水资源利用与保护课程设计完成

1、河南城建学院本科课程设计第一章绪论第一章绪论1.1 设计任务巩义市取水构筑物的扩大初步设计1.2 设计基础资料1.2.1 河流自然条件1 、河流水位：最高水位为36.50 m ,（频率p=1%）最低水位为20.00 m （ 保证率 p=97%）2 、河流的流量：最大流量为27500 m3/s ;最小流量为 325 m 3/s。3 、河流的流速：最大流速为2.50 m/s ;最小流速为0.5 m/s4 、河流的含砂量及漂浮物：最大含砂量 0.47 kg/ m3;最小含砂量 0.0015 kg/ m 3。有一定数量的水 草和青苔，无冰絮。5 、河流主流及河床情况河流近岸坡度较缓，主流离岸约5010

2、0m,主流最小水深3.840m。岸边 土质较好，有一定的承载力，满足使用要求。1.2.2 地区气象资料最低气温：5c,最高气温：38c,最大冰冻深度15cm。21.2.3 工程要求净水处理厂供水量为5.0万m/d,供生活饮用和生产需要1.3设计成果及要求1.3.1 设计成果1、设计计算说明书一份。2、取水构筑物的平面布置和高程布置图一张 （2#）。3、绘制取水头部平面图和剖面图一张 （2#）。（图例1: 1004、集水间平面图和剖面图一张（2#）（图例1: 100）1.3.2 设计要求1 .自觉遵守纪律，不迟到、不早退。2 .设计计算说明书：字迹工整，干净整齐；设计思路清晰，内容充实，原理正确

3、，方案合理，内容表述准确；计算有公式，公式有说明、出处；3 .图纸：设计方案合理，线条层次分明，图面整洁，尺寸标注整齐统一；要达到扩初设计 施工图的要求。河南城建学院本科课程设计第二章计算说明第二章计算说明2.1构筑物类型确定给水工程中从江河、湖泊、水库及海洋等地表水源中的取水构筑物，分为 固定式和移动式两大类。固定式取水构筑物位置固定不变，安全可靠，应用较为广泛。由于水源的水 位变化幅度、岸边的地形地质和冰冻、航运等因素，可有多种布置方式。常见的 有4种。(1)江心进水头式：由取水头部、进水管、集水井和取水泵房组成。常用于岸 坡平缓、深水线离岸较远、高低水位相差不大、含砂量不高的江河和湖泊。

4、原水 通过设在水源最低水位之下的进水头部， 经过进水管流至集水井，然后由泵房加 压送至水厂。集水并可与无塔供水的泵房分建或合建。 当取水量小时，可以不建 集水井而由水泵直接吸水。取水头部外壁进水口上装有格栅.集水井内装有滤网以防止原水中的大块漂流杂物进人水泵，阻塞管道或损坏叶轮。(2)江心桥墩式：也称塔式。常用于水库，建于尚未蓄水时。构筑物高耸于水 体中，取水、泵水设施齐全，用输水管送水上岸。可以在不同深度取水，以得到 水质较好的原水。(3)岸边式:集水井与泵房分建或合建于岸边，原水直接由进水口进入。一般 适用于岸坡较陡，深水线靠近岸边的江河。对含砂量大或冰凌严重或两者均出现 的河流，取水量又

5、较大时，可采用斗槽式取水构筑物，它是一种特殊的岸边式取 水构筑物，具前以围堤筑成一个斗槽，粗砂将在斗槽内沉淀，冰凌则在槽内上浮。 中国西北地区有多处斗摘式取水构筑物。(4)底栏栅式：以山区溪流作为水源时，为避免急流中的砂砾，用低坝抬高水 位，坝内有引水渠道，渠顶盖栏栅。水流溢过坝顶时从栏栅进入渠道，流至沉砂 池沉除泥沙后，再用包压供水水泵输出。移动式取水构筑物适用于水位变化大的河流。构筑物可随水位升降，具有投 资较省、施工简单等优点，但操作管理较固定式麻烦 .取水安全性也较差，主要有两种。（1）浮船式:水泵设在驳船上，直接从河中取水.由斜管输送至岸。水泵的出水 管和枪水斜管的连接要灵活，以适应

