淮南山南新区给水排水系统计划书

- 1 - - 1 - 淮南山南新区 给水 排水 系统 计划书 1. 引言 水是人类的生命之源，是城市生存和发展的最重要的要素。在某种程度上决定了一个城市的产业结构、生活方式，就是说城市的发展很大程度上依赖于水。水资源的合理开发利用与保护是为城市可持续发展提供有力保证。因此就有了城市给水排水工程规划，对城市的给水工程和排水工程进行合理规划，以达到合理利用、排水无污染的效果。城市给水排水工程规划在水资源、土木工程、地质、气象、水文等多方面都有涉及。 随着城市的发展，各个城市间的给排水工程不再是一个孤立的系统，水域把这些子系统连接为一个系统，原有 的工程规划方法在一定程度上显示其局限性，这就急需改进工程规划方法。首先，我们要知道什么是城市给水排水工程规划？城市给水排水工程规划是对城市给水排水工程系统的统一安排，保证给水排水工程建设与城市发展相协调，促进城市的可持续发展。它是城市规划中的一项专业规划，也是城市整体开发建设的一个重要组成部分。城市给排水工程规划的综合作用是不能被代替的。 城市给水排水工程规划相对于城市规划，也划分为不同的阶段，即城市给水排水总体规划、城市给水排水分区规划、城市给水排水详细规划等三个层次。在各层次中各有侧重，其关系是相互联 系、承上启下、逐渐深化，上一层次规划指导下一层次规划，下一层次规划要在落实上一层次规划的基础上，进行深入，并可根据具体情况对上一层次规划作适当调整。 2. 给水管网设计与计算 水管网布置及水厂选址 源地瓦埠湖 瓦埠湖水域辽阔，水质优良，盛产银鱼、瓦虾，其中银鱼最为有名，在清代被列为贡品，现出口欧美、东南亚等许多国家，成为享誉世界的名菜佳肴。瓦埠湖水质优良，湖边居民经常直接饮用，湖水淡淡的微甜。 瓦埠湖位于 淮河 右岸。寿县境内，东淝河的中游，河湖一体，为河道扩展的湖泊。受南北不均匀升降运动，黄河南泛河口段被淤，洼地积水逐渐形成。瓦埠街（现为瓦埠镇）滨其右，故名。湖面跨寿县、长丰两县及淮南市，主要在寿县境内。湖区南起白洋淀，北至钱家滩，长 - 2 - - 2 - 52 公里，东西平均宽约 5公里。正常水位 面积 156平方公里，湖底高程 应容积为 主要来水南有东淝河，流域呈扇形，属丘陵区。西自龙穴山，东北至吴山庙江淮分水岭以北的来水，分两支汇入瓦埠湖，一支源出肥西的大潜山，一支 出六安的龙穴山，两支于董铺汇合后进入平原，至白洋淀进入湖区；东有瓦埠河，亦称沿河，即古阎涧水；西有陡涧河。湖水经东淝河下段于寿县北五里庙，过东淝河闸（ 1951年建），北流至赵台子注入淮河。总控制面积 4200 平方公里。 1951 年治淮工程中，瓦埠湖被列为淮河中游四处蓄洪区之一，计划蓄洪水位 ，总蓄水量 面积 386平方公里。 1954年大水，未进洪前湖内最高水位已达 洪存在不少困难， 1954年以后从未进过洪。 东淝河闸进洪退水两用，另有船闸（ 1992年建）沟通淮河。 水源选 择前，必须进行水源的勘察必须先对水源进行详细勘察和可靠性综合评价。如当地的水文、水文地质、工程地质、地形、卫生、施工等方面条件。 应确定可利用的水资源量，避免与工农业用水及环境用水发生矛盾；兴建水库作为水源时，应对水库韵汇水面积进行勘察，确定水库的蓄水量。 水源的选用应通过技术经济比较后综合考虑确定，水源选择必须在对各种水源进行全面分析研究，掌握其基本特征的基础上，综合考虑各方面因素，结合城市远近期规划和工业总体布局，从整个给水系统的安全（取水、输水、水处理设施），并经过技术经济比较后确定。 水质良好，水量充沛、 便于防护 ；作为生活饮用水的水源应符合生活饮用水卫生标准中关于水源的若干规定； 国民经济各部门的其他用水，应满足其工艺要求。