1、河南城建学院水资源利用与保护课程设计 第一章 课程设计任务书 1 第一章第一章 课程设计任务书课程设计任务书 1.1 1.1 设计目的设计目的 1、对所学知识加以应用和系统化，培养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。 2、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。 3、掌握工具书的应用方法。 1.2 1.2 设计任务设计任务 郑州市一取水构筑物的扩大初步设计。 1.3 1.3 主要资料主要资料 （一）河流自然条件（一）河流自然条件 (1) 河流水位: 最高水位为 35.20 m， (频率 P=1%)；最低水位为 2
2、0.30 m (保证率 P=97%)。 (2) 河流的流量: 最大流量为 26000 m 3/s；最小流量为 330 m3/s。 (3) 河流的流速 最大流速为 2.50 m/s；最小流速为 0.50 m/s (4) 河流的含砂量及漂浮物： 最大含砂量 0.47kg/ m3；最小含砂量 0.0015 kg/ 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 4.0m。岸边土质较 好，有一定的承载力，满足使用要求。 （二）地区气象资料（二）地区气象资料 最低气温：10，最高气温：39，最大冰冻深度15。 （三）工程要求（三）
3、工程要求 河南城建学院水资源利用与保护课程设计 第一章 课程设计任务书 2 净水处理厂供水量为8.15万m 3/d，供生活饮用和生产需要。 （四）设计资料和参考书。（四）设计资料和参考书。 1 1、设计资料、设计资料 设计任务书及教材水资源与取水工程 2 2、参考书参考书 给排水设计手册第1、3、10、11册。 给排水快速设计手册第l册。 给水排水标准图集90S321-1（格栅）、90S321-6（格网） 1.4 1.4 设计时间设计时间 第 18 周（2013.1.12013.1.6） 1.51.5 课程设计成果课程设计成果 1、设计计算说明书一份。 2、取水构筑物布置图一张(2#)。 3、
4、绘制取水头部平面图和剖面图一张 (2#)。 4、集水间平面图和剖面图一张(2#)（图例 1：100） 1.61.6 设计要求设计要求 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。 1.71.7 成绩分类成绩分类 优、良、中、及格和不及格五档。 1.8 1.8 成绩评定办法及标准成绩评定办法及标准 学生的课程设计成绩由指导老师根据学生在设计期间的设计图纸、 设计说 河南城建学
5、院水资源利用与保护课程设计 第一章 课程设计任务书 3 明书、答辩、出勤等情况综合评定。成绩分：优、良、中、及格、不及格五个等 级。其中，设计图纸占 50%，设计说明书占 30%，答辩占 10%，出勤占 10%。 成绩评定标准如下： 优：能认真完成设计指导书中的要求，设计过程中，严格要求自己，独立完 成设计任务，图纸整洁，设计方案合理，设计说明书内容充实。 良：能较好的完成设计指导书中的要求，能独立完成设计任务，设计方案基 本合理。 中：能完成设计指导书中的要求，设计方案基本合理。 及格：能基本完成设计指导书中的要求，设计图纸一般。 不及格：凡有下列情况之一者以不及格论： 1）未达到设计指导书
6、的基本要求。 2）设计缺勤累计达三分之一以上者。 1.91.9 指导教师指导教师 余海静肖晓存张奎田长勋 环境与市政工程系环境与市政工程系 河南城建学院水资源利用与保护课程设计 第二章 设计方案 4 第二章第二章 设计方案设计方案 2 21 1 取水构筑物形式的确定取水构筑物形式的确定 由于取水地点河岸平缓、岸边水深不足。故采用河床式取水构筑物 2 22 2 取水头部形式的确定取水头部形式的确定 取水头部的形式很多，常用的有喇叭口、蘑菇形、鱼形罩、箱式、桥墩式等。 由于取水地点水深较浅含沙量少， 有一定的水草和青苔， 所以选取箱式取水头部。 头部迎水面作成尖角形用钢筋混凝土分两节预制，吊装下沉
7、后，水下拼装。头部 周围抛石，防止河床冲刷。 2 23 3 管道形式的确定管道形式的确定 按照进水管形式的不同，河床式取水构筑物有自流管取水、虹吸管取水、水 泵直接取水和桥墩式取水等类型。本设计选用自流管取水。适用条件：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，自流管埋深 不大或者在河岸开挖隧道以敷设自流管等情况下从河中取水。 2 24 4 集水井形式的确定集水井形式的确定 集水井和取水泵站可以和建，也可以分建。分建时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
8、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。综上所述，本设计采用分建式矩形设计。 河南城建学院水资源利用与保护课程设计 第三章 设计资料 5 第三章第三章 设计资料设计资料 3.13.1 河流自然条件河流自然条件 (1) 河流水位: 最高水位为 35.20 m， (频率 P=1%)； 最低水位为 20.30 m (保证率 P=97%)。 (2) 河流的流量: 最大流量为 26000 m 3/s；最小流量为 330 m3/s。 (3) 河流的流速 最大流速为 2.50 m/s；最小流速为 0.50 m/s (4) 河流的含砂量及漂
