城市给水管道工程设计说明书.doc

城市给水管道工程设计某县城给水管网初步设计课程名称： 专业名称： 班 级： 学 号： 姓 名： 指导老师： 是否组长： 给水管网计算说明书1 给水管网设计任务书1.1 设计目的和要求课程设计的目的，在于培养学生运用所学的理论知识，解决实际问题，进一步提高计算、制图和使用规范与技术资料的能力。设计要注意贯彻国家有关的基本建设方针政策，做到技术上可能，经济上合理。为了达到这一目的，学生应该深入复习有关课程，充分理解它的原理，在此基础上，学会独立查阅技术文献，确定合理的技术方案，逐步树立正确的设计观点。通过技术能基本掌握给水管网的设计程序和方法，较熟练地进行管网平差，加强基本技能和运作技巧的训练。1.2 设计题目某县城给水管网初步设计1.3 设计原始资料1.3.1 概述 某县城位于我国的广东省，根据城市建设规划，市内建有居民区、公共建筑和工厂。详见规划地形图。1.3.2 城市用水情况城市用水按近期人口412000 万人口设计，远期（10年）人口增加10，市区以5 层的多层建筑为主。表1 生活用水变化规律表时间企业用水变化百分数居民用水变化百分数时间企业用水变化百分数居民用水变化百分数0-11.54.0512-135.01.161-21.54.0713-145.01.182-31.54.3414-155.01.263-41.54.2915-165.81.254-51.24.1216-175.81.625-61.24.2817-185.04.306-74.26.0618-195.05.207-86.86.2119-204.65.508-96.86.0820-214.65.359-106.85.8021-224.65.2310-116.04.9222-233.44.8011-126.04.0123-241.24.92表2 公共建筑用水量表用水单位用水人数用水标准用水时间及水量分配医院800床按规范的最高标准查取24h均匀影剧院600人/场3场/日 24h中学2000人6-22点宾馆600床24h火车站流动人口5000人6-22点师专3000人6-22点幼儿园2000人6-22点 表3 企业生产用水表工厂名称生产用水 （万m3/d）人员用水人数（人） 用水标准用水时间（h）备注酒厂2.51000按规范标准查取24高温人数50食品厂2.080024高温人数30工艺品厂1.55006-22点高温人数70肉联厂2.05003-19点高温人数0机械厂1.510006-22点高温人数20注：1）下班后淋浴人数100；2）企业生产用水变化规律：两班制的按16小时均匀供水，三班制的变化系数见表;3）工厂的生活用水和淋浴用水变化规律见教材16页表2-1;4)建筑物的耐火等级3级，生产类别为丙类，建筑物最大体积4000m3；5）居民生活用水变化规律见表1。1.3.3 其他用水道路洒水量：城区的主要道路面积占总面积的10计(日洒水2次)绿化用水：其中需要每天浇水的面积占总面积的5消防用水：按规定计算未预见水量：按总用水量得15-25计算给水普及率：1001.3.4 地质资料该市地处西南中部，属亚热带地区，西南季风气候，年平均气温17.3，绝对最高气温为33.7，最低气温-1.3。年平均降雨量1180mm，80以上的降雨发生在6-10月之间，多年平均降雨量为64.5mm，日最大降雨量为138.8mm。常年最大风速为15.5m/s，主导风向为西南风。该市的主要水源为河流。根据水文地址部门提供的资料，河流的最低水位为1476.3m。水厂的地面标高为1489.00m，清水池的最低水位为1486.00m。1.3.5 城市规划及地形（见后面的附图及蓝图）从图上可以看到整个城区的概况，5个工厂全部集中在A江左上方的工业区内，水厂单独向工业区供水，只考虑布置一条支状管供给，在其与城区管网之间一断连通管连接，设阀门控制，平时关闭，事故时再开启。工业区所需的最低水位为0.16Mpa，由各厂自行加压供其使用，各厂的加压站内均设有贮水池，可贮存2-3h的企业用水，以避免管网事故时造成的停水。城区位于A江右侧，有7个集中流量流出点，按对置水塔换装管网要求进行配水管网设计。2、生活、生产用水量计算及逐时用水量计算、供水曲线的确定2.1、生活用水计算根据建筑给排水手册（第2册）第一章 建筑给水查得居民生活用水定额；广东省为一分区，从而确定最高日用水情况140230L/(人*d),本设计采用230 L/(capd)做为用水定额，所以居住区生活用水总额为：Q1=412000*230/1000=94760(m3)2.2、企业生产用水计算根据建筑给排水手册（第2册）1.2.4工业企业生产用水定额查得；工业企业职工生活用水量2535L/(人、班)，淋浴用水4060L/(人、班)。一般车间采用下限值，高温车间采用上限值经计算，得到各个企业生产用水及生活用水 表4 各企业总用水量工厂名称生产用水 （万m3/d）生活用水（m3）沐浴用水（m3）总用水量（m3）高温车间一般车间酒厂2.517.512.55025080食品厂2.08.41436.820059.2工艺品厂1.512.253.752715043肉联厂2.0017.53020047.5机械厂1.57204415071企业总用水：Q2=25080+20059.2+15043+20047.5+15071=95300.7（m3）2.3、公共建筑用水公共建筑用水标准查阅建筑给排水手册（第2册）第一章 建筑给水表1-10 集体宿舍、旅馆、公共建筑生活用水定额 得到表5 公共建筑总用水量用水单位用水人数用水标准总用水量（m3）医院800床400L/(床.d)320影剧院600人/场3场/日 20L/(观众.