水资源利用与保护课程设计(打印).doc

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《水资源利用与保护》课程设计

计算说明书

题目：

保定市取水构筑物的扩大初步设计

学院：

市政与环境工程学院

专业：

给排水科学与工程

姓名：

xxx

学号：

026413xxx

指导老师：

完成时间：

2015年月日

前言

课程设计是《水资源利用与保护》课程中最重要的实践性教学环节之一，是来衡量学生对本课程知识的掌握情况。

通过课程设计实习，学生对书本知识有了更深刻的理解。

学生能更熟练的运用所学的知识，达到理论联系实践的目的，使以前学过的东西更加形象化、具体化和生动化。

对所学知识加以应用和系统化，培养学生解决实际工程设计问题的能力；使学生在设计、制图、查阅资料、使用设计手册和规范等基本技能上得到初步训练；使学生能通过设计掌握地表水取水构筑物的基本计算方法；掌握工具书的应用方法。

通过整个学期的课程学习，对水资源的形成和开发利用，水资源量的计算评价，地表水及地下取水工程，节水理论与再生水回用等知识都有了较全面较新的了解。

通过本次对一个取水构筑物的课程设计，我又将整个《水资源利用与保护》书中的知识点又重新复习了一遍，对那些原来感到茫然的晦涩难懂的知识有了更加清晰地认识；对那些原来自己不知道的内容，也有些了解，使自身较为全面、系统地获取水资源取水的相关知识，将理论与实践相结合，更好地掌握了取水知识。

由于自己能力有限且是第一次进行课程设计，难免在设计的过程中存在或多或少的问题，希望老师能予以指导纠正，以促进我今后的学习。

同时，也要感谢老师和同学们的指导与帮助，我才能更加顺利和有效率地完成了本次课程设计。

Preface

Coursedesignistheobjectiveofwaterresourcesuseandprotectioninthecourseofoneofthemostimportantpracticalteaching,whichistomeasurestudents'masteryofknowledgeforthecourse.Throughcurriculumdesigninternships,studentshaveamoreprofoundunderstandingofbookknowledge.Studentswillbemorefamiliarwiththeknowledge,achievethepurposeoftheorywithpractice,andhavelearnedsomethingmoreVisual,concreteandvivid.Toappliedandsystematizedknowledge,cultivatestudents'abilitytosolvepracticalproblems;studentsindesign,drawings,checkoutinformationonbasicskillssuchasdesignmanualsandspecifications,usingpreliminarytraining;sothatstudentscandesignmasterbasiccalculationmethodofsurfacewaterintakestructure;mastertheapplicationofreferencebooks.

Throughtheentiresemestercourseofstudy,theformationandutilizationofwaterresourcesandevaluationofwaterresources,surfacewaterandundergroundwaterengineering,water-savingtheoryandreclaimedwaterreuseofknowledgehasamorecomprehensivenewunderstanding.Throughthistimesonatakewaterstructuresofcoursesdesign,Ihasaagainreviewthewholebookknowledgepointsofwaterresourcesusingandprotection.onthoseoriginalwaslossofobscuredifficultunderstandofknowledgehasmorecleartoawareness;onthoseoriginalhimselfnotknowofcontent,alsohavesomeunderstandings,makesmyselfmorefull,andsystemtogetswaterresourcestakewaterofrelatedknowledge,combinedtheorywithpracticephase,Icanmasterwaterknowledgebetter.

Duetomylimitedcapacityandthefirsttimeforcoursedesign,italsohasmoreorlessproblemsduringthedesignprocess,hopingthatteacherscanguidecorrectivetofacilitatemyfuturestudy.Meanwhile,Iwouldalsoliketothanktheteachersandstudentsfortheirguidanceandhelp,Iwasabletogomoresmoothlyandefficientlytocompletethiscurriculumdesign.

