给水管网课程设计-徐州市新安县给水管网设计.doc

徐州工程学院课程设计（论文）给水管网课程设计徐州市新安县给水管网设计学生姓名廖志鹏学院名称环境工程学院专业名称给水排水工程指导教师陈斌2012年10月31日1徐州工程学院课程设计（论文）前言水是人类生活、工农业生产和社会经济发展的重要资源，科学用水是人类社会发展史上最重要的社会活动和生产活动内容之一。特别是在近代历史中，随着人类居住和生产的城市化进程，给水排水已经发展成城市建设和工业生产的重要基础设施，成为人类生命健康安全和农业生产发展的基础保障，同时牧野发展成为高等教育人才培养的重要专业领域。给水工程的任务是向城镇居民、工矿企业、机关、学校、公共服务部门及各类保障城市发展和安全的用水个人和单位供应充足的水量和安全的水质，包括具名家庭生活和卫生用水、工矿企业生产和生活用水、冷却用水、机关和学校生活用水、城市道路喷洒用水、绿化浇灌用水、消防以及水体环境景观用水等。目录1.课程设计的原始数据11.1原始资料12.给水管网设计12.1用水量确定12.1.1居民综合生活用水（包括居民生活用水和公共建筑用水）12.1.2工业企业用水定额22.1.3浇洒道路和绿化用水22.1.4未预见用水量及管网漏失水量22.1.5消防用水量22.1.6最高日及最高时用水量32.1.7输水管径的确定32.2给水系统的选择和管网定线32.2.1给水系统的选择32.2.2管道的定线42.3清水池和水塔容积计算42.3.1清水池容积设计52.3.2水塔容积及高度计算52.4设计流量分配和管径设计62.4.1节点设计流量计算：62.4.2比流量计算72.4.3沿线流量计算72.4.4流量的初次分配82.4.5管径的设计计算及管道的选择82.4.6管网平差的计算102.4.7节点水压计算122.4.8泵的选择132.4.9管网消防校核计算143. 结论16参考文献17徐州工程学院课程设计（论文）1.课程设计的原始数据1.1原始资料1)新安镇位于苏北地区，城镇设计居住人口为 2.5万。 城市地形图见另页，比例为1：20000，设计房屋卫生设备标准为室内有卫生设备但无淋浴设备，城市建筑按六层考虑，居住区时变化系数为1.41.8。浇洒道路用水为50100m3/d，绿地用水为50100m3/d，未预见用水量按最高日用水量的1525%计算，消防用水量、水压及延续时间按规范要求确定。总面积约为6700300020100000m22)该城镇各企业单位最高集中用水量为：甲企业：3000m3/日；乙企业：3500m3/日；丙企业：2300m3/日；3)该地区最大冻土深度30厘米。4)该地区地下水位深度450厘米。5)该城镇最高日用水量变化曲线见图1。图1 新安镇最高日用水量变化曲线2.给水管网设计2.1用水量确定2.1.1居民综合生活用水（包括居民生活用水和公共建筑用水）根据新安镇当地国民经济和社会发展规划、城市总体规划和水资源充沛程度结合给水专业规划和给水工程发展的条件综合分析确定。由于缺乏实际用水资料查室外给水设计规范中“综合生活用水定额”表。新安镇位于苏北地区，属一区中小城市，采用最高日额定值140230L/capd的居民生活用水定额1414徐州工程学院课程设计（论文）200L/capd，采用最高日额定值220370L/capd的综合生活用水定额300L/capd。 居民生活用水量=20025000等于5000m3/d居民综合生活用水量Q1=30025000等于7500m3/d根据新安镇性质、较小的规模、国民经济与社会发展较大潜力、城镇供水系统和较大的用水变化幅度，最高日城市综合用水时变化系数采用Kh=246100=1.44。 给水管网系统的功能是向各种不同类型的用户供应满足要求的水质、水量和水压。生活饮用水的水质必须符合现行的生活饮用水卫生标准的要求，生活饮用水管网上的最小服务水头按建筑层数确定，最高建筑为六层楼。 2.1.2工业企业用水定额 新安镇内共有三座工厂，都作为大用户从管网中以集中流量形式取水，对水质、水量和水压的要求应根据生产工艺要求确定。甲企业：3000m3/日；乙企业：3500m3/日；丙企业：2300m3/日；工业企业用水量Q2=3000+3500+2300=8800m3/d2.1.3浇洒道路和绿化用水根据路面状况、绿化状况、气候和土壤等条件确定，这里去生活用水量与工业企业用水量的5%Q3=（Q1+Q1）5%=815m3/d2.1.4未预见用水量及管网漏失水量城镇未预见用水量及管网漏失水量按最高日用水量的20%合并计算。