给水管网工程设计重点.ppt

城市给水系统的设计年限 应符合城市总体规划 近远期结合 以近期为主 一般近期宜采用5 10年 远期规划年限宜采用10 20年 给水系统设计时 首先须确定该系统在设计年限内达到的用水量 设计用水量由下列各部项组成 1 综合生活用水 包括居民生活用水和公共建筑及设施用水 2 工业企业生产用水和工作人员生活用水 3 消防用水 4 浇洒道路和绿地用水 5 未预计水量及管网漏失水量 1给水管网工程设计 1 1设计用水量及其调节计算1 1 1最高日设计用水量 1 最高日设计用水量定额 1 居民生活用水居民生活用水定额和综合生活用水定额 包括公共设施生活用水量 见 室外给水设计规范 2 工业企业1 2 3 消防用水 按 建筑设计防火规范 执行 4 其他用水1 浇洒道路 1 2L m2 次 每日2 32 绿化 1 5 4L m2 d 2 最高日设计用水量计算Qd 1 城市最高日综合生活用水量 包括公共设施生活用水量 2 工业企业生产用水量 3 工业企业职工生活用水和淋浴用水量 4 浇洒道路和绿化用水量 最高日设计用水量 5 未预见水量和管网漏失量 3 消防用水量 校核时使用 1 1 2设计用水量变化及其调节计算 1 设计用水量变化规律的确定可用变化系数 粗略 或变化曲线 比较精确 无详细资料时 可供参考 1 最高日城市综合用水的时变化系数Kh宜采用1 3 1 6 日变化系数Kd1 1 1 5 2 工业企业职工生活用水时变化系数为2 5 3 0 3 工业生产用水可均匀分配 2 调节容积计算 1 请水池的容积 2 水塔的容积 1 2设计流量分配与管径设计1 2 1节点流量分配计算 1 沿线流量是指沿线分配给用户的流量 管网配水情况比较复杂 高峰流量各异 计算时加以简化 比流量法 假定小用水户的流量沿线均匀分布 1 长度比流量假定水量沿管网长度均匀流出 管线单位长度上的配水流量 称为长度比流量 记作qcb 则每一计算管段沿线流量记作qy为 2 面积比流量假定沿线流量均匀分布在整个供水面积上 管线单位面积上的配水流量 称为面积比流量 记作qmb 则每一计算管段沿线流量记作qy为 每一管段所负担的供水面积可按分角线法和对角线法划分 注意 1 面积比流量考虑了沿线供水面积 人数 多少对管线配水的影响 计算结果更接近实际配水情况 但计算较麻烦 当供水区域的干管分布比较均匀时 二者相差很小 这时 用长度比流量较好 2 当供水区域内各区卫生设备或人口密度相差较大时 各区的比流量应分别计算 3 同一管网 比流量的大小随用水量变化而变化 各种工况下需分别计算 2 节点流量 1 集中流量 2 沿线流量划成节点流量 1 2 2管段设计流量分配 目的 确定各管段中的流量 进而确定管段直径 流量分配要保持水流的连续性 每一节点必须满足节点流量的平衡条件 流入任一节点的流量等于流离该节点的流量 若以流入为 一 流离为 则 Q 0 1 枝状网水流方向唯一 流量分配唯一 任一管段的流量等于以后所有节点流量总和 2 环状网 流量分配有多种组合方案基本原则 满足供水可靠性前提下 兼顾经济性 方法和步骤 确定控制点位置 管网主导流向 参照主导流向拟定各管段水流方向 以最短距离供水到大用户或边远地区 尽量使平行的主要干管分配相近的流量 防止某些管段负荷过重 连接管要少分配流量 满足沿线配水为限 主要作用是干管损坏时转输流量 各干管通过的流量沿主要流向逐渐减少 不要忽多忽少 可以起端开始或从末端 满足节点流量的平衡条件 此分配值是预分配 用来选择管径 真正值由平差结果定 主要内容 污水管道系统设计雨水管道系统设计合流制管渠系统设计排水管渠要求及附属构筑物 污水管道的设计步骤及注意事项 雨水管道的设计步骤及注意事项 合流制管道的使用条件 水力计算 改造途径等 排水管渠断面形式 接口 基础 附属构筑物等 2排水管网工程设计 2 1污水管道系统设计 污水管道系统的设计步骤 设计资料的调查 设计方案的确定 设计计算 设计图纸的绘制 2 1 1设计资料的调查及方案确定 设计资料调查 设计任务资料 有关的法令 法规 制度 