水資源利用與保護(hù)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書

1、目 錄第一章 緒論11.1 設(shè)計(jì)目的11.2 設(shè)計(jì)任務(wù)11.3 設(shè)計(jì)時(shí)間1第二章 計(jì)算說(shuō)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(shè)計(jì)52.3.1 取水頭部設(shè)計(jì)52.3.2 進(jìn)水管設(shè)計(jì)72.3.3 集水井設(shè)計(jì)8第三章 結(jié)論14參考文獻(xiàn)15 第一章 緒論1.1 設(shè)計(jì)目的 1、對(duì)所學(xué)知識(shí)加以應(yīng)用和系統(tǒng)化，培養(yǎng)解決實(shí)際工程設(shè)計(jì)問(wèn)題的能力；使學(xué)生在設(shè)計(jì)、制圖、查閱資料、使用設(shè)計(jì)手冊(cè)和規(guī)范等基本技能上得到初步訓(xùn)練。 2、使學(xué)生能通過(guò)設(shè)計(jì)掌握地表水取水

2、構(gòu)筑物的基本計(jì)算方法。 3、掌握工具書的應(yīng)用方法。1.2 設(shè)計(jì)任務(wù) 南陽(yáng)市一取水構(gòu)筑物的擴(kuò)大初步設(shè)計(jì)1.3 設(shè)計(jì)時(shí)間 2013年1月3日2013年1月6日13河南城建學(xué)院第二章 計(jì)算說(shuō)明第二章 計(jì)算說(shuō)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%)。 2、河流的流量: 最大流量為 26500 m3/s；最小流量為 335 m3/s。 3、河流的流速: 最大流速為 2.45 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 0.45 kg/ m3；最小含砂量 0.

3、0013 kg/ m3。 有一定數(shù)量的水 草和青苔，無(wú)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，有一定的承載力，滿足使用要求。2.1.2 地區(qū)氣象資料 最低氣溫：10，最高氣溫：39，最大冰凍深度15。2.1.3 工程要求 凈水處理廠供水量為 3.85 萬(wàn)m3/d，供生活飲用和生產(chǎn)需要。2.2 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(dòng)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(dòng)式取水構(gòu)筑物包括浮船式、纜車式和潛水泵直接取水。固定

4、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(hù)管理簡(jiǎn)單，適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，但投資較大，水下工程量較大，施工期長(zhǎng)。固定式取水構(gòu)筑物設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮遠(yuǎn)期發(fā)展的需要，土建工程一般按遠(yuǎn)期設(shè)計(jì)，一次建成；水泵機(jī)組設(shè)備可分期安裝?；顒?dòng)式取水構(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(kù)和湖泊取水。移動(dòng)式取水構(gòu)筑物具有投資小、施工期短、見(jiàn)效快、水下工程量小、對(duì)水源水位變化適應(yīng)性強(qiáng)、便于分期建設(shè)等優(yōu)點(diǎn)，但維護(hù)管理復(fù)雜，易受水流、風(fēng)浪、航運(yùn)的影響，取水可靠性差。根據(jù)本設(shè)計(jì)對(duì)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(yùn)等情況以及施工條件，確定本設(shè)計(jì)取

5、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?jī)刹糠纸M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(shí)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(jìn)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(jìn)水管、集水間和泵房等部分組成。河水經(jīng)取水頭部的進(jìn)水孔流入，沿進(jìn)水管流至集水間，然后由泵抽走

6、。集水間與泵房可以合建，也可以分建。當(dāng)河床穩(wěn)定，河岸較平坦，枯水期主流離岸較遠(yuǎn)，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(shí)，適宜采用河床式取水構(gòu)筑物。斗槽式取水構(gòu)筑物是在取水口附近設(shè)置堤壩，形成斗槽進(jìn)水，由進(jìn)水斗槽和岸邊式取水構(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(yīng)設(shè)在河流凹岸處。斗槽式取水構(gòu)筑物施工量大，造價(jià)高，槽內(nèi)排泥困難，一般采用不多。本設(shè)計(jì)中，由于河流水位變化較大且主流離岸較遠(yuǎn)，近岸坡度較緩，故考慮采用河床式取水構(gòu)筑物。按照進(jìn)水管形式的不同，河床式取水構(gòu)筑物有自流管取水、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

7、部流入集水井，經(jīng)格網(wǎng)后進(jìn)入水泵吸水間，然后水泵抽走。此種形式的特點(diǎn)為：集水井設(shè)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(méi)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(jìn)水孔或設(shè)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(shè)自流管時(shí)，開(kāi)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(yuǎn)；河岸水深較淺且岸邊水質(zhì)較差；自流管埋深不大或者在河岸可以開(kāi)挖隧道以敷設(shè)自流管等情況。虹吸管式取水是河水從取水頭部靠

8、虹吸作用流至集水井中，然后由水泵抽走。此種形式的特點(diǎn)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(kāi)挖，縮短工期，節(jié)約投資。但虹吸管對(duì)管材及施工質(zhì)量要求較高，運(yùn)行管理要求嚴(yán)格，并需保證嚴(yán)密不漏氣；需要裝置真空設(shè)備；虹吸管管路相對(duì)較長(zhǎng)，容積也大，真空引水水泵起動(dòng)時(shí)間較長(zhǎng)，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(yuǎn)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(shè)集水間，水泵吸水管直接伸入河中取水，此種形式的特點(diǎn)是：不設(shè)集水間，利用水泵吸高，可以減少水泵房埋深，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，施工方便，造價(jià)較低。但要求施工質(zhì)量較高，

