第一章 水资源的综合利用
第1-6章水资源利用与保护
§1.3 水资源研究现状与发展趋势
在水资源利用与管理的理论和方法方面取得了明显进 展，主要表现以下几个方面： 水资源模拟与模型化 水资源系统分析 水资源信息管理系统 水环境研究
§1.4 水资源利用与保护的任务和内容
一、主要任务
使大家全面深入了解全球水资源状况、形成与分布特征、开发
§1.4 水资源利用与保护的任务和内容
二、主要内容
阐述水资源的循环、赋存、分布特征；
地表水资源的形成、分布及动力状态；
地下水资源的埋藏、分布及其运动规律；
水资源评价、水量计算的理论和方法；
水资源利用工程的类型、设计和适用范围，各种取水工
程的运行参数；
水资源保护与管理的内容、方法和措施。
教材及参考资料
教材
李广贺 主编，水资源利用与保护（第二版），中国建筑工业出 版社，2010
参考资料
① 严煦世，范瑾初 主编，给水工程（第4版），中国建筑工程
出版社
② 杨开 主编，水资源开发利用与保护，湖南大学出版社
③ 王晓昌 主编，水资源利用与保护，高等教育出版社
第一章 绪论
内容提要
1 2 3 4
§2.1 地球水量储存与循环
§2.1 地球水量储存与循环
大循环：水在大气圈、水圈、岩石圈之间的循环过
程
从海洋蒸发上升的水汽
海洋上空
气流
陆地上空 遇冷降水
部分蒸发
蒸发 汇流 径流
蒸发
海洋
江河
地表或地下径流
陆面
§2.1 地球水量储存与循环
小循环：陆地或者是海洋本身的水单独进行循环的
过程
上升的水汽
分布的不均匀性 我国水资源分布在区域上分布极不均匀。总体上是东 南多，西北少；沿海多，内陆少，山区多，平原少；时 间上夏多冬少。 利用的多样性 水资源被人类广泛应用于工业、农业和生活，还应用 于发电、水运、水产、旅游和环境改造等。
第一章水资源利用与保护-绪论
➢ 全面学习和掌握与供水有关的水资源利用工程的类型、布置原 则、布置方式、适用范围和适用条件，以及水资源利用工程运行 的有关技术参数；
➢ 学习和掌握水资源合理规划、种类水体的联合调度和科学管理、 水污染防治的概、理论和方法。12ຫໍສະໝຸດ §1.1.1 水资源的基本含义
狭义上：水资源是指人类在一定的经济技术条件下能 够直接使用的淡水。
广义的：水资源是指能够直接或间接使用的各种水和 水中的物质，在社会生活中具有使用价值和经济价值的 水都可称为水资源。
13
1.1.2 水作为资源的用途
❖ 1 直接利用
❖
水流利用：航运、水上观光、商贸、发电
大家好
1
第一章 绪论
课程开设目的
通过本课程学习，使学生系统地掌握水资源形成、 评价、供需平衡分析的基本概念、理论与方法；掌握 取水工程基本概念、理论、工程技术与设计方法；熟 悉现代节水理论、技术与措施，了解与水资源保护有 关的理论、技术方法与工程措施。培养学生初步具备 水资源评价与分析、取水构筑物与辅助工程计算与设 计的能力。
➢ 联合国教科文组织（UNESCO）和世界气象组织（WMO）共同制定的《水资
源评价活动——国家评价手册》定义：“可以利用或有可能被利用的水源，
具有足够数量和可用的质量，并能在某一地点为满足某种用途而可被利
用”——数量与质量。
10
§1.1.1水资源的基本含义
国内
➢ 公元前250年左右，秦代李冰在四川省灌县修建了解决成都 平原水旱灾害的举世闻名的都江堰水利工程。 ➢ 1988年《中华人民共和国水法》将水资源认定为：“地表 水与地下水”。 ➢ 1994《环境科学词典》定义：“特定时空下可利用的水， 是可再利用资源，不论其质与量，水的可用性是有限制条件 的”。
水利水能规划第一章水资源的综合利用
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
第一章 水能资源的开发利用课件
浙江江厦水电站
世界最大的潮汐电站: 法国朗斯电站，装机容量24万千瓦。
小结5
电站内装有可逆式机组, 大都是 可逆贯流式机组。涨潮、 落潮两个方向均可发电, 减少了停机 时间。但是, 这种潮汐 电站的发电过程仍然是断续的, 要其 它电站与之配合, 才能
六、抽水蓄能式(tidal energy type)
航运
§1-2 水力发电
一、水力发电的基本原理及基本方程
1.水力发电的原理
水轮机+水轮发电机＝水轮发电机组（机组）
水力发电的原理
利用河川、湖泊等位於高處, 具有位能的水流至低處, 將其中所含之位能轉換成水輪機之動能, 再藉水輪機為原動機, 推動發電機產生電能。
以水的流動力量推動水輪機為原動機, 進而推動發電機 產生電能。
前言
E=γWH (N.m) 1. 集中落差 2. 引用流量 3. 基本开发方式 (1) 坝式 (2) 引水式 (3) 混合式 4. 特殊型式水电站 (1) 潮汐式 (2) 抽水蓄能式
图2-1
水电站的水头和利用水量
一、坝式开发
在河流狭窄处, 拦河筑坝或闸, 坝 前壅水, 在坝址处 形成集中落差, 这 种水能开发方式称 为坝式开发。
NkQ(H kW )
2-1 河段的潜在水能
水电站的发电量
E 1 2 9 .8Q 1 1 2 ( H 3 T6 ) 0 0 .00 0 W 1 2 2 (k H 7 h w )
E 1 2 0 .00W 2(7 k H h w )
