给排水工程课程设计指示书.doc

给水排水工程专业给水排水管网课程设计指示书昆明理工大学建筑工程学院市政系二0一一年十二月给水管网部分课程设计指示书本部分课程设计的任务主要为给水系统总平面管网的设计。其设计计算方法可参照下列步骤进行：1. 熟悉原始资料在开始设计之前应仔细研究设计的原始资料，并注意校核原始资料中有无错误。根据设计内容复习教材的有关部分，收集需用的规范、手册及参考资料，拟定设计的进度计划。2. 给水系统总平面设计2.1 取水构筑物位置和水厂地址的选择2.1.1 水构筑物位置的选择取水构筑物位置选择时应根据取水河段的水文、地形、地质、卫生等条件，全面分析、综合考虑，经过技术经济比较后选择最优方案。下列基本要求可供参考。(1) 位于较好水质地带；(2) 具有稳定的河床及岸边，有良好的工程地质条件，靠近主流，有足够的水深。(3) 尽可能不受泥砂、漂浮物、冰凌壅塞和支流、潮汐等影响；(4) 不妨碍航运和排洪，并符合河道整治规划的要求；(5) 靠近主要用水地区，供生活饮用水的地表水取水构筑物的位置，还应位于城镇和工业企业的上游。2.1.2 厂址的选择厂址选择应在整个给水系统设计方案中全面规划、综合考虑，通过技术经济比较确定，下列几点可供参考。(1) 厂址应选择在工程地质条件较好的地方；(2) 水厂尽可能选择在不受洪水威胁的地方；(3) 水厂应少占农田、不占良田，并留有适当的发展余地，要考虑卫生条件；(4) 水厂应设在交通方便、靠近电源的地方；(5) 当取水地点距离用水区较近时，水厂一般设置在取水构筑物附近。当取水地点距离用水点较远时，厂址选择有两种方案：一是将水厂设置在取水构筑物附近，另一是将水厂设置在离用水区较近的地方。2.2 输水管定线和输水管根数的确定2.2.1 输水管定线输水管定线时必须考虑供水安全、施工方便、节约劳动力、输水管定线的具体要求及注意事项，见教科书输水管定线一节。2.2.2 定输水管根数关于输水管根数的规定及室外给水设计规范和设计手册3输水部分。2.3 管网定线取水构筑物位置及厂址确定后，就可以进行管网定线，定线之前首先应看懂城镇或厂矿平面布置图，然后根据水源和调节水池位置、大用户的分布等进行管网定线。下列的定线步骤与原则可供参考：(1) 在城镇和厂矿企业中，不允许间断供水的地区，管网一般布置成环状；允许间断供水的地区可布置成枝状。通常城市的闹市区布置成环状，近郊地区布置成枝状。(2) 根据用户分布情况，规划管网路线的同时，还要考虑水塔位置，决定水塔位置时，除考虑地形条件外（尽可能放在高地），而且要尽量靠近最大用水地点。干管的布置应使延伸方向和二级泵站输水到水塔的、大用户的水流方向一致。(3) 管网布置应根据供水地区的地形、建设规划等考虑，一般应尽可能沿已有道路或规划道路敷设。(4) 用以配水至用户和消火栓的配水支管，一般采用管径为100200mm，负担消防任务的配水支管不得小于100mm。2.4管网附件的布置2.4.1 阀门(1) 配水管网中的阀门布置，应能满足事故管段的切断需要。其位置可结合连接管以及重要供水支管的节点布置，干管上的阀门间距一般为5001000m。(2) 一般情况下干管上的阀门可设在连接管的下游，以使阀门关闭时，尽可能少影响支管的供水。如设置对置水塔时，则应视具体情况考虑。(3) 支管与干管相接处，一般在支管上设置阀门，以使支管的检修不影响干管供水。干管上的阀门应根据配水管网分段、分区检修的需要设置。(4) 在城市管网支、干管上的消火栓及工业企业重要水管上的消火栓，均应在消火栓前装设阀门，支干管上阀门布置不应隔断5个以上的消火栓。2.4.2 消火栓(1) 消火栓的间距不应大于120m。(2) 消火栓尽可能设在道路交叉口和醒目处。消火栓按规定应距建筑物不小于5m，距路边不大于2m，以便消防车上水，并不妨碍交通，一般常设在人行道边。3. 设计用水量3.1 城市居民用水量城市居民用水量的计算内容有：计算近期最高日用水量、近期最高日最高时设计用水量和远期最高日用水量。用水量标准的确定可查室外给水设计规范（GB50013-2006）中第4.0.3条，计算公式见教科书。