分布在一條河流的上下游有水流聯(lián)系的水電站群。梯級(jí)中的各級(jí)水電站可以是壩式水電站、引水式水電站或混合式水電站。若單獨(dú)開發(fā)，各類水電站有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，組成梯級(jí)水電站后，則可取長(zhǎng)補(bǔ)短，獲得梯級(jí)效益，如提高資源的利用率、協(xié)調(diào)水資源綜合利用之間的矛盾、縮短總體工期、減少總投資等。
梯級(jí)銜接
上級(jí)水電站的尾水位與下級(jí)水電站正常蓄水位之間的連接方式。梯級(jí)銜接是梯級(jí)水電站布置中的一個(gè)重要問(wèn)題，它關(guān)系到能否充分利用全河流的水能資源，也關(guān)系到全河航運(yùn)。梯級(jí)銜接有3種方式。
（1） 齊平銜接。上級(jí)水電站尾水位與下級(jí)水電站正常蓄水位齊平。當(dāng)下級(jí)水電站的庫(kù)水位為正常蓄水位時(shí)，本級(jí)電站開發(fā)河段的水頭，得以充分利用，也不減少上級(jí)電站的利用水頭。但當(dāng)下級(jí)水電站庫(kù)水位低于正常蓄水位運(yùn)行時(shí)，兩電站間就有一段航道處于天然河道狀態(tài)，既不利于航運(yùn)，又損失了一部分可利用的水頭。因此，這種方式較適合于下級(jí)水電站庫(kù)水位變化不大的情況。
（2） 重疊銜接。下級(jí)水電站正常蓄水位高于上級(jí)水電站尾水位。在下級(jí)水電站的水庫(kù)有調(diào)節(jié)徑流任務(wù)時(shí)，采用這種銜接可能有利。因?yàn)?，下?jí)水電站調(diào)節(jié)徑流時(shí)，庫(kù)水位常低于正常蓄水位，若為齊平銜接，則上級(jí)水電站尾水位以下，有部分航道常處于天然河道狀態(tài)，對(duì)航運(yùn)和水頭利用都不利。采用重疊銜接可減少或避免這種情況出現(xiàn)。有時(shí)，航道要求下級(jí)水電站的死水位與上級(jí)電站的尾水位齊平，這種情況下上級(jí)水電站尾水至下級(jí)水電站進(jìn)水口之間不會(huì)出現(xiàn)天然河道狀態(tài)。這種銜接，上級(jí)水電站減少的水頭，全部增加到下級(jí)水電站，并不損失可利用的水頭。當(dāng)上下兩級(jí)電站間有支流匯入，且下級(jí)水電站的庫(kù)水位經(jīng)常低于正常蓄水位時(shí)，采用重疊銜接比采用齊平銜接能更充分利用水能資源。中國(guó)南盤江天生橋一級(jí)水電站與其上游支流黃泥河的魯布革水電站之間采用重疊銜接，主要為了天生橋一級(jí)水電站提高水頭，使南盤江干流來(lái)水可以多發(fā)電。天生橋一級(jí)水電站和天生橋二級(jí)水電站間也采用重疊銜接，則主要是為了增大二級(jí)水電站的調(diào)節(jié)庫(kù)容。
（3） 不銜接。下級(jí)水電站正常蓄水位低于上級(jí)水電站尾水位，既損失了可利用的水頭，降低河流水能資源的利用率，又不利于航運(yùn)。但在平原河段，為了減少水庫(kù)淹沒(méi)損失，往往采用這種方式。中國(guó)黃河上游，為減少淹沒(méi)損失，在多處河段采用不銜接方式，見(jiàn)黃河上游水電規(guī)劃。
梯級(jí)效益
梯級(jí)水電站之間有密切的水流聯(lián)系，其中某一級(jí)水電站水庫(kù)的調(diào)節(jié)作用，可使其下游的所有梯級(jí)水電站受益；上下游水庫(kù)聯(lián)合調(diào)度，可協(xié)調(diào)解決發(fā)電和其他用水要求的矛盾等。
（1） 上游水電站水庫(kù)調(diào)節(jié)徑流可增大下游所有梯級(jí)水電站的保證出力和年發(fā)電量。上游水電站水庫(kù)在汛期蓄水，所蓄水量轉(zhuǎn)移到枯水期利用，下游各級(jí)水電站也相應(yīng)減少汛期通過(guò)水量，增加枯水期通過(guò)水量，減少汛期棄水，增加枯水期發(fā)電量，同時(shí)下游的低水頭水電站可以避免汛期因水頭降低而產(chǎn)生受阻出力或減少受阻容量（見(jiàn)水電站設(shè)計(jì)水頭）。中國(guó)雅礱江上規(guī)劃的兩河口水電站，電站本身的保證出力只有870MW，但由于它的水庫(kù)調(diào)節(jié)，使下游10級(jí)水電站增加保證出力3400MW.
