港航工程及近海作业 第15讲__5.1水利资源的综合利用__肖政

第15讲

5.1 水利资源的综合利用

5.1.1 水库的特征

河流渠化后，由于筑坝的壅水作用，坝上游形成水库。水库是调节河川径流的主要工程措施。表征水库的主要特征是水库的面积和容积。在一般情况下，水库的面积和容积越大，其径流调节能力越强，通航保证率越高，综合利用的经济效益也越大。

图5.1.1 水库的特征水位及其库容

1）水库的特征水位

?死水位——在正常运用情况下，允许水库消落的最低水位。该水位以下的水库容积

称为死库容。

?正常蓄水位——在正常运用情况下，为满足兴利要求水库应蓄到的水位。

正常蓄水位至死水位之间的深度，称为消落深度。

正常蓄水位至死水位之间的库容称为兴利库容（或称调节库容）。

?防洪特征水位——水库各项防洪水位的总称，包括校核洪水位、设计洪水位、防洪

高水位和防洪限制水位等。

（1）校核洪水位是遇到校核标准洪水时，坝前达到的最高水位。

（2）设计洪水位是遇到大坝的设计标准洪水时，泄洪建筑物闸门全开，坝前达到的最高水位。

（3）防洪高水位是遇到下游防护对象的设计标准洪水位时，水库按下游安全泄量放水，坝前达到的最高水位。

（4）防洪限制水位是水库在汛期蓄水的上限水位。防洪限制水位至防洪高水位之间的库容称为防洪库容。防洪限制水位至校核洪水之间的库容称为调洪库容。

?通航水位——能保证水库正常通航的水位。

2）水库的水文情势

水库的水文情势是指水库中多年的各水文要素（如水位、水温、流速、泥沙、波浪及水化学成分等）的一般情况。

水文情势变化将带来以下一些不利影响:

?水量损失；

?水库淤积和坝下冲刷；

?波浪；

?水温及冰情；

?水质的变化。

3）径流调节的基本概念

按照用水部门的需要，借助专门的建筑物（主要是拦河筑坝形成水库）将河川径流加以控制和重新分配，这一过程称为径流调节。即将汛期多余水量暂时拦蓄在水库中，而在枯水期泄放以补充河川径流的不足。

水库由放空到蓄满再放空所需时间称为水库的蓄泄周期（调节周期）。

径流调节按调节周期的长短，可以分为日调节、年调节和多年调节等。

?日调节：为适应水电站调峰的需要，将一天均匀的来水过程（洪水期除外）改变为

不均匀的用水过程，其周期为一昼夜，称为日调节。

?年调节：利用水库的调节作用，把一年内洪水期多余水量的一部分或全部拦蓄于水

库中供枯水期使用，其调节周期为一年，称为年调节。

?多年调节：将河流中丰水年的多余水量拦蓄在水库中，以补充若干连续的枯水年的

水量不足，其周期较长，称为多年调节。

图5.1.2 径流调节示意图形

1—水库蓄水；2—水库供水

5.1.2水电站的基本概念

水力发电的基本原理是借助水力机械将水流的势能转变成机械能，再通过发电机把机械

能转变为电能。

利用水工建筑物及有关的机电设备使水流的势能变为电能的工程，称为水电工程。

1）水电站的出力计算

水电站的规模一般由电站的发电能力决定。水电站的发电能力取决于水流所做的功的大小。当流量Q（m3/s）的水体落下一个高度H（m）时，其所做功的功率等于：

N=γQH（kW）

水电站的出力——在一定水头和流量的条件下，水电站所能发出的最大功率。

由于水电站的水轮机、发电机以及输配电设备中均有功率的损耗，实际上发出的电的功率（称为有效功率）要比理论功率小：

N有效=ηγQH；

式中：η——机组总效率系数。

在工程规划设计中，上式通常简化为：

N有效= AQH；

式中：A——出力系数。

根据水电站的保证率，在流量历时曲线上查得相应的流量，可得到水电站的保证出力。即：N保证=AQ保证H（KW）

2）水电站的开发方式及主要建筑物

利用水工建筑物和相应的机电设备产生电能的方式有多种多样，而其中最主要的开发方式有壅（抬）水式、引水式和混合式三种。

（1）壅（抬）水式电站，

根据水电站厂房的位置，可分为：河床式、坝后式和坝内式三种布置型式。

河床式：水电站厂房建筑在河床内，厂房与坝并列或成某一交角共同起挡水作用。

图5.1.3 河床式水电站

图5.1.4 大化水电站平面布置

?坝后式：水电站厂房位于坝后，库中水流通过坝内输水管道引入坝后厂房

图5.1.5 坝后式水电站

1—大坝；2—引水管；3—水轮机；4—尾水闸门

?坝内式：水电站厂房位于坝内，这类电站的拦河坝坝体结构复杂，除特殊地形、地

质条件外，一般多不采用。

图5.1.6 1—大坝；2—压力管道；3—水轮机

（2）引水式电站：利用引水建筑物集中落差来获得发电水头

图5.1.7 引水式水电站

1-引水渠；2-电站厂房；3-调压塔

（3）混合式电站：壅（抬）水式和引水式电站两者的综合

图5.1.8 混合式水电站

1-大坝；2-引水管道；3-电站厂房

当上游河床平坦，有修筑水库的条件，而下游河床坡度较陡，修建不长的引水建筑物可获得较大水头时，才宜建造混合式水电站。

3）水电站的工作特点及装机容量

?水电站的工作特点

（1）出力多变，保证率较低；

（2）机组启动和停机迅速，负荷增减方便；

（3）土建投资比重大，机电投资比重小。

?水电站的装机容量——电站全部机组满载运行时的总额定容量，即水电站全部水轮

发电机组的总生产能力。

5.1.3 农田水利工程

1）农田水利工程的一般概念

?农作物对水分的要求

?调节农田水份状况的措施

?农田水利工程的组成

对于干旱地区，农田水利工程主要包括渠道工程、输水及配水渠系、田间灌溉调节网、排水系统及容泄区等。

图5.1.9 灌溉排水系统示意图

2）丘陵山区的农田水利工程

对于丘陵山区，由于地形起伏，峰谷交错，易洪易旱，农田水利措施往往从“治山、治水、治土”相结合的原则出发，实行外河取水和拦蓄地面径流相结合，引水灌溉与水土保持相结合的方法。

图5.1.10长藤结瓜水利系统示意图

1—河流；2—干渠；3—小山塘；4—田间渠道；5—平塘；6—水库

5.1.4城镇供水工程

城镇供水工程是城镇公用设施的一个组成部分，其任务是向工矿企业和城镇居民提供生产和生活用水。一般要求给水工程的保证率在95%以上。给水工程一般由取水建筑物、净

化系统和输配水系统三部份组成。

图5.1.11 供水工程示意图

1—第一抽水泵站；2—净水工程；3—清水池；4—第二抽水泵站；

5—输水管；6—水塔；7—给水管网