城市给水管网课程设计.docx

1.6.1 城市概况宜都市位于湖北省西南部山区向江汉平原过渡地带，位于东径1100511135，北纬30053036。东接松滋，北临宜昌、枝江，西南与长阳、五峰毗邻。全市总面积1357平方公里，其中山区122平方公里，丘陵1078平方公里，平原157平方公里。地势由西南向东北倾斜，西南部山地丘陵交错，南有武陵山脉延伸，西是巫山山脉蜿蜒入境。东北部是长江清江的沿江平原。西南部最高山峰海拔1084米，东部最低河滩地海拔仅38米，河床边界条件多为沙壤土，亚沙壤土组成，抗冲击能力弱，汛期外江水位常高于内地，历来为洪涝灾害灾区。2001年3月，随行政建制调整，全市现辖5镇4乡一个办事处。据统计2001年宜都市总人口约38.2万人，陆城总人口约9.3万人。2001年国内生产总值32亿元，按现行价格计算的全部工业总产值45.6亿元。宜都市内河流纵横，水系发达。长江自宜昌仙人桥进入市境，自洋溪官洲出境长达46公里；清江自长阳搬鱼咀进入市境，至陆城三江汇入长江，蜿蜒41公里；渔洋河自五峰渔洋关马勒坡进入市境，至陆城以西两公里刘家咀汇入清江，逶迤55公里。市内除长江清江外，干支溪河长度在45公里，集水面积在3平方公里以上的有39条，河道总长419公里，集水面积为1338.6平方公里（含邻县与湖泊其他汇流面积588.2平方公里）。1.6.2 自然条件(1)地质地貌宜都市位于鄂西南部山区向江汉平原的过度地带，以丘陵地形为主，并兼有少量的山地和平原。海拔5060米的地貌可分为长江高漫滩地I、II级阶地及高阶地。地层自上而下为亚粘土、卵石层、基岩，基岩一般以红砂岩为主，夹少量泥岩，砂岩呈互层状分布。高阶地、II级阶地均具有较高的承载能力1.55公斤/平方厘米，可作为良好的建筑地基，陆城地区正好处于长江南岸II级阶地上，区内无明显的构造断裂，仅发现局部有少量褶曲现象。地层容性稳定，边坡并无崩塌或滑坡等不良物理现象，从历史上看，宜都邻近及更远的外围未发生过较大的破坏性地震。本区处在地震相对稳定地带，从1987年公布的全国地震烈度区划图和湖北省地震烈度区划图上，都将该区划为六度地震区。(2)气象宜都市气候属于中亚热带向北亚热带过渡的大陆性季风湿润型气候。年平均气温：16.7年极端最高气温：40.8年极端最低气温：-13.8累年年平均降雨量：1224mm历史一日最大降雨量：183.9mm累年平均降雨天数：136天历年最大积雪深度：34cm累年最多风向及频率：SE/13%累年平均风速：8m/s历年最大风速：28m/s(3)水文长江：（陆城区域、黄海高程）历年最高水位：51.11m1水位：50.06m历年最低水位：35.36m历年平均水位：40.78m历年最大流量：71900立方米/秒历年最小流量：2720立方米/秒历年平均流量：13350立方米/秒清江：历年最高水位：53.902m历年最低水位：35.9m历年平均水位：40.78m历年最大流量：18900立方米/秒历年最小流量：32.4立方米/秒历年平均流量：464立方米/秒1.7给水工程现状城区供水方式为城市水厂供水，城区现有两座水厂。一水厂位于城北夷水路，占地面积0顷，以清江为水源，设计规模0.7万吨/日，供水压力0.4MPa；二水厂位于城北城东.74公路，占地面积2.2公顷，以长江为水源，设计规模3万吨/日，供水压力0.42MPa。2000年，两水厂最高日供水量2.2万吨/日，输配水管线43.3公里，供水普及率100%，城区综合用水指标为239升/人日。.工程总体方案2.1 城市总体规划概要城市性质：宜都市是全国重要的水陆交通枢纽之一，鄂西南经济区的副中心城市之一，全市政治、经济、文化中心，以原材料为主的重工业城市。城市规模：2000年，作为中心城区的陆城7万人；建成区面积6.5 km2；规划近期至2005年人口达8.6万人，面积8.0km2；远期至2020年人口发展到14万人；建成区面积14.3 km2。发展方向：规划确定城区发展方向主要为城南片、城西片。优先发展城西、五宜路两侧；引导发展城南及城东地区；更新陆城中心区；暂缓发展三江地区；限制发展水塔溪区；保护旧城传统风貌区；保护城东、城西、城西南生态农业区。受纳水体水质：城区污水受纳水体为长江，其水质参照国家规定为二类。2.2工程服务范围本工程服务范围为城市总体规划中规定的陆城镇中心城区 ，近期（2005年）服务面积8.6 km2，服务人口8万人； 远期 （2020年）服务面积14.3 km2，服务人口14.0万人。2.3给水管道布置和水力计算2.3.1需水量计算1 综合生活用水量综合用水量是指城市居民生活用水和公共建筑用水量，不包括道路浇洒、绿地浇洒和其它市政用水。根据宜都市城市总体规划（修编），近期（2005年），陆城镇城区人口为8.6万人，平均日综合生活用水定额为350L/pd；远期（2020年），陆城镇城区人口为14.0万。均日综合生活用水定额为370L/Pd。