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水資源規(guī)劃沅水五強溪水庫水利計算

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沅水五強溪水庫水利計算

目錄

1基本狀況?????????????????????????31.1流域概況????????????????????????31.2開發(fā)任務????????????????????????31.3設計任務????????????????????????41.4設計前提????????????????????????41.5設計內容????????????????????????51.6設計原始資料??????????????????????52興利計算????????????????????????102.1基本資料整理?????????????????????102.2死水位的確定?????????????????????102.3保證出力計算?????????????????????132.4水電站必需容量選擇??????????????????152.5水電站調度圖繪制???????????????????162.6重復容量選擇與多年平均電能計算????????????203防洪計算????????????????????????243.1水庫調洪計算?????????????????????243.2壩頂高程的確定????????????????????264經(jīng)濟計算????????????????????????294.1方案一工程費用????????????????????29

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沅水五強溪水庫水利計算

4.2其它方案工程費????????????????????324.3防洪效益???????????????????????394.4經(jīng)濟比較???????????????????????40附表???????????????????????????45附圖???????????????????????????70

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沅水五強溪水庫水利計算

1基本狀況

1.1流域概況

五強溪水電站位于湖南省沅陵縣境內，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649×108m3，并有1925年以來的水文資料和核實的歷史洪水資料。壩址位于沅水干流最終一段峽谷出口處，巖性堅硬，地形地質條件良好。具備了修筑高壩的自然條件。

在沅水規(guī)劃中，五強溪水電站為沅水干流最終其次個梯級，上游接虎皮溪及酉水的風灘（已建成）梯級，是一個以發(fā)電為主，兼有防洪、航運效益的綜合利用水庫，系湖南省最大的水電電源點。

1.2開發(fā)任務

五強溪水電站是以發(fā)電為主、兼有防洪、航運和澆灌等效益的綜合利用工程。其開發(fā)任務分述如下：

1．發(fā)電

五強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)稱沅水尾閭。這個地區(qū)地勢低洼。全靠防范保護，共保護人口106萬，農水159萬畝?，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

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能完全承泄，防洪標準僅為5年一遇。五強溪水庫靠近沅水尾閭，控制全流域面積的93%，解決尾閭防洪問題，是它的基本防洪任務。

3．航運

五強溪水電站的航運效益為改善水庫區(qū)和壩下游河道的通航條件。沅水是湘西的水上交通動脈，其干流全長1550km，通航里程為640km，但航道險灘好多。五強溪水庫修建以后，壩址以上，沅水以下河段成為常年深水區(qū)，其險灘都將吞噬。下游航道，確定五強溪航運基荷按10萬kw相應流量考慮，枯水流量加大，上、下游航道均可改善。

4．澆灌

每年自5月下旬至9月下旬為澆灌季節(jié)，在該季節(jié)自水庫上游直接引走的澆灌流量平均為35m3/s。

1.3設計任務

本次設計任務是對五強溪水電站的諸方案（即正常蓄水位）已給的狀況下，進行水庫的興利與防洪計算，確定各方案水利設備的參數(shù)，水庫的調理操作方式及計算水利指標，并通過經(jīng)濟分析，比較方案之優(yōu)劣。

1.4設計前提

1．本水利樞紐是以發(fā)電、防洪為主要目標的綜合利用水庫；2．水電站參與系統(tǒng)工作，發(fā)電設計保證率P=87.5%（按年份計）；3．水電站的備選方案（正常蓄水位）見表1.1；表1.1備選方案正常蓄水位表

方案正常蓄水位（m）

Ⅰ1204

Ⅱ115Ⅲ108Ⅳ100

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4．本水利樞紐根據(jù)國家規(guī)定屬一級，以千年一遇洪水為設計標準，萬年一遇洪水為校核標準，電站使用年限為50年計；

5．水庫庫區(qū)蒸發(fā)滲漏等水量損失不大，故在初步設計階段暫時不考慮；

6．水庫下游有防洪要求，設計標準為二十年一遇洪水，安全泄洪流量q安=20000m3/s。

1.5設計內容

1．水電站死水位選擇及保證出力NP計算；2．水電站裝機容量選擇；

3．繪制水電站調度圖的防破壞線，加大出力輔助線，確定汛期限制水位；

4．求重復容量，計算水電站多年平均電能；

5．進行防洪計算，確定各種防洪特征水位及壩頂高程；6．求水利指標；

7．經(jīng)濟計算，比較方案優(yōu)劣。

1.6設計原始資料

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（見附表一）；3．水庫水位～面積、庫容曲線見表1.2；4．壩址下游水位流量關系曲線見表1.3；

