水資源利用與保護課程設計說明書

1、1目 錄第一章緒論.11.1設計目的.11.2設計任務.11.3設計時間.1第二章計算說明.22.1基本資料.22.1.1河流自然條件.22.1.2地區(qū)氣象資料.22.1.3工程要求.22.2構(gòu)筑物類型確定.32.2.1取水構(gòu)筑物分類及確定.32.2.2固定式取水構(gòu)筑物.32.3構(gòu)筑物設計.52.3.1取水頭部設計.52.3.2進水管設計.72.3.3集水井設計.8第三章結(jié)論.13參考文獻.錯誤!未定義書簽。第一章緒論1.1 設計目的1、對所學知識加以應用和系統(tǒng)化，培養(yǎng)解決實際工程設計問題的能力；使學生在設計、制圖、查閱資料、使用設計手冊和規(guī)范等基本技能上得到初步訓練。2、使學生能通過設計掌握

2、地表水取水構(gòu)筑物的基本計算方法。3、掌握工具書的應用方法。1.2 設計任務2南陽市一取水構(gòu)筑物的擴大初步設計1.3 設計時間2013 年 1 月 3 日2013 年 1 月 6 日第二章計算說明2.1 基本資料2.1.1河流自然條件1、河流水位：最高水位為 35.35 m ,（頻率 P=1%；最低水位為 20.45 m （ 保證率 P=97%）o2、河流的流量：33最大流量為 26500 m /s ;最小流量為 335 m /s。3、河流的流速：最大流速為 2.45 m/s ;最小流速為 0.5 m/s4、河流的含砂量及漂浮物：最大含砂量 0.45 kg/ m3;最小含砂量 0.0013 kg

3、/ m3。有一定數(shù)量的水 草和青苔，無冰絮。5、河流主流及河床情況河流近岸坡度較緩，主流離岸 75 m ，主流最小水深 3.9 m 。岸邊土質(zhì)較好，定的承載力，滿足使用要求。2.1.2地區(qū)氣象資料最低氣溫：10C，最高氣溫：39C，最大冰凍深度 15cm。32.1.3工程要求3凈水處理廠供水量為 3.85 萬 m/d，供生活飲用和生產(chǎn)需要。河南城建學院第二章計算說明42.2 構(gòu)筑物類型確定2.2.1取水構(gòu)筑物分類及確定按取水構(gòu)筑物的構(gòu)造可以將取水構(gòu)筑物分為固定式取水構(gòu)筑物和移動式取水構(gòu)筑物。固定式取水構(gòu)筑物包括岸邊式、河床式、斗槽式、底壩和低柵式。移動式取水構(gòu)筑物包括浮船式、纜車式和潛水泵直接

4、取水。固定式取水構(gòu)筑物適用于各種取水量和各種地表水源。固定式取水構(gòu)筑物具有取水可 靠，維護管理簡單，適用范圍廣等優(yōu)點，但投資較大，水下工程量較大，施工期長。固定式 取水構(gòu)筑物設計時應考慮遠期發(fā)展的需要，土建工程一般按遠期設計，一次建成；水泵機組設備可分期安裝?；顒邮饺∷畼?gòu)筑物適用于水源水位變幅大，且中小取水量的情況，多用于江河、水庫和湖泊取水。移動式取水構(gòu)筑物具有投資小、施工期短、見效快、水下工程量小、對水源水位 變化適應性強、便于分期建設等優(yōu)點，但維護管理復雜，易受水流、風浪、航運的影響，取 水可靠性差。根據(jù)本設計對水量和水質(zhì)的要求，結(jié)合河床地形、河床沖淤、水位變幅、冰凍和航運等情況以及施工