确定水源时，要统一规划，合理分配，综合利用。 符合卫生条件的地下水，应优先作为饮用水源。用地表水作为城市供水水源时，其设计枯水流量的保证率，应根据城市规模和工业大用水户的重要性选定，一般可采用 90 97。地下水与地表水联合使用；确定水源、取水地点和取水量等，应取得水资源管理机构以及卫生防疫等有关部门的书面同意。对于水源卫生防护应积极取得环保等有关部门的支持配合。 厂选址 本小组设计 区域左侧有一南北向湖泊 瓦埠湖，水质良好。根据以上水源地选择的依据，瓦埠湖是最佳生活饮用水水源地，并且以上条件基本满足。该区域的地势相对比较平坦没有太大的起伏变化，区域的街区分布比较均匀，区域中各工业企业对水质无特殊要求，因而采用统一的给水系统。区域给水管网的布置取决于区域的平面布置、水源、调节构筑物的位置、大用户的分布等。考虑要点有以下： 1. 给水系统布局合理； - 3 - - 3 - 2. 不受洪水威胁； 3. 有较好的废水排除条件； 4. 有良好的工程地质条件； 5. 有良好的卫生环境，并便于设立防护地带； 6. 少拆迁，不占或少占良田； 7. 施工、运行和维护方 便。 输水管线走向应符合城市和工业企业规划要求，沿现有道路铺设，有利于施工和维护。城市的输水管和配水管采用钢管（管径 1000铸铁管。 对 水厂厂址的选择，应根据下列要求， 并且 通过技术经济比较 来 确定： 1. 给水系统布局合理； 2. 不受洪水威胁； 3. 有较好的废水排除条件； 4. 有良好的工程地质条件； 5. 有良好的卫生环境，并便于设立防护地带； 6. 少拆迁，不占或少占良田； 7. 施工、运行和维护方便。 水管网设计计算 高日用水量计算 城市最高日用水量包括综合生活用水量、工业用水量、市政用水量、未预见用水和管网漏失水量。 总人口的计算，根据原始资料可知，该区域共有四个分区，每个分区的人口为 5000人，则总人口量为： 5000 4=20000 民生活用水量为居民人口数乘以每人每天的最高额定用水量： q 1000 0000 250/1000=5000 m/d 式中： 该区域最高日综合生活用水量定额： 250 L/（ d） 设计人口数 业用水量 - 4 - - 4 - 工业用水量包括工业企业生产用水量和工作人员生活用水量，本次课程设计我组所计算的区域共有 2个工厂，为了计算方 便，将生产用水流量和工作人员生活用水流量合计为 40L/s Q2=1000 02243600/1000=6912 m/d。 式中： 该区域最高日各工业企业的用水量定额： 40 L/s n 工业企业个数 政用水量 市政用水量，主要指道路和绿地浇洒用水量。在本次课程设计中，绿地浇洒用水量由城市绿化覆盖面积乘以每单位面积绿地所用额定浇洒水量计算得到。根据资料显示，淮南山南新区的绿化覆盖面积为 30% q 330%/1000 12240 20 1 2+4104000 30% 2） /1000=2952 m/d 式中： 该区域浇洒道路用水量每平方米路面每次 处为 f 该区域浇洒道路次数，此处为 2次 a 该区域浇洒道路的路长 12240m b 该区域浇洒道路的路宽 20m 该区域绿化用水量 d) S 该区域总面积，绿化面积占总面积的 30% 预见水量和 管网漏失水量 根据经验可知，未预见的管网漏失水量一般为城市生活用水量、工业用水量和市政用水量总和的 所以： （ 5000+ 6912+ 2952） =2972.8 m/d 高日和最高时设计用水量 在一日内，每小时用水量的变化可以用时变化系数表示，最高时用水量与平均时用水量的比值，称为时变化系数。 根据指导老师的建议，本次课程设计的时变化系数的取值为 ： 在上述中，在设计年限以内城镇最高日设 计用水量 - 5 - - 5 - Q i =17842.8 m/d ，一类称为集中用水户，另一类称为分散用水户。