3.2 公共建筑物用水量公共建筑物用水量计算内容有计算单个建筑物近期最高日用水量、近期最高日最高时设计用水量（设计秒流量）、远期最高日用水量；计算建筑物总的近期最高日用水量、总的最高日最高时设计用水量、总的远期最高日用水量。可以列表进行计算。用水量标准见任务书。3.3 生产单位用水生产单位用水量要计算单个生产单位的近期最高日用水量、最高日最高时用水量（生产、生活）、远期最高日用水量（生产、生活）；计算生产单位总的近期最高日用水量、远期最高日用水量。生产单位生产用水时变化系数取1，生产单位职工生活用水取一般车间生活用水量标准为25升/人.班，淋浴用水量标准为40升/人.次，取高温车间生活用水量标准为35升/人.班，淋浴用水量标准为60升/人.次。工业企业生活污水及淋浴污水的设计流量计算公式如下：3.4 道路洒水、绿化用水3.4.1 道路洒水道路洒水可按8小时工作考虑，时变化系数取3。3.4.2 绿化用水绿化用水按8小时工作考虑，时变化系数取1.1。3.5 漏损水量管网漏损水量按前四项之和的10%12%计算。3.6 未预见水量未预见水量按前五项之和的8%12%计算。3.7 消防用水（不计入设计用水量中，只在工况校核时使用）消防用水：同一时间内火灾发生次数、一次灭火用水量的确定可查建筑设计防火规范（GB50016-2006）中表8.2.1。3.6 确定设计用水量城市设计用水量要计算总的近期最高日用水量、远期最高日用水量、总的设计秒流量。应是城市居民用水、公共建筑用水、工业企业用水、浇洒道路和绿地用水、管网漏损水量、未预见水量等六项之和。可以列表计算。3.7 确定水厂规模近期规模：近期设计日用水量+水厂自用水量远期规模：远期设计日用水量+水厂自用水量4. 确定清水池、水塔容积和尺寸4.1 确定二级泵站供水制度根据任务书给定的城镇用水变化情况绘制用水量变化曲线，在同一图上拟定二级泵站供水曲线。拟定时应注意下述几点：(1) 泵站各级供水线尽量接近用水线，以减少水塔的调节容积，但分级数一般不应多于三级，本设计宜为二级，以便于水泵机组的运转管理；(2) 分级供水时，应注意能否选到合适的水泵，以及水泵机组的合理搭配。水泵供水曲线和用水量变化曲线可用颜色线区分。4.2 清水池和水塔容积的计算根据二级泵站的供水曲线和一级泵站供水（均匀供水）曲线之间的关系确定清水池容积。根据二级泵站供水曲线与用水量变化曲线之间的关系确定水塔调节容积列表计算，表格形式见教科书P23表3-1。清水池有效容积 W=W1+W2+W3+W4（米3）水塔容积=W1+W2（米3） 式中各项意义见教科书。4.3 清水池和水塔尺寸的确定(1) 清水池根据上述计算结果确定清水池个数，清水池个数应不小于2个，根据单位容积确定其长、宽、高尺寸，也可选用标准图，清水池按近期设计、按远期预留。(2) 水塔根据上述计算的水塔容积确定其直径和高度，也可选用标准图，水塔可按近期设计。5. 管网水力计算管网水力计算可参照以下步骤进行：5.1绘制管网计算草图，把节点编号，管长都一一标在图上。5.2 确定节点流量把流量较大的用水点（如生产单位、铁路地区、公共建筑等）均按集中流量考虑，放在管段的节点上。5.3 计算比流量及沿线流量居住区给水管网按长度比流量法进行计算，比流量和沿线流量具体计算参见教科书P36-38。5.4 将沿线流量化成节点流量具体计算参见教科书P38。任一节点的总流量Q=Qi+qij式中：Qi为连接该节点之上的所有集中流量之和； qij为连接在该点上所有管段沿线流量之和的一半。将节点流量一一标在计算草图上。5.5 初步分配管网各管段流量分配时应按流量分配原则进行，必须保持每一节点的水流连续性，特别是主要流量，应沿最短线路流向用户，并力求几条主干管的流量大致均匀，连接管流量分配不宜过多。具体的枝状管网和环状管网流量分配请参照课堂教的方法做。根据初步分配流量，按经济流速或界定流量选定管径。界限流量可参用教科书P85表7-2，但是装有消火栓的管段其直径不得小于100毫米。5.6 进行管网水力计算5.6.1枝状管网水力计算根据各管段流量和管径及选用的材料查水力计算表，列表计算各管段的水头损失，然后由最不利点（控制点）推算出各节点自由水压。