第二章 农村水电站设施设备及管理

第一节 水电站基础

一、水能及水力资源

（一）水能

水能（waterpower, hydropower）是以位能、压能和动能等形式存在于江、河、湖、海河川径流等水体中所具有的天然能量资源，是能源的重要组成部分。2006年颁布的《中华人民共和国可再生能源法》明确水能为可再生能源。

（二）水能资源

水能资源（waterpower resources, hydropower resources）指江、河、湖、海中的水能蕴藏量。水能资源理论蕴藏量为河川或湖泊的水能能量（年水量与水头的乘积），以年电量和平均功率（年电量/8760）表示，其量值与是否布置梯级电站无关，分河段计算后累积。

1．理论蕴藏量

E=kgWH（按电量计）

P=E/8760（按功率计）

式中 E——水力资源理论蕴藏量电量，kW·h；

P——水力资源理论蕴藏量功率，kW；

k——折算系数，k=2.778×10-4；

g——重力加速度，取9.81, m2/s；

H——河段上下断面水位差，m；

W——河川或湖泊年水量，河段取上下断面多年平均年径流量的平均值，m3, W的计算公式为

式中 q——为河段上下断面日平均流量的平均值，m3/s；

t——时间，日或月。

2．技术可开发量

即在当前技术水平条件下，可开发利用的水力资源量。经济可开发量指在当前技术、经济条件下，具有经济开发价值的水力资源量。

（三）我国水能资源概况

我国有众多的河流和充沛的河川径流，拥有丰富的水能资源。由于我国地势西高东低，地形高差悬殊，因此河流落差巨大，水能蕴藏量居世界首位。2005年11月25日发布的中华人民共和国水力资源复查成果表明，我国大陆水力资源理论蕴藏量在1万kW及以上的河流共3886条，水力资源理论蕴藏量为69440万kW，年发电量为60829亿kW·h；技术可开发装机容量54164万kW，年发电量24740亿kW·h；经济可开发装机容量40180万kW，年发电量17534亿kW·h。按技术可开发量计算，仅开发利用21.5%。截至2014年底我国水电装机容量达到3.0亿kW，已达到技术可开发容量的55%。

二、水电站及分类

（一）水电站

水力发电就是利用河流中蕴藏的水能来生产电能，而水电站是借助建筑物和机电设备将水能转变为电能的水力装置。我国大陆第一座水电站是云南昆明的石龙坝水电站，装机容量480kW,1910年7月开工建设，1912年4月发电。陕西省第一座水电站为汉中武家沟水电站，系利用褒惠渠跌水修建，装机容量160kW，于1945年开工建设，1946年发电。1949年被炸毁，后重建，运行至1972年报废。

（二）常规水电站分类

常规水电站分类见图2-1。

根据水头高低的不同，水电站可分为高水头、中水头和低水头水电站。通常称水头大于70m为高水头水电站，低于30m为低水头水电站，30～70m为中水头水电站。按集中水头的方式可分为引水式、坝式和混合式水电站。

1．引水式水电站

用修建引水建筑物（渠道、隧洞）来集中河段落差的水电站为引水式水电站（diver-sion conduit type development），又可分为无压引水和有压引水水电站。当坝址上游的水位变化幅度较小，常采用无压引水；反之，采用有压引水。引水式水电站平面示意图见图2-2。

★没有自由液面（液体与空气的交接面）的液流，且其中任一点的压强都大于大气压强，称为“有压流”，亦称“压力流”，如给水工程管道中的水流。有自由液面的液流则称为“无压流”，如明渠中的水流。

2．坝式水电站

用筑坝集中河段落差的水能开发方式，它的水头是由坝抬高上游水位而形成。一般位于河道比降较缓，流量较大，并有筑坝建库条件的较大河流上。坝式水电站（dam type development）又可分为坝后式和河床式。

（1）坝后式水电站。厂房建在坝的后面，上游水压力由坝承担，一般不传到厂房上来。陕西汉江一级支流旬河赵湾（27MW）、大岭（18.9MW）、季家坪（9MW）、钟家坪（7.5MW）梯级水电站均为坝后式水电站。坝后式水电站纵剖面见图2-3。

