给水管网设计计算说明书.docx

武汉理工大学上海郊区枫洋镇给水管网设计目 录1 设计原始资料2 设计用水量2.1 最高日用水量2.2 最高日最高时用水量2.3 消防时用水量2.4 事故时用水量3 管网定线3.1 管网定线原则3.2 管线布置及最不利点的选择4 流量分配4.1 流量分配原则4.2 流量分配结果5 管径及水头损失计算5.1 管径的确定5.2 水头损失计算公式选择6 管网平差计算6.1 最高用水时6.2 消防时6.3 事故时7 确定水泵扬程、选泵及计算各节点水压7.1 最高用水时7.2 水防时7.3 事故时 8 材料统计表附录 附录1 附录2参考文献1 设计原始资料上海郊区某城镇规划有居民20万人，用水普及率按98.5%计，城区布置如城区规划图所示，城区地形平坦，地面标高均为21.00米。现在城区西南角建一西区水厂，东南角建一东区水厂，两水厂最高日产水量分别占总用水量的一定比例，东区水厂占70%，西区水厂占30%，清水池最低水位18.00米。要求管网干管上最不利点最小服务水头为28.00米，消防时最低水压不小于10.00米。根据调查统计，城区集中用水量见表1；最高日每小时用水量变化见表2。城镇道路面积为（实测） ；街坊绿化面积达25%。 工业用水量统计表 表1单 位水 量(T/H)班制单 位水 量(T/H)班制农桥予制厂152航运社53人民综合厂201粮食局51汽车运输公司103酿造厂303南桥机械五金厂252轧化厂402农机厂301疏菜公司52供电所51印刷厂103船厂303游泳池302化肥厂601招待所253运输公司51江海饮料厂203汽车站53消防队53建筑公司51浴池152最高日每小时用水量变化 表2时间01122334455667788991010111112用水量(%)1.691.601.591.511.601.702.854.545.035.345.535.61时间121313141415151616171718181919202021212222232324用水量(%)5.795.755.735.795.976.348.027.744.651.971.881.782 设计用水量2.1 最高日用水量最高日用水量包括：综合生活用水量Q1、工业企业用水量Q2、浇洒道路和绿地用水量Q3、城市的未预见用水量Q4、管网漏失水量Q5。1) 综合生活用水量Q1：Q1=qNf (m3/d)式中q：最高日生活用水量定额，m3/（d人)；N：设计年限内计划人口数；f：自来水普及率，%。 由设计资料知：N200000人 f=98.5% 查阅综合生活用水定额表：上海郊区枫洋镇属一区中小城市最高日用水量定额为220370L/(capd)。选取300L/(capd)进行设计计算则：Q130020000098.5%/100059100m3/d2) 工业企业用水量Q2：按每班8小时计算，各单位用水量见下表：单 位水 量(T/H)班制用水量T/d用水量L/s单 位水 量(T/H)班制用水量T/d用水量L/s农桥予制厂1522402.78 航运社531201.39人民综合厂2011601.85 粮食局51400.46汽车运输公司1032402.78 酿造厂3037208.32南桥机械五金厂2524004.63 轧花厂4026407.41农机厂3012402.78 疏菜公司52800.93供电所51400.46 印刷厂1032402.78船厂3037208.33 游泳池3024805.56化肥厂6014805.56 招待所2536006.94运输公司51400.46 江海饮料厂2034805.56汽车站531201.39 消防队531201.39建筑公司51400.46 浴池1522402.78总计工业企业用水量Q26480 (T/d)，即6480 m3/d75L/s。3) 浇洒道路和绿地用水量Q3通过测量得到街区面积为3692893.423;道路面积330864.343.浇洒道路用水量可按浇洒面积以2.03.0L/(m2d)计算；浇洒绿地用水可按浇洒面积以1.03.0 L/(m2d)计算。本次计算前者取2.0 L/(m2d)，后者取2.0L/(m2d)。Q3=2.0330864.343+2.03692893.42325%=2508.18m3/d4) 城市的未预见用水量Q4Q4=(10%12%)( Q1+ Q2+ Q3)=10%(59100+6480+2508.18)=6788.84m3/d5) 管网漏失水量Q5Q5=(8%12%)( Q1+ Q2+ Q3+ Q4) =10%（59100+6480+2508.18+6788.84)=7467.72 m3/d最高日用水量QdQ1+ Q2+ Q3+ Q4+ Q5 59100+6480+2508.18+6788.84+7467.7282144.93m3/d2.2 最高日最高时用水量Qh由最高日每小时用水量变化表知，最高时为1819h，占全天用水量的8.02%则可求得Kh=8.02/4.17=1.92Qh=KhQd/86.41828.30L/s东厂供水70%为：1828.3070%1279.81L/s西厂供水30%为：1828.3030%548.49 L/s2.3 消防时用水量 由给排水设计手册可知，少于或等于20万人的城镇居住区室外消防用水量：同一时间内火灾次数为2次，一次灭火用水量45L/s。