水资源保护与利用课程设计

HenanUniversityofUrbanConstruction《水资源利用与保护》课程设计计算说明书题 目：信阳市取水构筑物的扩大初步设计学 院：市政与环境工程学院专 业：给排水科学与工程姓 名： 学 号：指导老师：肖晓存余海静吴俊峰朱伟萍完成时间：2014年12月19日水是生命的源泉，是重要的自然资源和环境要素。水资源在社会、经济、生存环境中占有十分重要的地位，它是促进城市经济可持续发展，确保社人民安居乐业，建设社会主义物质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。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，地表以及地下取水工程，节水理论与再生水会用等都有了较全面的了解。利用本次取水课程设计使自身较为全面，系统地获取水资源取水的相关知识，理论与实践相结合，更好的掌握了取水知识。水资源利用和保护课程设计是在实习完之后对专业课的又一次深入学习。通过这次设计对于水资源的利用中的取水构筑物的布置情况有了深刻的理解，此次设计，学习到了很多东西，要用天正CAD作图，几乎天天泡在机房学习，进一步理解和消化课堂知识，进一步提高提出问题、分析问题、解决问题的能力。这是大学以来，第一次做设计，第一次比较全面的认知这个复杂的工程，包括资料查阅、资料处理、设计尺寸、相关规定、开始制图、后期处理等。虽然，自认为，设计已经很完美，但是必然存在很多问题，还望老师指正。Wateristhesourceoflife,isanimportantnaturalresourceandenvironmentfactors.Waterresourcesinthesocial,economic,livingenvironmentinaveryimportantposition,itistopromotethecityeconomysustainabledevelopment,toensurethatthepeopleliveandworkinpeacesociety,theconstructionofsocialistmaterialcivilizationandspiritualcivilizationoftheimportantcondition,isthesocialexistenceanddevelopmentofmaterialbasis.Throughthecourseofthesemesterlearningonwaterresourcesdevelopmentandutilizationofwaterresourcesandformation,calculationofsurfaceandundergroundwaterevaluation,engineering,watersavingtheoryandrecycledwaterwillhaveamorecomprehensiveunderstandingof.Usethewatercoursedesignmakesitselfmorecomprehensive,systematicaccesstowaterresourcesforwaterrelatedknowledge,thecombinationoftheoryandpractice,haveabetterknowledgeofwater.Waterresourcesutilizationandprotectioncoursedesignisinthepracticeofprofessionalcourseafteranotherin-depthlearningsofromDecember5thtoDecember9thfivedaycoursedesign.Throughthisdesignforwaterresourceutilizationinwaterintakestructurearrangementhasaprofoundunderstanding,thisdesign,learnalotofthings,tousedayCADmapping,almosteverydaybubbleintheengineroomofstudy,tofurtherunderstandanddigesttheclassroomknowledge,furtherimprovethequestion,theanalysisproblem,problem-solvingability.ThisisthefirsttimesincetheUniversity,todothedesign,thefirstcomprehensiveunderstandingofthecomplexengineering,includingaccesstoinformation,dataprocessing,designdimensions,relatedregulations,startingadrawing,thepost-processing.Although,sincethat,thedesignisperfectbutthereexistalotofproblems,alsohopetheteacher.TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"第一章绪论 1\o"CurrentDocument"1.1设计任务 1\o"CurrentDocument"1.2设计基础资料 1\o"CurrentDocument"1.3设计成果及要求 1\o"CurrentDocument"1.4成绩评定办法及标准 2\o"CurrentDocument"第二章计算说明 3\o"CurrentDocument"2.1取水构筑物形式的选择 3\o"CurrentDocument"2.2取水头部形式的选择 3\o"CurrentDocument"2.3取水头部设计计算 3\o"CurrentDocument"2.4集水间设计计算 62.4.1格网计算 6\o"CurrentDocument"2.4.2集水间平面尺寸 6\o"CurrentDocument"2.4.3集水间平面尺寸计算 82.4.4集水间标高计算 9\o"CurrentDocument"2.4.5格网起吊设备 10\o"CurrentDocument"第三章结束语 11\o"CurrentDocument"参考文献 12第一章绪论1.1设计任务信阳市取水构筑物的扩大初步设计。