5、條件，確定本設計取水構(gòu)筑物類型為固定式。2.2.2固定式取水構(gòu)筑物固定式取水構(gòu)筑物的基本形式分為岸邊式取水構(gòu)筑物、河床式取水構(gòu)筑物和斗槽式取水構(gòu)筑物。建于河流的一岸， 直接從江河岸邊取水的構(gòu)筑物，稱為岸邊式取水構(gòu)筑物，由集水井和 泵房兩部分組成。它適用于江河岸邊較陡，但地質(zhì)條件好且河床河岸穩(wěn)定；主流近岸且岸邊 有足夠的水深，水位變幅不大且能保證枯水位時安全取水；水質(zhì)較好且便于施工的河段。利用伸入江河中心的進水管和固定在河床上的取水頭部取水的構(gòu)筑物，稱為河床式取水構(gòu)筑物。河床式取水構(gòu)筑物與岸邊式基本相同，取水構(gòu)筑物由取水頭部、進水管、集水間和泵房等部分組成。河水經(jīng)取水頭部的進水孔流入，沿進水管流

6、至集水間，然后由泵抽走。集水間與泵房可以合建，也可以分建。當河床穩(wěn)定，河岸較平坦，枯水期主流離岸較遠，岸邊 水深不夠或水質(zhì)不好，而河中心具有足夠水深或較好水質(zhì)時，適宜采用河床式取水構(gòu)筑物。河南城建學院第二章計算說明5斗槽式取水構(gòu)筑物是在取水口附近設置堤壩,形成斗槽進水，由進水斗槽和岸邊式取水河南城建學院6第二章計算說明構(gòu)筑物組成。斗槽式取水構(gòu)筑物要求岸邊地質(zhì)穩(wěn)定，河水主流近岸，并應設在河流凹岸處。斗槽式取水構(gòu)筑物施工量大，造價高，槽內(nèi)排泥困難，一般采用不多。本設計中，由于河流水位變化較大且主流離岸較遠，近岸坡度較緩，故考慮采用河床式取水構(gòu)筑物。按照進水管形式的不同， 河床式取水構(gòu)筑物有自流管取

7、水、虹吸管取水、水泵直接吸水和橋墩式取水等類型：自流管取水是在重力作用下，從取水頭部流入集水井， 經(jīng)格網(wǎng)后進入水泵吸水間， 然后水泵抽走。此種形式的特點為： 集水井設于河岸，可不受水流沖擊和冰凌碰擊，也可不影響 河床水流；自流管淹沒在水中，河水靠重力自流，工作較可靠；在非洪水期，利用自流管取 得河心較好的水而在洪水期利用集水間壁上的進水孔或設置的高位自流管取得上層水質(zhì)較 好的水；冬季保溫、防凍條件比岸邊式好。但取水頭部伸入河床，檢修和清洗不變；敷設自 流管時，開挖土石方量較大；洪水期河底易發(fā)生淤積、河水主流游蕩不定，從而影響取水。使用于河床較穩(wěn)定，河岸平坦，主流距離河岸較遠；河岸水深較淺且岸邊

8、水質(zhì)較差；自流管 埋深不大或者在河岸可以開挖隧道以敷設自流管等情況。虹吸管式取水是河水從取水頭部靠虹吸作用流至集水井中，然后由水泵抽走。此種形式的特點是：利用虹吸高度，可減少管道埋深，減少水下施工的施工量和自流管的大量開挖，縮短工期，節(jié)約投資。但虹吸管對管材及施工質(zhì)量要求較高，運行管理要求嚴格， 并需保證嚴密不漏氣；需要裝置真空設備；虹吸管管路相對較長，容積也大，真空引水水泵起動時間較長，工作可靠性不如自流管。適用于河水水位變幅較大，河灘寬闊，河岸較高，自流管埋 深較深；枯水期主流離岸較遠而水位較低；管道需要穿越防洪堤等情況。直接吸水式取水是不設集水間， 水泵吸水管直接伸入河中取水，此種形式的

9、特點是：不設集水間，利用水泵吸高，可以減少水泵房埋深，結(jié)構(gòu)簡單，施工方便，造價較低。但要求 施工質(zhì)量較高，不允許吸水管漏氣；在河流泥沙顆粒較大，易受堵塞且對水泵葉輪磨損較快。適用于河水水質(zhì)較好，水中漂浮雜質(zhì)少，水位變幅不大，取水量小，吸水管不長且不需設網(wǎng)格的中小型水泵房使用。橋墩式取水是整個取水構(gòu)筑物設在水中，在進水間的壁上設置進水孔，其特點是：取水構(gòu)筑物設在河心，集水井與泵房合建，河水通過井壁上的進水孔流入集水井；無進水管，免 除進水管淤塞的擔憂； 需建與岸邊聯(lián)系的引橋。 但由于取水構(gòu)筑物建在江內(nèi)，縮小了水流過水斷面，容易造成附近河床沖刷；基礎埋深較大，施工較復雜，造價昂貴，管理不便，影響

