水資源綜合利用1

第二章水資源綜合利用

1.1概述

1.2水力發(fā)電

1.3生活用水

1.4灌溉

1.5工業(yè)用水1.6生態(tài)用水

1.7其他用水部門

1根本要求：〔1〕理解幾個(gè)主要用水部門的用水特點(diǎn)；〔2〕掌握水力發(fā)電的根本原理及水能資源的根本開(kāi)發(fā)方式；

水資源開(kāi)發(fā)利用：根據(jù)對(duì)供水、發(fā)電、灌溉等的要求，采用工程措施及非工程措施，對(duì)水資源進(jìn)行調(diào)節(jié)、控制、保護(hù)及管理，以滿足國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門用水要求。第二章水資源綜合利用

同一河流或同一地區(qū)的水資源，同時(shí)滿足幾個(gè)水利部門的需要，并且將除水害和興水利結(jié)合起來(lái)統(tǒng)籌解決，這種開(kāi)發(fā)水資源的方式，稱水資源的綜合利用。第二章水資源的開(kāi)發(fā)利用興水利水力發(fā)電灌溉航運(yùn)給水等除水害防洪治澇“一水多用，一庫(kù)多用〞第一節(jié)概述一、水資源綜合利用的重要性

31.水力發(fā)電——只利用水并不消耗水量。2.灌溉——消耗大量水量，用水年內(nèi)變化大，有季節(jié)性。3.航運(yùn)——不耗水量，要求有一定的水深。4.給水——用水較均勻。5.防洪——要求水庫(kù)蓄水，以調(diào)節(jié)徑流。二、主要用水部門的用水特點(diǎn)三、綜合利用水資源——重要原那么

用最少的投入來(lái)充分合理的開(kāi)發(fā)利用水資源，滿足國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門近期的和長(zhǎng)遠(yuǎn)的需要，獲得最大最好的效益，除害與興利，一庫(kù)多利，一水多用，協(xié)調(diào)各用水部門的矛盾?？沙掷m(xù)利用:能夠支持人類社會(huì)和經(jīng)濟(jì)可持續(xù)開(kāi)展的水資源開(kāi)發(fā)利用。河段的潛在水能勢(shì)能(potentialenergy)動(dòng)能(kineticenergy)水能

設(shè)T秒時(shí)段內(nèi)流過(guò)兩段面的水量為Wm3)2(2222112121211gVVPPZZWEEE2aaγ-+-+-=-=γ—斷面2-2處水流的總能量為:E2=)2(22222gVPZWaγγ++斷面1-1處水流的總能量為:)2(21111gVPZWaγγ++E1=一、水力發(fā)電的根本原理第二節(jié)水力發(fā)電

〔hydroelectricitygeneration〕V1V21122ΔZ1ΔZ2P1P2

5Z1-Z2

=H1-2-γ21PP?0?0功率出力(output)NTEN2121--=TWH21-=g=γQH1-2(牛頓·米/秒)1千瓦=1000牛頓·米/秒，γ=1000×9.81N/m3N1-2=9.81QH1-2〔千瓦〕——水流出力計(jì)算公式2222211gVVaa-E1-2=γ·W·H1-2〔牛頓·米〕＝γ·Q·t·H1-2=9807Q·t·H1-2V1V21122ΔZ1ΔZ2P1P2河段的潛在水能H1-2

61.水量損失2.水頭損失H凈=Z上－Z下－ΔH引3.功率損失水電站效率η=η水×η傳×η電水電站的出力公式為：N=9.81ηQ電H凈〔kw〕ΔHAAQΔH引ΔZ下H凈ΔZ上Bη水——水輪機(jī)的效率η傳——傳動(dòng)設(shè)備的效率η電——發(fā)電機(jī)的效率N=9.81ηQH〔kw〕