水电站的发电量E是指水电站在一定时段内发 出的电能总量, 单位为kW·h。
又不能对未来的开发利用能力构成危害, 在环境、生态保护符合国家规定
的条件下, 获取最大社会经济和环境综合效益。
西北农林《水利水能规划》课后习题
《水利水能规划》课后习题第一章水资源的开发利用作业1、什么是水资源的综合利用和可持续利用？2、水力发电的原理是什么？试推求水流出力基本公式。
3、河川水能资源的基本开发方式有哪几种？有何特点？4、防洪的工程措施和非工程措施有哪些？5、与水资源相关的水利部门有哪些？简述其用水特点。
如何解决各水利部门之间的矛盾？第二章水库兴利调节计算作业1．水库特征水位和特征库容有哪些，其含义是什么？2．设计保证率的涵义是什么？有哪几种表示方法？3．水库兴利调节计算的基本原理是什么？4．调节流量、兴利库容及设计保证率三者之间的关系怎样？5．水库运用过程如下图。
试就下列三种情况，确定兴利库容。
单位：108m3（1）w1=10，w2=3 ，w3=6 ，w4=2，w5= w6=0，V n=（2） w1=10，w2=5，w3=4，w4=5，w5= w6=6，V n=（3）w1=15，w2=7，w3=8，w4=9，w5=3，w6=8，V n=6．某水库一周之内的来、用水过程如表1所示，为满足用水过程，最小需多大的周调节库容，并求出各时段末水库兴利库容蓄水量。
（单位：108 m3）表1 某水库一周之内的来、用水过程时段星期一星期二 星期三 星期四 星期五 星期六 星期日 来水量 30 30 20 15 10 25 10 用水量202020202020207．某年调节水库设计代表年（P =75 %）的各月来水量和综合用水量如表2。
计算的该年各月蒸发损失增量（水面蒸发与陆面蒸发差值）也列于表2，该水库区地质和水文地质条件属中等，渗漏损失以月平均蓄水量的l ％计。
根据库区地形图量得水库面积曲线如表3。
根据泥沙淤积要求确定的该水库死库容为10×104m 3。
试求该水库的兴利库容和正常蓄水位。
8．已知某水库设计枯水年天然入库流量过程如表4。
水库兴利库容为50[(m 3/s)月]，多年平均入库流量为40m 3/s ，求水库供水期调节流量和蓄水期可用流量。
水资源的综合利用
水 力 发 电
水能(hydroenergy) 转换 电能(electric energy)
第二节 水力发电
Δ
V1 W
断面1-1处水流的总能量为E1: 断面2-2处水流的总能量为E2:
O 1
V2 2 河段的潜在水能
水体W从断面1-1到断面2-2所 消耗的能量为E1-2:
一般先集中落差，再引水
如：当河段上游坡降较缓且有筑坝建库条件，下游 坡降陡且条件集中较大落差时，采用混合式开发较 经济。
思考题：
1、水力发电的原理是什么？
2、水能资源蕴储量指什么？ 3、水能资源开发方式有哪些？各自特点是什么？
第三节 防洪与治涝
一、防洪
1、防洪的主要任务： 按照规定的防洪标准，因地制宜地采取恰当的工程措 施或非工程措施，以削减洪峰流量，或加大河床的过 水能力，保证安全渡汛。 2、防洪的工程措施： （1）水土保持： 封山植树，退耕还林；修建淤地坝等
2、治涝的工程措施 （1）修围堤、堵支联圩。 修围堤以免外水入侵。堵塞小沟支汊，并小圩为大圩。
（2）开渠撇洪。
沿山麓开渠，拦截地面径流，引入外河，避免流向圩区。 （3）整修排水系统。
修建排水沟、渠。建排涝泵站
第三节 防洪与治涝
32字方针：
封山植树，退耕还林，平垸行洪， 退田还湖，以工代赈，移民建镇， 加固干堤，疏浚河道。
第二节 水力发电
（二）引水式 （2）有压引水式：有压隧洞引水集中落差
第二节 水力发电
引水式开发特点：
①水头较高
②电站引用流量小，水量利用率差，综合利用效益高。 ③无水库淹没损失，工程量小，单价一般较低。 ④适用于河道坡降陡，流量较小或地形、地质条件不 允许筑坝的河段。
浙江省水资源管理条例
浙江省水资源管理条例（2002年10月31日浙江省第九届人民代表大会常务委员会第三十九次会议通过）第一章总则第一条为了合理开发、利用、节约和保护水资源，发挥水资源的综合效益，保护生态平衡，促进经济和社会的可持续发展，根据《中华人民共和国水法》等有关法律、行政法规的规定，结合本省实际，制定本条例。
第二条在本省行政区域内开发、利用、节约、保护、管理水资源，适用本条例。
本条例所称水资源，包括地表水和地下水。
第三条水资源属于国家所有。
农村集体经济组织的水塘和由农村集体经济组织修建管理的水库中的水，归各该农村集体经济组织使用。
前款所称由农村集体经济组织修建管理的水库，由县级以上人民政府在确保农村集体经济组织及其成员用水权益的前提下，按照尊重历史、维持现状的原则，根据国家和省的有关规定予以确认。
对水资源依法实行取水许可制度和有偿使用制度。
第四条开发、利用、节约、保护水资源，应当全面规划、统筹兼顾、标本兼冶、综合利用、讲求效益，发挥水资源的多种功能，协调好生活、生产和生态环境用水。
第五条县级以上人民政府应当加强水资源开发、利用、节约和保护工作，并将其纳入国民经济和社会发展计划，增加财政投入，加强水工程建设，促进水环境改善。
