水资源利用与保护课程设计完成

河南城建学院本科课程设计第一章绪论
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设计基础资料
1.2.1 河流自然条件
1、河流水位:
最高水位为 36.50 m， (频率P=1%)；最低水位为 20.00 m (保证率
P=97%)。

2、河流的流量:
33/s。

325 m最大流量为 27500 m /s；最小流量为
3、河流的流速:
最大流速为 2.50 m/s；最小流速为 0.5 m/s
4、河流的含砂量及漂浮物：
33。

0.47 kg/ m；最小含砂量 0.0015 kg/ m 最大含砂量
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3.8—40m。

岸边土质较好，有一定的承载力，满足使用要求。

1.2.2 地区气象资料
最低气温：－5℃，最高气温：38℃，最大冰冻深度15㎝。

1
河南城建学院本科课程设计第一章绪论
1.1.3 工程要求
3/dm，供生活饮用和生产需要。

净水处理厂供水量为 5.0 万
1.3设计成果及要求
1.3.1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(2#)。

3、绘制取水头部平面图和剖面图一张(2#)。

（图例1：100
4、集水间平面图和剖面图一张(2#)（图例1：100）
1.3.2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
河南城建学院本科课程设计第二章计算说明第二章计算说明
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，安全可靠，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、高低水位相差不大、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，冰凌则在槽内上浮。

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，为避免急流中的砂砾，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.取水安全性也较差，主要3
河南城建学院本科课程设计第二章计算说明
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(20一30)。

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个主要部分组成。

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）等部分组成。

2.2.1 取水头部计算
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4
河南城建学院本科课程设计第二章计算说明
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10mm，栅条净距通常采用30—120mm，本设计采用30mm。

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。

Q=50000×1.05=52500m3/d=0.608m3/s；
进水孔设计流速：V=0.9m/s；0栅条厚度：s=10mm,断面为扁钢型；
栅条净距：b=40mm；
格栅阻塞系数：k=0.75；2b40??K?0.8栅条引起的面积减少系数
1b?s40?10Q0.6082进水孔或格栅的面积：??F?1.1.126m
0vKK0.9?0.8?0.75210进水口数量选用两个，每个面积为：
F= F0/2=0.563m2
格栅尺寸选用给水排水标准图集90s321-1,每个进水口尺寸为B1×H1=800mm×800mm，格栅外形尺寸B×H=900mm×900mm，其有效面积0.63m2。

（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。

设计水量：Q=50000×1.05=52500m3/d=0.608m3/s
自流管设计为两条，每条设计流量为：
3 /sq=Q/2=0.608/2=0.304m自/=0.8m/s
v初选自流管流速：5
第二章计算说明河南城建学院本科课程设计
初步计算直径为：4q4?0.304自选D=0.7m 0.696mD????v'3.14?0.8采用DN700
的钢管，自流管内实际流速为：
4q4?0.304自??0.79m/s?v自22?0.73.14D?自流管损失按h=h+h计算，其中：jfw22790v.水力坡度：001060..00107?i?0.00107?0
3.3.11d0.7j自流管沿程水头损失：H=i×L=0.00119×75=0.089m
v???h j2g???=0.2，=1.01各局部阻力系数为：喇叭口，蝶阀=0.1.焊接弯头f2
??0.074?=（0.1+1.01+0.2+1.0m h=）×j
213?=1.0，局部阻力损失为：422v0.79
2?9.82g则管道总损失为：
h=h+h=0.089+0.074=0.163m
jfw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。

当一根自流管故障时，另一根应能通过设计流量的70％，即：
3/s
×0.608=0.426m Q'=0.7Q=0.74Q4?0.426此时管中流速为：1.06m/s?v??
a22?0.7D?3.14
故障时产生的损失为h'=h'+h' jwf2206.1v
00191.?.001070?i?0.001070 3.13.1d0.7j h'=i×L=0.00191×75=0.143m
f
?a?0.132m?=(0.1+1.01+0.2+1.0)×' h=j2?9.82g6
22v061.
河南城建学院本科课程设计第二章计算说明h=h'+h'=0.143+0.132=0.275m jfw考虑阻力增加因素，采用h'=0.4m
w
（3）取水头部构造尺寸
/=1.25m,与河流通航船只吃水深度有关；h 最小淹没深：//=1.5m，为避免泥沙流入取水头部；进水口下缘距河底：h///=1.4m,与该处河流冲涮程度有关；进水箱体埋深：h箱体处水深是3.95米；
河流最低水位为20m (保证率P=97%)。

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=1.4×700=980mm（一般取D=（1.3-1.5d））；
吸水喇叭口至墙体的距离：α2=0.8D=0.8×980=784mm (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+2α2+2δ=980+2×784+2×150=2848mm；
取水头部箱体长度为L=2（D+2α2）+3δ=2（980+2×784）+3×150=5546mm；两根自流管之间的间距：S=L-2δ-2α2-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
箱式取水头部底部标高：18.75-0.15×2-0.8-1.5-1.4=14.75m
取水头部自流管的中心标高：14.75+0.3+1/2×0.7=15.40m
喇叭口顶端标高：18.75-0.15×2-0.8=17.65m
河床标高：14.75+1.4=16.15m
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河南城建学院本科课程设计第二章计算说明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
2.3.3 集水井计算
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。

1、集水间计算
格网计算
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第二章计算说明河南城建学院本科课程设计
格网有平板格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。