故消防时用水量为：Q消防1828.30+4521918.30L/s2.4 事故时用水量 管网主要管线损坏时必须及时检修，在检修时间内供水量允许减少。事故时应有的流量在城市为设计用水量的70%，即：Q事故70%1828.301279.81L/s3 管网定线3.1 管网定线原则城市给水管网定线是指在地形平面图上确定管线的走向和位置。定线时一般只限于管网的干管以及干管之间的连接管。由于给水管线一般敷设在街道下，就近供水给两侧用户，所以管网的形状常随城市的总平面布置图而定。定线时考虑的要点如下：1) 干管延伸方向应和二级泵站输水到水池、水塔、大用户的水流方向一致。2) 干管位置应从用水量较大的街区通过。3) 干管的间距，可根据街区情况，采用500800m。4) 连接管的间距考虑在8001000m左右。5) 干管一般按城市规划道路定线。6) 管线大致均匀的分布于整个给水区，保证用户有足够的水压。7) 管网中还须安排其他一些管线和附属设备3.2 管线布置最不利点的选择输配水管网有两种基本形式：树状网和环状网。树状网一般用于小城市和小型工矿企业。新建城区一般建环状网。环状网优缺点：（1）供水可靠；（2）大大减轻因水锤作用产生的危害；（3）造价高，管线长。树状网优缺点：（1）管线最短；（2）造价最低；（3）供水可靠性较差，水质易坏。根据以上原则，以城市地形、城市规划道路、干管间距为主要考虑对象，本设计采用环状网，在管网分解、合并和省略后具体布置图见附录. 管网布置及流量初次分配图，图中已经标明各环的编号，以及各节点的编号，以及各管段的初次流量分配情况。最不利点是指管网中控制水压的点。只要该点的自由水压满足要求，则其余各点均满足要求，而且要以控制点为计算水头损失的起点。最不利点主要有三种：1.地形最高点 2.离二级泵站最远点3.大用户点布置管线后，按照管网的主要供水方向，拟定了各管段的水流方向。12点距离东、西区水厂均较远，东厂给水量大西厂给水量少（在两水厂供水区的交界处），从而选定该点为最不利点。4 流量分配4.1 流量分配原则管网中任一管段的流量，由两部分组成：一部分是沿该管线长度L配水的沿线流量，另一部分是通过该管段输水道以后管段的转输流量。转输流量沿整个管段不变。对于沿线流量，利用折算系数，将其化为节点流量。因此，管网任一节点的节点流量等于与该节点相连各管段的沿线流量总和的一半。环状管网分配流量时，必须保持每一节点的水流连续性，也就是流向节点的流量必须等于流离该节点的流量，以满足节点流量平衡条件即：qi+qij=0式中：qi节点i的节点流量，L/s.qij从节点i到节点j的管段流量，L/s.首先，需求出沿线流量和节点流量。沿线流量是指供给该管段两侧用户所需流量。节点流量是从沿线流量折算出的并且假设是在节点集中流出的流量。计算沿线流量时，假定用水量均匀分布在全部干管上，由此算出干管线单位长度的流量，即比流量。由比流量可以求出各管段沿线流量。环状管网：1) 按照管网的主要供水方向，初步拟定各管段的水流方向，并选定整个管网的控制点。控制点是管网正常工作时和事故时必须保证所需水压的点，一般选在给水区内离二级泵站师出最远或地形较高之处。2) 为了可靠供水，从二级泵站到控制点之间选定几条主要平行干管线，这些平行干管中尽可能均匀的分配流量，并且符合水流连续性。这样，当其中一条干管损坏，流量由其它干管转输时，不替使这些干管中流量增加过多。3) 各干管线垂直的连接管，其作用主要是沟通平行干管之间的流量，有时起一些输水作用，有时只是就近供水到用户，平时流量一般不大，只有在干管损坏时才转输较大流量，因此连接管中可分配少的流量。 比流量：各管段长度见下表：供水管段编号管段长度m供水管段编号管段长度m1-2604.38-9701.022-3676.929-10700.443-4531.016-11769.124-51015.427-12681.291-6761.488-13742.082-7737.159-14717.723-8697.6710-15504.574-9776.1511-12601.45-101167.1912-13721.36-7601.2513-14396.887-8676.7314-15913.39合计长度15694.48式中：qs比流量，L/(sm);Q：管网用水量总和L/s;q：大用户集中用水量L/s；l干管总长度（m），不包括穿越广场、公园等无建筑物地区的管线，只有一侧配水的管线，长度按一半计算。