1. 工程资料1.1 河流自然条件（1）河流水位取P=1 %的设计洪水位为35.40m，取水保证率为97%的设计最低水位为20.50m。

（2）河流流量最大流量：270003/m s最小流量：3203/m s。

（3）河流流速m s；最大流速：2．48 /m s。

最小流速：0．32 /（4）含砂量最大含砂量：0.473kg/m；kg/m。

最小含砂量；00153（5）水中其他悬浮物有一定效量的水草及青苔，无冰絮。

（6）河流主流及河床情况河流岸坡平缓，主流离岸边约90m处，最小水深为3.80m。

（7）水泵所需扬程26m。

1.2 设计任务设计一座河床式取水构筑物，，采用箱式取水头部，自流管进水。

计算书一份，图纸两，包括取水头部平面图与剖面图，泵房平面布置图。

2 河床式取水构筑物简介河床式取水构筑物适用于河床稳定，岸坡平缓，主流离岸较远，岸边水深不够或水质不好，而河中具有足够水深或较好水质时。

其构成是：取水头部、进水管、吸水间和泵站。

（1）取水头部其要：①避免吸入泥沙；②不引起附近河床的冲刷；③避免其进水口被水冰堵塞；④不被船只、木排及流冰撞击；⑤便于清洗。

其设计要求：①具有合理的外形；②取水头部进水口的位置适当，其上缘在最低水位以下0.5~1.0，冰盖底面以下0.2~0.5m，其下缘高出河底1.0~1.5m；③进口水流速度适当。

其类型有：喇叭管、蘑菇型、鱼型罩、箱式、墩式、斜板式、活动式。

设计中采用箱式取水头部。

箱式取水头部由周边开设进水孔的钢筋砼箱和设在箱的喇叭管组成。

进水孔总面积较大，能减少冰渍和泥沙进入量。

适用于冬季冰凌较多或含沙量不大，水深较小的河流上采用，中小型取水工程用得较多。

中南地区含沙量较小的河流上箱的平面形状：圆形、矩形、棱形。

（2）进水管进水管有自流管与虹吸管之分，其自流管取水：自流管淹没在水中，河水靠重力自流，工作较可靠，水中含沙量较高时，为取得含沙少的水可在集水间壁上开设进水孔，可设置高位自流管。

适用于自流管埋深不大，或可以开挖隧道；而当河水位高于虹吸管顶时，无需抽真空即可自流进水；当河水位低于虹吸管顶，需先将虹吸管抽真空可进水。

虹吸高度2—6m。

适用于河滩宽阔，河岸较高，且为坚硬岩石，埋设自流管需开挖大量土石方，或管道需要穿越防洪堤时可采用虹吸管。

优点：减少水下土石方量，缩短工期，节约投资。

缺点：对管材、施工质量要较高，运行管理要求严，要装置真空设备，严密不漏气，可靠性不如自流管。

设计中采用的是自流管进水。

（3）吸水间其作用：（1）沉淀一部分泥沙及杂质；（2）便于安设格网；（3）可以根据吸水井中的水位变化判断取水系统的工作情况；（4）可以减少水泵吸水管的长度及埋深；（5）便于清洗自流管。

3. 河床式取水构筑物设计计算3.1 取水构筑物形式的选择因河流河岸较缓，主流远离岸边，宜采用固定式河床取水构筑物。

河心处用箱式取水头部，经自流管流入集水井，再经格栅、格网截留杂质后，用离心泵送出。

3.2 设计水量33345000 1.0547250/1968.75/0.547/Q m d m h m s =⨯=== 3.3 取水头部设计计算取水头部平剖面取为菱形，整体为箱式，α角取090侧面进水。

3.3.1 进水孔（格栅）计算其计算公式与岸边式取水构筑物进水孔面积计算公式一致。

0120Q F k k v =1bk b s=+ 式中 0F ：进水孔或格栅的面积，2m ；Q ：进水孔的设计流量，3/m s ；0v ：进水孔设计流速，有冰絮时：00.10.3/v m s =- ；无冰絮时：00.20.6/v m s =-1k ：栅条引起的面积减少系数，1bk b s=+；b 为栅条净距， 30—120mm ， s 为栅条厚度（直径），10mm ； 2k ：格栅阻塞系数，采用0.75。

设计中取进水孔流速0v =0.4/m s ；栅条采用圆钢，其直径s =10mm ；取栅条净距 b=50mm ，取格栅阻塞系数2k =0.75，则： 1500.8335010k ==+， 200.5472.1880.8330.750.4F m ==⨯⨯进水孔数量采用4个，设在两侧，则每个面积：20 2.1880.5544F F m === 进水孔尺寸采用：11900700B H mm mm ⨯=⨯ 格栅尺寸采用： 1000800B H mm mm ⨯=⨯ 实际进水孔面积：'20.634 2.52F m =⨯= 实际过孔流速：'0'120.5470.35/0.8330.75 2.52Q v m s k k F ===⨯⨯ 水流通过格栅的水头损失一般为0.05—0.1m ，设计取0.1m 。