3时，采用平板格网，故本/s网和旋转格网两种形式，当每台泵出水量小于1.5m 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：v=0.4m/s1；b=8mm×8mm 网眼尺寸：；网丝直径：d=1mms=2.5mm 金属丝直径网丝引起的面积减少系数228b0.79???K122）18?b?d）（（；K=0.5格网阻塞后面积减少系数：2?；=0.7水流收缩系数：格网面积：0.608Q25.50m??F?
1?0.50.79??0.3?KvK0.7211，2000mm=2000mm×H×选用给水排水标准图集
90S321-6，格网进水口尺寸为B112，其有效面积为2.76 m。

选用两个，格网外
形尺寸B×H=2130mm×2130mm ）集水间平面尺寸（3
采用四台泵（三用一备）每个吸水管设计流量为：608.03。

=0.203 m3Q吸=/s
）到1.5 m/sv初选吸水管吸=1.3 m/s。

（吸水管流速一般为1.0Q4自'?v= =0.45 m 。

d= 初选管径4Q
2?d=1.0 m/s 。

Vd=500mm 选取管径，吸=
500mm
集水间墙体厚度取9
河南城建学院本科课程设计第二章计算说明1)吸水管吸水喇叭口直径为：
D=(1.3~1.5)d=1.5d=1.5×500=750mm。

2)喇叭口边缘距井壁间净间距：
α吸2=0.8D =600mm。

（系数一般采用0.75到1.0）
3)喇叭口净间距α吸1=1.8D =1350mm。

（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，且h1≥0.5m,取h1=0.8 D
=600mm。

5)喇叭口的最小淹没深度h2≥0.5—1.0m，取h2=0.8m。

6)单个吸水间的宽度L吸=α吸1+2×α吸2+2D=1350+2×600+750×
2=4050mm .
7）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2250m。

8)单个吸水间的长度L吸=α吸2+0.5D+3D=600+0.5×750+3×750=3225mm。

（4）集水间的标高计算
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=36.50+0.5+0.25=37.25m。

a2)进水间最低水位：97﹪枯水位-取水头部到进水管段水头损失-格栅损失=20.00-0.20-0.1=19.70m。

3）吸水间最低水位：
进水间最低动水位标高-进水间到吸水间的平板格网水头损失
=19.70-0.2=19.50m
4）集水间底部标高：
平板格网净高为1.80m，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，则集水间底面标高为：
10
河南城建学院本科课程设计第二章计算说明19.50-0.1-0.2-1.8=17.40m。

吸水间最小水深=吸水间最低动水位-集水间底部标高=19.50-17.40=2.1m。

水泵的吸水喇叭口距吸水间底部的高度为：h=（0.6—0.8）D，且h≥0.5m,取
11h=0.8D =600mm=0.6m。

水泵的吸水喇叭口淹没水深为：h≥1.0-0.5m，取h=0.8m。

212则h+h=0.6+0.8=1.4m<2.1m。

固可满足水泵吸水要求。

215)集水间深度：
顶部标高-底部标高=37.25-17.40=19.85m。

集水间深度校核：
3//=0.40m，此，水头损失为h/s，v=1.06m/s当自流管用一根管输送Q=0.426m w 时吸水间最低水位为:
20.00-0.1-0.40-0.2=19.30m
吸水间最小水深为：19.30-17.40=1.9m小于1.4m，可满足水泵吸水要求。

2、排泥、启闭及起吊设备
1）进水间和吸水间中的水流速度较小，当河水中含泥沙较多时，集水井中会沉
淀泥沙。

为了不影响正常取水，需及时排除。

常用的排泥装备有排沙泵、排污泵、
射流泵、压缩空气提升器等。

为了提高排泥效果，一般在井底设有穿孔冲洗管或
冲洗喷嘴，利用高压水边冲洗、边排泥。

2）在进水间的进水孔、格网和横向隔墙的连通孔上须设置闸阀、闸板等启闭设
备，以便在进水间冲洗和设备检修时使用。

为了减小所占地位，常用平板闸阀、
滑阀及蝶阀等。

3）为便于格栅、格网的清洗和检修及闸门的启闭和检修，需在操作平台上设置
起吊设备。

常用的起吊设备有电动绞车、电动和手动单轨吊车等，其中以单轨吊
车采用较多。

当泵房较深，平板格网冲洗次数频繁时，采用电动绞车起吊；当设
备较重时，可采用电动桥式吊车。

A）起吊设备
W=(G+pfF)K
其中W——平板格网起吊重量，kN；
G——平板格网与钢绳重量，G=2.0kN；
P——平板格网两侧水位差产生的压强，p=2.0kPa；
11
河南城建学院本科课程设计第二章计算说明
2；F——每个格网的面积，F=2.75mf ——平板格网与导轨间的摩擦系数，f=0.44；K——安全系数，K=1.5。

W=(G+pfF)K=(2.0+2.0×0.44×2.75)×1.5=6.63kN
B）吊架高度的计算与设备选择
平板格网高2.0m，格网吊环高0.25m，电动葫芦吊钩至工字梁下缘最小距离为0.78m，格网吊至平台以上的距离取0.2m，操作平台标高36.10m，则起吊架工字梁下缘的标高为：
36.10+0.2+2.0+0.25+0.78=39.33m
格栅起吊高度=起吊工字梁下缘的标高-电动葫芦吊钩至工字梁下缘最小距离-集水间底部标高-平板格网下缘与集水间底部高差-平板格网高-平板格网吊环高39.33-0.78-17.90-0.2-2.0-0.25=18.20m
故选用MD1-24D型电动葫芦，起吊重量为9.80kN，起重最大高度为24m。

1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。

集水间设计详见图2-3：集水间平面图和图2-4：集水间剖面图。

12
河南城建学院本科课程设计第二章计算说明
：集水间平面图图2-313
河南城建学院本科课程设计第二章计算说明
：集水间剖面图2-4图14
河南城建学院本科课程设计第三章结论
15。