（2）河床式水电站。厂房本身起挡水作用是河床式电站的主要特征，厂房工程等别、防洪标准与坝一致。适用于低水头、大流量的水电站，大部分采用轴流式机组或贯流式机组。河床式电站机组安装高程较低，需要特别重视泥沙、拦污等问题。陕西省宁强县嘉陵江巨亭水电站（40MW）为河床式水电站。河床式水电站纵剖面见图2-4。

3．混合式水电站

用坝和引水道共同集中河段落差的水能开发方式，兼有坝式和引水式特点。图2-5所示为混合式水电站（dam and diversion conduit type development）平面布置图。

各类水电站在水工建筑物形式上有一定差别，详见表2-1。

★引水式水电站必然要造成坝址、厂址区间河道减水，甚至脱流，因此必须按规定下泄生态流量；坝式水电站虽然没有脱流段，但当其进行调蓄或调峰运行时，蓄而不发也会造成下游部分时段脱水、减水，突然未经预警发电放水，易威胁下游河道中人员，因此坝式水电站最好有一台小机组能常年运行，既能保证生态流量下泄，也不会影响经济效益。

（三）常规水电站发电流程及主要组成部分

1．发电流程

河川的水体由拦水设施聚集后，通过修建水工建筑物来集中水头，流经压力隧道、压力钢管等输水道设施至厂房，当机组须运转发电时，打开主阀（有时），再开启导叶（实施调节和控制过流水量）使水流驱动水轮机。水轮机转动后通过连接的主轴带动发电机旋转，发电机经励磁后，建立电压，并在断路器投入后，开始将电力送至电力系统。如要调整发电机组的出力，可以调整导叶的开度以增减过流量来实现，发电后的水经由尾水渠流回到河道。

水电站能量转换流程：水能→旋转机械能→带动发电机组发电（电能）→输电线路→用户。常规水电站发电流程示意图见图2-6。

2．水电站主要组成部分

水电站是由各种水工建筑物（挡水建筑物、泄水及消能建筑物、进水建筑物、引水建筑物、平水建筑物及厂房），以及发电、变电、配电等机械、电气设备组成的一个有机综合体，机电设备安装在厂房内及各种建筑物上。水电站组成见图2-7。

按照水流方向的顺序介绍如下：

（1）挡水建筑物。坝式、混合式水电站挡水建筑物主要作用是壅高水位，集中水头，形成水库，并具备一定的调蓄能力。引水式水电站挡水建筑物主要作用是壅高水位以形成引水条件。挡水建筑物主要有坝（重力坝、拱坝、土石坝）、闸（拦河闸、翻板闸、橡胶坝）等，河床式水电站厂房既是厂房也是挡水建筑物。部分规模较小的水电站也有采用弯道无坝引水的形式。

（2）泄水及消能建筑物。泄水建筑物作用是泄放水库容纳不了的来水、来沙，或放空水库；消能建筑物主要是消散下泄水流的能量（泄洪功率），确保泄水不危及水工建筑物安全，并使建筑物上下游水位衔接。重力坝、拱坝一般采用坝体泄洪，如坝身泄水表孔、中孔、底孔等，或设在坝体外的泄洪洞等；土石坝坝体一般采用岸边式溢洪道、泄水隧洞等。

消能建筑物结合泄水建筑物布置，是用以消耗下泄水流能量，减轻下游河床冲刷的设施，一般有消力池、消力塘、消力槛、消力墩及挑流坎等形式。消力池是经过开挖而建成在泄水建筑物下游的较深水池，其底板叫作护坦。消力槛是设置在护坦末端，高出河底的混凝土槛；消力墩是设置在护坦里的混凝土墩；挑流坎是把下泄水流挑射至下游离坝基较远处的鼻坎（差动式、连续式）。

（3）引水建筑物。其包括进水建筑物、输水建筑物、平水建筑物。

1）进水建筑物。作用是从河流或水库取得所需的流量。进水口是水电站水流的进口，按照发电要求将水引入水电站的引水道。进水口应保证水流平顺、对称，流速变化均匀，不发生回流和漩涡，不出现淤积，不聚集污物。设置有拦污、防冰、拦砂及冲砂等设备。

进水口按照水流条件可分为开敞式进水口、浅孔式进水口和深孔式进水口，开敞式进水口又叫无压进水口，浅孔式和深孔式属有压进水口。压力引水一般为深式进水口（竖井式、岸塔式、塔式及坝式等），无压引水进水建筑物一般为开敞式进水口。