城市的总体规划及其他基础设施情况 自然资料 地形资料 包括地形图 等高线 气象资料 包括气温 风向 降雨量等 水文资料 受纳水体流量 流速 洪水位 地质资料 包括地下水位 地耐力 地震等级 工程资料 道路 通讯 供水 供电 煤气等 设计方案确定 包括排水体制的选择 排水系统的布置形式 应通过技术 经济比较 确定最优的方案 2 1 2污水设计流量的计算 污水设计流量 指污水管道及其附属构筑物能保证通过的最大流量 设计流量包括生活污水量和工业废水量 生活污水设计流量 居住区生活污水 公共建筑生活污水 工业企业生活污水及淋浴污水 工业废水设计流量 2 1 2污水设计流量的计算 续1 1 居住区生活污水量计算 式中 Q1 居住区生活污水设计流量 L s n 居住区生活污水量标准 L d 人 按 室外排水设计规范 选用 欧洲的典型值为200 L d 人 美国的典型值为250 450 L d 人 N 设计人口数 按规划部门根据统计资料提供的参数选用 KZ 总变化系数 是最大日最大时污水量与平均日平均时污水量的比值 居住区生活污水排水定额 卫生设备情况 室内有给水排水卫生设备 但无淋浴设备 室内有给水排水卫生设备和淋浴设备 室内有给水排水卫生设备 并有淋浴和集中热水供应 分区 一 二 三 四 五 生活污水每人每日排水定额 L 55 90 90 125 130 170 60 95 100 140 140 180 65 100 110 150 145 185 65 100 120 160 150 190 55 90 100 140 140 180 注 第一分区包括 黑龙江 吉林 内蒙古的全部 辽宁的大部分 河北 山西 陕西偏北的一小部分 宁夏偏东的一部分 第二分区包括 北京 天津 河北 山东 山西 山西的大部分 甘肃 宁夏 辽宁的南部 河南北部 青海偏东和江苏偏北的一小部分 第三分区包括 上海 浙江的全部 江西 安徽 江苏的大部分 福建北部 湖南 湖北的东部 河南南部 第四分区包括 广东 台湾的南部 广西的大部分 福建 云南的南部 第五分区包括 贵州的全部 四川 云南的大部分 湖南 湖北的西部 陕西和甘肃在秦岭以南的地区 广西偏北的一小部分 2 1 2污水设计流量的计算 续1 1 居住区生活污水量计算 式中 Q1 居住区生活污水设计流量 L s n 居住区生活污水量标准 L d 人 按 室外排水设计规范 选用 欧洲的典型值为200 L d 人 美国的典型值为250 450 L d 人 N 设计人口数 按规划部门根据统计资料提供的参数选用 KZ 总变化系数 是最大日最大时污水量与平均日平均时污水量的比值 Kd 日变化系数 是最大日污水量与平均日污水量的比值 Kh 时变化系数 是最大日最大时污水量与最大日平均时污水量的比值 KZ KdKh 生活污水量总变化系数 污水平均日流量 L s 总变化系数 KZ 5 2 3 15 2 0 40 1 8 70 1 7 100 1 6 200 1 5 500 1 4 1000 1 3 2 1 2污水设计流量的计算 续2 2 公共建筑生活污水量计算 式中 Q2 公共建筑生活污水设计流量 L s S 公共建筑生活污水量标准 L d 人 一般按 室内给水排水和热水供应设计规范 推荐的参数选用 排水量大的建筑也可以通过调查或参考相近建筑选用 Kh 时变化系数 是最大日最大时污水量与最大日平均时污水量的比值 2 1 2污水设计流量的计算 续3 3 工业企业生活污水及淋浴污水量计算 式中 Q3 工业企业生活污水及淋浴污水设计流量 L s A1 一般车间最大班职工人数 人 A2 热车间最大班职工人数 人 B1 一般车间职工生活污水量标准 为25 L 人 班 B2 热车间职工生活污水量标准 为35 L 人 班 K1 一般车间生活污水量时变化系数 以3 0计 K2 热车间生活污水量时变化系数 以2 5计 C1 一般车间最大班使用淋浴的职工人数 人 C2 热车间最大班使用淋浴的职工人数 人 D1 一般车间的淋浴污水量标准 为40 L 人 班 D2 热车间的淋浴污水量标准 为60 L 人 班 T 