（2） 上下游水庫(kù)聯(lián)合調(diào)度，可協(xié)調(diào)發(fā)電和其他用水要求的矛盾。如三峽水利樞紐承擔(dān)電力系統(tǒng)調(diào)峰任務(wù)，因而出庫(kù)流量每晝夜很不均勻。為滿足航運(yùn)要求，葛洲壩水利樞紐進(jìn)行反調(diào)節(jié)，把不均勻的入庫(kù)流量調(diào)節(jié)成均勻的出庫(kù)流量，使下游水位不陡漲陡落以保證航運(yùn)。又如龍羊峽水庫(kù)與劉家峽水庫(kù)聯(lián)合調(diào)度解決發(fā)電與灌溉用水的矛盾。灌溉期，劉家峽多放水，與其下游各級(jí)電站在日負(fù)荷的基荷區(qū)或腰荷區(qū)運(yùn)行，多發(fā)電，以滿足其下游灌溉用水；而龍羊峽水庫(kù)少放水，與其下游劉家峽以上的梯級(jí)水電站一同少發(fā)電量，可在日負(fù)荷高峰區(qū)運(yùn)行，把水蓄起來(lái)待枯水期利用。非灌期，龍羊峽多放水多發(fā)電，劉家峽少放水少發(fā)電，兩組水電站群的工作位置相互交換。經(jīng)過(guò)龍羊峽和劉家峽兩座大水庫(kù)聯(lián)合調(diào)度，既充分滿足劉家峽水電站下游河段灌溉用水的要求，又使黃河上游的梯級(jí)水電站整體按電力系統(tǒng)的要求運(yùn)行。
（3） 上游水電站水庫(kù)削減洪峰、蓄存洪量，可提高下游各級(jí)水電站防洪標(biāo)準(zhǔn)，減小泄洪設(shè)施規(guī)模。由于龍羊峽水電站水庫(kù)的調(diào)洪作用，使劉家峽、鹽鍋峽和八盤峽3座水電站的校核洪水標(biāo)準(zhǔn)分別由五千年一遇、千年一遇和三百年一遇，提高到洪水、兩千年一遇和千年一遇。
（4） 上游電站水庫(kù)有時(shí)可為下游電站縮短初期蓄水時(shí)間。因上游水庫(kù)的蓄水量可先暫時(shí)部分轉(zhuǎn)移到正蓄水的下游水庫(kù)，使之盡快達(dá)到可發(fā)電的水位，提前投產(chǎn)運(yùn)行。
梯級(jí)連續(xù)開發(fā) 梯級(jí)水電站的梯級(jí)效益隨著各級(jí)電站的逐級(jí)建成而逐漸增長(zhǎng)，而每級(jí)水電站的施工一般分為3個(gè)階段：首先開挖工程出現(xiàn)高峰，以后是土石方或混凝土工程的高峰，最后是設(shè)備安裝的高峰。根據(jù)這些特點(diǎn)，在適應(yīng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要的前提下，連續(xù)開發(fā)梯級(jí)水電站的優(yōu)點(diǎn)有：①可盡快實(shí)現(xiàn)梯級(jí)效益；②可優(yōu)化安排各級(jí)水電站的施工進(jìn)度，施工期互相搭接而施工高峰又互相錯(cuò)開可加速整個(gè)梯級(jí)水電站的開發(fā)進(jìn)程；③可提高施工設(shè)備和施工場(chǎng)地的利用率；④利用上游水庫(kù)蓄水時(shí)機(jī)減少下游電站的施工導(dǎo)流流量；⑤可減少施工隊(duì)伍轉(zhuǎn)移的費(fèi)用和時(shí)間。由于上述優(yōu)點(diǎn)，梯級(jí)連續(xù)開發(fā)可降低造價(jià)、縮短工期、加速實(shí)現(xiàn)梯級(jí)效益。
