水能利用整理

水体：存在于大气中的水汽,地面上的江河、湖沼、海洋、冰川和地下水等。水文：泛指自然界中水体的分布、运动和变化规律，以及水体与环境的相互作用等规律。河源：河流开始的地方，可以是溪涧、泉水、冰川、沼泽或湖泊等。上游：直接连着河源，在河流的上段，它的特征是落差大，水流急，下切力量强，河谷狭，流量小，河流中经常出现急滩和瀑布。中游：一般特点是河道比降变缓，河床比较稳定，下切力量减弱而旁蚀力量增强，因此河槽逐渐拓宽和曲折。下游：河谷宽，纵断面比降和流速都很小，河道中淤积作用较显著，河曲发育。河口：河流的终点，也是河流流入海洋、湖泊或其它河流的处所。河口处泥沙淤积严重。河长:自河源沿干流至河口的距离。河床横断面：垂直于平均流向或主流方向的平面。河床纵断面：河流中线或溪线的剖面。落差：任意河段两端的高差△h。河床纵比降J：单位河长的落差J=△h/L分水线：河网四周最高点的连线。分水线有地面、地下之分。流域：汇集地面水和地下水的区域称为流域,也就是分水线包围的区域闭合流域：当地面分水线与地下分水线相重合不闭合流域：地面分水线与地下分水线不重合的流域。流域面积：流域分水线包围区域的平面投影面积称为流域面积，也称集水面积.。径流：是指降水所形成的,沿着流域地面和地下向河川、湖泊、水库、洼地等流动的水流。地面径流（地表径流）:沿着地面流动的水流。地下径流:沿土壤岩石孔隙流动的水流。河川径流：汇集到河流后,在重力作用下沿河床流动的水流。流量：单位时间内流过江河某一横断面的水量，单位m3/s径流总量：径流量W指时段T内通过河流某一断面的总水量。径流深Y：将径流总量平铺在整个流域面积上所得的水层深度Y，单位mm，Y=QT/1000F。径流模数M：单位面积上所产生的流量。M=1000Q/F，单位L/(s.km2)径流系数：某一时段的径流深Y与相应时段内流域平均降雨深度X之比值称为径流系数,记为ɑ。水资源：可以利用或有可能被利用的水源，具有足够的数量和可用的质量，并能在某一地点为满足某种用途而可被利用水资源特点：流动性、可再生性、多用途性（农业生产用水、工业生产用水、城镇居民生活用水、水力发电用水、船筏水运用水、水产养殖用水、水利环境保护等）公共性、利害两重性。全国水资源“三个不均”：地区分布不均、年际分布不均、年内分布不均。水多、水少、水脏和水土流失是我们面临的四个水问题。由于流域内降雨或融雪，大量径流汇入河道，导致流量激增，水位上涨，这种水文现象，称为洪水。在进行水利水电工程设计时，为了建筑物本身的安全和防护区的安全，必须按照某种标准的洪水进行设计，这种作为水工建筑物设计依据的洪水称为设计洪水（三要素：设计洪峰、一定时段的设计洪水总量、设计洪水过程线）年净流量：在一个水文年度内，流过河流某一断面的水量