Q4=20%（Q1+Q2+Q3）=3423m3/d2.1.5消防用水量 室外消防用水量的计算 城市、居住区的室外消防用水量 人数（万人）同一时间内的火灾次数（次）一次灭火用水量（L/s）1.01102.51155.022510.023520.024530.0255 因为该镇人数为2.5万，所以室内消防用水量的计算用同一时间内发生1次火灾，消火栓工作10min的水量，流量取15L/s。 共： 3600152=108000L=108m3 2.1.6最高日及最高时用水量 最高日 Q5=7500+8800+815+3423=20538m3/d 最高日最高时 Q6=1.4420538241232.28m3/h=0.3423m3/s=342.3L/s2.1.7输水管径的确定根据给水工程性质确定输水管根数为2条，设置连通管，由最高日最高时用水量确定输水管及连通管管径。设计流速为v=1.2m/s；所以输水管径取D=600mm校核流速：v=1.20m/s，符合要求2.2给水系统的选择和管网定线2.2.1给水系统的选择该城镇濒临河流，从技术经济比较综合考虑，从水量充沛可靠性、水质、农业水利综合利用、取水输水净水设施的安全经济维护和施工条件等方面评价，选择直接作为给水水源。因为水源地只有一处，且位于城镇边缘河岸附近，所以采用单水源统一给水的管网系统。而且要在城镇西南侧的高地上设置高位水池以求缓解管网的供水压力。 在给水管网布置中遵循了以下几点原则： 1按照城市总体规划，结合当地实际情况布置给水管网，要进行多方案技术经济比较 2主次分明，先搞好输水管渠与主干管布置，然后布置一般管线于设施 3尽量缩短管线长度，节约工程投资与运行管理费用 4协调好与其他管道、电缆和道路等工程的关系 5保证供水具有安全可靠性 6尽量减少拆迁，少占农田 7管渠的施工、运行和维护方便 8远近期结合，留有发展余地，考虑分期实施的可能性。管网布置的形式有树状网和环状网两种基本形式。 采用三个环组成的管网系统。考虑到县城中心人口密集需要的供水保证率高，而且县城中心交通发达，道路连接成环，干管敷设在街道下，可通过分配管就近分配给两侧用户，所以按干管和连接管长度的规定，本次设计将给水管网布置成环状网形式，当任一段管线损坏时，可以关闭附近的阀门，与其余管段隔开，然后进行检修，水还可以从另外管线供应用户，断水的地区可以缩小，从而增加供水可靠性。环状管网可以大大减轻因水锤作用产生的危害。2.2.2管道的定线定线时干管的延伸方向和二级泵站输水到水塔、大用户的水流方向基本一致，从用水量较大的街区通过。从经济来说，给水管网布置成一条干管接出许多支管，形成树状管网的费用最低，但主要从供水的可靠性考虑，布置成有四条主要供水方向的环状管网。为了便于规划、设计和运行管理，运用简化和抽象的手段，将给水管网模型化，以便于用图形和数据表达分析系统。运用宏观等效原则和小误差原则，将管线进行简化，并进一步抽象，使其成为仅有管段和节点两类元素组成的管网模型。节点只能传递能量，不能改变水的能量，即节点上水的能量是唯一的，但节点可以有能量的输入或输出，管段只能输送水量，而不允许改变水量，即管段中间不允许有流量的输入和输出，但管段中可以改变水的能量，水头损失、加压、降压。所以新安镇给水管网可简化抽象为3个环12个节点和14个管段。2.3清水池和水塔容积计算清水池与水塔调节容积计算表小时供水处理供水供水泵站供水量（清水池调节容积计算(水塔调节容积计算量（设置水塔不设水塔设置水塔1234（2）-（3）（3）-（4）014.172.362.501.811.81-0.14-0.14124.172.362.501.813.62-0.14-0.28234.162.361.501.805.420.860.58344.172.361.501.817.230.861.44454.172.362.501.819.04-0.141.30564.164.913.50-0.758.291.412.71674.174.914.50-0.747.550.413.12784.174.915.50-