所谓集中用水户是从管网中一个点取得用水，且用水流量较大的用户，其用水量称为集中流量，如工业企业、事业单位、大型公共建筑等用水均可作为集中流量。 本次课程设计中，集中流量主要是工业企业用水量，由两个节点单独流出，所以： 40 2 12 L/s 流量计算： 比流量是用 于计算沿线流量的，根据比流量的计算结果，再乘以管段配水长度即可得沿线流量。需要指出的是，在实际工程中，配水长度并不一定是实际管长，只有当管段两侧全部配水时管段的配水长度才等于其实际长度。 比流量： q n)/ L= （ (s m) 式中： 为最高时最大用水量 L/s; q n 为大用户集中流量 L/s L 管网总的有效长度 m 线流量计算 : 分散用水户是从管段沿线取得用水，且流量较小的用户，其用水量称为沿线流量，如居民生活用水、道路浇洒或绿化用水等。 沿线流量一般按管段配水长度计算，或按配水管段的供水面积分配计算，在本次课程设计中，我组才用呢管段配水长度计算 沿线流量计算数据见下表： 表 2 沿线流量计算表 管段编号 管长（ m） 配水系数 有效长度 （ m） 比流量L/(沿线流量 （双侧配水） L/s 1 1020 1 1020 2 960 1 960 3 1020 1 1020 960 1 960 1260 1 1260 6 960 1 960 - 6 - - 6 - 7 1260 1 1260 8 840 1 840 9 1260 1 1260 10 840 1 840 1 1020 1 1020 12 840 1 840 节点流量 : 管段中任一点的节点流量等于该点相连各管段的沿线流量总和的一半 加上该节点的集中流量。 计算结果见表 2 表 2 节点流量计算表 节点编号 节点连接管段 节点流量 (L/s) 集中流量 (L/s) 节点总流量 (L/s) 1 1、 2 2 1、 4、 5 3 5、 6 4 2、 3、 12 6 5 3、 4、 7、 10 56 6 6、 7、 8 7 11、 12 8 9、 10、 11 9 8、 9 计工况水力分析 状管网流量分配计算 根据节点流量进行管段的流量分配 分配步骤： 1. 按照管网的主要方向，初步拟定个管段的水流方向，并选定整个管网的控制点。 2. 为可靠供水，从二级泵站到控制点之间选定几条主要的平行干管线，这些平行干 管中尽可能均匀的分配流量，并且满足节点流量平衡的条件。 3. 与干管线垂直的连接管，其作用主要是沟通平行干管之间的流量，有时起一些输水作用，有时只是就近供水到用户，平时流量不大，只有在干管损坏时 才转输较大的流量，因此连接管中可以较少的分配流量。 分配应遵循的原则： 1. 从一个或多个水源出发进行管段设计流量分配，使供水流量沿较短的距离输送到整个管 - 7 - - 7 - 网的所有节点上，体现供水的目的性。 2. 在遇到要向两个及以上方向分配设计流量时，要向主要供水方向分配较多流量，向次要方向分配较少流量，特别注意不要出现逆流，体现 供水的经济型。 3. 应确定两条或以上平行的主要供水方向，使得主要供水方向上管段损坏时，流量可通过这些管段绕道通过，体现供水可靠性。 量分配及管网平差 用 哈代 克罗斯法进行多定压节点给水管网水力分析，必须先设置虚节点和虚管段，将多定压节点问题转化成单定压节点问题。