水资源规划及利用期末卷(附答案).pdf

1二简答题（4 小题，共 28 分）1.水库群联合工作时可以相互补偿，补偿作用有哪些？补偿的目的是什么？（1）水文补偿：不同河流或干支流，因水文不同步性，起到相互补充水量（也称径流补偿），提高总供水量或出力。（2）库容补偿：利用各水库调节性能的差异，而进行的补偿。选调节性能好的水库作为补偿水库，调节性能差的水库作为被补偿水库。改变补偿水库的运行方式，以提高总的保证出力或水量。（3）电力补偿：水电站水库在电力系统中联合工作，共同满足系统用户出力和电量要求因相互补偿使系统的保证出力提高，或将季节电能转化为可靠电能2.电力系统为什么需要设置负荷备用容量？哪些电站适宜担任负荷备用？（1）在实际运行状态下，电力系统的日负荷是经常处在不断的变化之中，随时有可能出现突荷。这是由于系统中总有一些用户的负荷变化是十分猛烈而急促，这种不能预测的突荷可能在一昼夜的任何时刻出现，也有可能恰好出现在负荷的尖峰时刻，使此刻最大负荷的尖峰更高，因此，电力系统必须随时准备部分备用容量。当这种突荷出现时，不致于因系统容量不足影响供电质量。（2）靠近负荷中心，具有大水库、大机组的坝后式水电站，应优先考虑；对于引水式水电站，应选择引水道比较短的电路；当缺乏水电站时，也可选择火电站。3.何谓死水位（Z死）和死库容（V死）？为什么水库要设置死库容（或者说，死库容有何用）？为什么要设置极限死水位？死水位：在正常运用的情况下，允许水库消落的最低水位。死库容：死水位以下的水库容积。极限死水位：当遇到特殊枯水年份或者发生特殊情况（例如水库清底检修、战备、地震等）时，水库运行水位允许比设计死水位还低一些，被称为死水位。设置死水位的作用：（1）垫底：保证兴利各种用水部门正常工作的最低要求。水位自流溢出，发电最小水头，航深，供水最低水位。水量水域养鱼、旅游、库区环境卫生。（2）容纳水库使用期间的泥沙淤积，保证 V兴正常运用。4 简述绘制水库调度图的意义。水库调度图不仅可用以指导水库的运行调度，增加编制各部门生产任务的预见性和计划性，提高各水利部门的工作可靠性和水量利用率，更好地发挥水库的综合利用作用；同时也可用来合理决定和校核水电站的主要参数以及水电站的动能指标（出力、发电量）。三、论述题（1 小题，共 12 分）2从水资源的综合利用与开发谈起，说明水资源对人类活动的重要作用？以及可能出现的问题？通过这门课的学习，你对这些问题的解决有何建议？结合水资源的综合利用与开发；说明水资源对人类活动的重要作用；水资源利用可能出现的问题；解决这些问题的建议。四、计算题（3 小题，共 36 分）1.某拟建水库坝址处多年平均径流量为 1100106m3，多年平均流量为 36m3/s。属于年调节水库，68 月为丰水期，9 月到次年 5 月为枯水期。不计水库水量损失，其它已知数据如下表 1。求 V兴。天然来水各部门综合用水时段（月）流量(m3/s)水量(106m3)流量(m3/s)水量(106m3)61.5824100.81021071.4193800.821220丰水期81.7174600.74720090.8102100.849220100.7091900.821220110.6941800.887230120.7842100.82122010.7472000.82122020.8492200.96525030.5971600.85923040.5791500.926240枯水期50.5601500.8592302.已知某水库 P=1%的设计洪水过程线如下表 1。溢洪建筑物采用河岸溢洪道，不设闸门，其堰顶高程为 31.63m，溢洪宽度为 65m，泄流公式 q=115（H 为水库水位与堰顶之间的水头差）。水库水位与容积关系如下表 2。并且已知 t=0、t=1 小时、t=2 小时的水库水位为 31.63m、32.12m、32.95m。用试算法进行调洪演算，推求t=3 小时、4 小时的水库水位、下泄流量。表 1 设计洪水过程时间（小时）012345678910入库流量(m3/s)03406801020 8757295834372911460表 2 水库水位容积关系曲线水位 z（m）31.63 32.12 32.95 33.75 34.29 34.45 34.613容积 V（106m3）1010.54 11.99 14.09 15.95 16.91 18.183.某水电站的正常蓄水位为 180m，某年供水期各月平均的天然来水量 Q 天、各种流量损失 Q 损、下游各部门用水流量 Q 用和发电需要流量 Q 电分别见下表 3。9 月份为供水期起始月，水位为正常蓄水位。此外，水库水位与库容的关系，如下表1。水库下游水位与流量的关系，见下表 2。水电站效率=0.85。试求水电站各月平均出力及发电量。