以2020年远期规划用水计算，宜都市的综合生活用水量为：远期（2020年）：14.0万3705.18万m3/d2 工业用水量根据宜都市总体规划预测，近期工业用水量为10000T/d，2020年远期工业需水量为21000T/d，以工业用水重复利用率70%计算则远期工业需水量为：2.10.30.63万m3/d3 其它用水量其它用水主要包括道路浇洒、绿化浇洒等用水。浇洒道路用水量取每平方米每次1.2L/(dm2) （一般为11.5L/（dm2），设每天浇洒2次；大面积绿化用水量采用1.5L/(dm2)（一般采用1.52.0L/(dm2)）。已知宜都市城市总面积为14.3km2，道路面积占城市总面积的7，绿地面积占城市面积的25。则其它用水量为：道路浇洒：14.3100000071.4/10002(m3/d)0.28（万m3/d）绿地浇洒：14.31000000251.6/1000(m3/d)=0.57（万m3/d）4 用水总量根据上三项用水需求计算得到该市平均日用水量为：5.18+0.63+0.28+0.57=6.66（万m3/d）所以在设计计算时起设计平均日用水量为67000m3/d已知该市用水量日变化系数Kd=1.4，时变化系数Kh=1.44，设未预见系数为1.2，根据以上计算结果得出规划期内城区污水总量见表1。表1 需水总量预测项 目远期（2020年）需水量备注综合生活污水量（万m3/d）5.18主要包括居民生活用水工业需水量（万m3/d）0.63其它需水量（万m3/d）0.85包括道路浇洒、绿化等用水最高日用水量（万m3/d）6.7*1.2*1.44*1.4=16.216.20万（m3/d)=1876L/s2.3.2给水管道布置和水力计算1管网定线及面积划分（1）管网定线根据宜都市2020年的远期城市规划，沿各个道路主干道布置给水主干管道，为保证管网的安全可靠供水，采用环状管网布置，如图1： 图1 城区平面布管 服务面积 在各个给水片区内用角平分线法对各管段的服务范围进行划分，测得各管段长度以及服务面积如下：表2 管段长度及服务面积管段编号管长(m)服务面积（km2）管段编号管长(m)服务面积（km2）1-2828 0.15715-16712 0.1242-311950.1621-820000.4413-4638 0.1008-138150.2234-513250.4076-910510.4282-6472 0.1457-10687 0.2208-9407 0.08010-141396 0.7189-10766 0.4083-111050 0.51310-111221 0.67011-1513210.79311-12460 0.0874-121117 0.5212-78120.30012-161381 0.30513-141470 0.4405-122150 0.60514-1510300.282合计/8.129测得宜都市的市区面积A=8.129km2则单位面积比流量： q0=1876(L/s)/8.129(km2)=230.78(L/km2s)2管网水力初步计算（1）节点流量计算对各个管段长度以及服务面积进行测量（表2第2、3列），由公式 求出各管段沿线流量如下表：表3 管段沿线流量管段编号管长(m)服务面积（km2）沿线流量(L/S)管段编号管长(m)服务面积（km2）沿线流量(L/S)1-2828 0.15736.220 15-16712 0.12428.6172-311950.16237.385 1-820000.441101.7743-4638 0.10023.0788-138150.22351.4644-513250.40793.9276-910510.42898.7742-6472 0.14533.4637-10687 0.22050.7728-9407 0.08018.46210-141396 0.718165.7009-10766 0.40894.1583-111050 0.513118.39010-111221 0.670154.623 11-1513210.793183.00811-12460 0.08720.0784-121117 0.521120.2362-78120.30069.234 12-161381 0.30570.38813-141470 0.440101.5435-122150 0.605139.62214-1510300.28265.080合计/8.1291876.010由节点流量计算公式：得到如下表：表4 节点流量表节点编号12345678节点流量(L/s)68.99788.15189.427118.621116.77566.11960.00385.850节点编号910111213141516节点流量(L/s)105.697232.627238.050175.16276.504166.162138.35349.503 所以节点流量合计：1876.001L/S（2）流量分配及管网平差流量初分该管网有八个环，因此最初假设8根管段流量则可以进行流量分配，从而计算出整个管网所有管段流量，现在假设8个管段流量如下：表5 初分流量表管段编号186-98-137-1010143-1112-11412初分流量（l/s）90010300205010050200利用上面数据，根据节点方程以及连续性方程对整个管网进行流量初步分配。