartment.4ResultsandDiscussion4.1ResultsofOptimizationModelThedevelopedoptimizationmodelwassolvedusingtheLINGO11.0softwarepackage.Undertheoptimalcroppingpatternriceareaisdecreasedby15%fromtheexistingareaandothercropareasareincreasedbetween4and10%duringthemonsoonseason.Whileduringwinter,wheatareaisincreasedby2%andareasunderothercropsaredecreasedbetween10and13%.Theareaundersugarcaneisincreasedby8%.Theirrigationrequirement(IR)ofthecropsincreasedundertheoptimalcroppingpatternascomparedtotheexistingcroppingpattern.ThisincreaseismainlyduetothehigherallocationforcottonandsugarcanecropsagainstadecreaseinriceandmustardcropsastheIRishigherfortheformercropsascomparedtothelatter’s.Underoptimalwaterresourcesallocationthegroundwateruseisincreasedby1–7%invariousnodes.ThisincreaseinIRleadstoincreaseingroundwaterpumpingwhichultimatelycausesthewatertabletodeclineandthusmitiga