水资源规划及利用ppt课件
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水资源规划第2章 水资源综合利用
此时常利用水电站厂房作为挡 水建筑物的一部分，使厂房承受 坝上游侧的水压力。
我国已建的浙江富春江和湖北 葛洲坝水电站等，就是这种布置 形式。
河床式水电站布置方式
1.3. 坝内式水电站
如果坝址河道很窄，也可 将发电厂房设在坝体内部。
这种水电站称为坝内式水电 站。
我国已建的湖南风滩水电站
等就是这种布置形式。
三、河川水能资源的基本开发方式
落差是单位重量水体的位能，而河段中流过的水 体重量又与河段平均流量成正比。
集中水能的方法就表现为： （1）集中落差 （2）引取流量
通常采用的集中水能的方式主要有： • 坝式: 坝后式、河床式、坝内式、坝旁式 • 引水式 • 混合式 • 其他方式: 跨流域开发方式、集水网道式、潮汐式、
失相对不大，有可能筑中、高 坝抬水，来获得较大的水头。
这时因水电站厂房本身不能 挡水，就应将其布置在坝下游 侧，与挡水坝分开，用压力引 水管连接坝和厂房。
这是最通常的坝式开发方式。 如黄河上的刘家峡水电站、 长江上的三峡水电站等。
坝后式水电站布置方式
1.2 河床式水电站
采用坝式开发时，若地形、地 质等条件不允许筑高坝，也可筑 低坝或水闸来获得较低水头。
在电力工业中，电站发出的电力功率称为出力， 因而也用河川水流出力来表示水能资源。
水流出力是单位时间内的水能。所以，在图1-1中 所表示的河段上，水流出力为：
N 1 2 E1 2 9.81QH1-2 T
(2-4)
（2-4）常被用来计算河流的水能资源蕴藏量。
二、河川水能资源蕴藏量估算和我国水能资源概况
断面处 流Qi
（m3/s）
河段平 均流量
Q0 （m3/s）
河段水 流出力 N0（kW）
我国已建的浙江富春江和湖北 葛洲坝水电站等，就是这种布置 形式。
河床式水电站布置方式
1.3. 坝内式水电站
如果坝址河道很窄，也可 将发电厂房设在坝体内部。
这种水电站称为坝内式水电 站。
我国已建的湖南风滩水电站
等就是这种布置形式。
三、河川水能资源的基本开发方式
落差是单位重量水体的位能，而河段中流过的水 体重量又与河段平均流量成正比。
集中水能的方法就表现为： （1）集中落差 （2）引取流量
通常采用的集中水能的方式主要有： • 坝式: 坝后式、河床式、坝内式、坝旁式 • 引水式 • 混合式 • 其他方式: 跨流域开发方式、集水网道式、潮汐式、
失相对不大，有可能筑中、高 坝抬水，来获得较大的水头。
这时因水电站厂房本身不能 挡水，就应将其布置在坝下游 侧，与挡水坝分开，用压力引 水管连接坝和厂房。
这是最通常的坝式开发方式。 如黄河上的刘家峡水电站、 长江上的三峡水电站等。
坝后式水电站布置方式
1.2 河床式水电站
采用坝式开发时，若地形、地 质等条件不允许筑高坝，也可筑 低坝或水闸来获得较低水头。
在电力工业中，电站发出的电力功率称为出力， 因而也用河川水流出力来表示水能资源。
水流出力是单位时间内的水能。所以，在图1-1中 所表示的河段上，水流出力为：
N 1 2 E1 2 9.81QH1-2 T
(2-4)
（2-4）常被用来计算河流的水能资源蕴藏量。
二、河川水能资源蕴藏量估算和我国水能资源概况
断面处 流Qi
（m3/s）
河段平 均流量
Q0 （m3/s）
河段水 流出力 N0（kW）
水利水能规划第一章水资源的综合利用
2
第二节 水 力 发 电
（hydroelectricity generation）
一、水力发电的基本原理
势能(potential energy)
动能(kinetic energy)
水能
设T 秒时段内流过两段面
的水量为W m3
1P1 Z1 V1
Δ Δ
2 P2 Z2
V2
断面1-1处水流的总能量为:
1 河段的潜2在水能
N1-2=9.81QH1-2（千瓦）——水流出力计算公式
4
Δ Δ
A Z上 ΔHA ΔH引
1. 水量损失
2. 水头损失
H净=Z上－Z下－ΔH引
3. 功率损失
Q
水电站效率η=η水×η传×η电
η水——水轮机的效率
η传——传动设备的效率 η电——发电机的效率
N=9.81ηQH （kw）
水电站的出力公式为：N=9.81ηQ电 H净（kw）
4. 引水式开发的适用条件：
河道坡降陡，流量较小或地形、地质条件不允许筑坝 的河段。
43
Z上 5
Δ Δ
1—原河道； 2—明渠；
3—取水坝； 4—进水口； 5—前池； 6—压力水管； 7—水电站厂房。
2 1
水头H
6 7
Z下
19
（三）混合式水电站(mixed hydropower station)
1.概念：在一个河段上，用坝集中一部分落差 ，再通过有压引水道集中坝后河段的另一部分 落差。 2.开发条件：当河段上游坡降较缓且有筑坝建库 条件，下游坡降陡且有条件集中较大落差时，采 用混合式开发较经济。
11
有回水
湖北丹江口、浙江新安江水电站属于坝后式
12
第二节 水 力 发 电
（hydroelectricity generation）
一、水力发电的基本原理
势能(potential energy)
动能(kinetic energy)
水能
设T 秒时段内流过两段面
的水量为W m3
1P1 Z1 V1
Δ Δ
2 P2 Z2
V2
断面1-1处水流的总能量为:
1 河段的潜2在水能
N1-2=9.81QH1-2（千瓦）——水流出力计算公式
4
Δ Δ
A Z上 ΔHA ΔH引
1. 水量损失
2. 水头损失
H净=Z上－Z下－ΔH引
3. 功率损失
Q
