水资源课程设计取水构筑物的扩大初步设计

1、水资源利用与保护 课程设计 题 目：保定市一取水构筑物的扩大初步设计系 别：环境与市政工程系专 业：给水排水工程姓 名：李 松 亚学 号：024409224指导教师：肖晓存 余海静 何亚丽 谭水成河南城建学院2011年 12 月 8 日前 言水是生命的源泉，是重要的自然资源和环境要素。水资源在社会、经济、生存环境中占用十分重要的地位，它是建设社会物资文明和精神文明的重要条件，是社会赖以存在和发展的物质基础。课程设计是水资源利用与保护课程中最重要的实践性教学环节之一，通过设计实习使学生对书本知识有更深刻的了解，使学生能更熟练的运用所学的知识，达到理论联系实践的目的，使以前学过的东西更加形象化和生

2、动化！对所学知识加以应用和系统化，培养解决实际工程设计问题的能力；使学生在设计、制图、查阅资料、使用设计手册和规范等基本技能上得到初步训练；使学生能通过设计掌握地表水取水构筑物的基本计算方法；掌握工具书的应用方法。通过整个学期的课程学习，对水资源的形成和开发利用，水资源量的计算评价，地表水及地下取水工程，节水理论与再生水回用等都有了较全面的了解。通过本次对一个取水头部的课程设计，我又对整个水资源利用与保护书中的知识点又过了一遍，对那些原来感到茫然的知识又有了清晰地认识，对那些原来自己不知道的内容，也有了了解，使自身较为全面，系统地获取水资源取水的相关知识，理论与实践相结合，更好地掌握了取水知识

3、。由于自己能力有限并且是第一次进行课程设计，难免在设计的过程中存在一些问题，希望老师能予以纠正，以促进我今后的学习。PrefaceWater is the source of life, is an important natural resource and environment factors. Water resources in the social, economic, environment occupies a very important position, it is the construction of social material civilization and

4、spiritual civilization of the important condition, is the social existence and development of material basis.Curriculum design is the utilization and protection of water resources in the course of the most important practical teaching link, through the design practice to enable students to have a mo

5、re profound understanding of knowledge, so that students can be more skilled in the use of the knowledge learned, to link theory to practice, so that the previously learned more figurative and vivid! On the knowledge to be applied and systematic training, to solve practical problems in engineering d

6、esign ability; to enable students to design, drawing, access to information, using the design manual and standard of basic skills on initial training; so that the students can grasp by designing surface water intake of the basic calculation method; master tool application method.Through the course o

7、f the semester learning, on water resources development and utilization of water resources and formation, calculation of evaluation, surface water and underground water engineering, water saving theory and the reuse of reclaimed water have a more comprehensive understanding of. By the time of a wate

8、r head of curriculum design, and I on the water resources utilization and protection of the book knowledge over, for those who originally confused knowledge has a clear understanding of the original, he does not know the content, also have understanding, make oneself more comprehensive, system acces

9、s to water resources for water related knowledge, the combination of theory and practice, better master the knowledge of water.Due to their limited capacity and was the first to design the curriculum, inevitably in the process of design problems, hope that the teacher can be corrected, to promote my

10、 future study.目 录1 绪论.51.1 设计目的 .51.2 设计任务 .51.3 设计时间 .52 计算说明.52.1 基本资料.52.2构筑物类型确定 .62.3 构筑物设计 .63 结论.15参考文献.161 绪论1.1 设计目的1、对所学知识加以应用和系统化，培养解决实际工程设计问题的能力；使学生在设计、制图、查阅资料、使用设计手册和规范等基本技能上得到初步训练。2、使学生能通过设计掌握地表水取水构筑物的基本计算方法。3、掌握工具书的应用方法。1.2 设计任务 某市一取水构筑物的扩大初步设计。1.3 设计时间 2011年12月5日2011年12月9日2 计算说明2.1 基

