市政管网课程设计综述.doc

大 型 作 业题 目：某城市给水管网初步设计 教 学 院： 环境科学与工程学院 课 程： 给水排水管网系统 专 业： 给排水科学与工程 学 号： 学生姓名： 指导教师： 第一章 设计任务书.31.1 课程设计题目1.2 课程设计内容1.3 进程安排1.4 基本要求1.5 设计成果1.6 设计步骤第二章 概论2.1城市自然资料如下2.2某城市详细规划2.3 设计规模2.4 管网定线2.5最高日用水量2.6供水管网设计流量2.7确定清水池和水塔容积 第三章 管网布置及水力计算3.1 管段布线，并确定节点和管段编号3.2 计算集中流量3.3 节点流量3.4 管段设计流量分配及管径选定1 .设计任务书1.1 课程设计题目某城市给水管网初步设计1.2 课程设计内容 1.某城市给水管网设计最高日用水量分项分析与总用水量计算； 2.根据用水量变化曲线确定清水池和水塔的容积； 3.沿线流量、节点流量的计算及各管段设计流量初步拟定； 4.根据初步拟定的管段设计流量，选取经济流速（参见教材表6.8，表7.7）或界限流量表（给水工程教材表7-1）初步计算各管段管径（并考虑到消防、最大转输时及事故时等要求确定各管段的管径），然后根据教材表7.8标准管径选用界限表确定各管段标准管径。 5.管网水力计算（可采用相关计算软件进行计算，如EPANET软件）； 6.确定控制点，计算从控制点到二级泵站的水头损失，确定二级水泵流量和扬程和水塔水箱高度； 7.消防时、最大转输时和最不利管段发生事故时的校核，若不满足要求，应说明必须采取的措施。 8.绘图，在提供的总平面图（1：10000）基础上确定给水管网定线方案，绘出经过抽象的节点和管段环状管网模型图（1张），另针对环状管网图绘制消防时、最大转输时和最不利管段发生事故时校核的水力计算图（3张）。1.3 进度安排1给水管网的设计要求，设计原则及管网定线方案 2天2给水管网水力计算 3天3水泵选型及水塔高度的确定 2天4消防时、最大转输时和最不利管段发生事故时的校核及采取必要措施 3天5计算书的整理和排版 2天6绘图 2天1.4 基本要求1、根据提供的总平面图（1：10000）确定给水管网定线方案；2、进行基础资料分析提出给水管网设计的可行性方案；3、完成相关的设计计算书及图纸绘制工作；4、课程设计必须独立完成； 5、图中文字一律用仿宋体书写；图例的表示方法应符合一般规定和制图标准；图纸应注明图标栏及图名；图纸应清洁美观，主次分明，线条粗细有别；图幅宜采用3号图，必要时可选用2号图；6、计算书内容简要，论证充分、文字通顺、字迹端正。1.5 设计成果 1设计计算书一份； 2设计图纸：节点和管段环状管网模型图、绘制消防时、最大转输时和最不利管段发生事故时校核的水力计算图各一张。1.6 设计步骤1明确设计任务及基础资料，复习有关知识及设计计算方法2在平面图上确定给水管网定线方案，进行水力学计算3设计图纸绘制4设计计算书校核整理2 概论2.1城市自然资料如下：该地区属气候属亚热带大陆性季风气候，具有气候适宜，四季分明的特点。据近十年气象资料统计，年平均气温为16.8摄氏度；月最高气温在8月，月均温度32.9摄氏度；月最低气温在一月，月均气温1.9摄氏度；极端最高气温40摄氏度，最低气温9.8摄氏度。主导风向西北风，四季无明显风向变化。冻土深度：20cm。冰冻深度:0.5m。2.2某城市详细规划： （1）某城市20052015规划图（1：10000）； （2）新区规划人口10万人，房屋最高楼层6层； （3）新区规划年工业产值12亿元。2.3设计规模 （1）某城市范围原是农田，无供水设施，故规划新建水厂一座，位于新区东北的河岸边。水厂厂址的地面高程和道路设计高程见规划图。水厂清水池最低水位标高比地面低3.5m。 （2）用水定额：居民生活综合用水定额（含公建用水）：300L/人日（平均日）；工业用水定额：54立方米/万元产值（以360日计，均匀用水）；市政、绿化用水占以上两项之和的5%；管网漏失水量和未预见水量按以上各项和的20%计算。 （3）用水时变化系数： 按整个系统考虑： Kd=1.25； 最高日用水量变化曲线如下： （4）大用户用水量(用于计算集中流量)： 表1序号单位名称最高日用水量（m3）用水变化系数1火车站8002.02汽车站6002.03食品厂20002.04机械厂4002.05污水厂1002.06医院2502.57宾馆3002.58餐飮3002.59超市2502.5（5）网中设置对质水塔6）给水管材：采用当地生产的承插式自应力钢筋混凝土给水管，标准管径见教材表7.8。 （7）消防系统：采用低压消防系统，最小水压要求10m，消防流量按规划人口查教材附录中的有关表格选取。 （8）地面集中用户（即节点地面高程）参考基础图自己拟定。2.4 管网定线 城市定线取决于城市平面布置，供水区的地形，水源和调节水池位置，街道和用水户特别是大用户的分布，河流、铁路、桥梁的位置等，考虑的要点如下：定线时，干管延伸的方向和二级泵站输水到水池、水塔、大用户的水流方向一致，本设计中，以城市供水区中集中大用户所在的街区为横向敷设能充分利用地势条件，节约造价和运行成本。干管和干管之间的连接形成了环状网，连接管的作用在于局部管线损坏时，可以通过他们重新分配流量，从而缩小了断水范围，较可靠的保证供水，连接管的长可根据街区的大小考虑在800至1000米左右。