水电站效率η=η水×η传×η电
η水——水轮机的效率
η传——传动设备的效率 η电——发电机的效率
N=9.81ηQH （kw）
水电站的出力公式为：N=9.81ηQ电 H净（kw）
4. 引水式开发的适用条件：
河道坡降陡，流量较小或地形、地质条件不允许筑坝 的河段。
43
Z上 5
Δ Δ
1—原河道； 2—明渠；
3—取水坝； 4—进水口； 5—前池； 6—压力水管； 7—水电站厂房。
2 1
水头H
6 7
Z下
19
（三）混合式水电站(mixed hydropower station)
1.概念：在一个河段上，用坝集中一部分落差 ，再通过有压引水道集中坝后河段的另一部分 落差。 2.开发条件：当河段上游坡降较缓且有筑坝建库 条件，下游坡降陡且有条件集中较大落差时，采 用混合式开发较经济。
11
有回水
湖北丹江口、浙江新安江水电站属于坝后式
12
水资源管理PPT课件
工业用水应采取依据水资源条件调整工业布局，控制用水标准， 改革用水工艺，实行一水多用和循环使用，提高水的重复利用率； 此外要加强污废水处理回用。工业节水大有可为，不仅可节约水 量而且减少污水排放，有利于水污染防治，综合效益显著。
城市，节流更具有突出作用。所以，“国家实行计划用水，厉行 节约用水”是一切水事活动必须遵循的基本原则，成为用水管理 的基本政策。
我国各用水部门，农业节水是重点。搞好水土保持，涵养水分， 减少蒸发，调整种植业结构，有效利用降水发展旱作农业，加强 灌区技术改造，改进灌溉制度和灌水方，推行节水灌溉技术，提 高灌溉水利用率，不但可以起到节约水量，同时也可避免土壤次 生盐渍化的发生，可以说农业节水潜力巨大。
7
（8）水资源投资管理 水资源投资是维护水资源的重要保障，水资源投资管 理主要包括与水资源投资有关的资金的筹措、资金的 利用效率、资金的回收、资金的增（保）殖、资金投 入对国民经济的影响等等。 （9）水资源风险管理 水资源开发利用与保护，既有自然风险，如干旱、洪 水等，也有由于人为的作用产生的人为的风险，如设 备出现故障导致供水中断等，水资源风险管理研究这 些风险的产生、降低甚至消除，提出风险发生情况下 采取的应急对策措施。 （10）水资源利用技术管理 主要包括城市节水技术管理（工业、城镇生活节水）、 农业节水技术管理、 污水处理技术管理以及水资源配 置技术等等。
9
（14）国际水资源管理 世界有众多的国际河流，国际河流的开发利用，由于涉及到相 关的国家，上下游之间的矛盾处理更加复杂，水资源管理更具 有特殊性。国际水资源管理，是以国际河流为研究对象，研究 其开发、利用、保护和协调等相关问题。 （15）水资源综合管理 涉及到水资源部门、行业和领域极其广阔，对水资源管理不能 就就水论水，必须将其放在社会、经济、环境等复合体系中进 行处理。森林管理、湿地管理、妇女在水资源管理中作用、 WTO条件下水资源管理等等都应包括在其中。 （16）水资源安全管理 水资源安全管理是水资源管理最终目标，通过水资源管理，实 现水资源安全是全社会共同关注的话题。
城市，节流更具有突出作用。所以，“国家实行计划用水，厉行 节约用水”是一切水事活动必须遵循的基本原则，成为用水管理 的基本政策。
我国各用水部门，农业节水是重点。搞好水土保持，涵养水分， 减少蒸发，调整种植业结构，有效利用降水发展旱作农业，加强 灌区技术改造，改进灌溉制度和灌水方，推行节水灌溉技术，提 高灌溉水利用率，不但可以起到节约水量，同时也可避免土壤次 生盐渍化的发生，可以说农业节水潜力巨大。
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（8）水资源投资管理 水资源投资是维护水资源的重要保障，水资源投资管 理主要包括与水资源投资有关的资金的筹措、资金的 利用效率、资金的回收、资金的增（保）殖、资金投 入对国民经济的影响等等。 （9）水资源风险管理 水资源开发利用与保护，既有自然风险，如干旱、洪 水等，也有由于人为的作用产生的人为的风险，如设 备出现故障导致供水中断等，水资源风险管理研究这 些风险的产生、降低甚至消除，提出风险发生情况下 采取的应急对策措施。 （10）水资源利用技术管理 主要包括城市节水技术管理（工业、城镇生活节水）、 农业节水技术管理、 污水处理技术管理以及水资源配 置技术等等。
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（14）国际水资源管理 世界有众多的国际河流，国际河流的开发利用，由于涉及到相 关的国家，上下游之间的矛盾处理更加复杂，水资源管理更具 有特殊性。国际水资源管理，是以国际河流为研究对象，研究 其开发、利用、保护和协调等相关问题。 （15）水资源综合管理 涉及到水资源部门、行业和领域极其广阔，对水资源管理不能 就就水论水，必须将其放在社会、经济、环境等复合体系中进 行处理。森林管理、湿地管理、妇女在水资源管理中作用、 WTO条件下水资源管理等等都应包括在其中。 （16）水资源安全管理 水资源安全管理是水资源管理最终目标，通过水资源管理，实 现水资源安全是全社会共同关注的话题。
水环境规划(
---为实现水体的功能要求---基础 水资源系统规划---水资源利用规划
---满足经济、社会、生态环境对水量 的要求
5.1.2.1 水污染控制系统规划
水污染控制系统： 污染物的产生、排出、输送、处理、在
水体中的迁移转化 ---可大可小（可以是整个流域的水污 染综合整治规划或某污水处理厂的规划）
5.2.1.3 水环境容量的设计条件
参数多变,确定设计条件的主要过程是平 均化过程.
