武汉市给水排水管道工程设计计划书

1 武汉市给水排水管道工程设计计划书 第一章 课程设计任务书 计题目 ： 武汉 市给水排水管道工程设计。 始资料 1、城市总平面图 1 张，比例为 1： 10000。 2、城市各区人口密度、平均楼层和居住区房屋卫生设备情况： 分区 人口密度（人/公顷） 平均楼层 给排水设备 淋浴设备 集中热 水供应 320 6 + + + 210 5 + + + 3、城市中有下列工业企业，其具体位置见平面图： 1） A 工厂，日用水量 7000 吨 /天，最大班用水量： 3000 吨 /班，工人总数 3000 人 ，分三班工作，最大班 1200 人，其中热车间占 30 %，使用淋浴者占 80 %；一般车间使用淋浴者占 20 %。 2） B 工厂，日用水量 5500 吨 /天，最大班用水量： 2000 吨 /班，工人总数 5000 人，分三班工作，最大班 2000 人，热车间占 30 %，使用淋浴者占 90 %；一般车间使用淋浴者占 10 %。 3） 火车站用水量为 13 L/s。 4、城市土质种类为粘土，地下水位深度为 7 米。 5、城市河流水位： 最高水位： 75 米，最低水位： 60 米，常水位： 65 米。 程设计内容： 1、城市给水管网初步设计 1） 城市给水管网定线（包括方案定性比较）； 2） 用水量计算，管网水力计算； 3） 清水池、水塔容积计算、水泵扬程计算 4） 管网校核；（三种校核人选一种） 5） 绘图（平面图、等水压线图） 2、城市排水管网初步设计。 1） 排水体制选择 2） 城市排水管网定线的说明； 3） 设计流量计算； 4） 污水控制分支管及总干管的水力计算； 5） 任选 1 条雨水管路的水力计算（若体制为分流制）； 6） 绘图（平面图、纵剖面图） 计参考资料 1、给排水设计手册第一册或给排水快速设计手册第 5 册 2、给排水管 道系统教材 计成果 1、设计说明书一份（包括中英文前言、目录、设计计算的过程、总结 ） 2 2、城市给水排水管道总平面布置图 1 张，比例尺为 1： 10000（ 1 号图）； 3、给水管网等水压线图 1 张（ 3 号图）； 4、污水总干管纵剖面图 1 张（由指导教师指定某一段，长度大约 1000 米左右）（ 3 号图）； 求 1、按正常上课严格考勤； 2、设计说明书要求条理清楚，书写端正，无错别字；图纸线条、符号、字体符合专业制图规范）； 3、按时完成设计任务 他： 1、设计时间： 2013年第一学期（第 15、 16 周 12 月 16 号 28 号） 2、上交设计成果时间： 16 周周五下午 3、设计指导教师：谭水成 、张奎、宋丰明、刘萍 3 第二章 给水管网设计与计算 给水管网布置及水厂选址：该城市有一条自北向南流的水量充沛，水质良好的河流，可以作为生活饮用水水源。该城市的地势比较平坦没有太大的起伏变化。城市的街区分布比较均匀，城市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。城市给水管网的布置取决于城市的平面布置、水源、调节构筑物的位置、大用 户的分布等。考虑要点有以下： 塔、大用户的水流方向一致。干管的间距一般采用 500m 800m 。 最短的距离布置一条或数条干管，干管位置从用水量较大的街区通过。 干管尽量靠近大用户，减少分配管的长度。 量避免在高级路面或重要道路下通过，尽量少穿越铁路。减小今后检修时的困难。 接管的间距考虑在 8001000 铺设管线，降低管网的造价和供水能量费用。 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。配水管网共设 17个环。 另外考虑到河流将该城市分成两半，为了安全供水起见在河流的上游铺设 倒虹管 ，在其两岸应设阀门井，阀门井顶部标高应保证洪水时不被淹没。井内有阀门和排水管等。倒虹管顶在河床下的深度不小与 航道线范围内不应小于 1m，倒虹管使用钢管并须加强防腐措施。 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： （） 、给水系统布局合理； （） 、不受洪水威胁； （） 、有较好的废水排除条件； （） 、有良好的工程地质条件； （） 、有良好的卫生环境，并便于设立防护地带； （） 、少拆迁，不占或少占良田； （） 、施工、运行和维护方便。 给水管网设计计算：城市最高日用水两包括综合用水、工业生产用水及职工生活用水及淋浴用水、浇洒道路和绿化用水、未预见用水和管网漏失水量。 分区 人口密度（人 /公顷） 面积（公顷） 人口数（人） 320 61594 210 49581 武汉市位于湖北，一区总人口 考给水排水管道系统教材表 4 2 可知该城市位于一区，为大城市。最高日综合生活用水定额为390L/(人 d)，故综合生活用水定额采用上限 390L/（人 d），用水普及率为 100%。 