表 1 水库水位容积关系曲线水位 z（m）168170172174176178180容积V（108m3）3.716.349.1412.2015.8319.9225.20表 2 水电站下游水位与流量的关系流量（m3/s）130140150160170180下游水位（m）115.28116.22117.00117.55118.06118.50表 3 水电站出力及发电量计算给定数据时段 t月（1）910111212天然来水流量 Q天（2）1158570625652各种流量损失 Q损（3）201510988下游各部门用水流量 Q用（4）10092125607078发电需要流量 Q电m3/s（5）150150154159150150四计算题（3 小题，共 36 分）1.计算结果表如下，得到 V兴=390106m3天然来水各部门综合用水多余或不足水量弃 水时段（月）流量(m3/s)水量(106m3)流量(m3/s)水量(106m3)多余(106m3)不足(106m3)水量(106m3)流量(m3/s)时段末兴利库容蓄水量(106m3)71.582 4100.810 210200 0020081.419 3800.821 220160 00360丰水期91.717 4600.747 200260 230 39010 0.810 2100.849 220 10 38011 0.709 1900.821 220 30 350枯12 0.694 1800.887 230 50 300410.784 2100.821 220 10 29020.747 2000.821 220 20 27030.849 2200.965 250 30 24040.597 1600.859 230 70 17050.579 1500.926 240 90 80水期60.560 1500.859 230 80 0合 计0.921 29200.849 2690620390230 2.解（1）由已知公式计算得到 q=f(Z)关系，如下表水位 Z（m）31.6332.1232.9533.7534.2934.4534.61库容 V(106m3)1010.5411.9914.0915.9516.9118.18下泄流量q(m3/s)039.44174.40354.98498.91544.59591.59（2）选取计算时段t=1 小时，列表计算如下：时间t(h)入库洪水流量 Q(m3/s)时段平均入库流量下泄流量q(m3/s)时段平均下泄流量时段内水库存水量变化（万 m3）水库存水量（万m3）水库水位（m）00170019.720.541031.63134051039.44106.921.4510.5432.122680850174.40264.692.1011.9932.9531020947.5354.98426.951.8614.0933.754875802498.91523.221.0415.9534.29试算过程：t=3 小时 时间 t(h)入库洪水Q(m3/s)水库水位Z(m)水库库容V(106m)下泄流量 q(m3/s)平均入库流量Q 平均下泄流量 q 水库库容变化V(106m3)V2(106m3)q2(m)Z2(m)(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)(10)(11)5 2 680 32.95 11.99 174.40 850 264.69 2.11 3 1020 33.75 14.09 354.98 14.09 354.98 33.75 试算过程：t=4 小时 时间t(h)入库洪水Q(m3/s)水库水位Z(m)水库库容V(106m)下泄流量 q(m3/s)平均入库流量Q 平均下泄流量q 水库库容变化V(106m3)V2(106m3)q2(m)Z2(m)(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)(10)(11)3 1020 33.75 14.09 354.98 947.5 426.945 1.86 4 875 34.29 15.95 498.91 15.95 498.91 34.29 3.解时段 t月（1）910111212天然来水流量 Q天（2）1158570625652各种流量损失 Q损（3）201510988下游各部门用水流量Q用（4）10092125607078发电需要流量 Q电（5）150150154159150150水库供水流量-Qm3/s（6）-55-77-94-106-102-106水库供水量-W（7）-1.445-2.023-2.469-2.784-2.683-2.784弃水量（8）000000时段初水库存水量 V初（9）25.200 23.75521.73219.26318.479 15.796时段末水库存水量 V末亿 m3（10）23.755 21.73219.26318.47915.796 13.012时段初上游水位 Z初（11）180.00 179.56178.78177.72176.32 175.98时段末上游水位 Z末（12）179.56 178.78177.72176.32175.98 174.45月平均上游水位 Z上m（13）179.78 179.17178.25177.02176.15 175.226月平均下游水位 Z下（14）117.00 117.00117.25117.50117.00 117.00水电站平均水头 H（15）62.7862.1761.0059.5259.1558.22月平均出力 N万 Kw（16）7.857.787.837.897.407.28月发电量 E万 Kwh（17）573156795716576054025314一解释下列概念（每小题 3 分，共 24 分）二简答题（4 小题，共 28 分）1 何谓设计枯水系列？