在概率分布或稳态条件下平均化.
5.2.1.3 水环境容量的设计条件
（2）随机设计条件 将河流流量、河水本底浓度、污水排放
量和污水浓度这四个变量为作随机变量， 计算出它们的概率分布，从而确定下游 河水中污染物浓度的概率分布――从而 计算环境容量。P144
曼宁公式：
R S V 1
n
2
1
3
2
n—粗糙系数；R—水力半径；S—水力坡 度
（3）稳态设计条件
设计排污条件---代表性时段和代表 性生产过程的排污量和排放条件
设计水温---根据设计流量、排污条 件所处的时期，确定平均水温。
5.2.1.4 水环境容量的计算 水环境容量=稀释容量＋自净容量
水环境容量
化为零维问题： 1）河水流量与污水流量之比大于15； 2）不需考虑污水进入水体的混合距离；
河流零维模型
QP、CP QE、CE
(QP + QE)、C
CCp Qp CE QE Qp QE
河流零维模型
CCp Qp CE QE Qp QE
C≤S CP*QP+CE*QE ≤ S（QP+QE） 环境容量=允许排放量=CE*QE
5.2.1.2 水环境容量分类
(1)按可再生性分: 可更新容量：可降解污染物的水环境容量――
---满足经济、社会、生态环境对水量 的要求
5.1.2.1 水污染控制系统规划
水污染控制系统： 污染物的产生、排出、输送、处理、在
水体中的迁移转化 ---可大可小（可以是整个流域的水污 染综合整治规划或某污水处理厂的规划）
5.2.1.3 水环境容量的设计条件
参数多变,确定设计条件的主要过程是平 均化过程.
在概率分布或稳态条件下平均化.
5.2.1.3 水环境容量的设计条件
（2）随机设计条件 将河流流量、河水本底浓度、污水排放
量和污水浓度这四个变量为作随机变量， 计算出它们的概率分布，从而确定下游 河水中污染物浓度的概率分布――从而 计算环境容量。P144
曼宁公式：
R S V 1
n
2
1
3
2
n—粗糙系数；R—水力半径；S—水力坡 度
（3）稳态设计条件
设计排污条件---代表性时段和代表 性生产过程的排污量和排放条件
设计水温---根据设计流量、排污条 件所处的时期，确定平均水温。
5.2.1.4 水环境容量的计算 水环境容量=稀释容量＋自净容量
水环境容量
化为零维问题： 1）河水流量与污水流量之比大于15； 2）不需考虑污水进入水体的混合距离；
河流零维模型
QP、CP QE、CE
(QP + QE)、C
CCp Qp CE QE Qp QE
河流零维模型
CCp Qp CE QE Qp QE
C≤S CP*QP+CE*QE ≤ S（QP+QE） 环境容量=允许排放量=CE*QE
5.2.1.2 水环境容量分类
(1)按可再生性分: 可更新容量：可降解污染物的水环境容量――
水法ppt课件
水法与其他相关法律的关系
相互协调和配合
水法的制定和实施需要与其他相关法律相互协调和配合，以 确保水资源的可持续利用和社会经济的可持续发展。
各自发挥独特作用
水法与其他相关法律在各自的领域内发挥着独特的作用，共 同构成了完整的法律体系，为水资源的管理和保护提供了全 面的法律依据。
06
总结与展望
水法的成就与经验
水资源的保护措施与技术
01
02
03
04
节约用水
推广节水技术，提高用水效率 ，减少水资源的浪费。
污水处理
加强污水处理设施建设，提高 污水处理率，减少污水对水资
源的污染。
生态修复
采取生态修复措施，恢复水生 态系统，提高水体的自净能力
。
监测预警
建立水资源监测网络，及时掌 握水资源状况，对可能出现的
水资源问题发出预警。
02
水资源的保护与管理
水资源保护的重要性
01
02
03
维持生态平衡
水资源是生态系统的重要 组成部分，保护水资源有 助于维护生态平衡，保障 生物多样性。
支撑经济发展
水资源是农业生产、工业 生产和经济发展的重要基 础，保护水资源有利于促 进经济可持续发展。
提高生活质量
水资源是人类生存的基本 需求，保护水资源能够保 障居民的饮用水安全，提 高生活质量。
水法实践的普及程度
尽管水法在很多国家已经实施，但普 及程度并不高，很多地区和群体对水 法的了解仍然有限。
水资源的过度开发与污染
水权分配与纠纷解决机制
水权分配不公和纠纷解决机制不完善 是水法实践中亟待解决的问题，需要 建立更加公正、透明的水权分配和纠 纷解决机制。
随着工业化和城市化的快速发展，水 资源过度开发和污染问题日益严重， 对水法实践提出了严峻挑战。
水资源规划及利用ppt课件
我国已建抽水蓄能电站有： (1) 广东抽水蓄能电站 (2) 天荒坪抽水蓄能电站 (3) 十三陵抽水蓄能电站 (4) 潘家口抽水蓄能电站 (5) 西藏羊卓雍湖抽水蓄能电站
北京十三陵抽水蓄能电站
（四）抽水蓄能电站(pumped storage power station)
天荒坪抽水蓄能电站
