注册土木工程师(水利水电)工程规划专业.ppt

注册土木工程师 水利水电 执业资格考试工程规划专业复习 专业知识 第四章 第十一章 专业案例 工程规划篇第二章 第十章 二0一三年七月 考试简要说明 考题内容以 考试大纲 为指导 以 专业案例 为基础 兼顾 专业知识 相关技术标准 自学 重点考查专业知识 及对其的应用能力 考试简要说明 1 专业考试为两天 9月17 18日 2 第一天考专业知识 上 下午各70题 全为选择题 40道单选 30道多选 多选题中 少选 多选 有错选 都不得分 上午试卷规划 水工 地质 移民 水保五专业共用 下午五专业单独成卷 3 专业知识考题分布 规划 含水文 水工 含施工 水保 含环评 各占约20 法规 地质 移民 项目管理 各占约10 考试简要说明 4 第二天考专业案例 上 下午各做22 3道题即可 考卷上有30道题 前22题基本为本专业内容 如工程规划 为必答题 后8题为含其他专业的综合题 为选答题 每题两分 60分及以上为通过 同一题干下可能有几道题 但各题之间关系不紧密 5 专业案例题型包括 判断题 全为单选 需说明理由 计算题 形式仍为选择题 需写明简要计算过程 包括公式和必要的计算过程 考试简要说明 1 开卷考试 可以带任何书 计算工具 2 专业知识考试结果由计算机判题赋分 专业案例考试结果先由计算机判题赋分 对专业知识通过 专业案例考试及格的考生 由人工复核专业案例考试的考卷 以专业案例为主线进行复习 2章防洪 治涝工程 4章水资源配置 5章灌溉工程水利计算 含灌溉工程布置 10章经济评价 规划专业主要内容 3章河道整治 6章城镇供水及调水工程 含跨流域引水工程布置 7章水电站开发方式及规模 8章水电站动能设计 9章水库工程水利计算 第二章防洪 治涝工程 防洪工程水利计算 治涝工程水利计算 洪水及防洪 洪水是指河道 湖泊等水环境流量和水位急剧增加的现象 防洪是指通过工程和非工程措施减少洪灾几率的行为 洪水具有随机性 防洪具有时段连续性 两者合理结合 才能降低洪灾几率 近代的防洪实践表明 单纯依靠工程控制洪水是不现实的 需要统筹考虑拦挡与疏导的辩证关系 现在强调利用洪水资源 对洪灾实施风险管理 防洪系统 防洪工程系统 非工程措施堤防 水库 蓄滞洪区 河道整治 水土保持 非工程措施 2 1防洪工程水利计算 1 防洪标准 确定方法 一般按国标 防洪标准 确定 堤防 根据被保护对象的重要性确定 防洪标准与最重要保护对象的防洪标准一致 重要堤防以洪水重现期或一次实际发生的洪水作为防洪标准分洪工程 一般无单独防洪标准 其防洪标准常与堤防 水库等相应 防洪水库 有自身防洪安全 保护对象的防洪要求两个防洪标准 防洪工程系统 根据整体防洪规划确定防洪标准 2 1防洪工程水利计算 重点 控制点 站 的水位和流量 2 堤防工程 已有堤防 现状 的安全泄量 允许泄量 历史上安全通过的最大流量 选择时考虑洪水过程 顶托条件 河势变化等 相应水位为设计洪水位 改正到目前河湖状态及不分洪 不溃口情况下 新建 加高堤防的安全泄量 防洪标准对应的洪峰流量 设计洪水位 由安全泄量推求水面线而定 洪水资料同样要修正 水面线计算 分段恒定流 边界条件 控制点设计洪水位和流量 糙率计算 由调查的洪水水面线反推 并分析 支流堤防时 考虑干支流洪水组合 P54取外包 分洪区堤防 设计洪水位 为按相应防洪标准分洪后 分洪口处的最高水位 2 1防洪工程水利计算 3 分洪工程 分洪量的计算 分洪区位于保护区上游 为超过安全泄量的超额洪量 分洪区位于保护区下游 加大水面比降所需的分洪量 分洪闸 设计洪水位 自身安全 一般用分洪时刻的水面线确定 分洪闸规模 考虑分洪后闸前水位降落的影响 考虑蓄洪区回水顶托对闸后水位的影响 设计分洪流量 按照设计洪水和分洪工程运用方式进行演算确定 也可采用超额洪水过程中的峰值 流量 2 1防洪工程水利计算 分洪工程的设计水位 流量分析计算中 应按以下进行 1 分洪闸的设计分洪流量应按照分洪后的相应水位进行 2 设计分洪闸所采用的流量系数要根据流态及上下游水位衔接情况选择并留有一定余地 3 分洪道口的设计水位应根据河道的设计水面线 按分洪后的情况确定 注意 分洪闸的设计洪水位按照分洪条件下外江分洪后的相应水位进行拟定是不对的 因为设计洪水位为工程安全的设计条件 应考虑可能发生的高水位 故应取尚未分洪时的水位作为设计洪水位 2 1防洪工程水利计算 4 防洪水库 1 大坝安全调洪计算静库容调洪 联解水量平衡 2 1 3 和泄流曲线 2 1 4 两方程 调洪方式 敞泄方式 假定q2 v2两未知数中一个 试算求解 起始 调 水位 当承担下游防洪任务时 采用防洪限制水位 当不承担下游防洪任务时 采用正常蓄水位 动库容调洪 水平库容以上回水形成的楔形库容参与调洪 分水文学法和水力学法 简化求解圣维南方程组 瞬时水面线法 非恒定流解法 各种方法的适用条件参见P59 2 1防洪工程水利计算 4防洪水库 2 水库防洪调度方式 固定泄量方式以水库入库流量或库水位为叛别条件 按不大于下游河道安全泄量的同一个流量控制下泄 防洪标准 时段 当下游有不同防洪标准的防护对象时 采用分级控制固定泄量法 补偿 凑泄 方式根据坝址至防洪控制站区间洪水大小控制水库下泄量 使合成流量不超过防洪控制点的安全泄量 补偿方式分预报补偿方式和经验性补偿方式 后者常采用防洪控制点已出现的水情 水位 流量 涨率等 拟定水库下泄流量 各种方式适用条件参见P60 2 1防洪工程水利计算 4防洪水库 3 水库调洪计算中的重要注意事项 入库洪水剔除了槽蓄的削峰作用 因此 一般比坝址洪水更恶劣 