第一章 水资源的综合利用解析

▪ 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），
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）
藏量
比重 发量
比重
（万kw） （%） （万kw） （%）
西南 47331
70.0
23234
67.8
备注
按发电量值计算占全 国比重
西北 8418
12.5
4194
9.9
中南 6408
9.5
6744
15.5
东北 1213
1.8
1199
2.0
华东 3005
4.4
1790
3.6
缺台湾省资料
华北
全国 总计
1230 67605
▪ T小时消耗水能
E1-2= 0.002724QtH1-2=9.81QTH1-2（kW•h） （T：小时）
• 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。
• 水力发电的任务就是利用这些被无益耗掉的水能来生 产电能。如图1-1所示（P.8）：
以0-0为基准面，对1-1和 2-2断面利用伯努利方程：
z1
p1
1v12 2g
z2
p2
2v22 2g
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ H12
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。
第二节 水力发电
一、水力发电原理
• 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。
• 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。
• 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。
表1-1 某河水能资源蕴藏量计算示例
断 高程 落差 间距 断面 河段平 河段 单位长 水流
面
Z
H
L
处流 均流量 水流 度水流 出力
序 (m) (m) (km)
量
Q0(m3/s) 出力
出力
累积
号
Qi(m3/
N0(k N0/L(kw/ 值
s)
w)
km)
ΣN0(
kw)
1
350
0
35 129
8
2750
21
▪ 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
ΔH=HAB-H
• 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。
2750
2 315
16
27
34
3 288
21
10
19
4 278
25
26
60
5 252
34
6 213 39 100
46
18.5 5000
147
7750
23
2250
118
10000
29.5 7650
128
17650
40
15300
153
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 占全国 可能开 占全国
(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。
第一章 水资源的综合利用
• 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 水利水能规划的主要内容 • 第七节 各水利部门间的矛盾及其协调
第一节 概述
• 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。
(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。
• 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）
（计算河流水能资源蕴藏量）
二、河川水能资源蕴藏量的估算和我国水能资 源概况
• 流量和落差是决定水能资源蕴藏量的两项因 素。 • 单位河段的落差和流量都是沿河长变化的，常 沿河分段，计算水流出力，然后逐段累加求全 河总水流出力。 • 分段时，将流量变化处及河流纵比降有较大变 化处分为单独的计算河段。 • 见P.9，表1-1、表1-2。
N=9.81QH （kW） N水=AQH（kW）A为出力系数≈6.5~8.5
（小电站~大电站）
第三节 防洪与治涝
1.8 100.0
692 37853
1.2 100.0
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)