梯級(jí)開發(fā)實(shí)例 世界各國(guó)普遍重視梯級(jí)開發(fā)，一般在上游盡可能設(shè)置調(diào)節(jié)性能好的水庫(kù)，中下游根據(jù)綜合利用要求及開發(fā)條件安排梯級(jí)，而其開發(fā)順序則根據(jù)經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要并考慮項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性安排。如哥倫比亞（Columbia）河，上游在加拿大，下游在美國(guó)，干流長(zhǎng)約2000km，落差808m，分15級(jí)開發(fā)。美國(guó)于1932～1972年先建11級(jí)水電站，共裝機(jī)1172萬(wàn)kW，總庫(kù)容207億m3.流域內(nèi)有灌區(qū)27個(gè)，灌溉面積22萬(wàn)ha.自河口到波特蘭長(zhǎng)185km河段航深達(dá)12.2m，可通航2.6萬(wàn)t級(jí)海輪。下游4級(jí)及支流斯內(nèi)克河4級(jí)水電站都建有船閘和魚梯。1961年1月17日美國(guó)和加拿大簽訂哥倫比亞河條約，按條約加拿大在上游建麥卡（Mica）等3座水庫(kù)，其中有1座在支流，美國(guó)則在支流庫(kù)特內(nèi)河上建利貝（Libby）水庫(kù)，為干流中下游調(diào)節(jié)水量。由于西北與西南聯(lián)網(wǎng)，要求哥倫比亞河水電站擔(dān)負(fù)更多調(diào)峰任務(wù)，美國(guó)11座水電站裝機(jī)擴(kuò)大到1953萬(wàn)kW.加拿大在干流已建2級(jí)電站，裝機(jī)358萬(wàn)kW.干流兩國(guó)合計(jì)裝機(jī)2311萬(wàn)kW.又如蘇聯(lián)伏爾加河處于蘇聯(lián)經(jīng)濟(jì)最早開發(fā)地區(qū)，是一條平原、丘陵型河流。干流全長(zhǎng)3700km，利用落差256m，規(guī)劃分9級(jí)開發(fā)。第二次世界大戰(zhàn)前先開發(fā)了上游3級(jí)（1～3級(jí)）水電站，目的是解決與外海的航運(yùn)聯(lián)系及向首都莫斯科市的供水供電。
梯級(jí)銜接
上級(jí)水電站的尾水位與下級(jí)水電站正常蓄水位之間的連接方式。梯級(jí)銜接是梯級(jí)水電站布置中的一個(gè)重要問(wèn)題，它關(guān)系到能否充分利用全河流的水能資源，也關(guān)系到全河航運(yùn)。梯級(jí)銜接有3種方式。
（1） 齊平銜接。上級(jí)水電站尾水位與下級(jí)水電站正常蓄水位齊平。當(dāng)下級(jí)水電站的庫(kù)水位為正常蓄水位時(shí)，本級(jí)電站開發(fā)河段的水頭，得以充分利用，也不減少上級(jí)電站的利用水頭。但當(dāng)下級(jí)水電站庫(kù)水位低于正常蓄水位運(yùn)行時(shí)，兩電站間就有一段航道處于天然河道狀態(tài)，既不利于航運(yùn)，又損失了一部分可利用的水頭。因此，這種方式較適合于下級(jí)水電站庫(kù)水位變化不大的情況。
（2） 重疊銜接。下級(jí)水電站正常蓄水位高于上級(jí)水電站尾水位。在下級(jí)水電站的水庫(kù)有調(diào)節(jié)徑流任務(wù)時(shí)，采用這種銜接可能有利。因?yàn)?，下?jí)水電站調(diào)節(jié)徑流時(shí)，庫(kù)水位常低于正常蓄水位，若為齊平銜接，則上級(jí)水電站尾水位以下，有部分航道常處于天然河道狀態(tài)，對(duì)航運(yùn)和水頭利用都不利。采用重疊銜接可減少或避免這種情況出現(xiàn)。有時(shí)，航道要求下級(jí)水電站的死水位與上級(jí)電站的尾水位齊平，這種情況下上級(jí)水電站尾水至下級(jí)水電站進(jìn)水口之間不會(huì)出現(xiàn)天然河道狀態(tài)。這種銜接，上級(jí)水電站減少的水頭，全部增加到下級(jí)水電站，并不損失可利用的水頭。當(dāng)上下兩級(jí)電站間有支流匯入，且下級(jí)水電站的庫(kù)水位經(jīng)常低于正常蓄水位時(shí)，采用重疊銜接比采用齊平銜接能更充分利用水能資源。中國(guó)南盤江天生橋一級(jí)水電站與其上游支流黃泥河的魯布革水電站之間采用重疊銜接，主要為了天生橋一級(jí)水電站提高水頭，使南盤江干流來(lái)水可以多發(fā)電。天生橋一級(jí)水電站和天生橋二級(jí)水電站間也采用重疊銜接，則主要是為了增大二級(jí)水電站的調(diào)節(jié)庫(kù)容。