对于建库前河道槽蓄量大时宜采用入库洪水 不能恶化下游防洪 最大下泄流量不能大于本次洪水的坝址洪峰流量 承担下游防洪任务的水库 水库调洪方式应兼顾大坝度汛安全和下游防洪要求 统一判别条件 调度方式应具有可操作性 2 1防洪工程水利计算 4防洪水库 4 分期洪水防洪调度 一年内不同时期洪水成因和统计参数不一样 以不同的洪水特性为依据 进行洪水分期 基本规律 分期洪水不大于同标准全年采样的洪水 以全年最大洪水作为分期中的最大洪水 并用此洪水确定水库本身和下游防洪的安全 下泄流量也可分期 各期洪水所需的防洪库容不同 选用分期不同的防洪限制水位 达到增加兴利效益的目的 2 1防洪工程水利计算 4防洪水库 5 防洪库容与防洪限制水位确定主要是相应防洪标准的防洪库容确定 两者关联并相互制约 防洪库容需考虑整体防洪安排及与兴利库容结合的可能性 合理性 防洪和兴利库容结合 完全结合 部分结合及适用条件 P63 P64 根据防洪库容大小确定防洪限制水位和防洪高水位 且确定防洪限制水位的限制时段 2 1防洪工程水利计算 5河道洪流演进方法计算时段需接近或等于洪水流经划分河段的时间 分水力学法和水文学法水文学法常用的有槽蓄曲线法和马斯京干法 槽蓄曲线法 采用水量平衡方程 2 1 3 和出流断面出流量与河道槽蓄量关系曲线q f w 联解 方法同水库静调洪方法 试算迭代求解 要考虑入流 下游顶托 分流等因素的影响 马斯京干法 根据出 入流实测洪水资料推求C0 C1 C2三参数 建立洪流演进方法 参见P70 马斯京干表达式及参数计算 2 1防洪工程水利计算 2 2治涝工程水利计算1 治涝工程系统示意图 地表涝水 地表渍水 田间排水 输水沟道 蓄涝区 二级排水站 骨干排水沟道 客水 高水 截流沟 撇洪道 蓄涝区 敞排 顶托 排水闸 挡潮闸 排水站 回水堤 下延排水出口 承泄区 蓄涝区可以明显减小工程规模 缓解承泄区的洪水压力 高水高排可以明显减小运行费 工程规模 下延排水出口有利自排 适用河床比降大的河流 治涝标准 相应于农作物允许受淹时的暴雨重现期 一般5 10年一遇 灌溉与排水工程设计规范 GB50288 99 10年一遇3日暴雨5日排至作物耐淹深度 10年一遇24小时暴雨1日排完 室外排水设计规范 GB50014 2006 某一重现期的暴雨不形成渍水以一次实际发生的涝灾为治涝标准 2 2治涝工程水利计算2 治涝标准 涝灾 由本地短历时暴雨过程 造成地面径流不能及时排除所引起的涝水灾害 2 2治涝工程水利计算 3 治涝规划及主要工程方案选择蓄涝区规划 蓄涝区为临时调蓄洪水区 通过对涝区的调蓄可以减轻灾害 削减排水流量 减小机排规模 蓄涝区正常蓄水位 死水位 容积与自排 外排能力和蓄涝区周边条件有关 了解蓄涝区的运用方式 承泄区规划 容纳涝水的地区 一般选择天然湖泊 河流等为承泄区 治涝规划方案拟定 治涝规划中应根据实际情况 确定自排区 抽排区及混合排水区 规划方案通过经济比较选择 2 2治涝工程水利计算 4 排水河道设计排涝流量和水位计算设计排涝流量 可采用产流 汇流方法和经验公式推算 产 汇流方法见水文部分 有排涝模数法和平均排除法 公式参见2 2 1 2 2 7 了解 设计水位 满足宣泄设计排涝流量的要求 分自排和机排 根据地区情况选用 日常水位要适当考虑综合利用的要求 5 排水闸设计水位及设计流量 排水闸隔断内外水 需要正 反挡水 排水闸过流能力 水位 自排闸上 内 水位 排水沟末端水位 或蓄涝区的设计水位 自排闸下 外 水位 汛期强排时的外江水位 冬春季一般取2年一遇外江水位 设计流量见P80 6 排水泵站设计流量和水位重点为泵站扬程计算 设计外水位 排涝期同频率平均水位 或排涝天数最高平均水位的多年平均值 是计算设计扬程的依据 最高外水位 历年排涝期承泄区最高水位平均值 是最大扬程的计算依据 设计内水位 起排水位 死水位与正常蓄水位平均值 或90 耕地涝水能排除相应水位 是选择泵站设计扬程和泵型的依据 设计最低内水位 按排渍要求确定 是确定泵站机组安装高程的依据 2 2治涝工程水利计算 第三章河道整治工程 河床演变的基本原理规律及分析方法 河道整治设计流量水力学及河流模型 河道整治工程 1 河床演变基本原理天然河床是不断在变化之中 原因为输沙不平衡 山区河流 比降大 流速大 含沙量不饱和 平面变形小 以冲深下切为主 分V形谷和U形谷 易形成溪口滩 泥石流 堰塞湖 3 1河床演变的基本原理 规律及分析方法 平原河流 一般有洪 中 枯三级水位和相应河槽 有漫滩 分顺直型 弯曲型 分汊型 游荡型 河床演变基本原理 输沙不平衡是根本原因 冲刷 淤积 自动调整 由输沙平衡破坏引起冲淤变形 直至输沙平衡恢复 河床变形集中在汛期 2 河床演变基本规律顺直河段 是最简单 最基本的河型边滩头部流速大于尾部 原因 头部冲刷尾部淤积 表现 边滩 深槽 浅滩整体向下游移动 结果 3 1河床演变的基本原理 规律及分析方法 蜿蜒型河段 弯道环流 表层流速大于底层流速 主流线 河道横断面上纵向水流平均流速最大的垂线处的连线 输沙的横向上不平衡 导致凹岸冲刷 凸岸淤积 分汉河段 分流区两侧含沙量大于中间 汇流区相反 支汊的分沙比小于分流比 高水分流比大于低水分流比 江心洲的平面 纵向移动是演变关键 2 河床演变基本规律游荡型河段 曲折系数 弯曲河道中心线长度与其直线长度的比 河床逐年抬高 汛期主槽冲刷 滩地淤积 非汛期主槽淤积 滩地崩塌 主槽摆动且摆幅大 3 1河床演变的基本原理 规律及分析方法 浅滩 淤积体 其水深比邻近水域的水深小 涨水期深槽冲刷 浅滩淤积 退水期深槽淤积 浅滩冲刷 3 河床演变分析依据历史观测资料 分析河道平面变化 