2）输水建筑物。其主要作用是集中落差，输送流量，包括渠道、隧洞、渡槽、压力管道、倒虹吸等。

3）平水建筑物。在水电站负荷变化时用以平稳引水建筑物中流量和压力的变化，保证水电站调节稳定的建筑物。对有压引水式水电站为调压井或调压塔；对无压引水式电站为渠道末端的压力前池，前池还有将无压水变为有压水的作用。

（4）厂房。水电站厂房是将水能转变为电能的综合工程设施。集中布置了主要机电设备，使其具有良好的运行、管理、安装、检修等条件，也是运行人员进行生产和活动的场所。按设备布置、运行要求的空间，可分为主厂房、副厂房、主变压器场和高压开关站。按结构及布置特点可分为地面式（坝后式、河床式、岸边式）、地下式（地下式、半地下式、窑洞式）、其他形式厂房（坝内式及厂顶溢流式）等。

1）主厂房。它是水电站厂房的主要组成部分，布置着水电站的主要动力设备（水轮发电机组）和各种辅助设备，以及安装、检修设备的装配场（安装间）。立式机组主厂房以发电机层楼板面为界，垂直面上分为发电机层、水轮机层、蜗壳层等。发电机层为安放水轮发电机组及辅助设备和仪表表盘的场地，也是运行人员巡回检查机组、监视仪表的场所。水轮机层是指发电机层以下，蜗壳大块混凝土以上的这部分空间。在水轮机层一般布置调速器的接力器、水力机械辅助设备（如油、气、水管路）、电气设备（如发电机引出线、中性点引出线、接地、灭磁装置等）、厂用电的配电设备。蜗壳层除过水部分外，均为大体积混凝土，布置较为简单。

2）副厂房。布置着控制设备、电气设备和辅助设备，是水电站的运行、控制、监视、通信、试验、管理和运行人员工作的场所。

3）尾水渠。尾水渠紧邻厂房布置，可看作是退水建筑物，主要作用是使发电尾水与下游河道合理衔接，并回收部分水头。

（5）水轮发电机组及其辅助系统。水轮发电机和电气主接线如同电气系统的心脏和主动脉。水轮发电机组将水轮机输出的旋转机械能转变为电能，是水电站输出电能的源头。电气主接线则是采用适当方式将水轮发电机、发电机电压设备、主变压器、高压配电装置、电力系统等连接在一起，以实现电能的传输、汇集、升压及送出等功能。厂用电系统从机组、电网等处取得电源，并根据用电设施需求为电站机组运行、照明、公用设备、坝区用电设备等负荷（点）提供电能。接地系统用以确保水电站电气系统正常运行以及人身、设备安全，目前水电站接地系统充分利用库水、水下钢结构以及自然接地体等降低接地电阻。

（6）升压变电站。升压变电站是发电机电压设备和高压配电装置的结合点，水轮发电机产生的电能通过母线传输至主变压器，将发电机电压升高至输电电压（常用有35kV、110kV），降低输电电流，从而有效降低输电损耗。厂用电系统、机组励磁装置等一般也从此处引接电源。一般情况下，装机容量越大、输送距离越远，则输电电压越高。高压配电装置用于汇集主变压器送来的电能并经出线场送出至电力系统，主要包括敞开式配电装置、气体绝缘金属封闭开关设备（GIS）和混合式配电装置3种类型。

（四）水电站的调节性能

水电站的调节性能分为无调节和有调节。

（1）无调节（径流式水电站）。无调节能力，或由于综合利用要求，水电站不能进行调节运行，发电流量完全由天然径流决定，一般利用小时较低。

（2）有调节（调蓄式水电站）。其调节性能分为日调节（周调节）、周调节年调节（季调节、不完全年调节）、多年调节。年（季）调节和多年调节是将年和年际间分配不均匀的入库径流通过调节，以适应年内和年际变化相对稳定的负荷过程，达到减少弃水、扩大水电站电力电量效益的目的。

一座水电站的调节能力常用库容系数（调节库容占多年平均入库径流量的比例）来判别。当库容系数β在25%以上时，为多年调节水电站；β＜20%时，为年调节水电站；当β为20%～25%时，有可能具有完全年调节能力。