9、不允許吸水管漏氣；在河流泥沙顆粒較大，易受堵塞且對(duì)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(zhǎng)且不需設(shè)網(wǎng)格的中小型水泵房使用。橋墩式取水是整個(gè)取水構(gòu)筑物設(shè)在水中，在進(jìn)水間的壁上設(shè)置進(jìn)水孔，其特點(diǎn)是：取水構(gòu)筑物設(shè)在河心，集水井與泵房合建，河水通過(guò)井壁上的進(jìn)水孔流入集水井；無(wú)進(jìn)水管，免除進(jìn)水管淤塞的擔(dān)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(guò)水?dāng)嗝妫菀自斐筛浇哟矝_刷；基礎(chǔ)埋深較大，施工較復(fù)雜，造價(jià)昂貴，管理不便，影響航運(yùn)，非特殊情況一般不采用。本設(shè)計(jì)中由于主流離岸較遠(yuǎn)，河岸水深較淺，故考慮采用自流管式取水。綜上所述，本設(shè)計(jì)的取水

10、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(shè)計(jì) 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。2.3.1 取水頭部設(shè)計(jì)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)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

11、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；5）取水頭部應(yīng)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(diǎn)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。角取90側(cè)面進(jìn)水。頭部迎水面作成尖角形用鋼筋混凝土分兩節(jié)預(yù)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(méi)深：h

12、/=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/=1.55m，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)；箱體處最低水位水深不得小于3.8米； 取水頭部設(shè)計(jì)圖詳見(jiàn)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2.3.2 進(jìn)水管設(shè)計(jì) 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(méi)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(shè)計(jì)為兩條，每條設(shè)計(jì)流量為：q=Q/2=0.468/2=0.234m3/s初選自流管流速：v=0.8m/s初步計(jì)算

13、直徑為： 選D=0.6m自流管實(shí)際流速為：自流管損失按hw=hf+hj計(jì)算，其中：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(dāng)一根自流管故障時(shí)，另一根應(yīng)能通過(guò)設(shè)計(jì)流量的70，即： Q=0.7Q=0.70.468=0.3276m3/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.

14、0022475=0.168mhj=(0.1+1.01+0.2+1.0)hw=hf+hj=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(shè)計(jì) 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(kāi)，在分隔墻上可以設(shè)置平板格網(wǎng)。集水井頂部設(shè)操作平臺(tái)，安裝格柵、格網(wǎng)、閘門等設(shè)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(shí)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(shè)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(jià)較高。通常當(dāng)集水井深度不大，可用大開(kāi)槽

15、施工時(shí)，采用矩形集水井，否則用圓形。綜上所述，本設(shè)計(jì)采用合建式矩形設(shè)計(jì)。1、集水間計(jì)算 （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，框架外形與進(jìn)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(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=385001.05=40425m/d=0.468m/s； 進(jìn)水孔設(shè)計(jì)流速：V0=0.6m

16、/s； 柵條厚度：s=10mm,斷面為扁鋼型； 柵條凈距：b=50mm； 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=0.624m2格柵尺寸選用給水排水標(biāo)準(zhǔn)圖集90s321-1,每個(gè)進(jìn)水口尺寸為B1H1=900mm700mm，格柵外形尺寸BH=1000mm800mm。 （2）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(jiǎn)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

17、不多時(shí)。通過(guò)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：選用給水排水標(biāo)準(zhǔn)圖集90S321-6，格網(wǎng)進(jìn)水口尺寸為B1H1=1900mm1700mm，面積3.23 m，選用兩個(gè)，總面積為BH=2000mm1800mm。 （3）集水間平面尺寸 集水間分為兩格，兩格間設(shè)連通管并裝閥門，集水間平面尺寸見(jiàn)圖。 （4）集水間的標(biāo)高計(jì)算 集水井選擇非淹沒(méi)式，在最高水位時(shí)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(shí)清理格網(wǎng)，供水較為安全。1）頂

18、面標(biāo)高：采用非淹沒(méi)式，集水間頂面標(biāo)高=1洪水位+浪高（0.25m）+0.5m：H=35.35+0.5+0.25=36.10m。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=20.45-0.20-0.1=20.15m。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 =20.15-0.2=19.95m4）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(méi)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：19.95-0.1-0.2-1.8=17.85m。集水間深度：頂部標(biāo)高-底部標(biāo)高=36.10-17.85=1

19、8.25m。集水間深度校核：當(dāng)自流管用一根管輸送Q=0.3276m3/s，v=1.16m/s，水頭損失為h=0.35m，此時(shí)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(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。大型進(jìn)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(jìn)水間或積泥不嚴(yán)重時(shí)，可用高壓水帶動(dòng)的射流泵排泥。為

20、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=1.47kN；P平板格網(wǎng)兩側(cè)水位差產(chǎn)

21、生的壓強(qiáng)，p=1.96kpa；F每個(gè)格網(wǎng)的面積，F(xiàn)=3.6m；f 平板格網(wǎng)與導(dǎo)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+1.960.443.6)1.5=6.86kNB）吊架高度的計(jì)算與設(shè)備選擇平板格網(wǎng)高1.80m，格網(wǎng)吊環(huán)高0.25m，電動(dòng)葫蘆吊鉤至工字梁下緣最小距離為0.78m，格網(wǎng)吊至平臺(tái)以上的距離取0.2m，操作平臺(tái)標(biāo)高36.15m，則起吊架工字梁下緣的標(biāo)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(biāo)高-電動(dòng)葫蘆吊鉤至工字梁下緣最小距離-集水間底部標(biāo)高-平板格網(wǎng)下緣與集水間底部高差-平板格網(wǎng)高-平板格網(wǎng)吊環(huán)高39