7令A(yù)=9.81η水電站出力計(jì)算公式可表示為：8.5，大型水電站（裝機(jī)N＞300MW）

8.0~8.5，中型水電站（N=50~300MW）

6.0~8.0，小型水電站（N＜50MW）AA——出力系數(shù)N=AQ電H凈〔千瓦〕水電站的出力公式為：N=9.81ηQ電H凈〔kw〕

8水電站能量轉(zhuǎn)換原理

9水力發(fā)電原理機(jī)械能電能H毛H凈

水電站出力公式：N=K×Q×H凈公式中：出力系數(shù)K水輪機(jī)引用流量Q：

m3/s工作水頭H凈:m水電站出力N:kw水能能量損失水頭損失經(jīng)過(guò)四大過(guò)流部件大壩引水管水輪機(jī)發(fā)電機(jī)泄洪道水工建筑物：擋水建筑物用水建筑物泄水建筑物發(fā)電機(jī)：轉(zhuǎn)子定子4大過(guò)水部件：引水管蝸殼水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪尾水管二、河川水能資源蘊(yùn)藏量的估算和我國(guó)水能資源概況估算要點(diǎn)：〔1〕因單位長(zhǎng)度河段的落差和流量都是沿河變化的，因此實(shí)際估算河流水能資源蘊(yùn)藏量時(shí)，常沿河分段計(jì)算水流出力，然后逐段累加以求全河總水流出力?！?〕在流量及河流縱比降有較大變化處，單獨(dú)劃分河段?！?〕計(jì)算中，流量取河段首尾斷面流量的平均值。〔4〕根據(jù)多年平均流量Q0計(jì)算所得的水流出力N0，稱水能資源蘊(yùn)藏量。水流出力公式為：N=9.81QH1-2〔kw〕說(shuō)明：落差和流量是決定水能資源蘊(yùn)藏量的兩項(xiàng)要素。

13表1-1某河水能資源蘊(yùn)藏量計(jì)算例如斷面序號(hào)高程Z(m)落差H(m)間距L(m)斷面處流量Qi(m3/s)河段平均流量Q0(m3/s)河段水流出力N0(kW)單位長(zhǎng)度水流出力N0/L（kW/km)水流出力累積值∑N0(kW)1350352710263912934196010008.018.523.029.540.02750500022507650153002114711812815327507750100001765032950231516328821427825525234621346

14全國(guó)各地區(qū)水能資源蘊(yùn)藏量及可能開(kāi)發(fā)量統(tǒng)計(jì)表地區(qū)理論蘊(yùn)藏量（萬(wàn)kW）占全國(guó)比重（%）可能開(kāi)發(fā)量（萬(wàn)kW）占全國(guó)比重（%）備注西南西北中南東北華東華北473318418640812133005123070.012.59.51.84.41.823234419467441199179069267.89.915.52.03.61.2按發(fā)電量計(jì)算占全國(guó)比重全國(guó)總計(jì)67605100.037853100.0缺臺(tái)灣省資料

15三、河川水能資源的開(kāi)發(fā)方式〔一〕壩式(damhydropowerstation)蓄水式

徑流式——形成水庫(kù)來(lái)集中水能，水電站能進(jìn)行徑流調(diào)節(jié)。

——不形成水庫(kù)供徑流調(diào)節(jié)，水電站只能引取天然流量發(fā)電。2.壩式水電站的分類：1.概念：在天然河道中攔河筑壩，形成水庫(kù)，以抬高上游水位，集中河段落差，這種開(kāi)發(fā)方式稱為壩式開(kāi)發(fā)。壩后式

河床式——廠房布置在壩的后面

——廠房成為擋水建筑物一部分

16有回水湖北丹江口、浙江新安江水電站屬于壩后式

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萬(wàn)家寨壩后式水電站壩后廠房壩后式：三峽電站

〔裝機(jī)1820萬(wàn)KW/多年平均發(fā)電量847億度〕湖北葛洲壩、浙江富春江水電站屬于河床式河床式電站

20三峽水庫(kù)葛洲壩水庫(kù)3.壩式開(kāi)發(fā)的特點(diǎn)：①水頭相對(duì)較小；②一般能形成蓄水庫(kù)，電站引用流量大，綜合利用效益高；③投資大，工期長(zhǎng)，通常單位造價(jià)高，且上游形成淹沒(méi)區(qū)。4.壩式開(kāi)發(fā)的適用條件：適于流量大，坡降緩，且有筑壩建庫(kù)條件的河段。