1）日调节。它是指一昼夜内进行的径流重新分配，即调节周期为24h。具有日（周）调节能力的水库电站称为日调节水电站。日调节库容较小，一般仅需设计枯水年枯水期日平均流量乘以10h的库容，周调节所需库容为日调节库容的1.15～2.0倍。

2）周调节。在枯水季节里，河流中的天然流量往往变化不大，但系统中一周内双休日的平均负荷常小于其他日的平均负荷，因此水电站可把双休日多余的水量储存起来，用以增加其他各工作日的平均出力，即为周调节。这种调节所需的库容不大，获得的电站容量效益较小，因为储存两天的多余水量，需分配至5d内用。日（周）调节是将较均匀的入库径流通过调节成急剧变化的径流下泄（发电），以适应日（周）负荷急剧变化的要求，目的是扩大水电站的容量效益，调节周期为一周（7d）。

3）年调节（季调节、不完全年调节）。一般可将年调节、季调节、不完全调节统称为年调节。

将汛期多余水量的一部分储存于水库中，以补给枯水期的发电水量，即为年调节，因又是丰、枯季的水量调节，又称季调节。仅具有年（季）调节能力的水电站，只能容纳汛期的部分多余水量，并于枯水期末全部放空，因此又称不完全年调节。

若能将设计枯水年不均匀的来水量调节成按电力系统需要的流量排放，同时不产生弃水则称完全年调节。

4）多年调节水电站。将丰水年或丰水年组的多余水量储存在水库里，用于增加以后一个或几个枯水年的供水量，称多年调节。多年调节水库在枯水年份可进行完全年调节，在一般来水年份可进行年（季）调节，在汛期也常进行调节，多数年枯水期末水库往往并不放空，只有遇到连续枯水年时才放到死水位，在丰水年份的丰水期水库蓄满后才可能弃水。可承担电力系统的调峰任务，对规模较大的水电站，常设计负荷备用，承担系统的调频任务。

多年调节水电站同时承担年调节和日（周）调节功能，年调节水电站也承担日（周）调节功能，因此两者与日调节水电站相比，增加了枯水季水量，更扩大了容量效益，并减少了丰水年（年、季）弃水量，还增加了电量效益。

（五）水电站工程等别及防洪标准

1．水电站等别、级别

水利水电枢纽工程，根据其工程规模、效益和在国民经济中的重要性分为五等。我国规定，一般把装机容量5万kW以下的水电站定为小型水电站，5万～30万kW为中型水电站，30万kW以上为大型水电站。

其中，装机容量大于120万kW为一等大（1）型水电站，120万～30万kW为二等大（2）型水电站，5万～30万kW为三等中型水电站，1万～5万kW为四等小（1）型水电站，小于1万kW为五等小（2）型水电站。水利水电枢纽工程的分等指标见表2-2。

根据水工建筑物的等别，按照表2-3来确定建筑物的级别，根据级别按照表2-4来确定防洪标准。

2．水库和水电站工程防洪标准

防洪标准（flood control standard），是指根据防洪保护对象的重要性和经济合理性，由国家确定的防御洪水的标准。《防洪标准》（GB 50201—1994）、《水利水电枢纽工程等级划分和洪水标准》（SL 252—2000）是确定工程建筑物防洪标准的依据，根据其级别按表2-4的规定确定。

河床式水电站厂房作为挡水建筑物时，其防洪标准与挡水建筑物的防洪标准相一致。嘉陵江宁强巨亭水电站装机容量40MW，总库容2300万m 3，为河床式电站，按装机容量工程为Ⅳ等小（1）型工程，按库容为Ⅲ等中型工程，由于为河床式电站，综合确定巨亭水电站为Ⅲ等中型工程，按50年一遇洪水设计，500年一遇洪水校核。

★工程规模决定工程等别。等别决定工程级别，级别决定工程防洪标准及安全系数。一般是工程级别越高，防洪标准越高，安全系数越高。如装机小于1万kW的水电站厂房为V等小（2）型工程，防洪标准30年一遇洪水设计，50年一遇洪水校核；而大于1万小于5万的水电站厂房为Ⅳ等小（1）型工程，防洪标准为50年一遇洪水设计，100年一遇洪水校核。