4 二区总人口 人，参考给水排水管道系统教材表 4 2 可知该城市位于一区，为小城市。最高日综合生活用水定额为 370L/(人 d)，故综合生活用水定额采用上限 370L/（人 d），用水普及率为 100%。 区最高日用水量计算 区最高日综合生活用水量 Q1= 城市最高日综合生活用水， d； q城市最高日综合用水量定额，（人 d）； 城市设计年限内计划用水人口数；设计年限 10 年内人口增长为 96万； f城市自来水普及率，采用 f=100% 所以最高日综合生活用水为： Q1=90 1096 104 100%=374400 d 区工业用水量 （ 1）工业企业职工的生活用水量 厂职工生活用水量采用一般车 间每人每班 25L，高温车间每人每班 35 （ 900 35+2100 25） /1000=84 d （ 2）工业企业职工的淋浴用水量 淋浴用水按一般车间每人每班 40L，高温车间每人每班 60 淋浴用水量： （ 720 60+420 40） /1000=60 d （ 3）工业生产用水量 7000 d 车站用水量 3 3600 24/1000=1123.2 d 市的未预见水量和管 网漏失水量 管网漏失水量按前几项用水量之和的 12%计算 2+ 4+=46608 d 城市未预见水量按前几项用水量之和的 12%计算 2+ 4+=52201 d 最高日设计流量 2+ 4+6+ =609015 d 最高日最高时设 计流量 0 0241 0 0 0 =9163 L/s 防用水量 5 根据建筑设计防火规范该城市消防用水量定额为 100，同时火灾次数为 3。 城市消防用水量为： 00 3=300L/S 区清水池调节容积 缺乏用水量变化规律的资料时，按最高日用水量的 10%估算。 609021.0 水池中除了储存调节用水外还存放消防用水 ,则清水池有效容积 W 为 W=2+4 W清水池总容积 节容积； 防储水量 按 2小时火灾延续时间计算； 厂冲洗滤池和沉淀池排泥等生产用水，取最高日用水量的 5%计算； 全贮量按61(2+计算 2+60902+2160+3045 66107 6107/6=15586 因此： 清水池总容积 W 66107+15586 109099 取整数为： W=120000 本清水池设计尺寸为 120 100 10。 区最高日综合生活用水量 Q1= 城市最高日综合生活用水， d； q城市最高日综合用水量定额，（人 d）； 城 市设计年限内计划用水人口数；设计年限 10 年内人口增长为 25万人； f城市自来水普及率，采用 f=100% 所以最高日综合生活用水为： Q1=70 1025 104 100%=92500 d 管网漏失水量按前几项用水量之和的 12%计算 1100 d 城市未预见水量按前几项用水量之和的 12%计算 1+=12432 d 最 高日设计流量 6 2+ =145040d 最高日最高时 0 0241 0 0 0 =2686 L/s 根据建筑设计防火规范该城市消防用水量定额为 65，同时火灾次数为 2。 城市消防用水量为： 5 2=130L/S 清水池调节容积 清水池中除了储存调节用水外还存放消防用水 ,则清水池有效容积 W 为W=2+4 W清水池总容积 节容积； 防储水量 按 2小时火灾延续时间计算； 厂冲洗滤池和沉淀池排泥等生产用水，取最高日用水量的 5%计算； 全贮量按61(2+计算 2+14504+936+7252 22692 2692/6=3782 因此： 清水池总容积 W 22692+3782 26474 取整数为： W=30000 本清水池设计尺寸为 60 50 10。 管网水力计算 区管网水力计算 中用水量 集中用水量主要为工厂的生产用水量和职工生活用水量，当工人淋浴时间与最大时供水重合时淋浴用水也应该计入集中用水量，否则不计入集中用水量。 最大时 集中流量 为： q=(13+=( q)/ L 916340603=(m s) 为最高日最大时用水量 L/s q 为大用户集中流量 L/s 7 L 管网总的有效长度 m 线流量计算 q s 有效长度 m q s 比流量 管段编号 管段长度m 管段计算长度m 比流量L/(m s) 沿线流量 L/s 11455 1455 1188 394 13172 586 13034 2034 4222 1222 1274 874 243 843 5438 719 644 844 6393 1393 7322 661 8029 1029 976 438 064 364 152 952 872 972 166 866 392 692 2072 1072 337 937 534 334 441 941 673 973 7217 1217 8296 1296 9000 1000 7320 1320 1504 