纵向变化 分析典型断面的冲淤变化 理论计算 输沙平衡原理 计算出口水流挟沙力 用饱和或非饱和输沙模式计算出口含沙量 3 1河床演变的基本原理 规律及分析方法 1 设计流量和设计水位 分洪 中 枯三种情况 2 整治横断面洪水河槽设计断面 为了行洪 作用 中水河槽设计断面 控制河势 作用 用造床流量和相应水位设计 枯水河槽设计断面 为航运 作用 按航运保证率确定整治流量 或按设计枯水位及相应流量进行整治 3 2河道整治设计流量 3 整治线 治导线 中水河槽整治线 一般以复合圆弧线为整治线 是控制河势发展的关键 枯水河槽整治线 按因势利导 集中水源原则确定整治线 整治线需由实际河段验证 1 河道水力学河床有纵向稳定系数 横向稳定系数和综合稳定系数 造床流量 塑造河床作用最大的流量 用马卡维也夫法和平摊水位法确定 河相关系 均衡关系 是冲积河流水力学计算和河道整治的依据 2 河流模拟定床模型 动床 泥沙 模型 几何 动态 动力相似 时间 流速 长度比尺之间关系及转换 3 3水力学及河流模型 顺直河段整治 河道的平衡状态非常脆弱 整治原则为固定边滩 工程措施多为淹没式丁坝群 由下游向上游逐个进行 蜿蜒型河段整治 控制弯曲程度的发展 保护凹岸 护岸工程 必要时裁弯取直 分汊河段整治 稳定节点 控制江心洲的头 尾 守护弯道顶 调整 并稳定分流比 枯水期堵汊 游荡性河道整治 固定主流 加固险工段 滩区放於 浅滩整治 整治原则 束窄水流 工程措施 疏浚 3 4河道整治工程 采用疏浚方法治理弯道过渡段浅滩时 挖槽方向尽量与流向一致 但实际过程中由于地形地貌等因素影响 方向不可能一致 而在实际的工程中 根据经验可知 挖槽方向与流向方向夹角一般小于120 150 基本工程措施 丁坝 护坡 护脚 丁坝 枯水河道整治和航道治理的主要措施 作用 可以固定主流 保持航深 将主流挑离险工段 缺点 丁坝不利行洪 可能影响对岸河床的稳定 3 4河道整治工程 第四章水资源配置 需水量计算 供水预测和供需分析 4 1需水量计算 1 经济社会资料统计的主要项目和基本要求主要项目 人口 产值 耕地面积 播种面积 灌溉面积 粮食产量 牲畜数量 重要概念 人口 一般用人口普查数据 工业总产值及其增加值 播种面积 灌溉面积 粮食产量 含经济作物产量 基本要求 统计与水密切相关的经济社会指标 结合水资源需求预测和供需分析要求 灌溉面积用水利部门数据外 其他数据以统计部门为准 2 供水量统计分类和要求 地表水源供水量按蓄水 引水 提水 调水四种形式 地下水源 矿化度 2g L 供水包括浅层淡水和深层承压水其它水源供水 包括污水处理回用 雨水 微咸浅层水 淡化海水 要求 未经处理的污水和海水利用量 只调查 不计入总供水量中 避免重复统计 分析不同时段供水总量 各种水源的供水量及变化趋势 4 1需水量计算 3 用水量统计分类和要求用水量分类 农业用水 水田 旱地 菜地 果树 苗圃 经济林 草场 鱼塘 花卉 工业用水 发 火 核等 电业 一般工业农村生活用水 农村居民 牲畜城镇生活用水 居民 服务业 餐饮业 货运邮电 建筑业 绿化 河湖补水 4 1需水量计算 灌溉 林牧渔业 按取水量计 即不计重复利用量 公共用水 环境用水 要点 统计中最好用计量设备的实测资料 用水量 包括输水损失 分类 统计中不重复 消耗量 不能回归的水 4 城镇需水量预测规划水平年指规划目标实现的年份 经济比较后选择 规划水平年需水量计算时需考虑节水 预测的方法有 趋势法 建立需水量与特征量之间的关系 常用回归分析 指标平滑法 模型法 随着需水量的增长 增速减慢 最后趋于平稳 定额法 用水量 人 日 用水量 万元产值弹性系数法 定义见P123 4 1需水量计算 总需水 p p 5 农村需水量预测 主要包括生活用水和灌溉需水量预测 灌溉需水量预测是重点 生活需水 人 牲畜 按用水量单位指标估算 灌溉 包括净灌溉需水量和毛灌溉需水量 用灌溉定额可计算净灌溉需水量 加上输水道渗漏等损失后为毛灌溉需水量 6 其他需水量河道内外生态需水量 主要为生态基流 航运需水 主要为通航最小流量 4 1需水量计算 说明几个概念 1 第一产业 农业 林业 畜牧业 渔业和林牧渔服务业 2 河道内最小生态环境流量是维持河流水环境的最小流量 目前 枯水期生态用水流量一般按多年平均流量的10 30 比值采用 P209 3 在通航河流上修建水利设施 其设计采用的最小通航流量应不小于该河流设计最低通航水位时的流量 4 地下水可供水量计算主要考虑用户需水量 机井提升能力 地下水资源可开采量 4 1需水量计算 1 供水预测 分析地表水 地下水及其他水源的可供水量 地表水可供水量计算 以供水工程和供水区组成的系统为计算主体 从上游到下游 先支流后干流 分大型水库 中小型水库 引提水工程计算 规划水平年可供水量计算时 注意计入新供水工程增加的 扣除工程老化减少的水量 地下水可供水量计算 可供水量为机井提水能力 地下水可开采量 用户需水量中的最小值 4 2供水预测和供需分析 2 供需分析 水资源配置的基本要求 使水资源高效 公平 可持续利用 水资源供需计算原则 根据系统网络图 按照流域或区域水资源供需调配原则进行 供需计算一般按水量平衡进行 采用长系列和典型年调节计算 得出用水 供水和蓄水等情况 供需分析计算时 要考虑水功能区划和水资源保护要求 基准年了解现状 规划水平年满足需求 水资源系统网络图 包括用水 供水节点和输水设施 4 2供水预测和供需分析 第五章灌溉工程水利计算 灌溉工程设计基本要求 灌溉制度 灌溉需水过程和需水量的确定 灌区水利计算 灌溉工程布置概要 1 灌溉设计主要内容 