水資源利用與保護課程設計完成

第一章緒論1.1設計任務鞏義市取水構筑物的擴大初步設計1.2設計根底資料河流自然條件1、河流水位:最高水位為36.50m，(頻率P=1%)；最低水位為20.002、河流的流量:最大流量為27500m3/s；最小流量為3、河流的流速:最大流速為2.50m/s；最小流速為0.54、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/m有一定數量的水草和青苔，無冰絮。5、河流主流及河床情況河流近岸坡度較緩，主流離岸約50—100m，主流最小水深3.8—40m。岸邊土質較好，有一定的承載力，滿足使用要求。地區(qū)氣象資料最低氣溫：－5℃，最高氣溫：38工程要求凈水處理廠供水量為5.0萬m3/d，供生活飲用和生產需要。1.3設計成果及要求設計成果1、設計計算說明書一份。2、取水構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#)?！矆D例1：1004、集水間平面圖和剖面圖一張(2#)〔圖例1：100〕設計要求1.自覺遵守紀律，不遲到、不早退。2.設計計算說明書：字跡工整，干凈整齊；設計思路清晰，內容充實，原理正確，方案合理，內容表述準確；計算有公式，公式有說明、出處；3.圖紙：設計方案合理，線條層次清楚，圖面整潔，尺寸標注整齊統(tǒng)一；要到達擴初設計施工圖的要求。第二章計算說明2.1構筑物類型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筑物，分為固定式和移動式兩大類。

固定式取水構筑物位置固定不變，平安可靠，應用較為廣泛。由于水源的水位變化幅度、岸邊的地形地質和冰凍、航運等因素，可有多種布置方式。常見的有4種。

(1)江心進水頭式:由取水頭部、進水管、集水井和取水泵房組成。常用于岸坡平緩、深水線離岸較遠、上下水位相差不大、含砂量不高的江河和湖泊。原水通過設在水源最低水位之下的進水頭部，經過進水管流至集水井，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。當取水量小時，可以不建集水井而由水泵直接吸水。取水頭部外壁進水口上裝有格柵.集水井內裝有濾網以防止原水中的大塊漂流雜物進人水泵，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。構筑物高聳于水體中，取水、泵水設施齊全，用輸水管送水上岸?？梢栽诓煌疃热∷?，以得到水質較好的原水。

(3)岸邊式:集水井與泵房分建或合建于岸邊，原水直接由進水口進入。一般適用于岸坡較陡，深水線靠近岸邊的江河。對含砂量大或冰凌嚴重或兩者均出現的河流，取水量又較大時，可采用斗槽式取水構筑物，它是一種特殊的岸邊式取水構筑物，其前以圍堤筑成一個斗槽，粗砂將在斗槽內沉淀，冰凌那么在槽內上浮。中國西北地區(qū)有多處斗摘式取水構筑物。

(4)底欄柵式:以山區(qū)溪流作為水源時，為防止急流中的砂礫，用低壩抬高水位，壩內有引水渠道，渠頂蓋欄柵。水流溢過壩頂時從欄柵進入渠道，流至沉砂池沉除泥沙后，再用恒壓供水水泵輸出。

移動式取水構筑物適用于水位變化大的河流。構筑物可隨水位升降，具有投資較省、施工簡單等優(yōu)點，但操作管理較固定式麻煩.取水平安性也較差，主要有兩種。

(1)浮船式:水泵設在駁船上，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，以適應浮船的升降和搖擺。當采用階梯式連接時須隨水位漲落改換接頭位置。當采用搖臂式連接時，加長聯(lián)絡管為搖臂，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的坡度(20一30)。浮船式取水構筑物在中國西南和中南地區(qū)較多。20世紀80年代，單船供水能力已超過每日10萬襯。

(2)纜車式:由坡道、輸水斜管和牽引設備等4個主要局部組成。取水泵設在泵車上。當河流水位漲落時，泵車可由牽引設備沿坡道上下移動，以適應水位，同時改換接頭。纜車式取水適宜于水位漲落速度不大(如不超過2m/h)、無冰凌和漂浮物較少的河流。本設計中由于主流離岸較遠，河岸水較淺，故考慮采用自流管式取水。綜上所述，本設計的取水構筑物形式采用固定式河床式。河心處為箱式取水頭部，經自流管流入集水井，在經格柵、格網截留雜質后，用離心泵送出。2.2構筑物設計固定式取水構筑物由集水井〔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〕等局部組成。取水頭部計算取水頭部是河床式取水構筑物的組成局部之一，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及河道水流有較大的影響，因此應選擇合理的外形和較小的體積，以防止對周圍水流產生大的破壞和擾動，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拋石加固，并將取水頭部的根底埋在沖刷深度以下；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；〔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。格柵的柵條厚度或直徑一般采用10mm，柵條凈距通常采用30—120mm，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的導槽中，一般可按可拆卸設計，并考慮有人工或機械去除的措施，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=50000×1.05=52500m3/d=0.608m3/s；進水孔設計流速：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：k2=0.75；柵條引起的面積減少系數進水孔或格柵的面積：進水口數量選用兩個，每個面積為：F=F0/2=0.563m2格柵尺寸選用給水排水標準圖集90s321-1,每個進水口尺寸為B1×H1=800mm×800mm，格柵外形尺寸B×H=900mm×900mm，其有效面積0.63m2?！?〕進水管計算選擇自流管，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、防凍比擬好。取水頭部平剖面為菱形，整體為箱式。α角去90