9、浮物： 最大含砂量 0.47kg/ m3；最小含砂量 0.0015 kg/ 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 4.0m。岸边土质较好， 有一定的承载力，满足使用要求。 3.23.2 地区气象资料地区气象资料 最低气温：10，最高气温：39，最大冰冻深度15。 3.33.3 工程要求工程要求 净水处理厂供水量为8.15万m 3/d，供生活饮用和生产需要。 河南城建学院水资源利用与保护课程设计 第四章 设计计算 6 第四章第四章 设计计算设计计算 4.14.1 取水头部设计计算取水头部设计计算 取水头部平剖面为
10、菱形，整体为箱式。 角取 90侧面进水。 Q=815001.05=85575m /d=0.99m /s。 (1)格栅计算 进水流速：V0=0.3m/s; 栅条厚度：s=10mm,断面为扁钢型； 栅条净距：b=50mm； 阻尼系数：k2=0.75； 面积减少系数 k1; k1= sb b = 1050 50 =0.833 进水孔面积：F0= k2 k1V0 Q = 0.750.8330.3 99. 0 =5.28m 2 进水口数量选用四个，每个面积为： F= F0/4=1.32 m 2 格栅尺寸选用给水排水标准图集 90s321-1,每个进水口尺寸为 B1H1=900mm 700mm，格栅外形尺
11、寸 BH=1000mm800mm。 (2) 取水头部构造尺寸 最小淹没深：h /=1.25m,与河流通航船只吃水深度有关； 进水口下缘距河底：h /=1.55m，为避免泥沙流入取水头部； 进水箱体埋深：h /=1.4m,与该处河流冲涮程度有关； 箱体处最低水位水深不得小于 3.8 米； 取水头部平面图及剖面图：4-1 和 4-2 河南城建学院水资源利用与保护课程设计 第四章 设计计算 7 图 4-1 取水头部平面图 图 4-2 取水头部剖面图 河南城建学院水资源利用与保护课程设计 第四章 设计计算 8 4.24.2 自流管设计计算自流管设计计算 选择自流管，集水井位于河岸，可不受水流冲击和冰棱
12、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。 自流管设计为两条，每条设计流量为： q自=Q/2=0.99/2=0.495m 3 初选自流管流速：v / =0.8m/s 初步计算直径为： D= / v q4 自 = 8 . 014. 3 495. 04 =0.89m 选 D=0.9m 自流管实际流速为： v自= 2 q4 D 自 = 2 9 . 014. 3 495. 04 =0.79m/s 自流管损失按 hw=h f +h j计算，其中： h f =il=0.0011980=0.10m h j= g v 2 2 各局部阻力系数为：喇叭口 1
13、=0.1.焊接弯头 2 =1.01，蝶阀 3 =0.2， 4 =1.0，局部阻力损失为： h j= g v 2 2 =（0.1+1.01+0.2+1.0） 81. 92 79. 0 2 =0.073m 则管道总损失为： hw=h f +h j=0.1+0.073=0.173m 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： Q / =0.7Q=0.70.99=0.69 3 m/s,此时管中流速为： 河南城建学院水资源利用与保护课程设计 第四章 设计计算 9 a v= D Q 4 = 2 9 . 0
14、14. 3 69. 04 =1.09m/s 故障时产生的损失为 h / w= h / f+h / jj h / f=il=0.0022480=0.18m h / jj= g2 v2 a =(0.1+1.01+0.2+1.0) 81. 92 09. 1 2 =0.14m h / w= h / f+h / jj=0.18+0.14=0.32m 考虑阻力增加因素，采用 h / w=0.4m 4.34.3 集水间计算集水间计算 (1)格网计算 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。 过网流速： 1 v=0.3sm/； 网眼尺寸：5mm5mm；
15、 网丝直径：d=1mm； 格网面积减少系数 K1= 2 2 )( b db = 2 2 ) 15( 5 =0.694 格网阻塞系数：K=0.5； 水流收缩系数：=0.7； 格网面积： F1= 121 vKK Q = 3 . 07 . 05 . 0694. 0 99. 0 =13.59m 2 选用给水排水标准图集 90S321-6，格网进水口尺寸为 B1H1=1900mm1700mm， 面积 3.23 m 2 ，选用两个，总面积为 BH=2000mm1800mm。 （2）集水间平面尺寸 集水间分为两格，两格间设连通管并装阀门，集水间平面尺寸见图。 （3）集水间的标高计算 河南城建学院水资源利用与