简述设计枯水系列的“扣除允许破坏年数法”的确定方法。1 为了计算水库运用多年连续枯水状况，选择的设计枯水系列。在实测资料中选择出最严重的连续枯水年组，并从该年组最末一年起逆时序扣除允许破坏年数，就得到设计枯水系列。（2）先计算允许破坏年数 T破：T破=n-P设(n+1)在实测资料中选择出最严重的连续枯水年组，并从该年组最末一年起逆时序扣除允许破坏年数，就得到设计枯水系列。2 简述水电站最大工作容量选择的原则？原则：电力平衡原则 电量平衡原则 系统容量平衡原则3 对于不同调节类型（指无调节、日调节、年调节、多年调节）水库，按照兴利需求，要求水库何时应该蓄到正常蓄水位？a)多年调节水库在连续丰水年后才能蓄到正常蓄水位；b)年调节水库在每年供水期前蓄到正常蓄水位；c)日调节水库每天在水电站调节峰荷以前蓄到正常蓄水位；d)无调节水电站任何时候在正常蓄水位。三、论述题：（共 12 分）当前，我国所面临的水资源问题主要有哪些？你是如何看待这些问题？（1）水资源短缺（2）洪水灾害（3）水环境污染7四、计算题：（每题 12 分，共 36 分）1.某水库 V死=60104m3，设计枯水年来水量及用水量如下表。调节年度由当年 6 月到次年 5 月，其中，69 月为丰水期，105 月为枯水期。试推求 V兴。月份678910111212346流量m3/s1.582 1.419 1.717 1.196 0.709 0.694 0.784 0.747 0.849 0.597 0.579 0.560来水水量104m3410380460310190180210200220160150150流量m3/s0.810 0.821 0.747 0.849 0.821 0.887 0.821 0.821 0.965 0.859 0.887 0.821用水水量104m32102202002202202302202202502302302202.某水库的泄洪建筑物型式和尺寸已定，设有闸门。水库的运行方式是：在洪水来临时，先用闸门控制 q 使等于 Q，水库保持防洪限制水位（38.0m）不变；当 Q 继续加大，使闸门达到全开，以后就不用闸门控制，q 随着 Z 的升高而加大，流态为自由泄流，qmax也不限制，情况与无闸门控制一样。已知水库容积特性 V=f(Z)，并根据泄洪建筑物型式和尺寸，算出水位和下泄流量关系曲线 q=f(Z)，见下表。堰顶高程为 36.0m。入库洪水流量过程线如下表，在 t=18 小时，水库达到防洪限制水位。用列表试算法计算在 t=21 小时、t=24 小时的水库水位、下泄流量。表 1 某水库 V=f(Z)、q=f(Z)曲线（闸门全开）水位 Z(m)36.0 36.5 37.037.538.038.539.039.540.040.541.0库容 V(万 m3)4330 4800 531058606450708077608540942010250 11200下泄流量q(m3/s)022.5 55.0105.0 173.9 267.2 378.3 501.9 638.9 786.1 946.0表 2 入库洪水流量过程时间 t(h)182124273033363942454851入库洪水流量 Q(m3/s)174340850192014501110 9007606104603602903.某水电站的正常蓄水位为 180m，某年供水期各月平均的天然来水量 Q天、各种流量损失Q损、下游各部门用水流量 Q用和发电需要流量 Q电分别见下表 3。9 月份为供水期起始8月，水位为正常蓄水位。此外，水库水位与库容的关系，如下表 1。水库下游水位与流量的关系，见下表 2。水电站效率=0.85。试求水电站各月平均出力及发电量。表 1 水库水位容积关系曲线水位 z（m）168170172174176178180容积V（108m3）3.716.349.1412.2015.8319.9225.20表 2 水电站下游水位与流量的关系流量（m3/s）130140150160170180下游水位（m）115.28116.22117.00117.55118.06118.50表 3 水电站出力及发电量计算给定数据时段 t月（1）910111212天然来水流量 Q天（2）1158570625652各种流量损失 Q损（3）201510988下游各部门用水流量 Q用（4）10092125607078发电需要流量 Q电m3/s（5）150150154159150150四计算题（3 小题，共 36 分）1.