根据航道要求，取水头部上缘距最枯水位深取1m ，进水孔下缘距河床底 高1.5m ，进水箱底部埋深1.5m 。

取水头部设于河床主流深槽处，以保证 有足够的取水深度，其最小水深为3.8m ，此处与进水间距离90m 。

取水 头部形式与尺寸见图1，用隔墙分为两格，以便于清洗与检修。

为防止头 部被水流冲刷，其底部基础设在河床以下1.5m 处，在冲刷围头部周围 抛石锚固。

具体见下图：图1.取水头部示意图 3.3.2 自流管设计计算（1）自流管设计为两条，每条设计流量为：30.547=0.2735/22Q q m s ==自 初选自流管流速：0.9/v m s = 初步计算直径为：0.622D m ===，选650D mm = 自流管实际流速为： 22440.27350.82/3.140.65q v m s D π⨯===⨯自自 考虑到使用后自流管道淤积与结垢的情况，粗糙系数取0.016n =，自流管长90L m =。

自流管水力半径：0.650.162544D R === 流速系数：116611(0.1625)46.170.016C R n ==⨯= 水力坡度：22220.820.0019446.170.1625v i C R ===⨯自 自流管沿程水头损失：0.00194900.1746f h iL ==⨯=m自流管上设喇叭管进口一个、焊接090弯头一个、阀门一个、出口一个，其局部阻力损失分别为：10.2ξ=、20.96ξ=、30.1ξ=、4 1.0ξ=。

自流管局部损失：2212340.82()(0.20.960.1 1.0)0.0782g 29.8j v h ξξξξ=+++=+++⨯=⨯自m正常工作时，自流管水头损失为：0.15520.0780.2526f j h h h =+=+=m自流管采用在河流高水位时单根重力流正向冲洗的方式。

（2）自流管校核当一根自流管故障时，另一根自流管应能通过设计流量的70%，即：'30.70.70.5470.3829/Q Q m s ==⨯=，此时管中流速为：''2440.38291.15/3.140.65Q v m s D π⨯===⨯ 故障时产生的水头损失为：'''f j h h h =+2'21.15900.34446.170.1625fh iL m ==⨯=⨯ 22'1.152.260.152229.8jv h g ξ=∑=⨯=⨯ 此时，水头损失为：'''0.3440.1520.496f j h h h =+=+=m3.3.3 集水间计算集水间用隔墙分为进水室和吸水室，为便于清洗与维修，进水室和吸水室用隔墙分别分成两格，隔墙上设连通管，管上设阀门。

（ 1）格网计算采用平板格网，过网流速10.3/v m s =，网眼尺寸采用55mm mm ⨯，网丝直径2d mm =，设计取ε=0.8。

1121QF k k v ε= 212()b k b d =+ 式中：1F —平板格网的面积，2m ； Q —通过格网的流量，3/m s ；1v —通过格网的流速，1v =0.2—0.4m/s ；1k —网丝引起的面积减少系数，212()b k b d =+b —为网眼尺寸，mm ； d —为金属丝直径，mm ；2k —格网阻塞面积减少系数，2k =0.5；ε—水流收缩系数，0.64—0.80。

则： 22250.51(52)k ==+，格网所需面积：210.5478.940.510.50.80.3F m ==⨯⨯⨯设置4个格网，每个格网所需面积为： '218.942.2354F m ==。

进水孔尺寸采用：1117501500B H mm mm ⨯=⨯格网尺寸采用： 18801630B H mm mm ⨯=⨯则：实际进水孔面积：'21.75 1.5410.5F m =⨯⨯=实际过网流速：'1'120.5470.26/0.510.50.810.5Q v m s k k F ε===⨯⨯⨯ 通过平板格网的水头损失一般为0.1—0.2m ，设计取0.2m 。

（2） 集水间标高计算① 顶面标高当采用非淹没式时，集水间顶面标高=1%洪水位+浪高+0.5m ，即： 35.40.40.536.3a H m =++= ② 进水间最低动水位进水间最低动水位=97%枯水位-取水头部到进水间的管段水头损失-格 栅损失=20.5-0.2526-0.1=20.15m ③ 吸水间最低动水位吸水间最低动水位标高=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=20.15-0.2=19.95m④ 集水间底部标高平板格网净高为1.63m ，其上缘淹没在吸水间动水位以下，取为0.1m ； 其下缘应高于底面，取为0.3m ；则集水间底面标高为： 19.95-0.1-1.63-0.4=17.82m集水间深度为：顶部标高-底面标高=36.3-17.82=18.48m 。

（4） 集水间深度校核：当自流管用一根管输送'30.70.70.5470.3829/Q Q m s ==⨯=，其流速''2440.3829 1.15/3.140.65Q v m s D π⨯===⨯时，水头损失为'0.496h =，此时，吸水间最低动水位为：20.5-0.1-0.496-0.2=19.704m ，则吸水间最低水位为：19.704-17.82=1.884m ，可满足水泵吸水要求。

3.3.4 集水间平面图为便于清洗与检修，进水室用隔墙分成两部分，吸水室用隔墙分为4部 分，具体布置如下图：图2.集水间平面图 3.3.5 格网起吊设备 （1）平板格网起吊重量()W G PfF K =+ 式中：W ：平板格网起吊重量；G ：平板格网与钢绳的重量 1.47G KN =P ：由格栅、格网或闸板两侧水位差而产生的压力， 1.96P KPa = F ：每个格网的面积，22.625F m =f ：摩擦系数，视设备与导向槽的材料而定，0.44f =K ：安全系数， 1.5K =则： (1.47 1.96 2.6250.44) 1.5 5.6W KN =+⨯⨯⨯= （2）吊架高度的计算与起吊设备选择平板格网高2.13m ，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 ，操作平台高为36.3m ， 则起吊架工字梁下缘的标高为：36.3+0.2+2.13+0.25+0.78=39.66m 。