水资源利用与保护课程设计完成.docx

第一章绪论1.1 设计任务巩义市取水构筑物的扩大初步设计1.2 设计根底资料河流自然条件1、河流水位：最高水位为36.50m,（频率P=l%）;最低水位为20.00m（保证率P=97%）。2、河流的流量：最大流量为27500n?/s；最小流量为325n?/s。3、河流的流速：最大流速为区我n/s；最小流速为叱jn/s4、河流的含砂量及漂浮物：最大含砂量0.47kgm3;最小含砂量0.0015kgm3o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50-100m,主流最小水深3.810m。岸边土质较好，有一定的承载力，满足使用要求。地区气象资料最低气温：一5,最高气温：38,最大冰冻深度15cm。工程要求净水处理厂供水量为5.O万m7d,供生活饮用和生产需要。1.3 设计成果及要求设计成果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(2#)。3、绘制取水头部平面图和剖面图一张(2#)o(图例1：1004、集水间平面图和剖面图一张(2#)(图例LlOo)设计要求1 .自觉遵守纪律，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、出处；3 .图纸：设计方案合理，线条层次清楚，图面整洁，尺寸标注整齐统一；要到达扩初设计施工图的要求。第二章计算说明2.1构筑物类型确定给水工程中从江河、湖泊、水库及海洋等地表水源中的取水构筑物，分为固定式和移动式两大类。固定式取水构筑物位置固定不变，平安可靠，应用较为广泛。由于水源的水位变化幅度、岸边的地形地质和冰冻、航运等因素，可有多种布置方式。常见的有4种。(1)江心进水头式:由取水头部、进水管、集水井和取水泵房组成。常用于岸坡平缓、深水线离岸较远、上下水位相差不大、含砂量不高的江河和湖泊。原水通过设在水源最低水位之下的进水头部，经过进水管流至集水井，然后由泵房加压送至水厂。集水并可与无塔供水的泵房分建或合建。当取水量小时，可以不建集水井而由水泵直接吸水。取水头部外壁进水口上装有格栅.集水井内装有滤网以防止原水中的大块漂流杂物进人水泵，阻塞管道或损坏叶轮。(2)江心桥墩式:也称塔式。常用于水库，建于尚未蓄水时。构筑物高耸于水体中，取水、泵水设施齐全，用输水管送水上岸。可以在不同深度取水，以得到水质较好的原水。(3)岸边式:集水井与泵房分建或合建于岸边，原水直接由进水口进入。一般适用于岸坡较陡，深水线靠近岸边的江河。对含砂量大或冰凌严重或两者均出现的河流，取水量又较大时，可采用斗槽式取水构筑物，它是一种特殊的岸边式取水构筑物，其前以围堤筑成一个斗槽，粗砂将在斗槽内沉淀，冰凌那么在槽内上浮。中国西北地区有多处斗摘式取水构筑物。(4)底栏栅式:以山区溪流作为水源时，为防止急流中的砂砾，用低坝抬高水位，坝内有引水渠道，渠顶盖栏栅。水流溢过坝顶时从栏栅进入渠道，流至沉砂池沉除泥沙后，再用恒压供水水泵输出。移动式取水构筑物适用于水位变化大的河流。构筑物可随水位升降，具有投资较省、施工简单等优点，但操作管理较固定式麻烦.取水平安性也较差，主要有两种。(1)浮船式:水泵设在驳船上，直接从河中取水.由斜管输送至岸。水泵的出水管和枪水斜管的连接要灵活，以适应浮船的升降和摇摆。当采用阶梯式连接时须随水位涨落改换接头位置。当采用摇臂式连接时，加长联络管为摇臂，不换接头,浮船也可以随水位自由升降。浮船取水要求河岸有适当的坡度(2030)。浮船式取水构筑物在中国西南和中南地区较多。20世纪80年代，单船供水能力已超过每日10万衬。(2)缆车式:由坡道、输水斜管和牵引设备等4个主要局部组成。取水泵设在泵车上。当河流水位涨落时，泵车可由牵引设备沿坡道上下移动，以适应水位，同时改换接头。缆车式取水适宜于水位涨落速度不大(如不超过2m/h)、无冰凌和漂浮物较少的河流。本设计中由于主流离岸较远，河岸水较浅，故考虑采用自流管式取水。综上所述，本设计的取水构筑物形式采用固定式河床式。河心处为箱式取水头部，经自流管流入集水井，在经格栅、格网截留杂质后，用离心泵送出。2.2构筑物设计固定式取水构筑物由集水井（岸边式和河床式）、取水头部河床式）、进水管（河床式）、取水泵站（岸边式和河床式）等局部组成。取水头部计算取水头部是河床式取水构筑物的组成局部之一，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，以防止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，并将取水头部的根底埋在冲刷深度以下；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；（1）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IOmnb栅条净距通常采用30120mm,本设计采用30mm0格栅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去除的措施，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。