（五）潮汐电站( tidal energy power station)
人与水和谐共处！
安全泄量：河水不发生漫溢或堤防不发生溃决前提下，河床所 能安全通过的最大流量
洪水防治
防洪的主要任务：按照规定的防洪标准，因地制宜，采用恰当的 工程措施，以削减洪峰流量，或者加大河床的过水能力，保证安全 度汛。
防洪措施
工程措施 非工程措施
1 工程措施
2 3
增大河道泄洪能力 拦蓄洪水控制泄量 分洪、滞洪与蓄洪
引水式
无压引水式水电站： （free flow）
有压引水式水电站： （pressure flow）
无压引水式水电站： 沿河岸修筑坡度平缓的明渠或无压隧洞等来集中落差的 水电站。
无压引水式水电站
有压引水式水电站： 用有压隧洞或管道来集中落差的水电站。
有压引水式水电站
（三）混合式（mixed power plant）
增大河道泄洪能力
1
沿河筑堤
2
整治河道、
3
加宽河床断面
4
人工截弯取直、
5
消除河滩障碍
功能
洪量（增 量）如大 并，加河 加但大道 以无泄排 利法洪泄 用控流能 。制 力
拦蓄洪水控制泄量
主要是依靠在防护区上游筑坝建库而形成的多水库防 洪工程系统，是将防洪和兴利相结合的有效工程措施。
水库拦洪蓄水，一可削减下游洪峰洪量，免受洪水威 胁；二可蓄洪补枯，提高水资源综合利用水平。
北京十三陵抽水蓄能电站
（四）抽水蓄能电站(pumped storage power station)
天荒坪抽水蓄能电站
（五）潮汐电站( tidal energy power station)
人与水和谐共处！
安全泄量：河水不发生漫溢或堤防不发生溃决前提下，河床所 能安全通过的最大流量
洪水防治
防洪的主要任务：按照规定的防洪标准，因地制宜，采用恰当的 工程措施，以削减洪峰流量，或者加大河床的过水能力，保证安全 度汛。
防洪措施
工程措施 非工程措施
1 工程措施
2 3
增大河道泄洪能力 拦蓄洪水控制泄量 分洪、滞洪与蓄洪
引水式
无压引水式水电站： （free flow）
有压引水式水电站： （pressure flow）
无压引水式水电站： 沿河岸修筑坡度平缓的明渠或无压隧洞等来集中落差的 水电站。
无压引水式水电站
有压引水式水电站： 用有压隧洞或管道来集中落差的水电站。
有压引水式水电站
（三）混合式（mixed power plant）
增大河道泄洪能力
1
沿河筑堤
2
整治河道、
3
加宽河床断面
4
人工截弯取直、
5
消除河滩障碍
功能
洪量（增 量）如大 并，加河 加但大道 以无泄排 利法洪泄 用控流能 。制 力
拦蓄洪水控制泄量
主要是依靠在防护区上游筑坝建库而形成的多水库防 洪工程系统，是将防洪和兴利相结合的有效工程措施。
水库拦洪蓄水，一可削减下游洪峰洪量，免受洪水威 胁；二可蓄洪补枯，提高水资源综合利用水平。
水资源规划和利用
把问题中的可控变量、参数和目标与约束之间的关系用数学模型表示出来；
■ 求解数学模型 选择适当的方法求解数学模型，其解可以是最优解、次优解、满意解；
■ 模型的验证 首先检查求解步骤和程序有无错误，然后检查解是否反映实际问题；
■ 灵敏度分析。 研究模型中所含参数的变化范围及其对解的影响；
■ 系统可行方案的综合评价
库的日供水量分别为30万m3/d、32万m3/d，二城市的最 小日需水量分别为25万m3/d和27万m3/d。由于水库与各 城市的距离以及输水方式上的差别，因此单位输水费用也 不同。各单位输水费用分别为C11，C12，C21，C22。试作 出 在满足A、B二城市供水需求的情况下，输水费用最小的方 案。
第十页，共四十五页。
PPT内容概述
第九章 水资源系统分析。精品PPT·可编辑借鉴。某工厂计划生产Ⅰ、Ⅱ两种产 品，生产单位产品所需原材料消耗见表9－1。试作出在满足A、B二城市供水需求 的 情况下，输水费用最小的方案。可行解，最优解。S3={C1,C2,C3}。dN为决策变量
，fN(sN,dN)即第N阶段的管线方案。γN(sN,dN)为N阶段处于状态SN，采用决策 dN
13
精品PPT·可编辑借鉴
第十三页，共四十五页。
第二节 水资源系统分析的模型与方法
解: 设甲、乙水库向A、B二城市日供水量分别为x11，
x12，x21，x22，则最佳方案为，在满足城市需水量和 甲、乙两水库供水量约束的情况下，使输水费用为最小， 即： 目标函数： 约束条件：
14
精品PPT·可编辑借鉴
第二节 水资源系统分析的模型与方法
1 N＝4时，由初状态D1或D2到终点E，只有一条路线 ，故f4(D1)=8，f4(D2)=4 。 相应地d4(D1)=E , d4(D2)=E 。
■ 求解数学模型 选择适当的方法求解数学模型，其解可以是最优解、次优解、满意解；
■ 模型的验证 首先检查求解步骤和程序有无错误，然后检查解是否反映实际问题；