本设计中取逆时针为正方向，如图： 图 2 多定压节点管网水力分析图 用哈代 克洛斯法进行平差计算（注意流量总是以 L/计算水头损失时用 m3/s），经过两次平差计算，各环水头闭合差均小于 下表： 表 2 哈代 克罗斯法平差计算表 环号 管段编号 流量初分配 1000i l（ m） q(L/s) h(m) s|q| 1020 2 960 3 1020 4 960 960 - 8 - - 8 - 5 1260 2 6 60 7 1260 1260 8 840 3 9 1260 10 840 1020 10 40 4 11 1020 12 40 管段编号 第次平差 1000i l（ m） q(L/s) h(m) s|q| 020 2 60 1 3 020 4 60 60 260 2 6 60 7 260 260 - 9 - - 9 - 8 40 3 9 260 10 40 020 10 40 4 11 020 2 40 管段编号 第次平差 1000i l（ m） q(L/s) h(m) 1 020 60 3 020 960 4 60 5 1260 6 60 7 260 7 260 40 3 9 1260 0 40 1020 10 840 11 020 2 40 水头计算 - 10 - - 10 - 水头是指单位重量的流体所具有的机械能。当流体受固定边界限制做均匀 流动时，流动阻 力中只有沿程不变的切应力，称为沿程阻力。由沿程阻力产生的水头损失称为沿程水头损失。 管段起端的水压标高 终端水压 i=Hj+点水压标高 由水压 . 流量的初分配及设计管径 选取经济流速和确定管径是，可以考虑以下原则： 1) 大管径可取较大的经济流速，小管径可取较小的经济流速。 2) 管段设计流量占整个管网供水流量比例较小时，取较大的经济流速；反之取较小的经济流速。 3) 从供水泵站到控制点的管线上的管段可取 较小的经济流速，其余管段可取较大的经济流速。如输水管必位于供水泵站到控制点的管线上，所以输水管所取的经济流速应较管网中的管段小。 4) 管线造价较高而电价相对较低时取较大的经济流速，反之取较小的经济流速。 5) 重力供水时，各管段的经济管径或经济流速按充分利用地形高差来确定。 其中计算管径按平均经济流速，在查表设计管径时， 100 400平均经济 管径 400时，其平均经济流速 表 2 给水管网设计数据表 管段编号 分配流量 经济流速 计算管径 设计管径 (L/s) （ m/s) （ （ 1 98 200 2 45 250 3 50 350 4 24 125 5 22 150 6 9 100 7 248 250 8 9 100 9 49 150 10 74 75 11 48 250 12 98 200 2节点水压设计 在引入管网供水压力条件后，控制点的节点水头可以确定，称为已知量，理论上可以用控制点作为定点水压。节点服务水头，即节点地面高程加上节点所连接用户的最低供水压力。控 - 11 - - 11 - 制点，给水管网用水压力最难满足的节点。 在水力分析时，假设节点（ 3）为控制点，结果如表 2且计算出来的节点水头比服务水头高，所以都满足要求。 表 2节点水压计算表 防工况 给水管网的设计流量未计入消防流量，当火灾发生在最高日最高时时，由于消防流量比较大，一般用水肯定不能满足。为了安全起见，要按照最不利的情况，即最高时用水流量加上消防流量的工况进行消防校核，但节点服务水头只要满足火灾处节点的灭火服务水头，而不必满足正常用水的服务水头。灭火处节点服务水头按低压消防考虑，即 10m 的自由水压。本设计中未进行消防校核，在此说明。 3. 污水管网设计与计算 水管网系统体制的确定 排水系统的体制主要有合流制和分流制两种基本方式。其中合流制又分为直排式合流制、截留式 合流制和完全合流制，而分流制又分为完全分流制、不完全分流制和半分流制。 根据资料可知，淮南市山南新区为新建的城区，应先解决污水排放问题，待城市进一步发展， 再建雨水排水系统，完成完全分流制的排水系统。