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给水排水管网系统课程设计报告给水排水管网系统设计课程设计报告题目集美区给水排水管网设计系部专业班级组员）指导教师设计时间2012-2013学年第二学期17周二一二 年 6月 17日9给水排水管网系统课程设计报告目 录一、设计目的2二、设计要求和设计指标22.1 任务22.2 设计资料22.3 地理位置22.4 自然条件32.5 社会经济发展现状32.6 城市总平面图32.7 城市人口密度及生活用水、污水定额42.8 水位及土壤条件42.9 工业企业分布及用水量情况42.10 地面径流系数52.11 排水现状52.12 要求52.13 小组任务分配6三、给水管网设计63.1 给水管网设计方案比较和确定63.1.1水源与取水点的选择63.1.2 取水泵站的位置63.1.3 水厂厂址选择63.1.4 输水管渠定线63.1.5 配水管网73.1.6 配水方案比较73.1.7 调节构筑物73.2 设计计算73.2.1 城市用水量计算83.2.2 管网水力计算93.2.3 二级泵设计计算14四、排水管网设计194.1 排水管网设计方案的选择194.1.1排水体制的确定194.1.2方案确定194.2排水官网定线204.2.1污水管网的定线204.3排水管网设计计算214.3.1污水设计流量214.3.2污水管道的水力计算24一、设计目的本课程设计是给水排水工程及管网设计课程教学的重要实践环节，其目的是加深理解所学知识，培养综合分析和解决实际管网工程设计问题的初步能力，使学生在设计、运算、绘图、查阅资料和使用设计手册、设计规范等基本技能上得到初步训练和提高。二、设计要求和设计指标2.1 任务（1）规划区域内给水管网初步设计（用水量计算、主干管及干管走向定位、管网平差计算、给水主干管剖面图）；（2）规划区域内污水管网初步设计（管道定线和污水厂选址、各片区污水量计算、管道设计计算、污水管道平面图、污水主干管剖面图）。2.2 设计资料集美区需要进行给水排水系统的初步设计，该地区地势西高东低，坡度较小。城区北面有一个石兜水库。城区在建设中被分成了区和区，区有工业区甲、乙，其设计流量使用的是集中流量。其他一些基本信息在下面分别进行说明。工程要求设计给水管道系统和排水管道系统（包括雨水和污水）的管网布置，布置要合理，论证要充分；分别对给水和排水管道进行相应的水力计算，计算要求准确，符合设计精度。排水管道使用的是钢筋混凝土圆管，不满流n=0.014；雨水管道使用的是钢筋混凝土圆管，满度n=0.013。2.3 地理位置集美区位于福建省东南沿海，居闽南金三角中心地段，是厦门市6个行政区之一，西北与漳州长泰县交界，东北与同安区接壤，西南与海沧区毗邻，东南由厦门大桥及高集海堤连接厦门岛，是进出厦门经济特区的重要门户，区位优势独特。辖区总面积27579平方公里，地貌以丘陵、山地为主，河流、水渠、水库点缀其间，海岸线长约60公里。属亚热带海洋性季风气候，四季温和，雨量充沛，冬无严寒夏无酷暑。目前，集美区下辖2镇4街，即灌口镇、后溪镇、集美街道、杏林街道、侨英街道、杏滨街道，共30个行政村、22个社区。全区常住人口18万人、流动人口15万人。2.4 自然条件集美区地理坐标为东经11804，北纬2426，境内地势较为平坦，地面高程一般为6.5米。集美区雨水充沛，年平均降雨量1118.5mm，年最大降雨量为1400mm，年最小降雨量为803mm。光照较多，年平均日照时数2096小时，年平均日照率52%，年平均气温在16.8，盛夏最高气温达39.6，严冬最低气温-9。全年无霜期222天左右。气候条件较优越。该地区暴雨强度公式： 2.5 社会经济发展现状改革开放以来，集美区的经济有了快速的发展，2009年，全区实现国内生产总值278020万元，人均国内生产总值77480元。一、二、三产业的比重为21:44.3:34.7。集美区将促进农业的稳定增长作为发展经济的重要任务，农业经济稳步发展，2009年，实现农业总产值115650万元。集美区的工业经济近年来难中求进，服装、地毯、化工、缫丝、建材等企业起了骨干支撑作用，1999年，全区实现工业总产值464620万元。A区商贸服务业一向发达，2009年，全区2009年实现三产增加值96360万元，占当年国内生产总值的34.7%。