水资源规划及利用函授毕业设计指示书

1水资源规划函授毕业设计任务指示书杨侃河海大学2014年9月2水资源规划毕业设计要求本次毕业设计是以湖南省沅水五强溪水库为背景进行水资源规划及利用计算，设计要求如下1本次设计是在五强溪水电站的诸方案（即正常蓄水位）已给的情况下，进行水库的兴利、防洪计算和经济计算。正常蓄水位一共有四个方案（即120米方案、115米方案、108米方案、100米方案）。学生分成四人一组，每组内每位学员选择一个不同的方案进行独立计算，独立编写毕业设计报告。2在每组内的各方案计算形式如下1第一方案正常蓄水位为120米，进行水库的兴利与防洪计算；2第二方案正常蓄水位为115米，进行水库的兴利与防洪计算；3第三方案正常蓄水位为108米，进行水库的兴利与防洪计算；4第四方案正常蓄水位为100米，进行水库的兴利与防洪计算。3每位学生尽量携带笔记本电脑，以便在设计时使用。4主要参考书水资源规划及利用（顾圣平等编）。5如有问题，可与河海大学杨侃老师联系，KYANGHHUEDUCN3目录第一部分毕业设计任务书41流域概况、开发任务42设计任务43设计前提44设计内容55设计原始资料56提交设计成果7第二部分毕业设计指示书81概述82具体设计任务83兴利计算831基本资料整理832死水位确定933保证出力计算934水电站必须容量选择1035水电站调度图绘制1036重复容量选择与多年平均电能计算114防洪计算13附录一VB语言程序源代码184第一部分毕业设计任务书1流域概况、开发任务五强溪水电站位于湖南省沅陵县境内，上离沅陵县城73KM，下距常德市130KM。坝址控制流域面积83800KM2，占沅水总流域面积的93，流域雨量充沛，水量丰富，坝址多年平均流量2060M3/S，年水量649108M3，并有1925年以来的水文资料和核实的历史洪水资料。坝址位于沅水干流最后一段峡谷出口处，岩性坚硬，地形地质条件良好，具备了修筑高坝的自然条件。在沅水规划中，五强溪水电站为沅水干流最后第二个梯级，上游接虎皮溪及酉水的风滩（已建成）梯级，是一个以发电为主，兼有防洪、航运效益的综合利用水库，系湖南省最大的水电电源点。五强溪水电站开发的主要任务如下1发电五强溪水电站建成后投入华中电网，主要供电范围为湖南省。2防洪沅水下游赤山以西的桃沅、常德、汉寿三县及常德市所属平原河网地区，统称沅水尾闾。这个地区地势低洼。全靠提防保护，共保护人口106万，农水159万亩。现有河道的泄洪能力20000M3/S，如遇1927、1931、1933、1935、1943、1949、1954、1969等年洪水重现，河道均不能完全承泄，防洪标准仅为5年一遇。五强溪水库靠近沅水尾闾，控制全流域面积的93，解决尾闾防洪问题，是它基本防洪任务。3航运五强溪水电站的航运效益为改善水库区和坝下游河道的通航条件。沅水是湘西的水上交通动脉，其干流全长1550KM，通航里程为640KM，但航道险滩很多。五强溪水库修建以后，坝址以上，沅陵以下河段成为常年深水区，其险滩都将淹没。下游航道，确定五强溪航运基荷按10万KW相应流量考虑，枯水流量加大，上、下游航道均可改善。4灌溉每年自5月下旬至9月下旬为灌溉季节，在该季节自水库上游直接引走的灌溉流量平均为35M3/S。2设计任务本次毕业设计任务是对五强溪水电站的诸方案（即正常蓄水位）已给的情况下，进行水库的兴利与防洪计算，确定各方案水利设备的参数，水库的调节操作方式及计算水利指标，并通过经济分析，比较方案之优劣。3设计前提1本水利枢纽是以发电、防洪为主要目标的综合利用水库；2水电站参加系统工作，发电设计保证率P875（按年份计）；53水电站的备选方案（正常蓄水位）。方案正常蓄水位（M）1201151081004本水利枢纽根据国家规定属一级，以千年一遇洪水为设计标准，万年一遇洪水为校核标准，电站使用年限为50年计；5水库库区蒸发渗漏等水量损失不大，故在初步设计阶段暂时不考虑；6水库下游有防洪要求，设计标准为二十年一遇洪水，安全泄洪流量Q安20000M3/S。