所以，在本次课程设计中，排水管网系统的体制选择不完全分流制。这样可以节省初期投资，有利于城镇的逐步发展，而且见效快，工期短。 水管网布置原则和形式 水管网布置原则 1. 按照城市总体规划，结合当地实际情况布置排水管网，要进行多方案技术经济比较； 2. 先确定排水区域和排水体制，然后布置排水管网，应按从干管到支管的顺序进行 布置； 3. 充分利用地形，采用重力流排除污水和雨水，并使管线最短、埋深最小； 4. 协调好与其他管道、电缆和道路等工程的关系，考虑好与企业内部管网的衔接； 节点 1 2 3 4 5 6 7 8 9 服务水头 /m 地面标高 /m 自由水压 /m 节点水头 /m - 12 - - 12 - 5. 规划时要考虑到使管道的施工、运行和维护方便； 6. 远近期结合，考虑发展，尽可能安排分期实施。 水管网布置形式 排水管网一般布置成树状网，根据地形不同，可采用平行式或正交式。 平行式：排水干管与等高线平行，而主干管则与等高线基本垂直。平行式布置适应于城市地形坡度较大时，可以减少管道埋深，避免设置过多的跌水井，改善干管的水力条件 正交式：排水干管与地形等高线垂直 相交，而主干管与等高线平行敷设。正交式适应于地形平坦略向一边倾斜的城市。 水管网布置 在进行城市污水管道的规划设计时，先要在城市总平面图上进行管道系统平面布置，也称定线。主要内容有：确定排水区届，划分排水流域；选择污水厂和出水口的位置；拟定污水干管及主干管的路线；确定需要提升的排水区域和设置泵站的位置等。 水区届是排水系统规划的界限，在排水区界内应根据地形和城市的竖向规划，划分排水流域。每一个排水流域应有一根或一根以上的干管，根据流域高程情况，可以确定干管水流方向和需要污水提 升的地区。 过干管布置，将各排水流域的污水收集并输送到污水处理厂或排放口中。污水干管应布置成树状网络，根据地形条件，可采用平行式或正交式。 水支管的平面布置取决于地形及街区建筑特征，并应便于用户接管排水。 以下是污水管网布置图，为下面水力计算方便观看： - 13 - - 13 - 图 3水管网布置图 水设计流量 污水管道的设计流量包括生活污水设计流量和工业废水设计流量两大部分。 查综合生活用水定额，淮南市山南新区平均日综合生活用水定额取 250 L/（ d） 据指导老师的建议，综合生活污水定额为 250 80%=200 L/（ d） 由居民区人口数为 5000 4=20000人，可以推出： 居民日生活污水总流量为： 00 20000/(24 3600)=。 工业废水设计流量为： 0% 工业用水量 =80% 112=，用内插法求的总变化系数 ,其范围为 5 5 1000 1000 2. 综合污水设计流量为 : 80% 最高时设计用水量 =80% ( q n)/ 10(s m) - 14 - - 14 - 式中： 综合污水设计流量 L/s; q n 工业废水设计流量 L/s 各管段排污水面积 民生活污水平均日流量按街坊面积比例分配，则生活污水设计流量见表 3 3居民生活污水日平 均流量分配表 管段 编号 居民生活污水日平均流量分配 本段 转输 流量（ L/s) 合计 流量（ L/s) 街坊编号 街坊 面积 ( 103比流量（ L/s)/量（ L/s) 1 2 3 4 5 6 7 7 8 1 216 10 9 6 10 1 11 10 2 16 216 10 3 17 243 100 11 2 243 10 162 10 11 12 7 10 10 12 3 12 103 10 3 4 18 162 10 5 19 103 14 4 10 10 14 15 9 100 10 15 5 14 105 10 5 6 20 10完全分流制管道水力计算 计要求 1. 