10、航運，非特殊情況一般不采用。河南城建學院7第二章計算說明本設計中由于主流離岸較遠，河岸水深較淺，故考慮采用自流管式取水。綜上所述，本設計的取水構(gòu)筑物形式采用固定式河床式。河心處為箱式取水頭部，經(jīng)自流管流入集水井，在經(jīng)格柵、格網(wǎng)截留雜質(zhì)后，用離心泵送出。2.3 構(gòu)筑物設計固定式取水構(gòu)筑物由集水井（岸邊式和河床式）、取水頭部（河床式）、進水管（河床式）、取水泵站（岸邊式和河床式）等部分組成。2.3.1取水頭部設計取水頭部是河床式取水構(gòu)筑物的組成部分之一，設計的一般要求是：1）取水頭部應設在穩(wěn)定河床的主流深槽處，有足夠的取水深度；2）取水頭部的設計對取水水質(zhì)及河道水流有較大的影響，因此應選擇合理的外

11、形和較小的體積，以避免對周圍水流產(chǎn)生大的破壞和擾動，同時防止取水頭部受沖刷， 甚至被沖走；3）任何形式的取水頭部均不同程度地使河道水流發(fā)生變化，引起局部沖刷，因此應在 可能的沖刷范圍內(nèi)拋石加固，并將取水頭部的基礎埋在沖刷深度以下；4）取水頭部至少應分成兩格，或分設兩個取水頭部，以便清洗和檢修。在漂浮物或泥沙多的河流中，相鄰的取水頭部應有較大的間距，一般沿水流方向的間距應不小于取水頭部最大尺寸的 3 倍；5）取水頭部應防止冰塊堵塞和沖擊，并防止船只、木筏碰撞。取水頭部的形式很多，常用的有喇叭口、蘑菇形、魚形罩、箱式、橋墩式等。由于取水地點水深較淺含沙量少，有一定的水草和青苔，所以選取箱式取水頭部

12、。a角取 90側(cè)面進水。頭部迎水面作成尖角形用鋼筋混凝土分兩節(jié)預制，吊裝下沉后，水下拼裝。頭部周圍拋石，防止河床沖刷。取水頭部構(gòu)造尺寸最小淹沒深：h/=1.25m，與河流通航船只吃水深度有關；進水口下緣距河底：h=1.55m,為避免泥沙流入取水頭部；進水箱體埋深：h=1.4m,與該處河流沖涮程度有關；河南城建學院8箱體處最低水位水深不得小于3.8米；取水頭部設計圖詳見圖2-1:取水頭部平面圖和圖2-2:取水頭部剖面圖；河南城建學院第二章計算說明90.4515C圖 2-1 :取水頭部平面圖20.4520.45 / 丁君f -k 2000 丿丿孑150河南城建學院第二章計算說明10圖 2-2 :取

13、水頭部剖面圖2.3.2進水管設計選擇自流管，集水井位于河岸，可不受水流沖擊和冰棱碰擊，也可不影響河 床水流；自流管淹沒在水中，河水靠重力自流，工作可靠；冬季保溫、防凍比較 好。自流管設計為兩條，每條設計流量為：q自=Q/2=0.468/2=0.234m3/s初選自流管流速：v/=0.8m/s初步計算直徑為:自流管實際流速為:4 0.2340.828m/s自流管損失按hw=hf+h計算，其中:H=i X L=0.00119 X 75=0.089mhj2g各局部阻力系數(shù)為：喇叭口1=0.1.焊接彎頭2=1.01，蝶閥3=0.2，4=1.0，局部阻力損失為:hj=2=(0.1+1.01+0.2+1.