2.6 城市总平面图现有的比例为 1:10000的集美地区平面图一张，图中有等高线。我们的平面图是根据图2.1通过测距缩放比例画出。查得集美区共有两个工业区，分别是杏南、杏北、杏西工业区和集美北部工业区，我们将整片工业区划为一块区域计算，分别为工业区甲和工业区乙。由于北部基本上是山，因此本设计忽略不计算。图2.1 集美区1:2000平面图2.7 城市人口密度及生活用水、污水定额 见表2.1表2.1 城市人口密度及生活用水、污水定额区域人口密度（人/ha）平均日居民生活污水定额最高日综合生活用水量定额区250220220区270240240自来水普及率生活给水时变化系数：。2.8 水位及土壤条件该城市河流常水位2m，；地下水位埋深平均为10m；土壤为砂质黏土；主要马路均为沥青铺设。2.9 工业企业分布及用水量情况见表2.2。表2.2 工业企业分布及用水量情况工业区名称工人数/人生产用水量/复用率/%排入市政管网的最大生产污废水量/用水时间高温车间一般车间甲120028003500030%24500三班制，全天均匀使用乙240036005500040%33000三班制，全天均匀使用备注水质与生活饮用水相同，水压无特殊要求。淋浴人数高温车间按85%计，一般车间按70%计。注：一般车间生活用水定额30 L/(人.班)，高温车间生活用水定额35 L/(人.班)。一般车间淋浴用水定额40 L/(人.班)，高温车间淋浴用水定额60 L/(人.班)。一般车间生活污水定额25 L/(人.班)，高温车间生活污水定额30 L/(人.班)；一般车间淋浴生活污水定额40 L/(人.班)，高温车间淋浴污水定额60 L/(人.班)。2.10 地面径流系数见表2.3表2.3 各区地面径流系数区域径流系数区0.49区0.482.11 排水现状区域排水几乎未经处理直接排入水体。根据A区总体规划，拟对A区排水管网及污水厂进行统一规划建设。2.12 要求（1）设计前进行区域情况调查，熟悉原始资料及总体设计原则；（2）设计过程中，要求学生认真复习相关的基本概念和原理知识； （3）课程设计说明书要求内容完整、计算准确、论述简洁、文理通顺、装订整齐；（4）课程设计图纸应能较好地表达设计意图，图面布局合理、正确清晰，设计图纸所采用的比例、标高、管径、编号和图例等应符合给水排水制图标准的有关规定。（5）在设计过程中应独立思考，在指导教师帮助下完成工作，严禁抄袭。2.13 小组任务分配 三、给水管网设计3.1 给水管网设计方案比较和确定3.1.1水源与取水点的选择所选水源为城区北面的石兜水库。取水点应该选在水质良好的河段，也就是河流的上游，并且也靠近用水区。3.1.2 取水泵站的位置 定在取水点附件，即上游河段，用以抽取原水。3.1.3 水厂厂址选择水厂厂址应该选在不受洪水威胁，卫生条件好的地方，也就是河流的上游。由于取水点距离用水区较近，所以水厂设置在取水泵站附近，或者与取水泵站建在一起。3.1.4 输水管渠定线（1）沿着现有道路，便于施工和检修。（2）尽量缩短输水距离，与城市建设规划相结合，少占农田，保证供水安全。（3）充分利用地形高差，优先考虑重力输水。水库在城区背面，地势较高，基本采用重力输水。（4）本设计是单水源供水，为保证供水的安全性，采用双管输水。3.1.5 配水管网（1）干管延伸方向应和二级泵站到大用户的方向一致，干管间距采用。（2）干管和干管之间有连接管形成环状网，连接管的间距为。（3）干管按照规划道路定线，尽量避免在高级路面或重要道路下通过；尽量少穿越铁路。（4）干管尽量靠近大用户，减少分配管的长度。（5）力求以最短距离铺设管线，降低管网的造价和供水能量费用。（6）本设计采用环状网。（7）干管布置的方向按供水主要流向延伸。管网中输水干管到大用户如工厂的距离要求最近。（8）管网布置必须保证供水安全可靠性，尽可能布置成环状。干管尽可能布置在两侧有大用户的道路上，以减少配水管的数量。3.1.6 配水方案比较见表3.1.1。表3.1.1 方案比较方案优点缺点并联分区供水供水比较安全双管输水管太长，造价高串联分区供水节省管材。省了两条长的输水管。中间如果一条输管连接，供水不安全。所以考虑两区之间用双管连接。这样既可以减少穿过铁路的次数，又可以保证供水的安全性。3.1.7 调节构筑物 由于此区是属于大城市的一个城区，所以不设水塔。