考虑上述要求后，结合本城市的具体情况，现将供水区分为10个环状管网，定线后的管网图如附图中的管网模型图所示2.5最高日生活用水量 (1)居民生活用水量 =300100000/1000=30000 居民生活综合用水定额（含公建用水）：300L/人日（平均日） 居住区人口数，cap (2)工业生产用水量 =54120000/360=18000 工业用水定额：54立方米/万元产值（以360日计，均匀用水） 工业企业产值（万元/d) (3)市政、绿化用水量 =()5%=2400 (4)管网漏失水量和未预见水量 =(+)20%=10080 （5）最高日生活用水量 =(+)1.25=756002.6供水管网设计流量 =1.4275600/86.4=124232.7确定清水池和水塔的容积清水池与水塔土调节容积计算 表2时供水处理供水供水泵站供水量（水塔调节容水塔调节容积计算量（设置水塔不设水塔设置水塔1234（2）-（3）（3）-（4）014.172.221.921.951.950.30.3124.172.221.71.953.90.520.82234.162.221.771.945.840.451.27344.172.222.451.957.79-0.231.04454.172.222.871.959.74-0.650.39564.164.973.95-0.818.931.021.41674.174.974.11-0.88.130.862.27784.174.974.81-0.87.330.162.43894.164.975.92-0.816.52-1.951.489104.174.965.47-0.795.73-0.510.9710114.174.975.4-0.84.93-0.430.5411124.164.975.66-0.814.12-0.69-0.1512134.174.975.08-0.83.32-0.11-0.2613144.174.974.81-0.82.520.16-0.114154.164.964.62-0.81.720.340.2415164.174.975.24-0.80.92-0.27-0.0316174.174.975.57-0.80.12-0.6-0.6317184.164.975.63-0.81-0.69-0.66-1.218194.174.965.28-0.79-1.48-0.32-1.6119204.174.975.14-0.8-2.28-0.17-1.7820214.164.974.11-0.81-3.090.86-0.9221224.174.973.65-0.8-3.891.320.422234.172.222.831.95-1.94-0.61-0.2123244.162.222.011.9400.210累计100100100调节容积=13.63调节容积=4.21清水池设计有效容积为：=10343式中 清水池调节容积（）；=13.63%75600=10304 消防贮备水量（），按2小时室外消防用水量计算；=504 给水处理系统生产自用水量（），取最高日用水量的5；=3780 安全贮备水量()。=2431城镇居住区的室外消防用水量可查给水排水管网系统附表3人数（万人）同一时间内的火灾次数一次性灭火用水量（L/s）10.0235水塔设计有效容积为：式中 水塔调节容积（); =4.21%75600=3183 室内消防贮备水量（），按10分钟室内消防用水量计算。 =40106010-3 =24 则W=32073 管网布置及水力计算3.1管段布线，并确定节点和管道编号 （1）配水管网应根据用户要求合理分布于全供水区。在满足用户对水量、水压的要求原则下，尽可能缩短配水管线总长度，一般布置成环网状。 （2）干管的位置，尽可能布置在两侧均有较大用户的道路上，以减少配水支管的数量。 （3）配水干管之间应在适当间距处设置连接管，以形成管网。根据以上几点原则，结合开发区的地形特点，管网定线环网共10个，定线图见图1。3.2计算集中流量，如下表： 表3序号单位名称 最高日用水量（m3）用水变化系数最高日最高时用水量(L/s)1火车站800 218.522汽车站600213.893食品厂2000246.304机械厂40029.265污水厂10022.316医院2502.57.237宾馆3002.58.688餐饮3002.58.689超市2502.55.7合计120.66集中流量之和=120.66（L/s)配水长度之和=10738(m)比流量q=0.1045L/(sm)泵站设计供水流量=1243=1043.5（L/s)水塔设计供水流量=12431043.5=199.5（L/s)3.3 计算节点流量，如下表： 表4管段号输水管径管段沿线流量集中流量沿线流量供水流量节点流量100.001043.50-1043.50227328.5332.0332.03322123.0961.3561.35422123.0958.6258.62522123.0958.6258.62622123.0958.6258.62734035.5311.5729.3140.89828229.4732.9955.5988.58922123.0913.8926.2840.171022123.0952.5152.511122123.098.6852.5161.191222123.0952.5152.511327328.5355.2355.231428229.4729.0029.001534035.5346.3055.59101.891668071.06111.14111.141768071.06111.14111.141868071.067.23111.14118.371968071.06111.14111.142056358.83199.50-199.502156358.830.002256358.830.002356358.830.002444246.190.002544246.190.002644246.190.002744246.190.002844246.190.002900.000.00107401122.33120.661122.341243.000.003.4 管段设计流量分配及管径选定节点设计流量由上表可知。