水利水电基本知识.ppt

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1、第二讲：水利水电基本知识（讲课提纲）水文学的有关概念 水利水电规划 水电站在电网中的作用 水能利用和开发方式 径流调节 水库的特征水位及其库容 工程地质的有关知识水文学的有关概念 水文学是研究地球水圈的存在与运动的科学。水文学主要研究地球上水的形成、循环、时空分布、化学和物理性质以及水与环境的相互关系，为人类防治水旱灾害，合理开发和有效利用水资源，不断改善人类生存和发展的环境条件，提供科学依据。水文学是地理科学中一门独立的基础科学，并与气象学、地质学、地理学、生态学等有着密切的联系；水文学又是一门应用科学，广泛地为水利、农业、林业、城市、交通等部门服务。广义的水文学包括海洋水文学、水文气象学、

2、陆地水文学和应用水文学。水文学通常主要指陆地水文学和应用水文学。水文学的有关概念 海洋水文学：研究海水的化学成分和物理特性、海洋中的波浪、潮汐、海流、海岸泥沙运动。水文气象学：研究水圈和气圈的相互关系，包括大气中的水文循环和水量平衡、暴雨和干旱的发生规律和发展规律，它是水文学和气象学的边缘学科。陆地水文学：研究陆地上水的分布、运动、化学和物理性质以及水与环境相互关系的学科。应用水文学：运用水文学及有关学科的理论，研究解决各种实际水文问题的途径和方法，为农业、水利、林业、电力、交通、城镇供水和排水、环境保护等提供水文参数、水文数据和水文预报服务的一门应用科学。是现代水文学中最富有生气的分支学科。

3、水文学的有关概念 现代水文学的发展方向：人类对水资源的需求越来越迫切，水文学的研究领域正在向着水资源开发利用提供科学依据的方向发展。大规模人类活动对水文循环、进而对地球环境正在产生多方面的影响。研究和评价这种影响，指导人们在开发水资源时注意保护人类生存环境，是水文学科发展中的新课题。水文学和环境科学的交叉学科环境水文学正在育孕而成。现代科学技术，如遥感技术、通信技术、计算机技术、随机过程的理论与方法、系统分析的理论与方法等，正在渗入水文学各领域，使传统水文学方法出现突破性的进展。水文学的研究领域不断扩大，水文学和地理学科中其他学科间的空隙逐渐得到填补，交叉学科正在蓬勃兴起。水文学的有关概念 水

4、文测验技术 近年来，我国从国外引进了许多水文测验技术先进设备，如声学多普勒测流设备、水质自动监测设备等。目前，我国水位、雨量观测实现采集传输自动化，流量、泥沙、水质在线监测有很大进展，在测验方法上保持与国外先进水平同步发展，但在测验设备研发上还相当滞后。水文职工使用流速仪测流水文职工正在抢测洪峰天津海河闸数字化水文站黄河温家川水文站超声波水位计黄河河源区水文自动测报装置水文学的有关概念 水循环（又称水分循环或水文循环）的定义：地球上的水分通过蒸发、水汽输送、降水、下渗、径流等过程不断转化、迁移的现象。水循环由海洋的、大陆的以及各种不同尺度的局部循环系统组成，他们相互联系、周而复始，形成庞大而复

5、杂的动态系统。水循环的范围：向上伸展到大气层约15高，向下深入到地壳平均约1深之间的大气圈、岩石圈、生物圈。根据水在自然界的循环路径，水循环可分为大循环和小循环。水文学的有关概念 水在地球大气圈、水圈和岩石圈之间的循水在地球大气圈、水圈和岩石圈之间的循环过程称为环过程称为大循环大循环过程过程。大循环的路径大循环的路径：海洋水通过蒸发上升到大：海洋水通过蒸发上升到大气中，水蒸汽随大气环流漂移到陆面上空，气中，水蒸汽随大气环流漂移到陆面上空，然后降落到地面，降水的一部分形成地表然后降落到地面，降水的一部分形成地表径流汇流到江河，另一部分下渗到土壤形径流汇流到江河，另一部分下渗到土壤形成地下径流也渗

6、入到江河，江河最终流入成地下径流也渗入到江河，江河最终流入海洋，完成循环过程。海洋，完成循环过程。水文学的有关概念 陆面、湖泊或海洋本身的水，在其自身的陆面、湖泊或海洋本身的水，在其自身的小区域内单独进行循环的过程称为小区域内单独进行循环的过程称为小循环小循环过程过程。小循环路径小循环路径：海洋：海洋蒸发蒸发降水降水海洋。海洋。湖泊湖泊蒸发蒸发降水降水汇流汇流江河江河湖泊。湖泊。土壤土壤蒸发蒸发降水降水下渗下渗土壤。土壤。水文学的有关概念水文学的有关概念自然界水量平衡：水文学的有关概念水文学的有关概念水文学的有关概念 地表水：分别存在于河流、湖泊、沼泽、冰川和冰盖等水体中水分的总称，又称陆地水

