水资源课程设计取水构筑物的扩大初步设计.docx

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水资源课程设计取水构筑物的扩大初步设计

《水资源利用与保护》课程设计计算说明书

题目：

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：

前言

水资源状态制约着国民经济的发展和人类生活水平的提高。

长期以来，水资源的不合理开发、利用所造成的严重水资源短缺和区域性的生态、环境灾害受到了国际水资源与环境领域的广泛关注。

现代资源开发利用已从传统的仅对水资源的评价与无序开发转变为更重视水资源量与质的综合评价、合理开发与利用；更加注重节水技术的开发与应用；更加关注水资源的天然循环与人为循环之间的协调；更加强调污水再生回用技术和污染水源的水质修复技术的应用与推广，实现水资源的有效保护。

我们选择了一个与水息息相关的专业，因此我们更加需要对水资源的利用与保护有所了解。

我们可以通过工程课程设计，掌握水资源评价、供需平衡分析的基本概念、理论与方法；掌握取水工程基本概念、理论、工程技术和措施；掌握取水构筑物形式的选择；了解与水资源保护有关的理论、措施，理论联系实际，增长实践知识，加深对理论知识的理解。

课程设计是大学学习的重要环节，是每一个大学生的必修课。

我们要把握好每一次机会尽可能的增长见识，这样可以为我们以后更好地把所学的知识运用到工作中打下基础。

Preface

Statusofwaterresourcesrestrictthedevelopmentofnationaleconomyandtheimprovementofhumanlife.Foralongtime,theresultoftheunreasonabledevelopmentandutilizationofwaterresourcesseriousshortageofwaterresourcesandregionalecologicalandenvironmentaldisasterhasreceivedthewidespreadattentioninthefieldofinternationalwaterresourcesandtheenvironment.Modernresourcesdevelopmentandutilizationhasfromthetraditionalonlyforevaluationofwaterresourcesandthedisorderlydevelopmenttoattachmoreimportancetocomprehensiveevaluationinwaterresourcesquantity,qualityandreasonabledevelopmentandutilization;Paymoreattentiontothedevelopmentandapplicationofwater-savingtechnology;Paymoreattentiontothenaturalcycleofwaterresourcesandthecoordinationbetweentheartificialcycle;Moreemphasisonwastewaterregenerationrecycletechnologyandtheapplicationofthewaterpollutedwaterqualityrepairtechnologyandpromotion,realizetheeffectiveprotectionofwaterresources.

Wechoseaprofessionalwhichiscloselylinkedwiththewater,soweneedmoretounderstandutilizationandprotectionofwaterresources.Wecanthroughtheengineeringcoursedesign,waterresourcesevaluation,thebasicconceptsofsupply

anddemandbalanceanalysis,theoryandmethod;Masterwaterengineeringbasicconcepts,theories,techniquesandmeasures;Graspthechoiceoftheformofwaterintakestructures;Understandthetheoryrelatedtotheprotectionofwaterresources,measures,theorywithpractice,increasepracticeknowledge,deepentheunderstandingoftheoreticalknowledge.

Curriculumdesignisanimportantpartoftheuniversity,isacompulsorycourseforcollegestudentseach.Weshouldgraspeverychancetoseetheworldaspossible,sothatwecanforourfuturebetterapplylearnedknowledgetoworktolaythefoundation.

参考文献………………………………………………………………………………………….12

第1章绪论

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。

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、使我们在设计、制图、查阅资料、使用设计手册和规范等基本技能上得

到初步的训练。

1.2设计任务

市一取水构筑物的扩大初步设计

1.3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，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。

第2章计算说明

2.1基本资料

1、河流自然条件：

（1）河流水位:

最高水位为36.60m，（频率P=1%）；最低水位为21.50m（保证率P=97%）。

（2）河流的流量:

最大流量为27500m

/s；最小流量为330m

/s。

（3）河流的流速

最大流速为2.5m/s；最小流速为0.6m/s

（4）河流的含砂量及漂浮物：

最大含砂量0.42kg/m

；最小含砂量0.0014kg/m

。

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82m，主流最小水深3.8m。

岸边土质较好，有一定的承载力，满足使用要求。

2、地区气象资料：

最低气温：

-7℃，最高气温：

36℃，最大冰冻深度10cm。

3、工程要求

净水处理厂供水量为6.68万m

/d，供生活饮用和生产需要。

2.2构筑物类型确定

2.2.1构筑物分为以下形式：

1、固定取水构筑物

①岸边式取水构筑物

适用条件：

河岸较陡，主流靠近河岸，岸边有一定的取水深度，水位变化幅度不太大，水质及地质条件较好。

②河床式取水构筑物

适用条件：

河岸较平缓，主流离岸较远，岸边缺乏必要的取水深度或水质不好时。

2、活动式取水构筑物

①缆车式取水构筑物

适用条件：

河流水位变幅为10-35m、涨落速度小于2m/h.

②浮船式取水构筑物

适用条件：

河流水位变幅为10-40m或更大，涨落速度小于2m/h.

