第一节 给水管网课程设计任务书.pdf

给水管网课程设计给水管网课程设计 计算说明书计算说明书 姓 名 类维棋 学 号 6002212056 班 级 给排水 121 指导老师 李鹏程 课设时间 2014 12 26 12 30 第一节第一节 给水管网课程设计任务书给水管网课程设计任务书 1 1 课程设计目的课程设计目的 通过对中小城市给水管网的规划设计 要求进一步巩固和掌握城镇水源的选 择 管网的布置和管网平差计算的内容 同时培养使用相关设计手册和规范等综 合能力 1 2 工程概况工程概况 某镇位于亚热带地区 2010 年有人口 18 万人 城区面积 18 平方公里 至 2020 年将发展为 45 平方公里 人口自然增长率为 6 它是一个以农业为主的 大县 工业不甚发达 目前已形成了建材 纺织 机械 食品 水产品加工 矿 产品开发等一批支柱产业 根据计划安排为发展工业生产 要进一步完善市政基 础设施 特别重视供水这个先导产业 该镇位于昌江 乐安河交汇后的饶河之首 是一个古老的县城 南西二面临 水 地形东北高 西南低 标高为 12 00 米 25 00 米 地势较为平坦 气候属亚热带湿润型 年平均日照 2000 小时以上 年平均气温 16 7 17 7 7 8 月份为最高 平均达 29 4 极端最高温度 39 9 元月份气温最低 平 均为 4 9 极端最低温度 8 年无霜期为 273 天 年降雨量 1600 毫米 4 6 月为峰面雨季节 降雨量占全年 50 以上 该地区地基承载力为 15 20T m2 水源地出露地层有元古界板溪群石城组 自垩系下统田坂群 第四系中更新统残积层及全新统河湖三角洲淤冲积压层 河 湖三角洲淤冲积层 岩性自上而下为亚粘土 亚砂土 细砂及砂砾卵石层 主要 分布在县城的南部 昌江以南 组成级阶地 水位埋深一般为 0 5 3 米 地下水 位常年比河水位低 含水量厚 6 10 米 单井涌水量一般为 1325 4427 立方米每 日 局部地段水质较差 有轻度污染 该报告的结论认为 在红层断裂带建造 2 3 口井水量能满足扩建每日 50000 立方米的要求 而在含水量丰富的第四系淤 冲积层能否作为新辟供水水源地 还要进一步勘探 进行水质分析后才能决定 该镇地表水资源丰富 乐安河的水质已受污染 随着工业的发展 污染将加 剧 昌江的水质符合饮用水标准 昌江是饶河水系的主要支流 它发源于安省祁 门县 流长 600 余公里 最高洪水位 21 99 米 吴淞 常年水位 15 32 米 最枯 水位 12 62 米 最大流量 7 92 立方米 秒 最小流量 1 28 立方米 秒 相应最大流 速 3 73m s 最小流速 0 023m s 1 3 设计内容和基本要求设计内容和基本要求 要求根据该镇的近期发展要求 对该镇的给水管网进行初步设计 具体内容 如下 1 根据现有资料选择该镇的水源 并确定给水处理厂的位置 2 根据该镇的规划平面图进行城市给水管网定线 3 按水量变化资料进行流量计算 并分配流量 选定管径 确定控制点的水压 等 4 进行管网平差计算 同时校核是否满足消防时流量要求 并确定水泵流量和 扬程 5 绘制城市给水管网平面布置图 要求 1 绘制管网平面布置图 2 计算说书一份 包括水力计算简图 第二节第二节 给水管网设计计算给水管网设计计算 2 1 最高日设计用水量最高日设计用水量 2 1 1 城市用水量分类和用水量定额城市用水量分类和用水量定额 有给水系统统一供给的城市用水量为规划设计范围内的居民生活用水 公共 设施用水 工业用水及其他用水的水量总和 主要包括以下分类 1 居民生活用水量 2 公共设施用水量 3 工业企业生产用水量和工作人员生活用水量 4 消防用水量 5 市政用水量 主要指道路和绿地浇洒用水量 6 未预见用水量及给水管网漏失水量 其中 4 消防用水量通常存放在清水池中 并不在最高日设计用水量中 但要进行消防工况校核 2 1 2 城市综合生活用水量的计算城市综合生活用水量的计算 该城市 2010 年总人口为 18 万人 到 2020 年人口数量为 18 1 6 10 32 24 万人 查给水排水管网系统第二版教材表附录 2 该镇位于江西 是属于一区 人 口不满 50 万的城市 综合生活用水定额取 370L cap d 所以 最高日综合生活用水量 Q1 qNfQ 1 370 L cap d 322400 119288m3 d Q1 城市最高日综合生活用水 q 城市最高日综合用水量定额 cap d 城市设计年限内计划用水人口数 f 城市自来水普及率 采用 f 100 2 1 3 工业企业生产用水量和工作人员生活用水量工业企业生产用水量和工作人员生活用水量 该地区是以农业为主的大县取 Q2 0 2 1 4 消防用水量消防用水量 Q3 0 2 1 5 市政用水量市政用水量 Q4 0 2 1 6 城市的未预见水量和管网漏失水量按最高日用水量的城市的未预见水量和管网漏失水量按最高日用水量的 20 计算 计算 Q5 20 Q1 Q2 Q3 Q4 23857 6m3 d 所以最高日设计用水量为 Qd Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 143145 6m3 d 2 1 7 供水管网设计流量的计算供水管网设计流量的计算 室外给水设计规范 GB50013 2006 规定 在缺乏实际用水资料情况下 最高日城市综合用水的时变化系数宜采用 1 3 1 6 取时变化系数 1 3 所以供水管网设计流量 即最高日最高时设计用水量为 Qs Qs KhQd 86 4 2153 8L