11、本资料（一）河流自然条件1、河流水位:最高水位为 35.20 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 26000 m3/s；最小流量为 350 m3/s。3、河流的流速: 最大流速为 2.50 m/s；最小流速为 0.55 m/s4、河流的含砂量及漂浮物： 最大含砂量 0.45 kg/ m3；最小含砂量 0.0015 kg/ m3。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50100m，主流最小水深3.84.0m。岸边土质较好，有一定的承载力，满足使用要求。（二）地区气象资料：最低气温：10

12、，最高气温：39，最大冰冻深度15。（三）工程要求1、净水处理厂供水量为 35000 m3/d，供生活饮用和生产需要。2.2 构筑物类型确定取水构筑物类型的确定取水构筑物有固定式和活动式，各自的适用条件？题设条件是什么？应采用什么形式（固定式）？固定式又有岸边式和河床式，各自的适用条件？本设计的条件是河流河岸较缓，主流离岸边较远，约50100m，主流最小水深3.84.0m，宜采用固定式河床取水取水构筑物。 取水头部形式的确定取水头部的形式很多，常用的有喇叭口、蘑菇形、鱼形罩、箱式、桥墩式等。各自的适用条件？ 本设计的条件是取水地点水深较浅含沙量少，有一定的水草和青苔，符合箱式取水头部的条件，所

13、以河心处选取箱式取水头部。头部迎水面做成尖角形用钢筋混凝土分两节预制，吊装下沉后，水下拼装。头部周围抛石，防止河床冲刷。 进水管形式的确定按照进水管形式的不同，可分为自流管和虹吸管两种类型。各自的适用条件？ 本设计河流的条件是河床较稳定、河岸平坦、主流距离河岸较远、河岸水深较浅且岸边水质较差，管道埋深不大，该河流的条件满足自流管的适用条件，故选用自流管取水流入集水井。 集水井形式的确定集水井和取水泵站可以合建，也可以分建。合建、分建的各自适用条件？本工程的资料是？所以本设计适合采用分建或合建。时集水井的平面形式可为圆形、矩形、椭圆形等。集水井的平面形式可为圆形、矩形、椭圆形等。圆形集水井结构合

14、理，水流阻力小，便于沉井施工，但不便于布置设备；矩形集水井安装滤网、吸水管、分格及布置水泵和管线较为方便，但造价较高。通常当集水井深度不大，可用大开槽施工时，采用矩形集水井，否则用圆形。为了方便布置设备，本设计选用矩形集水井。综上所述，取水构筑物采用固定式河床取水构筑物，河心处用箱式取水头部，集水间和泵房采用合建形式，水从取水头部经自流管流入集水间，再经格网截留杂质后，用离心泵送出。2.3 构筑物设计取水头部设计计算1.设计水量 Q=Q取1.05=350001.05=36750m3/d=0.425m3/s；2.取水头部设计计算取水头部平剖面取菱形，整体为箱式。角取900侧面进水。（1）格栅计算

15、 进水流速：取=0.4m/s（河床式取水构筑物，有冰絮时0为0.1 0.3m/s， 无冰絮时0为0.2 0.6m/s，该河流有冰絮且要小于河流的最小流速0.55m/s，故取0=0.4m/s）；栅条厚度：s=10 ，断面为扁钢形；栅条净距：b=50 （栅条净距多采用30 50）；阻塞系数：k2=0.75；面积减小系数：K1=0.833；进水孔面积：F。=1.70进水孔数量选用4个，每个面积为：F=0.425格栅尺寸选用给水排水标准图集90s321-1，每个进水口尺寸为B1Hl700700，格栅外形尺寸BH800800，有效面积0.43平方米。（2）取水头部构造尺寸注：1、为避免吸入推移质泥沙，侧

16、面进水孔的下缘应高出河床0.5m以上，淹没的侧面进水孔上缘在设计最低水位时淹没深度不小于0.30.5m；2、自流管管顶应在河床冲刷深度以下0.250.3m，易冲刷的河床，管顶最小埋深应在河床以下0.5m，另外，还需满足抗浮要求。最小淹没水深: 取=1.2m（根据河流航道要求及通行船只吃水深度，最小淹没深度一般取1.2 1.25m）；进水口下缘距河底：1.5m（为避免泥砂进入取水头部，进水口下缘距河底高一般大于1m）;进水箱体理深：1.4m，（与该处河流冲刷程度有关，在河底冲刷程度5m时，进水箱体埋深为1.0 1.5m/s）；+ Hl =3.4满足最低水位3.8 4.0要求；箱体设计尺寸：自流管

