给水排水管网系统.ppt

第六章给水管网工程设计 6 1城市最高日设计用水量计算一 最高日用水量的组成1 居民生活用水GB T50331 2002城市居民生活用水量标准施行日期 2002年11月1日2 工业企业生产用水和生活用水3 消防用水4 市政用水5 管网漏失量及未预见水量 最高日用水量计算 式中Qd 城市最高日总用水量 m3 d k 包括未预见及管网漏失水量在内的系数 1 15 1 25 Qi 各单项用水量 例如 Q1 q1Nf m3 d Q1 居民最高日生活用水量 m3 d q1 居民最高日生活用水量标准 L d cap N 设计年限内的规划人口数 f 自来水普及率 Q2 生产用水量 Q3 职工生活用水量 Q4 市政用水量 例题 P119例题6 1解 1 最高日生活用水量 2生产用水量计算原始资料见P120表6 1 计算结果见表6 3工业企业职工生活用水量计算结果见表6 3 4 市政用水 二 水流量调节计算 6 2设计流量分配与管径设计 一 节点流量分配计算 二 管段的计算流量分配计算流量分配的最基本原则是水流的连续性方程 也就是节点流量平衡方程 即流入和流出某一节点的流量的代数和为零 1 树状管网的流量分配 q2 q3 q4 q5 q6 q7 q7 q6 q7 q3 q4 q6 q7 q4 q5 q2q3 q4 q5 q6 q7 2 环状管网的流量分配环状管网流量分配比较复杂 如果仅满足节点流量平衡这一条件 就会有无穷多的解答 看下面例题 14 6 5 3 8 6 2 3 所以要想确定环状管网的流量分配 除了满足连续方程外 只有另加水力条件才能有确定解 环状网初步流量分配的基本原则 以最短路线输水给用户 水的流向不回流 避免增加水头损失 增加能量消耗 这是经济原则 主要平行干管中分配大致相近的流量 以便在一条主要干管发生事故或检修时 仍能供给用户一定的流量 这是安全供水的原则 一般对环状管网需要按上述两个基本原则和连续方程 就可以进行初步流量分配 需要说明 这两条基本原则并没有使环状管网的流量分配的任意性受到限制 有人研究证明过 对于环状管网来说 不存在最经济的流量分配方案 因此 环状管网的流量分配方案会因人而异 其合理性取决于设计者的经验 多水源管网的流量分配a初步划分各水源的供水范围 先按每一水源供水量的大小和相应的节点流量确定各水源的大致供水范围 b考虑经济安全原则 按连续方程 从水源地所在节点开始分配流量 c位于分界线上各个节点的流量往往由几个水源同时供给 故供水分界线必定通过节点 65 84 18 40 15 10 4 10 30 7 15 65 18 7 10 84 15 39 18 4 7 三 管径计算给水管道中 一般采用圆管 从水力学公式知 式中 q 管段的设计流量 m3 s v 管段的平均流速 m s 1 流速的确定 上面求出了管段的设计流量q 故还需要选择合适的流速v 从技术性和可靠性来说对流速的限制有 1 为了防止管网内的水锤所造成的事故Vmax 2 5 3m s 2 对于输水管为了避免水中杂质在管内沉积Vmin 0 6m s 可见其数值范围是较大的 所以还需要考虑经济原则 一般是按管网造价 加上经营管理费用 这两项的和最小时的流速作为我们选择的流速 a 流速的大小与管道造价有关 选用较大的流速 所需管径小 价格便宜 施工开挖沟槽和下管工程量也少些 因此造价 管道费和施工费 也省一些 武汉地区的管价球墨铸铁管DN10079 0元 mDN200161 3元 mDN300268 7元 mDN600734 7元 m根据上面的分析可以画出一条曲线 1 流速V 费用 b 流速v的大小与年运行费用的关系 管径一定时 流速越大 水头损失越大 水头损失损失与流速平方成正比 