水资源利用与保护课程设计.docx
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水资源利用与保护课程设计
课程设计计算说明书
课程名称：
水资源利用与保护
题目：
某县给水厂取水工程设计
学院：
建筑工程系：
土木工程
专业班级：
学号：
学生姓名：
起讫日期：
指导教师：
职称：
学院审核（签名）：
审核日期：
目录
（一）设计说明书
第一章概述………………………………………………..04
1.1设计依据和设计范围……………………….……………..04
1.2自然条件资料…………………………….……............04
第二章设计水量…………………………………………………05
2.1各项用水量…………………………………………...…..05
2.2最高日用水量………………………………………….....05
2.3设计水量……………………………………………...…..05
第三章给水水源及取水工程………......................................06
第一节给水水源
3.1.1取水规模确定………………………………….....……..06
3.1.2地区水源选择情况及水源选择…….................................06
3.1.3取水方案的比较与选择…………………...........………..06
3.1.4水源地位置………………………….......................……..06
第二节取水构筑物
3.2.1设计原则及设计特点……………….............………….07
3.2.2取水构筑物型式…….......................................................07
3.2.3取水头部选择…….........................……………………..07
3.2.4进水间的设计………….................……………………..07
第四章取水泵站的设计.............……....................................08
4.1泵的选择……………….....................…………………..08
4.2泵房布置………………………………...................……..08
4.3主要设备选择…………………………………….............08
4.4主要设备材料表…………………………………….........08
（2）设计计算书
第一章设计水量计算………………………………….....……..08
1.1最高日用水量计算…….……………...............................08
1.2设计水量计算……………………...........……….……09
第二章取水工艺计算……………………..…………………...09
2.1取水头部设计………………………….........…………..09
2.2进水间设计…………………………...………………..11
2.3进水孔设计……………………………….……………..11
第三章取水泵站计算…..................................................……..12
3.1水泵的选择…………...........…………...………………..12
3.2泵房布置…..................................................................…..13
3.3泵房标高设计....................................................................13
（一）设计说明书
第一章概述
一、设计依据和设计范围
1、设计依据：
①城市建设规划
2012年，城区人口规模为15万人，；日工业产值400万元，万元产值耗水量130m3/万元。
规划到2025年，城区人口18万人；日工业产值700万元，万元产值耗水量110m3/万元，日变化系数为1.40，未预见、漏失量等其他用水量按20％Q最高日计。
②参考资料：
1、《水资源利用与保护》教材
2、《室外给水设计规范》（GB50013-2006）
3、《水工业工程设计手册--水资源及给水处理》