清水池适用于供水范围不很大的中小型水厂，调节水池泵站适用于供水范围比较大的水厂以及部分地区用水压力要求较高，采用分区供水的管网。所以考虑采用前者，即清水池。清水池布置在串联分区管网、管网低压区，所以布置在公路以南的分区。3.2 设计计算3.2.1 城市用水量计算1最高日用水量城市用水量包括：综合生活用水、工业生产用水、消防用水、浇洒道路和绿化用水、未预见水量和管网漏失量。综合生活用水量：I区人口7万，II区人口11万，则：工业生产用水量：工业工作人员生活用水量： 工业工作人员淋浴用水量：工业总用水量为： 浇洒道路和绿化用水量为： 未预见和管网漏失水量： 则最高日用水量为：2最高日平均时用水量3最高日最高时用水量4清水池容积调节容积：消防贮水量：水厂冲洗滤池和沉淀排泥等生产用水：清水池有效容积：3.2.2 管网水力计算定线图和初分配流量图分别如图3.2.1和图3.2.2所示。图3.2.1 给水管网定线图3.2.2 给水管网初分配流量1比流量计算 如表3.2.1所列。表3.2.1 配水长度计算管段编号12345678管段长度3803960364043203080336045605530配水长度01980182021603080336045602765管段编号910111213141516管段长度39304610564019502150631088404620配水长度19652305282001075315588403835管段编号17181920212223管段长度2600324040703600522030003040配水长度26001620407018003965150015202集中流量计算工业区甲：工业区乙：3比流量4沿线流量计算 见表3.2.2。表3.2.2 管线沿线流量管段编号配水长度沿线流量管段编号配水长度沿线流量10013107527.312198050.2914315580.143182046.23158840224.544216054.8616383597.415308078.2317260066.046336085.3418162041.1574560115.82194070103.388276570.2320180045.729196549.91213965100.7110230558.5522150038.1011282071.6323152038.6112005节点流量计算其中节点9和14有集中流量，分别为和，管网中所有节点流量见表3.2.3。6管网平差根据节点流量进行管段流量初次分配，查界限流量初步确定管径，进行管网平差，根据老师的要求，平差两次。本设计采用曼宁公式计算。管网平差结果见表3.2.4和图3.2.3。表3.2.3 节点流量节点编号节点流量节点编号节点流量164.261173.09290.931269.283108.461370.93462.5514495.39564.071571.56696.901670.747123.001738.35870.931869.669426.5419135.1310102.43图3.2.3 给水管网平差结果从泵站到管网的输水管计两条，每条输水管的长度380m。每条的计算流量为，选定管径800mm，水头损失为：从I区到II区的输水管计两条，每条输水管的长度1950m，每条的计算流量为，选定管径500mm，水头损失为：水泵由于位于整个管网的最高点，最小服务水头为40m，从泵站到最远点得水头损失取51213141719，吸水管和泵房内的水头损失取2m，安全水头取2m，清水池水深取4m，则水泵扬程：7校核（1）最高时加消防时校核。消防时的管网校核，是以最高时用水量确定的管径为基础，按照最高用水时另行增加消防设施时的流量进行流量分配。本设计城区人口18万，该城市消防用水量定额为75L/s，同时火灾次数为3次。将失火点放在工业企业密集的节点9、14和居民区节点2。消防时管网需总流量为，消防平差见表3.2.5。从泵站到管网的输水管计两条，每条输水管的长度380m。每条的计算流量为，选定管径800mm，水头损失为：从I区到II区的输水管计两条，每条输水管的长度1950m，每条的计算流量为，选定管径500mm，水头损失为：消防时控制点（16）所需的服务水头为10m，水泵由于位于整个管网的最高点，从泵站到最远点得水头损失取51213141719，吸水管和泵房内的水头损失取2m，安全水头取2m，清水池水深取4m，则水泵扬程：经过核算，按最高时用水时确定的水泵扬程满足消防时的需要，不用专设泵站。