7、。流域：河流或湖泊由地表水及地下水的分水线所包围的集水区。集水区的面积，称作流域面积。流域按河道水流归宿的不同，分为外流流域和内流流域。水文学的有关概念 江河水流直接流入海洋的称为外流流域。（如长江、黄河、钱塘江等江河直接流入太平洋）江河水流排入内陆湖或消失在沙漠中、不与海洋相通的称为内流流域。（如塔里木河流入沙漠区的台特马湖）水文学的有关概念 河流泥沙是指水流中携带或淤积下来的岩土颗粒。河流泥沙运动是指河流中泥沙颗粒在水流作用下的冲刷、搬运和堆积过程。在暴雨作用下，流域地表受到侵蚀是产生河流泥沙的主要原因。河流泥沙在水流作用下汇集到河流中，一部分被送入海洋，一部分在河谷内沿程落淤形成冲积层，

8、河流就在它自己造成的冲积层上流动并不断朔造河床。水文学的有关概念 中国西北黄土高原大部分河流汛期含沙量很高，常超过300400kgm3,最大含沙量出现于黄河支流窟野河，为1500 kgm3。黄河多年平均含沙量37 kgm3，海河多年平均含沙量10.7 kgm3，辽河多年平均含沙量5.12kgm3，长江多年平均含沙量1.21 kgm3，珠江多年平均含沙量0.2185kgm3。水文学的有关概念 洪水洪水 河湖在较短时间内发生的流量急剧增加，河湖在较短时间内发生的流量急剧增加，水位明显上升的水流现象。水位明显上升的水流现象。洪水按成因和地理位置不同，分为暴雨洪水、融洪水按成因和地理位置不同，分为暴雨

9、洪水、融雪洪水、山洪、冰凌洪水以及溃坝洪水。雪洪水、山洪、冰凌洪水以及溃坝洪水。一次洪水的流量最大值称为一次洪水的流量最大值称为洪峰流量洪峰流量，一次洪水，一次洪水的总水量称为的总水量称为洪水总量或洪量洪水总量或洪量。特定流域一定历时内，气象上可能发生的最大暴特定流域一定历时内，气象上可能发生的最大暴雨称雨称可能最大暴雨可能最大暴雨，将之转化为洪水为，将之转化为洪水为可能最大可能最大洪水洪水水文学的有关概念 水文统计 在工程上，应用概率论和数理统计学的原理和方法来研究降水、径流、洪水等水文事件发生规律的一种技术途径。降水、径流、洪水等水文事件具有循环性、规律性、随机性和地区性。从短期看，降水、

10、径流、洪水等水文事件是随机性的；从长期看，降水、径流、洪水等水文事件是有规律性的。水文学的有关概念水文学的有关概念水利水电规划 水利水电规划是水利水电建设的一项重要的前期工作；是防治水害、合理开发利用和保护水资源而制定的总体安排；也是水利水电科学的一个重要分支。水利水电规划的类型：流域规划、地区规划、专业规划、跨流域调水规划、工程规划等。水利水电规划 编制水利水电规划的基本原则 坚持可持续发展的原则。坚持水利水电建设与国民经济和社会发展紧密结合的原则。坚持人与自然和谐相处的原则。坚持全面规划、统筹兼顾、标本兼治、综合治理的原则。坚持量力而行、突出重点的原则。坚持因时因地制宜的原则。水利水电规划

11、水电站在电网中的作用 水力发电的特点：水能是可再生能源；水能可以储蓄和调节；水力发电的可逆性；水电站运行的灵活性；水电站生产成本低、效率高；水电站不产生污染；水电站电能生产存在不均衡性。我国水能资源分布图水利水电规划 水电站在电网中的作用 水轮发电机组开停灵活、快速，能适应电力负荷的变化。有水库调节的水电站适应在腰荷和峰荷工作。没有调节能力的径流式水电站适合在基荷工作。在一个较大的供电区域内，用高压输电线路将各种不同类型的发电厂（火电、水电、核电、风电、潮汐电站等）连接在一起，统一向用电户供电的系统，称为电力系统，也称电网。在电力系统中，用电户在某一时刻所需的电力功率称为电力负荷。水利水电规划