每班工作时数 h 2 1 2污水设计流量的计算 续4 4 工业废水设计流量计算 式中 Q4 工业废水设计流量 L s m 生产过程中每单位产品的废水量标准 L 单位产品 M 产品的平均日产量 T 每日生产时数 KZ 总变化系数 与工业企业性质有关 2 1 2污水设计流量的计算 续5 Q Q1 Q2 Q3 Q4 Q渗 Q渗指地下水渗入量 一般以单位管道延长米或单位服务面积公顷计算 日本规定采用经验数据 按每人每日最大污水量的10 20 2 1 3污水管道的水力计算 污水管道内水质特点 污水管道内水流特点 重力流 非满流 近似均匀流 排水管网理论与计算 周玉文 赵洪宾著 2 1 3污水管道的水力计算 续1 水力计算的基本公式 式中 Q 流量 m3 s 过水断面面积 m2 v 流速 m s R 水力半径 过水断面积与湿周的比值 m I 水力坡度 即水面坡度 等于管底坡度 C 流速系数 或谢才系数 C值一般按曼宁公式计算 即 n 管壁粗糙系数 2 1 3污水管道的水力计算 续2 污水管道水力计算的设计数据 设计充满度 h D 设计流速 v 最小管径 D 最小设计坡度 i 设计充满度 h D 指设计流量下 管道内的有效水深与管径的比值 h D 1时 满流 h D 1时 非满流 室外排水设计规范 规定 最大充满度为 管径 D 或暗渠高 H mm 最大充满度 h D 200 300350 450500 900 1000 0 55 0 60 0 65 0 70 0 70 0 75 0 75 0 80 h D 为什么要做最大设计充满度的规定 1 预留一定的过水能力 防止水量变化的冲击 为未预见水量的增长留有余地 2 有利于管道内的通风 3 便于管道的疏通和维护管理 设计流速 与设计流量和设计充满度相应的污水平均流速 最小设计流速 是保证管道内不发生淤积的流速 与污水中所含杂质有关 国外很多专家认为最小流速为0 6 0 75m s 我国根据试验结果和运行经验确定最小流速为0 6m s 最大设计流速 是保证管道不被冲刷破坏的流速 与管道材料有关 金属管道的最大流速为10m s 非金属管道的最大流速为5m s 国内一些城市污水管道长期运行的情况说明 超过上述最高限值 并未发生冲刷管道的现象 最小管径 1 为什么要规定最小管径 街坊管最小管径为200mm 街道管最小管径为300mm 2 什么叫不计算管段 在管道起端由于流量较小 通过水力计算查得的管径小于最小管径 对于这样的管段可不用再进行其他的水力计算 而直接采用最小管径和相应的最小坡度 这样的管段称为不计算管段 最小设计坡度 相应于最小设计流速的坡度为最小设计坡度 最小设计坡度是保证不发生淤积时的坡度 1 2 3 规定 管径200mm的最小设计坡度为0 004 管径300mm的最小设计坡度为0 003 管径400mm的最小设计坡度为0 0015 2 1 3污水管道的水力计算 续3 污水管道的埋设深度 管道的埋设深度有两个意义 覆土厚度 埋设深度 决定污水管道最小覆土厚度的因素有哪些 冰冻线的要求 地面荷载 满足街坊管连接要求 地面 管道 2 1 3污水管道的水力计算 续4 污水管道水力计算的方法 1 需要确定的参数流量Q 管径D 坡度I 流速v 充满度h D和埋深H 2 确定方法首先根据已知资料 计算出流量Q 根据Q值可初步确定管径D 然后 根据Q D值 求I h D v值 在这三个未知数中 还需知道一个参数 才能求得另外两个 此时可以在三个参数中先假设一个值 比如流速为最小流速 或是坡度为最小坡度 或是充满度满足一定要求等 之后进行查表或查图 就可得出其余两个未知数 最后要进行校核 若得出的两个参数满足其规定的要求 则计算完成 若不满足要求 则需调整假设值 甚至管径D 重新进行计算 2 1 4污水管道的设计 确定排水区界 划分排水流域 管道定线 控制点确定和泵站的设置地点 设计管段及设计流量的确定 污水管道的衔接 污水管道在街道上的位置 确定排水区界 划分排水流域 排水区界是污水排水系统设置的界限 排水流域是指在排水区界内 按照一定要求所划分的不同排水区域 