管径初定按界限流量确定管径，设宜都市的经济因素，则单独管段的折算流量为： 根据该流量以及界限流量表（表6）对管径进行初选表6 界限流量表管径（mm）界限流量（L/s）管径（mm）界限流量（L/s）管径（mm）界限流量（L/s）100940096130900685822150915500168237100082211202001528.560023735525028.5457003554903004568800490685管段闭合差计算及平差根据流量及管径,利用舍维列夫公式： 进行压降计算，得到1000i利用公式 计算各管段压降h以及sq，见表（表7）第七列、第八列。对管网进行平差，在平差的过程中同时进行管径调整，使其最终达到指定的要求，如平差表（表7）由管网平差表可以看出，在进行一次平差之后，达到了小环闭合差小于0.5米、大环闭合差小于1米的要求。水厂到节点1的管线长335m，用两根管进行水传输，市区总用水量为1876.0 l/s，则每根管流量为938l/s，运用舍维列夫公式计算得水头损失为0.51m。32环号管段编号管长(m)管径(mm)初步分配流量第一次平差q(L/s)1000ih(m)/sq/q(L/s)1000ih(m)/sq/0.85211-28281000903.561.431.180.00903.681.431.180.002-647235067.512.241.060.0267.332.231.050.026-910511001.391.021.070.771.210.800.840.699-8407800-521.301.57-0.640.00-521.141.57-0.640.008-120001000-903.441.43-2.860.00-903.321.43-2.860.00-0.190.79-0.430.71q=0.12q=0.3022-781235072.022.522.050.0372.242.542.060.037-1068720012.021.581.090.0912.241.641.120416.992.03-1.560.00-416.652.03-1.5501.391.02-1.070.77-1.210.80-0.840.696-2472350-67.512.24-1.060.02-67.332.23-1.050.02-0.550.91-0.260.83q=0.30q=0.1632-31195800675.882.563.060.00675.962.563.060.003-111050450154.602.953.100.02154.702.953.100.0211-101221450-141.322.50-3.050.02-141.262.49-3.05012.021.58-1.090.09-12.241.64-1.12072.022.52-2.050.03-72.242.54-2.060.03-0.030.17-0.070.17q=0.08q=0.2043-4638700431.852.171.380.00431.832.171.380.004-121117500197.402.743.060.02197.382.743.0602.502.88-1.330.53-2.462.80-1.290.5211-31050450-154.602.95-3.100.02-154.702.95-3.100.020.020.570.050.56q=-0.02q=-0.0554-51325400115.833.114.130.04115.833.114.130.045-122150100-0.920.50-1.071.16-0.920.50-1.071.1612-41117500-197.402.74-3.060.02-197.382.74-3.060.020.001.210.001.21q=0.00q=0.0068-9407800521.301.570.640.00521.141.570.640.009-10766700416.992.031.560.00416.652.031.550.0010073.324.630.0855.013.314.620.0814-131470500-219.793.35-4.920.02-219.833.35-4.920296.292.33-1.900.01-296.332.33-1.900.010.010.12-0.010.12q=-0.04q=0.02710-111221450141.322.503.050.02141.262.493.050.0211363.354.420.0855.443.364.440.0815-141030400-108.702.77-2.850.03-108.682.77-2.850.0314-101396300-55.073.32-4.630.08-55.013.31-4.620.08-0.010.210.010.21q=0.02q=-0.02811-124601002.502.881.330.532.462.801.290.5212-16138120023.825.487.570.3223.775.467.540.3216-15712200-25.706.31-4.490.17-25.766.33-4.510.1815-111321300-54.363.24-4.280.08-54.443.25-4.290.080.131.100.031.09q=-0.06q=-0.01大环平差-0.76-0.81（4）水泵扬程计算控制点选取由管网计算图可以看出，16点为管网中的远点，且 16点为次高点，（节点14，15点地处较低），16点确定管网的控制点。