水資源利用與保護(hù)課程設(shè)計(jì)完成(共15頁)

1、河南城建學(xué)院本科課程設(shè)計(jì) 河南城建學(xué)院本科課程設(shè)計(jì) 第一章 緒論 第一章 緒論(xln)1.1 設(shè)計(jì)(shj)任務(wù)鞏義市取水(q shu)構(gòu)筑物的擴(kuò)大初步設(shè)計(jì)1.2設(shè)計(jì)基礎(chǔ)資料1.2.1 河流自然條件 1、河流水位: 最高水位為 36.50 m， (頻率P=1%)；最低水位為 20.00 m (保證率P=97%)。 2、河流的流量: 最大流量為 27500 m3/s；最小流量為 325 m3/s。 3、河流的流速: 最大流速為 2.50 m/s；最小流速為 0.5 m/s 4、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/ m3。 有一定數(shù)量的水

2、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，主流離岸約50100m，主流最小水深3.840m。岸邊土質(zhì)較好，有一定的承載力，滿足使用要求。 1.2.2 地區(qū)氣象資料最低氣溫：5，最高氣溫：38，最大冰凍深度15。河南城建學(xué)院本科課程設(shè)計(jì) 第二章計(jì)算說明 1.1.3 工程(gngchng)要求 凈水(jn shu)處理廠供水量為 5.0 萬m3/d，供生活飲用和生產(chǎn)(shngchn)需要。1.3設(shè)計(jì)成果及要求 1.3.1設(shè)計(jì)成果 1、設(shè)計(jì)計(jì)算說明書一份。 2、取水構(gòu)筑物的平面布置和高程布置圖一張(2#)。 3、繪制取水頭部平面圖和剖面圖一張 (2#)。（圖例1：100 4、集水

3、間平面圖和剖面圖一張(2#)（圖例1：100） 1.3.2設(shè)計(jì)要求 1.自覺遵守紀(jì)律，不遲到、不早退。 2.設(shè)計(jì)計(jì)算說明書： 字跡工整，干凈整齊； 設(shè)計(jì)思路清晰，內(nèi)容充實(shí)，原理正確，方案合理，內(nèi)容表述準(zhǔn)確； 計(jì)算有公式，公式有說明、出處； 3.圖紙：設(shè)計(jì)方案合理，線條層次分明，圖面整潔，尺寸標(biāo)注整齊統(tǒng)一；要達(dá)到擴(kuò)初設(shè)計(jì)施工圖的要求。第二章 計(jì)算(j sun)說明2.1 構(gòu)筑物類型(lixng)確定 給水工程中從江河、湖泊、水庫及海洋等地表水源中的取水構(gòu)筑物，分為固定式和移動(dòng)式兩大類。固定式取水構(gòu)筑物位置固定不變，安全可靠，應(yīng)用較為廣泛。由于水源的水位變化幅度、岸邊的地形地質(zhì)和冰凍、航運(yùn)等因素，

4、可有多種布置方式。常見(chn jin)的有4種。(1)江心進(jìn)水頭式:由取水頭部、進(jìn)水管、集水井和取水泵房組成。常用于岸坡平緩、深水線離岸較遠(yuǎn)、高低水位相差不大、含砂量不高的江河和湖泊。原水通過設(shè)在水源最低水位之下的進(jìn)水頭部，經(jīng)過進(jìn)水管流至集水井，然后由泵房加壓送至水廠。集水并可與無塔供水的泵房分建或合建。當(dāng)取水量小時(shí)，可以不建集水井而由水泵直接吸水。取水頭部外壁進(jìn)水口上裝有格柵.集水井內(nèi)裝有濾網(wǎng)以防止原水中的大塊漂流雜物進(jìn)人水泵，阻塞管道或損壞葉輪。(2)江心橋墩式:也稱塔式。常用于水庫，建于尚未蓄水時(shí)。構(gòu)筑物高聳于水體中，取水、泵水設(shè)施齊全，用輸水管送水上岸。可以在不同深度取水，以得到水質(zhì)

5、較好的原水。(3)岸邊式:集水井與泵房分建或合建于岸邊，原水直接由進(jìn)水口進(jìn)入。一般適用于岸坡較陡，深水線靠近岸邊的江河。對(duì)含砂量大或冰凌嚴(yán)重或兩者均出現(xiàn)的河流，取水量又較大時(shí)，可采用斗槽式取水構(gòu)筑物，它是一種特殊的岸邊式取水構(gòu)筑物，其前以圍堤筑成一個(gè)斗槽，粗砂將在斗槽內(nèi)沉淀，冰凌則在槽內(nèi)上浮。中國西北地區(qū)有多處斗摘式取水構(gòu)筑物。(4)底欄柵式:以山區(qū)溪流作為水源時(shí)，為避免急流中的砂礫，用低壩抬高水位，壩內(nèi)有引水渠道，渠頂蓋欄柵。水流溢過壩頂時(shí)從欄柵進(jìn)入渠道，流至沉砂池沉除泥沙后，再用恒壓供水水泵輸出。移動(dòng)式取水構(gòu)筑物適用于水位變化大的河流。構(gòu)筑物可隨水位升降，具有投資較省、施工簡單等優(yōu)點(diǎn)，但操