各级人民政府应当加强节约用水工作，建立健全节约用水管理制度，强化节约用水宣传和教育，全面推行节约用水措施，推广节约用水新技术、新工艺、新产品，发展节水型工业、农业和服务业，建立节水型社会。
第六条省人民政府水行政主管部门负责全省水资源的统一管理和监督工作。
市、县（市、区）人民政府水行政主管部门按照规定的权限，负责本行政区域内水资源的统一管理和监督工作。
县级以上人民政府有关部门按照职责分工，负责本行政区域内水资源开发、利用、节约和保护的有关工作。
第七条单位和个人都有保护水资源和节约用水的义务。
鼓励单位和个人以多种形式参与水资源的开发、利用，其合法权益受法律保护。
在开发、利用、节约、保护、管理水资源等方面成绩显著的单位和个人，由人民政府给予奖励。
第一章 水资源的综合利用
形式： 形式：
a. 河床式电站 河床式电站(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， 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， 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 米以下； 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， 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、 引用流量大、水头低 主要建筑物包括：挡水坝、泄水坝、厂房、船闸、 主要建筑物包括：挡水坝、泄水坝、厂房、船闸、 鱼道等。 鱼道等。
（3）混合式水电站（mixed power plant) ）混合式水电站（
在一个河段上， 在一个河段上，同时采用高坝和有压引水到共同集 中落差的开发方式 坝集中一部分落差后， 坝集中一部分落差后，再通过有压引水道集中坝后 河段上另一部分落差，形成了电站的总水头。 河段上另一部分落差，形成了电站的总水头。这种 开发方式的水电站称为~ 适用于上游有优良坝址，适宜建库， 适用于上游有优良坝址，适宜建库，而紧接水库以 下河道突然变陡或河流有较大的转弯。 下河道突然变陡或河流有较大的转弯。 同时兼有坝式和引水式水电站的优点 在工程实践中多称为引水式， 在工程实践中多称为引水式，很少用混合式水电站 这个名称
2005年我国用水组成示意图 年我国用水组成示意图
第二节 水力发电 （hydroelectric power） ）
1. 水力发电的定义与原理
定义： 定义：水力发电是利用河流中水流所蕴藏的水能，生 产电能，为人类用电服务。 原理： 原理：河流从高处向低处流动，水流蕴藏着一定的势 能和动能，即会产生一定的能量称为水能。将具有 一定水能的水流去冲击和转动水轮发电机组，在机 组转动过程中将水能转化为机械能，再转化为水能。 水能是一种清洁能源，既不会消耗水资源，也不会污 染水资源，是目前各国大力推广的能源开发方式。
水资源规划及利用
2020年2月17日星期一
14
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。
2020年2月17日星期一
2020年2月17日星期一
4
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
合利用
一
水
多
单项工程的综合利用
用
，
一
从地域方面考虑应讲求综
库
合利用
多
用
提高水资源重复利用率
水资源可持续利用
支
持
人
水资源的供需平衡类社会经水资源的合理配置济
可
持 续
水资源的节约和保护
发
展
水资源的动态平衡
2020年2月17日星期一
引取流量
2020年2月17日星期一
12
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）:
拦河筑坝或闸抬高开发河段水位，获得水电站水头。
2020年2月17日星期一
坝式取水的基本示意图
13
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
5
? 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：
按利用方式 ： 渔业
河道内用水 航运 水上娱乐 生态用水
水能规划复习重点
第一章水资源综合利用1、水力发电的基本原理及计算公式：水力发电就是利用天然水能生产电能的水利部门。
水流在重力作用下不断向下游运动，其重力势能会转化为动能来发电。
水流出力：单位时间内的水能 N1-2=9.81QH1-2（kw）某一河段蕴藏的水能资源：E1-2=N1-2·T（kw·h）8P2、河川水能资源的估算：利用水流出力的累加值估算某一河流的水能资源量见9P表1-13、集中水能的方式：集中水能的方法：集中落差、引取流量水电站集中水能的方式有坝式，引水式，混合式同“4”4、水资源的开发方式：坝式：坝后式、河床式；引水式：有压引水式、无压引水式；混合式5、水源的获得方案：水源主要有：1、蓄洪补贴 2、引取水量较丰的河湖水 3、汲取地下水为了配合以上水源，需要修建相应工程：1、蓄水工程 2、自流灌溉引水渠首工程 3、提水灌溉工程 4、渠系 5、长藤结瓜水利系统6、各种灌溉方法及其优缺点：地面灌溉：优点：投资省，技术简单；缺点：用水量大，容易引起地表土壤板结；地下灌溉：优点：土壤湿润均匀，避免板结，节约用水量；缺点：资金及田间工程量大；喷灌：优点：可以灵活掌握洒水量，降低灌水定额，省水、增产；缺点：投资高，需要消耗劳动力，灌水质量受风速影响大；滴灌：优点：省水、省工、省地、省肥；缺点：投资高，滴头容易堵塞7、灌溉制度：某种作物在全生育期内规定的灌水次数、灌水时间、灌水定额、灌溉定额。