1504 0115 2115 073 673 321 821 970 970 8 33184 1184 4017 1017 5595 1595 6606 1607 8224 1224 714 814 871 971 281 681 节点流量 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 11 1111 2 111212 3 1313 4 1113143 5 121314150 6 121616 7 151617 8 16181818 9 171819 0 1920 1 202121 2 18212222 3 212323 4 222324 25 2325 6 242526 7 2727 8 2728 9 282929 0 29303030 1 273031 2 3031 3 3033334 3334290 5 3334356 353636 7 363737 8 683738 9 网平差 根据节点流量进行管段的流量分配的步骤： 按照管网的主要供水方向，初步拟定各管段的水流方向，并选定整个管网的控制点。 为了可靠供水，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 中尽可能均匀地分配流量，并且符合水流连续性即满足节点流量平衡的条件。 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，平时流量一般不大，只有在干损坏时才转输较大的流量，因此连接管中可以分配较少的流量。 一区管网平差结果见副表 1区管网水力计算 Q=0 q)/ L 686/8830=(m s) 为最高日最大时用水量 L/s q 为大用户集中流量 L/s L 管网总的有效长度 m q s 有效长度 m 管段编号 管段长度(m) 管段计算长度(m) 比流量L/(m s) 沿线流量L/s 515 815 078 539 077 1077 15 815 27 627 58 758 58 758 27 627 88 888 74 337 252 1252 10 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 11 222 231 4444 55 45 45 24 19 0 29 区管网平差见副表 1径的确定 管径与设计流量的关系： q v 2v （ 4q/ v） 公式中 D 管段管径， m； q 管段计算流量， s； 管段过水断面面积， v 设计流速， m/s； 设计中按经济流速来确定管径进行平差，确定实际管径。 平均经济流速与管径的确定 管径 均经济流速（ m/s） 100 400 D 400 一区最大时流量初步分配 最大时设计流量 L/s，流量初步分配如下表： 管段编号 管段长度 m 管道直径 配流量 L/s 11455 1500 6000 1188 1500 4222 1400 1600 13172 1200 3034 900 11 1243 1500 4000 1274 1300 5438 1500 6393 1500 3000 1644 800 7322 1500 8029 1300 976 1400 2000 2064 1400 152 700 300 2166 1200 392 700 337 900 800 2534 800 871 1500 2500 1872 1300 6606 1200 1500 3714 800 5595 900 800 36224 450 281 800 2072 1400 441 1400 673 1500 7217 1200 761 1100 1000 31504 700 500 3058 450 0115 400 8296 1100 9000 600 300 2970 700 073 300 4017 400 150 33184 450 321 500 二区最大时流量初步分配 管段编号 管段长（ m） 管径（ m） 分配流量（ L/S） 179 1100 1000 968 1100 12 级泵站 清水池地面标高 水池埋深 2m），设一个自来水厂，两个二级 泵站分区供水。 控制点水压标高 水池最低水面标高 不利管线的水头损失 23m，水泵内外水头损失 3m，安全储水量 最大时水泵扬程 H=3+=47m 控制点水压标高 区清水池最低水面标高 不利管线的水头损失 9m，水泵内外水头损失 3m，安全储水量 最大时水泵扬程 H=+=防校核 该市一区同一时间火灾次数为三次，一次灭火用水量为 100L/S，从安全和经济角度考虑，失火点设在 30节点和 34节点及 33节点处，消防时管网各节点的流量除这三个点节点各附加 100 L/余各节点的流量与最高时相同。