G.6.4.1.1保证出力计算对于年调节水库水电站，由于水库有调节作用，因而年调节水电站的保证出力是指相应于设计保证率的供水期的平均出力。例如，某水电站设计保证率为90%，保证出力为1万kW，就表明在多年运行期间平均100年有90年该水电站的供水期的平均出力大于等于1万kW。不计水库水量损失，试用等流量法计算水电站的保证出力。由表G6.8计算可得，设计枯水年供水期的平均出力即保证出力1303kW。G6.4.1.2多年平均年发电量计......
2023-06-21
灌溉与发电结合的水库设计方案——保证出力与平均年发电量计算
【摘要】：对于灌溉为主结合发电的年调节水库，确定兴利库容、保证出力和多年平均年发电量的具体方法，结合算例加以介绍。水库蒸发、渗漏损失按月平均蓄水量的2.5%计。求兴利库容和设计枯水年的各月平均出力。对设计枯水年，在满足灌溉用水要求的前提下，为了充分利用水量发电，按完全年调节确定水库逐月下泄水量，即发电水量，并计入水量损失，进而求兴利库容并计算设计枯水年的各月平均出力，结果见表G6.10。
为体现一库多利、一水多用的原则，许多水库灌溉用水的取水口通常在水电站尾水下游，来水先发电后灌溉，并且灌溉用水为主要任务，发电服从灌溉。例如，坝后式水电站尾水下游引水灌溉、灌区渠首水电站都属于这种类型。这类水库兴利调节计算的特点是：①灌溉设计保证率采用年保证率p灌，发电设计保证率采用历时（以月为时段）保证率（由于此类水库没有明显的发电供水期）；②在工程地质条件及水库上游淹没条件允许的情况下，确定兴利库容，除满足灌溉用水要求外，还适当考虑充分利用水量发电；③在灌溉期发电水量必须大于或等于灌溉水量，非灌溉期的发电流量应尽量均匀，即水电站以等流量调节。
对于灌溉为主结合发电的年调节水库，确定兴利库容、保证出力和多年平均年发电量的具体方法，结合算例加以介绍。
【例G6.5】某灌溉为主结合发电的年调节水库，在水库坝后兴建一坝后式水电站。灌溉设计保证率p＝75%，发电设计保证率70%。水库水位容积关系见表G6.9，考虑综合利用要求确定水库死水位为111m，相应死库容为480万m3。水库蒸发、渗漏损失按月平均蓄水量的2.5%计。电站下游平均水位为95m。水电站水头损失ΔH＝1.0，出力系数k＝7.5。试确定水库的兴利库容、保证出力和多年平均年发电量。
表G6.9 某水库水位容积关系
计算步骤如下：
（1）选择丰、平、枯三个代表年。由灌溉设计保证率p灌＝75%，按频率p＝75%、50%、25%分别选择枯水、平水和丰水三个代表年，其来水和灌溉用水过程见表G6.10、表G6.11和表G6.12中的第（2）、（5）栏。
（2）求兴利库容和设计枯水年的各月平均出力。对设计枯水年，在满足灌溉用水要求的前提下，为了充分利用水量发电，按完全年调节确定水库逐月下泄水量，即发电水量，并计入水量损失，进而求兴利库容并计算设计枯水年的各月平均出力，结果见表G6.10。具体方法如下：
1）初步确定水库的水量损失。为简化计算，取每月损失水量为一常数，即各月损失水量均按平均蓄水量
来计算。由于兴利库容V兴未知，因此各月损失水量需要试算。此例经过分析，假定V兴＝950万m3，则各月平均蓄水量
×950＋480＝955（万m3），于是，初步确定水库逐月损失水量为955×2.5%＝23.9（万m3），取整数24万m3。
表G6.10 某灌溉为主结合发电水库设计枯水年径流调节和出力计算（p ＝75%）
表G6.11 某灌溉为主结合发电水库平水年径流调节和出力计算（p＝50%）
表G6.12 某灌溉为主结合发电水库丰水年径流调节和出力计算（p＝25%）
2）确定逐月下泄水量W下泄。需要灌溉用水的月份W下泄＝W灌；而其余月份按照将来水进行完全年调节的原则，等水量下泄。本例中，非灌溉期月份每月下泄水量为
见表G6.10第（6）栏。
3）求兴利库容。由第（4）栏净来水量与第（6）栏水库泄水量调节计算，水库为两回运用，确定兴利库容为944万m3。
1）初步确定水库的水量损失。为简化计算，取每月损失水量为一常数，即各月损失水量均按平均蓄水量
来计算。由于兴利库容V兴未知，因此各月损失水量需要试算。此例经过分析，假定V兴＝950万m3，则各月平均蓄水量
×950＋480＝955（万m3），于是，初步确定水库逐月损失水量为955×2.5%＝23.9（万m3），取整数24万m3。
表G6.10 某灌溉为主结合发电水库设计枯水年径流调节和出力计算（p ＝75%）
表G6.11 某灌溉为主结合发电水库平水年径流调节和出力计算（p＝50%）
表G6.12 某灌溉为主结合发电水库丰水年径流调节和出力计算（p＝25%）
2）确定逐月下泄水量W下泄。需要灌溉用水的月份W下泄＝W灌；而其余月份按照将来水进行完全年调节的原则，等水量下泄。本例中，非灌溉期月份每月下泄水量为
见表G6.10第（6）栏。
3）求兴利库容。由第（4）栏净来水量与第（6）栏水库泄水量调节计算，水库为两回运用，确定兴利库容为944万m3。
4）检验初定的各月水量损失是否正确。采用简化法计入损失，月平均蓄水量
×944＋480＝952（万m3），月平均水量损失为952×2.5%＝23.8（万m3），故初步确定的各月损失水量为24万m3是正确的，因此V兴＝944万m3为所求。