其中，灌水定额指某一次灌水时每亩田的用水量；灌溉定额是指全生育期历次灌水定额之和。
8、灌溉用水量的计算：见P169、防洪和治涝的工程措施：1、水土保持2、筑堤防洪与防汛抢险3、疏浚与整治河道4、分洪、滞洪与蓄洪第二章兴利调节1、水库的特征水位和特征库容：死水位(Z死) 死库容(V死)正常蓄水位（Z蓄）兴利库容（V兴）防洪限制水位(Z限)防洪高水位(Z防)防洪库容(V防)设计洪水位(Z射洪)拦洪库容(V拦)校核洪水位(Z校洪)调洪库容(V调洪)总库容(V总)有效库容(V效)2、水库的水量损失：包括蒸发损失、渗漏损失，冰冻地区还可能有结冰损失渗漏损失可分三类：(1)坝身及水工建筑物止水不严处(2)通过坝基及绕坝两翼处(3)坝底、库边流向较低渗水层处3、水库蒸发损失的计算：见P 294、水库泥沙淤积形态：横向淤积形态可分为全断面淤积、主槽淤积、沿湿周均匀淤积；纵向淤积形态可分为三角洲淤积、带状淤积、锥体淤积5、年保证率与历时保证率的计算和大小： 水利水电部门正常工作的保证程度，称为工作保证率。
《水利水能规划》课程教学大纲.doc
《水利水能规划》课程教学大纲四年制本科《土木工程专业》适用(30学时1.5学分)—、本课程的性质和任务本课程是土木工程专业的专业选修课。
本课程的主要任务是：让学生掌握水文方面的一些基本知识，了解有关的水文和水能计算的方法和内容，掌握水能资源开发利用的基本理论，以及部分水工建筑物及水电站建筑物的结构特点、布置要求、有关的设备布置要求及运行要求等，为以后从事规划、设计、水电站管理以及有关的科学研究工作打下一定的专业基础。
二、本课程的基本要求1、对能力培养的要求(1)了解水资源舲利用的原则和社会沁，水能资源的开发強，河流的舲利用咖；(2)了解水库的一些主要特性，保证率和保证代表期，径流调节的作用及分类等；(3)掌握水能计算的基本方法、水电站的保证出力和多年平均发电量的计算方法；(4)了解水电站经济运行的基本内容和计算方法；(5)了解水电站水利枢纽的组成建筑物及各建筑物的作用、特点及运行要求等；(6)了解水电站厂房的基本类型，厂房内部主要设备布置、安装及运行要求，厂房内附属设备的组成及布置要求，厂房内部的结构布置要求及结构尺寸的确定。
2、本课程的重点和难点(1)河川径流的基本水文概念及水文计算方法；(2)水能计算的任务和基本方法水电站的经济评价及主要参数的选择；(3)水电站经济运行的基本内容和水库调度；3、选修课程及基本要求本课程的先修课程为《水力学》、《系统工程》、《工程经济》等，同时为《水轮机调节》、《水电站建筑物》等课程奠定基础。
三、课程内容1、教学基本内容绪论第一章水能资源的综合利用(1)水能资源的综合利用(2)水力发电(3)水能资源的基本开发方式(4)河流提级开发及跨流域开发第二章径流调节(1)河川径流(2)水库特性(3)设计保证率和设计代表期(4)径流调节的作用及分类(5)径流调节的计算第三章水能计算及水电站主要参数选择(1)水能计算的目的和基本方法(2)水电站的保证出力和多年平均发电量计算(3)电力系统的负荷及容量组成(4)电力系统中各类电站的工作特性(5)不同调节性能的水电站在电力系统中的运行方式(6)水电站调节计算(7)水电站装机容量选择(8)水电站水库正常蓄水位和死水位选择简介第四章水电站经济运行(1)水电站经济运行的基本概念(2)水电站厂内经济运行(3)水电站水库经济运行第五章水电站水利枢纽概述(1)概述(2)挡水建筑物作用、类型(3)泄水建筑物作用、类型(4)引水建筑物作用、类型(5)水电站建筑物作用、类型(6)通航、筏运、过鱼建筑物(7)实例第六章水电站发电厂房(1)水电站厂房的基本类型(2)厂区建筑物和水电站厂房的组成(3)地面厂房下部块体结构的布置及主要尺寸的确定(4)厂房发电机层及电气设备、机械控制设备的布置(5)水电站厂房内的起重设备、装配场所及对外交通(6)厂内油、气、水系统的布置及采光通风等问题(7)主厂房轮廓尺寸的确定(8)其它类型的厂房2、课外作业：课外作业随堂布置。
水利水能规划.pdf
水利水能规划主讲：王双银水利与建筑工程学院第一章水资源的开发利用水资源开发利用：人类社会为了生存和发展的需要采用工程措施及非工程措施，对水资源进行控制、调节、治导、开发、管理和保护，以防治水旱灾害并满足国民经济各部门用水要求。
第一章水资源的开发利用 水资源开发利用原则各水力发电防洪灌溉其他用水部门各部门的用水矛盾及其协调公元前256年 都江堰1998年灌溉面积达到到66.87万公顷，灌溉面积已达40余县。
三峡水利枢纽一、综合利用原则水资源综合利用的原则，就是按照国家对环境保护、人水和谐、社会经济可持续发展战略方针，充分合理地开发利用水资源，来满足社会各部门（包括水利、防洪、交通、农业及城市供水、环境、旅游等部门）对水的需求，尽可能获取最大的社会、经济和环境综合效益。
