|
研究以经济的方式和工程技术措施利用水能的学科，又称水能学。水能利用学是建筑在一系列专门学科基础上的一门综合性学科。其专门学科有水力学、工程水文学、动能经济学、水力机械、水工结构、计算机技术以及其他有关学科。 发展概况 世界上水力利用已有二三千年历史，如利用水能转变为机械能作动力鼓风的水排，利用水能舂米磨面的水碓、水磨和潮汐磨，利用水能推动的筒车、水车灌溉和排水等。19世纪20年代前后，随着电工学、电机学的发展，世界上出现了水电站。由于水电建设经验的积累，1924年苏联Б.E.韦杰涅耶夫编撰了水能利用的教科书。1926年美国H.K.巴尔柔斯总结了美国及欧洲水力发电经验，编写了水力发电专著，推动了水力发电的进程。20世纪30年代大规模的水电建设开始兴起。30～50年代，美国在田纳西河干流上修建了9个梯级电站，成为世界上进行全河流开发最早的例子。同时，美国陆军工程兵团研究和开发了哥伦比亚河。这些河流开发的实践使水能利用学飞速发展，并被其他国家在河流开发中应用。尔后，苏联С.Н.克里茨基、М.Ф.明凯里合著的《水利计算》和С.Н.倪克勤著的《水能学》对水能利用的理论、方法及实践应用也曾做过极大贡献。 20世纪中叶，由于受其他学科发展的影响，水能利用学有了进一步发展，从初步的水文、水能计算到水、火、核电配合运行的水能计算和多目标水利计算；从单一工程的规划研究到全河流以至整个地区的跨流域补偿调节规划研究；从简单的投资效益计算到复杂的经济、财务计算；从简单的、方案数量有限的手工计算到利用电子计算机进行复杂的多方案比较和优化计算。1962年美国哈佛大学马斯等编著了《水资源系统设计》，首先把系统分析的理论应用于流域水资源利用规划。1975年联邦德国拉玛雅国际咨询公司罗德等发表了用混合整数规划模型，解决电力系统水、火电源选择及水电站装机容量的优化问题。美国麻省理工学院应用“筛选”、“模拟”和“排序”3个模型，完成了科罗拉多河多目标开发的流域规划。1986年苏联A.E.阿萨林、K.H.别斯图热娃撰写了《水能计算》，总结了苏联30年来在水电站、抽水蓄能电站设计中的水能计算经验，以及利用电子计算机进行水利、水能计算的电算程序。 中国在1923年成立了水力组，开始对浙江省瓯江支流大溪、小溪和四川省龙溪河水能利用进行研究；1932年成立龙溪河水力发电工程处；1932年中国水力发电专家恽震组织了第一次长江三峡考察和规划；1939年成立全国水力发电勘测总队；1944年美国J.L.萨凡奇来华考察三峡，同时研究了四川省一些河流的水能利用问题；继而美国工程师J.S.卡登把美国20世纪40年代水能利用经验比较完整地介绍给中国。1953年一批苏联专家来华，1954年编写了《技术经济调查报告规程》和《初步设计规程》，C.H.倪克勤的《水能学》系统地介绍了苏联的水能利用经验。1978年以后引进了美国、加拿大等国的理论和方法，逐步建立起适合中国国情的水能利用学，在系统工程、经济评价方法和计算机应用等方面都取得了显著的成绩。20世纪80年代以来，在长江三峡工程论证、长江流域规划等项工作中，对基础资料研究、水能利用方式研究、动能经济研究、水电站机组机型研究、综合利用措施研究，特别是综合经济评价、财务评价和环境影响评价等有了很大的创新，把中国的水能利用学推向了新的高峰。在建设大型抽水蓄能电站的实践中，丰富和发展了抽水蓄能电站的水能利用学。水能利用学科的建立和发展为中国大规模开发常规水电站、抽水蓄能电站和潮汐电站奠定了良好的基础。 研究内容 ①基础资料的研究。根据气象、水文、泥沙、地形、地质、淹没、农业生产、电力系统以及人类活动对径流、泥沙、水质的影响，进行水文计算和负荷预测、负荷曲线的研究。②水能利用方式的研究。包括河流梯级开发和综合利用，海岸潮汐能以及波能的开发利用等。③动能经济研究。根据地区工农业用电需要，综合利用要求和电站建设条件，并考虑电力系统中已建和计划兴建的水、火电站组成和电力系统发展情况，合理确定所设计水电站在电力系统中的任务，论证供电范围，拟定设计水平年，选择设计保证率，确定水电站规模及特征值，包括正常蓄水位、死水位、设计洪水位、校核洪水位、防洪限制水位和装机容量的选择，拟定水电站运行方式。④水电站机组机型研究。根据电站的出力及水头变化特性、枢纽布置、设备制造、供应和运输条件以及电力系统的运行要求，通过技术经济比较，选择水轮机的设计水头、安装高程和机组机型。⑤综合利用措施研究。根据综合利用经济合理的原则，妥善解决防洪、灌溉、通航、过木、渔业、供水、卫生及水源保护等问题。⑥泥沙淤积和回水等研究。为正确处理泥沙问题，计算分析工程建成后，上、下游河道冲淤变化规律及其对工程安全、综合利用效益及各有关国民经济部门的影响，为合理确定工程特征值和运用方式提供必要的依据；根据不同情况，进行水沙调节、回水、水库放空和降低水位、溃坝洪水、不稳定流、初期充蓄和防凌防冰等计算。⑦综合经济评价。包括经济评价、财务评价和环境影响评价。经济评价要根据电力系统发展规划拟定比较方案，计算费用和效益，进行方案比选，并对选定的方案研究各项经济指标，还要对选定方案进行财务评价、敏感或风险分析和经济效果与社会效果的综合评价。
|