6、作管理較固定式麻煩.取水安全性也較差，主要有兩種。(1)浮船式:水泵設(shè)在駁船上，直接從河中取水.由斜管輸送至岸。水泵的出水管和槍水斜管的連接要靈活，以適應(yīng)浮船的升降和搖擺。當(dāng)采用階梯式連接時(shí)須隨水位漲落改換接頭位置。當(dāng)采用搖臂式連接時(shí)，加長聯(lián)絡(luò)管為搖臂，不換接頭，浮船也可以隨水位自由升降。浮船取水要求河岸有適當(dāng)?shù)钠露?20一30)。浮船式取水構(gòu)筑物在中國西南和中南地區(qū)較多。20世紀(jì)80年代，單船供水能力已超過每日10萬襯。(2)纜車式:由坡道、輸水斜管和牽引設(shè)備等4個(gè)主要部分組成。取水泵設(shè)在泵車上。當(dāng)河流水位漲落時(shí)，泵車可由牽引設(shè)備沿坡道上下移動(dòng)，以適應(yīng)水位，同時(shí)改換接頭。纜車式取水適宜于水位

7、漲落速度不大(如不超過2m/h)、無冰凌和漂浮物較少的河流。 本設(shè)計(jì)中由于主流離岸較遠(yuǎn)，河岸(h n)水較淺，故考慮采用自流管式取水。綜上所述，本設(shè)計(jì)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(shujng)，在經(jīng)格柵、格網(wǎng)截留雜質(zhì)后，用離心泵送出。2.2 構(gòu)筑物設(shè)計(jì)(shj) 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(jìn)水管（河床式）、取水泵站（岸邊式和河床式）等部分組成。2.2.1 取水(q shu)頭部計(jì)算(j sun)取水頭部是河床式取水構(gòu)筑物的組成部分之一，設(shè)計(jì)(shj)的一般要求是：1）取水頭部應(yīng)設(shè)在穩(wěn)定河床的主流深槽處，有足夠

8、的取水深度；2）取水頭部的設(shè)計(jì)對(duì)取水水質(zhì)及河道水流有較大的影響，因此應(yīng)選擇合理的外形和較小的體積，以避免對(duì)周圍水流產(chǎn)生大的破壞和擾動(dòng)，同時(shí)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(yīng)在可能的沖刷范圍內(nèi)拋石加固，并將取水頭部的基礎(chǔ)埋在沖刷深度以下；4）取水頭部至少應(yīng)分成兩格，或分設(shè)兩個(gè)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(yīng)有較大的間距，一般沿水流方向的間距應(yīng)不小于取水頭部最大尺寸的3倍； （1）格柵計(jì)算格柵設(shè)于進(jìn)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

9、形與進(jìn)水孔形狀相同。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(shè)計(jì)采用30mm。格柵柵條可以直接固定在進(jìn)水孔上，或者放在進(jìn)水孔外側(cè)的導(dǎo)槽中，一般可按可拆卸設(shè)計(jì)，并考慮有人工或機(jī)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=500001.05=52500m3/d=0.608m3/s； 進(jìn)水孔設(shè)計(jì)流速：V0=0.9m/s； 柵條厚度：s=10mm,斷面為扁鋼型； 柵條凈距：b=40mm； 格柵阻塞系數(shù)：k2=0.75； 柵條引起的面積減少系數(shù) 進(jìn)水孔或格柵的面積： 進(jìn)水口數(shù)量選用兩個(gè)，每個(gè)面積為： F= F0/2=0.563m2格柵尺寸選

10、用(xunyng)給水排水標(biāo)準(zhǔn)圖集90s321-1,每個(gè)進(jìn)水口尺寸為B1H1=800mm800mm，格柵外形尺寸BH=900mm900mm，其有效(yuxio)面積0.63m2。 （2）進(jìn)水管計(jì)算(j sun)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。 取水頭部平剖面為菱形，整體為箱式。角去90側(cè)面進(jìn)水。 設(shè)計(jì)水量：Q=500001.05=52500m3/d=0.608m3/s 自流管設(shè)計(jì)為兩條，每條設(shè)計(jì)流量為：q=Q/2=0.608/2=0.304m3/s初選自流管流速：v=0.8m/s初步計(jì)算