不完全分流制管道应按非满管流设计，最大设计充满度应尽量小于 完全分流制管道的最小设计流速为 s，以防止因流速太小造成管道中杂物堵塞管道； 最大设计流速，金属管道为 10m/s，非金属管道为 5m/s。 用较大的管径，可以选用较小的管道坡度，使管道埋深减小。因此，为了 - 15 - - 15 - 养护工作的方便，规定采用允许的最小管径。在居住区和厂区内的污水支管最小管径为 200管最小管径为 300镇道路下的污水管道最小管径为 300 相应于最小设计流速的管道坡度称为最小设计坡度。规范规定最小管径对应的最小设计坡度：管径 200最小设计坡度为 径 300般在干燥土 壤中，最大埋深不超过 7，污水管道的最小覆土厚度，一般应满足三个因素的要求： （ 1）防止管道内污水冰冻和因土壤冰冻膨胀而损坏管道 （ 2）防止地面载荷破坏管道 （ 3）满足街区污水连接管衔接要求 污水管道在检查井中衔接，设计时必须考虑检查井的上游管段和下游管段衔接的高程关系。管道衔接时要遵守两个原则：其一，避免上游管道形成回水，造成淤积；其二，在平坦地区应尽可能提高下游管道的标高，以减少埋深。衔接方式有水面平接和管顶平接，在本次课程设计中，选择管顶平接。 污水管道设计 上述污水的设计流量列表计算各设计管段的设计流量，见下表 3 表 3污水管段设计流量计算 管段编号 居民生活污水日平均流量分配 管段设计流量计算 本段 转输 流量（ L/s) 合计 流量（ L/s) 总变化系数 沿线 流量（ L/s) 集中流量 设计流量 街坊编号 街坊 面积 (103比流量（ L/s)/量（ L/s) 本段（ L/s) 转输（ L/s) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 7 8 1 216 10 9 6 10 1 11 10 2 16 216 10 3 17 243 10 011 2 243 10 162 10 1112 7 10 10 12 3 12 10 3 10 3 4 18 162 10 - 16 - - 16 - 4 5 19 10 314 4 10 10 1415 9 10 0 10 15 5 14 10 5 10 5 6 20 10 根据污水管道的最小覆土厚度，要满足的三个因素的要求： （ 1） 防止管道内的污水冰冻和因土壤冰冻膨胀而损坏管道 在我国北方的部分地区 气候比较寒冷，属于季节性冻土区。本设计安徽省淮南市属于暖温带季风气候。 年平均气温偏高，平均气温 ，较常年偏高 。其中 1月平均气温较常年异常偏低 ， 4月、 11月平均气温较常年分别异常偏高 、 ，其余月份均较常年略偏高。年高温（ 35 ）日数 21天，较常年偏多 4天。年极端最高气温 ，出现在 6月 8日；年极端最低气温 ,出现在 1月 16日。初霜出现在 12月 1日，终霜出现在 3月 25日，全年无霜期 250天。 淮南市地形多样，地势南高北低。土壤类型亦复杂多样，淮河以北的平原地 区，基质是古河流 沉积物 ，主要为 砂礓黑土 和 黄土 。淮河沿岸的湾地为潮土类 土壤 。湾地与丘陵之间的 岗地 ，基质为下蜀系 黄土 ，土壤主要为 黄棕壤 。此外，凤台县留有部分白碱土。 以上是淮南市气候简介，所以不存在冻土现象，本设计中不考虑止管道内的污水冰冻和因土壤冰冻膨胀而损坏管道的因素。 （ 2） 防止地面荷载而破坏管道 埋设在地面下的污水管道承受着管顶覆盖土壤静荷载和地面上车辆运行产生的动荷载。考虑这一因素并结合实际，车行道下的污水管最小覆土厚度不宜小于 （ 3） 满足街区污水连接管衔接的要求 为了是住宅和公共建筑内产生的污水畅通地排入污水管网，就必须保证污水干管起点的埋深大于或等于街区内污水支管终点