因河床稳定，河岸较平坦，岸边水深不够，宜采用河床取水构筑物。

2.2.2取水头部形式的确定

按照取水头部形式的不同，可分为管式取水头部、蘑菇式取水头部、鱼形罩式取水头部、箱式取水头部等类型。

因本地水深较小、含沙量小、冬季有潜冰，故本设计选用箱式取水头部。

2.2.3进水管形式的确定

进水管有自流管和虹吸管两种

自流管适用条件：

自流管埋深不大或者在河岸开挖时采用。

虹吸管适用条件：

河滩宽阔、河岸高、自流管埋深很大或河岸为坚硬岩石以及管道需穿越防洪堤时采用。

因本地区符合自流管试用条件，且自流管式比虹吸管式工作的可靠性强，故本设计采用自流管式。

2.2.4集水井形式的确定

集水井和取水泵站可以和建，也可以分建。

分建时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。

综上所述，选用矩形集水井。

第3章设计计算

3.1取水头部设计

取水头部平面为菱形，锥角宜取60°--90°，这样水力条件较好；矩形取水头部的水力条件稍差。

本设计取水头部整体为箱式，α角取90°，侧面进水。

设计水量：

Q=66800×1.08=72144m³/d=0.835m³/s

（1）格栅计算

格栅是用来拦截水中粗大的漂浮物及鱼类等。

进水流速：

v1＝0.35m/s（本地有较大发展空间）

栅条厚度：

s＝10mm

栅条净距：

b＝60mm（一般采用30到120mm）

阻塞系数：

K1＝0.75；

面积减少系数：

K2=

=

=0.857

格栅面积：

F1=

=

=3.71㎡

进水口数量选用4个，每个面积为：

=

=

=0.93㎡

格栅尺寸选用给水排水标准图集90s321-1,每个进水口尺寸为B1×Hl＝

1300mm×900mm，格栅外形尺寸B×H＝1400mm×1000mm。

（2）取水头部构造尺寸

最小淹没水深h=1.25m（根据航道要求最小淹没深度为1.2到1.25m取

1.25m）

进水口下缘距河底：

h′＝1.15m，（为避免泥砂进入取水头部）；

进水箱体理深：

h″＝2.04m，（与该处河流冲刷程度有关），

箱体处最低水位水深不得小于3.8m。

箱体设计如下图：

图3-1取水头部平面图

图3-2取水头部剖面图

3.2自流管设计计算

自流管设计两条，每条设计流量为：

q自＝

=

＝0.418m³/s

初选自流管流速：

＝1.15m/s

初步计算直径为：

=

=

=0.68m

按公称直径，选择自流管直径D自＝700mm。

自流管实际流速为：

=

=

=1.09m/s

自流管损失按hw＝hf+hj计算，其中：

hf=i

L=0.00206×82=0.169m（查快速设计手册可得）

hj=∑

各局部阻力系数值为：

喇叭口

=0.1，焊接弯头

=0.68，蝶阀

=0.2，出口

=1.0，局部阻力损失为：

hj=∑

＝（0.1+0.68+0.2+1.0）×

=0.12m

则管道总损失为：

hw＝hf+hj＝0.169+0.12＝0.289m

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0.29m。

当一根自流管故障时，另一根应能通过设计流量的75％，即：

Q′=0.75Q=0.75×0.835=0.626m3/s。

此时管中流速为：

=

=

=1.63m/s

故障时产生的损失为：

=

+

＝

L=0.00456

82=0.374m

=

=（0.1+0.68+0.2+1.0）×

=0.27m

=

+

＝0.374+0.27＝O.644m

考虑阻力增加因素，采用

＝0.7m

3.3集水井设计

1．格网计算

（1）格网设在进水间和吸水间之间，用以拦截水中细小的漂浮物。

格网分为平板格网和旋转格网两种形式，此设计采用平板格网。

（2）过网流速：

=0.40m/s（一般采用0.3到0.5m/s）

（3）网眼尺寸：

6×6mm（一般采用5×5到10×10）

（4）网丝直径：

d＝1mm（一般采用1到2）

（5）格网阻塞系数：

K1=0.5（一般采用0.5）

（6）格网面积减少系数：

K2=

=

=0.735

（7）水流收缩系数：

=0.76（一般采用0.64到0.8）

（8）格网面积：

F1=

=

=7.47m2

根据给水排水标准图集90S321-6，格网进水口尺寸为B1×H1＝1700×2100,采用四个，格网尺寸，B×H＝1800×2200。

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，集水间平面尺寸计算如下：

采用四台泵（三用一备）

每台吸水管设计流量为：

Q吸=

=0.278m³/s

初选吸水管v吸=1.1m/s（吸水管流速一般为1.0到1.5m/s）

初选管径：

D=

=

=0.57m，故选取管径D=600mm

v吸=

=1.0m/s

吸水管吸水喇叭口直径为：

D喇叭=（1.3~1.5）D=1.39D=1.39

600=834mm

（2）喇叭口井壁间净间距：

α吸1=0.85D喇叭=709mm（系数一般采用0.75到1.0）

（3）喇叭口净间距α吸2=1.6D喇叭=1334mm（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喇叭，且h1≥0.5m,取h1=0.75D喇叭=0.63m