14、0 2g20.8282X0.035 m2 9.81則管道總損失為：hw=hf+hj=0.089+0.035=0.124m考慮日后淤積等原因造成阻力增大，為避免因此造成流量降低，管道總損失采用0.20m。當一根自流管故障時，另一根應能通過設計流量的70%，即:巨0.61m.v.3.14 0.8選D=0.6m4q自河南城建學院第二章計算說明11河南城建學院第二章計算說明123Q =0.7Q=0.7 X 0.468=0.3276m /s此時管中流速為：4Q 4 0.3276va221.16m/s故障時產(chǎn)生的損失為hw=hf+hjhf =i X L=0.00224 X 75=0.168mhw=hf+h

15、j=0.168+0.069=0.237m考慮阻力增加因素，采用hw=0.35m2.3.3集水井設計集水井一般由進水間、 格網(wǎng)和吸水間三部分組成， 進水間和吸水間用縱向隔墻分開，在分隔墻上可以設置平板格網(wǎng)。集水井頂部設操作平臺，安裝格柵、格網(wǎng)、閘門等設備的起吊裝置。集水井和取水泵站可以合建，也可以分建。分建時集水井的平面形式可為圓 形、矩形、橢圓形等。圓形集水井結(jié)構(gòu)合理，水流阻力小，便于沉井施工，但不 便于布置設備；矩形集水井安裝濾網(wǎng)、吸水管、分格及布置水泵和管線較為方便， 但造價較高。通常當集水井深度不大，可用大開槽施工時，采用矩形集水井，否 則用圓形。綜上所述，本設計采用合建式矩形設計。1、

16、集水間計算(1)格柵計算格柵設于進水孔上(或取水頭部)的入口處，用以攔截水中粗大的漂浮物及 魚類。格柵由金屬框架和柵條組成，框架外形與進水孔形狀相同。柵條斷面有矩 形、圓形等。格柵的柵條厚度或直徑一般采用10mm柵條凈距通常采用30120mm本設計采用30mm格柵柵條可以直接固定在進水孔上， 或者放在進水孔外側(cè)的導槽中，一般可 按可拆卸設計，并考慮有人工或機械清除的措施，以便清洗和檢修。柵條斷面形 狀有矩形、扁圓形和圓形等多種。Q=38500 X 1.05=40425nB/d=0.468m3/s ;進水孔設計流速：Vo=0.6m/s;hj=2土=(0.1+1.01+0.2+1.0)2g2 9.

17、810.069m河南城建學院第二章計算說明13柵條厚度：s=10mm斷面為扁鋼型；河南城建學院第二章計算說明14柵條凈距：b=50mm格柵阻塞系數(shù)：k2=0.75;進水孔或格柵的面積：F0Q0.4681.248m2進水口數(shù)量選用兩個，每個面積為:F= F/2=0.624m2格柵尺寸選用給水排水標準圖集90s321-1,每個進水口尺寸為BiX H=900mm x 700mm格柵外形尺寸BX H=1000mm 800mm(2)格網(wǎng)計算格網(wǎng)設在進水間和吸水間之間，用以攔截水中細小的漂浮物。格網(wǎng)有平板格 網(wǎng)和旋轉(zhuǎn)格網(wǎng)兩種形式，當每臺泵出水量小于1.5m3/s時，采用平板格網(wǎng)，故本設計采用平板格網(wǎng)。平板

18、格網(wǎng)構(gòu)造簡單、不單獨占用面積，可縮小集水井尺寸， 適用于中小水量、漂浮物不多時。通過格網(wǎng)的流速：V1=0.3m/s;網(wǎng)眼尺寸：b=6mm6mm網(wǎng)絲直徑：d=0.9mm金屬絲直徑s=2.5mm網(wǎng)絲引起的面積減少系數(shù)格網(wǎng)阻塞后面積減少系數(shù)：K2=0.5;水流收縮系數(shù)：=0.7;格網(wǎng)面積：柵條引起的面積減少系數(shù)Ki0.83350 10K1b2(b d)262(60.9)20.756F1QV1K1K20.4680.7 0.3 0.756 0.55.90m2河南城建學院第二章計算說明15選用給水排水標準圖集90S321-6,格網(wǎng)進水口尺寸為B1X Hi=1900mX 1700mm面積3.23 m2，選用