6、浮船的升降和摇摆。当采用阶梯式连接时须 随水位涨落改换接头位置。当采用摇臂式连接时，加长联络管为摇臂，不换接头， 浮船也可以随水位自由升降。浮船取水要求河岸有适当的坡度 （20 30）。浮船 式取水构筑物在中国西南和中南地区较多。20世纪80年代，单船供水能力已超 过每日10万衬。（2）缆车式：由坡道、输水斜管和牵引设备等 4个主要部分组成。取水泵设在 泵车上。当河流水位涨落时，泵车可由牵引设备沿坡道上下移动，以适应水位， 同时改换接头。缆车式取水适宜于水位涨落速度不大（如不超过2m/h）、无冰凌和 漂浮物较少的河流。本设计中由于主流离岸较远，河岸水较浅，故考虑采用自流管式取水。综上所述，本设

7、计的取水构筑物形式采用固定式河床式。 河心处为箱式取水 头部，经自流管流入集水井，在经格栅、格网截留杂质后，用离心泵送出。2.2构筑物设计固定式取水构筑物由集水井（岸边式和河床式）、取水头部（河床式）、 进水管（河床式）、取水泵站（岸边式和河床式）等部分组成。2.2.1 取水头部计算取水头部是河床式取水构筑物的组成部分之一，设计的一般要求是：1）取水头部应设在稳定河床的主流深槽处，有足够的取水深度；2）取水头部的设计对取水水质及河道水流有较大的影响，因此应选择合理 的外形和较小的体积，以避免对周围水流产生大的破坏和扰动， 同时防止取水头 部受冲刷，甚至被冲走；3）任何形式的取水头部均不同程度地

8、使河道水流发生变化，引起局部冲刷，因此应在可能的冲刷范围内抛石加固，并将取水头部的基础埋在冲刷深度以下；4）取水头部至少应分成两格，或分设两个取水头部，以便清洗和检修。在 漂浮物或泥沙多的河流中，相邻的取水头部应有较大的间距，一般沿水流方向的间距应不小于取水头部最大尺寸的 3倍；(1)格栅计算格栅设于进水孔上(或取水头部)的入口处，用以拦截水中粗大的漂浮物及 鱼类。格栅由金属框架和栅条组成，框架外形与进水孔形状相同。格栅的栅条厚 度或直径一般采用10mm栅条净距通常采用30 120mm本设计采用30mm格栅栅条可以直接固定在进水孔上， 或者放在进水孔外侧的导槽中，一般可 按可拆卸设计，并考虑有

9、人工或机械消除的措施， 以便清洗和检修。栅条断面形 状有矩形、扁圆形和圆形等多种。q=50000 x 1.05=52500m3/d=0.608m3/s ;进水孔设计流速：v(=0.9m/s ;栅条厚度：s=10mm断面为扁钢型；栅条净距：b=40mm格栅阻塞系数：k2=0.75 ;栅条引起的面积减少系数 9=0.8b s 40 10进水孔或格栅的面积：% =q = 0.608 = 1.1.126m2v0k1k20.9 0.8 0.75进水口数量选用两个，每个面积为：f= f0/2=0.563m2格栅尺寸选用给水排水标准图集 90s321-1，每个进水口尺寸为b1xh1=800mm 800mm格

10、栅外形尺寸 bx h=900mm 900mm具有效面积0.63m2。(2)进水管计算选择自流管，集水井位于河岸，可不受水流冲击和冰棱碰击，也可不影响河 床水流；自流管淹没在水中，河水靠重力自流，工作可靠；冬季保温、防冻比较 好。取水头部平剖面为菱形，整体为箱式。 a角去90 0则面进水。设计水量：q=5000(x 1.05=52500m3/d=0.608m3/s自流管设计为两条，每条设计流量为：4自=q/2=0.608/2=0.304m3/s初选自流管流速：v / =0.8m/s16初步计算直径为:=0.696m选 d=0.7m采用dn700i勺钢管，自流管内实际流速为:4q 自 4x0.30