（六）水电站基本公式

N=9.81ηQH或N=AQH

式中 N——水电站装机容量（installed capacity of hydropower station），一座水电站全部水轮发电机组额定出力之和，kW或MW（1MW=1000kW）；

Q——通过水轮机的流量，m3/s；

H——水轮机的水头米，m；

η——水轮发电机组的效率；

A——水电站出力系数（coefficient of output），出力计算公式中的量纲换算比值与综合效率相乘所得的数。混流式机组一般为8.5左右，冲击式一般为8.2左右，贯流式一般为8.8左右；机组越小A值越小。

W=NT

式中 W——水电站发电量（energy output of hydropower station），水电站在一定时段内生产的电能量，kW·h；

T——发电时间，h。

如装机1万kW水电站，连续满负荷发电24h，则发电量为10000×24=24万kW·h。

H=W/N

式中 H——装机容量年利用小时数（annual operation hours of installed capacity），以水电站多年平均年发电量与装机容量的比值表示电站装机容量利用程度的指标，h；

W——多年平均年发电量（average annual energy output），水电站在多年期间各年发电量的算术平均值。

（七）水电站常用技术术语

1．水文

（1）流域面积。流域分水线与河口断面之间所包围的集水或汇水面积。单位为km2。

（2）流量（discharge or flow rate）。单位时间内通过过水断面的流体体积。单位为m3/s。

水电站引用流量（quotative discharge of hydropower station）：通过水电站引水系统进入各台水轮机的流量之和。

（3）坝址多年平均年径流量。通过坝址的多年平均水量。单位为万m3或亿m3。

（4）坝址多年平均流量。通过坝址多年流量的平均值。单位为m3/s。

（5）河道生态基流。维持河床基本形态、保障河道输水能力、防止河道断流、保持水体一定的自净能力的最小流量，是维系河流的最基本环境功能不受破坏，必须在河道中常年流动的最小水量阈值。《建设项目水资源论证导则（试行）》（SL/Z 322—2005）中的3种计算方法如下：

1）多年平均流量的百分数，北方地区取10%～20%，南方地区取20%～30%。

2）近10年最小月平均流量（或90%保证率最小月平均流量）。

3）典型年法（未断流又未出现较大环境问题的最枯月平均流量，年径流量最好与多年平均径流量接近）。

（6）河道比降（河道纵比降，gradient）。分为水面比降和河床比降，用某河段顺水流方向的水面或河床底面落差除以水平距离表示。

2．水库

（1）特征水位。

1）正常蓄水位（正常高水位、设计蓄水位、兴利水位）（normal pool level、normal high water level）。水库在正常运用情况下，为满足设计的兴利要求，在供水期开始时应蓄到的最高水位，又称正常高水位、兴利水位。它决定水库的规模、效益和调节方式，也在很大程度上决定水工建筑物的尺寸、型式和水库的淹没损失，是水库最重要的一项特征水位。当采用无闸门控制的泄洪建筑物时，它与泄洪堰顶高程相同；当采用有闸门控制的泄洪建筑物时，它是闸门关闭时允许长期维持的最高蓄水位，也是挡水建筑物稳定计算的主要依据。

2）死水位（minimum pool level、）。水库在正常运用情况下，允许消落到的最低水位。日调节水库在枯水季节水位变化较大，每24h内将有一次消落到死水位。年调节水库一般在设计枯水年供水期末才消落到死水位。多年调节水库只在多年的枯水段末才消落到死水位。水库正常蓄水位至死水位之间的深度叫消落深度（工作深度，drawdown depth）。

3）设计洪水位（design flood level）。设计洪水时在坝前达到的最高水位，它是水库在正常运用（设计）情况下允许达到的最高水位，也是挡水建筑物稳定计算的主要依据。

4）校核洪水位（非常洪水位，check flood level）。校核洪水时在坝前达到的最高水位，它是水库在非常运用（校核）情况下，允许临时达到的最高水位，一般情况下（校核洪水位不一定是工程最高水位）是确定大坝顶高程及进行大坝安全校核的主要依据。

注意：当工程泄洪规模较大时，设计洪水位、校核洪水位也可能低于正常蓄水位。

5）防洪限制水位（汛前限制水位，limiting level during flood season）。水库在汛期允许兴利蓄水的上限水位，也是水库汛期防洪运用时的起调水位。防洪限制水位的拟定关系到防洪和兴利的结合问题，如汛期内不同时段的洪水特性有明显差别时，可分期采用不同的防洪限制水位。