4设计内容1水电站死水位选择及保证出力NP计算；2水电站装机容量选择；3绘制水电站调度图的防破坏线，加大出力辅助线，确定汛期限制水位；4求重复容量，计算水电站多年平均电能；5进行防洪计算，确定各种防洪特征水位及坝顶高程；6求水利指标；5设计原始资料1坝址以上流域面积F83800KM2；2坝址断面历年月平均流量资料（见附表一）；3水库水位面积、库容曲线。高程（M）5060708090100110120130140面积（KM2）07240205033949164988111184187915297288462987647004容积108M30024115924521969218490333465734995058151578M3/S月091756065172133690703961269572183433619115770974坝址下游水位流量关系曲线。水位M流量M3/S水位M流量M3/S水位M流量M3/S水位M流量M3/S485204530332057594706602520049035053538605801030067027200495545540442059012000680293005007955455040600137006903160050511205505720610156007003380051014905556450620175007103600051519005607200630193007203830052023505657950640212007304030052528205708700650232007404340065为改善下游通航条件，确定五强溪航运基荷按10万KW计；6船闸操作需要耗用10M3/S，此部分流量不能用来发电；7每年5月下旬至9月下旬为灌溉季节，在该季节自水库上游直接引走的灌溉流量平均为350M3/S，此部分流量亦不能用来发电；8在沅水规划中，五强溪水电站上游将干流的虎皮溪及酉水的风滩（已建成）梯级，其尾水水位124M及1142M，各正常蓄水位方案对上游风滩的影响。方案（正常蓄水位）（120M）115M108M100M减少风滩NKW028400200E（亿KWH）0228000009沅水尾闾洪灾情况、洞庭湖分分蓄洪提防基本情况。年份常德最大流量M3/S洪灾情况192724800酉水特大洪水，尾闾未见灾情记载193129700尾闾淹田100万亩，淹死3049人193330400桃源淹田114万亩，汉寿受灾115万人193529900尾闾淹田93万亩，淹死3430人193820600黔阳淹5万余亩，尾闾未见灾情记载194328600沅陵、桃源灾情较重，常德、汉寿未见灾情记载194924700尾闾淹田71万亩，受灾35万人195424300尾闾淹田73万亩196927300尾闾淹田47万亩，受灾33万人197022900安江一带灾情严重，尾闾无灾197421700历年较大洪水所需拦洪量单位亿M3年份193119331935194919691954197019741938拦洪量136152101待算656223113803110五强溪水库入库设计洪水过程线（附二）；11水库最大吹程15KM，设计风速12M/S；12各方案泄洪建筑表。方案泄洪建筑物120M115M108M100M溢洪坝孔数10121214坝顶高程M1081019484孔口尺寸（宽高）1512151415141516中孔孔数1110底坎高程M8282820孔口尺寸（宽高）138138138013泥沙资料坝址多年平均含沙量0258KG/M3，多年平均输沙率513KG/S，风滩建库后，五强溪坝址多年含沙量019KG/M3，年淤积669万M3。76提交设计成果1毕业设计论文需要编写论文摘要（论述论文主要计算内容等情况）。2毕业设计说明书，主要内容包括A）综述，内容包括流域概况，水利开发要求及其在国民经济中的意义等；B）设计的原始资料；C）水电站主要的参变数选择结果；D）水库调度图；E）防洪计算结果；F）水电站动能及水利指标计算结果。