（2）最不利管段发生故障时的事故校核。城市给水管网在事故工程下，必须保证70%以上的用水量，假设最不利管段，即其中一条输水管发生故障，输水量以及所有管段的流量和水头损失都约为原来的70%。消防时平差结果见表3.2.6。从泵站到管网的输水管计两条，每条输水管的长度380m。每条的计算流量为，选定管径800mm，水头损失为：从I区到II区的输水管计两条，每条输水管的长度1950m，每条的计算流量为，选定管径500mm，水头损失为：水泵由于位于整个管网的最高点，最小服务水头为40m，从泵站到最远点得水头损失取51213141719，吸水管和泵房内的水头损失取2m，安全水头取2m，清水池水深取4m，则水泵扬程：8各节点的水压节点水头计算见表3.2.7。3.2.3 二级泵设计计算1二级泵站流量的计算当管网内不设水塔时，任何小时的二级泵站供水量应等于用水量。这时二级泵站应满足最高日最高时的水量要求。因为用水量每日每小时都在变化，所以二级泵站内应有多台水泵并且大小搭配，以便供给每小时变化的水量，同时保持水泵在高效范围内运转。所以二级泵站供水量按照最高日最高时用水量计算，并按照最高日最高时用水量确定管径。2二级泵站扬程的计算无水塔的管网，由泵站直接输水到用户时，静扬程等于清水池最低水位与管网控制点所需水压标高的高程差。无水塔时二级泵站的扬程为：3水泵的选择 选三个水泵，则每个水泵的流量为。根据给水排水常用设备手册查得型号12sh28的水泵4台，3用1备。表3.2.4 给水管网平差表表3.2.5 管网消防平差表3.2.6 管网事故校核平差表表3.2.7 节点水头计算表四、排水管网设计4.1 排水管网设计方案的选择4.1.1排水体制的确定排水系统体制分为合流制和分流制两种，是一项很复杂的工作。应根据城市及工业企业的规划、环境保护的要求、污水利用情况、原油排水设施、水质、水量、地形、对条件确定。从全局出发，在满足环境保护的前提下，通过技术经济比较，综合考虑确定。（1）从环境保护方面来看如果采用合流制将污水和雨水全部截流送往污水厂进行处理，然后再排放，从控制和防止水体的污染来看，是较好的，但这时截流主干管很大，污水厂容量也增加很多，建设费用也相应增加。实践证明，采用截流是合流制时，雨天有部分混合污水经溢流井溢入水体，水体受到污染，为了改善这一缺点，小城镇排水讨论方向应该将雨天时溢流贮存，晴天将贮存的混合污水全部送至污水厂进行处理。分流制排出污水和雨水，初雨径流未加处理就直接排入水体，对城水体也会造成污染，有时还很严重，这是它的缺点。但它比较灵活，比较容易适应社会发展的需要，故应采用分流制。 （2）从造价方面来看合流制排水管道的造价比完全分流制一般要低20%-40%，可是合流制的泵站和污水厂却比分流制的造价要高此外，又可缩短工期，发挥工程效益也快，所以我国很多工业和居住地采用不完全分流制排水系统。 （3）从维护管理方面来看 晴天时污水在合流制管道中只是部分流，雨天时才接近满管流，因而雨天时合流制管道内流速较低，易于产生沉淀。但据经验，管中的沉淀易被暴雨水流冲走，这样，合流管道的维护费用可降低。但是，晴天和雨天时流入污水厂的水量变化很大，增加了合流制排水系统污水厂运行管理的复杂性。而分流制系统可以保证管内的流速，不致发生沉淀，同时，流入污水厂的水量和水质比合流制变化小得多，污水厂的运行易于控制。 4.1.2方案确定从环境保护的方面考虑，采用合流制将生活污水、工业废水和降水全部送入污水厂进行处理排放，是最佳的选择，但污水厂的处理能力增加太多，截留干管的尺寸很大，增加了工程的总投资，晴天的时候会造成输水能力和处理的极大浪费，从经济上来看，几乎无法实现。分流制将污水全部送入污水厂进行处理，雨水不经过处理直接排入水体。这样，就可以减轻污水厂的压力，截留干管的尺寸也不会很大，虽然跟合流制相比较，管道系统由一个变成了两个，增加了建设初期的费用，但是污水处理厂的运行费用将减少。 根据集美区污水的情况，综合考虑各种排水体制的特点，经过经济效益、社会效益、环境保护各方面的比较，本设计采用的排水体制为分流制，即设置污水排水系统和雨水排水系统两个分别独立的排水系统。城市污水经过污水处理厂处理后排入水体，雨水经过雨水干管收集后直接排入河流中。