5．為改善下游通航條件，確定五強溪航運基荷按10kw計；6．船閘操作需要耗用10m3/s，此部分流量不能用來發(fā)電；

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表1.2水庫水位～面積、庫容曲線表

高程（m）面積（km2）1083容m積m3/s.月500607.2407020.5038039.4919064.988100111.184110187.915120297.288130462.987140647.00400.2411.5924.52149.69218.49033.34657.34995.058151.57809.17560.65172.13369.0703.961269.572183.433619.115770.97

表1.3壩址下游水位流量關系曲線表水位m48.549.049.550.050.551.051.552.052.5

7．每年5月下旬至9月下旬為澆灌季節(jié)，在該季節(jié)自水庫上游直接引走的澆灌流量平均為35.0m3/s，此部分流量亦不能用來發(fā)電；

8．在沅水規(guī)劃中，五強溪水電站上游將干流的虎皮溪及酉水的風

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流量m3/s20435054579511201490190023502820水位m53.053.554.054.555.055.556.056.557.0流量m3/s332033604420504057206450720079509700水位m57.558.059.060.061.062.063.064.065.0流量m3/s94701030012000137001560017500193002120023200水位m66.067.068.069.070.071.072.073.074.0流量m3/s252002720029300316003380036000383004030043400沅水五強溪水庫水利計算

灘（已建成）梯級，其尾水水位124m及114.2m，各正常蓄水位方案對上游風灘的影響見表1.4；

表1.4各正常蓄水位方案對上游風灘的影響方案（正常蓄水位）Ⅰ（120m）Ⅱ(115m)減少風灘

9．沅水尾閭洪災狀況、洞庭湖分分蓄洪防范基本狀況見表1.5、1.6；表1.5沅水尾閭歷年洪災狀況常德最大年份流量(m3/s)192719311933193519381943194919541969197019742480029700304002990020600286002470024300273002290021700洪災情況酉水特大洪水，尾閭未見災情記載尾閭淹田100萬畝，淹死3049人桃源淹田11.4萬畝，漢壽受災11.5萬人尾閭淹田93萬畝，淹死3430人黔陽淹5萬余畝，尾閭未見災情記載沅陵、桃源災情較重，常德、漢壽未見災情記載尾閭淹田71萬畝，受災35萬人尾閭淹田73萬畝尾閭淹田4.7萬畝，受災3.3萬人安江一帶災情嚴重，尾閭無災N(kw)E（億kw.h）0.2840.2280.020Ⅲ(108m)00Ⅳ(100m)007

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表1.6歷年較大洪水所需攔洪量單位：108m3

年份攔洪量

10．五強溪水庫入庫設計洪水過程線（見附表二）；11．水庫最大吹程15km，設計風速12km/s；12．各方案泄洪建筑物參數(shù)見表1.7；表1.7各方案泄洪建筑物參數(shù)表

方案泄洪建筑物溢洪壩中底坎高程(m)孔孔口尺寸（寬×高）13×8

13．經(jīng)濟預算資料：

（1）永久建筑物（含閘門設備）：

包括：攔河壩、水道廠房、航道建筑、魚道建筑、交通建筑、房屋建筑及其他。壩底高程30m。各方案投資估算見表1.8。

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19331931193519491969195419701974193815.213.610.1待算6.56.22.311.380.31Ⅰ(120m)Ⅱ(115m)Ⅲ(108m)Ⅳ(100m)101081210115×1418213×8129415×1418213×8148415×16000孔數(shù)壩頂高程(m)孔口尺寸（寬×高）15×12孔數(shù)182沅水五強溪水庫水利計算

表1.8各方案投資估算表（樞紐土建）

最大壩高（m）投資估算（萬元）

（2）機電設備各方案投資估算見表1.9。

表1.9各方案投資估算表（機電設備）

裝機容量（萬瓦）機電投資估算（萬元）17528805150279811102580892181901046185094.55635087.55381778.521019（3）各方案的臨時工程、其他工程和費用（包括施工機械、其他費用）、預備費用各方案投資估算見表1.10。

表1.10各方案投資估算表（其它費用）方案投資（萬元）

（4）水庫補償（移民及吞噬補償）各方案投資估算見表1.11。表1.11各方案投資估算表（補償費用）

方案補償費（萬元）

14．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，風灘建庫后，五強溪壩址多年含沙量0.19kg/m3，年淤積669萬m3。

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Ⅰ(120m)71333Ⅱ(115m)65816Ⅲ(108m)62854Ⅳ(100m)56028Ⅰ(120m)80000Ⅱ(115m)57093Ⅲ(108m)38547Ⅳ(100m)24989