s 2 2 设计流量分配与管径设计 给水管网系统计算简图如图所示 5 10 4 10 13 4 3 9 9 12 3 8 2 8 11 2 7 5 1 7 1 6 6 2 2 1 按管段配水长度进行沿线流量分配 计算比流量 管段编号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 管道长度 m 435 1521 726 954 1570 2366 968 2791 927 681 2616 1538 1007 配水长度 m 0 1521 726 954 1570 1183 968 2418 727 681 1742 1288 1007 ql Qh qni l mi 2153 8 1521 726 954 1570 1183 968 2418 727 681 1742 1288 1007 0 145675L s 各节点的地面高程为 节点编号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 高程 m 25 81 24 24 5 24 8 26 21 4 20 5 20 25 8 26 08 节点设计流量按下式计算 Qj qmj qsj 1 2 qmi i Sj j 1 2 3 N N 管网图的节点总数 Qj 节点 j 的节点设计流量 qmj 最高时位于节点 j 的集中流量 qsj 位于节点 j 的供水设计流量 qmi 最高时管段 i的沿线流量 Sj 节点 j 的关联集 即与节点 j 关联的所有管段编号的集合 沿线流量 qmi qllmi ql 比流量 lmi 配水长度 各管段的沿线流量分配与各节点设计流量计算见表 管段或 者节点 编号 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 1 0 0 0 2153 8 2153 8 2 1521 221 57 352 025 352 025 3 726 105 76 257 48 257 48 4 954 138 97 195 71 195 71 5 1570 228 71 119 085 119 085 6 1183 172 33 200 52 200 52 7 968 141 01 156 67 156 67 8 2418 352 24 373 51 373 51 9 727 105 91 322 89 322 89 10 681 99 20 175 9 175 9 11 1742 253 77 12 1288 187 63 13 1007 146 69 合计 14785 2153 79 2153 79 2153 8 0 01 2 2 2 初步拟定的管段设计流量及选取经济流速 管径标准化 利用节点流量连续性方程在遵循下列原则的前提下 对管段进行流量初分配 1 体现供水的目的性 从水源或多个水源出发进行管段流量分配 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 2 体现供水的经济性 向主要供水方向 如通向密集用水区或用水大户 分配 较多的流量 向次要供水方向分配较少的流量 特别注意不能逆向流 3 体现供水的可靠性 应确定两条或两条以上平行的主要供水方向 并且应在 各平行供水方向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 2 2 3 流量初分配 分配结果见下表 管 段 编 号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 管 段 流 量 L s 1076 9 720 71 231 615 17 9525 360 355 159 835 3 165 350 365 259 09 101 1425 720 71 231 615 17 9525 下表为不同管径下对应的流量和经济流速 管径 mm 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 经济流速 m s 0 6 0 7 0 8 0 9 1 1 2 1 4 1 6 1 8 2 流量 L s 4 71 21 98 61 452 113 04 196 25 339 12 538 51 803 84 1144 53 1570 由初分配的流量找到相近流量得到初分配流量下的经济流速 根据公式 v D Avq 4 2 式中 D 管段直径 m q 管段设计流量 m3 s A 管段过水断面的面积 m2 v 设计流速 m s 得到其管径的大小 选定市场上可以买到的管径作为设计管径 当管内流速很大 但管径很小时 沿程水头损失就很大 能量浪费过多 与实际情况不符 沿程水 头损失按照公式 hf 10 67q1 852 Cw 1 852 D4 87 l 流量不变 管长不能改变的情况下 只能通过增大管径来降低水头损失 保证管 径符合要求的情况下 水头损失尽量小 用 选用管径 表示最后所用的管径 Cw 取 110 具体计算结果见下表 管 段 编 号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 管 段 流 量 L s 1076 9 720 71 231 615 17 9525 360 355 159 835 3 165 350 365 259 09 101 1425 720 71 231 615 17 9525 经 济 流 速 m s 1 8 1 6 1 2 0 7 1 4 1 0 6 1 4 1 2 0 