观察管网图形，可以看出，选择三条平行的供水方向，一条从节点2出发，经过管段2、3、4、5、6、通向节点7；另一条从节点15出发，经过管段24、25、26、27通向节点8；第三条从节点14,经过管段13、12、11、10、9通向节点9。管段初分配流量、管径设计及经济流速见下表。 表5管段号设计流量经济流速设计管径11043.50.66002*10002550.471.09578003389.121.01167004260.50.92186005151.880.9554450663.260.8954300722.370.7124200813.110.7423150927.060.86182001069.570.723535011115.760.921740012153.270.964245013190.50.970750014200.6369200154611.1985700161000.796240017700.727935018500.707730019300.611525020100.600015021150.849315022150.849315023180.600020024339.111.200060025309.971.096960026253.830.898260027170.460.86865002879.320.824935029199.50.63002*4503.5 工况水力分析假定节点9为控制点，其节点水头等于服务水头，及H=28m.,为了满足水力分析条件,将管段1暂时删除,其管端流量加到节点1上,其节点流量为-1043.5+32.03=-1011.47 L/S, 根据地形图,、给水管网模型图确定出地面标高，要求自由水压 及服务水头 见下表所示。 表6节点号号地面标高自由水压服务水头129.5230164632916454282856527.51643.56271239726164282616429262854102616421126245012301646133116471432164815311647163016461729164518282452192616422033采用哈代-克洛斯法平差，允许闭合差0.1m，使用海曾-威廉公式计算水头损失，计算过程采用EPANNET进行平差，计算结果见下表。 表7管段或节点号流量 (l/s) 流速(m/s) 单位水头损失(m/km) 流量（L/s） 流速（m/s） 单位水头损失（）m/km 1 2574.751.141.88574.751.141.883401.661.041.85401.661.041.854260.990.921.77260.990.921.775148.330.932.52148.330.932.52658.130.823.2158.130.823.21717.240.552.4317.240.552.43813.940.796.6613.940.796.66926.230.845.2926.230.845.291066.910.71.9666.910.71.9611116.150.922.85116.150.922.8512157.940.992.83157.940.992.8313191.910.982.43191.910.982.431421.410.683.6321.410.683.6315436.721.132.17436.721.132.1716111.740.892.65111.740.892.651782.050.852.8782.050.852.871854.030.762.854.030.762.81931.580.642.5231.580.642.522011.830.674.9211.830.674.922111.960.685.0211.960.685.022210.710.614.0910.710.614.092321.260.683.5921.260.683.5924313.411.112.48313.411.112.4825292.761.042.19292.761.042.1926252.960.891.67252.960.891.6727176.660.92.09176.660.92.092885.270.893.0885.270.893.0829199.51.254.37199.51.254.373.6 确定控制点。在水力分析时，假定节点（9）为控制点，经过水力分析后，比较节点水头与服务水头，或比较节点自由水压与要求自由水压，得到各节点的供压差额，发现当（9）节点为控制点时候，其他各节点的供水压力均得到满足。即节点（9）为控制点。3.7 二级泵站流量、扬程及水塔高度设计泵站扬程设计在完成设计工况水力分析后，泵站扬程可以猴子姐根据其所在管段的水力特性确定。节点(19)处为清水池,其最低设计水位标高为26m,根据设计工况水力分析的结果,有:泵站扬程： =64.56-29.5+10.67/(1101.852*14.87)*(1.0435/2)1.852*545=35.06+0.05=35.11m为了选泵,估计泵站内部水头损失,一般水泵吸压水管道设计流速为1.2-2.0m/s,局部阻力系数可按5.0-8.0考虑,沿程水头损失较小,可以忽略不计,则泵站内部水头损失约为:Hpm1=8.02.02/(2*9.81)=1.63m则水泵扬程应为:Hp=35.11+1.63=36.74m 取37m；按三台泵并联工作考虑，单台水泵流量为：Qp=1043.5/3=347.83L/S，取350L/s查水泵样本，选取16-SA-9J型水泵4台，三用一备。水塔高度设计在完成设计工况水力分析后，水塔高度也随之而定了。