5.6.2 环状管网水力计算环状管网水力计算必须满足两各条件：其一是任一节点处流量的代数和等于零，即q=0；其二是每一个闭合环路中水头损失之代数和等于零。根据各管段之流量、管径即可求出其水头损失，然后检查每个环的闭合差是否满足：小环h0.5米，大环h1.01.5米的要求。若不满足就要调整各管段的流量，调整流量的计算见教科书P57式（6-5）。一直调整到闭合差在允许范围内为止，最后将计算成果一一标注在计算草图上。5.7 确定水塔高度和水泵扬程根据上述水力计算成果推求出水塔高度和水泵扬程。5.8 对各种情况下的管网进行核算核算目的是验证由最高用水时确定的管径和水泵扬程能否满足其他各种情况下的水量和水压要求。(1) 消防时，以最高日最高时用水量加消防流量进行核算，高压消防系统的水压应满足直接灭火的水压要求，随建筑物层高、灭火水量而定，低压消防系统，允许控制水压降至10m。(2) 最大转输时（只限于设置网中水塔或对置水塔的管网）的情况，管网须满足最大转输水量进入调蓄构筑物的水压要求。(3) 事故时，考虑最不利管段发生故障的条件下，以通过70%设计流量进行核算，水压应满足设计水压的要求。6. 设计计算、说明书的编写6.1 设计计算、说明书列项设计计算、说明书内容包括下列各项。(1) 目录(2) 概述设计任务和依据，简要分析设计资料的特点。(3) 给水量的计算、给水管网方案的选择。(4) 给水管道系统的布置说明，管网最不利点的选择。(5) 近期最大用水时、消防时、事故时及远期最大时管网平差。(6) 清水池容积计算。(7) 确定水泵扬程，计算各节点水压。(8) 材料统计表。6.2 设计计算、说明书的内容6.2.1 概述(1) 设计依据说明计划任务书（设计任务书）的主要内容、设计范围与主要要求，包括工程项目，服务区域与对象，设计规模与标准，设计期限与分区安排，对水量、水质、水压的要求以及设计任务书提出的必须考虑的问题。(2) 主要设计资料列出资料名称、来源、编制单位及日期。(3) 城市概况及自然条件说明城市现状和规划发展情况（包括城市性质、人口分布、工业布局、建筑层次、道路交通、发展计划及分期建设的考虑等），概述当地地形、水文、水文地质、工程地质资料以及地震烈度、主要气象参数（如气候、风向、土壤冰冻深度等）。6.2.2 设计概要(1) 工程规模及对水质、水压的要求说明近、远期用水量计算（说明生产用水量计算的依据资料；确定生活用水和消防用水定额、变化系数以及未预见水量百分比的考虑原则；编制用水量计算表，包括用水总量，近、远期生产、生活、公共建筑、消防、绿化用水量等），对水质、水压的要求和工程规模、工程分区的确定。(2) 给水系统选择根据总体规划、分期建设、自然条件，提出方案进行比较，从技术、经济和耗用能源及主要材料等全面衡量，论证方案的合理性和先进性，择优确定。(3) 管网设计说明输配水管网布置的原则、管网控制点的选择、水力计算的平差结果（即各种工况下管道流量和压力情况，管网平差计算示意图，标注各节点地面标高、自由水压等），输配水干管的直径、走向，沿线主要附件、闸阀等的布置原则，管道穿越铁路、公路及过河方式，加压泵站机组设备选型，调节水池和水塔的位置、容量、高程和形式。6.2.3 撰写要求设计计算说明书不少于3000字，一般为打印，且用统一的设计纸。说明书的结构为：(1) 封面包括：院、班级、学生姓名、指导教师姓名及时间(年、月、日)。(2) 任务书(3) 目录层次清晰，要给出标题及页次，目录的最后一项是有序号的“参考文献资料”。(4) 正文正文应按目录中编排的章节依次撰写，要求计算正确，论点明确，论文充分，论述清楚，文字简练通顺，插图简明，书写整洁。文中图、表及公式一般不能徒手绘制和书写。(5) 参考文献(资料) 必须是在课程设计中真正阅读过和运用过的，文献按照在正文中的出现顺序排列。书写格式如：序号作者名书名(版次)出版单位，出版年：应用部分期止页数7. 绘图要求内容完整，布局合理，线型分明，正确清晰，符合制图标准及有关规定，用工程字注文。(1) 在已给的平面图中布置管网，包括管线的走向、位置等，管线用粗实线绘出。在每条管线的上方应标注管径、管长和流速，在管线的下方应标注管段流量、水力坡度和水头损失。