以下进行水头损失计算。2）水头损失计算对于16点为计算节点1到控制点16的沿程水头损失，沿三条管线进行计算，再取平均值。线路一：1-2-7-10-11-12-16h1=1.18+2.06+1.12+3.05+1.29+7.54=16.24线路二：1-2-3-4-12-16h2=1.18+3.06+1.38+3.06+7.54=16.22线路三：1-8-13-14-15-16h1=2.86+1.9+4.92+2.85+4.51=17.04则节点1到点16沿程水头损失： H1=(h1+h2+h3)/2=(16.24+16.22+17.04)/3=16.5m水厂到节点2的水头损失H2=0.51m。由等高线得水厂地面标高为48.9m，控制点16地面标高为55.4m，则地面高差：H3=H=55.4-48.9=6.5m。水泵吸水管和局部水头损失取2.00m，水泵泵轴与清水池最低水位高差取3.0m。则局部水头损失：H4=2.00+3.0=5.00m控制点自由水头要满足六层楼高，根据给水水压规范，给水过程中一层取10米，二层取12米，以后每增加一层水压要增加4米，则六层楼自由水压取H5=12+44=28.00m。水泵扬程由公式：H=H1+H3+H4+H5得水泵扬程：H=16.5+0.51+6.5+5+28=56.51m2.3.3管网校核1.管网校核平差已知节点16为管网中的控制点，因而必须进行消防校核。节点15为管网的次不利点，进行消防校核计算。已知宜都市2020年远期规划人口14万，而根据城镇、居住区室外消防用水表（见表8），应选择一次用水量为45L/s。表8 城镇、居住区室外消防用水表人数（万人）同一时间火灾次数一次水灭火用水量（L/s）2.51155.022510.023520.024530.0255对消防校核水量进行分配平差，如下表9：环号管段编号管长(m)管径(mm)初分流量第一次平差q(L/s)1000ih(m)/sq/0.852q(L/s)1000ih(m)/sq/0.85211-28281000936.711.531.270.00936.961.531.270.002-647235067.572.241.060.0267.582.241.060.026-910511001.451.101.160.801.461.111.160.809-8407800-542.141.69-0.690.00-541.951.69-0.690.008-120001000-960.291.60-3.210.00-960.041.60-3.200.00-0.410.82-0.400.82q=0.25q=0.2522-781235073.462.622.120.0373.522.622.130.037-1068720013.451.941.330.1013.511.951.340.1010-9766700-437.902.23-1.710.00-437.712.23-1.7001.451.10-1.160.80-1.461.11-1.160.806-2472350-67.572.24-1.060.02-67.582.24-1.060.02-0.470.94-0.460.95q=0.25q=0.2432-31195800707.532.793.340.00707.722.793.340.003-111050450166.913.403.570.02167.083.413.580.0211-101221450-152.692.88-3.520.02-152.522.88-3.51013.451.94-1.330.10-13.511.95-1.340.107-2812350-73.462.62-2.120.03-73.522.62-2.130.03-0.070.18-0.060.18q=0.19q=0.1843-4638700451.192.361.500.00451.212.361.500.004-121117500216.433.253.630.02216.443.253.6302.763.43-1.580.57-2.763.42-1.570.5711-31050450-166.913.40-3.570.02-167.083.41-3.580.02-0.020.61-0.020.61q=0.01q=0.0154-51325400116.143.134.150.04116.153.134.150.045-122150100-0.610.24-0.520