第二章水利的涵义：人类在充分掌握水的客观变化规律的前提下，采用各种工程措施和非工程措施，以及经济、行政、法制等手段，对自然界水循环过程中的水进行调节控制、开发利用和保护管理的各项工作的总称。水利建设的目的：避免或尽可能减轻水旱灾害，供给人类生活和生产活动必需的符合一定水质标准的水和可以直接利用或转换成电力后利用的动力，以及提供其他服务水资源综合利用的原则：按照国家对环境保护、社会经济可持续发展战略方针，充分合理地开发利用国家的水资源，来满足社会各部门对水的需求，又不能对未来的开发利用构成危害，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。水资源综合利用概念：使同一条河流或同一地区的水资源，同时满足几个水利部门的需要，并且除将水害和兴水利结合起来统筹解决。各部门用水特点：①防洪任务：按照规定的防洪标准，因地制宜地采用恰当的工程措施和非工程措施，以削减洪峰流量，或者加大河床的过水能力，保证安全渡汛。（防洪工程措施：水土保持、筑堤防洪、防汛抢险、疏浚、整治河道、分洪、滞洪、蓄洪）分洪、滞洪、蓄洪：目的是减少某一河段的洪峰流量，使其控制在河床安全泄量以下。分洪是过水能力不足的河段上游适当地点修建分洪闸，开挖分洪道。滞洪是利用水库，湖泊，洼地等，暂时滞留一部分洪水，以削减洪峰流量。待洪峰一过再腾空滞洪溶积迎接下次洪峰。蓄洪则是蓄留一部分或全部洪水水量，待枯水期供给兴利部门使用。②治涝任务：尽量阻止易涝地区以外的山洪、坡水等向本区汇集，并防御外河、外湖洪水倒灌；健全排水系统，使之能及时排除设计暴雨范围内的雨水，并及时降低地下水位，保证治涝区的生产和居民生活的正常进行。（治涝程措施：修筑为堤、堵支联芋、开去撇洪、整修排水系统）③水力发电任务：先将天然状态下水体中分散消耗的水能集中起来，并尽量减少其无益消耗，引取集中水能的水流转动发电机组，在机组的转动过程中将水能转变为电能。④灌溉任务：在旱季雨水稀少时，或在干旱缺水地区，用人工措施向田间补充农作物生长必需的水分。（灌溉修建工程：蓄水工程、自流灌溉引水渠首工程、提水灌溉工程、渠系、长藤结瓜水利工程。灌溉水源：蓄洪补枯，引取水量较丰的河湖水，吸取地下水）（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。灌溉水定额：某一次灌水时每亩田的灌水量。灌溉定额：全生育期的灌水定额之和。灌水方法分为：地面灌溉、地下灌溉、喷灌、滴灌）⑤航运：利用天然河湖、水库或运河等陆地内的水域进行船、筏浮运。（工程措施：疏浚与整治工程、渠化工程与径流调节、运河工程）⑥给水：工业企业和居民生活用水。⑦渔业：利用河、湖库形成养鱼场所，发展水厂养殖。⑧水利环境保护：防治水域污染、生态保护及与水利有关的自然资源合理利用和保护等。各水利部门间存在的矛盾：当上中游灌溉和工业供水等大量耗水，则下游灌溉和发电用水就可能不够；许多水库常是良好航道，但多沙河流上的水库，上游末端常可能淤积大量泥沙，形成新的浅滩，不利于上游航运；疏浚河道有利于防洪、航运等，但降低了河水位，可能不利于自流灌溉引水；若筑堰抬高水位引水灌溉，又可能不利于泄