12、 水能利用和开发方式 水力发电是将河流、湖泊或海洋等水体所蕴藏的水力发电是将河流、湖泊或海洋等水体所蕴藏的水能转换为电能的工程技术。水力发电的原理是水能转换为电能的工程技术。水力发电的原理是利用水体的势能而做功，主要因素是流量（利用水体的势能而做功，主要因素是流量（Q）与水头（与水头（H）。）。水力发电的能力以水力发电功率P表示：P=(6.58.5)QH 其中水力发电功率P的单位为kw;流量流量Q Q的单位为的单位为m m3 3s s;水头水头H H的单位为的单位为m m。水利水电规划 按水电站的开发方式，分为按水电站的开发方式，分为蓄水式水电站蓄水式水电站和和径流式水电站。径流式水电站。按水

13、电站的结构形式，分为按水电站的结构形式，分为坝式水电站坝式水电站、引水式水电站引水式水电站和和混合式水电站混合式水电站。蓄水式水电站采用拦河坝形成水库，用输蓄水式水电站采用拦河坝形成水库，用输水管道或输水隧洞，在短距离内形成水头，水管道或输水隧洞，在短距离内形成水头，集中落差发电。坝式水电站和混合式水电集中落差发电。坝式水电站和混合式水电站都属于蓄水式水电站。站都属于蓄水式水电站。位于浙江省的新安江水电厂（水库总库容220亿立方米、总装机容量66.25万千瓦）位于四川省的二滩水电站（水库总库容58亿立方米、总装机容量330万千瓦）水利水电规划 径流式水电站径流式水电站是指对天然径流无调节能力的

14、或仅是指对天然径流无调节能力的或仅能进行水量日调节的水电站。能进行水量日调节的水电站。无调节水电站的特点是完全按照天然径流量发电，无调节水电站的特点是完全按照天然径流量发电，功率和发电量随着天然流量的变化而变化，季节功率和发电量随着天然流量的变化而变化，季节性电能比重大，水量利用率（发电年用水量与多性电能比重大，水量利用率（发电年用水量与多年平均径流量之比）常为年平均径流量之比）常为0.60.7。在径流式水电站中，高水头引水式水电站发电水在径流式水电站中，高水头引水式水电站发电水头比较固定，电站出力主要取决于来水量头比较固定，电站出力主要取决于来水量;而低水而低水头河床式水电站在洪水时常因下游

15、水位抬高，水头河床式水电站在洪水时常因下游水位抬高，水头减少，功率反而降低。头减少，功率反而降低。湖南省茶陵县青年水电站（径流式、河道蓄水、低水头）浙江省景宁县宁润水电站（径流式电站，高水头引水式）吉林省双山水电站(径流式，高水头引水式）安徽皖南山区小水电站（径流式、橡胶坝挡水形成低水头河床式）水利水电规划 径流调节 径流调节:运用湖泊、水库对天然径流进行控制和重新分用湖泊、水库对天然径流进行控制和重新分配，配，以适度改变天然径流在时空上的分布不均，以适度改变天然径流在时空上的分布不均，称为径流称为径流调节。调节。径流调节的目的蓄丰补枯，提高枯水期流量。径流调节的径流调节的目的蓄丰补枯，提高枯

16、水期流量。径流调节的原理为水量平衡。原理为水量平衡。水量平衡公式：水量平衡公式：W W来来WW用用=V V 式中式中W W来来为某一时段从河道进入水库的天然来水量为某一时段从河道进入水库的天然来水量 W W用用为某一时段水库向下游的供水量为某一时段水库向下游的供水量 V V为库容增量为库容增量 V V0 0，表示水库蓄水，库水位上升，表示水库蓄水，库水位上升，库容增加。库容增加。V V0 0，表示水库供水，库水位下降，表示水库供水，库水位下降，库容减少。库容减少。水利水电规划 水库兴利调节的能力：水库调节天然径流以满足各用水部水库兴利调节的能力：水库调节天然径流以满足各用水部门需求（供水、发电、灌溉、航运、河流生态流量补给等）门需求（供水、发电、灌溉、航运、河流生态流量补给等）的能力大小，用库容系数的能力大小，用库容系数表示：表示：库容系数库容系数=兴利库容兴利库容V V兴兴/多年平均年径流量多年平均年径流量W W 库容系数库容系数大，表示水库调节性能好，调节周期长；反大，表示水库调节性能好，调节周期长；反之，表示水库调节性能差，调节周期短。之，表示水库调节性能差，调节周期短。库容系数