水资源利用与保护概论 2-2 固定式取水构筑物的设计与计算

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1、虹吸管式虹吸管式优优:虹吸可高达虹吸可高达7m,可减少水下施工量,缩短工期,节,可减少水下施工量,缩短工期,节约投资。约投资。缺:缺:密封要求高,抽真空时间长,密封要求高,抽真空时间长,可靠性差。可靠性差。 适用于适用于:滩阔岸高,自流管埋深大,或岩石河岸,或穿滩阔岸高,自流管埋深大,或岩石河岸,或穿越防洪堤。越防洪堤。水泵直接吸水式水泵直接吸水式优优:利用水泵吸水,减小泵房埋深,不设集水井,施工简单,造价利用水泵吸水,减小泵房埋深,不设集水井,施工简单,造价低。低。缺:缺:不允许吸水管漏气;泥沙粒径大时,叶轮磨损快;没有集水不允许吸水管漏气;泥沙粒径大时,叶轮磨损快;没有集水井和格网,易堵塞

2、井和格网,易堵塞.适用于适用于:取水量小、漂浮物少、水位变幅小时。取水量小、漂浮物少、水位变幅小时。岸边式岸边式+ 水泵直接吸水水泵直接吸水桥墩式桥墩式缺:缺:缩小水流断面,冲刷,故基础埋设较深,施工复杂,造价高,缩小水流断面,冲刷,故基础埋设较深,施工复杂,造价高,维护不便,影响航运。维护不便,影响航运。 适用于适用于:个别情况:岸边不宜建泵房,水沙量高,水位变幅大。个别情况:岸边不宜建泵房,水沙量高,水位变幅大。湿式竖井泵房湿式竖井泵房优:优:泵房面积小,集水井抗渗防浮要求低,基建费低,操作条件泵房面积小,集水井抗渗防浮要求低,基建费低,操作条件好。好。 适用于适用于:水位变幅大于水位变幅

3、大于10米,骤起骤落,水流速大。我国西南地米,骤起骤落,水流速大。我国西南地区常用。区常用。缺:缺:检修、拆卸不便。检修、拆卸不便。 深井泵深井泵3.3.固定式取水构筑物的设计与计算固定式取水构筑物的设计与计算(1)岸边式取水构筑物设计计算)岸边式取水构筑物设计计算施工施工方法方法便于布置便于布置水流阻力大,水流阻力大,适用于:深度适用于:深度小,大开槽施小,大开槽施工时工时适用于较深适用于较深结构性能好,结构性能好,水流阻力小,水流阻力小,易沉井施工,易沉井施工,不便于布置。不便于布置。适用于:适用于:大型大型集水井设计集水井设计非淹没式非淹没式半淹没式半淹没式计算例题计算例题原始数据原始数

4、据 Q=10.5万万m3/d, 最低水位至水厂稳压井高差最低水位至水厂稳压井高差16m 取水构筑物离水厂取水构筑物离水厂150m。 河流水文资料河流水文资料(1)水位:最高98m,最低91m,常水位95m;(2)流量:最枯125 m3s;(3)最大流速3.0ms;(4)泥沙沿垂直方向变化明显,漂浮物少;(5)最大冰厚度0.5m,有冰絮;(6)地质条件一般。设计计算设计计算 a. 形式与构造形式与构造 合建式合建式 底板水平式底板水平式 卧式泵卧式泵 钢混钢混 b. 集水井外形集水井外形 矩形矩形可选:可选:矩形、圆形、半圆形、椭圆形矩形、圆形、半圆形、椭圆形c. 平面构造与计算 格栅: 格网:

5、 集水井平面布置d. 高程布置与计算下层进水孔 上缘标高=最低水位-冰盖-0.2水深 下缘距河床不小于0.5m.上层进水孔 上缘标高=最高水位-1.0操作平台 标高=最高水位+浪高+保护高度渠道边:最高水位渠道边:最高水位+ 0.5m江河边:最高水位江河边:最高水位+ 0.5m + 浪高浪高湖、海:最高水位湖、海:最高水位+ 0.5m + 浪高浪高 (防浪爬高)(防浪爬高)浪高?浪高? 经验公式: Hb=0.0208*w(5/4)*L(1/3) w: 最大风速,m/s L: 浪顺着风向扩展到对岸的距离,m98.0 (1%)98.991.0 (97%)87.790.990.787.798.9?8

6、8.297.0进水孔上缘进水孔上缘90.3e.起吊设备、排泥与启闭设备 SC型手动单轨小车2PN型泥浆泵平板闸门 ,蝶阀f. 防冰 h. 取水泵房设计水泵选择 3用1备泵房平面 矩形泵房高程 地面层标高同操作平台多则土建造价高;多则土建造价高;少则不利于调度少则不利于调度一般一般3-4台。台。近期(近期(5-10年)为主,适当考虑远期(年)为主,适当考虑远期(10-20年)年)起重、通风、交通和自控防渗和抗浮 起重:一级起吊(中小泵房、起重:一级起吊(中小泵房、H不大)不大) 二级起吊(二级起吊(H20-30m的大中型泵房)的大中型泵房)起重设备:卷扬机、单轨吊车、桥式吊车起重设备:卷扬机、单

7、轨吊车、桥式吊车通风:自然通风(通风:自然通风(H不大大型泵房)不大大型泵房) 机械通风(机械通风(H较大;气候炎热)较大;气候炎热)抗浮措施:自重,加重,地板嵌固,锚固,抗浮措施:自重,加重,地板嵌固,锚固, 粘结力粘结力桥式吊车桥式吊车桥式吊车桥式吊车强制通风强制通风(2) 河床式取水构筑物设计计算河床式取水构筑物设计计算稳定河床,稳定河床,足够水深足够水深形状:流线形;形状:流线形;箱式、墩式箱式、墩式进水孔在侧进水孔在侧面或下游面或下游面面原始数据原始数据 取水量取水量 Q=10.5万万m3/d, 最低水位至水厂稳压井高差最低水位至水厂稳压井高差16m 取水构筑物离水厂取水构筑物离水厂

8、150m。计算例题计算例题n河流水文资料河流水文资料 流量:最大450m3/s、最小120 m3/s; 流速:最大3.0m/s; 水位: 最高98m、常水位94m、最低91、冰冻期水位92m; 最低水位时河宽130m; 冰最大厚度0.5m、无潜冰、无锚定冰; 通航; 汛期有少量漂浮物,最大含沙0.01、最小0.001 kg/m3。 冰冻深度1.1m。n设计计算设计计算a. 形式与构造形式与构造 自流管 矩形,泵房与集水井合建b. 取水头部取水头部 箱式 进水孔面积不小于不小于0.5m侧面进水侧面进水 不小于不小于0.3m顶面进不小于顶面进不小于0.5mc. 自流管设计计算自流管设计计算 设两条

9、钢管。 流速:不淤 (0.6m/s) 一条冲洗或检修时,允许1.5-2.0m/s。 求管径,计算水头损失。 能学到什么?能学到什么? d. 进水间设计进水间设计91.094.093.0最低动水位90.798.098.988.2高程计算高程计算90.5格网提升高度e.自流管校核 目的:一根停止工作,另一根承担70%水量,枯水位时能否满足要求? 水头损失计算f.起吊设备计算 格网起吊重量 P=(G+PFf)K 起吊高度为: 平台高度格网下缘标高格网高度13.03m 起吊架工字梁下缘的标高:g.排泥泵参见岸边式f.取水泵房参见岸边式 水往低处流?水往低处流? 4. 4. 斗槽式取水构筑物斗槽式取水构