■ 灵敏度分析。 研究模型中所含参数的变化范围及其对解的影响；
■ 系统可行方案的综合评价
库的日供水量分别为30万m3/d、32万m3/d，二城市的最 小日需水量分别为25万m3/d和27万m3/d。由于水库与各 城市的距离以及输水方式上的差别，因此单位输水费用也 不同。各单位输水费用分别为C11，C12，C21，C22。试作 出 在满足A、B二城市供水需求的情况下，输水费用最小的方 案。
第十页，共四十五页。
PPT内容概述
第九章 水资源系统分析。精品PPT·可编辑借鉴。某工厂计划生产Ⅰ、Ⅱ两种产 品，生产单位产品所需原材料消耗见表9－1。试作出在满足A、B二城市供水需求 的 情况下，输水费用最小的方案。可行解，最优解。S3={C1,C2,C3}。dN为决策变量
，fN(sN,dN)即第N阶段的管线方案。γN(sN,dN)为N阶段处于状态SN，采用决策 dN
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精品PPT·可编辑借鉴
第十三页，共四十五页。
第二节 水资源系统分析的模型与方法
解: 设甲、乙水库向A、B二城市日供水量分别为x11，
x12，x21，x22，则最佳方案为，在满足城市需水量和 甲、乙两水库供水量约束的情况下，使输水费用为最小， 即： 目标函数： 约束条件：
14
精品PPT·可编辑借鉴
第二节 水资源系统分析的模型与方法
1 N＝4时，由初状态D1或D2到终点E，只有一条路线 ，故f4(D1)=8，f4(D2)=4 。 相应地d4(D1)=E , d4(D2)=E 。
水资源规划及利用(9)
22
在相同的防洪库容条件下，有闸门控制泄流可以减小 最大下泄流量
23/38
图 有闸与无闸溢洪道调洪效果比较
有闸门控制的优点
24/38
1
可以错开洪峰遭遇，避免造成大洪水危害；
为综合利用水库兴利库容与防洪库容结合使用， 2 创造了有利条件
利用闸门控制 下泄流量q时
调洪计算的基本原理和方法与不用闸门控 制时类似
实线是有闸门控制出流；虚线是无闸门控制出流
27/38
闸门开启与 防洪限制水
位齐平
泄量最大， 库水位最高
库水位降至 汛限水位
q=Q，保持 水位不变
闸门 全开
27
图 下游无防洪任务时的调洪示意图
有闸门控制无防洪要求条件下：
实线是有闸门控制出流；虚线是无闸门控制出流
28/38
通过有闸控制出流和无闸控制出流过程的比 较可以得出结论： 在调洪最高水位和最大下泄流量都相同的情 况下，有闸门控制情况下可以把起调水位由 堰顶高程提高到防洪限制水位，减小调洪库 容增大兴利库容。
防洪
汛期要求库水位低一些， 以利防洪；
问兴题·利2
则要求库水位高一些， 以免汛后蓄水不足，影 响到兴利用水
20/38
共用 库容
设置 闸门
当防洪限制水位低于正常蓄水位时，防洪限制水位 到正常蓄水位之间的库容既可用于兴利，又可以用 于防洪，称为共用库容或结合库容。
可在主汛期之外分阶段提高防洪限制水位，拦蓄洪 水主峰后的部分洪量，使水库既发挥了防洪作用， 又能争取多蓄水兴利。
6/38
基本原理和方法与按静库容考虑的 调洪计算基本相同
前者取用静库容曲线，而后者则应 用动库容曲线
考虑动库容曲线，则 q=f(V) 曲线，应换成 q=f(V，Q) 曲线
在相同的防洪库容条件下，有闸门控制泄流可以减小 最大下泄流量
23/38
图 有闸与无闸溢洪道调洪效果比较
有闸门控制的优点
24/38
1
可以错开洪峰遭遇，避免造成大洪水危害；
为综合利用水库兴利库容与防洪库容结合使用， 2 创造了有利条件
利用闸门控制 下泄流量q时
调洪计算的基本原理和方法与不用闸门控 制时类似
实线是有闸门控制出流；虚线是无闸门控制出流
27/38
闸门开启与 防洪限制水
位齐平
泄量最大， 库水位最高
库水位降至 汛限水位
q=Q，保持 水位不变
闸门 全开
27
图 下游无防洪任务时的调洪示意图
有闸门控制无防洪要求条件下：
实线是有闸门控制出流；虚线是无闸门控制出流
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通过有闸控制出流和无闸控制出流过程的比 较可以得出结论： 在调洪最高水位和最大下泄流量都相同的情 况下，有闸门控制情况下可以把起调水位由 堰顶高程提高到防洪限制水位，减小调洪库 容增大兴利库容。
防洪
汛期要求库水位低一些， 以利防洪；
问兴题·利2
则要求库水位高一些， 以免汛后蓄水不足，影 响到兴利用水
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共用 库容
设置 闸门
当防洪限制水位低于正常蓄水位时，防洪限制水位 到正常蓄水位之间的库容既可用于兴利，又可以用 于防洪，称为共用库容或结合库容。