11、直徑為： 選D=0.7m采用DN700的鋼管，自流管內(nèi)實(shí)際流速為：自流管損失按hw=hf+hj計(jì)算，其中：水力坡度： 自流管沿程水頭損失：Hf=iL=0.0011975=0.089m各局部阻力系數(shù)為：喇叭口=0.1.焊接彎頭=1.01，蝶閥=0.2，=1.0，局部阻力損失為：hj=（0.1+1.01+0.2+1.0）m則管道(gundo)總損失為：hw=hf+hj=0.089+0.074=0.163m 考慮日后淤積等原因造成阻力增大，為避免(bmin)因此造成流量降低，管道總損失采用0.20m。 當(dāng)一根自流管故障時(shí)，另一根應(yīng)能通過(tnggu)設(shè)計(jì)流量的70，即： Q=0.7Q=0.70.60

12、8=0.426m3/s 此時(shí)管中流速為： 故障時(shí)產(chǎn)生的損失為hw=hf+hj hf=iL=0.0019175=0.143mhj=(0.1+1.01+0.2+1.0)hw=hf+hj=0.143+0.132=0.275m考慮阻力增加因素，采用hw=0.4m（3）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(guān)； 進(jìn)水口下緣距河底：h/=1.5m，為避免泥沙流入取水頭部；進(jìn)水箱體埋深：h/=1.4m,與該處河流沖涮程度有關(guān)；箱體處水深是3.95米；河流最低水位為20m (保證率P=97%)。取水頭部頂面距最低水位不低于0.5m，考慮航運(yùn)船只吃水深度1.25m，所以取水頭部頂

13、面距最低水位以下的水深為1.25m。（4）箱體設(shè)計(jì)尺寸：自流管管徑為 d=700mm吸水喇叭口直徑為D=1.4d=1.4700=980mm（一般取D=（1.3-1.5d）；吸水喇叭口至墻體的距離：2=0.8D=0.8980=784mm (一般取2=（0.751）D)取水(q shu)頭部墻體厚度=150mm；取水(q shu)頭部箱體寬度為B=D+22+2=980+2784+2150=2848mm；取水(q shu)頭部箱體長度為L=2（D+22）+3=2（980+2784）+3150=5546mm；兩根自流管之間的間距：S=L-2-22-D=2698mm（5）取水頭部標(biāo)高計(jì)算：取水頭部箱體頂

14、部標(biāo)高：20.00-1.25=18.75m箱式取水頭部底部標(biāo)高：18.75-0.152-0.8-1.5-1.4=14.75m取水頭部自流管的中心標(biāo)高：14.75+0.3+1/20.7=15.40m喇叭口頂端標(biāo)高：18.75-0.152-0.8=17.65m河床標(biāo)高：14.75+1.4=16.15m取水頭部設(shè)計(jì)圖詳見圖2-1：取水頭部平面圖和圖2-2：取水頭部剖面圖； 圖2-1：取水頭部平面圖圖2-2：取水(q shu)頭部剖面圖2.3.3 集水井(shujng)計(jì)算(j sun) 集水井一般由進(jìn)水間、格網(wǎng)和吸水間三部分組成，進(jìn)水間和吸水間用縱向隔墻分開，在分隔墻上可以設(shè)置平板格網(wǎng)。集水井頂部設(shè)

15、操作平臺(tái)，安裝格柵、格網(wǎng)、閘門等設(shè)備的起吊裝置。1、集水間計(jì)算格網(wǎng)計(jì)算 格網(wǎng)設(shè)在進(jìn)水間和吸水間之間，用以攔截水中細(xì)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(dāng)每臺(tái)泵出水量小于1.5m3/s時(shí)，采用平板格網(wǎng)，故本設(shè)計(jì)采用平板格網(wǎng)。平板格網(wǎng)構(gòu)造簡單、不單獨(dú)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(shí)。通過格網(wǎng)的流速：v1=0.4m/s；網(wǎng)眼尺寸：b=8mm8mm；網(wǎng)絲直徑：d=1mm；金屬絲直徑(zhjng)s=2.5mm網(wǎng)絲引起的面積(min j)減少系數(shù)格網(wǎng)阻塞后面積(min j)減少系數(shù)：K2=0.5；水流收縮系數(shù)：=0.7；格網(wǎng)面積：選用給水排水標(biāo)準(zhǔn)圖集90S321-6，格

16、網(wǎng)進(jìn)水口尺寸為B1H1=2000mm2000mm，選用兩個(gè)，格網(wǎng)外形尺寸BH=2130mm2130mm，其有效面積為2.76 m。 （3）集水間平面尺寸采用四臺(tái)泵（三用一備）每個(gè)吸水管設(shè)計(jì)流量為： Q吸=0.203 m/s。初選吸水管v吸=1.3m/s。（吸水管流速一般為1.0到1.5m/s）初選管徑d= =0.45 m。選取管徑d=500mm，V吸=1.0m/s。集水間墻體厚度取500mm1)吸水管吸水喇叭口直徑為：D=(1.31.5)d=1.5d=1.5500=750mm。2)喇叭口邊緣距井壁間凈間距：吸2=0.8D =600mm。（系數(shù)一般采用0.75到1.0）3)喇叭口凈間距吸1=1.