论证灌溉工程必要性 定灌区范围 定设计保证率 拟定灌溉制度 定作物种植比例 计算田间需水量 水利计算 工程布置 投资估算 经济评价 5 1灌溉工程设计基本要求 2 灌溉工程设计所需要的资料 p131 水文 包括气候 水资源状况等 地质资料 土壤资料 灌溉试验与实际灌溉用水资料 灌溉设计标准 一般用设计保证率 有些用抗旱天数 灌溉需水量 需要的调节库容等 从小往大排频 与水文相反 Q需 0 9 5亿m3 100年中需要的水量少于5亿的有90年 兴利结果 发电量 调节流量 从大往小排频 N0 9 5亿度 100年中发出的电多于5亿度的有90年 5 1灌溉工程设计基本要求 灌溉设计保证率 指灌溉用水量在多年中能够得到充分满足的几率 全国差别比较大 范围为50 95 为年保证率 原因 一个时段不满足 会影响全年收成 小型灌区多用抗旱天数作为设计标准 田间需水量 不考虑渗漏 地下水补给 是制定灌溉制度的基础 作物田间需水量E的计算 值法 水面蒸发与需水的关系 值法 气温与需水的关系K值法 产量与需水的关系 彭曼法 把农作物腾发能量折算为需水量 试验站资料是关键 无试验站时 采用等值线计算 5 2灌溉制度 灌溉制度 农作物播种前及生育期内的灌水次数 时间和水量 旱作物灌溉 逐时段递推 见P136 保持含水率在凋萎系数与田间持水率E之间 水稻灌溉 维持淹灌水层在允许上下限之间 灌溉制度修正后得到设计灌水率指标 田间水利用系数 灌入田间的有效水量与渠道末端输水量之比 5 3灌溉需水过程和需水量的确定 渠系水利用系数 式中 Qdj为渠道净流量 Qd为渠道毛流量 QL为渠道输水损失流量 灌溉水利用系数 灌溉需水量 从水源取用的总水量 计算 在各种作物灌溉制度计算基础上进行 综合灌溉制度计算 根据多种农作物的种植比例ai和灌水定额mi计进行加权平均算 综合灌溉制度的作用 与已有类似灌区比较 判断灌溉需水量的合理与否 反映灌区用水的水平 根据水源供水能力 初拟灌溉面积 5 3灌溉需水过程和需水量的确定 几个概念 1 灌溉工程设计的主要内容有 灌溉工程总体布局 排涝工程规划设计 环境影响评价 排涝工程虽是独立的项目 但由于灌溉工程可能引起地下水位升高 或者灌水后遇到降雨 都需要及时排除 因此 灌溉工程设计时必须与排涝工程规划设计同时进行 2 灌溉工程的基本组成元素为水源工程 输水工程 排水工程 田间灌水工程3 渠系建筑物和典型田间工程设计所需场地地形图的比例为1 1000 1 5000 灌溉工程 灌溉水源调节计算无调节能力时 来水与 河道的其他用水 灌溉用水 平衡 包括过程和量 自流时要考虑水位流量关系变化 一般情况 引水量小于50 径流量 多沙河流小于30 的河道径流 水库调节库容 累积补偿库容法 每一个灌溉期连续亏水 天然来水小于需水 累加值组成亏水系列 对应保证率的连续亏水累加值为调节库容 p144 5 4灌区水利计算 5 4灌区水利计算 灌区工程的设计流量和水位 设计流量 试算法 满足灌溉保证率下引水过程中的最大流量 累积补偿库容法 供水满足年份中的最大流量 设计水位 引水闸前过流能力水位选同频率 灌溉期平均枯水位 或水库死水位 闸后水位尽量高 泵站出水池水位由渠道设计水位定 泵站进水池最低水位为灌溉期最低水位 或水库死水位 最高水位为堤防设计洪水位 水库正常蓄水位 泵站防洪标准洪水位中的大者 泵站平均扬程 以抽水量加权 的作用 P145 使水泵在高效区运行 5 5灌溉工程布置概要 引水闸 无坝引水重点考虑岸坡稳定 引水口保持冲淤平衡 有坝引水 采用 侧面引水正面冲沙 库区泥沙不进渠 渠道布置 干 支渠可顺等高线布置 不宜穿水库 水塘 先定平面轴线 再计入沿程与局部水头损失定纵断面 泵站布置 满足扬程和水泵高效运行要求 田间工程设计典型设计面积不少于总灌区面积的5 兼顾灌 排水等要求 第六章城镇供水及跨流域调水工程 城镇供水工程 调水工程水利计算 调水工程总体布置 设计水位 为保证城镇供水 供水水库应设置其它部门用水的停止供水线 水位 引水闸 泵站的特征水位同灌溉引水闸 灌溉引水泵站水位的确定方法 6 1城镇供水工程 城镇供水工程 水源部分 输水部分 自来水厂 管网 水利计算 确定水源 输水工程的规模 设计供水保证率的作用 反映水源情况 制约工程规模 反映规划要求 制约水资源配置和调度规则 城镇供水水质 类 经处理 及 类以上水源保障 多水源 水资源系统网络图的要素 p155 节点有 水库 本地水源点 地下水 其它水源 用水户 生活 工业 综合 灌溉 输水线交点 汇合 分枝 有向线段 表示输水线路 6 2调水工程水利计算 网络图节点的物理关系 水源点的来 供 蓄 弃水量是平衡的 用水户的供 需是平衡的 输水交点进 出水量是平衡的 需水过程 用水保证顺序 调节库容 首次充库系数计算 包括设计流量 渠道水利用系数 水利计算的难点 需水是变化的 调水量计算需考虑调出区经济发展 来水增减 对下游影响等 必要时考虑补偿工程 调入区水资源充分利用 调水工程的调度规则 需水量上报 用水区需水量逆流向上逐级汇总到水源点的下级节点 各水源供出水量计算包括 拟定充库规则 不能太满 也不能太少 理顺供水先后顺序 设置停止供水线 调出水量逐级分配计算 6 2调水工程水利计算 开发水资源分析软件的思路 尽量使模型可以囊括各种情况 水资源系统描述采用计算机高级语言 各区需水量计算并上报 水库兴利库容 用水户 初拟时尽量小 调输水规模时不变 结束 6 2调水工程水利计算调水工程调度计算的框图 输水工程规模 开始时放松 各水源供 蓄 调水计算 各水源调出水量分配 各区供 需平衡 供水保证率是否达满足 否 输水工程规模减小 是 