说明书力求文字精炼，叙述清晰，重点突出，着重于情况分析，考虑原则及成果结论，至于一般的计算方法及详细计算过程等不必列入。3附表及附图，设计中重要的图，曲线及表格（包括重要的原始资料及成果）计算程序及框图等作为附件，列入设计文件中。8第二部分毕业设计指示书1概述完成一项设计任务，一般需要经历以下几个步骤第一，从实际问题出发，抽象出本设计工序可供操作的具体任务；第二，确定完成各项具体任务的技术路线（方法、精度等）；第三，根据技术路线，整理、收集基本资料，并根据资料情况对技术路线进行修正；第四，根据指示路线和基本资料进行计算；第五，对计算结果进行分析、归纳，给出必须的结论，提交设计报告。2具体设计任务本毕业设计按功能可分为兴利计算和防洪计算二个部分；按成果可分为二类1水利指标，具体内容如下表项次项目单位指标项次项目单位指标1正常高水位12校核洪水最大泄流量2设计洪水位13保证出力3校核洪水位14工作容量4死水位15备用容量5防洪限制水位16重复容量6防洪高水位17重复容量年利用小时7总库容（校核洪水位）18装机容量8兴利库容19多年平均发电量9防洪库容10兴利防洪结合库容11设计洪水最大泄流量2水电站水库调度图，为各项效益指标的计算，复核提供客观依据，具体包括防破坏线、加大出力辅助线、防洪调度线（其它线由于时间限制不作要求）。3兴利计算31基本资料整理从附表（一）中扣除灌溉和船闸用水，得新的供发电计算使用的径流序列（以下称新序列）。932死水位确定死水位的影响因素比较复杂，通常要通过方案比较才能确定，而且它与正常蓄水位、装机容量及其它兴利指标相互制约、相互影响，要严格求解必须利用系统分析方法。本设计对死水位的确定采用简化处理，主要考虑以下三个因素（1）水库使用寿命及泥沙淤积V淤V年TV淤水库使用寿命内的总淤积量；V年年淤积量；T使用寿命，50年计。据V淤确定为防淤要求的死水位Z1。（2）灌溉、航运、养殖及旅游等综合利用要求，水库消落的最低水位不小于Z28200M。（3）水轮机最小水头的限制，水库消落深度不大于水电站最大水头的35。以上三个因素中，前两个因素确定的死水位是单一的，第三个因素的最大水头与下泻流量有关，而下泻流量又与消落深度有关，需试算求解死水位，步骤如下）任意假定最小发电流量Q（0），并由坝址下游水位流量关系求得下游水位0下Z；）求极限消落深度350）（）（下正消ZZH，死水位消正HZZ3；）MAX3210ZZZZ，）（死；）据）（死0Z长系列计算各年供水期调节流量，并求出QP，若PQQ0，则）（死死0ZZ；否则PQQ）（0，转到。本设计要求1M3/S。33保证出力计算本次设计要求长系列等出力操作；用试算法逐年求解以下方程组VTVT1QTQTTNTKQTHTV0V死其中VTI,VTT时段初、末水库蓄水量；QTT时段平均入库流量（新系列）；QTT时段平均发电流量；HTT时段平均水头；VT供水期末水库蓄水量。对某一特定年份求解步骤如下1设NPN0（1）设QTQ0QT为T时段发电流量；（2）VTVT1QTQTT当VTV兴V死，取VTV兴V死（3）由V均VTVT1/2查水位库容曲线得到Z上；10由QT查坝址下游水位流量关系曲线得到Z下；（4）NTKQTZ上Z下（5）若|NTNP|1,转下时段；否则QTQ0NPNT/KZ上Z下，转（2）步骤。2求年最小水库蓄水量VE3若|VEV死|2，转下一年；否则NPN0KZ正Z死/2Z下V死VE/T供转（1）。求出各年的供水期平均出力后，据设计保证率可求出NP。34水电站必须容量选择必需容量包括工作容量与备用容量两部分。本设计缺少电力平衡的资料，采用经验方法确定工作容量如下（1）保证出力中部分担任航运基荷10基L，N（万千瓦）（2）设峰N为担任峰荷的保证出力10PNN峰（万千瓦）（3）按以下关系确定峰荷工作容量7083峰基NNL，（万千瓦）（4）水电站工作容量峰基L，LLNNN,（万千瓦）本设计电站担任系统负荷备用及事故备用容量，各方案取值如下方案120M115M108M100MN备（万瓦）3025201535水电站调度图绘制对兴利而言，本毕业设计对水电站调度图只要求作两条线，一条是基本调度线防破坏线；一条是加大出力辅助线。