目录

1绪论 1

1.1设计任务 1

1.2设计成果及要求 1

1.2.1设计成果 1

1.2.2设计要求 1

2计算说明 2

2.1设计基础资料 2

2.1.1河流自然条件 2

2.1.2地区气象资料 2

2.1.3工程要求 2

2.2构筑物类型确定 3

2.2.1取水构筑物形式的选择 3

2.2.2取水头部形式的选择 3

2.2.3进水管形式的确定 4

2.2.4集水井形式的确定 4

2.3取水头部设计计算 5

2.3.1设计水量 5

2.3.2格栅计算 5

2.3.3自流管计算 6

2.3.4取水头部构造尺寸 7

2.3.5箱体设计尺寸 8

2.3.6取水头部标高计算 8

2.4集水间设计计算 10

2.4.1格网计算 10

2.4.2集水间平面尺寸计算 11

2.4.3集水间标高计算 11

2.4.4格网起吊设备 14

2.4.5排泥冲洗设备 15

3结束语 15

参考文献 16

1绪论

1.1设计任务

信阳市取水构筑物的扩大初步设计

1.2设计成果及要求

1.2.1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。

3、绘制取水头部平面图和剖面图一张。

4、集水间平面图和剖面图一张。

5、手绘一张图。

1.2.2设计要求

1.自觉遵守纪律，不旷课，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，方案合理，内容表述准确；

计算有公式，公式有说明和出处；

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。

2计算说明

2.1设计基础资料

2.1.1河流自然条件

1、河流水位:

最高水位为36m，（频率P=1%）；常水位为29.5m，（保证率P=90%）；最低水位为23m（保证率P=97%）。

2、河流的流量:

最大流量为30000m3/s；最小流量为400m3/s。

3、河流的流速:

最大流速为4m/s；最小流速为0.6m/s

4、河流的含砂量及漂浮物：

最大含砂量0.5kg/m3；最小含砂量0.002kg/m3。

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80m，主流最小水深3.9m。

岸边土质较好，有一定的承载力，满足使用要求。

2.1.2地区气象资料

最低气温：

－10℃，最高气温：

39℃，最大冰冻深度15㎝

2.1.3工程要求

净水处理厂供水量为9.3万m3/d，供生活饮用和生产需要。

2.2构筑物类型确定

2.2.1取水构筑物形式的选择

地表水取水构筑物按构造形式可分为固定式取水构筑物、活动式取水构筑物和山区浅水河流取水构筑物三大类。

　　在河流水资源开发利用中,习惯上把不经过筑坝拦蓄河水、在岸边或河床上直接修建的固定的取水设施称为固定式取水构筑物。

具有取水安全可靠、维修管理方便、适应范围较广等优点。

固定式取水构筑物包括取水设施和泵房两部分，取水设施将河流中的水引入吸水间，泵房作为给水系统的一级提升泵房，通过水泵将水提升进入输水管线，送至给水处理厂或用户。

取水设施和泵房都建在岸边，直接从岸边取水的固定式取水构筑物，称为岸边式取水构筑物。

岸边式取水构筑物适用于河岸较陡，主流靠近河岸，岸边有一定的取水深度，水位变化幅度不太大，水质及地质条件较好的情况。

在河心设置进水孔，从河心取水的构筑物，称为河床式取水构筑物。

当河岸较平缓，主流离岸较远、岸边缺乏必要的取水深度或水质不好时，宜采用河床式取水构筑物。

相对于固定式取水构筑物，当修建固定式取水构筑物有困难时，可采用活动式取水构筑物。

具有水下工程量小、施工方便、工程投资少、适应性强、灵活性大等优点，能适应水位的变化。

活动式取水构筑物主要有缆车式和浮船式两种。

缆车式取水构筑物是建造于岸坡上截取河流表层水的取水构筑物，由缆车、缆车轨道、输水斜管和牵引设备等组成。

其适用于河流水位变幅为10～35m、涨落速度小于2m/h的情况。

浮船式取水构筑物由浮船、锚固设备、联络管及输水斜管等部分组成。

其适用条件为河流水位变幅在10～40m或更大，水位变化速度不大于2m/h。

本设计的条件是河流河岸较缓，主流离岸边较远，约50～100m，主流最小水深3.8～4.0m，宜采用固定式河床取水构筑物。

2.2.2取水头部形式的选择

取水头部的形式很多，常用的有喇叭口式、蘑菇式、鱼形罩式、箱式、桥墩

式等。

喇叭口式取水头部适用于江河水质较好、洪水期浊度不大、水位变幅较小的中小型取水构筑物。

蘑菇式取水头部适用于中小型取水构筑物。

鱼形罩式取水头部适用于水泵直接吸水的中小型取水构筑物。

箱式取水头部适用于水深较小、含沙量小、冬季潜泳较多的河流。

桥墩式取水头部适用于中小型的取水构筑物和水深较小、船只通航不频繁的河流。

本设计的条件是取水地点水深较浅含沙量少，有一定的水草和青苔，符合箱式取水头部的条件，所以河心处选取箱式取水头部。

头部迎水面做成尖角形用钢筋混凝土分两节预制，吊装下沉后，水下拼装。

头部周围抛石，防止河床冲刷。

2.2.3进水管形式的确定

按照进水管形式的不同，可分为自流管和虹吸管两种类型。

本设计河流的条件是河床较稳定、河岸平坦、主流距离河岸较远、河岸水深较浅且岸边水质较差，管道埋深不大，该河流的条件满足自流管的适用条件，故选用自流管取水流入集水井。