6）防洪高水位（top level of flood control）。水库遭遇下游防护对象的设计洪水时在坝前达到的最高水位。只有当水库承担下游防洪任务时，才需确定这一水位。

7）汛期排沙水位。多沙河流上的水库为保持一定调节库容，减少淤积及库尾淹没损失，降低对上游梯级电站尾水水位影响，设置汛期排沙运行水位。当来水达到一定流量（一般为造床流量，为2～3年一遇洪水位时），降低到排沙水位运行。

水库特征水位及库容示意图见图2-8。

（2）库容。

1）兴利库容（有效库容、调节库容，available storage、effective storage）。正常蓄水位至死水位之间的水库容积。

2）总库容（total copacity of reservoir）。水库最高水位以下的水库静库容。它是一项表示水库工程规模的代表性指标，作为划分水库工程等别及建筑等级，确定工程安全标准的重要依据。总库容100万m 3以下时为小（2）型水库，100万～1000万m 3为小（1）型水库；1000万～1亿m 3为中型水库；1亿m 3以上为大型水库。

3）防洪库容（flood control storage）。防洪高水位至防洪限制水位之间的水库容积。当汛期各时段分别拟定不同的防洪限制水位时，这一库容指其中最低的防洪限制水位至防洪高水位之间的水库容积。

4）调洪库容（flood control storage）。设计洪水位至防洪限制水位之间的水库容积。

5）共用库容（重复利用库容、结合库容，common storage）。正常蓄水位至防洪限制水位之间汛期用于蓄洪、非汛期用于兴利的水库容积。

6）死库容（垫底库容，dead storage）。死水位以下的水库容积。一般用于容纳水库淤沙、抬高坝前水位和库区水深。在正常动用中不调节径流，也不放空。只有因特殊原因，如在排沙、水工程建筑物检修和战备情况下，才考虑泄放这部分容积。

7）库容曲线。它是以水位为纵坐标，以库容为横坐标绘制而成，是水库规划设计和管理调度的重要依据。在运行中，可以根据当前水位确定水库当前库容。图2-9所示为某工程库容曲线。

8）泄流曲线。反映水电站枢纽溢流表孔、中孔、底孔单独及联合泄洪时，水位与泄洪流量关系的曲线。通过水位可以方便查取泄量。

（3）调节。

1）库容系数（coefficient of storage）。调节库容占多年平均入库径流量的比重。β＞30%，属多年调节；8%≤β＜30%，属年调节；3%≤β＜8%，属不完全年调节；β＜3%，属日调节。

2）补偿调节（compensative regulation）。对有水力联系或电力联系的水电站群，利用各电站的水库在水文要素及库容系数方面的差别而进行相互补偿的供水或蓄水，以提高全部水电站动能效益的调节。

3）反调节（再调节，re-regulation or counter regulation）。下游水库对上游水库下泄流量的重新调节。

4）调节周期（period of regulation）。水库一次蓄泄循环的历时。

5）水库调度（reservoir operation）。确定水库运用中决策变量（电站出力、供水量、弃水量、时段末库水位等）与状态变量（时段初库水位、入库流量、时间等）间的关系的工作。

（4）装机。

1）设计保证率（design dependability）。规划设计中选用的在多年期间用水部门的正常用水得到保证的程度（常以保证正常用水的历时与计算总历时或保证正常用水的年数与计算总年数比值的百分数表示）。