而水头损失大 则意味着要求水泵的扬程增加 增加电能消耗和电费 若以年经营费 电费 为M 投资偿还期为t 那么流速与t年的电费的关系可以表示为图中曲线 2 我们希望得到造价C加上运行费用最小时的流速 那么将曲线 1 和 2 迭加 即图中曲线 3 它表示总费用与流速的关系 它的极小值所表示的流速即为经济流速 c 经济流速 按一定年限t内 管网造价和运行费用之和为最小的流速 各个城市因为管道价格不同 施工条件和经营管理的水平不同 因此经济流速也不相同 在设计中可以采用下表管径 mm 平均经济流速 m s D 100 4000 6 0 9D 4000 9 1 4由上表 也可以建立这样的概念 小管径 D 40mm 其流速不宜超过1m s 大管径流速选在1 2m s左右 6 3泵站水泵扬程与水塔高度设计一 给水系统的水压关系讨论的目的 为了确定水泵扬程和水塔高度 在讨论给水系统水压关系前 先了解几个概念 管网服务水头 管网控制点 在泵站扬程和水塔高度未确定前 须对水力条件进行预处理 1 泵站所在管道暂时删除 Q7 7 2 假设控制点 按照管网水力分析前提条件 管网中必须至少有一个定压节点 但泵站所在管道暂时删除 清水池节点与管网分离 水塔高度未知 故无定压节点 必须引入压力条件 节点服务水头 节点地面高程加上节点处用户最低供水压力 控制点 管网用水压力最难满足的节点 用控制点作为定压节点 假定一个节点为控制点 其节点水头 服务水头 则其为定压节点 进行管网水力分析 再通过节点自由水压比较 找到压力最不满足节点 真正的控制点 并调整所有节点水头 举例说明 P138例题6 5 泵站扬程和水塔高度设计 泵站扬程 HT HF hHT 管段起端节点水头HF 终端节点水头例题P1406 6 水塔高度 HJ ZJHJ 水塔所在节点水头ZJ 地面高程 1 管网中无水塔 二级泵站的扬程 2 管网中有水塔 1 前置水塔 水塔水柜底的高度 Ht Zc Zt Hc hn二级泵站扬程 Hp Zt Ht Ho hs hc 2 对置水塔 最大转输时二级泵站的扬程 Hp Zt Ht Ho hn hc hs hn hc hs 分别表示最大转输时管网输水管 吸水管中的水头损失 最大用水时二级泵站的扬程 Hp Zc Hc hn hc hs 3 网中水塔 3管网设计校核 消防时管网的工作情况讨论目的 管网的管径和水泵扬程是根据最高日最高时供水量设计的 在消防时 额外增加了消防流量 必须通过核算 以确定按最高日最高时流量求出的管径和扬程在消防时是否适用首先介绍两个概念 高压制消防给水系统 使给水管网内的压力和流量均得到保证 当消防用水量达到最大且水枪布置在任何建筑的最高处时 水枪充实水柱仍不小于10米低压制消防给水系统 管网保证火灾时提供消防所需的流量 而所需水压由消防车加压 此时允许管网最低压力不小于10米 1 无水塔管网在消防时的水泵扬程下面讨论 当时 则按最高时选用的水泵可用当 则要考虑选用消防泵 如果大的值不是太多 只需放大某些管段 2 网前水塔管网在消防时的工作情况 根据消防时的自由水压和管网水头损失 消防时的水压线可能比水塔水面高 也有可能低 消防时水压线高于水塔时 水塔的进出水阀必须在发生火警时及时关闭 以免水塔不断送水而管网的水压无法提高 如果消防时水压线低于水塔 水塔仍可起流量调节作用 此时进出水阀无需关闭 3 对置水塔管网在消防时工作情况 6 4管网校核 最后总结 管网设计根据管网中水塔的有无及其位置 按最高日最高时用水量来计算 并按以下情况校核设计水压 1 最大供水量加消防供水量当只考虑一处火灾时 在最不利火灾点加上消防流量 当考虑两处及以上火灾时 另几处分别加在大用户或重要工业企业节点上 其余未发生火灾节点流量不变 