17、8D =1350mm。（系數(shù)一般采用1.5到2.0）4)喇叭口的最小懸空高度h1=（0.60.8）D，且h10.5m,取h1=0.8D =600mm。5)喇叭口的最小淹沒(ynm)深度h20.51.0m，取h2=0.8m。6)單個(gè)吸水間的寬度(kund)L吸=吸1+2吸2+2D=1350+2600+7502=4050mm.7）格網(wǎng)出水至吸水喇叭口中心的流程(lichng)長度L不小于吸水喇叭口直徑的3倍，取3倍，即2250m。8)單個(gè)吸水間的長度L吸=吸2+0.5D+3D=600+0.5750+3750=3225mm。 （4）集水間的標(biāo)高計(jì)算 集水井選擇非淹沒式，在最高水位時(shí)仍能露出水面，操作

18、管理方便，在漂浮物多的洪水期可以及時(shí)清理格網(wǎng)，供水較為安全。1）頂面標(biāo)高：采用非淹沒式，集水間頂面標(biāo)高=1洪水位+浪高（0.25m）+0.5m：H=36.50+0.5+0.25=37.25m。2)進(jìn)水間最低水位：97枯水位-取水頭部到進(jìn)水管段水頭損失-格柵損失=20.00-0.20-0.1=19.70m。3）吸水間最低水位：進(jìn)水間最低動(dòng)水位標(biāo)高-進(jìn)水間到吸水間的平板格網(wǎng)水頭損失 =19.70-0.2=19.50m4）集水間底部標(biāo)高：平板格網(wǎng)凈高為1.80m，其上緣應(yīng)淹沒在吸水間動(dòng)水位以下，取為0.1m；其下緣應(yīng)高出底面，取0.2m，則集水間底面標(biāo)高為：19.50-0.1-0.2-1.8=17.

19、40m。吸水間最小水深=吸水間最低動(dòng)水位-集水間底部標(biāo)高=19.50-17.40=2.1m。水泵的吸水喇叭口距吸水間底部的高度為：h1=（0.60.8）D，且h10.5m,取h1=0.8D =600mm=0.6m。水泵的吸水喇叭口淹沒水深為：h21.0-0.5m，取h2=0.8m。則h1+h2=0.6+0.8=1.4m2.1m。固可滿足水泵吸水要求。 5)集水間深度：頂部(dn b)標(biāo)高-底部標(biāo)高=37.25-17.40=19.85m。集水間深度(shnd)校核：當(dāng)自流管用(gunyng)一根管輸送Q=0.426m3/s，v=1.06m/s，水頭損失為h=0.40m，此時(shí)吸水間最低水位為: 2

20、0.00-0.1-0.40-0.2=19.30m 吸水間最小水深為：19.30-17.40=1.9m小于1.4m，可滿足水泵吸水要求。 2、排泥、啟閉及起吊設(shè)備1）進(jìn)水間和吸水間中的水流速度較小，當(dāng)河水中含泥沙較多時(shí)，集水井中會(huì)沉淀泥沙。為了不影響正常取水，需及時(shí)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。為了提高排泥效果，一般在井底設(shè)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(jìn)水間的進(jìn)水孔、格網(wǎng)和橫向隔墻的連通孔上須設(shè)置閘閥、閘板等啟閉設(shè)備，以便在進(jìn)水間沖洗和設(shè)備檢修時(shí)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檢修，需在操作平臺(tái)上設(shè)置起吊設(shè)備。常用的起吊設(shè)備有電動(dòng)絞車、電動(dòng)和手動(dòng)單軌吊車等，其中以單軌吊車采用較多。當(dāng)泵房較深，平板格網(wǎng)沖洗次數(shù)頻繁時(shí)，采用電動(dòng)絞車起吊；當(dāng)設(shè)備較重時(shí)，可采用電動(dòng)橋式吊車。 A）起吊設(shè)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=2.0kN；P平板格網(wǎng)兩側(cè)水位差產(chǎn)生的壓強(qiáng)，p=2.0kPa；F每個(gè)格網(wǎng)的面積，F(xiàn)