(2) 管网设计时，须在管网图上确定阀门、消火栓、排气阀等主要附件的位置，布置必须合理，然后选定节点上的管配件。(3) 在图上应绘制（35个）节点详图。图中用标准符号给出节点上的配件和管件，如消火栓、弯管、渐缩管、阀门等。设在阀门井内的阀门和地下消火栓应在图上表示。阀门的大小和形状应尽量统一，形式不宜过多。节点详图不按比例绘制，但管线方向和相对位置须与管网总图一致，图案的大小根据节点构造的复杂程度而定，并标注管径和水流流向。(4) 设备材料表。包括序号、名称、规格、材料、单位、数量、备注等栏目。(5) 说明。包括工程概况、设计流量、管材选用、管道埋深及施工安装注意事项。排水管网部分课程设计指示书本部分课程设计的任务主要为排水系统总平面设计管网的设计。其设计计算方法可参照下列步骤进行：1. 熟悉原始资料在开始设计之前应仔细研究设计的原始资料，并注意校核原始资料中有无错误。根据设计内容复习教材的有关部分，收集需用的规范、手册及参考资料，拟定设计的进度计划。2. 排水体制的选择2.1 拟定方案和方案比较应根据城镇及工业企业的规划、环境保护的要求、污水利用情况、原有排水设施、水质、水量、地形、气候和水体等条件，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) 合流制；(2) 分流制；(3) 混流制。2.2 工业废水的处理和排放工业企业排出的废水应尽量考虑直接排入城市排水系统，利用城市排水系统统一排除和处理，这是比较经济的，但同时要满足室外排水规范GB50014-2006的规定。2.3 污水厂厂址选择厂址应根据城市总体规划，结合污水厂规模和城市地形等因素综合考虑，通过技术经济比较确定，下列几点可供参考：(1) 厂址应选择在工程地质条件较好的地方；(2) 水厂选择在城镇的下游，夏季最小频率风向的上风向侧；(3) 水厂应少占农田、少拆迁，有一定的卫生防护距离，并留有适当的发展余地；(4) 有方便的交通、运输和水电条件；(5) 厂区地形不受水淹，有良好的排水条件。便于污水、污泥的排放和利用。3. 污水管道系统的设计3.1 确定排水区界，划分排水流域排水区界根据城镇规划的设计规模决定。在排水区界内，一般根据地形按分水线划分排水流域。排水流域可理解为污水要集中排放的较大区域。在地形平坦无明显分水线的地区，可按照面积的大小划分；在丘陵及地形起伏的地区，可按等高线划分出分水线。3.2 管道定线根据管道规划设计原则和污水厂位置，依次确定主干管、干管和支管的走向和位置。定线时应充分利用地形，尽可能在管线较短和埋深较小的情况下，使管道的走向符合地形趋势，一般宜顺坡排水。见教科书管道定线一节。3.3 污水管道计算的规定污水管渠按非满流设计。3.3.1 最大设计充满度管径或渠高(mm)最大设计充满度管径或渠高(mm)最大设计充满度2003000.555009000.703504500.65 10000.753.3.2 设计流速金属管最大流速为10m/s，非金属管为5m/s；在设计充满度下的最小流速为0.6m/s。3.3.3 最小管径街道污水管最小管径为300mm，相应的最小坡度为0.003；街坊内污水管最小管径为200mm，相应的最小坡度为0.004。3.3.4 污水管道的埋深在车行道上最小覆土为0.7m，最大一般不宜大于6m，在满足连接等各方面要求的前提下，较理想的覆土深度为12m。有冰冻时，管内底可埋设在冰冻线以上0.15m。3.3.6 污水管道的连接方式管道在检查井内连接，一般采用管顶平接，不同管径之间也可采用设计水面平接。不管采用什么连接方式，在任何情况下，下游管内底标高不得高于上游管内底标高。3.4 污水管道的设计计算管道系统的方案及厂址确定后，便可组成污水平面布置图，然后划分设计管段，计算设计流量，进行水力计算。一般设计计算步骤如下：(1) 在街坊平面图上布置污水管道。(2) 划分干管和支管的服务面积，进行编号并计算出面积的大小。(3) 确定干管和支管的检查井位置和编号，并计算设计管段长度和管渠总长度。(4) 列表计算各设计管段的设计流量：每一个设计管段的污水设计流量由三部分组成，即本段流量q1、转输流量q2和集中流量q3。