一、综合利用原则从功能和用途方面综合考虑——一水多效 单项工程的综合利用——一库多用地域方面综合利用——上下游统筹兼顾 提高水的重复利用率——循环利用二、可持续利用原则水资源可持续利用：能够支持人类社会和经济可持续发展的水资源开发利用。
二、可持续利用原则淡水资源是有限的防止人类对水的侵害水资源的配置、节约、保护工程和非工程措施并举水资源的统一配置、统一调度、统一管理一、河流水能资源分析与估算水电站损失1.水头损失：沿程水头损失ΔH 1局部水头损失ΔH 2 H 净=H-ΔH 1-ΔH 22.水量损失：蒸发、渗漏、弃水 Q =Q 毛-ΔQ3.功率损失：水轮机效率ηT 、发电机效率ηG)(kW AQH N 净=)(80.9kW QH N 净η=η80.9=A ΔH 1ΔH 2H 净GT ηηη=)(h kW T AQH E ⋅=净一、河流水能资源分析与估算)(KWAQHN净A=8.5 ，大型水电站（装机N＞300MW）8.0~8.5 ，中型水电站（N=50~300MW）7.5~8.0 ，小型水电站（N＜50MW）二、河川水能资源蕴藏量N=9.80Q H1-2（kW）基本思想：沿河分段计算水流出力，然后逐段累加。
水利水能规划教案
教学重点难点
水力发电的基本原理及河川水能资源的三种基本开发方式
教学方法
讲授法、练习法、启发式、注入式、发现教学法、问题教学法、案例教学法、程序教学法、暗示教学法、自学辅导法、调查访问法、研究性教学法等
教 学 内 容 提 要
第一节概述
一、水资源综合利用的重要性（兴水利、除水害）
二、主要用水部门的用水特点
讨论、练习、作业
讨论：水力发电的基本原理。作业题1.简述水能资源三种基本开发方式的分类、特点及适用条件。2.水能计算的任务和所需资料。3.潮汐发电和抽水蓄能发电的基本原理.
课后分析
重点：水力发电的基本原理、三种基本开发方式的分类、特点及适用条件。
怎样和学生沟通？
备 注
《水利水能规划》教案
讲 次
第三讲（2学时）
2011年9月22日
教案
授课时间：2011.10~2011.10教案编写时间：2011.10
课程
名称
水利水能规划
课程
编号
07198
总学时：32
讲课：32学时
学 分 数
2.0
课型
必修课（ ） 选修课（√）
理论课（ ） 实验课（ ）
任棵课
教师
巨娟丽
职称
工程师
授课对象
2009级水工专业1、2班
基本教材和主要参考资料
推荐教材:
周之豪、沈曾源、施熙灿等．水利水能规划．北京：中国水利水电出版社，1997.5
参考书目：
[1]吴持恭主编，水力学，高等教育出版社，1982
[2]王维第主编，水电站工程水文 河海大学出版社,1995
[3]任树梅、李靖主编，工程水文与水利计算，中国农业出版社，2005
《水资源规划及利用》部分课后答案
第一章1、什么是水资源的综合利用和可持续发展？答：水资源综合利用的原则是按照国家对环境保护、人水和谐、社会经济可持续发展战略方针，充分合理地开发利用水资源，来满足社会各部门对水的需求，尽可能获取最大的社会、经济和环境综合效益；水资源的可持续发展就是能够支持人类社会和经济可持续发展的水资源开发利用。
河川水能资源的基本开发方式有哪几种？有何特点？（P12）答：方式表现为集中落差和引用流量的方式。
根据集中落差的方式可分为：坝式（蓄水式）水电站、引水式水电站、混合式水电站、潮汐式和抽水蓄能式水电站。
坝式水电站的特点是：优点：拦河筑坝，形成水库，抬高上游水位，集中河段落差，能调节水量，提高径流利用率。
缺点：基建工程较大，且上游形成淹没区。
引水式水电站的特点：优点：不会形成大的水库，淹没损失小，工程量小缺点是饮水量较小，水量利用率较低。
混合式水电站：综合利用水能，比较经济。
防洪的工程措施和非工程措施有哪些？（P17）答：工程措施：修筑堤坝、河道整治、开辟分洪道和分蓄洪区、水库拦洪、水土保持。
非工程措施：建立洪水预警系统和洪水警报系统、洪泛区管理、洪水保险、防洪调度。
第二章什么是径流调节？分哪几类？（P28）答：为了消除或减轻洪水灾害或是满足兴利需要，通过采取能够控制和调节径流的天然状态，解决供需矛盾，达到兴利除害目的的措施称为径流调节。
径流调节分为两大类：为兴利而利用水库提高枯水径流的径流调节，兴利调节：为削减洪峰流量而利用水库拦蓄洪水，以消除或减轻下游洪涝灾害的调节，洪水调节。
水库特征水位和特征库容有哪些？其含义是什么？答：水库工程在不同时期有不同任务，为满足兴利要求和保证防洪安全，需要一些控制性的水位和库容，我们把这些决定水库调节能力，其限定作用的控制水位和库容，称水库的特征水位、特征库容。
它包括：（1）死水位和死库容：在正常运用情况下，水库都有一个允许消落的最低水位，将其称为死水位。
死水位以下的库容成为死库容。
水资源综合利用
v—断面的平均流速（m3/s）； γ—水的容重，通常取98077N/m3。
水资源综合利用
在不太长的天然河段中，断面1-1至2-2的平均流 速相差不大，取α1v12/2g=α2v22/2g，且两断面的压力 差亦是极小的，可近似地取P1/γ= P2/γ，则两断面的 水流蕴藏量之差为