由平差数据和计算结果：63.98-33=30.98m，4 管网设计校核4.1 消防工况校核城镇居住区的室外消防用水量可查給水排水管网系统附表3人数（万人）同一时间内的火灾次数一次性灭火用水量（L/s）10.0235考虑2处火灾，消防流量分别加在控制点9和节点9上，2处都加上35（L/s)的集中流量。清水池加70（L/s)，删除1管段，将其流量整合到（1）节点。Q1=-1011.5-70=-1081.5L/sQ8=88.58+35=128.58（L/s）Q9=40.17+35=75.17（L/s）其他节点流量与最高时相同，节点流量见水力计算图。经计算,控制点等几处不满足低压消防要求,即10自由水头.经多次校核,把8管改为200mm,9管改为250mm，10管改为400mm，11管改为450mm，28管改为400mm。重新分配管段流量，进行水力平差计算，计算结果见下表 表8管段号或节点编号节点流量节点水头自由水压(m)管段流量(L/s)流速(m/s)单位水头损失(m/km)21081.548.0318.03610.721.212.08361.3546.8817.08427.631.112.08458.6245.9617.96278.570.992558.6245.0817.5815912.87658.6243.8116.8162.070.883.62740.8942.2116.2121.180.673.568123.5839.7913.7928.680.916.24975.1736.2810.2846.490.955.151052.5138.5512.5587.080.691.671161.1939.2913.29135.030.852.121252.5140.2310.23174.320.892.041355.2341.1310.13200.31.022.63142942.5610.5629.80.956.715101.8946.3415.34470.751.222.4916111.1444.7714.77121.740.973.117111.1443.6314.6390.440.943.4318118.3742.714.760.950.863.519111.1441.3715.3738.310.783.620-199.543.0010.0011.930.674.992113.240.756.062213.220.756.042329.250.936.4724339.061.22.8725320.411.132.5926286.491.012.127215.831.13.0228131.081.043.5629199.51.254.37由以上数据可知，节点8，9均满足最小的10m水压，其他节点水压以满足，故消防校核正确。4.2 最大转输工况校核由最高日用水量变化曲线可知最大转输工况各节点流量=最高时工况各节点流量.先求出各节点流量，节点流量见水力计算图。将清水池流量整合到2节点，用EPANET软件进行平差，所得： 表9管段号或节点编号节点流量（L/s）节点水头（m） 自由水头 管段流量（L/s） 流速m/s 单位水头损失（m/km） 2-1023.7558.7728.77541.41.081.68337.8357.8528.85378.740.981.66436.1457.1229.12251.880.891.66536.1456.3928.89155.290.982.75636.1455.1728.1782.631.176.15725.2152.4526.4557.420.61.48854.6151.4525.45129.791.033.5924.7749.4823.48-105.021.094.531037.3847.4821.48-103.990.832.321137.7346.4620.46-109.70.691.441232.3845.8215.82-124.830.781.831334.0545.0114.01-184.540.942.261417.8843.7811.78105.472.1523.491562.825726482.351.252.61668.5255.6425.64124.830.993.251768.5254.7725.7790.720.943.451872.9854.0426.0460.440.863.451968.5252.9326.9336.520.743.320272.13431036.341.169.682143.451.3813.482247.511.5115.92393.761.9118.8924314.061.112.4925276.610.981.9726251.310.891.6527195.320.992.5128126.981.013.3629272.131.717.76上图部分管道流量为负，表示转输时方向发生了变化，流向了水塔。由EPSNET软件计算出的最高时离心泵特性曲线为： Hp=49.33-0.0001007Q2 泵站到水塔的水头损失： 0.05+0.682.65+0.57339.04=23.83m水塔地面标高33m，高31m，故泵站到水塔所需扬程：23.83+64=87.83m实际提供杨程： 29.5+49.33-0.00010070.352 =78.83m87.83m经过多次校核，将14管改为300mm，算的水头损失为14.49m，而此时提供的扬程：78.8314.49+63.98=78.47m 满足条件转输。4.3 事故工况校核管段2损坏为最不利事故，按此工况事故进行校核。节点压力仍按设计时的服务水头要求，并保证70以上的用水量。事故工况各节点流量=70最高时工况各节点流量先从管网中删除管段1，计算出各节点流量，其他节点流量