（3） 不銜接。下級(jí)水電站正常蓄水位低于上級(jí)水電站尾水位，既損失了可利用的水頭，降低河流水能資源的利用率，又不利于航運(yùn)。但在平原河段，為了減少水庫(kù)淹沒(méi)損失，往往采用這種方式。中國(guó)黃河上游，為減少淹沒(méi)損失，在多處河段采用不銜接方式，見(jiàn)黃河上游水電規(guī)劃。
梯級(jí)效益
梯級(jí)水電站之間有密切的水流聯(lián)系，其中某一級(jí)水電站水庫(kù)的調(diào)節(jié)作用，可使其下游的所有梯級(jí)水電站受益；上下游水庫(kù)聯(lián)合調(diào)度，可協(xié)調(diào)解決發(fā)電和其他用水要求的矛盾等。
（1） 上游水電站水庫(kù)調(diào)節(jié)徑流可增大下游所有梯級(jí)水電站的保證出力和年發(fā)電量。上游水電站水庫(kù)在汛期蓄水，所蓄水量轉(zhuǎn)移到枯水期利用，下游各級(jí)水電站也相應(yīng)減少汛期通過(guò)水量，增加枯水期通過(guò)水量，減少汛期棄水，增加枯水期發(fā)電量，同時(shí)下游的低水頭水電站可以避免汛期因水頭降低而產(chǎn)生受阻出力或減少受阻容量（見(jiàn)水電站設(shè)計(jì)水頭）。中國(guó)雅礱江上規(guī)劃的兩河口水電站，電站本身的保證出力只有870MW，但由于它的水庫(kù)調(diào)節(jié)，使下游10級(jí)水電站增加保證出力3400MW.
（2） 上下游水庫(kù)聯(lián)合調(diào)度，可協(xié)調(diào)發(fā)電和其他用水要求的矛盾。如三峽水利樞紐承擔(dān)電力系統(tǒng)調(diào)峰任務(wù)，因而出庫(kù)流量每晝夜很不均勻。為滿足航運(yùn)要求，葛洲壩水利樞紐進(jìn)行反調(diào)節(jié)，把不均勻的入庫(kù)流量調(diào)節(jié)成均勻的出庫(kù)流量，使下游水位不陡漲陡落以保證航運(yùn)。又如龍羊峽水庫(kù)與劉家峽水庫(kù)聯(lián)合調(diào)度解決發(fā)電與灌溉用水的矛盾。灌溉期，劉家峽多放水，與其下游各級(jí)電站在日負(fù)荷的基荷區(qū)或腰荷區(qū)運(yùn)行，多發(fā)電，以滿足其下游灌溉用水；而龍羊峽水庫(kù)少放水，與其下游劉家峽以上的梯級(jí)水電站一同少發(fā)電量，可在日負(fù)荷高峰區(qū)運(yùn)行，把水蓄起來(lái)待枯水期利用。非灌期，龍羊峽多放水多發(fā)電，劉家峽少放水少發(fā)電，兩組水電站群的工作位置相互交換。經(jīng)過(guò)龍羊峽和劉家峽兩座大水庫(kù)聯(lián)合調(diào)度，既充分滿足劉家峽水電站下游河段灌溉用水的要求，又使黃河上游的梯級(jí)水電站整體按電力系統(tǒng)的要求運(yùn)行。
（3） 上游水電站水庫(kù)削減洪峰、蓄存洪量，可提高下游各級(jí)水電站防洪標(biāo)準(zhǔn)，減小泄洪設(shè)施規(guī)模。由于龍羊峽水電站水庫(kù)的調(diào)洪作用，使劉家峽、鹽鍋峽和八盤峽3座水電站的校核洪水標(biāo)準(zhǔn)分別由五千年一遇、千年一遇和三百年一遇，提高到洪水、兩千年一遇和千年一遇。