E 1 E 2 ( Z 1 Z 2 ) W H 1 2 W 9 8 0 7 Q t H 1 2 ( J )
式中，H为两断面间的水位差，称为落差，由水工建 筑物集中后的落差称为水头。
水资源综合利用
在电力工程计算中，把功率称为出力，并用千瓦时 （KW.h）（也叫度）作为计量单位，1KW.h=3.6*106J， 所以断面1-1至2-2间的水能可以表示为：
E 1 2 9 .8 1 H 1 2 Q t (K W .h )
这就是该河段上所蕴藏的水能资源
水资源综合利用
在电力行业中，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。所以断面1-1至2-2之间的水流出力为：
N 12E T 129.81H 12Q(KW )
(Z2
p2
2v22)W
2g
设断面过水流量为Q(m3/s)，T（s）时间内其水体为
W=QT(m3)，由水力学中的能量方程可知，W(m3)的水体在断
面1-1和断面2-2处所有的能量分别为
水资源综合利用
E 1E 2[(Z 1Z 2)p 1p 21 v1 22 g2v2 2]W
式中： Z—断面的水面高程（m）； P/γ—断面处水面的压力水头（m）；
第一章 水资源的综合利用
水资源综合利用
本章内容
第一节 概述 第二节 水力发电 第三节 防洪与治涝 第四节 灌溉 第五节 其他水利部门 第六节 水利部门间的矛盾及其协调
水资源开发利用
第一章 绪论1.1 水资源定义及特点水资源定义及特点（1） 定义：广义上是指能够直接或间接使用的各种水和水中物质，在社会生活和生产中具有实用价值和经济价值的水。
产中具有实用价值和经济价值的水。
狭义上狭义上 人类在一定的经济技术条件下能够直接使用的淡水。
人类在一定的经济技术条件下能够直接使用的淡水。
（2） 特点：a 不可替代性不可替代性 b 循环性与再生性循环性与再生性 c 稀缺性稀缺性 d 分布不均匀分布不均匀 e 利用的多样性和综合性样性和综合性 f 利害双重性利害双重性 g 公共性与非公共性公共性与非公共性 h 水资源利用中的外部不经济性及其特点：天然水体不仅是供体，往往也是污废水的受纳体。
经济性及其特点：天然水体不仅是供体，往往也是污废水的受纳体。
1.2 （1）水的自然循环与社会循环的关系：）水的自然循环与社会循环的关系：自然循环是水资源获得再生的重要途径，但当人工侧支循环影响强度足够大时，就会引起天然水文循环时空分布的秩序出现不同程度的紊乱，会引起天然水文循环时空分布的秩序出现不同程度的紊乱，引起流域尺度上的一系列资引起流域尺度上的一系列资源，生态和环境效应，只是水资源在局部地区和部分时段出现量与质的衰退现象，形成特有的水量消耗和水质劣变规律，对区域的可持续发展产生重要影响。
特有的水量消耗和水质劣变规律，对区域的可持续发展产生重要影响。
（2） 水的社会循环：水的社会循环：在自然循环的同时，利用地表水和地下水，来满足生产和生活的人工循环。
水的社会循环是水循环的重要组成部分，水资源的自然性已深深地打上了人类社会经济活动的烙印。
烙印。
（3） 水的健康循环：水的健康循环：在水的社会循环中，在水的社会循环中，遵循水的自然运动的规律，遵循水的自然运动的规律，遵循水的自然运动的规律，合理科学的使用水资源，合理科学的使用水资源，合理科学的使用水资源，同时将使同时将使用过的废水经过再生净化，使得上游地区的用水循环不影响下游水域的水体功能，水的社会循环不损害水的自然循环的客观规律，从而维护或恢复城市乃至流域的水环境，实现可持续利用。
[保护水资源ppt]水资源保护
![[保护水资源ppt]水资源保护](https://img.taocdn.com/s3/m/1edd5c4568eae009581b6bd97f1922791688be85.png)
[保护水资源ppt]水资源保护第一篇水资源保护:水资源保护法内容中华人民共和国水法(1988年1月21日第六届全国人民代表大会常务委员会第二十四次会议通过，2022年8月29日第九届全国人民代表大会常务委员会第二十九次会议修订，根据2022年8月27日第十一届全国人民代表大会常务委员会第十次会议《全国人民代表大会常务委员会关于修改部分法律的决定》第二次修正，根据2022年7月2日《全国人民代表大会常务委员会关于修改等六部法律的决定》第三次修正)第一章总则第一条为了合理开发、利用、节约和保护水资源，防治水害，实现水资源的可持续利用，适应国民经济和社会发展的需要，制定本法。
第二条在中华人民共和国领域内开发、利用、节约、保护、管理水资源，防治水害，适用本法。
本法所称水资源，包括地表水和地下水。
第三条水资源属于国家所有。
水资源的所有权由国务院代表国家行使。
农村集体经济组织的水塘和由农村集体经济组织修建管理的水库中的水，归各该农村集体经济组织使用。
第四条开发、利用、节约、保护水资源和防治水害，应当全面规划、统筹兼顾、标本兼治、综合利用、讲求效益，发挥水资源的多种功能，协调好生活、生产经营和生态环境用水。
第五条县级以上人民政府应当加强水利基础设施建设，并将其纳入本级国民经济和社会发展计划。
第六条国家鼓励单位和个人依法开发、利用水资源，并保护其合法权益。
开发、利用水资源的单位和个人有依法保护水资源的义务。