场)36中学2000人50L/(学生.d)100宾馆600床500L/(床.d)300火车站流动人口5000人6L/30师专3000人200L/(学生.d)600幼儿园2000人100L/(儿童.d)200公共建筑Q3=320+36+100+300+30+600+200=1586（m3）2.4、市政用水根据建筑给排水手册（第2册）表1-14查得浇晒道路和绿化用水定额县城面积按A1图幅1:5000比例，计算得县城面积为1717950m2经计算得，浇晒道路用水量：Q4=1717950*0.1*1.5*2/1000=513.59（m3） 绿化用水：Q5=1717950*0.05*2*2/1000=344（m3）2.5未预见用水量按照总用水量的25%计算所以未预见用水量Q6=0.25*（ Q1+ Q2 +Q3+ Q4+ Q5）=48293（m3）2.6最高日用水量Qd= Q1+ Q2 +Q3+ Q4+ Q5+ Q6=240797.29（m3）2.7消防用水量计算 由给排水设计手册第二版第02册建筑给水排水第77页表2-12、表2-13及表2-15查得：居民区室外消防用水量为75L/S，设同一时间内的火灾次数为3次，消防用水定为2小时。室内消防同一时间内的火灾次数为1次，消防用水时间定为10min。工厂建筑的耐火等级3级，生产类别为丙类，最大体积4000m3，厂区室外消防用水量为30L/s，设同一时间内的火灾次数为1次，消防用水时间定为2小时。室内消防同一时间内的火灾次数为1次，消防用水时间定为10min。 室外消防用水量=居住区室外消防用水量 +工厂室外消防用水量=0.075*3600*2*3+0.03*3600*2*1=1836 m3 室内消防用水量=居住区室内消防用水量+民用建筑的室内消防用水量+工厂室内消防用水量=0.015*60*10*3+0.03*60*10=45 m32.8确定供水曲线以24个小时用水时间段作为横坐标，小时段内用水量占最高日用水量的百分数作为纵坐标，做出县城供水曲线，3、泵站的工况和清水池水塔容积的计算3.1、二级泵站工况调节根据城市用水变化曲线，二级泵站采用三级供水，其中低级供水区在22:00-6:00时段，共8小时，高级供水区在7:00-12:00和18:00:21:00，共11小时，次高级供水区在13:00-17:00时段，共5个小时。 在低级供水区，拟定流量为最高日时的3.27%，在次高级供水区，为3.65%，则高级供水区为5.06%，即 3.27% x 8 + 3.65% x 5+ 5.06% x 11=100%根据假设库存法，算得水塔的调节容积为2.93% 再取3.28%、3.25%等值为低供水时段供水值，算出相应的水塔调节容积，当低供水值为3.27%时，水塔调节容积及清水池调节容积均最小，故确定二泵站低供水时工况点为3.27%，高供水时工况点为5.06%。 二级泵站工况曲线如图所示。3.2、清水池和水塔的容积确定清水池和水塔调节容积的确定，可根据24h供水量的用水变化曲线推算，具体计算见表6。表中第（2）项参照城市用水变化规律得出，第（4）项假定一级泵站24小时均匀供水，（5）=（2）-（4），（6）=（3）-（4）, （7）=（2）-（3）由累计的正直（或负值）可确定水塔或清水池所需的容积，其值以最高日用水量百分数计。表6清水池和水塔调节容积计算时间 用水量（%）二级（%）一级（%）清水池调节容积（%）水塔调节容积（%）无水塔有水塔（1）（2）（3）（4）（5）（6）（7）012.723.274.17-1.45-0.9-0.55122.733.274.17-1.44-0.9-0.54232.833.274.16-1.33-0.89-0.44343.333.274.17-0.84-0.90.06453.213.274.17-0.96-0.9-0.06563.273.274.16-0.89-0.890675.385.054.171.210.880.33785.925.064.171.750.890.86895.895.054.161.730.890.849105.785.064.171.610.890.7210115.235.054.171.060.880.1811124.885.054.160.720.89-0.1712133.563.654.17-0.61-0.52-0.0913143.573.654.17-0.6-0.52-0.0814153.623.654.16-0.54-0.51-0.0315163.763.654.17-0.41-0.520.1116173.923.654.17-0.25-0.520.2717184.835.054.160.670.89-0.2218195.215.064.171.040.890.1519204.745.054.170.570.88-0.3120214.625.064.160.460.9-0.4421224.575.054.170.40.88-0.4822233.423.274.17-0.75-0.90.1523243.013.274.16-1.15-0.89-0.26累计1001001008.087.732.93 由表6可知，水塔调节容积为2.93%Qd,清水池调节容积为8.08%Qd。