Q=50000×l.05=52500m3d=0.608m3s;进水孔设计流速：Vo=O.9m/s；栅条厚度：S=IOmm,断面为扁钢型；栅条净距：b=40mm;格栅阻塞系数：k2=0.75；栅条引起的面积减少系数Kl=上=1=0.8,b+s40+10进水孔或格栅的面积：,=-=-=1.1.126m2v0K1K20.9×0.8×0.75进水口数量选用两个，每个面积为：F=F02=0.563m2格栅尺寸选用给水排水标准图集90s321T,每个进水口尺寸为BlXHl=80OnmlX800mm,格栅外形尺寸BXH=900mmX900m,其有效面积0.63In2。(2)进水管计算选择自流管，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、防冻比拟好。取水头部平剖面为菱形，整体为箱式。Q角去90。侧面进水。设计水量：Q=50000X1.05=52500m3d=0.608m3s自流管设计为两条，每条设计流量为：q自二Q/2=0.608/2=0.304m3s初选自流管流速：v'二0.8ms初步计算直径为:D二TV4Qll史逊=。.696m3.14×0.8选D=0.7m采用DN700的钢管，自流管内实际流速为：自流管损失按hf+hj计算，其中：水力坡度：Z=0.00107E=0.00107=0.00106dlj30.713自流管沿程水头损失：Hr=i×L=O.00119×75=0.089m各局部阻力系数为：喇叭口。二0.1.焊接弯头$口01，蝶阀&二02,4=1.0,局部阻力损失为:hj=Y-=(0.1+1.01+0.2+1.0)x_22ZL=o.O74m乙2g2×9.8那么管道总损失为：hw=hf+hj=O.089+0.074=0.163m考虑日后淤积等原因造成阻力增大，为防止因此造成流量降低，管道总损失采用O.20mO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=0.7×0.608=0.426m7s此时管中流速为：4Q=4×0,426=106m/saTiD23.14×0.72故障时产生的损失为hj=hj+hhf'=i×L=O.00191×75=0.143m-.21z:2hi,=y=(0.1+1.01+0.2+1.0)X3_=0.132m乙2g2×9.8hw=hf,+hi,=0.143+0.132=0.275m考虑阻力增加因素，采用h/=0.4m(3)取水头部构造尺寸最小淹没深：h=l.25m,与河流通航船只吃水深度有关；进水口下缘距河底：h=1.5m,为防止泥沙流入取水头部；进水箱体埋深：hzzz=l.4m,与该处河流冲涮程度有关；箱体处水深是3.95米；河流最低水位为20m(保证率P=97%)o取水头部顶面距最低水位不低于0.5m,考虑航运船只吃水深度1.25m,所以取水头部顶面距最低水位以下的水深为1.25m。(4)箱体设计尺寸：自流管管径为d=700mm吸水喇叭口直径为D=1.4d=1.4X700=980mm(一般取D=131.5水)；吸水喇叭口至墙体的距离2=0.8D=0.8×980=784mm(一般取2=(0.751)D)取水头部墙体厚度=150mm;取水头部箱体宽度为B=D+22+2=980+2×784+2×150=2848mm;取水头部箱体长度为L=2(D+22)+3=2(980+2×784)+3×150=5546mm；两根自流管之间的间距：S=L-2-22-D=2698mm(5)取水头部标高计算：取水头部箱体顶部标高：20.00-1.25=18.75m取水头部自流管的中心标高：14.75+0.3+1/2X0.7=15.4Om×2-0.8=17.65m河床标高:14.75÷1.4=16.15m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：取水头部剖面图集水井计算集水井一般由进水间、格网和吸水间三局部组成，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。1、集水间计算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L5m3s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。通过格网的流速：v1=0.4m/s；网眼尺寸：b-8mm×8mm；网丝直径：d=lmi;金属丝直径s=2.5mm网丝引起的面积减少系数格网阻塞后面积减少系数：K2=O.5；水流收缩系数：£=0.7；格网面积：选用给水排水标准图集90S321-6,格网进水口尺寸为BIXH尸200OmmX200Omnb选用两个，格网外形尺寸BXH=213OmmX213Omnb其有效面积为2.76m20(3)集水间平面尺寸采用四台泵(三用一备)每个吸水管设计流量为：0.608Q吸=3=o.2O3m3So初选吸水管V吸=1.3ms°（吸水管流速一般为1.0至J1.5ms）初选管径d=1加=0.45mo4Q选取管径d=500mm,V吸=1.0mSo集水间墙体厚度取500mm1）吸水管吸水喇叭口直径为：D=（1.3-1.5）d=1.5d=1.5X500=750mmo2）喇叭口边缘距井壁间净间距：吸2=0.8D=600mmo（系数一般采用0.75到1.0）3）喇叭口净间距吸1=1.8D=1350mmo（系数一般采用1.5到2.0）4）喇叭口的最小悬空高度h1=（0.6-0.8）D,K