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2興利計算

沅水五強溪水電站水庫正常蓄水位共有120m、115m、108m、100m四個方案，本次設計將對這四個方案進行比較，并選定最優(yōu)方案。

2.1基本資料整理

設計原始資料給定的流量是壩址斷面歷年平均流量，考慮工程實際，現(xiàn)對其平均流量（附表一）數(shù)據(jù)進行處理：扣除澆灌和船閘用水。澆灌用水按5月下旬至9月下旬的澆灌季節(jié)每月扣除35m3/s（5月扣除11.7m3/s，七、八月扣除35m3/s，9月扣除22.3m3/s）；船閘運行用水按每月10m3/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繁雜，需考慮保證水庫澆灌要求、滿足泥沙淤積要求、保證水電站最低水頭要求以及航運、養(yǎng)殖等其它要求。本次設計對死水位的確定采用簡化處理的方法，主要考慮水庫的使用壽命及泥沙淤積；澆灌、航運、養(yǎng)殖及旅游等綜合利用要求；水輪機最小水頭的限制三個因素。各方案分述如下：

2.2.1正常蓄水位120m方案（方案一）1．水庫的使用壽命及泥沙淤積

使用壽命T按50年計，年淤積量V年為669萬m3V淤=V年×T=669×50=33450萬m3

查庫容～水位曲線表，確定水庫在使用年限內滿足防淤要求的死水位Z1=76.20m；

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2．澆灌、航運、養(yǎng)殖及旅游等綜合利用要求，水庫削落的最低水位不得小于Z2=82.00m;

3．水輪機最小水頭的限制，水庫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），并相應下游Z下（0）。

最小發(fā)電流量取q（0）=800m3/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%=(120－50.05)×35%=24.48m死水位：Z3=Z正－h(huán)m=120－24.48=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)長系列計算各年供水期調理流量qp=799.28m3/s，并滿足|q（0）－qp|=0.72m3/s＜ε=1m3/s，則Z死=Z死（0）=95.52m。即死水位為95.52m，相應死庫容14.002億m3。

2.2.2正常蓄水位115m方案（方案二）1．水庫的使用壽命及泥沙淤積

水庫在使用年限內滿足防淤要求的死水位Z1=76.20m；

2．澆灌、航運、養(yǎng)殖及旅游等綜合利用要求，水庫削落的最低水位不得小于Z2=82.00m;

3．水輪機最小水頭的限制，水庫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），并相應下游Z下（0）。

最小發(fā)電流量取q（0）=733m3/s，查表得下游水位Z下（0）=49.88m。

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（3）極限削落深度

hm=（Z正－Z下（0））×35%=(115－49.88)×35%=22.79m死水位：Z3=Z正－h(huán)m=115－22.79=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)長系列計算各年供水期調理流量qp=733.08m3/s，并滿足|q（0）－qp|=0.08m3/s＜ε=1m3/s，則Z死=Z死（0）=92.21m。即死水位為92.21m，相應死庫容11.353億m3。

2.2.3正常蓄水位108m方案（方案三）1．水庫的使用壽命及泥沙淤積

水庫在使用年限內滿足防淤要求的死水位Z1=76.20m；

2．澆灌、航運、養(yǎng)殖及旅游等綜合利用要求，水庫削落的最低水位不得小于Z2=82.00m;

3．水輪機最小水頭的限制，水庫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%=(108－49.70)×35%=20.41m死水位：Z3=Z正－h(huán)m=108－20.41=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)長系列計算各年供水期調理流量qp=644.32m3/s，并滿足|q（0）－qp|=0.32m3/s＜ε=1m3/s，則Z死=Z死（0）=87.59m。即死水

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位為87.59m，相應死庫容8.346億m3。

2.2.4正常蓄水位100m方案（方案四）1．水庫的使用壽命及泥沙淤積

水庫在使用年限內滿足防淤要求的死水位Z1=76.20m；

2．澆灌、航運、養(yǎng)殖及旅游等綜合利用要求，水庫削落的最低水位不得小于Z2=82.00m;

3．水輪機最小水頭的限制，水庫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%=(100－49.55)×35%=17.66m死水位：Z3=Z正－h(huán)m=100－17.66=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)長系列計算各年供水期調理流量qp=567.79m3/s，并滿足|q（0）－qp|=0.21m3/s＜ε=1m3/s，則Z死=Z死（0）=82.34m。即死水位為82.34m，相應死庫容5.55億m3。

2.3保證出力計算

本次設計要求長系列等出力操作；用試算法逐年求解以下方程組：

Vt=Vt-1+(Qt－qt)×ΔtNp=K×qt×HtV0=V死

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Vt-I,Vt——t時段初、末水庫蓄水量；Qt——t時段平均入庫流量（新系列）；qt——t時段平均發(fā)電流量；Ht——t時段平均