4.2排水官网定线4.2.1污水管网的定线1确定排水区界及划分排水流域排水区界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。流域区界应与分水线相符合。在地形及丘陵地区，流域分界线与分水线基本一致。本设计中，设计区域内有明显的分水线，沈海高速位于分水线上，沈海高速将集美区划分为两个排水区界，沈海高速的北面为I区，南面为II区。2 污水主干管布置与定线在进行污水管道定线时，要在充分掌握资料的情况下综合考虑各种因素，使拟定的路线能因地制宜地利用有利条件而不免不利条件。管道的布置既要使管道的工程量为最小，又要使水流畅通节省能源。为了遵循“尽可能在管线较短，埋深较浅的情况下，让最大区域污水能自流排出”的原则。而地形又是影响管道定线的主要因素。根据集美区的地形图，将主干管设置在地形图的最东面东面，基本与等高线平行；根据主干管的走向将污水处理厂设计在河的下游；干管基本与等高线垂直布置，使所有污水都能够通过重力自流排出，应尽量让每根污水干管的流量平均分配，即让每条单独的干管管径尽量相同，来减少施工的难度和成本；在设计污水支管时，为便于用户接管排水，本设计采用的是低侧式布置。4.3排水管网设计计算4.3.1污水设计流量（1） 街坊生活污水设计计算 居民区生活污水设计计算流量，一般按居民区人口密度、污水量标准计算单位面积的平均污水流量，即比流量。然后用比流量乘以设计管段服务面积和总变化系数求得。式中，设计管段服务街区面积，；生活污水量的总变化系数；居住面积的本段平均流量。本设计中：区、区：人口密度分别为、；平均日居民生活污水定额分别为、。则区、区每公顷街区的生活污水平均流量分别为： 水力计算：从上流管段和旁侧管段流来的平均流量以及集中流量对着一管段是不变的，初步设计中，只计算主干管的流量。为了简化计算，工业区的集中排水量，一般按计算街坊生活污水流量的方法近似计算，包括在居住区内按面积计算。将各个街区编上号码，并按各个街区的平面范围计算它们的面积，为了简便计算，将所描各个区域近似规则图形计算，如区域1，由标注量出尺寸，然后根据本设计的比例，转化为实际长度，最终；其他区域同理可得相应的面积，将各个区域面积列入表4.3.1中。用箭头标出各个街区污水排出的方向。 表4.3.1 街区面积表 单位：ha街区编号街区面积街区编号街区面积街区编号街区面积街区编号街区面积13.9081.72154.37220.7821.8294.92163.64231.5832.66104.40172.07241.8044.76114.10182.88253.0454.40122.56194.03工厂甲2.2165.98131.84200.78工厂乙1471.80143.60213.12（2）区、区工业废水设计集中流量 工业企业生活污水及淋浴污水设计流量按下式计算:式中，一般车间最大班职工人数；高温车间最大班职工人数；一般车间职工生活污水定额，以计；高温车间职工生活污水定额，以计；一般车间生活污水量时变化系数，以计；高温车间生活污水量时变化系数，以计；一般车间最大班使用职工淋浴人数；高温车间最大班使用职工淋浴人数；一般车间职工淋浴污水定额，以计；高温、污染严重车间职工淋浴污水定额，以计；每班工作时数,；淋浴时间以计。则工厂区甲生活污水及淋浴污水设计流量：工厂区乙生活污水及淋浴污水设计流量：本设计中，工业区甲、乙废水设计集中流量下表所示 表4.3.2工业废水设计计算表 单位：L/s名称生产污水生活污水总污水量工业区甲3.8148.2052.01工业区乙24.1575.6399.78结论：根据以上的分析得出区域相应的面积即可算得各服务面积的排水量，以及相应管段的流量，如管段27-28：其他管段同理可得，然后列入表4.3.3中。 表4.3.3 污水干管设计流量设计表管段编号居住区生活污水量Q1集中流量设计流量(L/s)本段流量转输流量q2 (L/s)合计平均流量(L/s)总变化系数KZ生活污水设计流量Q1(L/s本段流量(L/s)转输流量(L/s)街区编号街区面积ha比流量q0(L/(s*ha)流量q1(L/s)12345678910111227-261 3.900.64 2.50 02.50 2.35.75 005.7511-10-2.502.502.35.57 005.7525-1021.820.641.1601.162.32.67002.6724-1071.800.641.1501.152.32.64 