消防时管网平差及水压计算结果见后图副表 1防时所需二级泵站总扬程（控制点水压标高 不利管线的水头损失 39m，水泵内外水头损失 3m，安全储水量 9+=45m 47 m 满足要求。 该市二区同一时间火灾次数为二次，一次 灭火用水量为 65L/S，从安全和经济角度考虑，失火点设在 6节点 5节点处，消防时管网各节点的流量除 6、 5节点各附加 65 L/余各节点的流量与最高时相同。消防时管网平差及水压计算结果见后图副表 1252 1400 88 1000 58 1000 700 227 600 58 900 27 700 077 700 400 415 600 15 350 078 350 13 消防时所需二级泵站总扬程（控制点水压标高 不利管线的水头损失 16m，水泵内外水头损失 3m，安全储水量 6+=31.4 m 满足要求。 14 第三章 污水管网设计与计算 第一节 污水设计流量计算 城市污水管网的主要功能是收集和输送城市区域中的生活污水和生产废水 1) 污水管网总设计流量及各管段设计流量计算 ; 2) 污水管网各管段直径 ,埋深 ,衔接设计与水力计算 ; 3) 污水提升泵站设置与设计 ; 4) 污水管网施工图绘制等 ; 城市污水主要来源于城市用水 ,因此 ,污水量定额与城市用水量定额之间有一定的比例关系 ,该比例称为排放系数 中的蒸发 ,形成工业产品 ,分流到其他水体或以其他排水方式等原因 ,部分生活污水或工业废水不再被收集到排水管道 ,在一般情况下 ,生活污水和工业废水的污水量大约为用水量的 60% 80%,在天热干旱季节有时可抵达 50%. 我国室外排水设计规范规定 ,居民生活污水定额和综合生活污水 (即包括居民生活污水和公共建筑排放的污水 )定额应根据当地采用的用水定额 ,结合建筑内部给排水设施水平和排水系统普及程度等因素确定 ,可按当地用水定额的80% 90%计算 ,即排放系数为 业企业内生活污水量 ,淋浴污水量的确定 ,应与国家现行的室外给水设计规范的有关规定协调 ;工业企业的工业废水量及其总变化系数应根据工艺特点确定 ,并与国家现行的工业用水量有关规定协调 . 在计算设计污水量时还应明确 ,污水管网是按最高日最高时污水排放流量进行设计的 . 生活污水量总变化系数 平均日污水流量 (L/s) 5 15 40 70 100 200 500 1000 总变化系数 ：当污水平均日流量为中间数值时 ,总变化系数用内插法求得 ; 水设计流量计算 影响居民生活污水设计流量的主要因素有生活设施条件 ,设计人口和污水六来年感变化 设计人口指的是排水系统在设计使用年限终期所服务的人口数量 . 同一城市中可能存在着多个排水服务区域 ,其污水量标准不同 ,计算时要对每个区分别按照其规划目标 按各区实际服务人口计算该区的生活污水设计流量 . 民生活污水设计流量 根据给排水设计规范，居民生活污水定额按生活给水的定额的 80%取， 1Q =4958180/（ 243600） =（ 1）工业企业生活污水的设计流量： 2Q =0 （ 2）工业生产的废水量：3Q=0 （ 3）火车站废水设计流量 4Q =0 市污水设计总流量 城市污水设计总流量一般采用直接求和的方法进行计算，即直接将上述各项污水设计流量计算结果相加，作为污水管网设计的依据，城市污水设计总流量: 1 2 3 4 Q Q Q = 污水管网的管道必须与取服务的所有用户连接，将用户排放的污水收集汇总到较大的管道中，再汇总到污水输送干管中，然后输送到污水处理厂。在工程上，将连接用户的污水管道称为连接管，将主要承担污水输送功能的大型管道称为污水干管（又可分为主干管和干 管）将连接管与输送干管之间的收集连接管中污水的管道称为污水干管。 在污水收集和输送过程中，污水管道的流量从管网的起始端到末端不断地增加，管道的直径也随之不断增加。为了污水管道连接和清通方便，污水管道的交叉连接处以及直线管道上每隔一定距离需要设置检查井。由于污水管道中的水流是重力流，水面高度亦逐渐降低，因此需要逐渐增加污水管道的埋设深度，形成满足污水流动的水力坡度。当管道埋设深度太大时，会使管道施工困难，造价增加。所以，在大型污水管网中经常需要增加设置提升泵站，将污水提升到一定高度 ，以减小管道的埋设深度。在 地形坡度较大的地区，为了满足污水管道最小埋深的要求，防止管道受到地面荷载冲击或被冻坏等，需要设置跌水井，以提高管道的埋深。 污水管网管段设计流量（ L/s)的计算公式： 1 2 3 4i z l i i i i q q q q i=1,2, ,M 式中 1L/s，它们在 管网中满足连续性条件； 2L/s，它们在管网中 满足连续性条件； 3业企业生活与淋浴污水设计流量， L/s， 它们在管网中满足连续性条件； 生活污水比流量80*10/24*3600=s*下面是污水流量计算表： 管段 本段流量 输流 16 编号 量 街坊编号 街坊面积/流量(流量 L/s） L/s) 1 2 40 5 0 0 61 计平均 总变化 生活污水 集中流量 计流量 流量（ L/s) 系数 计流量 本段（ L/s) 转输 (L/s) （ L/s) 水干管的计算 污水管道应按非满管流设计，原因如下： （ 1）污水流量是随时变化的，而且雨水或地下水可能通过检查井或管道接口渗入污水管道。