4）检验初定的各月水量损失是否正确。采用简化法计入损失，月平均蓄水量
×944＋480＝952（万m3），月平均水量损失为952×2.5%＝23.8（万m3），故初步确定的各月损失水量为24万m3是正确的，因此V兴＝944万m3为所求。
5）求设计枯水年的各月平均出力。根据表G6.10中第（7）、（8）两栏的逐月余、亏水量，可求得水库逐月末的蓄水量，进而得到水库月平均蓄水量，由其查水位—容积关系线可得月平均库水位，见表G6.10中第（9）～（11）栏；由月平均库水位减去下游平均水位95m及水头损失1.0m得第（12）栏月平均净水头；由第（6）栏逐月下泄水量可求得第（13）栏逐月发电流量，即发电流量
（每月按30.4d计）；由第（12）、（13）栏及出力系数即可求得第（14）栏逐月平均出力，即N＝KqH净。
（3）求平水年和丰水年各月平均出力。对于平水年和丰水年，在V兴一定的情况下进行完全年调节，确定逐月下泄水量的原则是，在满足各月灌溉用水的前提下各月下泄水量应尽量均匀。但如果按全年均匀下泄，丰水期会出现水库蓄满必须弃水的情况。因此，可分成蓄水期和供水期，并分别按等水量下泄；而当存在既不属于蓄水期，又不属于供水期的月份时，则按天然来水量下泄，这样的时期通常称为不供不蓄期。
对于平水年，计算结果见表G6.11，现以此年为例加以说明。
蓄水期7～8月每月下泄水量为
供水期12月至次年6月中，4月按灌溉用水下泄，其余月份下泄水量为
9月、10月、11月属于不供不蓄期，W下泄＝W净来。
将求得的各月W下泄与灌溉需水量比较，均大于或于W泄，故能满足灌溉用水要求。
当逐月下泄水量确定后，以后的调节计算及月平均出力计算与设计枯水年的计算方法相同，不再赘述。
丰水年的计算与平水年类似，结果见表G6.12，请读者自行分析。
需要说明的是，当各月下泄水量确定后，表G6.10、表G6.11、表G6.12用Excel软件进行计算非常方便，涉及的有关操作环节及方法与前述利用Excel软件进行计算的有关例题类似，读者可上机练习，此处不再赘述。
5）求设计枯水年的各月平均出力。根据表G6.10中第（7）、（8）两栏的逐月余、亏水量，可求得水库逐月末的蓄水量，进而得到水库月平均蓄水量，由其查水位—容积关系线可得月平均库水位，见表G6.10中第（9）～（11）栏；由月平均库水位减去下游平均水位95m及水头损失1.0m得第（12）栏月平均净水头；由第（6）栏逐月下泄水量可求得第（13）栏逐月发电流量，即发电流量
（每月按30.4d计）；由第（12）、（13）栏及出力系数即可求得第（14）栏逐月平均出力，即N＝KqH净。
（3）求平水年和丰水年各月平均出力。对于平水年和丰水年，在V兴一定的情况下进行完全年调节，确定逐月下泄水量的原则是，在满足各月灌溉用水的前提下各月下泄水量应尽量均匀。但如果按全年均匀下泄，丰水期会出现水库蓄满必须弃水的情况。因此，可分成蓄水期和供水期，并分别按等水量下泄；而当存在既不属于蓄水期，又不属于供水期的月份时，则按天然来水量下泄，这样的时期通常称为不供不蓄期。
对于平水年，计算结果见表G6.11，现以此年为例加以说明。
蓄水期7～8月每月下泄水量为
供水期12月至次年6月中，4月按灌溉用水下泄，其余月份下泄水量为
9月、10月、11月属于不供不蓄期，W下泄＝W净来。
将求得的各月W下泄与灌溉需水量比较，均大于或于W泄，故能满足灌溉用水要求。
当逐月下泄水量确定后，以后的调节计算及月平均出力计算与设计枯水年的计算方法相同，不再赘述。
丰水年的计算与平水年类似，结果见表G6.12，请读者自行分析。
需要说明的是，当各月下泄水量确定后，表G6.10、表G6.11、表G6.12用Excel软件进行计算非常方便，涉及的有关操作环节及方法与前述利用Excel软件进行计算的有关例题类似，读者可上机练习，此处不再赘述。
（4）求保证出力。将三个代表年所求的月平均出力（共36个），由大到小排队，并用公式
计算经验频率见表G6.13。利用此表数据，绘制水电站月平均出力频率曲线（限于篇幅，图略），然后由发电设计保证率p＝70%，从图中查得水电站的保证出力为Np＝120kW。
（5）求多年平均年发电量。如前所述，应考虑装机容量的限制。若本例装机容量Ny＝800kW，根据各表（表G6.10、表G6.11、表G6.12）中的第（14）栏数据，利用式（G6.17）可求得多年平均年发电量为
表G6.13 某灌溉为主结合发电水库月平均出力频率计算表
（4）求保证出力。将三个代表年所求的月平均出力（共36个），由大到小排队，并用公式
计算经验频率见表G6.13。利用此表数据，绘制水电站月平均出力频率曲线（限于篇幅，图略），然后由发电设计保证率p＝70%，从图中查得水电站的保证出力为Np＝120kW。
（5）求多年平均年发电量。如前所述，应考虑装机容量的限制。若本例装机容量Ny＝800kW，根据各表（表G6.10、表G6.11、表G6.12）中的第（14）栏数据，利用式（G6.17）可求得多年平均年发电量为
表G6.13 某灌溉为主结合发电水库月平均出力频率计算表
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