11、4,v 自=2 =2 = 0.79m/snd23.14x0.72自流管损失按hw=hf+hj计算，其中:水力坡度:2八-2i =0.00107% =0.00107-0.7 =0.00106d0.7自流管沿程水头损失：hf=i xl=0.00119x75=0.089m2h- 2g各局部阻力系数为：喇叭口 。=0.1.焊接弯头%=1.01 ,蝶阀匕=0.2,4=1.0,局部阻力损失为:2_. vhj八=(0.1+1.01+0.2+1.02gx 9=0.074m2 9.8则管道总损失为:hw=hf+hj =0.089+0.074=0.163m考虑日后淤积等原因造成阻力增大，为避免因此造成流量降低，管

12、道总损失采用0.20m。当一根自流管故障时，另一根应能通过设计流量的70%,即:q =0.7q=0.7x0.608=0.426m3/s此时管中流速为：va=j% = 土0%，.06m/s二 d23.14 0.72故障时产生的损失为hw =h +hj22i =0.00107 ：3 =0.001071.063 =0.00191dj.0.7.hf =i x l=0.00191 x 75=0.143m2hj =z 嗡=(0.1+1.01+0.2+1.0)2x 106- = 0.132m2 9.8hw=hf +hj，=0.143+0.132=0.275m考虑阻力增加因素，采用hw =0.4m(3)取水头

13、部构造尺寸最小淹没深：h/=1.25m,与河流通航船只吃水深度有关；进水口下缘距河底：h/=1.5m,为避免泥沙流入取水头部；进水箱体埋深：h/ =1.4m,与该处河流冲涮程度有关；箱体处水深是3.95米；河流最低水位为20m (保证率p=97%)。取水头部顶面距最低水位不低于 0.5m,考虑航运船只吃水深度1.25m,所以取水头部顶面距最低水位以下的水深 为 1.25m。(4)箱体设计尺寸：自流管管径为d=700mm吸水喇叭口直径为 d=1.4d=1.4x 700=980mm (一般取 d= (1.3-1.5d);吸水喇叭口至墙体的距离：a 2=0.8d=0.8x980=784mm (一般取

14、a 2= (0.75 1) d)取水头部墙体厚度6=150mm；取水头部箱体宽度为 b=d+2 a 2+2 6 =980+2 x 784+2x 150=2848mm；取水头部箱体长度为 l=2 (d+2 a 2)+3 6 =2( 980+2x 784)+3x 150=5546mm；两根自流管之间的间距：s=l-2 6 -2 a 2-d=2698mm(5)取水头部标高计算：取水头部箱体顶部标高：20.00-1.25=18.75m箱式取水头部底部标高：18.75-0.15x 2-0.8-1.5-1.4=14.75m取水头部自流管的中心标高：14.75+0.3+1/2x 0.7=15.40m喇叭 口

15、 顶端标高：18.75-0.15x 2-0.8=17.65m河床标高：14.75+1.4=16.15m取水头部设计图详见图2-1:取水头部平面图和图2-2:取水头部剖面图;图2-1 :取水头部平面图粘k头却制面图7； 7%图2-2 :取水头部剖面图2.3.3集水井计算集水井一般由进水间、格网和吸水间三部分组成，进水间和吸水间用纵向隔 墙分开，在分隔墙上可以设置平板格网。集水井顶部设操作平台，安装格栅、格 网、闸门等设备的起吊装置。1、集水间计算格网计算格网设在进水间和吸水问之间，用以拦截水中细小的漂浮物。格网有平板格 网和旋转格网两种形式，当每台泵出水量小于 1.5m3/s时，采用平板格网，故

16、本 设计采用平板格网。平板格网构造简单、不单独占用面积，可缩小集水井尺寸， 适用于中小水量、漂浮物不多时。通过格网的流速：vi=0.4m/s ;网眼尺寸：b=8mrm 8mm网丝直径：d=1mm金属丝直径s=2.5mm网丝引起的面积减少系数kib282一(b d)2(8 1)2= 0.79格网阻塞后面积减少系数：&=0.5 ;水流收缩系数：s=0.7;格网面积：q0.6082fi = = = 5.50mv1k1k2 0.7 0.3 0.79 0.5选用给水排水标准图集 90s321-6,格网进水口尺寸为 bxh=2000mrh2000mm 选用两个，格网外形尺寸 bx h=2130m m213