减小输水线设计流量 否 是 逐时段水量供需平衡见P159例题 先当地 后调水 是一条规则 是需水量上报和供水量分配的基本原则 在需水量上报时 需考虑渠道过流能力的约束 本例中农业缺水是因为输水渠道的规模所限引起的 在判断流量是否超过渠道输水能力时 须用该段渠道的首部引水流量 包括进入渠道后的各种水量损失 实际运行中 V1水库应还有一条农业灌溉停止供水线 以满足城市供水保证率的要求 6 2调水工程水利计算 输水方式的优缺点 明渠 成本低 能调蓄 控制灵活 响应慢 环境影响大 管道 分有压 无压两种 优缺点与明渠相反 混合式 兼有 6 3调水工程总体布置 调水工程项目组成水源工程 包括补偿工程 输水工程 渠道 管道 河渠交叉建筑物 平交 立交 倒虹吸 渡槽 河穿渠 渠穿河 路渠交叉 控制建筑物 节制闸 退水闸 分水闸等 6 3调水工程总体布置 调水工程布置过程 定线 输水线路布置 注意确定控制点 输水必须经过的点 建筑物服从于渠道或管道 线路和建筑物尽量避开不良地质段 纵断面设计 在不同输水线路中分配水头 一般规律 输水线路纵坡大 断面小 投资省 深挖段有极小值点 有压管道的压力线是控制有压管道设计的关键因素 管中压力一般不宜出现负值 第七章水电站开发方式及规模 开发方式与径流调节 水电站水库特征水位选择 输水系统断面尺寸选择 反调节水库 初期蓄水和装机程序 7 1开发方式与径流调节 1 开发方式 抬水式 有挡水坝和水库 短距离有压引水发电 分坝后式和河床式 引水式 低坝 长距离无压引水发电 混合式 兼有抬水和引水式特点 坝式 长距离有压引水发电 抽水蓄能 低谷时抽水 峰荷时发电 潮汐电站 单向或双向 低水头大流量 各种开发方式有相应的适用条件 p164 7 1开发方式与径流调节 2 调节性能 多年调节 将丰水年组的水蓄至以后枯水年组用 调节流量大于设计枯水年平均流量 年调节 将汛期部分水量蓄至枯期用 不完全年调节水库设计枯水年有弃水 完全年调节水库设计枯水年不弃水 调节流量等于设计枯水年平均流量 无调节 径流式 基本不改变天然径流过程 日调节 满足日负荷要求 改变日内径流分配 由于调峰可能产生电量损失 日调节库容小于入库径流枯水年枯水期日均水量 水库水位每日在正常蓄水位至死水位之间变动 向上兼容 7 1开发方式与径流调节 3 水能计算 目的 定水库规模 计算保证出力 发电量 机组水头等 1 基本公式 第一个式中包括水轮机和发电机的平均效率 2 基本资料中熟悉额外蒸发损失的概念和计算 3 设计保证率 年 4 径流式 日调节电站水能计算 按日为计算时段 Q H已知 按公式计算出力 绘制出力历时曲线 N P曲线 由设计保证率定保证出力 按有限差分法计算年电能 7 1开发方式与径流调节 3 水能计算 年 多年 调节水能计算 1 等流量法 P171 通过试算确定调节流量 计算公式为 把调节流量排频 由大到小 推求保证出力 全部时段出力的平均值乘以8760为多年平均年发电量 2 等出力法 假定出力试算求解 按供水期出力排频确定保证出力 再计算年电量 等出力法计算实例见P172 表7 1 1 说明 各种调节性能水库水位在正常蓄水位的几率从大到小的次序为 径流 日 周 年 多年 7 1开发方式与径流调节 4 水库调度图 可按调度图进行水能计算 3为防弃水线 加大用水 为减少弃水的控制线 可有多条 1为防破坏线 按保证出力工作的上限 2为限制出力线 按保证出力工作的下限 一般用若干典型枯水年逆时序按保证出力进行径流调节计算 各时段水库水位上包线即为防破坏线 下包线即为限制出力线 水库调度图的绘制方法参见P273 P279 7 1开发方式与径流调节 5 水能计算成果 p177 最大水头 不扣引水道水头损失 正常蓄水位与发电最小流量时下游水位之差防洪高水位和允许下泄流量时下流水位之差最小水头 扣水头损失 死水位与水轮机最大过流量下游水位之差防洪限制水位 运行控制 与下游水位差3 平均水头 一般用出力加权平均 是选择额定水头的依据之一 4 额定水头水轮发电机组发出额定出力所需的最小水头 也称为设计水头 5 预想出力水轮发电机组在不同水头条件下所能发出的最大出力 当水头低于额定水头时 相应预想出力低于额定出力 二者的大值 二者的小值 7 2电站水库特征水位选择 比选主要步骤 P180 P183 1 考虑地质 移民 环境等条件拟定正常蓄水位上 下限及若干中间值 2 按一致性原则拟定各方案配套参数 其中 按消落深度和最大水头同一比值拟定各方案消落深度 死水位 按装机容量的年利用小时数 装机容量与保证出力的倍比基本相同拟定各方案装机容量 3 水能计算和考虑泥沙淤积的回水推算 4 移民安置规划和环境影响分析 估算淹没处理和环境保护措施费用 5 调洪计算确定设计 校核洪水位 拟定坝顶高程 6 工程方案设计及投资估算 7 方案间电力电量差值用替代工程补齐 进行经济比较 8 综合比较 推荐正常蓄水位 经济比较准则 P182 电力电量等效前提下 方案总年费用或总费用现值最小 P183实例 1 正常蓄水位选择 正常蓄水位越高 电站装机容量 保证出力 发电量和投资均增加 受流域规划 上游电站尾水 淹没损失 控制点 技术条件 投资的限制 注意 拟定比较方案时 暂不考虑工程的财务现实可行性 比较后才能明确 7 2电站水库特征水位选择 死水位的比较范围 以电力电量效益拟定比较范围 上限为电量极大值点 用影响因素和制约条件确定下限值 需要考虑泥沙淤积影响 机组运行条件 开发任务各部门对死水位的要求等 经济比较参见P188例题 准则和正常蓄水位相同 说明 理解水库消落深度与发电量 保证出力的关系 理解调节库容越大 