（1）清水池中除了储存调节用水外，还存放消防用水，因此，清水池有效容积等于 W=W1+W2+W3+W4（m3）W1（调节容积）= 7.73%Qd=8.08%240797.29=18614 mW2（消防）=0.075360023+0.03360021=1836 mW3（水厂生产用水量）=9%Qd=0.09240797.29=21672 m W4（安全蓄水量）=5%Qd=0.05240797.29=12040 m所以清水池的有效容积为W= W1+W2+W3+W4=18614+1836+21672+12040=54162 m故可采用两只等体积为27081 m的清水池。（2）水塔总容积=W1（调节容积）+W2（消防蓄水量） W1= 240797.292.93%= 7055 m W2 =0.01560103+0.036010=45 m所以水塔容积W=7055+45=7100 m4、管网布置及方案选择4.1、管网布置管网布置应满足一下要求：1、 管网布置必须保证供水安全可靠，当局部管网发生事故时，断水范围应减到最小2、 管网遍布在整个给水区内，保证用户有足够的水量和水压。3、 力求以最短距离敷设管线，以降低管网造价和供水量费用。4、 干管间距，应采用500m-800m5、 连接管间距，在800m-1000m左右6、 整个管网布置，应在3-4个环，且每个环的面积比不超过10%7、 单侧供水的管路应尽量少。根据以上原则，我们组管网布置一共有3个环，且每个环的面积比在10%以内，有2条连接管，没有一条干管间距超过800m。有两条管线是单侧供水。详图请看图集册2012-10-27 01 管网布置方案图。5、管段设计流量及管径的确定5.1、最高日时管段流量设计5.11、最高日时节点流量的计算管网的有效长度为L=6225m最高日最高时流量：Q=3690.8L/s最高日时居民、市政、未预见用水量总和：q=2217.28/s 比流量qs=q/ L=0.3561892表7节点流量计算节点管段1长度(m)管段2长(m)管断3长度(m)总管长(m)比流量：大用户（L/s）节点流量（L/s）129.0047.003800.356189267.68247.0019.0059.006250.3561892医院（3.72）115.03378.0040.0025.007150.3561892127.34425.001250.356189222.26540.0054.004700.356189283.70629.0068.004850.3561892影剧院（0.42）86.80768.0080.0062.0010500.3561892食品厂（377.95）幼儿园（3.47）568.42854.0032.0062.007400.3561892酒厂（472.49）604.28932.0026.00113.008550.3561892宾馆（3.47）155.741026.0034.0057.005850.3561892机械厂（260.85）365.041157.002850.356189250.761234.00136.008500.3561892151.381338.0028.0042.005400.356189296.171428.0066.004700.356189283.701566.0048.00113.0011350.3561892肉联厂（347.68） 中学（6.25） 火车站（0.52）552.081648.0057.0071.008800.3561892156.721771.00136.0010350.3561892工艺品厂（260.79师专（10.42）455.541844.002200.356189239.181944.0057.0050.007550.3561892134.462050.002500.356189244.52 经计算得，所有节点流量及大用户流量之和为3690.80（L/s） 而最高日最高时流量也为3690.80（L/s），说明节点流量计算合理。5.1.2、最高日时供水量最高日时设计流量：Qh=3960.80（L/s）二级泵站供水;Q1= Qh*5.06/5.92=3385.41（L/s）水塔供水量Q2= Qh*0.86/5.92=575.39（L/s）5.1.3、环状网流量的分配及管件的选择根据最高日时设计状态下二级泵站及水塔供水情况，可初步拟定流量的分配在确定节点流量的时候就可以进行流量的初步分配和管径的选择，管径的选择要满足以下的要求。 1.技术流速要求：0.62.5m/s，不低于0.6m/s是为了防止水中的悬浮物在水管内沉积，不大于2.5m/s是为了防止发生水锤；2 经济流速要求：DM=400，v=0.91.4 L/s DM400,v=0.60.9 L/s；3 根据管段具体位置进行选择，管网入口管段管径应大致相近，不超过两个数量级，水塔附近管段在可选情况下选偏大的管径，控制点附近管段在可选情况下选偏大的管径；4 连接管管径应不小于150mm。