2 最大转输时供水量 对置水塔 最大转输工况各节点流量 最大转输工况管网总用水量 最高用水时总水量 最高时各节点流量 3 65 5 92 最高时各节点流量 3 最不利管段损坏时 按通过70 设计流量计算 最大时供水加消防流量 事故工况各节点流量 事故供水比例 最高时各节点流量 6 5输水管渠计算 第七章污水管网设计与计算 7 1污水设计流量计算城市排水量一般包括城市污水量和雨水量 城市污水量和雨水量应分别计算 本章先介绍污水量的计算 一 几个概念 人口 设计人口人口密度 每公顷面积上的人数排放系数污水量标准变化系数日变化系数Kd时变化系数Kn总变化系数Kz 二 污水设计流量的计算一般用累计流量法 这种方法不考虑各种生活污水及各种工业废水高峰流量发生的时间 而假定各种污水都在同一时间出现最高流量 并采用简单的累加方法计算城市污水量 这样得到的流量数据比实际偏高 但资料容易收集 比较方便三 例题 例9P207 7 2污水管道设计流量计算 一 设计管段的划分设计管段的定义 划分的方法二 设计管段污水设计流量的确定在污水管网系统中 一个设计管段的污水设计流量可能包括三部分三 例题 例9 2P210 计算干管和主干管 7 3污水管道设计的技术规定 一 污水管道中污水的水力特性二 有关技术规定充满度 充盈度 水深比 在设计流量下 污水在管道中水深h和管道直径d的比值 污水的充满度小于1 三条理由 设计流速最小管径最小设计坡度 三 管道的埋深与覆土厚度 埋深 从地面到管道内壁底的距离覆土厚 从地面到管顶外壁的距离最小覆土厚度防止地面荷载引起对管道的破坏防止冰冻和土址冰冻造成管道的破坏管道的衔接最大埋深 控制点的确定和泵站的设置地点 对管道系统的埋深起控制作用的点称为控制点 各条管道起点一般是该管道的控制点 其中离出水口最远的一点通常是整个系统的控制点 具有相当深度的工厂排出口或某些低洼地区的管道起点 中途泵站 局部泵站 终点泵站 四 污水管道的衔接 污水管道在管径 坡度 高程 方向发生变化 以及支管接入的地方都需要设检查井 在检查井中 上下游管道衔接要满足的原则衔接的原则 尽可能提高下游管段的高程以减少管道埋深 衔接方式 下游水面 管底标高 上游终点水面 管底标高 下游起点水面高程 水深 下游起点管底高程上游终点管底高程 起点管底高程 坡降终点水面 起点水面 坡降埋深 地面高程 管底高程 五 污水管在街道上的位置 布置原则 污水管道为重力流管道 管道 尤其足干管和主干管 的埋设深度较其它管线大 且有很多连接支管 且污水管道难免渗漏 从而会对附近建筑物 构筑物的基础造成危害或污染生活饮用水 因此污水管道与建筑物间应有一定距离 当与生活给水管道相交时 应敷设在生活给水管道下面 进行管线综合规划时 所有地下管线应尽量布置在人行道 非机动车道和绿带下 只有在不得已时 才考虑将埋深大 修理次数较少的污水 雨水管布置在机动车道下 管线布置次序 电力电缆 电汛电缆 煤气管道 热力管道 给水管道 雨水管道 污水管道 迁让原则 未建让已建的 临时让水久的 小管让大管 压力管让重力流管 可弯让不可弯的 六 污水管道水力计算 污水管道设计计算举例 图为某市一个区的街坊平面图 居住区街坊人口密度为350人 10 m 污水量标准为120L 人 d 火车站和公共浴室的设计污水量分别为 L s和4L s 工厂甲和工厂乙的工业废水设计流量分别为25L s与6L s 生活污水及经过局部处理后的工业废水全部送至污水厂处理 工厂甲废水排出门的管底埋深为2m 计算步骤 平面图上布置污水管道 街坊编号并计算面积 划分设计管段计算流量 水力计算 污水管道平面图和纵剖面图绘制 污水管道平面图和纵剖面图绘制 初步设汁阶段 通常采用的比例尺1 