22〔二〕引水式(diversionhydropowerstation)無(wú)壓引水式水電站:沿岸修建坡度平緩的明渠來(lái)集中落差。有壓引水式水電站:有壓隧洞或管道集中落差。1.概念：在河道上建壩和引水工程．將水導(dǎo)入人工建造的引水道(明渠、隧洞、管道等)，并引到引水道末端以集中落差，再接上壓力水管，導(dǎo)入電站廠房發(fā)電。2.分類：云南以禮河、金沙江梯級(jí)電站屬于該類型。

23無(wú)壓引水式水電站及其主要建筑物無(wú)壓引水示意圖無(wú)壓引水建筑物〔明渠、無(wú)壓隧洞〕，用明流的方式引水集中落差；這種引水道式開(kāi)發(fā)是依靠引水道的坡降〔或流速〕小于原河道的坡降〔或流速〕，因而隨著引水道的增長(zhǎng)，逐漸集中水頭。顯然，引水道的坡降越小，引水道越長(zhǎng)，集中的水頭越大。無(wú)壓引水式水電站一般水頭較小、規(guī)模不大如程家川水電站等；有壓引水式水電站引水建筑物是有壓的：壓力隧洞主要建筑物：低壩，有壓隧洞，調(diào)壓室，壓力水管，廠房，尾水渠。有壓引水式：云南以禮河梯級(jí)4電站

〔裝機(jī)32.15萬(wàn)KW/多年平均發(fā)電量16億度〕

有壓引水式：云南以禮河梯級(jí)4電站

〔裝機(jī)32.15萬(wàn)KW/多年平均發(fā)電量16億度〕

目前世界上水頭最大的水電站是意大利的勞累斯有壓引水式電站，水頭2030米。我國(guó)的雅魯藏布江大河灣，假設(shè)是截彎取直建立引水式電站，可集中水頭2350米。3.引水式開(kāi)發(fā)的特點(diǎn)：①水頭較高；②電站引用流量小，水量利用率差，綜合利用效益低；③無(wú)水庫(kù)淹沒(méi)損失，工程量小，單價(jià)一般較低。4.引水式開(kāi)發(fā)的適用條件：河道坡降陡，流量較小或地形、地質(zhì)條件不允許筑壩的河段。1—原河道；水頭HΔZ上ΔZ下2—明渠；3—取水壩；4—進(jìn)水口；5—前池；6—壓力水管；7—水電站廠房。1234567

29〔三〕混合式水電站(mixedhydropowerstation)2.開(kāi)發(fā)條件：當(dāng)河段上游坡降較緩且有筑壩建庫(kù)條件，下游坡降陡且有條件集中較大落差時(shí)，采用混合式開(kāi)發(fā)較經(jīng)濟(jì)。1.概念：在一個(gè)河段上，用壩集中一局部落差，再通過(guò)有壓引水道集中壩后河段的另一局部落差。

我國(guó)四川獅子灘、福建古田溪、東北鏡泊湖等屬于混合式開(kāi)發(fā)方式。

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31〔三〕混合式水電站(mixedhydropowerstation)圖1-6混合式水電站四川獅子灘、福建古田溪、廣東流溪河、東北鏡泊湖〔四〕潮汐水電站〔利用潮汐所形成的水位差發(fā)電的電站〕

33潮汐電站潮汐發(fā)電原理：利用潮水漲、落產(chǎn)生的水位差所具有勢(shì)能來(lái)發(fā)電的，也就是把海水漲、落潮的能量變?yōu)闄C(jī)械能，再把機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔堋舶l(fā)電〕的過(guò)程。潮汐發(fā)電示意圖