0.746.81-0.592.53894.164.926.00-0.766.05-1.081.459104.174.915.00-0.745.31-0.091.3610114.174.924.50-0.764.550.421.7811124.164.925.50-0.763.79-0.581.2012134.174.925.00-0.753.04-0.081.1213144.174.924.50-0.752.290.421.5414154.164.905.00-0.741.55-0.101.4415164.174.905.00-0.730.82-0.101.3416174.174.905.50-0.730.09-0.600.7417184.164.905.50-0.73-0.64-0.600.1418194.174.915.00-0.74-1.38-0.090.0519204.174.915.00-0.74-2.12-0.09-0.0420214.164.914.50-0.75-2.87 0.410.3721224.174.914.00-0.74-3.61 0.911.2822234.172.363.001.81-1.80-0.640.6423244.162.363.001.800-0.640累计100100100调节容积=12.65调节容积=3.402.3.1清水池容积设计W=W1+W2+W3+W4 式中： W1清水池调节容积（m） W2消防贮备水量（m），按2小时室外消防用水量计算； W3给水处理系统生产自用水量（m），一般取最高日用水量的5%10%； W4安全贮备水量（m）。W3=(W1+W2+W3)6W1=12.65%20538=2598m3W2=108m3W3=8%20538=1643m3得W4=725m3所以W=5074m32.3.2水塔容积及高度计算W= W5+W6式中： W5水塔调节容积（m） W6室内消防贮备水量（m），按10分钟室内消防用水量计算。W5=3.40%20538=698m3当缺乏资料时，一般水塔容积按最高日用水量的2.5%3%至5%6%计算，城市用水量大时取低值。 W=698m2.4设计流量分配和管径设计管网用水户分为两类:一类称为集中用水户,另一类称为分散用水户。集中用水户直接从节点上取水,分散用水户从管段沿线取得用水,为了提高计算精度和合理性,配水长度不一定是实际长度,管段配水长度确定原则为:两侧无用水的输水管;配水长度为零,单侧用水管段的配水长度取其实际长度的50%,只有部分管长配水的管段按实际比例确定配水长度,两侧全部配水的管段配水长度等于实际长度。由于管网的模型化,管段不允许有流量的输入和输出,所以沿线流量应转移到管段两端的节点上。集中流量可以直接加到所处节点上,沿线流量将一分为二,分别加到两端节点上,得出节点流量,供水泵站或高位水池的供水流量也应从节点处进入管网系统,其方向与用水流量方向不同,应作为负流量。2.4.1节点设计流量计算：集中流量一般根据集中用水户在最高日的用水量及时变化系数计算，应逐项计算，即: qni=KhiQdi/86.4 式中 qni各集中用水户的集中流量，L/s；Qni各集中用水户最高日用水量，m3/d；Kni各集中用水户最高日用水量时变化系数。沿线流量一般按管段配水长度分配计算，即:qmi=qllmi=（Qh-qni）/lmi 式中 qmi各管段沿线流量，L/s； lmi各管段沿线配水长度，m；ql按管段配水长度分配沿线流量的比流量，L/（sm）。qn甲=1.44300086.4=50.00L/sqn乙=1.44350086.4=58.33L/sqn丙=1.44230086.4=38.33L/s 各管段长度和配水长度 管段编号1234567管段长度（m）8707102970480221021503100配水长度（m）03551485 240110510753100管段编号891011121314管段长度（m）215031001430310014306901500配水长度（m）1075310071515507150750 最高时集中用水流量集中用水户名称甲企业乙企业丙企业集中用水流量（L/s）50.0058.33 38.33所处位置节点编号9872.4.2比流量计算按管段配水长度进行沿线流量分配，先计算比流量L/(sm): L =15625m 式中：qs比流量（L/s.m）； Qd管网总水量； Q大用户集中用水量总和； L干管计算总长，应考虑干管配水情况确定各管段计算长度2.4.3沿线流量计算qi=qs.Li 式中：Li第i个管段的计算长 (m) 管网中节点7、8、9出有集中流量分别为：甲企业3000m3/d；乙企业3500m3/d；丙企业2300m3/d；泵站设计供水流量=Qh4.97%6%=283.54L/s 水塔设计供水量=Qh-泵站设计供水量=342.30-283.54=58.76L/s 最高时管段沿线流量分配与节点设计流量计算管段或者节点编号管段长度（m）管段配水长度（m）管段沿线流量（L/s）节点设计流量计算（L/s）集中流量沿线流量供水流量节点流量18700 00.00 283.54-283.542710355 4.436.906.9032970148518.2311.5011.5044802403.0012.0412.04522101105 13.818.418.41621501075 13.4433.0033.00731003100 38.7538.3330.7969.1282150107513.4458.3311.4169.74 931003100 38.7550.0011.4161.411014307158.9414.3814.38113100 155019.3814.3814.38121430715 8.940 58.76-58.76136900 0.00141500750 9.38合计15625190.81146.66154.21300.930.00 2.4.4流量的初次分配 在满足各节点连续性条件 的基础上进行流量分配，但同时应考虑供水安全性和经济性，所以平行管应尽量分配相近数量的流量。各管段初分配流量见下表。管段设计流量分配通常应该遵循下列原则：1从水源或多个水源（指供水泵站或水塔等在最高时供水的节点）出发进行管段设计流量分配，使供水流量沿较短的距离扩散到整个管网的所有节点上去，这一原则体现了供水的目的性。 2在遇到要向两个或两个以上方向分配设计流量时，向主要供水方向（如通向密集用水区或大用户的管段）分配较多的流量，向次要供水方向分配较少的流量，这一原则体现了供水的经济性。 3确定两条或两条以上平行的主要供水方向，并且在平行供水方向上分配相接近的较大流量，垂直主要供水方向的管段上也要分配一定的流量，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，这一原则体现了供水的可靠性。 2.4.5管径的设计计算及管道的选择管段设计流量确定后，结合技术上允许的经济流速和当地的经济条件来确定经济管径。主要原则是：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。 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管段设有对置水塔时，在水塔供水的分界区域，管段设计流量可能特别小，选择管径是要适当放大，因为当水塔转输时，这些管段可能需要输送较大的流量。 6重要的输水管（或向远离主管网大用户供水的输水管）在未连成环状网且输水末端没有保证供水可靠性的储水设施时，应采用平行双条管道每条管道直径按设计流量的50%确定。 管径计算公式： 式中：D 管道直径； q 管段流量； V 流速，m/s；流速按经济条件考虑一般管径400时选V=0.60.9m/s，管径400时选v=0.91.4m/s； 管网流量初次分配及管径选择管段编号流量初次分配q（L/S）管径mm流速1283.535001.4274.603001.2365.403000.9455.773000.9549.042500.9675.182500.6752.543000.9883.413001.295.001000.61019.282000.6117.781000.61217.222000.61313.501500.614203.414501.2管道的选择：.输水管道及配水管网是给水工程中的重要组成部分在投资比重上占有工程总金额的很大比例，而管材又是构成管网的主要内容，选择管材的基本原则是：能承受要求的内压和外荷载，使用性能可靠，维修工作量少，施工方便，使用年限长，内壁光滑，输水能力基本保持不变，造价低。