第七条国家对水资源依法实行取水许可制度和有偿使用制度。
但是，农村集体经济组织及其成员使用本集体经济组织的水塘、水库中的水的除外。
国务院水行政主管部门负责全国取水许可制度和水资源有偿使用制度的组织实施。
第八条国家厉行节约用水，大力推行节约用水措施，推广节约用水新技术、新工艺，发展节水型工业、农业和服务业，建立节水型社会。
各级人民政府应当采取措施，加强对节约用水的管理，建立节约用水技术开发推广体系，培育和发展节约用水产业。
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第五节 其它水利部门
一、内河航运
• 指 利 用 天 然河 湖 、 水库或运河等陆地内 的水域进行船、筏浮 运。一般由交通部门 管。由水道、港口或 码头、船舶组成一个 内河航运系统。内河 航运只利用水道中水 体的浮载能力，不耗 水，但要保证一定的 水位或水深。
二、水利环境保护 • 包括防治水域污染，生态保护，水资源的合理利用
• 高坝时，坝后式电站， 厂房不受上游水压力。 • 低坝时，河床式电站， 厂房受上游水压力。 • 能进行径流调节的电 站，叫蓄水式水电站。 • 不能进行径流调节的 电站，叫径流式水电站。
ΔH=HAB-H
(2)引水式(见图1-3b)
沿江建引水道，使原河段的落差 HAB 集中到 引水道末厂房处，从而获得水电站的水头H。流量 为河段首A处的平均 流量QA。用明渠或无 压隧洞来集中落差， 叫无压引水式水电站。 用有压隧洞或管道来 集中落差，叫有压引 水式水电站。无水库、 无淹没为径流式。引 水式水电站通常是径 流式开发。
规划工程步骤： • (1) 收集、分析水文、地质资料； •（2）水文计算； •（3）拟定开发方式，工程布置方案； •（4）拟定若干个比选方案并对其进行水利 计算； •（5）经济计算、评价； • (6) 综合分析，选出优方案； •（7）对选定方案制定优化调度运行方案。
第七节 各水利部门间的矛盾及 其协调
西南 西北 中南 东北
三、河川水能资源的基本开发方式
由于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， 所以集中水能的方法就是集中落差和引取流量 的方式。集中水能的主要方式：坝式、引水式 、混合式。见P.10图1-3。
(1)坝式（抬水式） (见图1-3a)
兴建拦河坝或闸来抬高开发河段水位，使原河段的 落差HAB集中到坝址处，获得水电站水头H。所引取 的流量为坝址处的平均流量 QB 。 A 处有回水段，落 差损失
表1-1 某河水能资源蕴藏量计算示例
断 面 序 号 1 350 35 2 3 4 5 6 315 288 278 252 213 129 16 21 25 34 46 0 8 2750 21 2750 高程 Z (m) 落差 H (m) 间距 L (km) 断面 处流 量 Qi(m3/ s) 河段平 均流量 Q0(m3/s) 河段 水流 出力 N0(k w) 单位长 度水流 出力 N0/L(kw/ km) 水流 出力 累积 值 ΣN0( kw)
矛盾：
• 上游多用水，下游则不 够。 • 防洪库容太大，则兴利 库容减小。 • 防洪腾空水库，不利发 展等等。
解决办法：
统筹兼顾，先用后耗， 防兴结合，一水多用， 一库多用等。
• 代表 1-2 河段的水能资源。要开发利用这许许
多多的微小长度上的水能资源，首先要将它们 集中起来，减少其无益损耗。然后用这些集中 了水能的水流去冲击转动水轮发电机组，将水 能变为电能。 • 水能利用不消耗水量，且由于水循环而再生。 • 水流出力表示电力功率，表示单位时间内的水 能。
N1-2=E1-2/T=9.81QH1-2 （kW）
和保护。 • 水体有一定的自净能力，但有一定限度，如污物超 过了水的自净能力，水质就会恶化，危害人或生物的 健康和生存。 • 污水要监测，集中处理，实现达标或零排放。 • 河道要保证有一定的流量 和流速，以促进污物的稀 释和氧化。 • 修建水库常会涉及到生 态平衡，改善环境和自然 资源的合理利用和保护问 题。问题面广而复杂。
第四节 灌溉
• 灌溉的任务是：缺水时用人工措施向田间补 充农作物生长必需的水分。 • 水源：蓄洪补枯，汲取地下水，河、湖水。 工程措施：
建蓄水工Байду номын сангаас、水库；
自流灌溉引水渠首工 程、引水工程；
提水灌溉工程；
渠系；
长藤结瓜水利系统。
设计灌溉工程，需求出灌溉用水量过程线及 其随时间的变化，它是根据作物的灌溉制度求 出来的。 灌溉制度：指某种作物在全生育期内规定的 灌水次数，灌水时间，灌水定额和灌溉定额。 灌水定额：某一次灌水时每亩田的灌水量。 灌溉定额：全生育期历次灌水定额之和。 灌溉制度要按照作物田间需水量、降雨量、 土壤含水量等情况，据经验和试验定。 灌水方法：有地面灌溉、地下灌溉、喷灌、 滴灌四种。
2 p1 1v12 p2 2 v2 z1 z2 H12 2g 2g
得：H1-2=Z1-Z2
[∵p1≈p2，略去流速水头差 （小）。] H1-2 即两断面间的水位差或叫落差，表示单位重量水 体的水能。
设Q为t秒内流经此河段的平均流量（m3/s）。 γ表示水的单位重量（比重），