通常根据等高线划分排水区域 在地形平坦地区可按照面积的大小进行划分 管道定线 在总平面图上确定污水管道的位置和走向 管道定线的影响因素 地形 污水厂和出水口的位置 所采用的排水体制 管道定线时注意事项 主干管布置在坚硬密实土壤中 尽量少穿河流 铁路 山谷和高地 避免与地下构筑物交叉 不宜敷设在繁忙 狭窄的街道下 集中流量尽量排入上游 控制点确定和泵站设置地点 对管道系统的埋深起控制作用的地点 通常在管道起点或最低最远点 泵站设置地点 中途泵站 局部泵站 总泵站 设计管段及设计流量 两个检查井之间 设计流量不变 且采用同样的管径和坡度的管段 称为一个设计管段 一般检查井的设置位置有 流量汇入的地方 管径变化的地方 转弯的地方 或在直管段管径长度较长时 30 70m 设计流量 本段流量 转输流量 集中流量 1 2 3 4 A B C D q 式中 q1 设计管段的本段流量 L s F 设计管段服务的街坊面积 公顷 KZ 生活污水量总变化系数 q0 单位面积的本段平均流量 即比流量 L s 公顷可用下式求得 式中 n 污水量标准 L 人 d p 人口密度 人 公顷 污水管道的衔接 衔接的原则 尽可能地提高下游管段的高程 减小埋深 降低造价 避免上游管段回水淤积 衔接的方式 水面平接 管顶平接 跌水连接 污水管道在街道上的位置 与其他管线 构筑物有一定的距离 174页 与给水管相交时 设于给水管下方尽量避免敷设在机动车道下 设在人行道下 2 2雨水管渠系统设计 雨水管渠系统特点 径流量大 流量变化大 满流 雨水管渠系统组成 雨水口 雨水管渠 检查井 出水口 雨水管渠系统设计步骤 资料收集 确定暴雨强度公式 划分排水流域 进行管道定线 水力计算 绘制管渠平面图及剖面图 2 2 1雨量分析与暴雨强度公式 雨量分析的要素 降雨量 指降雨的绝对量 用降雨深度 mm 表示 也可用单位面积的降雨体积 L ha 表示 年平均降雨量 指多年观测所得的各年降雨量的平均值月平均降雨量 指多年观测所得的各月降雨量的平均值年最大日降雨量 指多年观测所得的一年中降雨量最大一日的绝对量 雨量分析的要素 降雨历时 是指连续降雨的时段 可以指一场雨全部降雨的时间 也可以指其中个别的连续时段 用t表示 单位为min或h 暴雨强度 是指某一连续降雨时段内的平均降雨量 即单位时间的平均降雨深度 用i mm min 表示 在工程上 常用单位时间内单位面积上的降雨体积q L s 公顷 表示 q 167i 雨量分析的要素 降雨面积 指降雨所笼罩的面积 汇水面积 指雨水管渠汇集雨水的面积 降雨的频率 是指等于或大于某值的暴雨强度出现的次数m与观测资料总项数n之比的百分数 降雨的重现期 是指等于或大于某值的暴雨强度出现一次的时间间隔 2 2 1雨量分析与暴雨强度公式 续1 暴雨强度公式 式中 q 设计暴雨强度 L s 公顷 P 设计重现期 年 t 降雨历时 min A1 c b n 地方参数 根据统计方法进行确定 2 2 2雨量管渠设计流量的确定 雨水管渠设计流量计算公式 式中 Q 雨水设计流量 L s 径流系数 其数值小于1 F 汇水面积 公顷 q 设计暴雨强度 L s 公顷 2 2 2雨量管渠设计流量的确定 续1 极限强度法 从流域上最远一点的雨水流至出口断面的时间称为流域的集流时间或集水时间 A t1 t2 t3 B C D E F G 极限强度法 即承认降雨强度随降雨历时的增长而减小的规律性 同时认为汇水面积的增长与降雨历时呈正比 而且汇水面积的增长速度更快 因此只有当降雨历时等于集流时间时 全部面积参与径流 产生最大径流量 2 2 3雨量管渠系统的设计和计算 续3 雨水管渠系统的设计步骤和水力计算 1 收集 分析资料 划分排水流域 进行管道定线 2 划分设计管段 注意 不宜划分过多 管径增长要连续 划分要从密到疏 3 划分并计算汇水面积 汇水面积包括绿地 街道等 4 计算平均径流系数 一般经验值为 城市0 5 0 8 郊区0 4 0 6 5 确定重现期P 地面集水时间t1 6 计算单位面积径流量q0 7 计算各管段的设计流量 并求出Q