17、管径为d=600mm（计算过程见后面自流管设计计算）；吸水喇叭口直径为D=1.5d=1.5600=900mm（一般取D=（1.3 1.5）d）；吸水喇叭口至墙体的距离：2=0.8D=0.8900=720mm【一般取2=（0.75 1）D】;取水头部墙体厚度=150mm；取水头部箱体宽度为B=D+22+2=900+2720+2150=2640mm；取水头部箱体长度为L=2（D+22）+3=2（900+2720）+3150=5130mm；取水头部箱体设计尺寸如下图所示：取水头部剖面图如下图所示：3.自流管设计计算自流管设计为两条，每条设计流量为： q自 0.2125 m3/s初选自流管流速：=1.

18、0 m/s（一般取大于1 m/s）初步计算管径为：=0.52m 选择自流管直径D自600mm自流管实际流速为:v自=0.75m/s自流管损失按hwhf+hj，计算，其中：局部水头损失计算公式为：自流管为铸铁管，n取0.013C=56.07=0.025hf=0.025=0.11m局部水头损失计算公式为：hj=各局部阻力系数查给水排水设计手册第一册得到：喇叭口1=0.1，900焊接弯头2=1.01，蝶阀3=0.2（全开式蝶阀一般取0.1 0.3），出口处4=1.0，局部水头损失为：hj=(0.1+1.01+0.2+1.0)=0.066m则管道总损失为：hwhf+hj0.11+0.0660.176m

19、考虑日后因淤积等原因造成管道阻力增大，为避免因此造成流量降低，则管道总水头损失采用0.20m。自流管校核：当一根自流管故障时，另-根应能通过设计流量的70，即：Q=0.7Q=0.70.425=0.30m3/s。此时管中流速为：vs=1.06m/shf=0.025=0.21mhj=(0.1+1.01+0.2+1.0)=0.13m= +0.21+0.13=0.34m考虑阻力增加因素，采用0.40m4.集水间设计计算（1）格网计算采用平板格网（结构构造简单，不单独占用面积，可缩小集水间尺寸，格网多采用此种形式）过网流速：v1=0.4m/s（过网流速多采用0.30.5 m/s）网眼尺寸：5mm5mm(

20、网眼尺寸一般为5mm5mm10mm10mm网丝直径：d1mm（网丝直径一般取12 mm）格网面积减少系数：K1 = =0.694格网阻塞系数：K2=0.5 （一般取0.5）水流收缩系数：=0.7（水流收缩系数一般取0.640.8）格网面积：F1= =4.37选用两个格网，则F1= F1/2=2.19选用给水排水标准图集90S321-6，格网进水口尺寸为B1H115001500,有效面积为2.25，总面积尺寸为BH16001600。选用2个，总面积为2.2524.5 ，满足设计要求。（2）集水间平面尺寸计算进水间分为两格，两格间设连通管并装阀门，吸水间也分为两格，每格内设置两个吸水喇叭口与吸水管

21、相连接，也即采用四台泵，三台使用一台备用。集水间平面尺寸计算如下：每根吸水管设计流量为：Q设=0.142 m3/s初选吸水管流速吸=1.2 m/s（吸水管流速一般为1.01.5m/s）初算管径:=0.388m 选择吸水管直径d吸400mmV吸=1.13m/s吸水间吸水喇叭口直径为：D吸=1.5=1.5400=600 mm两个吸水喇叭口之间间距为1=1.75 D吸=1.75600=1050 mm（一般取1=(1.52) D吸）吸水喇叭口与墙壁间的距离为2=0.8 D吸=0.8600=480 mm（一般取2=(0.751) D吸）吸水喇叭口最小悬空高度为：h1=0.5m(一般取h1=(0.60.8

