水资源利用与保护课程设计完成资料

1、第一章绪论河南城建学院本科课程设讣第一章绪论1.1设计任务巩义市取水构筑物的扩大初步设讣1.2设计基础资料12.1河流自然条件1、河流水位：最高水位为36. 50 m,（频率P二1%）；最低水位为20. 00 m （保证率P二97%）。2、河流的流量：最大流量为27300 m/s；最小流量为325 m3/so3、河流的流速：最大流速为2. 30 m/s；最小流速为0. 5 m/s4、河流的含砂量及漂浮物：最大含砂量0. 47 kg/ m3；最小含砂量0. 0015 kg/ 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50100m,主流最小水深3.840

2、m。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：一5C,最高气温：38C,最大冰冻深度13cm。第一章绪论河南城建学院本科课程设讣1.1.3工程要求净水处理厂供水量为5. 0万m/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： 1004、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

3、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。第二章计算说明河南城建学院本科课程设讣第二章计算说明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

4、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，然后山泵房加 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 集水井而山水泵直接吸水。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，取水量乂较大时

5、，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岀。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、施丄简单等优点，但操作管理较固定式麻烦.取水安全性也较差，主要河南城建学院本科课程设计第二章计算说明有两种。（1）浮船式:水泵设在驳船上，直接从河中取水.III斜管输送至岸。水泵的出

6、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山升降。浮船取水要求河岸有适当的坡度（20 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:山坡道、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，泵车可山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III于主流离岸较远，河岸水较浅，故

7、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曲集水井（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）取水头部的设讣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，以避免对周圉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）

8、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，一般沿水流方向的第二章计算说明河南城建学院本科课程设计 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。格栅山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30120mm,本设讣采用30mm。格栅栅条可以直接固

9、定在进水孔上，或者放在进水孔外侧的导槽中，一般可 按可拆卸设讣，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=50000Xl. 05=52500m3/d=0. 608m3/s；进水孔设计流速：Vo=O. 9m/s；栅条用度：s二10mm,断面为扁钢型;栅条净距：b二40mm：格栅阻塞系数：20.75；进水孔或格栅的面积:0.6080.9 x 0.8 x 0.75=1.1.126m栅条引起的面积减少系数K严出二磊皿进水口数量选用两个，每个面积为：F二 F0/2二0. 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BlXHl

10、=800mmX 800mm,格栅外形尺寸BXH二900mmX 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，河水黑重力自流，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。a角去90。侧面进水。设计水量：Q二30000 X 1. 05=52500m3/d=0. 608m3/s自流管设计为两条，每条设计流量为：q二Q/2二0. 608/2二0. 304m3/s初选自流管流速：，二0.8m/s第二章计算说明河南城建学院本科课程设讣初步计算直径为：D =、煎=卜xO.304 =

11、696m 选 D二0. 7m5 V 3.14x0.8采用DN700的钢管，自流管内实际流速为：4= 4x0.304?9m/s1D-3.14x0.72自流管损失按1二山+叫计算，其中：水力坡度：i = 0.00107 負=0.00107 巴二=0.001060.713自流管沿程水头损失：Hpi X L二0. 00119 X 75=0. 089mhj吃岸J 1 2g各局部阻力系数为：喇叭口刍二0.1.焊接弯头 SOI,蝶阀5=0.2,乞二1.0,局部阻力损失为：h尸丁纟二二(0. 1+1.01+0. 2+1.0) X-= 0.074 m2g2x9.8则管道总损失为：h*二h+hj二0. 089+0

12、. 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. 20mo当一根自流管故障时，另一根应能通过设计流量的70%,即：Q二0. 7Q二0. 7X0. 608二0. 426m/s此时管中流速为：v =4Q = 4x0426 =1.06m/sa zzD- 3 14x07故障时产生的损失为h/ =h/ +h/v21.06/ =0.00107- = 0.00107一- = 0.00191J)30.713h/ 二iXL二0.00191 X75二0. 143m2h/ 二，二(0. 1+1. 0H0. 2+1. 0) X -= 0.132m1 2g2x9.8

13、第二章计算说明河南城建学院本科课程设讣hfh/ +h/ =0. 143+0. 132=0. 275m考虑阻力增加因素，釆用二0.4m（3）取水头部构造尺寸最小淹没深：h二1. 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：hy/=l. 4m,与该处河流冲涮程度有关；箱体处水深是3. 95 X;河流最低水位为20m （保证率P=97%） o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.

14、4d=l.4X7OO=98Omm （一般取 D二（1.3-1.5d）； 吸水喇叭口至墙体的距离：a 2=0.8D=0.8X980=784mm （一般取a 2=（0.751）D）取水头部墙体厚度8 = 150mm：取水头部箱体宽度为 B二D+2 a 2+2 8 =980+2X 784+2X 150=2848mm；取水头部箱体长度为 L=2（D+2a 2）+3 8 =2（980+2X784）+3 X 150=5546mm； 两根自流管之间的间距：S=L-2 8 -2 a 2-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.