据有关资料介绍，目前用于给排水输水工程的管渠主要有明渠、暗渠，有现浇钢筋混凝土管、混凝土管，钢筋混凝土管、丹麦管，蕊模振动成型工艺的钢筋混凝土管，石棉水泥管，自应力钢筋混凝土铸铁管，普压灰口铸铁管，焊接钢管，无缝钢管，聚氯乙烯管，UPVC管，玻璃纤维缠绕成型复合管和离心浇铸成型玻璃纤维增强复合管，HOBAS管等。（1）用自流渠道输送大水量源水，有就地取材的优点，但往往受地形所限，选择线路困难，增加渠道长度。而开敞的明渠有易污染，渗漏及发生用水争端等弊端，不宜广泛采用。（2）现浇钢筋混凝土渠道由于现场制作可节省管材运输费用，一般比相似口径钢管减少投资约40%。但低压渠道受内压所限，长距离输送。要增加中途泵站，当需增加输水量时不能升压。且因密闭性较差，不宜用作输送出厂水。（3）预应力钢筋混凝土管，价格较低，承受一定压力。但因配件不全，接口尺寸欠精确造成渗漏及不能承受较高压力等原因，不宜继续用于输配水管网，并应将质量较差的管道逐步更新。管口有三种做法，承插、企口和平口。为克服预应力钢筋混凝土管存在的缺陷，近年引进钢套筒预应力钢筋混凝土管，PCCP管，生产技术。由于管身中央有12mm厚的钢板，可保证其不透水性，其接口采用钢环承插口，橡胶圈止水可防渗漏，在国外已使用50年，事故率低。其价格比预应力钢筋砼管略高，但比钢管节省钢材7080%，且不易腐蚀，是大水量输水管较为理想的材料。2.4.6管网平差的计算采用哈代克罗斯法则立标进行管网平差。当各环闭合差小于1.0m时，停止平差计算，消除闭合差，使各环闭合差等于零，然后分析计算结果。对管网水头损失和流量过大或过小的要适当调整管径重新平差计算。环状网校正流量计算公式：各管段流量计算公式： 平差计算见表环号管段编号流量初次分配第一次平差第二次平差管径流速管长1000iq（L/S）h（m）s|q|q（L/S）h（m）s|q|q（L/S）h（m）DN127105.8874.604.1755.89881.490.4556.44983.590.47297.811.2329704.5065.401.37204.434 72.291.47204.45475.581.05326.990.944803.4255.771.6429.40662.661.8429.39765.95 0.19305.450.9522106.7849.041.98305.465 55.931.70305.38258.030.77286.520.9731003.09-52.54-9.58182.337-46.1-0.84182.430-44.55-0.81251.050.91415009.20-203.41-1.867.843-196.97-1.3367.828-194.87-1.3210.78 845.3831.29845.94 0.35q=6.89 q=0.822821507.10-83.41-1.82213.643-82.96-0.39-47.01-82.41-0.39295.701.2731003.0952.549.58182.33746.100.2554.2346.650.81256.900.96215015.575.1833.33443.33575.630.1722.4876.180.17402.070.69310010.00-5.00-3.006200.000-4.55-0.00-0.000-4.400.0096.630.6-5.917039.315-0.0329.700.59q= 0.45q=0.55 31014303.80-19.28-5.43281.639-17.88-4.701262.86-17.48-0.46192.600.69310010.005.003.006200.0004.555.4231191.874.950.59102.490.61214302.9617.224.23245.64518.622.248120.7319.020.23200.900.6 11310022.8-7.78-7.689084.833-6.38-4.701736.68-5.98-0.56112.650.6-4.881581.117-1.732312.14-0.20q= 1.40q= 0.40经平差后，环闭合差精度小于1m.2.4.7节点水压计算由平差结果计算各管段水头损失和各节点地面标高，以管网已知水压点（在此为管网压力控制点）推算各节点水压和自由水压。