解 丰水期枯水期合计月份678910111212345 流量 m3/s1.5821.4191.7171.1960.7090.6940.7840.7470.8490.5970.5790.560 来水水量 104m3410 380 460 310 190180 210 200 220 160 150150 流量 m3/s0.8100.8210.7470.8490.8210.8870.8210.8210.9650.8590.8870.821 用水水量 104m3210 220 200 220 220230 220 220 250 230 240230 多余 104m3200 160 260 90 多余或不足不足 104m3 3050102030709080380流量 m3/s 弃水水量 104m300240 90 时段末兴利库容蓄水量 104m3200 360 380 380 350300 290 270 240 170 800 兴利库容 V兴=380104 m32.解9计算结果表时间 t（h）入库洪水流量 Q(m3/s)时段平均入库流量下泄流量q(m3/s)时段平均下泄流量时段内水库存水量变化（万 m3）水库存水量（万 m3）水库水位（m）(1)(2)（3）（4）（5）(6)（7）（8）18174257173.9180.583645038.021340595187224.5400653338.1248501385262343.51125693338.4试算过程：t=21 小时时间t(h)入库洪水Q(m3/s)水库水位Z(m)水库库容V(万m3)下泄流量 q(m3/s)平均入库流量 Q平均平均下泄流量 q平均水库库容变化V(万m3)V2(万 m3)q2(m)Z2(m)(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)(10)(11)1817438.06450173.925721150 2134038.26690211 192.670652018238.06 38.16530187 180.583653318738.10试算过程：t=24 小时时间t(h)入库洪水Q(m3/s)水库水位Z(m)水库库容V(万m3)下泄流量 q(m3/s)平均入库流量 Q平均平均下泄流量 q平均水库库容变化V(万m3)V2(万 m3)q2(m)Z2(m)(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)(10)(11)2134038.16533187595 2485038.36828323.18 255.09122.376655204.338.4 38.46954248.54 285.86111.296644204.038.43.解时段 t月（1）910111212天然来水流量 Q天（2）1158570625652各种流量损失 Q损（3）201510988下游各部门用水流量Q用（4）10092125607078发电需要流量 Q电（5）150150154159150150水库供水流量-Qm3/s（6）-55-77-94-106-102-106水库供水量-W亿 m3（7）-1.445-2.023-2.469-2.784-2.683-2.78410弃水量（8）000000时段初水库存水量 V初（9）25.200 23.75521.73219.26318.479 15.796时段末水库存水量 V末（10）23.755 21.73219.26318.47915.796 13.012时段初上游水位 Z初（11）180.00 179.56178.78177.72176.32 175.98时段末上游水位 Z末（12）179.56 178.78177.72176.32175.98 174.45月平均上游水位 Z上（13）179.78 179.17178.25177.02176.15 175.22月平均下游水位 Z下（14）117.00 117.00117.25117.50117.00 117.00水电站平均水头 Hm（15）62.7862.1761.0059.5259.1558.22月平均出力 N万 Kw（16）7.857.787.837.897.407.28月发电量 E万 Kwh（17）573156795716576054025314一、基本概念1.水资源：水资源可以被理解为人类长期生存、生活和生产过程中所需要的各种水，既包括了它的数量和质量，又包括了它的使用价值和经济价值。2.供水工程：为社会和国民经济提供用水量的所有水力工程，按类型可分为蓄水工程、引水工程、提水工程、地下水工程和其它水源工程。3.供水能力：水利工程在特定条件下，具有一定供水保证率的供水保证率的供水量，它与来水量、工程条件、需水特性和运行调度有关。4.死水位：在正常运用情况下，允许水库消落的最低水位。5.