4、《泵站设计规范》GB/T50265-97
5、《给水排水工程快速设计手册1-给水工程》
6、《给水排水设计手册》【第1、3、12册】
7、其他现行的有关规范和规定
二、自然条件资料
（一）水源和水质
1、地下水：
该县基本无合适地下水可以开采利用。
2、地表水
该县拥有丰富的地表水资源，全市平均年降水深1568毫米，平均年降水总量748530万立方米，平均年径流深730mm，平均年径流总量355300万立方米。
人均年占有地表水量约5000立方米，修河是发源于上游黄龙山。
修河在该县境内总流域面积3586平方公里，约占本市总面积的81%。
修河水质符合《生活饮用水水源水质标准》二级标准。
修河水源丰富，水量充足，最大径流量为2270m3/s，年最枯径流量9.23m3/s，多年平均最小流量为16.35m3/s。
最高水位78.50m（P=1%），最小水位71.15m（P=97%）,平均水位74.30m，浪高0.65m，水面宽100~500m，河底高程68米。
修河水质符合《生活饮用水水源水质标准》二级标准。
（二）气象
该县属亚热带湿润气候，年平均气温18摄氏度，最高气温39摄氏度，最低气温零下9摄氏度，最高月平均气温29.2摄氏度，最低月平均气温5.6摄氏度。
无霜期260天左右，有冰雹、暴雨、干旱等灾害气候影响。
降雨量：
多年平均降雨量为1600-2000mm左右，最高降雨量2672.5mm，最小降雨量1432.6mm。
境内气候湿润温和，四季分明。
（三）有关基础资料
水源地地形图（含水厂场地位置）。
第二章设计水量
一、各项用水量
涉及用水量包括下列用水：
1、综合生活用水量Q1（包括居民生活用水量和公共建筑及设施用水）；
2、工业企业生产用水量Q2；
3、未预见水量和管网漏失水量Q3；
二、最高日用水量
近期：
取人均日用水量为210L/人•d，日变化系数为1.4
Q1=150000×0.21×1.4=44100m³/d
Q2=400×130×1.4=72800m³/d
Q3=0.2Q
Q=146125m³/d
远期：
随着生活水平的提高，人均日用水量也会有所提高，取为220L/人•d,日变化系数取1.4,则
Q1=180000×0.22×1.4=55440m³/d
Q2=700×110×1.4=107800m³/d
Q3=0.2Q
Q=204050m³/d
三、设计水量
考虑到输水干管漏损和净化厂本身用水，取自用水系数α=1.05，则，
近期设计水流量：
Q=1.05×146125/24=6393m³/h=1.776m³/s
远期设计水流量：
Q=1.05×204050/24=8927.2m³/h=2.48m³/s
第三章给水水源及取水工程
第一节给水水源
一、取水规模确定
按远期考虑，Q=204050×1.05=214252m³/d
二、地区水源选择情况及水源选择
设计中水源选择一般要考虑以下原则：
1、所选水源水质良好，水量充沛，便于卫生防护；
2、所选水源可使取水、输水、净化设施安全经济和维护方便；
3、所选水源具有良好的施工条件；
根据所给资料：
该县基本无合适地下水可以开采利用，却拥有丰富的地表水资源，流经该县的修河不仅水量充沛而且水质符合《生活饮用水水源水质标准》二级标准，非常适合作为取水水源。
所以选用修河作为水源。
三、取水方案的比较与选择
常见的取水方案有岸边式和河床式：
在水源地地形图中，我们可以看到该县位于修河的弯曲河段的凸岸处，在弯曲河段取水时取水点应设在弯曲河道的凹岸处，这是因为在弯曲河岸的凸岸水流速度缓慢，泥沙容易淤积，，水质较差，不能取到很好的水，且没有足够的水量，所以不能用岸边式取水。
本设计中由于主流离岸较远，河岸水深较浅，故考虑采用自流管式取水。
故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。
四、水源地位置
水源地位置见水源地形图
第二节取水构筑物
一、设计原则及设计特点
取水构筑物形式的选择，应根据取水量和水质要求，结合河床地形和地质、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，并充分考虑施工条件和施工方法，在保证安全可靠的前提下，通过技术经济比较确定。
二、取水构筑物型式
河床式自流管及设集水孔进水井构筑物形式
河床式自流管及设集水孔进水井构筑物特点：
1、在非洪水期利用自流管取得河心较好的水，而在洪水期利用集水井上的进水孔取得上层水质较好的水；