管网需满足六层水压计28m，出水水头计为70.2m，最不利点节点12需保证至少98.20m的水压。节点水压计算见表 节点水压计算表节点（管段编号）编号12345678地面标高62.863.162.865.165.566.768.663.5节点流量-283.546.9011.5012.048.4133.0069.1269.74管段长度87071029704802210215031002150管段直径500300300300250250300300管段压降0.300.773.350.591.972.074.010.69节点水头103.47103.47103.00101.95101.76100.82100.6599.84自有水压40.6740.3740.236.8536.2634.1232.0536.34节点（管段编号）编号91011121314地面标高63.863.769.970.2节点流量61.4114.3814.38-58.76管段长度31001430143031006901500管段直径100200100200150450管段压降4.8010.566.761.530.300.40节点水头99.4599.4598.9998.20自有水压35.6535.7529.0928.232.4.8泵的选择该县水源地亦在节点1处，水厂在1处设置，清水池、泵站均置于厂内，所以从清水池到泵站再到节点1的管段沿程水头损失和局部水头损失均可忽略不计。 泵站至少应提供的水头为28+7.4=35.4m。 由供水可靠性原则,以及发生事故时水可以及时送出,仍满足用户对水量、水压的要求,选取比设计泵站扬程较大一点的水泵。这样对工程投资会有所增加,但相对于选用较大管径来减小管段的水头损失所带来的工程增加投资要小许多。 由最高时工况水泵提供流量90.90L/s及至少应满足的水头35.4m选用6sh-9型水泵6台,四用两备。同时确定高位水池高度应为1.6m2.4.9管网消防校核计算根据城市规模查规范可确定消防和算是同时失火点数。若一处可将着火点放在管网控制点；若两处则为一处应放在离二泵站较远或较近大用户和工业企业用水量大的地方。消防校核在最高日最高时基础上，再确定的着火点上增加一次消防水量，采用简化法，在图上直接进行平差计算，若二泵站水厂水压变化太大应考虑调整个别管径。 该城镇位于苏北地区，设计居住人口为2.5万人。经查规范，同一时间内火灾次数为1次，一次灭火用水量15L/s，消防用水量为50L/s。工业区各企业单位用水量：甲企业：3000m3/d；乙企业：3500m3/d；丙企业：2300m3/d，消防校核见表环号管段编号流量初次分配第一次平差第二次平差管径mm流速管长1000iq（L/S）h（m）s|q|q（L/S）h（m）s|q|q（L/S）h（m）m/s127105.8874.604.1755.898254.022 129.81 0.511 255.692 1.31 3001.2329704.5065.401.37204.434 146.009 65.65 0.450 147.679 2.60 3000.944803.4255.771.6429.40653.685 6.45 0.120 55.355 0.30 3000.9522106.7849.041.98305.465 -36.692 -2.16 0.059 -35.022 -2.06 2500.9731003.09-52.54-9.58182.337-134.934 -14.44 0.107 -133.264 -1.70 3000.91415009.20-203.41-1.867.843185.30 1.247 0.44 10.78 845.383q=-74.32 2821507.10q=6.89 44.626 2.20 0.049 44.926 2.20 3001.2731003.09-83.41-1.82213.643-3.948 -1.00 0.253 -3.648 -1.00 3000.96215015.552.549.58182.337-61.