D v I及埋深等 8 绘制图纸 包括平面图和剖面图 2 3合流制管渠系统的设计 合流制管渠系统 是指在同一管渠内排除生活污水 工业废水和雨水的管渠系统 合流制管渠系统特点 结构简单 管渠总长度小与分流制相比 截流干管管径大 泵站和污水处理厂规模大雨天径流时 部分生活污水也溢流到水体 造成一定程度的污染晴天时 管渠内流量小 流速低 易淤积 合流制管渠系统的使用条件 排水区域内有水源充沛的水体 足够大的环境容量 使污染程度控制在允许范围之内街道比较完善 必须采用暗管排除雨水 而街道又比较狭窄 管渠的设置位置受到限制时 可以考虑采用合流制 合流制管渠布置时注意问题 管渠的布置应能使所有服务面积上的生活污水 工业废水和雨水都能合理地排入管渠 并尽可能以最短距离坡向水体截流干管与水体平行布置 在适当位置设置溢流井合理控制溢流井的数目和位置在上游 尽量利用边沟排除雨水 合流制排水管渠的设计流量 第一个溢流井上游管渠设计流量 式中 Qs 生活污水设计流量Qi 工业废水设计流量Qr 雨水设计流量 分别为生活污水和工业废水的平均流量 称为旱流流量Qf 溢流井下游管渠的设计流量 式中 n0 截流倍数Q1 溢流井下游排水面积上的雨水设计流量Q2 溢流井下游排水面积上的生活污水平均流量与工业废水最大班平均流量之和 截流倍数n0 溢流井后 不从溢流井泄出的雨水量 通常按旱流流量的指定倍数计算 该指定倍数称为截流倍数n0 我国 室外排水设计规范 规定采用n0为1 5工程实际中 我国多数城市都采用n0 3美国 日本等多采用n0 3 5 合流制排水管渠的水力计算要点 按满流进行设计重现期应适当放大 因为混合污水有污染应合理确定截流倍数n0 溢流井形式截流槽式溢流堰式跳跃堰式 2 4排水管渠及附属构筑物 排水管渠的断面形式要求 静力学上 具有一定的抗荷载能力 坚固稳定 抗压抗折 不破裂 不变形水力学上 尽可能大的排水能力 不淤积 不沉淀经济上 造价低管理维护上 便于疏通 清洗 排水管渠的断面形式 圆形 半椭圆形 马蹄形 水力特性好排水能力大抗压能力强便于预制节省材料 抗压能力强节省材料用于污水流量大且变化小管径大于2m 高度小于宽度可减小埋深造价低 易淤积适用大流量 变化小 出水位置受限制 排水管渠的断面形式 矩形 水力条件差可现场预制适用于排洪沟等明渠或路面狭窄地区 梯形 只适用于明渠 蛋形 下部窄流量小时流速也较大不淤积清通养护方便 排水管渠材料的要求 具有一定的强度 抗压抗折抗冲刷 耐磨损有抗腐蚀 浸蚀能力不透水内壁光滑 阻力小货源充足 价格便宜 常用的排水管渠 混凝土和钢筋混凝土管 陶土管 金属管 砖石浆砌或钢混大型管渠 石棉水泥管 其他管渠 包括木管 竹管 塑料管 玻璃钢管等 1 混凝土和钢筋混凝土管 优点 制造方便 成本低 抗压能力强 适用于大管径缺点 抗酸 碱和浸蚀能力低 抗渗透性能低 管节短 接头多 施工困难 重量大 搬运不便 乘插式 企口式 平口式 2 陶土管 特点 内外壁光滑 不透水性能好 耐磨损 抗腐蚀 强度低 抗压抗折能力差 管径较小 一般在300mm以下适用条件 居民区室外排水管 工业废水中 3 金属管 钢管和铸铁管 特点 成本高 较少采用 抗高压 抗渗透能力强 内壁光滑 阻力小 长度大 接头少 抗酸 碱腐蚀和抗地下水浸蚀能力低 需作防腐处理适用条件 震区 对渗透要求高的地区 特点 现场浇筑 抗压 抗震 抗腐蚀能力强 无法预制适用条件 大管径 管径大于2 0m 4 砖石浆砌或钢混大型管渠 5 石棉水泥管 特点 表面光滑 不透水 抗腐蚀性强 重量轻 质脆 易折断 不耐磨损 6 其他管渠 木 竹 塑料 玻璃钢等 管渠材料的选择 管渠材料应尽可能就地取材 便于供应和运输 考虑管材的造价 根据输送水质情况 进行比较选择 考虑管材的适用条件 排水管渠接口的要求 足够的强度不透水抗腐蚀 浸蚀具有一定的弹性 排水管渠接口的分类 柔性接口 允许有3 5mm的纵向交错或较小的角度 适用于地基软硬不一 受力不均匀 震区等地 但施工复杂 造价高 如沥青卷材 橡胶圈刚性接口 不允许有相对的位移 适用于地基条件好