qs0.109L/s沿线流量：计算结果如下：管段编号管长m沿线流量L/s管段编号管长m沿线流量L/s1-2604.365.878-9701.0276.412-3676.9273.789-10700.4476.353-4531.0157.886-11769.1283.834-51015.42110.687-12681.2974.261-6761.4883.008-13742.0880.892-7737.1580.359-14717.7278.233-8697.6776.0510-15504.5755.004-9776.1584.6011-12601.465.555-101167.19127.2212-13721.378.626-7601.2565.5413-14396.8843.267-8676.7373.7614-15913.3999.56节点流量：节点流量由沿线流量折算的节点流量和大用户的集中流量之和组成。节点编号沿线流量折算值L/s节点流量L/s174.4449.272110.00101.723103.8694.684126.5898.565118.9550.916116.19102.097146.95195.028153.55214.919157.80177.2510129.2892.361174.6962.3712109.22104.9013101.38106.4514110.5394.591577.2854.281674.44125.884.6 流量分配结果根据以上原则和大用户的实际位置对流量进行了初次分配，具体分配结果见附录1，管网布置及流量初次分配图5 管径及水头损失计算5.1 管径的确定管径的确定有两种方法：（1）界限流量法（2）平均经济流速法。本设计采用平均经济流速法。管径（mm）平均经济流速（m/s）D=1004000.60.9D4000.91.45.2 水头损失计算公式选择水头损失计算公式选用海曾威廉公式： L：管段长度m D：管径m Q：流量m3/s C：系数，对旧铸铁管，C=100。6 管网平差计算6.1 最高用水时利用哈代克罗斯法，根据选定的径和测出的管长进行管网平差计算。本次计算利用EXCELL进行平差结果见附表一，最高用水时管网平差。6.2 消防时消防时的管网核算，是以最高时用水量确定的管径为基础，然后按最高用水时另行增加消防时的流量进行流量分配，求出消防时的管段流量和水头损失。计算时只是在控制点另外增加一个集中地消防流量，一般将消防流量一处放在控制点，另一处放在离二级泵站较远或靠近大用户和工业企业的节点处。本设计着火点取最高工况时自由水头最低的两点，确定为12点和13点。两节点处，节点总流量均发生改变，以此重新分配各管段流量，进行管网平差计算。虽然消防时比最高用水时所需服务水头不得多，但因消防通过管网的流量增大，各管段的水头损失相应增加，按最高用水时确定的水泵扬程有可能不够消防时的需要，这时须放大个别管段的直径，以减少水头损失。个别情况用水时和消防时的水泵扬程相差很大须设专用泵供消防时使用。流量分配图见附录：消防时流量初步分配图。管网平差结果见附录：消防时管网平差。6.3 事故时发生事故时，假定最高下流量最大的那根管道出现事故，为1015管段。事故时，两区水厂、各节点处的流量均为正常情况下的70%。发生事故时，水厂的总供水量为：Q事故=0.71828.30=1279.81L/s。西区、东区水厂的供水量分别为383.94L/s、895.87L/s。重新分配各管段流量，再次进行管网平差计算。具体流量分配情况附录图：事故时管网流量初步分配。管网平差结果见附录：事故时管网平差。7 确定水泵扬程、选泵及计算各节点水压无水塔时二级泵的扬程为：式中，管网控制点的地面标高和清水池最低水位的高程差，m；控制点所需要的最小服务水头，m；吸水管中的水头损失，m；输水管和管网中水头损失，m。根据最高日最高时用水量进行水泵的选型。在最高用水时，2号点为控制点，地面标高为21m，该点所需要的最小服务水头为=28m。由原始资料可知，在水厂，清水池最低水位为18m。则：=3m。假定水泵的吸水管水头损失为=1m。西厂：最高日最高时输水量为548.49 L/s，选择两条管，则每条管的流量为：548.49/2274.25 L/s，由平均经济流速法选择两条600mm的管径。输水管长为388m.由海曾威廉公式计算得水头损失为0.9m。由节点2到节点11的水头损失最大值为6.72m.故水泵扬程为：3+28+0.9+6.7238.62m.为保证供水安全另加上2m的安全水头，最终确定水泵的扬程为：38.62+240.62m东厂：最高日最高时输水量为1279.81L/s，选择两条管，则每条管的流量为：1279.81/2639.91L/s，由平均经济流速法选择两条900mm的管径。输水管长为449m.由海曾威廉公式计算得水头损失为0.69m。由节点2到节点15的水头损失最大值为10.65m.故水泵扬程为：3+28+0.69+10.6542.34m.为保证供水安全另加上2m的安全水头，最终确定水泵的扬程为：42.34+244.34m根据最高日最高时两水厂的设计流量，以及两水厂水泵的扬程进行选泵查阅sh型离心泵性能曲线与型谱图与给排水设计手册，选泵结果如下：西厂：三台200S42型水泵（注：两台正常使用，一台备用）。东厂：三台300S58B型水泵（注：两台正常使用，一台备用）。7.1 最高用水时 控制点的累计水头损失为零算，节