正常蓄水位：在水库正常运行条件下，为了满足兴利部门枯水期的正常用水，水库在供水开始时应蓄到的最高水位，成为正常蓄水位。6.兴利库容：正常蓄水位到死水位之间的库容，使水库实际可用于径流兴利调节的库容，称为兴利库容，又称调节库容。7.防洪限制水位：水库在汛期允许蓄水的上限水位，又称为汛期限制水位。118.防洪高水位：当水库下游有防洪要求时，遇到下游防护对象的设计标准洪水时，水库经调洪后前达到的最高水位，称为防洪高水位。9.防洪库容：防洪高水位至防洪限制水位间的水库容积称为防洪库容。10.实际洪水位：当遇到大坝设计标准洪水时，水库经调洪后，坝前达到的最高水位，称为设计洪水位。11.设计保证率水利工程多年工作期中，用水部门的正常用水得到保证的程度，它常用正常用水保证率来表示。由于它是在进行水利水电工程设计时予以规定的，故也称为设计正常用水保证率，简称设计保证率。12.结合库容：当防洪限制水位低于正常蓄水位时，防洪限制水位到正常蓄水位之间的库容即可用于兴利，又可以用于防洪，成为公用库容或结合库容。13.固定资产投资：是指项目达到规模所需要投入的全部运行费用。14.年运行费：是指项目在运行初期和正常运行期每年所需支出的全部运行费用。15.经济静态评价方法：指不考虑资金的时间价值，计算静态经济效益指标的方法。16.经济动态评价方法：是指考虑资金时间价值，计算动态经济效益的方法，如净现值法、内部收益率法。17.水电站出力：指发电机组的出线段送出的功率。18.水电站的发电量：指水电站的出力与相应时间的乘积。19.水电站保证出力：是水电站在长期工作中符合设计保证率要求的枯水期内的平均出力。20.电力系统：若干个电站及用户之间用输电线联结为一个共同的电力网，称为电网或叫电力系统。21.电力负荷：电力用户对电力系统中提出的处理要求，称为电力负荷。22.日调节水电站：如果水电站能够利用水库（或日调节池）的调节库容是天然来水在一昼夜24h 内重新分配，即把低谷负荷时多余的水量蓄积起来，供高峰负荷时用，这样的水电站叫做日调节水电站。23.水电站最大工作容量：是指设计水平年电力系统负荷最高时水电站能担负的 最大发电容量。24.水库群：为了从全流域的角度研究防灾和兴利的双重目的，需要在河流的干支流上布置一系列的水库，形成一定程度上能互相协作、共同调节径流，满足流域整体中各部门的多种需要。这样一群共同工作的水库整体即称为水库群。12 25.水库调度图：在水库入流无长期预报条件下，确定年内各时刻库水位(或蓄水量)来决策水库蓄泄过程，以确保设计要求的实现如：正常供(电)水和减少丰水期弃水量、综合利用各部门关系协调等，这样确定的库水位(或蓄水量)过程线，称水库调度图。26.水资源评价：水资源评价一般是针对某一特定区域，在水资源调查的基础上，研究特定区域内的降水、蒸发、径流等要素的变化规律和转化关系，阐明地表水、地下水资源数量、质量及其时空分布持点、开展需水量调查和可供水量的计算，进行水资源供需分析，寻求水资源可持续利用最优方案，为区域经济和社会发展和国民经济各部门提供服务。27.水资源规划：就是以水资源利用、调配为对象，在一定区域内为开发水资源、防治水患、保护生态环境、提高水资源综合利用效益而制定的总体措施计划与安排。（1）防洪限制水位：水库在汛期允许兴利蓄水的上限水位。（2）年保证率：是指多年期间正常工作年数占运行总年数的百分比。（3）设计枯水系列：为了计算水库运用多年连续枯水状况，选择的设计枯水系列。在实测资料中选择出最严重的连续枯水年组，并从该年组最末一年起逆时序扣除允许破坏年数，就得到设计枯水系列。（4）水电站保证出力：是指水电站在长期工作中符合水电站设计保证率要求的枯水期（供水期）内的平均出力。（5）电力系统最大工作容量：为了满足系统最大负荷要求而设置的容量。（6）重复容量：在汛期，为了减少弃水额外增大水电站的容量，使在丰水期多发电。由于这部分加大的容量不能当作工作容量，因而称重复容量。（7）水库群：一群共同工作的水库整体（群体）。（8）防洪库容：防洪高水位与防洪限制水位间的库容。用以拦蓄洪水，满足下游防护对象的防洪要求。（1）防洪高水位：当遇下游防护对象的设计标准洪水时，水库为控制下泄流量而拦蓄洪水，这时在坝前达到的最高水位。（2）历时保证率：指多年期间正常工作历时（日、旬或月）占总历时的百分比。（3）设计代表期：在水利水电工程规划设计过程中，要进行多方案大量的水利水能计算，根据长系列水文资料进行计算，可获得较精确的结果，但工作量大。在实际工作中可采用简化方法，即从水文资料中选择若干典型年份或典型多年径流系列作为设计代表期。（4）电力系统负荷图：电力系统中所有用户所需出力 N（负荷）随着时间 t 的变化曲线。13（5）电力系统必需容量：电力系统中最大工作容量和备用容量之和，称（6）水库调度图：是由一些基本调度线组成，这些调度线是具有控制性意义的水库蓄水量（或水位）变化过程线，是根据过去水文资料和枢纽的综合利用任务绘制出的。（7）死水位：在正常运用的情况下，允许水库消落的最低水位。（8）拦洪库容：设计洪水位与防洪限制水位之间的库容，称拦洪库容