16、保护课程设计 第四章 设计计算 10 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，购税较为安全。 1）顶面标高：采用非淹没式，集水间顶面标高=1洪水位+浪高+0.5m： Ha=35.20+0.5+0.25=35.95m。 2)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=20.30-0.20-0.1=20.00m。 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 =20.00-0.2=19.80m。 4）集水间底部标高： 平板格网净高为
17、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： 19.80-0.1-0.2-1.8=17.70m。 集水间深度： 顶部标高-底部标高=35.95-17.70=18.25m。 集水间深度校核： 当自流管用一根管输送 Q / =0.69 3 m/s，v=1.09m/s,水头损失为 h / w=0.4m，此时吸水间最低水位为: 20.30-0.1-0.40-0.2=19.60m。 吸水间最低水位为：19.60-17.70=1.90m，可满足水泵吸水要求。 集水间平面图及剖面图：图 4-3 和 4-4 河南城建学院水资源利用与保护课程
18、设计 第四章 设计计算 11 图 4-3 集水间剖面图 图 4-4 集水间剖面图 河南城建学院水资源利用与保护课程设计 第四章 设计计算 12 4.44.4 格网起吊设备格网起吊设备 （1） 平板格网起吊设备 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=1.47kN； P平板格网两侧水位差产生的压强，p=1.96kpa； F每个格网的面积，F=3.6m 2 ； f 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 =(1.47+1.960.440.36)1.5 =7.85kN （2） 吊架高度的计算与设备选择 平板
19、格网高 1.80m， 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 36.15m，则 起吊架工字梁下缘的标高为： 36.15+0.2+1.80+0.25+0.78=39.18m 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 39.18-0.78-17.70-0.2-1.8-0.25=18.45m 选用 CD 1或 MD 1124D 型电动葫芦，起吊重量为 9.80kN，起重最大高度为 24m。 4.54.5 排泥冲
20、洗设备排泥冲洗设备 因河水含沙量不大，故只设冲水给水栓，不设排泥设备，定期放空，人 工挖泥清洗。 河南城建学院水资源利用与保护课程设计 第五章 设计总结 13 第五章第五章 设计总结设计总结 本次设计让我学会了怎么制作取水头部的平面图和剖面图， 以及集水间的平 面图及剖面图。使我更加熟练的掌握了如何使用 CAD 软件制作一些简单的图形。 同时学会了通过公式计算一些数据，让我对公式有了更加深刻的记忆。 同时这次课程设计对我们学习课本知识有很大的帮助。 这些知识已经不是简 简单单的在书本上了，而是在设计的过程中我们将这些知识灵活运用了起来，是 我们对书本上的知识有了更加深层次的理解， 同时锻炼了我
21、们理论结合实际的能 力。在实际的课程设计过程中，我们学会了不懂就问，增强了动手绘图能力，同 时学会了如何合理的设计一些取水工程设施。 这些收获不仅对我们以后的课程学习会有很大的帮助， 而且在以后的工作当 中， 也会是一笔宝贵的财富。因为在以后的工作当中我们同样会用到这些软件或 者这些方法进行操作，所以这些都是为以后积累的很大的经验。 这次课程设计实习总体来说完成的还不错， 我也从中学到了很多书本上学不 到的知识。 很感谢我们的老师，同时感谢这次课程设计任务。 河南城建学院水资源利用与保护课程设计 14 参考文献参考文献 1 任伯帜，熊正为.水资源利用与保护 M.北京：机械工业出版社 .2007
22、 2 刘自放，张廉均，邵丕红.水资源与取水工程 M 北京：中国建筑工业出版社.1999 3 周金全.地表水取水工程 M.北京：化学工业出版社.2005 4 严煦世.给水排水工程快速设计手册 M.北京：中国建筑工业出版社.1995 5 中国市政工程西南设计院主编.给水排水设计手册 第 1 册 常用资料M.北京:中国建 筑工业出版社.1995 6 北京建筑设计院主编.给水排水设计手册 第 3 册 城镇供水 M.北京:中国建筑工业出 版社.1986 7 上海建筑设计院主编.给水排水设计手册 第 10 册 技术经济M.北京:中国建筑工业出 版社.2000 8 中国市政工程西北设计院主编.给水排水设计手册 第 11 册 常用设备M.北京：中国建 筑工业出版社.2002