o側面進水。設計水量：Q=50000×1.05=52500m3/d=0.608m3/s自流管設計為兩條，每條設計流量為：q=Q/2=0.608/2=0.304m3/s初選自流管流速：v=0.8m/s初步計算直徑為：選D=0.7m采用DN700的鋼管，自流管內實際流速為：自流管損失按hw=hf+hj計算，其中：水力坡度：自流管沿程水頭損失：Hf=i×L=0.00119×75=0.089m各局部阻力系數為：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那么管道總損失為：hw=hf+hj=0.089+0.074=0.163m考慮日后淤積等原因造成阻力增大，為防止因此造成流量降低，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：Q’=0.7Q=0.7×0.608=0.426m3此時管中流速為：故障時產生的損失為hw’=hf’+hj’hf’=i×L=0.00191×75=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//=1.5m，為防止泥沙流入取水頭部；進水箱體埋深：h///=1.4m,與該處河流沖涮程度有關；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，考慮航運船只吃水深度1.25m，所以取水頭部頂面距最低水位以下的水深為1.25m?！?〕箱體設計尺寸：自流管管徑為d=700mm吸水喇叭口直徑為D=1.4d=1.4×700=980mm〔一般取D=〔1.3-1.5d〕〕；吸水喇叭口至墻體的距離：α2=0.8D=0.8×980=784mm(一般取α2=〔0.75～1〕D)取水頭部墻體厚度δ=150mm；取水頭部箱體寬度為B=D+2α2+2δ=980+2×784+2×150=2848mm；取水頭部箱體長度為L=2〔D+2α2〕+3δ=2〔980+2×784〕+3×150=5546mm；兩根自流管之間的間距：S=L-2δ-2α2-D=2698mm〔5〕取水頭部標高計算：取水頭部箱體頂部標高：20.00-1.25=18.75m×2-0.8-1.5-1.4=14.75m取水頭部自流管的中心標高：14.75+0.3+1/2×0.7=15.40m×2-0.8=17.65m河床標高：14.75+1.4=16.15m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；圖2-1：取水頭部平面圖圖2-2：取水頭部剖面圖集水井計算集水井一般由進水間、格網和吸水間三局部組成，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。集水井頂部設操作平臺，安裝格柵、格網、閘門等設備的起吊裝置。1、集水間計算格網計算格網設在進水間和吸水間之間，用以攔截水中細小的漂浮物。格網有平板格網和旋轉格網兩種形式，當每臺泵出水量小于1.5m3通過格網的流速：v1=0.4m/s；網眼尺寸：b=8mm×8mm；網絲直徑：d=1mm；金屬絲直徑s=2.5mm網絲引起的面積減少系數格網阻塞后面積減少系數：K2=0.5；水流收縮系數：=0.7；格網面積：選用給水排水標準圖集90S321-6，格網進水口尺寸為B1×H1=2000mm×2000mm，選用兩個，格網外形尺寸B×H=2130mm×2130mm，其有效面積為2.76m?！?〕集水間平面尺寸采用四臺泵〔三用一備〕每個吸水管設計流量為：Q吸==0.203m3/s。初選吸水管v吸=1.3m/s?！参芰魉僖话銥?.0到1.5m/s〕初選管徑d===0.45m。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=(1.3~1.5)d=1.5d=1.5×500=750mm。2)喇叭口邊緣距井壁間凈間距：α吸2=0.8D=600mm?！蚕禂狄话悴捎?.75到1.0〕3)喇叭口凈間距α吸1=1.8D=1350mm?！蚕禂狄话悴捎?.5到2.0〕4)喇叭口的最小懸空高度h1=〔0.6—0.8〕D，且h1≥0.5m,取h1=0.8D=600mm。5)喇叭口的最小淹沒深度h2≥0.5—1.0m，取h2=0.8m。6)單個吸水間的寬度L吸=α吸1+2×α吸2+2D=1350+2×600+750×2=4050mm.7〕格網出水至吸水喇叭口中心的流程長度L不小于吸水喇叭口直徑的3倍，取3倍，即2250m。8)單個吸水間的長度L吸=α吸2+0.5D+3D=600+0.5×750+3×750=3225mm?！?〕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，供水較為平安。1〕頂面標高：采用非淹沒式，集水間頂面標高=1﹪洪水位+浪高〔0.25m〕+0.5m：H=36.50+0.5+0.25=37.25m。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=20.00-0.20-0.1=19.70m。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水頭損失=19.70-0.2=19.50m4〕集水間底部標高：平板格網凈高為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，那么集水間底面標高為：19.50-0.1-0.2-1.8=17.40m。吸水間最小水深=吸水間最低動水位-集水間底部標高=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=〔0.6—0.8〕D，且h1≥0.5m,取h1=0.8D=600mm=0.6m。水泵的吸水喇叭口淹沒水深為：h2≥1.0-0.5m，取h2=0.8m。那么h1+h2=0.6+0.8=1.4m<2.1m。固可滿足水泵吸水要求。5)集水間深度：頂部標高-底部標高=37.25-17.40=19.85m。集水間深度校核：當自流管用一根管輸送Q=0.426m3/s，v=1.06m/s，水頭損失為h=0.40m，此時吸水間最低水位為:20.00-0.1-0.40-0.2=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、啟閉及起吊設備1〕進水間和吸水間中的水流速度較小，當河水中含泥沙較多時，集水井中會沉淀泥沙。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。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、格網的清洗和檢修及閘門的啟閉和檢修，需在操作平臺上設置起吊設備。常用的起吊