（一）防破坏线的绘制防破坏线按下列步骤绘制1选择设计保证率范围内的径流系列（新系列）资料。（从原始系统中剔除来水小于设计枯水年的年份）2逐年从供水期水期末开始，按NP等出力逆时序操作，求得各年迟蓄方案水库蓄水量过程线。3将各年迟蓄方案水库蓄水量过程线点绘在一张图上，并取其外包线，即为防破坏线。以上第2步采用等出力试算法逆时序求解以下方程组VT1VTQTQTTNTKQTHT11式中符号意义同前。其具体求解流程如下（1）设QTQ0；（2）VT1VTQTQTTVT起始值为V死（当VT1V死，取VT1V死）；（3）V均VTVT1/2查水库水位库容曲线得到Z下；（4）NTKQTZ上Z下；（5）若|NTNP|，转前时段，否则QTQ0NPNT/KZ上Z下，转（）。第3步中的外包线，实际上是各条蓄水量过程线的同时刻纵坐标最大值，在具体操作时，可以在步骤2完成之后，直接给出外包线上各点坐标，当然最后采用值，还应视输出结果作适当分析修正，使防破坏线更可靠。（二）防洪限制水位确定防洪限制水位是体现防洪与兴利相互结合的重要参数。选择恰当，可在不影响兴利可靠性前提下，降低大坝高度，节省投资。本设计以获得最大结合库容为原则选择。根据五强溪水电站洪水资料分析，该库洪水最迟发生在月底，月初，故防洪限制水位取值为月底，月初防洪线上的坐标值。防洪限制水位作为调洪演算的起调水位，并据此可求出结合库容。（三）加大出力辅助线的绘制右图线为防破坏线，在汛期防洪限制水位与防破坏间为加大出力区，水库水位处于此区时，水电站应加大出力工作，适当向系统多提供电量。但加大出力区范围较大，为减少操作的任意性，在该区中增加三条辅助线。本设计采用简化方法确定该辅助线，具体操作如下IZZZZIT4死汛死ITZ第I条加大出力辅助线T时刻的坐标。三条辅助线将加大出力区分成四个区域，第I区的加大出力值为INNNNPYPI4，IN第I区加大出力值，YN装机容量。36重复容量选择与多年平均电能计算（一）重复容量的选择为了利用弃水增发电能，节省火电站的燃料消耗，在水电站上增设一部分装机容量，由于它不能替代火电站的工作容量，因而称之为重复容量。重复容量的选择是一个经济问题，12理论上应将增加装机容量产生的净效益与节省的非水电站的燃料消耗费用相比较。本设计采用重复容量经济利用小时数作为反映重复容量的合理性指标，并取H经济2500小时。补充千瓦利用小时数计算是确定重复容量的关键，但其核心是计算不同重复容量的多年平均电能，多年平均电能的计算与调度图或调度规划有关，本次设计调度按以下规则操作1当时段初水位位于防破坏线内时，时段出力NTNP。2汛期时段初水位位于加大出力区时，按加大出力线工作，即NTNI。3供水期时段初水位在防破坏线以上时，使时段水位尽可能向防破坏线上靠，同时要考虑装机容量的限制。4当满装机发电，且水位超过Z防限或Z正时，才允许弃水。重复容量的选择步骤如下（1）假定若干重复容量0，N，2N，3N等万千瓦；（2）按调度原则对每一装机容量（NYN必N备）计算多年平均电能（用新系列长系列操作）；（3）计算补充千瓦年利用小时数NE利H；（4）点绘N重H利（5）据H经济，确定重复容量N重。（二）多年平均电能计算利用选择重复容量步骤中的第（2）步的中间结果，可点绘装机容量与多年平均电能的关系，如右上图所示，据选择的重复容量，确定五强溪电站的装机容量为重必NNNY进而查NYE关系线，可求出多年平均电能E。应当注意，对第、方案，由于回水影响，减少了上游风滩电站的多年平均电能，应从五强溪电站多年平均电能中扣除。（三）径流利用系数的计算当确定装机容量之后，按调度图和调度原则采用长系列调节计算求得各方年的弃水量，进而求出多年平均弃水流量Q弃，按式00QQQ弃其中Q0五强溪电站多年平均流量。