其中本段流量q1可通过比流量q0计算，而比流量q0可由污水量标准和人口密度求得；转输流量q2是从上游管段和旁侧管段流来的污水量；集中流量q3则是指工业企业或大污水量的公共建筑流入管网的污水量。要注意的是，每一个设计管段的总变化系数Kz应根据该管段的本段流量q1和转输流量q2的合计平均值确定，计算出该设计管段的生活污水设计流量后再加上集中流量，即为该设计管段的设计流量。(5) 列表进行水力计算：根据计算出的设计管段的设计流量，进行管渠的水力计算。必须细致研究管道系统的控制点，一般位于区域的最低或最远处，计算时应多选几个，以确定整个系统的最合理埋深。(6) 图纸绘制：根据管道定线的结果绘制污水管渠系统平面图；根据水力计算的最终结果，即管段的埋深、纵坡、高程等，绘制管段的纵断面图。3.5 污水干管的敷设方式说明采用的管材、接口和基础。管网布置应注明各管段的直径、长度、坡度。4. 雨水管道系统的设计4.1 雨水管渠系统的平面布置(1) 充分利用地形，就近排入水体。(2) 根据城市规划布置雨水管道。(3) 雨水口的布置应使雨水不致漫过路口。(4) 雨水管渠采用明渠或暗渠应结合具体条件确定。(5) 设置排洪沟排除设计地区以外的雨洪径流。4.2 雨水管渠的设计4.2.1 主要设计参数(1) 暴雨强度公式(2) 径流系数(3) 最小管径和最小坡度雨水管最小管径为300mm，相应的最小坡度为0.003；雨水口连接管最小管径为200mm，相应的最小坡度为0.01。(4) 最小流速为0.75m/s。(5) 最大流速、覆土的规定同污水管渠；雨水管渠通常采用管顶平接。4.2.2 雨水管渠的设计计算雨水管渠水力计算按均匀流考虑，按满流即h/D=1计算。一般雨水管道设计按下列步骤进行：(1) 划分设计管段并量出每一设计管段的长度。(2) 计算各设计管段的汇水面积并列入水力计算表中。(3) 确定平均径流系数值：根据不同的地面采用加权平均值。(4) 确定设计重现期、地面集水时间及管道起点的埋深(5) 计算各设计管段的地面坡度。(6) 计算第一条设计管段时，管内流行时间t2取零，计算出第一条管段单位面积径流量q0和设计流量Q。(7) 根据设计流量和一般规定，查水力计算表，求得各管段的管径、坡度、流速和管道的输水能力。(8) 计算各管段的降落量。 确定管渠起点埋深，计算第一条管渠的上下游管内底标高及埋深。(9) 根据管长和流速，计算管内流行时间t2，由此开始计算下游管段的流量及水力计算。(10) 图纸绘制：根据管道定线的结果绘制雨水管渠系统平面图；根据水力计算的最终结果，即管段的埋深、纵坡、高程等，绘制管段的纵断面图。4.2.3 雨水干管的敷设方式说明采用的管材、接口和基础。管网布置应注明各管段的直径、长度、坡度。5. 管道综合 排水管道与其它地下管道和建筑物、构筑物等相互间的位置，应符合下列要求：(1) 在敷设管道时，不应互相影响；(2) 排水管道损坏时，不应影响附近建筑物、构筑物的基础或污染生活饮用水；(3) 排水管道宜与道路中心线平行敷设，并宜尽量设在快车道以外。(4) 排水管道与其它管线（构筑物）的最小净距可按教科书附录三采用。6. 排水构筑物的设计6.1 检查井检查井的位置，应设在管道交汇处、转弯处、管径或坡度改变处、跌水处以及直线管段上每隔一定距离处。检查井在直线管段上的最大间距可按室外排水设计规范（GB50014-2006）中第4.4.2条采用。6.2 跌水井管道跌水水头为12m时，宜设跌水井；跌水水头大于2.0m时，必须设跌水井。管道转弯处不宜设跌水井。6.3 雨水口雨水口的型式、数量和布置，应按汇水面积所产生的流量、雨水口的泄水能力及道路型式确定。雨水口间距宜为2550m。连接管串联雨水口个数不宜超过3个。一般一个平篦雨水口可排泄1520L/s的地面径流量。6.4 出水口排水管渠出水口的位置、型式和出口流速，应根据排水水质、下游用水、水体流量和水位变化幅度、稀释和自净能力、水流方向、波浪状况、地形变迁和气象等因素确定。7. 课程设计说明书的编写7.1 设计计算、说明书的内容7.1.1 概述（1） 设计依据说明计划任务书（