同一调节流量相应保证率越大 调节流量越大 同一调节库容相应保证率越小 2 死水位比选 死水位 消落深度 与电力电量 综合用水 泥沙淤积 装机容量的关系 参见P187 其中水库消落深增加 发电量先增加 再减小 有拐点 保证出力单调增加 死水位比选中 先按相同倍比原则 由各方案保证出力定装机容量 计算各方案保证出力 年发电量等动能指标 工程设计和投资估算 以最大消落深方案为准 用替代工程补充效益差值 7 3输水系统断面尺寸选择 输水系统断面尺寸及投资与输水过程中的电力电量损失成反比关系 水头损失 方案比较采用在电力电量等效的前提下 总费用 即含替代方案费用 最小的方案为经济合理方案 P196计算实例 与流量的平方成正比 能量损失 与流量的立方成正比 要点 用不同流量的水头损失 能量损失 率定关系式 注意水头损失 能量损失与输水流量的关系 7 4反调节水库 对上游电站日调节释放的不稳定流进行再调节 使库区水位变幅减少 下游流量过程趋于均匀 以满足航运及其他用水的要求 反调节水库的必要性体现在抑制水流的波动和扩大上游电站容量效益 反调节水库发电时 主要带基荷和少量腰荷 反调节计算 偏安全确定上游电站典型日的下泄流量过程 推求本反调节库典型日入库流量过程 含区间 反调节计算 按满足库区和下游用水要求的流态确定下泄过程 拟定日调节库容 P200列举了某反调节水库带基荷运行的实例 7 5初期蓄水 初期蓄水 指封闭导流设施开始蓄水至水库水位达到初期运用起始水位的蓄水过程 入库径流样本选取选75 可计算基本蓄水时间 50 可计算争取的蓄水时间 保证率来水径流过程进行径流调节计算 初期蓄水调节计算 例题见P203 拟定下游需水过程 扣除下游需水 扣除水库渗漏 增加的蒸发等入库水量损失 多余水充蓄水库中 达到初期运用起始水位为终点 第八章水电站动能设计 电力电量平衡 机组机型选择 抽水蓄能水电站 电力负荷预测 8 1电力负荷预测 电力系统运行方式和电力负荷特性日负荷图 P207 基荷 24小时 尖峰负荷 平均以上 腰荷 最小到平均 最小负荷率 平均负荷率 最大负荷日最大负荷Pm 年负荷图 由每月最大日负荷组成 月不均衡系数 每月一个 P212例题 月需电量年需电量 实际上 累计每小时的平均负荷可得到日 月 年需电量 熟悉P211 P212实例 了解设计水平年和设计负荷水平的概念 T月 月小时数 8 2电力电量平衡 装机容量 必需容量 工作容量 有调节能力的水电站宜调峰 备用容量 火电备用不经济 事故备用容量 负荷备用容量 重复容量 丰水期多发电 水电站特有 受阻容量 检修备用容量 为火电设 水电不宜 1 容量组成 重复容量为节省燃料资源而设 不是替代容量 2 基本概念 P213 和电力系统容量组成 P214 检修备用 为满足机组计划检修时系统非常需要情况下增设 习题 负荷备用的作用是什么 调峰 调相 调频 填谷等 8 2电力电量平衡 3 电力平衡 逐月典型负荷日负荷和电源容量平衡 系统最大负荷 各电源工作容量 工作容量 系统正常负荷所需容量 调峰时大于日平均出力 系统负荷备用 各电源负荷备用容量 年最大负荷的2 5 系统事故备用 各电源事故备用容量 年最大负荷10 电力电量平衡的目的 通过对设计水平年电力系统需要的容量 电量与已建电站 设计电站可提供的容量 电量的平衡 计算设计电站的容量效益和电量效益 设计水平年容量需求 电量需求设计水平年已建电站的容量 发电量 新增电站装机 新增电站发电量 8 2电力电量平衡 4 电量平衡用平水年和丰水年进行电量平衡 反映系统对设计电站电能的吸收程度 系统各月平均负荷 各电源平均出力 火电站工作容量 负荷备用 事故备用 系统所需火电站装机容量和各月检修容量 火电站检修备用容量 注意 电力电量平衡中 在电力系统日负荷图中自上而下安排工作位置的一般顺序为 已建 在建 计划兴建 设计水电站 系统年需电量 系统各月平均负荷 T月 5 平衡后的火电站指标见P222例题中 空闲 受阻容量 额定 预想 各水电站之和 负荷备用 事故备用 设计电站取最大负荷的同一比值 调节性能差的电站 丰水期转移给火电 失去调节库容 或弃水调峰 8 2电力电量平衡 6 电力电量平衡要点 P218及表8 2 1 系统需求 其它水电站与设计水电站 按 系统总装机最小 安排 火电站 最大负荷 在典型日负荷曲线中反映 负荷备用 事故备用 年最大负荷的某一比值 检修备用 由于低荷期检修不完所需增加的装机容量 平均负荷 不均衡系数 最大负荷 工作容量 由调节计算的平均出力 工作位置确定 已建 在建 计划建 设计 抽水蓄能 日调节尽量安排尖峰 有调节能力的水电尽量安排在峰荷 平均负荷 由调节计算得 工作容量 负备 事备 系统 其它 设计水电站 装机 累计各月最大 负备 事备之和 10 5 检修容量 装机 最大负荷 负备 事备 最小月的检修容量为 火电站检修备用容量 系统可为检修提供的备用容量 丰 平 枯有无设计水电站 共6个表 枯水年两表火电容量差为设计水电站的容量效益 计算装机容量 计算检修容量 8 2电力电量平衡 7 调峰容量平衡 P243 火电站调峰能力 开机容量 最小技术出力 0 3 工作 旋转备用 水电站调峰能力 可调容量 强迫基荷 装机 检修 受阻 强迫火电开机容量 工作容量 旋转备用 负荷备用 事故备用 2 最小技术出力 0 7 开机容量 满足系统从最大到最小负荷变化 满足事故 负荷瞬变的要求 调峰容量平衡准则 针对典型日负荷 P246例题 各电源调峰容量之和不小于系统峰谷差 负荷差 旋转备用 各电源技术出力最小值 振动 汽蚀 强迫 之和不大于系统最小负荷 调峰容量平衡案例 P246日最大负荷差 