便可求得各方案的径流利用系数。134防洪计算（一）水库调洪计算五强溪水电站防洪计算任务包括三种标准洪水的调洪计算，下游防洪标准为P5，大坝设计标准为P01，大坝校核标准为P001，三种标准设计洪水见附表二；调洪计算采用多级调节方法，调洪规则如下1起调水位为汛前限制水位。2当水库洪水流量小于防洪限制水位相应的下泄能力且小于安全泄量时，控制闸门，让泄流量等于来水量（QTQT）水库水位维持在汛期水位不变。（3）当水库入流量超过汛前限制水位相应的下泄能力，而小于下游安全泄量时，打开闸门自由泄流，水库水位上升，下泄量随之增大。（4）当自由泄流下泄量超过安全泄量时，对下游标准的洪水，控制QTQ安，直至调节计算结束，所得最高水位为防洪高水位。对大坝防洪标准按5调节。（5）当水库水位不及防洪高水位时，控制QTQ安，当水库水位升高至防洪高水位时，闸门全开，自由泄流，得调洪后的最高水位。溢洪设备的选择本身是一个经济问题，它是权衡上下游洪灾损失的重要参数，而且泄洪设备还受材料最大应力强度及闸门结构限制；下游岩基状况及消能设备情况的影响，本毕业设计不要求作溢洪设备选择，各方案泄洪设备尺寸已在任务书中给出。本水库有溢洪孔与溢洪道两大类泄洪设备，水流流态有孔与自由泄流两种。自由泄流时采用公式2/3771NBHQ孔口出流是采用公式GHNQ2式中N为溢洪道孔数，B为闸门宽，H为堰顶水头，为每孔溢洪道过水面积宽高；为系数，根据模型试验HA530990，其中A闸门开启高度，当闸门全开时，A即为闸门高度。对千年一遇洪水调节计算得设计洪水位及相应最大泄流量，对校核洪水进行调节计算得校核洪水位及相应最大下泄流量，并根据求得的校核洪水位，确定总库容。在调洪计算过程中，对闸门控制泄流情形，利用水量平衡方程式递推求得，十分简单。但是对于自由泄流情形，则需求解以下隐式方程组TQQQQVVTTTTTT22111VFQ式中VT1,VT为T时段始、末水库蓄水量；QT1,QT为T时段始、末入库洪水流量；14QT1,QT为T时段始、末出库流量；T为时段长；QFV为泄洪能力曲线，它为当孔、闸全开时的水库蓄水量为V与水库下泄流量的关系线。本毕业设计采用如下步骤试算求解1设QTQ0；2TQQQQVVTTTRT220113由VT查QFV曲线得相应下泄流量Q1；4若|Q0Q1|2ANDJXMTHENY0YMEXITSUBENDIFFORI1TOM1IFXIX0THENINNIEXITFORENDIFNEXTIA1X0XINN/XINN1XINNY0YINNA1YINN1YINNENDSUB按从大到小排列,并求频率PUBLICSUB排频NASINTEGER,XASSINGLE,PASSINGLEDIMDWASSINGLE,LQASINTEGERDIMIASINTEGER,JASINTEGERDIMAPASSINGLE,LKASINTEGERREDIMDWN,LQNFORI1TONDWIXILQIINEXTIFORI1TONFORJI1TONIFDWJDWITHENAPDWILKLQIDWIDWJ20LQILQJ把DWI从大到小排序DWJAPLQJLKENDIFNEXTNEXTFORI1TONPLQICSNGI/N1100求每年资料频率NEXTIENDSUB入库流量PUBLICSUBFLOODFILEDIMIASINTEGERDIMFILENUMASINTEGERFILENUMFREEFILEOPENAPPPATHZZSCALL插值图MMG,GVV,GZZ,ZZS,VSLABEL2“正常高水位“ZZ“米“LABEL3“死库容“FORMATVS,“00“M3/S月“WITHMSFLEXGRID1ROWSM1FORI1TOMDDWIEEIWISSIQ0IEEIISSII1ISSI12I1II01IFI112THENI1I112I2IEEI12I1II02IFI212THENI2I212TEXTMATRIXI,0STRII0TEXTMATRIXI,1STRI1TEXTMATRIXI,2STRI2TEXTMATRIXI,3STRIGITEXTMATRIXI,4FORMATDD,“00“TEXTMATRIXI,5FORMATV,“00“TEXTMATRIXI,6FORMATQI,“00“TEXTMATRIXI,7FORMATPI,“00“NEXTENDWITHEXITSUBERRFORM1CLICK27SELECTCASEERRNUMBERCASE71IACTIONMSGBOX“请插入软盘到A“,VBEXCLAMATIONVBRETRYCANCEL,“错误提示“IFIACTIONVBRETRYTHENRESUMECASEELSEMSGBOXERRNUMBER“ERRDESCRIPTION,“错误提示“ENDSELECTENDSUBPRIVATEFUNCTIONMAXSASSINGLE,TASSINGLEMAXIIFST,S,TENDFUNCTION求保证出力FRM求保证出力源程序OPTIONEXPLICITPRIVATESUBCMDEXIT_CLICKUNLOADMEENDSUBPRIVATESUBCMDCALU_CLICKDIMNQASSINGLE,DNASSINGLE,QQASSINGLEDIMPASSINGLE,WASSINGLE,ZSASSINGLEDIMVVASSINGLE,N0ASSINGLE,QPASSINGLEDIMIASINTEGER,JASINTEGER,VPASSINGLE,ZXASSINGLEDIMFASSINGLE,FNASSINGLE,VEASSINGLE,KASINTEGERDIMILASINTEGER,Z2ASSINGLE,VSASSINGLE,KMASINTEGERDIMV1ASSINGLE,V2ASSINGLE,KNASINTEGER,KHASINTEGERDIMSRETVALUEASSTRING,FILENUMASINTEGER,F1ASSINGLEFILENUMFREEFILECALLREADFILECALLREADRUNOFFCALLCALUFLOWREDIMNQMREDIMISSM,IEEM,QPM,N0M,PMOPENAPPPATH“NODAT“FORINPUTASFILENUMFORI1TOMINPUTFILENUM,ISSI,IEEI,QPINEXTCLOSEFILENUMSRETVALUEINPUTBOX“请输入兴利库容V“IFSRETVALUE“THENEXITSUBVVALSRETVALUESRETVALUEINPUTBOX“请输入死库容VS“IFSRETVALUE“THENEXITSUBVSVALSRETVALUEZZ120CALL插值图MMG,GZZ,GVV,VS,ZZSFORI1TOMVPVSV/228CALL插值图MMG,GZZ,GVV,VP,ZSCALL插值图NNG,GZ1,GQQ,QPI,ZXN0IAKQPIZSZXNEXTK1FORI1TOMFORJ1TO12REDIMPRESERVEWKWKAI,JKK1NEXTJNEXTIKK1DO1IISISSKK1IEIEEKK1IFIE12MTHENIE12MFN0KKF1N0KK05DNN0KK01KM1MM1REDIMVVIISTOIE1DO2V1VSVVVIISVSVKH0FORJIISTOIEV2V1WJQPKKIFV2VSVTHENV2VSVIFV2FANDV2VVSTHENVVJ1V2V1V2EXITDOENDIFIFABSFNFETHEN29V2V2FNF/AK/ZSZXIFV2VVSTHENV2VVSIFV2100IFKN100THENVVJ1V2V1V2ENDIFNEXTJVEVSVILIISFORJIISTOIEIFVEVVJTHENVEVVJILJENDIFNEXTJIFABSVEVSE1THENIFVEVSTH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