可在主汛期之外分阶段提高防洪限制水位，拦蓄洪 水主峰后的部分洪量，使水库既发挥了防洪作用， 又能争取多蓄水兴利。
6/38
基本原理和方法与按静库容考虑的 调洪计算基本相同
前者取用静库容曲线，而后者则应 用动库容曲线
考虑动库容曲线，则 q=f(V) 曲线，应换成 q=f(V，Q) 曲线
6-水资源规划与利用-第六章(水能利用)
第六章水能利用§6.1 水能计算原理及水电站开发方式§6.2水电站水能计算§6.3电力系统负荷及装机容量§6.4 水电站在电力系统中的运行方式§6.5 水电站装机容量选择§6.6 水库特征水位选择本章思考题及课外延伸一、水能计算的基本原理如图，河段首尾断面分别为断面1-1和断面2-2，取水平面0-0为基准面。
设断面流量为Q（m3/s），T（s）时段内流经断面的水体为W=QT（m3）12v1v212Z1Z2H12Q河流水面河底河段水能计算示意图6.1水能计算原理及水电站开发方式根据水力学中的能量方程，水体在断面1-1和断面2-2处的能量分别为：式中，、为断面的水面高程；、为断面的大气压强；为水的容重；、为断面流速的不均匀系数；、为断面的平均流速。
2111112P v E Z Wr r g α⎛⎫ ⎪=++ ⎪⎝⎭2222222P v E Z Wr r g α⎛⎫ ⎪=++ ⎪⎝⎭1Z 2Z 2P 2v 2α1P 1v 1αr水体在河段两断面的能量差为：在不太长的河段中，大气压强和近似相等，流速水头和也相差不大，则两断面的水流能量差近似为：式中，为断面1-1和断面2-2之间的水头差（也称落差）；t 为时间，单位为秒。
()22121122121212[]2P P v v E E E Z Z Wrr gαα--=-=-++g v 2222α()12121212E E E r Z Z W rQtH =-=-=12H 1P 2P g v 2211α在电力系统中，能量单位习惯上采用kW·h ，取水的容重为9807 N/m 3，1 kW·h=3.6×106J ，则在T 小时内两断面的水流能量差为：此即为该河段所蕴藏的水能资源。
单位时间内的水能称为水流功率，在电力系统中，称为水流出力。
水流出力计算式为：此式常被用来计算河流的水能资源蕴藏量。
水资源规划及利用(3)
死水位
拦 洪 库 容
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（六）校核洪水位（Z校洪）和调洪库容（V调洪） 校核洪水位：当遇到大坝校核标准洪水时，水库经调洪后，坝前达到的最高 水位。 调洪库容：校核洪水位与防洪限制水位之间的水库容积。
27/58
校核洪水位 设计洪水位
防洪高水位 防洪限制水位
死水位
拦 洪 库 容
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（七）总库容（V总）和有效库容（V效）
库群调节则是指河流上有多个水库时，如何研究它们的联合运行，以最 有效地满足各用水部门的要求。显然，这是最高形式的径流调节，也是 开发和治理河流的发展方向。
用水 部门
42/58
第三节水库兴利库容设计保证率
一、设计保证率的含义
在多年工作期间，用水部门的正常用水得到保证的程度，用正常用 水保证率表示。由于此值是在水利水电工程设计时予以规定，故称 为设计正常用水保证率，简称设计保证率。
29/58
水库特征水位举例：
❖ 大伙房水库： ❖ 死水位108m， ❖ 防洪限制水位126.4m， ❖ 正常蓄水位131.5m， ❖ 设计洪水位136.63m， ❖ 校核洪水位139.32m， ❖ 坝顶高程139.8m， ❖ 以上数值均为高程。最大坝高48m。 ❖ 下游保护防洪对象为抚顺、沈阳两座城市，抚顺防洪标准为100年一遇，沈阳城市防
结合库容（共用库容（V共）、重迭 库容）：防洪限制水位与正常蓄水 位之间的库容。因为它在汛期是防 洪库容的一部分，在汛后又是兴利 库容的一部分。
防洪限制水位动态制定 防洪限制水位，可根据洪水特性、 防洪要求和水文预报条件，在汛期不同 时段分期拟定。例如按主汛期、非主汛 期，或按分期设计洪水分别拟定不同的 防洪限制水位。
确定正常蓄水位考虑的因素：
拦 洪 库 容
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（六）校核洪水位（Z校洪）和调洪库容（V调洪） 校核洪水位：当遇到大坝校核标准洪水时，水库经调洪后，坝前达到的最高 水位。 调洪库容：校核洪水位与防洪限制水位之间的水库容积。
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校核洪水位 设计洪水位
防洪高水位 防洪限制水位
死水位
拦 洪 库 容
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（七）总库容（V总）和有效库容（V效）