19、兩個，總面積為BX H=2000mm 1800mm(3)集水間平面尺寸集水間分為兩格，兩格間設連通管并裝閥門，集水間平面尺寸見圖。（4）集水間的標高計算集水井選擇非淹沒式，在最高水位時仍能露出水面，操作管理方便，在漂浮 物多的洪水期可以及時清理格網(wǎng)，供水較為安全。1） 頂面標咼：米用非淹沒式，集水間頂面標咼=1%洪水位+浪咼（0.25m）+0.5m：Ha=35.35+0.5+0.25=36.10m。2）進水間最低水位：97%枯水位-取水頭部到進水管段水頭損失-格柵損失=20.45-0.20-0.1=20.15m。3） 吸水間最低水位：進水間最低動水位標高-進水間到吸水間的平板格網(wǎng)水頭損失=20

20、.15-0.2=19.95m4） 集水間底部標高：平板格網(wǎng)凈高為1.80m，其上緣應淹沒在吸水間動水位以下，取為0.1m；其下緣應高出底面，取0.2m，則集水間底面標高為：19.95-0.1-0.2-1.8=17.850。集水間深度：頂首部標咼-底首部標咼=36.10-17.85=18.25m。集水間深度校核：當自流管用一根管輸送Q/=0.3276m3/s，v=1.16m/s，水頭損失為hW=0.35m,此時吸水間最低水位為：20.45-0.1-0.35-0.2=19.80m吸水間最低水位為：19.80-17.85=1.95m，可滿足水泵吸水要求。2、排泥、啟閉及起吊設備1）進水間和吸水間中的

21、水流速度較小，當河水中含泥沙較多時，集水井中 會沉淀泥沙。河南城建學院第二章計算說明16為了不影響正常取水，需及時排除。常用的排泥裝備有排沙泵、排 污泵、射流泵、壓縮空氣提升器等。大型進水間多用排沙泵或排污泵排泥，也可 次采用壓縮空氣提升器排泥，排泥效果都較好。小型進水間或積泥不嚴重時，可 用高壓水帶動的射流泵排泥。為了提高排泥效果，一般在井底設有穿孔沖洗管或 沖洗噴嘴，利用高壓水邊沖洗、邊排泥。2)在進水間的進水孔、格網(wǎng)和橫向隔墻的連通孔上須設置閘閥、閘板等啟閉設備，以便在進水間沖洗和設備檢修時使用。為了減小所占地位，常用平板閘閥、滑閥及蝶閥等。3)為便于格柵、格網(wǎng)的清洗和檢修及閘門的啟閉和

22、檢修，需在操作平臺上設置起吊設備。常用的起吊設備有電動絞車、電動和手動單軌吊車等，其中以單 軌吊車采用較多。當泵房較深，平板格網(wǎng)沖洗次數(shù)頻繁時，采用電動絞車起吊； 當設備較重時，可采用電動橋式吊車。A)起吊設備W=(G+pfF)K其中W平板格網(wǎng)起吊重量，kN；G平板格網(wǎng)與鋼繩重量，G=1.47kN；P平板格網(wǎng)兩側(cè)水位差產(chǎn)生的壓強，p=1.96kpa；F每個格網(wǎng)的面積，F(xiàn)=3.6m2；f-平板格網(wǎng)與導軌間的摩擦系數(shù)，f=0.44;K安全系數(shù)，K=1.5。W=(G+pfF)K=(1.47+1.96 X 0.44X 3.6)X 1.5=6.86kNB)吊架高度的計算與設備選擇平板格網(wǎng)高1.80m,格網(wǎng)吊環(huán)高0.25m，電動葫蘆吊鉤至工字梁下緣最小距 離為0.78m，格網(wǎng)吊至平臺以上的距離取0.2m，操作平臺標高36.15m，則起吊 架工字梁下緣的標高為：36.15+0.2+1.80+0.25+0.78=39.18m格柵起吊高度=起吊工字梁下緣的標高-電動葫蘆吊鉤至工字梁下緣最小距 離-集水間底部標高-平板格網(wǎng)下