Pmax Pmin P旋转备用 12648 6754 632 1265 7159 8843 468 935 0 5 1 0 7 9778 5 0 3 2934 火电调峰能力 开机容量的最小技术出力 工作容量 负荷备用 1 2事故备用 1 最小技术出力系数 6492 688 1505 311 3988 水电站调峰能力 可调容量 强迫基荷 装机容量 检修容量 受阻容量 强迫基荷 8 3装机容量选择 1 论证供电范围 拟定设计水平年和设计负荷水平 2 日调节和无调节电站装机容量采用重复容量的经济性和财务上的现实性确定装机容量 即补充装机容量在经济上应具有合理性 在财务上应具有现实性 见P226实例 日调节水电站的工作容量一般大于保证出力 需分析承担调峰的容量效益和重复容量转变为必需容量的可能性 8 3装机容量选择 3 年调节和多年调节水电站装机容量选择程序 拟定比较方案 并经电力电量平衡 求出各方案替代容量 容量效益由补充火电容量的差别确定 分析装设重复容量的必要性和经济合理性 按各方案 电力电量 等效原则下 总费用现值最小 确定经济合理方案 经财务可行性分析及综合分析推荐方案 P228实例 通过经济比较 论证装机容量方案 P231为论证扩大装机财务分析的途径 要点 8 4机组机型选择 1 水轮机按能量转换特性和结构特点分为反击式和冲击式 2 各类机型适用水头范围参见表8 4 3 3 机组台数选择 要考虑与电站效率 运行方式 系统容量 电站投资 运行维护 制造运输 枢纽布置等的关系 4 一般根据水头 参考国内外设计 施工 运行的资料选择机型 同样的单机容量 额定水头大时 转轮直径小 同样出力和额定水头时 比转速大时 转轮直径小 8 4机组机型选择 5 额定水头选择 影响因素 电力电量和工程投资 额定水头是机组发出额定容量的最小水头 Hp 一般可按加权平均水头的0 9 0 95初拟 必要时进行技术经济比较后选择 程序参见P240例题 标准直径 即D1与 成反比 8 5抽水蓄能水电站动能计算 1 抽水蓄能电站具有填谷调峰双重作用 替代容量效益大于其装机容量的2倍 抽水和发电能量转换的综合效率为0 75左右 其作用为保证电力系统安全运行 节省电力系统总煤耗 2 了解抽水蓄能电站类型 P241 242 按水源分类 按上下库形式分类 按调节性能分类 8 5抽水蓄能水电站动能计算 3 装机容量选择 从电网对调峰容量需求 平衡 提出装机容量的规模 从工程条件提出可提供的装机容量规模 落实水源和供电电源 进行方案经济比较 选择装机容量 4 上下水库特征水位选择 由装机容量和水头计算调节库容 从满足泥沙淤积 结冰 备用库容要求拟定死库容和死水位方案 由死水位结合调节库容拟定正常蓄水位方案 经济比较 综合分析后 推荐上下水库特征水位 5 额定水头发电工况 满发时上下水库最小水位差减水头损失 抽水工况 满发时上下水库最大水位差加水头损失 第九章水库工程水利计算 水库水力学 综合利用水库 9 1综合利用水库 关键是正常蓄水位 防洪限制水位 死水位的确定 排沙运用水位 1 特征指标 9 1综合利用水库 相同保证率下 调节流量增加 所需调节库容增加 而且增加更快 V Q T 同一调节流量下 保证率提高 所需调节库容增加 而且增加更快 保证率增加 更小的来水需要库容调节 2 库容 调节流量与设计保证率的关系 目的 确定调节流量 库容和保证率之间的关系 即计算出满足各用水部门保证率要求的水库放水过程 含弃水 分两种基本情况计算 1 次要部门用水比例小把次要用水部门的用水直接从入库水量中扣除 按照主要部门用水要求进行径流调节计算 2 两部门以上用水比例相当需要进行两级或两级以上径流调节计算 有化算保证率法 库容挑大法等 具体计算过程见P262 9 1综合利用水库 3 径流调节计算 4 防洪限制水位 其他水位已介绍 防洪库容与兴利库容分开设置 防洪限制水位与正常蓄水位重合 上设V防 部分结合 防洪高水位高于正常蓄水位 防洪限制水位高于死水位 完全结合 完全相等 向家坝 防洪库容是兴利库容的一部分 白鹤滩 兴利库容是防洪库容的一部分 三峡 防洪限制线绘制 按防洪要求 通过防洪调度 拟定防洪库容和防洪限制水位的限制时间防洪限制线的最高为防洪高水位 最低为防洪限制水位 按下游安全泄量定迫降线 按满足下游用水要求定蓄水线 9 1综合利用水库 9 2水库水力学计算 水库回水 为拟定工程规模和淹没处理提供依据 可采用恒定流 用实测水位流量或调查洪水资料试算糙率 坝前水位最高 流量相应 坝前段高 坝前水位相应 流量最大 后段高 正常蓄水位 汛后洪水洪峰流量 流量沿途分段 计算支流水面线时应考虑洪水组合 水面线基本规律 同一流量下 坝前水位高则水面线缓 远 过水断面大 同一坝前水位 流量大则水面线高 陡 近 流速较大 同一流量 不同坝前水位 上游断面水位差小于下游断面 同一水面线 一般近坝段缓 远坝段陡 回水推算成果要进行合理性检查分析 取上包线得回水线 9 2水库水力学计算 溃坝洪水 计算的主要内容 初瞬流态 后波追前波 形成涌波 确定最大流量 泄流过程 下游传播过程 估算淹没损失 条件组合 可不考虑上游来水 供水期坝前按正常蓄水位以下水体 坝下按调节流量相应水位 汛期坝前按设计洪水位以下水体 坝下按相应最大下泄流量考虑 溃坝断面最大流量的计算 溃坝断面洪水过程线 定可泄库容 Qm Q0 初拟总历时Tn 按概化线定各时刻流量 核算洪量是否等于可泄库容 否 则调整Tn 重算 采用非恒定流进行洪流演进 第十章经济评价 经济评价概念 国民经济评价 财务评价 不确定性分析与风险分析 方案经济比较 资金筹措 概论 10 1经济评价概论 