计算结果如下表： 表8环状网流量及管径初拟定环号管段管长(m)管径(mm) 初分流量q(L/S)1000ih(m) sp 122351400-1327.10.536-0.1260.000094914233901200-1212.070.987-0.3850.00031758352001100-1062.051.194-0.2390.00022485582701100-978.351.029-0.2780.000283981629015001990.630.8100.2350.000118006734015001904.260.7460.2540.00013320783105001000.7840.2430.00243040q=41.06947h1=-0.2960.00360292071340012001235.841.0230.4090.000331111131428011001139.671.360.3810.000334132141533011001055.961.2160.4010.00038001478310500-1000.784-0.2430.0024304089160800-474.071.316-0.2110.000444154915565400-60.950.960-0.5420.00889910q=-7.61687h2=0.1950.01281890891556540060.950.9600.5420.008899101516240800561.361.810.4340.0007738351617355500186.472.450.8700.004664289910130600-260.851.84-0.2390.0009170021012170450154.942.940.5000.0032257651217680600-269.072.24-1.5230.00566098q=-12.0946h3=0.5840.024140969注：其中黄色部分为连接管，“+”号代表水流方向为顺时针方向，“-”号代表水流方向为逆时针方向,hij为环内各管段损失代数和，校正流量q=-hi/2(sij*qij). 5.1.4、环状网能量平差 环状网在初步分配流量时，已经符合连续性方程qi+qij=0的要求，但在选定管径和求得个管段水头损失以后，每个环往往不能满足hij=0或(sij*qij)=0，因此要在初分流量和确定的管径基础上，重新调整各管段流量，反复计算，直到每个环的闭合差hij0.5为止,从表8可以看出，每个环的闭合差hij并没有都小于0.5，因此要进行校正，校正结果如表9所示： 表9最高时平差成果图环号管段管长(m)管径(mm) 校正后流量q(L/S)1000ih(m) sp 122351400-1286.030.493-0.1169.00873E-05233901200-1171.000.895-0.3490.000298078352001100-1020.981.068-0.2140.000209211582701100-937.280.95-0.2570.0002736641629015002031.700.8580.2490.0001224696734015001945.330.7920.2690.00013842478310500148.692.040.6320.004253249h1=0.2150.00538518271340012001228.221.0110.4040.000329256131428011001132.051.3450.3770.00033267141533011001048.341.1840.3910.00037270278310500-148.692.04-0.6320.00425324989160800-481.691.36-0.2180.000451746915565400-56.470.697-0.3940.00697342h2=-0.0720.01271304391556540056.470.6970.3940.006973421516240800549.271.7070.4100.0007458691617355500174.382.070.7350.004214184910130600-272.942.07-0.2690.0009859141012170450142.852.40.4080.0028562341217680600-281.162.11-1.4350.005103061h3=0.2420.020878683注：经过校正后，每个环的闭合差均小于0.5，满足条件。此方案是经过多次最大转输校核，选择得到一个较为合理的方案。使得只有一条入口处管段12以及两条连接管78、915不在经济流速范围内，其余的管段都在经济和技术流速范围内。 