分布在一条河流的上下游有水流联系的水电站群。它们在河流平面图和纵断面图上的位置见图1和图2。梯级中的各级水电站可以是坝式水电站、引水式水电站或混合式水电站。若单独开发，各类水电站有各自的优缺点，组成梯级水电站后，则可取长补短，获得梯级效益，如提高资源的利用率、协调水资源综合利用之间的矛盾、缩短总体工期、减少总投资等。
图1梯级水电站平在位置图D—坝址；st—厂址 图2梯级水电站河流纵断面图▽NZ—正常蓄水位；▽MZ—死水位；TZ—电站出口处河道水位；st—厂址梯级衔接上级水电站的尾水位与下级水电站正常蓄水位之间的连接方式。梯级衔接是梯级水电站布置中的一个重要问题，它关系到能否充分利用全河流的水能资源，也关系到全河航运。梯级衔接有3种方式。(1)齐平衔接。上级水电站尾水位与下级水电站正常蓄水位齐平。当下级水电站的库水位为正常蓄水位时，本级电站开发河段的水头，得以充分利用，也不减少上级电站的利用水头。但当下级水电站库水位低于正常蓄水位运行时，两电站间就有一段航道处于天然河道状态，既不利于航运，又损失了一部分可利用的水头。因此，这种方式较适合于下级水电站库水位变化不大的情况。(2)重叠衔接。下级水电站正常蓄水位高于上级水电站尾水位。在下级水电站的水库有调节径流任务时，采用这种衔接可能有利。因为，下级水电站调节径流时，库水位常低于正常蓄水位，若为齐平衔接，则上级水电站尾水位以下，有部分航道常处于天然河道状态，对航运和水头利用都不利。采用重叠衔接可减少或避免这种情况出现。有时，航道要求下级水电站的死水位与上级电站的尾水位齐平，这种情况下上级水电站尾水至下级水电站进水口之间不会出现天然河道状态。这种衔接，上级水电站减少的水头，全部增加到下级水电站，并不损失可利用的水头。当上下两级电站间有支流汇入，且下级水电站的库水位经常低于正常蓄水位时，采用重叠衔接比采用齐平衔接能更充分利用水能资源。中国南盘江天生桥一级水电站与其上游支流黄泥河的鲁布革水电站之间采用重叠衔接，主要为了天生桥一级水电站提高水头，使南盘江干流来水可以多发电。天生桥一级水电站和天生桥二级水电站间也采用重叠衔接，则主要是为了增大二级水电站的调节库容。(3)不衔接。下级水电站正常蓄水位低于上级水电站尾水位，既损失了可利用的水头，降低河流水能资源的利用率，又不利于航运。但在平原河段，为了减少水库淹没损失，往往采用这种方式。中国黄河上游，为减少淹没损失，在多处河段采用不衔接方式，见黄河上游水电规划。梯级效益梯级水电站之间有密切的水流联系，其中某一级水电站水库的调节作用，可使其下游的所有梯级水电站受益；上下游水库联合调度，可协调解决发电和其他用水要求的矛盾等。(1)上游水电站水库调节径流可增大下游所有梯级水电站的保证出力和年发电量。上游水电站水库在汛期蓄水，所蓄水量转移到枯水期利用，下游各级水电站也相应减少汛期通过水量，增加枯水期通过水量，减少汛期弃水，增加枯水期发电量，同时下游的低水头水电站可以避免汛期因水头降低而产生受阻出力或减少受阻容量(见水电站设计水头)。中国雅砻江上规划的两河口水电站，电站本身的保证出力只有870MW，但由于它的水库调节，使下游10级水电站增加保证出力3400MW。(2)上下游水库联合调度，可协调发电和其他用水要求的矛盾。如三峡水利枢纽承担电力系统调峰任务，因而出库流量每昼夜很不均匀。为满足航运要求，葛洲坝水利枢纽进行反调节，把不均匀的入库流量调节成均匀的出库流量，使下游水位不陡涨陡落以保证航运。又如龙羊峡水库与刘家峡水库联合调度解决发电与灌溉用水的矛盾。灌溉期，刘家峡多放水，与其下游各级电站在日负荷的基荷区或腰荷区运行，多发电，以满足其下游灌溉用水；而龙羊峡水库少放水，与其下游刘家峡以上的梯级水电站一同少发电量，可在日负荷高峰区运行，把水蓄起来待枯水期利用。非灌期，龙羊峡多放水多发电，刘家峡少放水少发电，两组水电站群的工作位置相互交换。经过龙羊峡和刘家峡两座大水库联合调度，既充分满足刘家峡水电站下游河段灌溉用水的要求，又使黄河上游的梯级水电站整体按电力系统的要求运行。(3)上游水电站水库削减洪峰、蓄存洪量，可提高下游各级水电站防洪标准，减小泄洪设施规模。由于龙羊峡水电站水库的调洪作用，使刘家峡、盐锅峡和八盘峡3座水电站的校核洪水标准分别由五千年一遇、千年一遇和三百年一遇，提高到最大洪水、两千年一遇和千年一遇。(4)上游电站水库有时可为下游电站缩短初期蓄水时间。因上游水库的蓄水量可先暂时部分转移到正蓄水的下游水库，使之尽快达到可发电的水位，提前投产运行。