002.6410-9-4.814.812.311.06 0011.0622-932.66 0.64 1.7001.702.33.91003.9123-981.72 0.64 1.1001.10 2.32.53 002.539-8-7.617.61 2.216.74 0016.7421-844.760.643.0503.052.37.02007.0220-894.92O.643.15 03.152.3 7.25007.258-7- -13.8113.812.027.62 0 027.6218-754.400.642.8202.822.3 6.49006.4919-7104.400.642.8202.822,36.49006.497-5-19.4519.451.936.960036.966-565.980.643.8303.832.38.81008.815-4114.10O.642.6223.2825.901.949.210049.2138-39220.780.750.5900.592.3 1.36001.3639-17163.640.752.730.593.322.37.64007.6417-16-3.323.322.37.64 007.6437-36231.580.751.1901.192.3 2.74002.7436-16172.070.751.551.192.742.36.30006.3035-16工甲2.210.751.6601.662.33.8248.20052.0216-15-7.227.222.215.88048.2064.0832-33241.800.751.3501.352.33.11003.1133-15182.880.75 2.161.353.512.38.07 008.0734-15122.560.751.9201.922.34.42004.4215-14- 12.6412.642.025.28048.2073.4831-14131.840.751.3801.382.33.17003.1714-13194.030.753.0214.0217.042.034.08048.2082.2813-12-17.0417.042.034.08048.2082.2828-29253.040.752.2802.282.35.24005.2429-12200.780.750.592.282.872.36.60006.6030-12143.600.752.700 2.702.36.21006.2112-3-22.6122.611.942.96048.2091.164-3154.370.753.2825.9029.181.955.440055.443-2213.120.752.3448.5150.851.891.53048.20139.732-1工乙140.7510.5048.5159.011.7100.3275.6348.20224.154.3.2污水管道的水力计算（1） 设计充满度 在设计流量下，污水在管道中的水深和管道直径的比值称为设计充满度。我国的污水管道按非满流进行设计。详情见表4.3.4 表4.3.4 最大设计充满度管径或暗渠高最大设计充满度管径或暗渠高最大设计充满度（2） 设计流速 和设计流量、设计充满度相应的水流平均速度叫作设计流速。为了防止管道中产生淤积和冲刷，设计流速不宜过大或过小，应在最大和最小设计流速范围之内。我国规定污水管道的最小设计流速为，非金属管道的最大设计流速为。（3） 最小管径 在街区和厂区内的最小管径定为，在街道下为。（4） 最小坡度 相应于管内流速为最小设计流速时的管道坡度为最小设计坡度。管径为的最小设计坡度为；管径为的最小设计坡度为。（5） 管道的埋设深度 管道埋深是指管道内壁底部到地面的距离。规范规定：无保温措施的生活污水管道或温水与生活污水连接的工业废水管道，管地可埋设在冰冻线以下。埋设深度覆土厚度图4.3.1 管道埋深和覆土厚度示意图 （5） 控制点 在污水排水区域内，对管道系统的埋深起控制作用的地点称为控制点。通常离出水口最远的一点为控制点。为确定其标高，一方面要根据城市的竖向规划，保证排水区域内个点的污水都能排出，并考虑发展；另一方面不能因个别控制点而增加整个系统的埋深。在确定了设计流量后，便可以从上流管段开始依次进行主干管各设计管段的水力计算。本设计中列表计算。从管道的平面布置图上量出每一