手工计算过程祥见附件最高日时流量平差5.2、最大转输时管段流量设计5.2.1、最大转输供水量管网总用水量：Q=1820.40(L/s)二级泵站供水量Q=1820.40*3.27/2.72=2188.50(L/s)水塔进水量：Q=1820.40*0.55/2.72=368.10(L/s)5.2.2、最大转输节点流量计算最大转输节点流量计算与最高日时计算方法一样 表10最大转输流量分配节点管段1长度(m)管段2长度(m)管断3长度(m)总管长(m)比流量：大用户（L/s）节点流量（L/s）129.00 47.00 3800.260999649.59 247.00 19.00 59.00 6250.2609996医院（3.69）85.26 378.00 40.00 25.00 7150.260999693.31 425.00 1250.260999616.31 540.00 54.00 4700.260999661.33 629.00 68.00 4850.2609996影剧院（0.42）63.71 768.00 80.00 62.00 10500.2609996食品厂（83.59）220.61 854.00 32.00 62.00 7400.2609996酒厂（104.51）201.08 932.00 26.00 113.00 8550.2609996宾馆（3.47）115.05 1026.00 34.00 57.00 5850.260999676.34 1157.00 2850.260999637.19 1234.00 136.00 8500.2609996110.92 1338.00 28.00 42.00 5400.260999670.47 1428.00 66.00 4700.260999661.33 1566.00 48.00 113.00 11350.2609996148.12 1648.00 57.00 71.00 8800.2609996114.84 1771.00 136.00 10350.2609996135.07 1844.00 2200.260999628.71 1944.00 57.00 50.00 7550.260999698.53 2050.00 2500.260999632.62 经计算，所以节点流量之和为：1820.40(L/s)，与管网用水量相同。5.2.3、最大转输流量分配：根据最大转输的特殊情况，对最高日最高时的管网管段流量分配、管径拟定做进一步的校核确定，以确定水泵能否将水经过管网送入水塔。 表11最大转输流量分配环号管段管长(m)管径(mm)初分流量校正后流量q(L/S)q(L/S)122351400-900-857.31 233901200-814.72-772.03 352001100-705.12-662.43 582701100-643.37-600.68 1629015001238.911281.60 6734015001175.621218.31 7831050047.75126.80 7134001200907.25870.88 13142801100836.78800.41 14153301100775.45739.08 78310500-47.75-126.80 89160800-490.04-526.41 915565400-75.6917.01 91556540075.69-17.01 1516240800699.55570.48 1617355500424.85295.78 910130600-302.77-431.84 1012170450-189.24-318.31 1217680600289.78160.71 注：根据初分流量，手工平差，迭代3次，校正后流量如上表所示，最后每个环的闭合差均小于0.5，平差后，管网中各管段的流速大多数仍在经济流速范围内，所有管段流速都在技术流速范围内。 手工计算过程祥见附件最大转输流量平差5.3、发生时故管段流量校核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，一般为城市设计流量的70%。经过校核后，发现有一根连接管78的流速过大，差不多达到4.0m/s，为了防止发生事故时，此管段水压过大，容易爆裂，造成更大的损失，故此管段应采用钢管，大多数管段流速仍在技术流速范围内，此时，可以确定各管段的管径及流量手工计算过程祥见附件事故流量平差6、管网水力计算地质资料：水厂的地面标高为1489.00m，清水池的最低水位为1486.00m，水塔地面标高1525m，市区以5层楼房居多，故最小服务水头为24m6.1最高日时状态下6.1.2环状网水压标高最高日时选择支管末端11节点为控制点，其地面标高为1499.13m，故该节点的水压标高为1499.13+24=1523.13m,其余节点水压标高如下 表12最高时水压标高节点干管水头损失（m）地面标高（m）水压标高(mHO）服务水头（m）11控制点1499.131523.13241120.1161491.851525.3633.512230.3491493.261525.2531.993350.2141495.51524.929.45580.2571496.781524.6927.918890.2181495.651524.4328.7899100.26914971524.2127.211010110.8131498.171523.9425.776160.2491491.641525.1233.487670.2691493.591524.8531.26137130.4041491.631524.4432.811413140.3771491.621524.0732.451514150.3911493.181523.6730.491615160.4101492.531523.2730.741716170.73514981522.5324.531210120.4081499.381524.3524.166.13各节点累积水头损失水泵处及水塔处水头损失设为0，由各管段水头损失累加得节点累积水头损失，水塔及水泵供水交界处的节点及水泵水塔共同供水所经的节点需分别计算两个累积水头损失，各节点累积水头损失如下表13。 