35〔五〕抽水蓄能電站

36抽水蓄能電站等抽水蓄能：系統(tǒng)負(fù)荷低時(shí)，利用系統(tǒng)多余的電能帶動(dòng)泵站機(jī)組將下庫(kù)的水抽到上庫(kù)(電動(dòng)機(jī)+水泵)，

以水的勢(shì)能形式貯存起來(lái)；

放水發(fā)電：系統(tǒng)負(fù)荷高時(shí)，將上庫(kù)的水放下來(lái)推動(dòng)水輪發(fā)電機(jī)組(水輪機(jī)+發(fā)電機(jī))發(fā)電，以補(bǔ)充系統(tǒng)中電能的缺乏。

代表性水電站介紹——三峽水電站三峽工程采用“一級(jí)開(kāi)發(fā)，一次建成，分期蓄水，連續(xù)移民〞方案。大壩為混凝土重力壩，壩頂總長(zhǎng)3035m，壩頂高程185m，正常蓄水位175

m，總庫(kù)容393

億m3，其中防洪庫(kù)容221.5億m3。裝機(jī)容量1820萬(wàn)kW，26×70萬(wàn)kW，年均發(fā)電量849億度。泄洪壩段每秒泄洪能力為11萬(wàn)m3/s，左岸通航建筑物，年單向通過(guò)能力500萬(wàn)t。雙線五級(jí)船閘，可通過(guò)萬(wàn)噸級(jí)船隊(duì)；單線一級(jí)垂直升船機(jī)，可快速通過(guò)3000t級(jí)客貨輪。

三峽工程竣工后，將發(fā)揮防洪、發(fā)電、航運(yùn)、養(yǎng)殖、旅游、保護(hù)生態(tài)、凈化環(huán)境、開(kāi)發(fā)性移民、南水北調(diào)、供水灌溉等十大效益，是世界上任何巨型電站都無(wú)法比較的！代表性水電站介紹——小浪底水電站

小浪底水利樞紐位于河南省洛陽(yáng)市以北40km的黃河干流上，是以防洪為主，兼顧防凌、減淤、灌溉和發(fā)電綜合利用的一座特大型工程。工程由大壩、泄洪建筑物及發(fā)電系統(tǒng)組成。大壩為粘土斜心墻堆石壩，壩頂長(zhǎng)1667m，最大壩高154m，庫(kù)容126.5億m3，泄水建筑物包括集中布置的10座進(jìn)水塔，9條泄洪排沙隧洞、一個(gè)正常溢洪道和三個(gè)消力塘組成；發(fā)電系統(tǒng)由6條引水隧洞和一座地下廠房、主變室、尾閘室及三條尾水洞組成?？傃b機(jī)容量6×30萬(wàn)千瓦，多年平均發(fā)電量51億度。代表性水電站介紹——新安江水電站

新安江水電站位于錢塘江支流新安江上，浙江省建德縣境內(nèi)，由中國(guó)自己設(shè)計(jì)、施工，自制設(shè)備，自行安裝的第一座大型水電工程。電站以發(fā)電為主，兼有防洪、灌溉、航運(yùn)等綜合利用效益，電站裝機(jī)容量662.5MW，保證出力178MW，多年平均年發(fā)電量18.6億KW?h，以220KV和110KV高壓輸電線路各4回接入華東電力系統(tǒng)。大壩為混凝土寬縫隙重力壩，最大壩高105m。代表性水電站介紹——二灘水電站

二灘工程是二十世紀(jì)建成的中國(guó)最大的水電站?？傃b機(jī)容量330萬(wàn)kW，單機(jī)容量55萬(wàn)kW，這在21世紀(jì)初三峽電站建成之前，均列全國(guó)第一，單機(jī)容量排世界前10位。二灘拱壩壩高240m為中國(guó)第一高壩。在雙曲拱壩排行中，高度居亞洲第一、世界第三；承受總荷載980萬(wàn)t，列世界第一?？傂顾?2480m3/s，在高壩中為世界第一。進(jìn)水口高度80m，調(diào)壓室高度70m，均居全國(guó)第一。代表性水電站介紹——溪洛渡水電站

溪洛渡水電