2、比单用自流管进水安全可靠；
3、集水井设于河岸上，可不受水流冲刷河冰凌的影响；
4、进水头部伸入河床，检修和清洗方便；
5、冬季保温、防冻条件比岸边好；
三、取水头部选择
选用菱形箱式取水头部其适用于中小型取水构筑物，有如下几个优点：
1、菱形箱式取水头部可采用分段预制、水下拼装的方法，施工和安装设备较方便；
2、菱形箱式取水头部水利条件较好；
3、有外层箱式的保护，取水头部安全可靠；
四、进水间的设计
1、集水井采用合建半淹没式
2、进水孔格栅面积F0=9.3m2
箱式取水头部的进水孔采用侧面开孔，进水孔设4个，设在两侧；
每个进水孔尺寸：
B×H=1500×1300mm
每个格栅有效面积1.49m2尺寸：
B×H=1600×1400mm
集水井进水孔布置成侧面进水，进水孔设4个；
每个进水孔尺寸：
B×H=1500×1300mm
每个格栅有效面积1.49m2尺寸：
B×H=1600×1400mm
3、格网面积F1=22.423m2
格网布置在进水间和吸水间之间，设6个
每个进水孔尺寸：
B×H=1900×2100mm
每个格网有效面积2.18m2尺寸：
B×H=2000×2200mm
第四章取水泵站的设计
一、泵的选择
根据设计水量和扬程，选择三台24SA-18型（Q=3240m³/s，H=32m,N=317.5kw,Hs=7.4m,Wp=3300Kg）,两台工作，一台备用。
远期增加一台同型号泵，三台工作，一台备用。
根据24SA-18型泵的要求选用JRQ1410-6型电动机（N=380kw,Wm=3500Kg）
二、泵房布置
按远期考虑，为了布置紧凑，充分利用建筑面积，将四台机组交错并列布置成两排，两台为正常转向，两台为反向转向。
每台泵有单独的吸水管、压水管引出泵房后两两连接起来。
三、主要设备选择
起重设备，排水设备，通风设备，温度控制设备，计量设备等
第五章主要设备材料表
见图纸
（二）设计计算书
第一章设计水量计算
一、最高日用水量计算
近期：
1、综合生活用水量Q1（包括居民生活用水量和公共建筑及设施用水）：
取人均日用水量为210L/人•d，日变化系数为1.4，则
Q1=150000×0.21×1.4=44100m³/d
2、工业企业生产用水量Q2：
Q2=400×130×1.4=72800m³/d
3、未预见水量和管网漏失水量Q3:
Q3=0.2Q
最高日用水量：
Q=146125m³/d
远期：
1、综合生活用水量Q1（包括居民生活用水量和公共建筑及设施用水）：
随着生活水平的提高，人均日用水量也会有所提高，取为220L/人•d,日变化系数取1.4,则
Q1=18000×0.22×1.4=55440m³/d
2、工业企业生产用水量Q2：
Q2=700×110×1.4=107800m³/d
3、未预见水量和管网漏失水量Q3:
Q3=0.2Q
最高日用水量：
Q=204050m³/d
二、设计水量计算
考虑到输水干管漏损和净化厂本身用水，取自用水系数α=1.05，则，
近期设计水流量：
Q=
=1.05×146125/24=6393m³/h=1.776m³/s
远期设计水流量：
Q=
=1.05×204050/24=8927.2m³/h=2.48m³/s
第二章取水工艺计算
一、取水头部设计
取水头部平剖面为菱形，整体为箱式。
α角取90°侧面进水。
Q=8927.2m³/d=2.48m³/s。
（1）格栅计算
进水流速：
V0=0.5m/s;
栅条厚度：
s=10mm,断面为扁钢型；
栅条净距：
b=80mm；
栅条的阻塞系数：
k1=0.75；
面积减少系数k1;
k1=
=
=0.889
进水孔面积：
F1=
=
=7.44m2
进水口数量选用四个，每个面积为：
F=F0/4=1.86m2
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=1500mm×1300mm，格栅外形尺寸B×H=1600mm×1400mm。
（2）取水头部构造尺寸
根据航道要求，取水头部上缘距最枯水位深取1.0m，进水孔下缘距河床底高取0.75m，进水箱底部埋入河底下1.8m。
（3）自流管计算
自流管选用2根，假设流速为v=1.2m/s，考虑实际运行时可能会有一根管径停用的情况，每根管的流量取满足70%的设计流量，则管径d=
=
=1357.5mm，故取管径Dg=1400mm，一根管中流速v=
=
=0.806m/s