（5）喇叭口的最小淹没深度h2=0.5—1.0m，取h2=0.7m。

（6）单个吸水间的长度L吸=α吸2+2α吸1+2D喇叭=1334+2×709+834×2=4420mm

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D喇叭的3倍，取3.5倍。

（7）单个吸水间的宽度L吸=α吸1+0.5D喇叭+3.5D喇叭=709+0.5×834+3.5×834=4045mm。

图3-3集水间平面图

图3-4集水间剖面图

3．集水间的标高计算

（1）顶面标高：

当采用非淹没式时，集水井顶面标高＝1％洪水位+浪高+0.5

H＝36.6+0.25+0.5

H＝37.35m

（2）进水间最低水位：

97％枯水位-取水头部到进水间的管段水头损失-格栅损失=21.5-0.29-0.1=21.11m

（3）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=21.11-0.2=20.91

m。

（4）集水间底部标高：

吸水间最低动水位=20.91m，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:

20.91-2.2-0.1-0.2＝18.41m

（5）集水间深度：

顶部标高-底面标高＝37.35-18.41＝18.94m

（6）集水间深度校核：

当自流管用一根管输送

＝0.626m³/s，v

＝1.63m/s时，水头损失为

=0.7m，此时吸水间最低动水位为:

21.5-0.7-0.1-0.2=20.5m

吸水间最低水位差：

20.5-18.41=2.09m，可满足水泵吸水要求。

4.格网起吊设备的计算

（1）．平板格网起吊重量

W＝（G+pfF）k

W：

平板格网的起吊重量，kN；

G：

平板格网与钢缆的重量，G＝1.47kN

p:

平板格网两侧水位差产生的压强p＝1.96kPa

f：

格网与导轨问的摩擦系数，f=0.44

F:

每个格网的面积，F＝1.87㎡；

K：

安全系数，k＝1.5；

W＝（G+pfF）k＝（1.47+1.96×O.44×1.87）×1.5＝8.61kN

（2）．起吊设备选择与吊架高度计算

平板格网高2.2m，格网吊环高0.25m，电动葫芦吊钩至工字梁下缘最小距离为0.78m，格网吊至平台以上的距离取0.2m，操作平台标高为37.55m，则起吊架工字钢下缘的标高应为：

37.55+0.2+2.2+0.25+0.78＝40.98m

格网起吊高度为：

37.55+0.2-（18.96+0.2）=18.59m

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。

第4章结论

本周我们需要设计取水构筑物，包括计算取水头部和集水间的各种数据，还有用CAD画取水构筑物的平面图和剖面图。

这一周我真正的学到了很多东西。

对于集水间和取水头部的设计要求有了进一步学习，知道了对于取水头部和集水间该怎么去设计，以及其要求是什么，还有对于CAD的使用更加系统和细致，第一次用CAD去画图，出现了很多问题，但在出现问题和解决问题时我对于CAD的学习变的深入了。

对于以后的管道和水泵的设计会很有帮助，但是对于CAD的学习自己还没有真正灵活去使用，自己以后应该多练习，多去画画图，提高自己画图的能力。

通过此次课程设计，我学到了很多课堂上学不到的东西，但在设计过程中自己也有很多做的不好的地方，对此我思考过，学习经验自然是一个因素，然而更重要的是自制力不足。

在接下来的学习中，我会朝这个方向努力，我相信我会改正并能做的更好。

当今社会一直处在高速的发展变化中，对于人才的要求也越来越高，我们要用发展的眼光看问题，就要不断提高思自身能力，完善自我。

对于CAD的使用要勤加练习，一定要不会就去请教他人，或者在网上查一些与此有关的视频，认真学习，使自己的学习更加全面，深入，系统。

参考文献

[1]李广贺主编《水资源利用与保护》（第二版）中国建筑工业出版社2010年3月

[2]刘自放、张廉均、邵丕红编张淑英主审《水资源与取水工程》中国建筑工业出版社出版2006年6月第一版

[3]中国市政工程西南设计研究院主编《给水排水设计手册》第1册中国建筑工业出版社出版2000年10月第二版

[4]上海市政工程设计研究院主编《给水排水设计手册》第3册中国建筑工业出版社出版2004年4月第二版

[5]上海市政工程设计研究院主编《给水排水设计手册》第10册中国建筑工业出版社出版20008年8月第二版

[6]中国市政工程西南设计研究院主编《给水排水设计手册》第11册中国建筑工业出版社出版2006年6月第二版

[7]严煦世主编《给排水快速设计手册》第l册中国建筑工业出版社出版1995年7月第一版

[8]李田、胡汉明主编《给水排水工程快速设计手册》第5册中国建筑工业出版社出版1994年12月第一版

[9]李金根主编《给水排水工程快速设计手册》第4册中国建筑工业出版社出版1996年2月第一版

[10]《给水排水标准图集》90S321-1（格栅）、90S321-6（格网）

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