17、0mm具有效面积为2.76 m2。（3）集水间平面尺寸采用四台泵（三用一备）每个吸水管设计流量为：0.608q 吸=3 =0.203 m3/s。初选吸水管v吸=1.3 m/s。（吸水管流速一般为1.0至i 1.5 m/s）、三初选管径d= w = =0.45 m。4q选取管径 d=500mm , v 吸=7td2 =1.0 m/s。集水间墙体厚度取500mm1）吸水管吸水喇叭口直径为：d=（1.31.5）d=1.5d=1.5 x 500=750mm。2）喇叭口边缘距井壁间净间距：a 吸 2=0.8d =600mm 。（系数一般采用 0.75 到 1.0）3）喇叭口净间距a吸1=1.8d =13

18、50mm 。（系数一般采用1.5到2.0）4）喇叭口的最小悬空高度h1= （0.6 0.8） d,且 h10.5m,取h1=0.8 d=600mm。5）喇叭口的最小淹没深度 h20.51.0m ,取h2=0.8m。6）单个吸 水间的 宽度 l吸=a吸1+2 x a吸2+2d=1350+2 x 600+750 x 2=4050mm .7）格网出水至吸水喇叭口中心的流程长度l不小于吸水喇叭口直径的3倍，取3 倍,即 2250m。8）单个吸水间的长度 l 吸=a 吸 2+0.5d+3d=600+0.5 x 750+3 x 750=3225mm 。（4）集水间的标高计算集水井选择非淹没式，在最高水位时

19、仍能露出水面，操作管理方便，在漂浮 物多的洪水期可以及时清理格网，供水较为安全。1）顶面标高：采用非淹没式，集水间顶面标高=1 %洪水位+浪高（0.25m）+0.5m：ha =36.50+0.5+0.25=37.25m。2）进水间最低水位：97%枯水位-取水头部到进水管段水头损失-格栅损失 =20.00-0.20-0.1=19.70m 。3）吸水间最低水位：进水间最低动水位标高-进水间到吸水间的平板格网水头损失 =19.70-0.2=19.50m4）集水间底部标高：平板格网净高为1.80m,其上缘应淹没在吸水间动水位以下， 取为0.1m；其下缘应高出底面，取0.2m,则集水间底面标高为：19.

20、50-0.1-021.8=17.40mi吸水间最小水深=吸水间最低动水位-集水间底部标高=19.50-17.40=2.1m。水泵的吸水喇叭口距吸水间底部的高度为： h尸（0.60.8） d,且hi0.5m,取 hi=0.8d =600mm=0.6mzk泵的吸水喇叭口淹没水深为：h21.0-0.5m ,取 h2=0.8m。 则hi+h2=0.6+0.8=1.4m2.1m。固可满足水泵吸水要求。5）集水间深度：顶部标高-底部标高=37.25-17.40=19.85m。集水间深度校核：当自流管用一根管输送 q/=0.426m 3/s, v=1.06m/s ,水头损失为hw=0.40m,此时吸水间最低

21、水位为：20.00-0.1-0.40-0.2=19.30m吸水间最小水深为：19.30-17.40=1.9m小于1.4m,可满足水泵吸水要求。2、排泥、启闭及起吊设备1）进水间和吸水间中的水流速度较小，当河水中含泥沙较多时，集水井中 会沉淀泥沙。为了不影响正常取水，需及时排除。常用的排泥装备有排沙泵、排 污泵、射流泵、压缩空气提升器等。为了提高排泥效果，一般在井底设有穿孔冲 洗管或冲洗喷嘴，利用高压水边冲洗、边排泥。2）在进水间的进水孔、格网和横向隔墙的连通孔上须设置闸阀、闸板等启 闭设备，以便在进水间冲洗和设备检修时使用。为了减小所占地位，常用平板闸阀、滑阀及蝶阀等。3）为便于格栅、格网的清洗和检修及闸门的启闭和检修，需