库群调节则是指河流上有多个水库时，如何研究它们的联合运行，以最 有效地满足各用水部门的要求。显然，这是最高形式的径流调节，也是 开发和治理河流的发展方向。
用水 部门
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第三节水库兴利库容设计保证率
一、设计保证率的含义
在多年工作期间，用水部门的正常用水得到保证的程度，用正常用 水保证率表示。由于此值是在水利水电工程设计时予以规定，故称 为设计正常用水保证率，简称设计保证率。
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水库特征水位举例：
❖ 大伙房水库： ❖ 死水位108m， ❖ 防洪限制水位126.4m， ❖ 正常蓄水位131.5m， ❖ 设计洪水位136.63m， ❖ 校核洪水位139.32m， ❖ 坝顶高程139.8m， ❖ 以上数值均为高程。最大坝高48m。 ❖ 下游保护防洪对象为抚顺、沈阳两座城市，抚顺防洪标准为100年一遇，沈阳城市防
结合库容（共用库容（V共）、重迭 库容）：防洪限制水位与正常蓄水 位之间的库容。因为它在汛期是防 洪库容的一部分，在汛后又是兴利 库容的一部分。
防洪限制水位动态制定 防洪限制水位，可根据洪水特性、 防洪要求和水文预报条件，在汛期不同 时段分期拟定。例如按主汛期、非主汛 期，或按分期设计洪水分别拟定不同的 防洪限制水位。
确定正常蓄水位考虑的因素：
水资源规划与管理教材(PPT 92张)
参考书目2
• 1、付国伟，程声通．水污染控制系统规划 ．北京：清华大学出版社，1985 • 2、付国伟，程声通．水质管理信息系统的 系统分析．北京：中国环境科学出版社， 1988 • 3、朱党生，王超，程晓冰．水资源保护规 划理论及技术．北京：中国水利水电出版 社，2001
第五章 水资源系统分析方法
模拟：时间里一个反映实际的数学模型，然后在模型上实验。 根据实验条件，确定实验结果。 系统识别：确定模型结构和参数。
dD ( t ) ＝ K 1 L (t ) K 2 D (t ) dt L ( t 0 ) L0 D (t0 ) D 0
5.2 动态规划
5.2.1 动态规划概念
动态规划是用来解决多阶段决策过程最优化的一种数量方法 。其特点在于，它可以把一个n 维决策问题变换为几个一维最优 化问题，从而一个一个地去解决。 决策 状态 状态 1 决策 状态 2 3 C1 B1 2 4 渠道最短路径问题 B2 1 3 1 C3 状态 1 3 4 D 决策
水资源管理学
（水资源规划与管理）
课程大纲
• 硕士研究生课程大纲--水资源管理学
• 硕士研究生课程简介--水资源规划与管理
水资源管理
水资源规划1
水资源规划2
教材书目
• 1、 李广贺、刘兆昌、张旭，水资源利用 工程与管理，清华大学出版社，2002 • 2、汪承杰．水资源计算与评价．南京：南 京大学出版社，1992
5.1 模型化和最优化
5.1.1 数学模型 （一）数学模型是一组描述和代表真实系统的方程。
动 力 学 方 程 定 解 条 件
dD ( t ) ＝ K 1 L (t ) K 2 D (t ) dt L ( t 0 ) L0 D (t0 ) D 0
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第一节 概述
水资源是一种特殊的资源，它对于人类 的生存和发展是一种不可替代的物质。因此， 我们在水资源开发利用的过程中，要注意水 资源综合利用和水资源的可持续利用。
水资源开发利用
水资源综合利用
从功能和用途方面考虑综
一
合利用
水
多
单项工程的综合利用
用
，
一
从地域方面考虑应讲求综 合利用
库 多
用
提高水资源重复利用率
二、河川水能资源的基本开发方
式
水能公式：E 1 -2 = γ Q tH 1 -2 ( J )= 9 .8 1 Q T H 1 -2 ( k w h )
由于落差是单位重量水体的位能，而河道中流过的水 体重量又与河段平均流量成正比。
集 中 式水 能 方
集中落差
引取流量
根据开发河段的自然条件不同，集中水能的方式主要有以下几 （类一：）坝式（抬水式）:
第一章 水资源的综合利用
沈阳农业大学 水资源。由于 水资源的多种用途，同时水资源是有限的，这就 使用水部门发生用水冲突。
本章对水资源的利用及各用水部门用水途径进行 介绍，分析用水部门之间的矛盾及协调的问题。
本章主要内容：
1. 概述 2. 水力发电 3. 防洪与治涝 4. 灌溉 5. 其他水利部门 6. 水利部门间的矛盾及其协调 7. 本节总结
河床式水电站：当地形、地质等 条件不允许筑高坝，只能筑低坝 或水闸获得较低水头时，利用水 电站厂房作为挡水建筑物的一部 分，厂房承受坝上游侧的水压力。