洪、排涝；利用水电站的水库滞洪，有时汛期要求腾空水库，以备拦洪，削减下泄流量，但却降低了水电站的水头，使所发电能减少；为了发电、灌溉等的需要而拦河筑坝，常会阻碍船、筏、鱼通行，等等。妥善处理个部门之间矛盾例子：水库上游末端新生的浅滩妨碍航运，有时可以通过疏浚航道、或者洪水期降低水库水位，借水力冲沙等方法解决；发电与灌溉争水，有时可以先取水发电，发过电的尾水再用来灌溉；拦河闸坝妨碍船、筏、鱼通行的矛盾，可以建船闸、筏道、鱼梯来解决，等等。水利工程计算大体可以分为两个环节：水文计算和水利计算。落差损失△h ，水头损失Σh ，有效水头=H-Σh ，水力效率ηH ；水量损失△Q ，容积损失=Q-Σq ，容积效率ηV ；机械效率ηM ；水轮机出力N=N W η=γQH η=γQH ηH ηV ηM ；发电机效率ηT 。河流水能蕴藏量估算步骤：从河口到河源，得河流纵剖面，以及枯水水面高程线Z~L ；沿河长分段，分段原则：较大的支流汇合处、河道坡降较大变化处、优良坝址处、有重要城镇和农田等限制淹没处，得河流各段长度L ；计算各断面所控制的流域面积F 和多年平均流量Q0，并绘制F-L 和Q0-L 线；估算各河段的水能蕴藏量 计算公式为N=9.81(Q1+Q2)H/2；并沿河段累加(从河源到河口)，便得N-L 线；算各河段的单位河长(每km 河长)所蕴藏的水流出力，单位出力为 △N=N/△L 得N-L 线；最终得水能蕴藏图，反映一条河流水能特性的全貌，着重研究和开发单位出力大的河段(水能较集中)。河流水能的两个基本要素：河中水量(或流量)和河段落差(水面高程差)。开发利用水能的方式：集中落差和引用流量。一般有坝式、引水式、混合式、潮汐式、抽水蓄能式。坝式（用坝集中水头。特点：坝越高，水头越大。缺点：受地形、地址、水库淹没和工程投资等条件限制。优点：建坝形成水库，可调节流量，故引用流量大，规模大，水能利用较充分，综合利用效益高，可解决防洪和兴利的矛盾。分类：坝后式开发，新安江水电站。坝内式开发，风滩水电站。河床式开发，葛洲坝水电站。适用条件：河道坡降较缓，流量较大，有筑坝建库条件的河段）引水式（用有压或无压引水道(或兼用低坝)集中水头。引水结构：进水口+引水道+压力管道+尾水道。分类：无压引水式——水头较小，规模不大，如北京模式口。明渠引水，流量可能受限。有压引水式——水头较高，引用流量较小，综合利用价值较小。有压隧洞或管道引水，淹没损失小。优点：利用引水道集中水能，不会形成水库，因而也不会在河段AB 处造成淹没。缺点：由于没有水库调节，水量利用率差，综合利用价值低，水电站规模也相对较小。适合条件：当地形、地质等条件下不允许筑高坝而河段坡度较陡或河段有较大的转弯处，建造较短的引水道即能获得较大的水头）混合式（用坝和引水道共同集中水头，适用条件：上游有筑坝建库的条件，下游具备引水式开发的条件。优点：兼有坝式和引水式的优点）潮汐式（利用潮汐水能发电。分类：单水池双向式，双水池双向式或多水池双向式。缺点：发电可能不连续。特点：双向都可引水发电，低水头，大流量，多采用可逆式贯流机组。抽水蓄能式（利用循环水体发电或蓄能。工作原理：负荷低谷，丰水期为抽水工况，负荷高峰，枯水期为发电工况；既是一个吸收低谷电能的电力用户（抽水工况），又是一个提供峰荷电力的电源（发电工况）。作用：调峰填谷、担任系统备用、调频作用、调相作用、提高系统调峰能力、将弃水电能转化为枯水季节电能，增发季节性电能。分类：混合式抽蓄和纯抽蓄。设计原则和规划：电力系统的需要和可能高峰时缺乏调峰电源，低谷时有足够的富裕电能，包括低谷时火电机组的待供电能和丰水期水电站的季节性电能；蓄水库容和相应水源要有保证抽水工况对水库工作深度有一定的限制；抽水容量要有保证经济评价：消耗低价基荷电(用户)，提供高价峰荷电(电源)。河流综合利用规划（河流综合利用规划，遵循综合利用的原则；河段开发方案的比较坝式或引水式，一级或多级开发；河流的梯级开发方案和近期工程的选择坝式、引水式或混合式开发：减少级数，单级水头大；级数重叠，充分利用；减小淹没。）河流梯级开发：对全河流由上而下拟定一个河段接一个河段的水利枢纽系列，呈阶梯状的分布形式。

第三章 综合利用水库：为实现水资源综合利用而兴建的水利工程。径流调节：即按人们的需要，通过水库的蓄水、泄水作用，控制径流和重新分配径流。兴利调节：为兴利目的进行的径流调节。洪水调节：为了拦蓄洪水、削减洪峰而进行的径流调节。水库面积特性：指水库水位与水面面积的关系曲线。水库水面面积：库区内某一水位高程的等高线和坝轴线所包括的面积。水库容积特性：指水库水位与容积的关系曲线，可直接由水库面积特性推算绘制。两相邻等高线间的水层容积ΔV ，则()()

上上下下上下或F F F F Z V F F Z V ++∆=∆+∆=∆32（水库水面按水平面计算的为静库容，考虑回水影响的为动库容。一般按静库容进行计算）特征水位：水库工程为完成不同任务在不同时期和各种水文情况下，需控制达到或允许消落的各种库水位。特征库容：相应于水库特征水位以下或两特征水位之间的水库容积。死水位：在正常运用情况下，允许水库消落的最低水位。死库容（垫底库容）：死水位以下的水库容积。正常蓄水位（正常高水位或设计兴利水位）：水库在正常运用情况下，为满足设计兴利要求而在开始供水时应蓄到的高水位。兴利库容（调节库容）：正常蓄水位与死水位间的库容；用以调节径流，提高枯水时的供水量或水电站出力。水库消落深度或工作深度：正常蓄水位与死水位的高程差。防洪限制水位：水库在汛期允许兴利蓄水的上限水位（水库汛期防洪运用时的起调水位）。（当汛期不同时段的洪水特性有明显差异时，可考虑分期采用不同的防洪限制水位。）防洪高水位：当遇下游防护对象的设计标准洪水时，水库为控制下泄流量而拦蓄洪水，这时在坝前（上游侧）达到的最高水位。防洪库容：防洪高水位与防洪限制水位间的库容。用以拦蓄洪水，满足下游防护对象的防