2）尾水位（tail water lever）。水电站尾水出口断面的水面高程。最低尾水位是水电站单机最小流量发电时的尾水位。

3）水头（water head）。水电站进口断面与尾水出口断面之间的单位水体的机械能之差。常近似地用该两断面的水位差代替。

a．毛水头（gross head）。水电站进口断面与尾水出口断面的水位差。

b．净水头（net head）。水电站的毛水头减去发电水流在输水道内的全部水头损失后的水头。

c．最大水头（maximum head）。水电站正常运行期间，水库（对坝式及混合式）或前池（对引水式）的正常蓄水位和相应的下游最低水位之差。

d．最小水头（minimum head）。水电站正常运行期间，上游最低水位与相应的下游最高水位之差。

e．设计水头（design head）。保证水电站水轮发电机组发出额定出力时的最小水头。

f．平均水头（arithmetic average head）。在一定计算时期内各计算时段（日、旬、月等）的水头以算术平均计算得的水头。

g．加权平均水头（weighted average head）。针对较长运行时期内以发电量为权重计算的平均水头。

h．水轮机额定水头（rated head）。水轮机在额定转速下发出额定输出功率时的最低水头。

i．水头损失（head loss）。以水柱高度表示的单位重量的水体在流动中所消耗的机械能。包括局部损失和沿程损失。流速、糙率越大一般沿程损失越大。

（5）电站出力和发电量（Power and energy output of hydropower station）。

1）水电站出力（power output of hydropower station）。水电站所有机组的发电机端母线上输出的功率之和。我国规定用kW为计量单位。

2）水电站保证出力（firm power、firm output）。水电站在相应于设计保证率的供水时段内的平均出力。以水电站保证出力乘以相应的计算历时得出的电能量为保证电能（firm energy）。

3）季节性电能（seasonal energy）。水电站多年平均年发电量减去保证电能所得的电能量。

4）水电站装机容量（installed capacity of hydro power station）。一座水电站全部水轮发电机组额定出力之和。

（6）洪水（flood）。由降雨或冰雪消融使河道水位在较短时间内明显上涨的大流量水流。江河、湖泊中每年季节性或周期性的涨水现象称为汛（seasonal flood）。江河、湖泊中每年出现汛水的时期称为汛期（flood season），黄河流域一般为5～10月，长江流域一般为4～10月。

1）重现期（recurrence interval）。不小于（不大于）一定量级的水文要素出现一次的平均时间间隔年数，以该量级频率的倒数计。在防洪、排涝研究暴雨或洪水时，频率P（%）和重现期N（年）存在下列关系，即

式中 N——重现期，年；

P——频率，100%。

例如，某水库大坝校核标准洪水的频率P=0.1%，由上式得N为1000年，称千年一遇洪水。即出现不小于P=0.1%的洪水，在长时期内平均一千年遇到一次，若遇到大于该标准的洪水时，允许其他建筑物受到损坏，但主体工程安全应不受影响。

2）洪水三要素。三要素是指洪峰流量Q、洪水总量W和洪水历时T（过程线），用来表示洪水峰、量、型。农村水电站水库规模较小，设计中主要是洪峰控制着工程规模。

a．洪峰流量。在一次洪水过程中，通过河道的流量由小到大，再由大到小，其中最大的流量称为洪峰流量Q。在岩石河床或比较稳定的河床，最高洪水位出现时间一般与洪峰流量出现的时间相同。大江大河由于流域面积大，接纳众多支流的洪水，往往出现多峰；中小流域则大都为单峰；持续降雨往往出现多峰，单独降雨则一般为单峰。

b．洪水总量W。洪水总量是指一次洪水通过河道某一断面的总水量。洪水总量按时间长度进行统计，如1d洪水总量、3d洪水总量、7d洪水总量等。

c．洪水历时T。洪水历时是指在河道的某一断面上，一次洪水从开始涨水到洪峰出现然后回落至起涨水位这一过程所经历的时间。

d．洪水传播时间。洪水传播时间是指自河流上游某断面洪峰出现到河流下游其断面洪峰出现所经历的时间。在防汛调度中，常利用洪水传播时间进行错峰调洪，或进行洪水预报。

e．洪水过程线。以时间为横坐标，以流量（水位）为纵坐标，绘出从起涨到峰顶到落尽的整个过程曲线，称为洪水过程线。

★暴雨型洪水过程线，流域面积小、河槽汇流快、河网的调蓄能力低的山区河流，洪水多为陡涨陡落型。流域面积大，不同场次的暴雨在不同支流形成的多次洪峰先后汇集到大河时，各支流的洪水过程往往相互叠加，又由于河网、湖泊、水库的调蓄，洪峰的次数减少，而历时则加长，涨落较为平缓。设计中一般选择峰高量大，洪峰偏后的洪水作为典型来设计。

3）洪水等级按洪峰流量重现期划分为以下4级：

a．一般洪水，5～10年一遇。

b．较大洪水，10～20年一遇。

c．大洪水，20～50年一遇。

d．特大洪水，大于50年一遇。