表13累积水头损失节点累积水头损失累积水头损失节点累积水头损失累积水头损失（水泵）（水塔）（水泵）（水塔）水泵060.35水塔070.6210.1131.0220.230 141.3930.610 151.7850.820 162.1981.080 172.931.4391.300 43.200 101.570 0.97186.83112.380 1.78193.81120.56205.26.1.4支线各管段管径的选择支线各管段管径的选择应采用反查表的方法，及参照水力坡度和流量选定支管管径。应注意各管段水头损失之和不得大于允许的水头损失。各支线的水力坡度：i34=(1524.9-1495.75-24)/125=0.041i1620=(1523.27-1495-24)/(285+250)=0.0081i1618=(1523.27-1491.66-24)/(285+220)=0.0153通过反查表，得到各支线管径如下表14：节点支管管长管径流量1000ih(m)地面标高水压标高服务水头43412515022.2620.722.591495.751522.3126.56191619285450218.175.681.61881494.761521.6526.8918181922020039.1813.713.01621491.661518.6426.9820192025025044.525.581.39514951520.2625.2610101128530050.822.8520.812821489.171523.9434.776.2、最大转输状态下 6.2.1各节点水压标高及累积水头损失 最大转输时要使管网多余的水进入水塔中，所以控制点选择在水塔，其水压标高为：1525+3=1528 mHO，其各节点水压标高如下表： 表15最大转输水压标高及水头损失节点干管地面标高（m）水头损失（m）水压标高(mHO）服务水头（m）累积水头损失（m）水塔控制点1525.0001528.003.631121491.850.051531.6039.750.042231493.260.161531.5538.290.093351495.500.091531.3935.890.255581496.780.111531.2934.510.348891495.650.261531.1835.530.4599101497.000.631530.9333.930.711010121498.172.051530.2932.121.346161491.640.111531.5039.860.157671493.590.111531.3837.790.26137131491.630.211531.1739.540.471413141491.620.201530.9739.350.671514151493.180.201530.7737.590.871615161492.530.451530.3337.801.321716171498.002.121528.2030.203.4412水塔121499.380.241528.2428.863.394341495.751.311530.0734.321.561916191494.760.891529.4334.672.211818191491.661.621527.8136.153.8320192014950.751528.6833.682.961010111489.170.481529.8140.641.82 6.3、发生事故时的水压标高及累积水头损失发生事故时，控制点选择为管网末端20节点，该节点的水压标高为：1495+25=1519 mHO，各节点水压标高如下 表16事故水压标高及水头损失节点干管地面标高（m）水头损失（m）水压标高服务水头（m）累积水头损失（m）20控制点14951519.0024.0014.731919201494.760.731519.7324.9714.001616191492.530.831520.5628.0313.171515161493.180.011520.5727.3913.161414151491.620.011520.5828.9613.151313141491.630.171520.7529.1212.9877131493.590.031520.7827.1912.958781495.659.661530.4434.793.295581496.781.221531.6634.882.073351495.50.961532.6237.121.112231493.260.571533.1939.930.541121491.850.371533.5641.710.179891497.000.661529.7832.783.95109101498.000.811528.9730.974.761210121499.381.881527.0927.716.641712171498.004.361522.7324.7311.004341495.751.3701531.2535.502.48818191491.661.5701518.1626.5015.571110111499.