1.2设计基础资料（一） 河流自然条件1、 河流水位：最高水位为36m，（频率P=1%）；最低水位为20m（保证率P=97%）。2、 河流的流量：最大流量为29500m3/s；最小流量为420m3/so3、 河流的流速：最大流速为2.8m/s；最小流速为0.7m/s。4、 河流的含砂量及漂浮物：最大含砂量0.47kg/m3；最小含砂量0.0015kg/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50—100m，主流最小水深3.8—4.0m。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：一10°C，最高气温：39°C，最大冰冻深度20cm。（三） 工程要求1、净水处理厂供水量为42000万m3/d，供生活饮用和生产需要。1.3设计成果及要求（一） 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。3、 绘制取水头部平面图和剖面图一张和集水间平面图和剖面图一张。（二） 设计要求1.自觉遵守纪律，不旷课，不迟到、不早退。设计计算说明书：字迹工整，干净整齐；设计思路清晰，方案合理，原理正确，内容充实，内容表述准确；计算有公式，公式有说明和出处；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；达到扩初设计施工图的要求。1.4成绩评定办法及标准学生的课程设计成绩由指导老师根据学生在设计期间的设计图纸、设计说明书、答辩、出勤等情况综合评定。成绩分：优、良、中、及格、不及格五个等级。其中，设计图纸占50%，设计说明书占30%，答辩占10%，出勤占10%。成绩评定标准如下：优：能认真完成设计指导书中的要求，设计过程中，严格要求自己，独立完成设计任务，图纸整洁，设计方案合理，设计说明书内容充实、原理正确，表述准确。良：能较好的完成设计指导书中的要求，能独立完成设计任务，设计方案基本合理。图纸整洁，设计说明书内容比较充实、原理基本正确，表述比较准确。中：能完成设计指导书中的要求，设计方案基本合理。及格：能基本完成设计指导书中的要求，设计图纸一般。不及格：凡有下列情况之一者以不及格论：1） 未达到设计指导书的基本要求。2） 设计缺勤累计达三分之一以上者。第二章计算说明2.1取水构筑物形式的选择取水构筑物的选择，应根据取水量和水质的要求，结合河床地形及地质、河床冲淤、水深及水位变幅、泥沙及漂浮物、冰清和航运等因素，并充分考虑到取水构筑物的施工条件和技术要求，在保证安全可靠的前提下，通过技术经济比较确定。河道主流靠近岸，河床稳定，泥沙、漂浮物、冰凌较严重的河段常才用岸边式取水构筑物，具有管理操作方便，取水安全可靠，对河流水利条件影响小优点。主流远离取水河岸，但河床稳定、河岸平坦、岸边水深不能满足取水要求或岸边水质较差时，可才用取水头部伸入河中的河床式取水构筑物。我们选择合建式河床自吸管取水构筑物。因为该河流近岸坡度较缓，主流离岸约50—100m，主流最小水深3.8—4.0m。岸边土质较好，有一定的承载力，满足使用要求。并且集水井和泵房合建在河岸上，布置紧凑，总建筑面积少，吸水管路短，可以不受水流冲击，也不影响河道水流。当河床变迁后，进水管可相应的伸长或缩短，冬季保暖、防冻比岸边式好。且自流管淹没在水中，河水靠重力自流，工作较为可靠。2.2取水头部形式的选择取水头部分为固定式取水头部和活动式取水头部。固定式取水头部有管式取水头部、蘑菇式取水头部、鱼形罩式取水头部、箱式取水头部等。我们选用2个管式取水头部。因为这种取水头部构造简单、造价低、施工方便。并且，该河流的水质较好。管式取水头部是一个设有格栅的金属方形喇叭管，安装在自流管上。当河流中漂浮物较多时，易堵塞格栅，因此应设反冲设施。因为该河流近岸坡度较缓、纵坡降较小，所以方形喇叭口布置成水平式。2.3取水头部设计计算净水处理厂供水量为42000万m3/d，供生活饮用和生产需要。水厂自用水取10%。设计流量：Q总=42000X1.10=46200m3/d=0.54m3/so自流管设计为两条，每条设计流量为：Q=Q^X0.50=0.54X0.50=0.27m3格栅计算进水流速：V°=0.6m/s；栅条厚度：s=10mm，断面为圆型；栅条净距：t=50mm；阻尼系数：k=0.75；2面积减少系数k：k=L=50=0.831t+s50+10格栅面积：口QF格栅面积：口QF=——M——=1Vk1k20.270.6x0.83x0.75=0.72m2格栅尺寸选用给水排水标准图集90s321-1,格栅进水口尺寸B1XH1=1100mmX900mm。格栅BXH=1200X1000水流通过格栅的水头损失为0.1m。自流管计算自流管设计为两条。每条100m，每条的设计流量为:Q=Q总X0.50=0.54X0.50=0.27m3初选自流管流速：v/=0.8m/s初步计算直径为：n：4Q :4x0.27D二扣 二•: =0.66m选D=0.7m\兀v' \3.14x0.8自流管实际流速为：4Q4Qv= 自兀D2搭矗=0.70m/s自流管损失按hw气七计算’其中:Q1.761 0.271.761八i=0.00093—=0.00093 =5.07X10-4ih=i・L=5.07X10-4X100=5.07X10-2mf