.85-0.600.24-0.520.8512-41117500-216.433.25-3.630.02-216.443.25-3.630.020.000.910.000.91q=0.00q=0.0068-9407800542.141.690.690.00541.951.690.690.009-10766700437.902.231.710.00437.712.231.700.0010044.646.480.1066.084.656.490.1014-131470500-255.804.45-6.540.03-255.734.44-6.530332.302.89-2.360.01-332.242.89-2.360.01-0.020.14-0.010.14q=0.07q=0.03710-111221450152.692.883.520.02152.522.883.510.0211796.458.520.1178.806.458.520.1115-141030400-155.675.41-5.570.04-155.655.40-5.570.0414-101396300-66.044.64-6.480.10-66.084.65-6.490.10-0.010.27-0.020.27q=0.02q=0.04811-124601002.763.431.580.572.763.421.570.5712-16138120043.4216.7723.170.5343.4316.7823.170.5316-15712200-51.1122.83-16.250.32-51.1022.82-16.250.3215-111321300-78.796.45-8.520.11-78.806.45-8.520.11-0.021.53-0.021.53q=0.01q=0.01大环平差-1.02-0.99由上表可知，在不改变管段管径的情况下，消防校核满足要求。管道流速符合经济流速。2.水头校核在节点15，16处同时发生火灾时，各节点消防水头应不小于10m，下面对节点15，16进行校核计算。 点16水压计算： 由水厂到节点沿程水头损失选两条管线取平均计算管线1：1-2-3-11-12-16h1=1.27+3.34+3.58+1.57+23.17=32.93m管线二：1-8-13-14-15-16h2=3.2+2.36+6.53+5.57+16.25=33.91m所以，H1=(h1+h2)/2=(32.93+33.91)/2=33.42m由等高线得水厂地面标高为48.9m，控制点16地面标高为55.4m，则地面高差：H3=H=55.4-48.9=6.5m。所以节点12处的水压为H=Hb-H1-H2-H3-H4=56.51-0.51-5.00-6.5-33.42m=11.08m10.00m最不利点16消防校核合格. 所以，消防校核合格。3.事故校核输水管网中1-2管道中流量最大，为最不利管段。当1-2管段断开的时候，最不利点供水水头不满足用水需求的水头，因此，相关部门应加强管理和防范意识，防止因出现管段异常断裂的现象，以及在出现事故的时候各部门紧密配合，在最短的时间内维修好管段，使事故损失降到最小。2.3.6水泵选取宜都市用水量为1876L/s，采用两根直径1000mm的管道输送到节点1，则每根管道流量为938L/s，流量比较大。若每根水管配一台水泵显然流量过大，供水安全系数不高，因而采用两泵并联方式给一根水管供水。则每台水泵的流量为469L/s，即1688.4m3/h，扬程为56.51m。因而选500S59型号单级双吸离心泵，如表12：表12 500S59单级双吸离心泵参数性能表泵型号流量（m3/h）扬程（m）转速n (r/min)功率N(kW)效率（%）气蚀余量H(m)轴功率电动机功率kw500s59202059970391450856其性能曲线如下图其流量为1688.4m3/h，扬程为59m，效率为85%，能够满足供水要求。两泵并联供给一根给水管，则选水泵六台，4用2备。2.3.7自由水头计算及平面图绘制1节点自由水头计算 水泵扬程为Hb=59m水厂内水头损失H1=5.00m 面高差H2=Hi-Hb，各节点地面标高及高差见表13：表13 各节点地面标高及高差节点编号泵站12345678地面标高（m）48.949.550.550.950.35050.251.652.2高差H2（m）00.61.62.01.41.11.32.73.3节点编号910111213141516地面标高（m）52.452.752.952.654.155.655.555.4高差H2（m）3.53.84.03.75.26.76.66.5每个管段沿两条管线计算水头损失，再取平均值：即 该点的自由水头H3i=0.51+(管线1水头压降+管线2水头压降)/2则：H31=0.51H32=0.51+（1.18+2.86+0.64-1.07-1.06）/2=1.785H33=0.51+(1.18+3.06+2.86+0.64+1.56+3.05-3.1)/2=5.13mH34=0.51+(1.18+3.06+1.38+2.