• 各条河流的自然条件千变万化，各用户对水的要求差异也很 大，各用水部门之间还不可避免地存在矛盾。因此，要做好 水资源的综合利用，就必须从当地的客观自然条件和用水部 门的实际需要出发，抓住主要矛盾，从国民经济总体利益最 大的角度考虑，因时因地制宜地制定水利水能规划。
第一节
概述
第二节
一、水力发电原理
第一章 水资源的综合利用
• • • • • • • 第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节 概述 水力发电 防洪与治涝 灌溉 其他水利部门 水利水能规划的主要内容 各水利部门间的矛盾及其协调
• 水利事业包括除水害和兴水利。包括防洪、治涝、 水力发电、灌溉、航运、漂木、给水、渔业、水利 环境保护等。为上述一种或几种目的而兴建的工程 就叫水利工程。 • 水资源综合利用：使同一水源同时满足几个用水部 门的需要，将除水害和兴水利结合起来统筹解决的 水资源开发方式。如发电用水可用于下游的供水、 灌溉、航运、环保等。
（小电站~大电站）
第三节 防洪与治涝
一、防洪
洪灾是由于洪水排 泄不畅造成的。当 洪峰流量超过河床 的安全泄量时就会 泛滥成灾。
防洪的主要任务是：按照规定的防洪标准，因地 制宜地采用恰当的工程措施，以削减洪峰流量，或 加大河流的过水能力，保证安全渡汛。
水 土 保 持 是 针对 拓 宽 和 竣 深 河 筑堤是平原地区 主要的工程措施： 高原及山丘区水土流 目的是减少 槽，截弯取直，除 为了扩大行洪河道以 某一河段的洪峰 失现象而采取的根本 (1)水土保持 障等，使洪水平顺 加大泄洪能力，保护 流量，使其控制 性治水措施。要大量 畅通，加大泄洪能 两岸不受洪灾的有效 (2)筑堤防洪与防 在安全泄量以下。 种草种树，封山育林， 力。整治则要修建 措施。 汛抢险 合理使用坡地，修建 整治建筑物来影响 堤防要与防汛抢 山塘水柜等。截留雨 (3)疏竣与整治河 水流流态。疏整结 险相结合，防止决堤 水，减少山洪，增加 道 合使用。 造成更大的损失。 枯水径流，减少下游 (4)分洪、滞洪、 河床淤积。 蓄洪
27
10 26 39
34
19 60 100
18.5
23 29.5 40
5000
2250 7650
15300
147
118 128 153
7750
10000 17650 32950
表1-2 全国各地区水能资源蕴藏量及可能开发量统计表
地区 理论蕴 藏量 （万kw） 47331 8418 6408 1213 3005 1230 67605 占全国 比重 （%） 70.0 12.5 9.5 1.8 4.4 1.8 100.0 可能开 发量 （万kw） 23234 4194 6744 1199 1790 692 37853 占全国 比重 （%） 67.8 9.9 15.5 2.0 缺台湾省资料 华东 华北 全国 总计 3.6 1.2 100.0 备注 按发电量值计算占全 国比重
(3)混合式 (见图1-3c)
开发河段上有落差 HAC ，但 BC 段上不宜筑坝 ，但有落差可利用，则在B处筑坝抬水，集中落差 HAB，取B处的平 均流量QB；再从B 筑引水道至C处， 得落差HBC。
HAC=HAB+HBC。
此外，跨流域开发方式，集水网道开发 方式，潮汐方式，抽水蓄能方式等。 • 集中水能过程中有落差损失，水量损失 ，及机电设备中的能量损失等，所以水电 站出力小于水流出力。 • N=9.81QH （kW） N水=AQH（kW）A为出力系数≈6.5~8.5
第六节 水利水能规划的主要内容
• 规划很重要，规划得好，资源利用率高，开 发经济，工程效益好；反之，资源利用率低， 投资大，效益低。 规划主要内容： • ①研究和选择流域治理开发方案。 • ②研究和选择工程群的建设次序； • ③研究近期待建工程的可行性，研究和选定 其初设中工程总体布置方案，水资源利 用综合开发方式，建设规模和重要参数。 • ④研究工程群综合利用优化调度运用方案和 水电站运行计划。
三、城市和工业供水
• 综合利用水利工程应优先满足供水要求， 即使水资源不足，也一定要保证优先满足 供水。居民生活用水决不允许长时间中断 ，而工业生产用水中断也会给国民经济造 成严重损失。 • 供水对水质要求 较高。
四、淡水水产养殖 • 水库可用于淡水养鱼。 • 重视洄游性野生鱼类的繁殖问题。 • ①建鱼梯（鱼道）； • ②洄游季节开闸让鱼通行； • ③人工养殖、运送过坝。
γ=9807N/m3=9.81KN/m3=1t/m3
t秒流经1-2的水体重量，γW = γ Qt (W：体积)
t秒内此河段消耗的水能为
E1-2= γQtH1-2=9807QtH1-2（焦耳）（1牛顿· 米=1J ） （ 1kW•h=3.6×106 J） T小时消耗水能 E1-2= 0.002724QtH1-2=9.81QTH1-2（kW•h） （T：小时）
水力发电
• 水力发电是利用天然水能 生产电能的水利部门。 • 河川径流相对于某基准面 而言具有一定的势能。 • 径流有流速时，就具有一定的动能。 • 势能、动能——水能——水体的机械能。 • 水在重力作用下向下游流动。在流动过程中因克服 流动阻力，冲蚀河床、挟带泥沙等，使所含水能分散 地消耗掉了。