给水管网设计

第一节 设计任务与设计资料1.1设计任务双流镇给水管网初步设计1.2设计资料1.城区地质情况良好，土壤为砂质粘土，冰冻深度不加考虑。2.城市居住区人口双流镇人口数为一万；给水人口普及率为95%，污水收集率90。 3.居住区建筑为六层及六层以下的混合建筑；城市卫生设备情况，室内有给排水设备和淋浴设备。4.城市常年主导风向为北风和西北风，夏季平均风速1.6m/s；冬季平均风速1.4m/s。5.浇洒道路及绿地用水量35米3/日。6.未预见水及管漏系数取K=1.2。7.城区主要工厂的工业废水量及职工人数见表2.1，污水水质见表2.2。表2.1 主要工厂的工业用水量工厂名称最大班职工人数（人）淋浴人数（%）生产用水量（m/d）一般车间热车间一般车间热车间屠宰厂1005425351260表2.2 主要工厂污水水质项目BOD（mg/l）SS（mg/l）COD（mg/l）色度（倍）NH（mg/l）CN（mg/l）屠宰厂80010001400高10025工厂污水经局部处理后，其水质符合污水排入城市下水道水质标准(CJ3082-1999)，可与城市污水合并进行处理，或经局部处理后，其水质符合污水综合排放标准(GB8978-1996)的规定，可直接排入水体。8.该县的主要大型公共建筑主要有长途汽车站、医院、中央公园等，集中流量见表2.3：表2.3 公共建筑设计流量公共建筑设计流量（m3/d）长途汽车站50医院100中央公园159.城市地面覆盖种类见表2.4：表2.4 城市地面覆盖种类地面覆盖种类比例屋面42%混凝土道路23%碎石路面10%非铺砌路面4%公园及绿地21%注：以城市的面积为100%计算。1.3 对图纸和说明书的要求在城市总平面图上用粗线绘制给水干管的布置以及水厂、水塔、工厂等大用户的位置，在图上还应标注各节点编号、各管段管长、管径，并附有图例及说明。1、绘制管道平面图一张2、绘制管道主干管剖面图一张3、绘制节点详图一张说明书的格式可参考给排水管网综合设计说明书参考目录。1.设计任务及原始资料：2.设计说明书；3.计算说明书；4.设计体会及必要的说明。此外在说明书中应说明所采用的管材，管道埋深，管道接口方法等。要求说明书写得简明扼要，文字清楚通顺。1.4主要参考资料1给水工程第四版，严煦世，中国建筑工业出版社。2给水排水管网系统，严煦世，中国建筑工业出版社。3室外给水设计规范GB50013-2006。4给水排水设计手册第2册管渠水力计算表中国工业出版社。5给水排水设计手册第1册常用资料中国建筑工业出版社。6给水排水设计手册第3册城市给水中国建筑工业出版社第二节 给水管网布置及水厂选址2.1管网综合设计的原则和规定 1管线布置应采用城市统一的坐标系统和高程系统。 2管线规划、设计时应结合城市道路网规划，在不妨碍工程管线正常运行、检修和合理占用土地的情况下，使线路短捷。 3充分利用现有管线。当现状管线不满足要求时，经经济、技术比较。可废弃或抽换。 4布线时宜避开土质松软地区、地震断裂带、沉陷区和地下水位较高的不利地带；在山地城市还应避开滑坡危险地带和山洪峰口。 5管线布置应与地下铁道、地下通道、人防工程等地下隐蔽工程协调配合。 6工程管线综合规划、设计时，应减少管线在道路交叉口处交叉。当管线竖向位置发生矛盾是，宜按以下原则处理： 1）压力管线让重力自流管线 2）可弯曲管线让不易弯曲管线 3）分支管线让主干管线 4 ) 小管径管线让大管径管线 5）新建管线让原有管线 7给水、污水和雨水管线一般都在地下直接埋设因此还应注意以下几点： 1）在寒冷地区应根据土壤冰冻深度确定管线覆土深度。管线的最小覆土深度应符合表1中的规定。表1 管线的最小覆土深度序号1234567管线名称电力管线电信管线热力管线燃气管线给水管线雨水管线污水管线直埋管沟直埋管沟直埋管沟最小覆土深度/m人行道下0.50.40.70.40.50.20.60.60.60.6车行倒下0.70.50.80.70.70.20.80.70.70.7 2）管线宜沿道路敷设并与道路中心线平行，其主干管线应靠近分支管线多的一侧，管线不宜从道路一侧转到另一侧。 道路红线宽度超过30m的城市干道，宜两侧布置给水配水管线和燃气配气管线；道路红线宽度超过50m的城市干道，应在道路两侧布置排水管线。 