5000 1 10000 图上有地形 地物 河流 风玫瑰或指北计等 污水管道用粗线条表示 在管线标出设计管段起止点的检查井 并编上号码 标出各设计管段的服务面积 可能设置的中途泵站 例虹管或其它的特殊构筑物 污水厂 出水口等 在图上注明主干管各设计管段的长度 管径和坡度 以及工程项目表和说明 施工图阶段 管道平面图比例尺常用1 1000一1 5000 图纸内容同初步设计 但更具体详细 要求标出检查井的准确化置及污水管道与其它地下管线或构筑物交叉点的具体位置 高程 还应有图例 主要工程项日表和施工说明 纵剖面图比例 横向 纵向 第八章雨水管网设计与计算 一 雨水管渠系统的组成 雨水口 雨水管渠 检查井 出水口等建筑组成一整套工程设施二 雨水管渠的任务三 雨水管渠设计的主要内容1 确定当地暴雨强度公式2 划分排水流域 进行雨水管渠的定线 确定可能设置的调节池 泵站位置3 确定设计参数4 计算设计流量和进行水力计算 确定每一设计管段的断面尺寸 坡度 管底标高及埋深5 绘制管渠平面图及纵剖面图 8 1雨水管渠设计流量的确定雨水管渠设计流量的计算公式径流系数设计重现期P的确定集水时间t的确定 8 2雨水管网设计与计算一 雨水管渠系统平面布置的要求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 合理布置雨水口 以保证路面雨水排除通畅4 雨水管道采用明渠或暗管应结合具体条件确定5 设计排洪沟排除设计地区以外的雨水径流6 明渠暗管和明渠衔接 二 雨水管渠水力计算的设计数据为了使雨水管渠正常工作 避免发生淤积 冲刷等现象 对雨水管渠水力计算的基本数据作如下的技术规定 设计充满度h D 1设计流速 最小管径和最小坡度最小埋深与最大埋深 三 雨水管渠水力计算的方法1 雨水管渠水利计算仍按均匀流 公式同污水管 实际计算采用公式制成的水力计算图或水力计算表2 工程设计中通常选定管材 n已知 设计流量Q算出 未知数即D v I3 实际应用中 参考地面坡度 假定管底坡度 从计算图或表格中求出D v 并使得D v I负荷前面讲得技术规定 四 雨水管渠系统的设计步骤首先要收集和整理设计地区的原始资料 保罗地形图 城市或工业区的总体规划 水文 地质 暴雨等资料作为基本的设计数据 一般雨水管按下列步骤进行 1 划分排水流域和管道定线 2 划分设计管段 因为管段划分与检查井位置有关 3 划分并计算各设计管段的汇水面积 4 确定各排水流域的平均径流系数值 5 确定设计重现期P 地面集水时间求单位面积径流量 暴雨强度与径流系数的乘积 6 列表进行雨水干管的设计流量和水力计算 以求得各管段的设计流量 管径 坡度 流速 管底标高 管道埋深绘制雨水管道平面图 纵剖面图 五 设计计算例题如图 已知1地形西高东低 东面有一条自南向北得天然河流 河水常年洪水位为14米 常水位12米 暴雨强度公式为 求 进行雨水管道布置和干管的水力计算 解 该区地形平坦 无明显分水线 故排水流域按城市主要道路得汇水面积划分 流域分界线见图中1 也就是雨水管道负责得排水范围即设计范围 河流的位置决定了雨水口出水口位置 出水口位置位于河岸边 故雨水干管的走向为自西向东因为河流洪水位 常年的 为14m 而一般地面标高只有13m左右 洪水位时雨水不能自流入河 故在干管的终端设雨水泵站 划分设计管段 每一设计管段200米为宜 这也在我们书上P236第二段第三行介绍了 但我们书上计算例题9条管段 只有三段按此要求 径流系数的选择 由于区域建筑物分布情况差异不大 采用统一的平均径流系数0 5由于地形平坦 建筑密度较稀管道起端根据支管接入要求采用1 3m干管水力计算见表 第11项管道的输水能力Q 是指在水力计算中