水资源利用与保护课程设计完成.docx

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水资源利用与保护课程设计完成

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36.50m，（频率P=1%）；最低水位为20.00m（保证率P=97%）。

2、河流的流量:

最大流量为27500m3/s；最小流量为325m3/s。

3、河流的流速:

最大流速为2.50m/s；最小流速为0.5m/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—40m。

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：

－5℃，最高气温：

38℃，最大冰冻深度15㎝。

1.1.3工程要求

净水处理厂供水量为5.0万m3/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：

100

4、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，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。

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，其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，再用恒压供水水泵输出。

　　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（20一30）。

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，并考虑有人工或机械清除的措施，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=50000×1.05=52500m3/d=0.608m3/s；

进水孔设计流速：

V0=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

进水孔或格栅的面积：

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B1×H1=800mm×800mm，格栅外形尺寸B×H=900mm×900mm，其有效面积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。

α角去90 º侧面进水。

 设计水量：

Q=50000×1.05=52500m3/d=0.608m3/s

自流管设计为两条，每条设计流量为：

q

=Q/2=0.608/2=0.304m3/s

初选自流管流速：

v

=0.8m/s

初步计算直径为：

选D=0.7m

采用DN700的钢管，自流管内实际流速为：

自流管损失按hw=hf+hj计算，其中：

水力坡度：

自流管沿程水头损失：

Hf=i×L=0.00119×75=0.089m

各局部阻力系数为：

喇叭口

=0.1.焊接弯头

=1.01，蝶阀

=0.2，

=1.0，局部阻力损失为：

hj=

=（0.1+1.01+0.2+1.0）×

m

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=0.7×0.608=0.426m3/s

此时管中流速为：

故障时产生的损失为hw’=hf’+hj’

hf’=i×L=0.00191×75=0.143m

hj’=

=（0.1+1.01+0.2+1.0）×

hw=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=1.4×700=980mm（一般取D=（1.3-1.5d））；

吸水喇叭口至墙体的距离：

α2=0.8D=0.8×980=784mm（一般取α2=（0.75～1）D）

取水头部墙体厚度δ=150mm；

取水头部箱体宽度为B=D+2α2+2δ=980+2×784+2×150=2848mm；

取水头部箱体长度为L=2（D+2α2）+3δ=2（980+2×784）+3×150=5546mm；

两根自流管之间的间距：

S=L-2δ-2α2-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：

18.75-0.15×2-0.8-1.5-1.4=14.75m

取水头部自流管的中心标高：

14.75+0.3+1/2×0.7=15.40m

喇叭口顶端标高：

18.75-0.15×2-0.8=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

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间之间，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：

v1=0.4m/s；

网眼尺寸：

b=8mm×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

格网阻塞后面积减少系数：

K2=0.5；

水流收缩系数：

=0.7；

格网面积：

选用给水排水标准图集90S321-6，格网进水口尺寸为B1×H1=2000mm×2000mm，选用两个，格网外形尺寸B×H=2130mm×2130mm，其有效面积为2.76m

。

（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：

     Q吸=

=0.203m³/s。

初选吸水管v吸=1.3 m/s。

（吸水管流速一般为1.0到1.5 m/s） 

初选管径 d=

==0.45m 。

选取管径d=500mm ，V吸=

=1.0 m/s 。

集水间墙体厚度取500mm

1）吸水管吸水喇叭口直径为：

D=（1.3~1.5）d=1.5d=1.5×500=750mm。

2）喇叭口边缘距井壁间净间距：

α吸2=0.8D=600mm。

（系数一般采用0