3）管线在道路上的平面位置宜相对固定。从道路红线向道路中心线方向平行布置的顺序宜按以下排列：给水管、雨水排水管、污水排水管。 4）各种工程管线不应在平面位置上重叠埋设。8沿铁路、公路敷设的管线应与铁路、公路线平行。当与其交叉时宜采用垂直交叉方式布置。9管线之间，管线与建筑物之间的最小水平净距应符合表2的规定。 表2 地下工程管线最小水平净距表 单位：m序号管线名称1 2 3 4 5 6 7 8 建筑物给水管排水管乔木灌木地上杆柱道路侧右边缘铁路钢轨或坡脚d200mm通信、照明10kV高压塔杆基础边35kV1 建筑物1.0 3.0 2.5 3.0 1.5 6.0 2 给水管d200mm3.0 1.5 3 排水管2.5 1.0 1.5 1.5 0.5 1.5 1.5 4 乔木3.0 1.5 1.5 1.5 1.5 0.5 5 灌木1.5 6 地上杆柱通信、照明10kV0.5 0.5 1.5 0.5 高压塔杆基础边35kV7 道路侧右边缘1.5 1.5 0.5 0.5 8 铁路钢轨或坡脚6.0 5.0 10当管线交叉敷设时，自地表面向下的排列顺序宜为：电力管线、热力管线、燃气管线、给水管线、雨水排水管线。污水排水管线。11管线在交叉点的高程应根据排水管线的高程确定。管线交叉时的最小垂直净距，应符合表3中的规定。 表3 工程管线交叉时的最小垂直净距 单位：m序号123456给水管线污水、雨水管线热力管线燃气管线电信管线电力管线直埋管沟直埋管沟1给水管线0.15 2污水、雨水管线0.40 0.15 3热力管线0.15 0.15 0.15 4燃气管线0.15 0.15 0.15 0.15 5电信管线直埋0.50 0.50 0.15 0.50 0.25 0.25 管沟0.15 0.15 0.15 0.15 0.25 0.25 6电力管线直埋0.15 0.50 0.50 0.50 0.50 0.50 管沟0.15 0.50 0.50 0.15 0.50 0.50 2.2水厂选址与管网定线所谓管网定线就是在现有的给水区域地形图上确定干管的走向，图形以及水塔（或高水位水池）的位置，为此在定线前需熟悉地形图，明确水源、水厂、水塔设计位置以及各大用户的位置，由于管网定线不仅关系着供水安全，也影响着管网造价，因此定线时需要慎重考虑。水塔应尽量置于城市较高地区。以减少水塔高度；此外应尽可能靠近大用水户，以便在最大转输时减少水塔至该处的连接管中的水头损失，从而减少水塔高度，水塔在管网中有重要作用，它的目标又很明显，故选择水塔位置时，需考虑防空、整个城市规划及美观等问题。该城镇在其西南部有一条沿城镇边沿向东北流动的河流，而且地势也是从西南到东北逐渐降低。城镇的街区分布较为均匀，城镇中各企业，工业等用户对水质和水压无特殊要求。城镇给水管网的布置取决于县城的平面布置、水源、调节构筑物的位置、大用户的分布等。考虑要点如下：l 干管应通过两侧负荷较大的用水区，并以最短距离向用户送水。l 靠近道路、公路，以便于施工及维修。l 利于发展，并考虑分期修建的可能性。l 干管尽量沿高地布置，使管道内压力较小，而配水管压力则更高些。l 注意与其他管线交叉时平面与立面相隔间距的规定与要求。输水管线走向符合城市和工业企业的规划要求，沿现有道路铺设，有利于施工和维护。城市的输水管和配水管采用球墨铸铁管。配水管网共设3个环。在河流上游建议地表净水厂，水厂处不受洪水威胁；水厂所处位置不占良田，考虑到远期发展，水厂的面积留有余地；水厂距离城镇较近，交通便利，靠近电源，市政管网完善。在城镇的最西南方向设置一水塔，来满足供水需求。第三节 给水管网设计计算3.1 最大日用水量计算3.1.1最高日综合生活用水量计算：该城镇为为贵州小城市，城市分区为二区，查教材附表1，取最高日用水定额为150L/capd。城镇居民人数为1万人，给水人口普及率为95%。则最高日居民生活用水量：q1=qNf=1501000095%10-3=1425（m3/d）式中：q最高日生活用水量定额，m/（d人） N城镇人口数 f自来水普及率，% 有数据可知城镇中的公共建筑有公园、医院、和汽车站。用水量分别为15m、100 m、50 m。