2.2.4集水井形式的确定

集水井和取水泵站可以合建，也可以分建。

时集水井的平面形式可为圆形、矩形、椭圆形等。

集水井的平面形式可为圆形、矩形、椭圆形等。

圆形集水井结构合理，水流阻力小，便于沉井施工，但不便于布置设备；矩形集水井安装滤网、吸水管、分格及布置水泵和管线较为方便，但造价较高。

通常当集水井深度不大，可用大开槽施工时，采用矩形集水井，否则用圆形。

为了方便布置设备，本设计选用矩形集水井。

综上所述，取水构筑物采用固定式河床取水构筑物，河心处用箱式取水头部，集水间和泵房采用合建形式，水从取水头部经自流管流入集水间，再经格网截留杂质后，用离心泵送出。

2.3取水头部设计计算

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）取水头部的设计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，以避免对周围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）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，一般沿水流方向的间距应不小于取水头部最大尺寸的3倍；

2.3.1设计水量

本设计中，净水处理厂供水量为93000m³/d，供生活饮用和生产需要。

水厂自用水取5%。

设计流量：

Q总=A×1.05=93000×1.05=97650m3/d=1.13m3/s；

2.3.2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。

格栅由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，栅条净间距通常采用30—120mm，本设计采用50mm。

格栅的栅条可以直接固定在进水孔上，或者放在进水孔外侧的导槽中，一般可按可拆卸设计，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。

采用机械或水力方法及时清理格栅，在进水孔前设置挡草木排，在压力管中设除草器等措施可以有效防止水草堵塞进水口。

格栅的面积可按下式计算：

过栅流速：

V1=0.4m/s；

栅条厚度：

s=10mm,断面为扁钢型；

栅条净间距：

t=50mm；

格栅的阻塞系数：

k1=0.75；

栅条的面积减小系数

格栅的面积：

进水口数量选用4个，每个面积为：

F0=F1/4=1.13m2

格栅尺寸选用给水排水标准图集90s321-2,每个进水口尺寸为B1×H1=900mm×1300mm，格栅外形尺寸B×H=1000mm×1400mm。

水流通过格栅的水头损失选为0.15m。

2.3.3自流管计算

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，河水靠重力自流，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。

α角去90 º侧面进水。

（1）自流管设计为两条，每条90m。

每条设计流量为：

Q自=Q总×0.50=0.565m3/s

初选自流管流速：

v=1.0m/s

初步计算直径为：

选d1=900mm

采用DN900的钢管，自流管内实际流速为：

自流管水头损失按公式hw=hf+hj计算，其中：

水力坡度：

自流管沿程水头损失：

hf=i×L=0.00097×90=0.087m

各局部阻力系数为：

喇叭口=0.1，蝶阀=0.24，出口=1.0，

局部阻力损失为：

hj==（0.1+0.24+1.0）×

则管道总损失为：

hw=hf+hj=0.087+0.054=0.138m

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0.20m。

（2）事故校核：

当一根自流管故障时，另一根应能通过设计流量的70％，即：

Q/=0.7Q总=0.7×1.13=0.791m3/s

此时管中流速为：

故障时，产生的损失为hw’=hf’+hj’

hf/=i×L=0.00189×90=0.170m

hj/==（0.1+0.24+1.0）×

hw/=hf/+hj/=0.170+0.105=0.275m

考虑阻力增加因素，采用hw/=0.3m

2.3.4取水头部构造尺寸

最小淹没水深:

取1.2m（根据河流航道要求及通行船只吃水深度，最小淹没深度一般取1.2～1.25m）；

格栅下缘距河底：

取1.0m（为避免泥砂进入取水头部，格栅下缘距河底高一般大于1m）;