15、75-0.15 X 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 X0.7=15.40m喇叭口 顶端标高:18.75-0.15 X 2-0.8=17.65m河床标高:14.75+1.4=16.15m河南城建学院本科课程设计第二章计算说明图2-1：取水头部平面图取水头部设计图详见图21：取水头部平面图和图22：取水头部剖而图;图2-2：取水头部剖面图2.3.3集水井计算集水井一般山进水间、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

16、格网计算第二章计算说明河南城建学院本科课程设讣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1.5n?/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：vfO. 4m/s；网眼尺寸：b=8mmX8mm：网丝直径：d=lmm：金属丝直径s二2. 5mm网丝引起的面积减少系数K,= 一= 犷 =0.791 （b + dF （8 + 1尸格网阻塞后面积减少系数：KlO.5；水流收缩系数：二0.7；格网面积：2亠_ =凹=3VK.K20.7x0.

17、3x0.79x0.5选用给水排水标准图集90S321-6,格网进水口尺寸为B】XHL2000mmX 2000mm, 选用两个，格网外形尺寸BXH=2130mmX2130mm,其有效面积为2. 76 m2 （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：0.6080吸=3 =0.203 nV/s。初选吸水管v吸=1.3 m/So （吸水管流速一般为1.0到1.5 m/s）初选管径d 和 =0.45 m o4。选取管径 d=500mm , V 吸=加=1.0 m/s。集水间墙体疗度取500mm第二章计算说明河南城建学院本科课程设讣1）吸水管吸水喇叭口直径为：D=（1.3-1.5）d

18、=1.5d=1.5 x 500=750mm。2）喇叭口边缘距井壁间净间距：a 吸 2=0.8D=600mmo （系数一般釆用 0.75 到 1.0）3）喇叭口净间距a吸1=1.8D =1350mm。（系数一般釆用1.5到2.0）4）喇叭口的最小悬空高度h1= （0.60.8） D,且h1M0.5m,取h1=0.8 D =600mm。5）喇叭口的最小淹没深度h20.51.0m,取h2=0.8m6）单个吸水间的宽度L吸=0吸1+2 X a吸2+2D=1350+2 X 600+750 X 2=4050mm .7）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，即 2250m

19、 =8）单个吸水间的长度 L 吸=a 吸 2+0.5D+3D=600+0.5X750+3X 750=3225mm（4）集水间的标高计算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&=1 %洪水位+浪高（0.25m）+0. 5m：Ha =36. 50+0. 5+0. 25=37. 25m。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. 00-0. 20-0. 1=19. 70m。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=19

20、.70-0.2=19.50m4）集水间底部标高：平板格网净高为1.80m,其上缘应淹没在吸水间动水位以下，取为O.lm：其 下缘应高出底面，取0.2m,则集水间底面标高为:河南城建学院本科课程设计第二章计算说明19.50-0.1-0.2-1.8=17.40mo吸水间最小水深二吸水间最低动水位-集水间底部标高二19. 50-17. 40二2. Imo 水泵的吸水喇叭口距吸水间底部的高度为：hF （0. 6-0.8） D,且h&0.5m,取 hx=0. 8D 二600mm二0. 6m。水泵的吸水喇叭口淹没水深为:h2l. 0-0. 5m,取 h2=0. 8m。 则hi+h2=0. 6+0. 8=1

21、. 4m2. Im。固可满足水泵吸水要求。5）集水间深度：顶部标高底部标高=37.25-17.40=19.85m集水间深度校核：当自流管用一根管输送Q=0.426m3/s, v=1.06m/s,水头损失为h侶0.40m，此 时吸水间最低水位为：20. 00-0. 1-0. 40-0. 2=19. 30m吸水间最小水深为：19. 30-17. 40=1. 9m小于1. 4m,可满足水泵吸水要求。2、排泥、启闭及起吊设备1）进水间和吸水间中的水流速度较小，当河水中含泥沙较多时，集水井中 会沉淀泥沙。为了不影响正常取水，需及时排除。常用的排泥装备有排沙泵、排 污泵、射流泵、压缩空气提升器等。为了提高排泥效果，一般在井底设有穿孔冲 洗管或冲洗喷嘴，利用高压水边冲洗、边排泥。2）在进水间的进水孔、格网和横向隔墙的连通孔上须设置闸阀、闸板等启 闭设备，以便在进水间冲洗和设备检修时使用。为了减小所占地位，常用平板闸 阀、滑阀及蝶阀等。3）为便于格栅、格网的清洗和检修及闸门的启闭和检修，需在操作平台上 设置起吊设备。常用的起吊设备有电动绞车、电动和手动单轨吊车等，其中以