（4） 上游電站水庫(kù)有時(shí)可為下游電站縮短初期蓄水時(shí)間。因上游水庫(kù)的蓄水量可先暫時(shí)部分轉(zhuǎn)移到正蓄水的下游水庫(kù)，使之盡快達(dá)到可發(fā)電的水位，提前投產(chǎn)運(yùn)行。
梯級(jí)連續(xù)開發(fā) 梯級(jí)水電站的梯級(jí)效益隨著各級(jí)電站的逐級(jí)建成而逐漸增長(zhǎng)，而每級(jí)水電站的施工一般分為3個(gè)階段：首先開挖工程出現(xiàn)高峰，以后是土石方或混凝土工程的高峰，最后是設(shè)備安裝的高峰。根據(jù)這些特點(diǎn)，在適應(yīng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要的前提下，連續(xù)開發(fā)梯級(jí)水電站的優(yōu)點(diǎn)有：①可盡快實(shí)現(xiàn)梯級(jí)效益；②可優(yōu)化安排各級(jí)水電站的施工進(jìn)度，施工期互相搭接而施工高峰又互相錯(cuò)開可加速整個(gè)梯級(jí)水電站的開發(fā)進(jìn)程；③可提高施工設(shè)備和施工場(chǎng)地的利用率；④利用上游水庫(kù)蓄水時(shí)機(jī)減少下游電站的施工導(dǎo)流流量；⑤可減少施工隊(duì)伍轉(zhuǎn)移的費(fèi)用和時(shí)間。由于上述優(yōu)點(diǎn)，梯級(jí)連續(xù)開發(fā)可降低造價(jià)、縮短工期、加速實(shí)現(xiàn)梯級(jí)效益。
梯級(jí)開發(fā)實(shí)例 世界各國(guó)普遍重視梯級(jí)開發(fā)，一般在上游盡可能設(shè)置調(diào)節(jié)性能好的水庫(kù)，中下游根據(jù)綜合利用要求及開發(fā)條件安排梯級(jí)，而其開發(fā)順序則根據(jù)經(jīng)濟(jì)發(fā)展需要并考慮項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性安排。如哥倫比亞（Columbia）河，上游在加拿大，下游在美國(guó)，干流長(zhǎng)約2000km，落差808m，分15級(jí)開發(fā)。美國(guó)于1932～1972年先建11級(jí)水電站，共裝機(jī)1172萬(wàn)kW，總庫(kù)容207億m3.流域內(nèi)有灌區(qū)27個(gè)，灌溉面積22萬(wàn)ha.自河口到波特蘭長(zhǎng)185km河段航深達(dá)12.2m，可通航2.6萬(wàn)t級(jí)海輪。下游4級(jí)及支流斯內(nèi)克河4級(jí)水電站都建有船閘和魚梯。1961年1月17日美國(guó)和加拿大簽訂哥倫比亞河條約，按條約加拿大在上游建麥卡（Mica）等3座水庫(kù)，其中有1座在支流，美國(guó)則在支流庫(kù)特內(nèi)河上建利貝（Libby）水庫(kù)，為干流中下游調(diào)節(jié)水量。由于西北與西南聯(lián)網(wǎng)，要求哥倫比亞河水電站擔(dān)負(fù)更多調(diào)峰任務(wù)，美國(guó)11座水電站裝機(jī)擴(kuò)大到1953萬(wàn)kW.加拿大在干流已建2級(jí)電站，裝機(jī)358萬(wàn)kW.干流兩國(guó)合計(jì)裝機(jī)2311萬(wàn)kW.又如蘇聯(lián)伏爾加河處于蘇聯(lián)經(jīng)濟(jì)最早開發(fā)地區(qū)，是一條平原、丘陵型河流。干流全長(zhǎng)3700km，利用落差256m，規(guī)劃分9級(jí)開發(fā)。第二次世界大戰(zhàn)前先開發(fā)了上游3級(jí)（1～3級(jí)）水電站，目的是解決與外海的航運(yùn)聯(lián)系及向首都莫斯科市的供水供電。