i一水力坡降L一管段长度（m）di一管道内径（m）h.二Z&2g,各局部阻力系数为：喇叭口&1=0.1.蝶阀&2=0.24,出口匕3=1.0局部阻力损失为：h=&H=（0.1+0.24+1）X0.702=0.03m

j 2g 2x9.81则管道总损失为：h=hf+h.=0.0507+0.03=0.08m当一根自流管故障时，另一根应能通过设计流量的70%，即：4Qv= a兀D4Qv= a兀D24x0.378=0.98m/s3.14x0.72故障时产生的损失为h/=h/+h/Q1.761 0.3781.761i=0.00093—=0.00093 =9.16X10-4ih=i•L=9.16X10-4X100=9.16X10-2mf_V2 0982h/=Z&f=（0.1+0.24+1）X—-—=0.06mjj2g 2x9.81h/=h/+h/=0.0916+0.06=0.157mw f jj考虑阻力增加因素，采用hw=0.16m（3） 方形喇叭管尺寸为：1100mm（长）X900mm（高）（4） 取水头部的标高河流最低水位为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1.2m，所以取水头部顶面距最低水位以下的水深为1.2m所以取方形喇叭口中心标高为：河流最低水位为（保证率P=97%）-0.5X方形喇叭口高-航运船只吃水深度=20-0.45-1.2=18.35m（5）集水间自流管口的标高：喇叭口中心标高-管道总水头损失-格栅水头损失=18.35-0.16-0.1=18.09m2.4集水间设计计算2.4.1格网计算采用平板格网，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。过网流速：v=0.3m/s；（一般取0.30.5m/s）1 ~~网眼边长：b=5mm；（一般为5~~10mm）网丝直径：d=1mm；（一般为1~~2mm）格网面积减少系数b2 52八一.（.+d）2-（5+1）2-.格网阻塞系数：K=0.5；水流收缩系数：£=0.7；（一般为0.64~~0.8）格网面积：F=一Q一= 054 =7.41m21K1K2£vi0.694x0.5x0.7x0.3选用给水排水标准图集90S321-6，格网进水口尺寸为B1XH1=1700mmX2100mm，格网面积为BXH=1800mmX2200mm，选用四个，总面积为7.76m2。格网的水头损失为0.2m。2.4.2集水间平面尺寸集水间分为两格，两格间设连通管并装阀门，集水间平面尺寸见图1。集水间平咽/：100图1集水间1-1剖面图r/:力为Z幺，苓多”丸彳多％2.4.3集水间平面尺寸计算采用四台泵（三用一备）每个吸水管设计流量为：q=054=0.18m3/so吸3初选吸水管v吸=1.2m/s。（吸水管流速一般为1.0到1.5m/s）I初选管径d==：4X0.18=0.44m。兀材 3.14X1.2选取管径d=500mm，V= =、X°.18=0.9m/s。吸兀d2 3.14x0.521）吸水管吸水喇叭口直径为：D=（1.3〜1.5）d=1.4d=1.4X500=700mm。喇叭口边缘距井壁间净间距：a吸2=0.8D=560mm。(系数一般采用0.75到1.0)喇叭口净间距a吸1=1.8D=1260mm。(系数一般采用1.5到2.0)喇叭口的最小悬空高度h1=(0.6—0.8)D,且h]N0.5m，取h1=0.8D=560mm。喇叭口的最小淹没深度h2N0.5—1.0m，取h2=0.8m。单个吸水间的宽度L吸=以吸1+2Xa吸2+2D=1260+2X560+700X2=3780mm.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。单个吸水间的长度L吸=a吸2+0.5D+3D=560+0.5X700+3X700=3010mm。2.4.4集水间标高计算顶面标高：当采用非淹没式时，集水井顶面标高=1%洪水位+0.5+浪高=36+0.5+0.25=36.75m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=20-0.08-0.1=19.82m吸水间最低动水位：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二19.82-0.2=19.62m。集水间底部标高：平板格网净高为2.2m，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：19.62-O.1-2.2-0.2=17.12m吸水间最小水深二吸水间最低动水位-集水间底部标高=19.42-17.12=2.7m。水泵的吸水喇叭口距吸水间底部的高度为：h1=(0.6—0.8)D，且h1^0.5m，取h1=0.8D=560mm=0.56m。水泵的吸水喇叭口淹没水深为：h2^0.5—1.0m，取h2=0.8m。则h1+h2=0.56+0.8=1.36<2.7。固可满足水泵吸水要求。集水间深度：顶部标高-底面标高=36.75-17.12=20.03m集水间深度校核:当自流管用一根管输送Q/=0.378m3/s,v=0.98m/s,水头损失为hW=0.16m,此时进水间最低水位标高为：20-0.16-0.1=19.74m。吸水间最低水位标高为：19.74-0.2=19.54m，吸水间最小水深=吸水间最低动水位-集水间底部标高=19.54-16.92=2.62m。水泵的吸水喇叭口距吸水间底部的高度为：h1=(0.6—0.8)D,且h1N0.5m，取hi=0.8D=560mm=0.56m。水泵的吸水喇叭口淹没水深为：七日0.5—1.0m，取h=0.8m。则h+h=0.56+0.8=1.36<2.62。可满足水泵吸水要求。2 1 22.4.5格网起吊设备(1)平板格网起吊设备：W=(G+pfF)K其中W——平板格网起吊重量，kN；G——平板格网与钢绳重量，G=2.45KN；P——平板格网两侧水位差产生的压强，p=3.92kpa；F