进水箱体理深：

取1.5m，（与该处河流冲刷程度有关，在河底冲刷程度＜5m时，进水箱体埋深为1.0～1.5m）；

自流管管顶应在河床冲刷深度以下0.25~0.3m，易冲刷的河床，管顶最小埋深应在河床以下0.5m，另外，还需满足抗浮要求。

本设计取0.4m

2.3.5箱体设计尺寸

自流管管径d1=900mm

吸水喇叭口直径为D=1.5d1=1.5×900=1350mm（一般取D=（1.3-1.5）d）；

吸水喇叭口至墙体的距离：

α1=0.8D=0.8×1350=1080mm（一般取α2=（0.75～1）D）

取水头部墙体厚度δ=150mm；

取水头部箱体宽度为B=D+2α1+2δ=1350+2×1080+2×150=3810mm；

取水头部箱体长度为L=2（D+2α1）+3δ=2（1350+2×1080）+3×150=7470mm；

两根自流管管中心之间的间距：

S=L﹣2δ﹣2α1﹣D=3660mm

2.3.6取水头部标高计算

取水头部箱体顶部标高：

23﹣1.2=21.8m

河床标高：

23﹣3.9=19.1m

取水头部箱体底部标高：

19.1﹣1.5=17.6m

取水头部自流管的中心标高：

19.1﹣0.4﹣0.45=18.25m

喇叭口顶端标高：

（21.8﹣17.6﹣0.15）/2+17.6=19.63m

取水头部设计图详见

图2-1：

取水头部平面图和图2-2：

取水头部剖面图；

图2-1：

取水头部平面图

图2-2：

取水头部剖面图

2.4集水间设计计算

集水井一般由进水间、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。

2.4.1格网计算

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1.5m3/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。

格网的面积可按下式计算：

过网流速：

v2=0.5m/s；

网眼尺寸：

b=8mm×8mm；

网眼边长：

t=6mm

网丝直径：

d=1mm；

格网阻塞后面积减少系数：

K1=0.5；

网丝引起的面积减少系数

水流收缩系数：

=0.7；

格网面积：

格网数量选用4个，每个面积为：

F0=F2/4=2.19m2

选用给水排水标准图集90S321-6，格网进水口尺寸为B1×H1=1700mm×1300mm，选用4个，格网外形尺寸B×H=1800mm×1400mm。

水流通过格网的水头损失选为0.15m。

2.4.2集水间平面尺寸计算

采用四台泵（三用一备）     

每个吸水管设计流量为：

Q吸==0.376m³/s。

初选吸水管流速v/=1.2 m/s。

（吸水管流速一般为1.0～1.5 m/s） 

初选管径 。

选取管径d2=700mm ，V吸==0.98m/s 。

集水间墙体宽度取δ=500mm，进水间与吸水间的墙体宽度取δ/=300mm。

1）吸水管吸水喇叭口直径为：

D=（1.3~1.5）d=1.5d2=1.5×700=1050mm。

2）喇叭口净间距：

α吸1=1.8D=1890mm。

（系数一般采用1.5到2.0）

3）喇叭口边缘距井壁间净间距：

α吸2=0.8D=840mm。

（系数一般采用0.75到1.0） 

4）喇叭口的最小悬空高度h1=（0.6—0.8）D，且h1≥0.5m,取h1=0.8D=840mm。

5）喇叭口的最小淹没深度h2≥0.5—1.0m，取h2=0.8m。

6）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L=3D=3×1050=3150m。

7）单个吸水间的宽度B吸=α吸1+2×α吸2+2D=1890+2×840+2×1050=5670mm .

故吸水间总宽度B=2B吸+3δ=2×5670+3×500=12840mm

8）单个吸水间的长度L吸=α吸2+0.5D+3D=840+0.5×1050+3×1050=4515mm

故吸水间总长度L=2L吸+2δ+δ/=10330mm

2.4.3集水间标高计算

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，集水间顶面标高=1﹪洪水位+浪高（0.25m）+0.5m：

H=36.0+0.2+0.5=36.7m。

（2）进水间最低动水位：

97﹪枯水位-取水头部到进水管段水头损失-格栅损失=23-0.20-0.15=22.65m。

（3）吸水间最低动水位：

进水间最低动水位-进水间到吸水间的平板格网水头损失=22.65-0.15=22.5m

（4）集水间底部标高：

平板格网净高为1.4m，其上缘应淹没在吸水间动水位以下，取为0.1m；其下缘应高出底面，取0.2m，则集水间底面标高=22.5-0.1-0.2-1.4=20.8m。

吸水间最小水深=吸水间最低动水位﹣集水间底部标高=22.5﹣20.8=1.7m。

（5）集水间深度：

顶部标高-底部标高=36.7-20.8=15.9m。

（6）集水间深度校核：

当自流管用一根管输送Q=0.791m3/s，v=1.24m/s，水