坝后式水电站：power station at dam toe
➢ 当水头较大时，厂房本身抵抗不了水的推力，将厂房移到坝后，由大坝挡水。 ➢ 坝后式水电站一般修建在河流的中上游。 ➢ 库容较大，调节性能好。 ➢ 举世瞩目的三峡水电站就是坝后式水电站。
都江堰水利枢纽工程
第二节 水力发电
一、水力发电的基本原理
定义：水力发电是利用天然水能（资源）生产电能的水利部门。
水力发电的任务：利用被无益消耗掉的水能生产电能 。
水力发电要遵守的原理:能量守恒原理，即水的机械能（位能、 动能）与转换成的电能平衡（包括损耗）。
水能公式推导：
1
P1
v1
2
P2
W
v2
H1-2
以后被重新利用
发电 水产
航运
饮水 旅游
三峡水利枢纽工程
长江三峡水利枢纽工程，是迄今 为止国内最大的建设项目，在长江 上兴建三峡水利枢纽工程，兴防洪、 发电、航运、调水等诸多之利，促 进长江流域的经济发展。
都江堰水利工程由创建时的鱼嘴分水堤、飞 沙堰溢洪道、宝瓶口引水口三大主体工程和 百丈堤、人字堤等附属工程构成。科学地解 决了江水自动分流、自动排沙、控制进水流 量等问题，消除了水患。
Z2
O1
2
O
单位重量水体在断面1-1处水能：
H1=
α1v12 2g
+ Z1 +
p1 γ
单位1重.取量O水-O体为在基断准面面2-2处水能：
H22. 在=河α2道2vg22上+取Z12-1+断面pγ2和2-2断面
流经两断面单位重量水体消耗水能：
H 1-2=（ Z1-Z2） +p1-γp2+α1v122 -gα2v2 2 消耗掉的水能近似值：
H1- 2=Z1- Z2
当水体重量为 Q t 时消耗掉的水能为：
E 1 -2 = γ Q tH 1 -2 (J )= 9 .8 1 Q T H 1 -2 (k w h )
水流出力为： N 1-2=E T 1-2=9.81Q H 1-2(kw )
水电站出力为：
N 水 =A Q H (k w )， A ＝ 6 .5 ～ 8 .5
坝后式水电站：power station at dam toe
坝后式水电站剖面图
坝后式水电站： power station at dam toe
三门峡水电站
三峡水电站
河床式水电站： power station in river channel
➢ 一般修建在河道中下游河道纵坡平缓的河段上，为避免大量淹没，建低坝或闸。 ➢ 适用水头：大中型：25米以下，小型：8~10米以下。 ➢ 厂房和挡水坝并排建在河床中，共同挡水，故厂房也有抗滑稳定问题； ➢ 厂房高度取决于水头的高低。 ➢ 引用流量大、水头低。 ➢ 主要包括：挡水坝、泄水坝、厂房、船闸、鱼道等。 ➢ 注：厂房本身起挡水作用是河床式水电站的主要特征。
按利用方式 ： 河道内用水
水力发电 渔业 航运 水上娱乐 生态用水
河道外用水
农业用水 工业用水 城市生活用水 植被生态用水
按用水消耗状况分 消耗性用水
消耗性用水是指水的状态 或水质方面发生的变化， 水不能再被人们所使用
非消耗性用水 按用途分
农业 工业 生活 水力发电 航运 生态
非消耗性用水是指其水性 质的变化通常不致妨碍它
河床式水电站平面图
河床式水电站： power station in river channel
福建省峡阳水电站
湖北省高坝洲水电站
（一）坝式（抬水式）:
依据水电站厂 房是否承受坝 上游水压力
坝后式水电站：通过筑中、高坝来获得较大水头， 厂房建在坝下游侧，不承受坝上游面的水压力
河床式水电站：当地形、地质等条件不允许筑高坝， 只能筑低坝或水闸获得较低水头时，利用水电站厂 房作为挡水建筑物的一部分，厂房承受坝上游侧的 水压力。
水资源可持续利用
支
持
人
类
发 展
社 会 经
济
可
持
续
水资源的供需平衡 水资源的合理配置 水资源的节约和保护 水资源的动态平衡
❖ 水资源利用（water resources utilization）：是指通过水资源 开发为各类用户提供符合质量要求的地表水和地下水可用水源以及 各个用户使用水的过程。
水资源利用分类：
依据能否进行 径流调节
蓄水式水电站：能形成比较大的水库，水电站能进 行径流调节
径流式水电站：不能形成供径流调节用的水库，水 电站只能引取天然流量发电
（二）引水式:diversion type power station
拦河筑坝或闸抬高开发河段水位，获得水电站水头。
坝式取水的基本示意图
输电电线，将 电力传送到住 户或商厦
水坝，作储 水用 水门，将水 送至涡轮机
发电机，被 涡轮机推动 而发电
涡轮机，被 流水推动而 转动
（一）坝式（抬水式）:
依据水电站厂 房是否承受坝 上游水压力
坝后式水电站：通过筑中、高 坝来获得较大水头，厂房建在 坝下游侧，不承受坝上游面的 水压力