22、) D吸且h10.5m,但(0.60.8) D吸0.5m，故取0.5m吸水喇叭口最小淹没深度为：h2=0.8m（一般取h2=0.51.0m）集水间墙体宽度取=500 mm，进水间与吸水间的墙体宽度为=300 mm单个吸水间的长度为：L1=22+1+2 D吸=2480+1050+2600=3210 mm故集水间总宽度为：L=2L1+3=23210+3500=7920 mm格网出水至吸水喇叭口中心流程应不小于吸水喇叭口直径D的三倍，同时不小于（2+）=480+300=780 mm， 3 D吸=3600=1800 mm，经计算可知，3 D吸（2+），故应取格网出水至吸水喇叭口中心流程为3 D吸=36

23、00=1800 mm，单个吸水间宽度为：b= 格网出水至吸水喇叭口中心流程+2=1800+300+480=2580 mm因进水间和吸水间是对称分布的，故集水间的总宽度为：B=2b+2+=22580+2500+300=6460 mm则集水间的平面尺寸如下图所示：(3)集水间的标高计算1)顶面标高； 采用非淹没式，集水井顶面标高1洪水位+浪高+0.5：H。35.20+0.25+0.535.95m2）进水间最低动水位： 97枯水位-取水头部到进水间的管流损失-格栅损失=20.00-0.20-0.1=19.70m （格栅损失一般取0.050.1m）3)吸水间最低动水位：进水间最低动水位标高-进水间到吸

24、水间的平板格网头损失=19.70-0.2=19.50m。（进水间到吸水间的平板格网水头损失一般取0.10.2m）4)集水间底部标高：平板格网净高为1.60m，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；19.50-O.1-1.60-0.217.60m5)集水间深度：顶部标高-底面标高35.95-17.6018.35m 6)集水间深度校核：当自流管用-根管输送0.30ms，v1.06ms时，水头损失为=0.40m，此时吸间最低动水位为：20.00-0.1-0.40-0.219.30m （格栅水头损失0.1m，格网水头损失0.2m）吸水间最低水深

25、为；19.30-17.601.70mh1+h2=0.5+0.8=1.3m，可满足水泵吸水要求。 5.格网起吊设备的计算 (1)平板格网起吊重量 W(G+pfF)kW：平板格网的起吊重量，kN；G：平板格网与钢缆的重量，G1.47kN P: 平板格网两侧水位差产生的压强P0.29.8=1.96kPa（平板格网水头损失0.2m）f：格网与导轨问的摩擦系数，f=0.44F:每个格网的面积，F2.56；K:安全系数，k1.5；W(G+pfF)k (1.47+1.96O.442.56)X1.5 5.52kN (2)起吊设备选择与吊架高度计算 平板格网高1.60m，格网吊环高0.25m，电动葫芦吊钩至工字

26、梁下缘最小距离为0.78m，格网吊至平台以上的距离取0.2m，操作平台标高为35.95m，则起吊架工字钢下缘的标高应为：35.95+1.60+0.25+0.78+0.238.78m格网起吊高度=起吊架工字梁下缘的标高-电动葫芦吊钩至工字梁下缘最小距离-（集水间底部标高+平板格网下缘与集水间底部高差+平板格网高+平板格网吊环高）38.78-0.78-17.60-0.2-1.6-0.25=18.35m选用CD11-24D或MD11-24D型电动葫芦，起吊重量为9.8kN，起吊最大高度为24m。6排泥冲洗设备因河水含砂量不大，故只设冲洗给水栓,不设排泥设备，定期放空人工挖泥.3 结束语课程设计是水资源利用与保护课程中最重要的实践性教学环节之一，通过设计实习使学生对书本知识有更深刻的了解，使学生能更熟练的运用所学的知识，达到理论联系实践的目的，使以前学过的东西更加形象化和生动化！为期一周的水资源利用与保护的课程设计结束了，我虽然颇为忙碌，但心里觉得充实而有收获。这样的课程设计是十分有意义的。平时，我们上课学了一些东西，但理解的不深，有些知识点其实还是感到很迷茫的。通过对一个取水头部的整体设计与规划，我又对整个水资源利用与保护书中的