2 术语基准点 建设期第1年年初 社会折现率 国民经济评价中资金被占用的最小收益率 基准收益率 是财务内部收益率的基准和判据 现值P 折算到基准点的货币价值量 终值F 折算到计算期末的货币价值量 等额年值A 把现值或终值折算为计算期内各年年末的等额序列 3 基本公式一次投入的现值P和终值F计算公式 等额和不等额序列现值P和终值F计算公式 10 1概论1 经济评价包括国民经济评价和财务评价 分别从国民经济整体利益和企业利益 核算单位 进行经济合理性和财务现实可行性进行评价 10 2国民经济评价 从国民经济整体角度考察投资项目耗费的社会资源和对社会的贡献 推求国民经济评价指标 根据国家颁布的相关指标进行对比分析 评价工程的经济合理性 固定资产投资 包括主体工程和配套工程投资 应用影子价格测算 可用扣除国民经济内部转移支付费用 如税金 贷款利息 施工期企业利润等 后的工程财务投资代替 流动资金 维持项目正常运行所需周转资金 1 费用 运行费 又称经营成本 系指维持运行每年所需的费用 包括工程大修理费和运行管理费用 更新改造费 系指计算期内 部分设备需更新改造的费用 10 2国民经济评价 增加收益法 指有 无工程所增加的效益 需按水利措施与其他措施进行收益分摊 减免损失法 工程实施后减免的洪 涝 旱 灾害损失作为工程效益 有实际年系列法和频率法 2 效益 替代工程法 采用最优等效替代工程的费用作为工程效益 防洪效益 直接效益 有 无防洪项目的淹没指标差 单位指标的淹没损失一般取多年平均值 见p302的例题 间接效益 直接效益 百分数K 也可用最优等效替代工程的费用计算 治涝效益 较防洪多了防渍 防盐碱化内容 10 2国民经济评价 灌溉效益 有 无灌溉工程农作物增加值 分摊系数 试验或调查 也可用缺水损失法计算 城乡供水效益 最优等效替代法 缺水损失法 按缺水造成的最小损失计算 分摊系数法 10 2 4 发电效益 用等效火电站替代 容量扩大1 05 1 1 电量扩大1 05 影子电价法 见P307例 航运效益 渔业效益 牧区水利效益 见p308 综合效益 注意使上述各效益具有可加性 10 2国民经济评价 3 评价指标及准则经济内部收益率EIRR EIRR愈大 说明工程净贡献能力愈大 EIRR 社会折现率 规范中有规定值 项目经济合理 经济净现值ENPV ENPV 0愈大 说明对国民经济净贡献值愈大 ENPV 0 项目经济合理 10 3方案经济比较 方案可比 效益与费用需对应 经济净现值 或年值 或净现值率 最大 最小费用 差额投资内部收益率大于等于社会折现率 选投资现值大的方案 总费用现值最小 年费用现值最小 增量效益费用比大于1 选投资现值大的方案 国民经济评价 几个概念 1 在无资金限制时 水利水电项目方案比较 一般采用经济净现值法或经济净年值法 P359 原因 在无资金限制条件下 采用经济净现值法可以取得最大的经济效益 合理的利用资源 2 在有资金限制时 水利水电项目方案比较 一般采用经济净现值法和经济效益费用比法 原因 在资金受限制条件下 采用经济净现值法和经济效益费用比法 可使单位资金投入获得最大的效益 3 建设项目方案比较的目的是 在多个互斥方案中寻求经济合理的方案 原因 独立方案之间 独立方案与互斥方案之间没有联系 不能进行比较 互斥方案是为达到同一目标而设置的 彼此可以互相替代的方案 具有排他性 比选才有意义 10 4资金筹措 1 按工程功能分类 公益性工程 经营性工程和准公益性工程 公益性工程 投资由水利基金安排 经营性工程 由企业筹措 一般20 30 为企业资本金 70 80 由银行贷款 准公益工程 按地方可承受的产品价格测算由企业筹措的资金 贷款能力和由水利基金拔款的资金 称投资项目资本金 10 4资金筹措 2 投资分摊 1 综合利用工程的投资分为4类 专用工程 共用工程 兼用工程 补偿工程 2 分摊方法 分摊公用工程投资 按各功能利用建设项目某些指标的比例分摊 按各功能最优等效替代方案费用现值的比例分摊法 按各功能可获得经济效益现值的比例分摊法 按 可分摊费用 剩余效益法 分摊 P323及例10 8 3 贷款能力测算 准公益工程 年收入 年总成本 测算 年收入 年运行费用 不测算 年总成本 年运行费用 测算设备更新费 方法 按产品可承受价格测算贷款能力 10 5财务评价 年运行费 经营成本 折旧费 利息支出 工资及福利费 材料费 燃料及动力费 库区维护费和扶持基金 其他费用 摊销费 无形资产分期摊销费 递延资产分期摊销费 修理费 总成本费用 2 成本构成和估算 一般按已有工程指标和有关规定进行估算 1 公益性工程仅进行财务分析 阐明运行费用来源 准公益性工程进行贷款能力测算 经营性工程进行财务评价 10 5财务评价 3 财务评价以企业为核算单位 进行计算期投入 产出平衡计算 阐明投资项目在财务上的现实可行性 4 评价指标 财务内部收益率 在计算期内投入和产出现值相等的折现率 财务净现值 在计算期内投入和产出按财务基准收益率 规范有规定值 贴现的净现值之和 投资回收期 项目净收益偿还全部投资的时间 静态 投资利润率 年利润 项目总投资 P343 投资利税率和资本金利润率 偿债能力 还贷年限 测算和财务生存能力分析 10 6不确定性分析与风险分析 敏感性分析 国民经济评价 财务评价 选择主要敏感因素 产品价格 产量 投资 工期 汇率等 给出主要敏感因素的变化率 F 向不利方向变 计算评价指标的变化率 A计算敏感度系数E F A临界点 不确定因素向不利方向变化的极限值 说明 水利水电建设项目具有财务生存能力的必要条件是 各年累积盈余资金不出现负值 谢谢大家