查水力计算表得1000i=0.48
自流管的沿程水头损失
自流管上设喇叭进水口一个，焊接90°弯头一个，阀门一个，出口一个，
自流管局部水头损失：
其中，ζ1—喇叭管进口：
ζ2——弯头：
ζ3——阀门：
ζ4——出口：
则
正常工作时，自流管的总水头损失为：
二、进水间设计
1、集水间用隔墙分成进水间和吸水室，为便于清洗和检修，进水室用一道隔墙分成两部分，吸水室用三道墙分成四部分。
2、吸水室下部进水孔上的格网采用平板格网。
取平板格网的面积过网流速：
=0.4
；
网眼尺寸：
8mm×8mm；
网丝直径：
d=1mm；
格网面积减少系数
K
=
=
=0.79
格网阻塞系数：
K=0.5；
水流收缩系数：
=0.7；
格网面积：
F
=
=
=22.423m
选用给水排水标准图集90S321-6，格网进水口尺寸为B1×H1=1900mm×2100mm，面积3.99m
，选用6个，格网尺寸为B×H=2000mm×2200mm。
通过格网的水头损失一般采用0.10-0.15m，本次设计取0.10m。
具体布置见图。
三、进水孔设计
进水孔布置成侧面进水；
进水孔、格栅面积F计算
进水流速：
V0=0.5m/s;
栅条厚度：
s=10mm,断面为扁钢型；
栅条净距：
b=80mm；
删条的堵塞系数：
k1=0.75；
删条的面积减少系数k2:
进水孔面积：
=
m2
进水口数量选用四个，每个面积为：
F0=F/4=1.86m2
格栅尺寸选用:
每个进水口尺寸为B1×H1=1500mm×1300mm，
每个格栅外形尺寸B×H=1600mm×1400mm，
有效面积：
F=1.49m2
第三章取水泵站计算
第一节取水水泵选配及一级泵站工艺布置
1、水泵的选择
1、设计流量和设计扬程的计算
设计流量：
近期设计流量：
Q=1.05×146125/24=6393m³/h=1.776m³/s
远期设计流量：
Q=1.05×204050/24=8927.2m³/h=2.48m³/s
设计扬程计算：
式中，
——泵出口处富余水头；
——水泵与最低水面的高程差；
——吸水管的水头损失；
——自流管水头损失；
（2）、选泵
根据设计水量和扬程，选择三台24SA-18型（Q=3240m³/s，H=32m,N=317.5kw,Hs=7.4m,Wp=3300Kg）,两台工作，一台备用。
远期增加一台同型号泵，三台工作，一台备用。
根据24SA-18型泵的要求选用JRQ1410-6型电动机（N=380kw,Wm=3500Kg）
L=4484,A=940则机组基础尺寸按如下确定
基础长度=L+0.4~0.5=4900mm
基础宽度=A=0.4~0.5=1400mm
基础深度H=3.0（Wp+Wm）/（L×B×γ）=1.26m基础实际深度连同底板在内，应为2.45m。
2、泵房布置
按远期考虑，为了布置紧凑，充分利用建筑面积，将四台机组交错并列布置成两排，两台为正常转向，两台为反向转向。
每台泵有单独的吸水管、压水管引出泵房后两两连接起来。
3、泵房标高设计
泵房的高度设计
集水井选择非淹没式，在最高水位时仍能露出水面，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（0.65m）+0.5m：
H
=78.50+0.5+0.65=79.65m。
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=20.45-0.17-0.1=70.88m。
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=70.88-0.2=70.68m
4）集水间底部标高：
平板格网净高为2.20m，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：
70.68-0.1-0.2-2.2=68.18m。
集水间深度：
顶部标高-底部标高=79.65-68.18=11.47m。
集水间深度校核：
当自流管用一根管输送Q
=1.736m3/s，v=1.16m/s，水头损失为h
=0.2563m，此时吸水间最低水位为:
71.15-0.1-0.2563-0.2=70.59m
吸水间最低水位为：
70.59-68.18=2.41m，可满足水泵吸水要求。
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