10、筑物顺流式:顺流式: 进口处壅水和环流,表层流进入进口处壅水和环流,表层流进入适用于:适用于:泥沙高,冰凌少泥沙高,冰凌少逆流式:逆流式: 抽吸作用导致进口处水位跌落,抽吸作用导致进口处水位跌落,底层水进入。底层水进入。适用于:适用于:冰凌多,泥沙少冰凌多,泥沙少特点:特点: 施工量大,造价高,排泥难,要求施工量大,造价高,排泥难,要求良好地质条件。良好地质条件。5.5. 江河固定式取水构筑物的施工江河固定式取水构筑物的施工特点: 费(难、长)方式 (1)大开槽 (2)围堰 (3)沉井 (4)浮运下沉 (5)气压沉箱(1)大开槽 适用于:岸内开挖,土质好,埋深浅,或不宜沉井施工时。(2)围堰

11、技术、设备简单,土石方量大。 适用于:岸边式、取水头、自流管。 形式:土围堰,草土围堰,钢板桩围堰 (Movie 1,2,3) 施工完毕后拆除。适于:水深适于:水深6m,流速流速0.7m/s适于:水深适于:水深6m,流速流速3m/s; 具有良好的抗震、具有良好的抗震、抗渗性能抗渗性能适于:水深、急;施工方便、迅速、占地少;适于:水深、急;施工方便、迅速、占地少; 设备昂贵,但可回用。设备昂贵,但可回用。传统的钢板围堰,不能回用传统的钢板围堰,不能回用(3)沉井施工 常用于泵房、集水井、墩式取水头建设 。 适用于松散土层。 Flash1 Pictures(4)浮运下沉法 不需大型设备,施工简单,

12、但水流快时不易定位。 如:荷兰防洪工程 (5)气压沉箱法 结合沉井法。 适用于:漂石、卵石或透水性强的土层。 需要特殊设备、技术人员,费用高。 个别情况适用。二、活动式取水构筑物二、活动式取水构筑物分为:浮船式,缆车式分为:浮船式,缆车式适用于:适用于: 水位变幅大;水位变幅大;地质不适于固定式;地质不适于固定式;水量小;水量小;供水要求急。供水要求急。优:优:水下施工量小;水下施工量小;投资少;投资少;适应性强;适应性强;灵活。灵活。缺:缺:管理复杂;管理复杂;安全性差。安全性差。要求:要求: 河床稳;河床稳; 有岸坡;有岸坡; 漂浮物少;漂浮物少; 无冰凌;无冰凌; 主流靠岸。主流靠岸。1

13、. 浮船式浮船式岸陡岸陡位置选择位置选择?浮船与水泵布置: 数目: 材质: 尺寸: 水泵平面布置:注意船的稳定与平衡。 纵向: 上承式、下承式。联络管 阶梯式(柔性、刚性) 摇臂式浮船锚固水流水流岸边岸边浮船浮船2. 缆车式缆车式32位置选择位置选择10-28度岸坡为宜卷扬机卷扬机轨道轨道输水管输水管叉管叉管河流河流泵车坡道输水管牵引设备及安全装置三、山区浅水河流取水构筑物1、山区河流的特点、山区河流的特点 水量、水位变化大;水量、水位变化大; 水质变化剧烈;水质变化剧烈; 洪水期推移质多。洪水期推移质多。2、取水方式的特点、取水方式的特点 取水量占枯水流量大; 取水深度不足; 推移质多,粒径大; 低坝式 底栏栅式3. 低坝式低坝式橡胶坝橡胶坝4. 底栏栅式底栏栅式5. 人工弯道式人工弯道式6. 湖泊湖泊/水库取水构筑物水库取水构筑物16. 湖泊湖泊/水库取水构筑物水库取水构筑物2固定式?活动式?固定式?活动式?位置选择应注意的问题位置选择应注意的问题避免芦苇等水生植物丛生处避免夏季主导风向向封面的凹岸处靠近大坝或避开支流汇入口建在稳定的湖岸或库岸。深圳东湖水厂原水管道内的淡水壳菜 淡水壳菜(沼蛤): 对城市供水系统的影响? 输水管道内: 净水工艺内: 控制方法:

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