9 1 6 1 2 0 7 计 算 管 径 873 757 495 33 328 451 82 319 275 378 757 246 33 设 计 管 径 900 800 500 100 400 500 100 400 300 400 800 300 100 选 用 管 径 900 800 500 300 700 500 200 800 500 400 800 600 300 2 3 平差计算 环能量方程中 各管段的水头损失的代数和一定为零 但人为分配的流量会产生 水头损失闭合差 应不断校正流量 使水头损失闭合差不断减小不断校正管段流 量的过程 称为管断流量平差 让其允许闭合差小于 0 5m 计算结果见附表 1 2 4 设计工况水力分析设计工况水力分析 该镇管网设计节点数据 节点编号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 地面标高 25 81 24 24 5 24 8 26 21 4 20 5 20 25 8 26 08 要 求 自 由 水压 m 一 20 20 20 20 20 20 20 20 20 服 务 水 头 m 一 44 44 5 44 8 46 41 4 40 5 40 45 8 46 08 利用哈代 克罗斯法将管网中的流量进行调整 qk 1 hk 0 z n i Rk i 0 k 1 2 3 L 规定回路中的管端流量和水头损失的方向以顺时针为正 逆时针为负 采用海曾 威廉公式 海曾 威廉系数CW取 110 计算 允许闭合差 0 5m 管段流量取用平差以后的流量 节点水头 节点自由水压 地面高程 假定节点 10 为控制点 即节点 10 的水头已知 H10 46 08m 根据能量方程求出其他节点的节点水头 计算结果见下表 设计工况水力分析计算结果 2 5 确定控制点确定控制点 假定控制点后得到其他节点水头 供压差额 服务水头 节点水头 负值表示此节点水头可以满足要求 正值表示 管段或节点编号 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 管段流量 L s 785 68 271 055 40 4425 358 33 5 157 81 5 1 145 285 39 5 219 65 78 652 5 657 76 257 14 5 34 902 5 管段压降 m 5 10 3 35 1 56 2 36 4 00 0 02 1 43 2 27 0 32 6 31 2 65 1 25 节点水头 m 55 78 50 68 47 33 45 76 53 15 49 8 49 78 48 35 46 08 地面标高 m 24 24 5 24 8 26 21 4 20 5 20 25 8 26 08 自由水压 m 31 78 26 18 22 53 19 76 31 75 29 3 29 78 22 55 20 不能满足要求 正值越大 越难满足 正值最大的点就是真正的控制点 即 5 号节点是控制点 所有的节点水头同时加上 5 号节点的供压差额 得到水头调整 值 此时 5 号节点水头刚好等于其服务水头 偏于安全 具体计算结果见下表 节点编号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 节点水头m 55 78 50 68 47 33 45 76 53 15 49 8 49 78 48 35 46 08 服务水头m 44 44 5 44 8 46 41 4 40 5 40 45 8 46 08 供压差额m 11 78 6 18 2 53 0 24 11 75 9 3 9 78 2 55 0 节 点 水 头 调整 m 56 02 50 92 47 57 46 53 39 50 04 50 02 48 59 46 32 自由水压m 32 02 26 42 22 77 20 31 99 29 54 30 02 22 79 20 24 2 6 泵站扬程设计泵站扬程设计 在完成设计工况水力以后 泵站扬程可以直接根据其所在管段的水力特性确 定 输水管用两条 设泵站位于管段 1 节点 1 为清水池 清水池最低设计水位标高为 24 00m 该管段起端节点水头为 HFi 终端节点水头为 HTi 忽略局部水头损失 泵站扬程 hp1 HTi HFi l q DCW 1 852 1 87 4 1 852 1 2 1 67 10 56 02 24 00 10 67 1101 852 0 94 87 2 1538 2 1 852 435 33 49m 忽略水泵内部水头损失 水泵吸压水管道设计流速为 2m s 局部阻力吸水考虑 8 hm v2 2g 8 22 2 9 81 1 63m 水泵扬程Hp 33 49 1 63 取 36m Qp 2153 8 3 717 9L s 查阅给水排水工程快速设计手册附录 选用 4 台 24sh 19 型泵 3 用 1 备 七 七 消防工况校核消防工况校核 7 1 消防时管网平差计算 根据 建筑设计防火规范 32 24 万人的小城市的同时发生火灾次数为两次 一次灭火用水量为 65L s 消防流量一般加在控制点上 还有一处应放在离水泵 站较远 靠近大用户 居民密集区或重要的工业企业附近的节点上 在本城市中 消防流量加在 5 和 10 两个节点上 故室外消防用水量总量为 130L s 将消防用 水量加入管网总流量中 即 Q 2153 8 130 2283 8L s 再对整个管网进行流量分配 结果如下表 由上表各管段流量 管网环划分及管段流向均与最高用水时管网