因此，有必要保留一部分管道内的空间，为预见水量的增长留有余地，避免污水溢出而妨碍环境卫生。 （ 2）污水管道内沉积的污泥可能分解析出一些有害气味，需留出当的空间，以利管道内的通风，排除有害气体。 （ 3）便于管道的疏通和维护管理。 设计规范规定污水管道的最大设计充满度如表所示。 最大设计充满度 管径 （ 最大设计充满度 h/D或 h/H 200 300 50 450 00 900 1000 计算污水管道充满度时，设计流量不包括淋浴或短时间内突然增加的污水量，但当管径小于或等于 300按短时间内的充满度复核，保证污水不能从管道中溢流到地面。 17 最小设计流速是保证管道内不产生淤积的流速。室 外排水设计规范规定污水管渠在设计充满度下最小设计流速为 s，含有金属，矿物固体或重油杂质的生产污水管道，其最小设计流速宜适当加大；s。 小设计坡度 在污水管网设计时，通常使管道敷设坡度与设计区域的地面坡度基本一致，在地势平坦或管道走向与地面坡度相反时，尽可能减小管道敷设坡度和埋深对于降低管道造价显得尤为重要。但由该管道敷设坡度形成的流速应等于或大于最小设计流速，以防止管道内产生沉积。因此，将相应于最小设计流速的管道坡度称为最小设计坡度。 从水力计算公式可知。设计坡度与设计流速的平方成正比，与水力半径的4/3次方成反比。规范只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最小设计坡度为 大管径的最小设计坡度由最小设计流速保证。 二区污水主干管水力计算表 管段编号 管段长度 设计流量 管道直径 设计坡度 设计充满度 降落量 设计流速 h/D h/m （ m） （ L/S) （ （） （ m/s) （ m） 103 300 296 600 321 600 452 700 528 700 661 00 012 00 面标高（ m） 水面 水面 管内底 管内底 埋设深度（ m） 上端 下端 上端 下端 上端 下端 上端 下端 水管道埋设深度及管道的衔接 污水管道的埋设深度是指管道的内壁底部离开地面的垂直距离，亦称管道 18 埋深，管道的顶部离开地面的垂直距离称为覆土厚度。 污水管道的最小覆土厚度，一般应满足下述三个因素的要求。 （ 1）防止管道内污水冰冻和因土壤冰冻膨胀而损坏管道； （ 2）防止地面荷载而破坏管道 （ 3）满足街区污水连接管衔接的要求。 污水管道的衔接 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。 管道的常用衔接方法有两种：一为水面平接；二为管顶平接； 19 第四章 雨水管网设计与计算 水管网设计流量 根据数理统计理论，暴雨强度 i(或 q)与降雨历时 用一个经验函数表示，称为暴雨强度公式。其函数形式可以有多种。根据不同地区的使用情况，可以采用不同的公式。我国室外排水设计规范（ 1997）中规定我国采用的暴雨强度公式的形式为： 11 6 7 (1 l g )() 式中 2( ) /L s ， a; 1, , ,A C n b 降落在地面上的雨水在沿地面流行的过程中，一部分雨水被地面上的植物，洼地，土壤或地面缝隙截留，剩余的雨水在地面上沿地面坡度流动，称为地面径流。 不同地面的径流系数 地面种类 屋面 混凝土路面 草地 径流系数 果汇水面积由径流系数不同的地面组合而成，则整个汇水面积上的平均径流系数 面积用加权平均法计算： 式中 : i F 总汇水面积； 2 60 （ m); m/s. 20 地面集水时间 距离长短，地形坡度和地面覆盖情况而定，一般采用5 15减系数 管的折减系数 m=2；明渠折减系数 m=在陡坡地区，采用暗管时的折减系数 m=2. 雨水管渠设计参数 一 设计参考数据 雨水较污水清洁得多，对环境的污染较小，加上暴雨径流量大，而相应的较高设计重现期的暴雨强度的降雨历时一般不会很长，且从减少工程投资的角度来讲，雨水管渠允许溢流。故雨水管渠的充满度按满流考虑，即 h/D=1,明渠则应有等于或大于 道边沟应有等于或大于 1 设计流速 在雨水进行设计时，所用的最小设计流速应大于污水管渠，满流时管道内的最小 设计流速为 s。而明渠由于便于清除疏通，可采用较低的设计流速，一般明渠内最小设计流速为 s. 2 最小坡度 为了保证管内不发生沉积，雨水管内的最小坡度应按最小流速计算确定。在街区内，一般不宜小于 街道下，一般不宜小于 水口连接管的最小坡度不小于 3 最小管径 为了保证管道在养护上的便利，便于