梯级连续开发梯级水电站的梯级效益随着各级电站的逐级建成而逐渐增长，而每级水电站的施工一般分为3个阶段：首先开挖工程出现高峰，以后是土石方或混凝土工程的高峰，最后是设备安装的高峰。根据这些特点，在适应国民经济发展需要的前提下，连续开发梯级水电站的优点有：①可尽快实现梯级效益；②可优化安排各级水电站的施工进度，施工期互相搭接而施工高峰又互相错开可加速整个梯级水电站的开发进程；③可提高施工设备和施工场地的利用率；④利用上游水库蓄水时机减少下游电站的施工导流流量；⑤可减少施工队伍转移的费用和时间。由于上述优点，梯级连续开发可降低造价、缩短工期、加速实现梯级效益。梯级开发实例世界各国普遍重视梯级开发，一般在上游尽可能设置调节性能好的水库，中下游根据综合利用要求及开发条件安排梯级，而其开发顺序则根据经济发展需要并考虑项目的经济性安排。如哥伦比亚(Columbia)河，上游在加拿大，下游在美国，干流长约2000km，落差808m，分15级开发。美国于1932～1972年先建11级水电站，共装机1172万kW，总库容207亿m3。流域内有灌区27个，灌溉面积22万ha。自河口到波特兰长185km河段航深达12.2m，可通航2.6万t级海轮。下游4级及支流斯内克河4级水电站都建有船闸和鱼梯。1961年1月17日美国和加拿大签订哥伦比亚河条约，按条约加拿大在上游建麦卡(Mica)等3座水库，其中有1座在支流，美国则在支流库特内河上建利贝(Libby)水库，为干流中下游调节水量。由于西北与西南联网，要求哥伦比亚河水电站担负更多调峰任务，美国11座水电站装机扩大到1953万kW。加拿大在干流已建2级电站，装机358万kW。干流两国合计装机2311万kW。又如苏联伏尔加河处于苏联经济最早开发地区，是一条平原、丘陵型河流。干流全长3700km，利用落差256m，规划分9级开发。第二次世界大战前先开发了上游3级(1～3级)水电站，目的是解决与外海的航运联系及向首都莫斯科市的供水供电。1948～1985年又相继开发第4、6、8、7、5级水电站，以发电和改善航运为主，兼顾农业和渔业。第9级尚未开发。已开发的8级水电站共装机860.3万kW。其中规模最大的伏尔加格勒(Волгаград)水电站装机256.3万kW。中国也是在全河或局部河段统一规划下实施梯级开发。如在中国和朝鲜两国的界河鸭绿江，由两国共同规划，共同建设。规划按7级开发，共装机234.0万kW，年发电量93.4亿kW·h。首先开发了调节性能好的水丰水电站和云峰水电站，现已建成5级，已开发利用全梯级年发电量中的89(见鸭绿江水电规划)。中国现正在大力开发红水河。原规划按10级水电站开发。据广西壮族自治区用电增长过程及开发条件先建成大化水电站和恶滩水电站，天生桥二级水电站和岩滩水电站已开始发电，正在建设天生桥一级水电站。已、在建电站装机容量总计418万kW，占全梯级的38。其中天生桥二级水电站采用引水式开发，而天生桥一级水电站以其巨大的调节库容消除了二级引水式水电站无调节径流能力的缺点，并提高其他各级水电站的效益。在待建的龙滩和大藤峡水电站规划设置防洪库容，可提高西江干流和珠江三角洲地区的防洪标准(见红水河水电规划)。长江宜宾—宜昌段的开发任务是：防洪、发电、航运。河段将分5级开发，共装机25425MW。其中有中国规模最大的水电站——三峡水利枢纽，装机18200MW。待其建成后将显著提高其下游河段的防洪能力，将向缺乏能源的华中、华东地区供电，并可使万吨级航队直达重庆。其下游已建的葛洲坝水利枢纽，装机2715MW，将由现在的径流式水电站改变成为三峡水利枢纽进行反调节的枢纽，以协调发电和航运之间的矛盾(见长江宜宾—宜昌段水电规划)。在黄河上游规划分15级或16级开发，共装机14250～14350MW。在70年代以前先建了刘家峡、盐锅峡、八盘峡、青铜峡等4级水电站，对中国西北地区经济发展起了重要作用，提高了刘家峡以下河段的防洪能力，满足了灌溉的需要。在80年代建成了龙羊峡水电站，在扩展了电源的同时，以其巨大的调节库容与刘家峡水电站联合调度，进一步提高了防洪能力并协调了发电用水和灌溉用水在时空分配上要求不同的矛盾。在建的还有李家峡和大峡水电站。已建和在建水电站的装机规模占全梯级的34。将来待黑山峡水电站建成后，由龙、刘、黑3库联合调度将更好地协调综合利用之间的矛盾，使发电、灌溉、防洪、防凌各得其所(见黄河上游水电规划)。
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