则公共建筑用水量q=15+100+50=165m/d则综合生活用水量Q=q+q=1425+165=1590 m/d3.1.2工业企业生产用水量Q双流镇的企业只有一个屠宰厂，生产用水量Q3.1.3工业企业职工的生活用水与淋浴用水量Q由教材附表2可以知道职工生活用水量定额为：一般车间25L/（cap），高温车间35 L/（cap）；职工淋浴用水量定额为：40 L/（cap），污染车间60 L/（cap）屠宰厂职工分布如下表，采用八小时工作制，三班轮流上班。工厂名称最大班职工人数（人）淋浴人数（%）生产用水量（m/d）一般车间热车间一般车间热车间屠宰厂1005425351260则工业企业职工的生活用水与淋浴用水量Q=19.57m/dq 各工业企业车间职工生活用水量定额L/（cap）Q 各工业企业车间职工淋浴用水量定额L/（cap）N 各工业企业车间最高日职工生活用水量总人数（cap）N 各工业企业车间最高日职工淋浴用水总人数（cap）3.1.4浇洒道路与绿化用水量Q用资料可以了解知浇洒道路及绿地用水量每日两次，一次为35m。则 Q=35x2=70m/d3.1.5未预见水量与管网漏失水量Q由未预见水及管漏系数取K=0.2。知Q=( Q+ Q+ Q+ Q)xK=(1590+1260+19.57+70)x0.2=587.91 m/d3.1.6消防用水量Q有教材附表3可知当人数不大于一万人时，同一时间发生火灾次数为一次，一次灭火用水量为10L/s，3.1.7最高日设计用水量Q=Q+ Q+ Q+ Q+ Q=1590+1260+19.57+70+587.91=3527.48 m/d3.2最大时用水量由下表可知，最大时用水量时为78时。最大时用水量Q=221.49 m/h=61.53 L/s城市各用户逐时用水量合并计算表时间城市居民综合生活用水量工厂用水量道路及绿化用水量(m3)未预见用水量(m3)每小时总用水量占全日用水量用水量（m3）生产用水量淋浴用水量（m3）车间生活用水量(m3)占全日用水量(%)占百分比（%）用水量(m3)占百分比（%）用水量(m3)123456789101112011.9230.521.518.90 1.51.00 0.1324.2175.26 2.14121.7027.031.518.90 1.00 0.1324.2170.272.00231.7728.141.518.901.00 0.1324.2171.382.03342.4538.951.518.901.00 0.1324.2182.192.33452.8745.631.215.12 1.00 0.1324.2185.092.42563.9562.801.215.12 1.00 0.1324.21102.262.9067 4.1165.344.252.92 1.00 0.1324.21142.64.05784.8176.476.885.68 1.00 0.133524.21221.496.29895.9294.126.885.68 1.96.250.8224.21206.735.879105.4786.976.885.68 6.250.8224.21197.685.6210115.4085.86675.60 4.250.5624.21186.235.2911125.6689.99675.60 4.250.5324.21190.335.4012135.0880.77563.006.250.8224.21168.84.7913144.8176.47563.006.250.8224.21164.54.6814154.6273.45563.004.250.5624.21161.224.5815165.2483.315.873.086.250.823524.21216.426.1516175.5788.565.873.083.06.250.8224.21189.675.3917185.6389.51563.006.250.8224.21177.545.0418195.2883.95563.006.250.8224.21171.984.8819205.1481.724.657.966.250.8224.21164.714.6820214.1165.344.657.966.250.8224.21148.334.2221223.6558.034.657.966.250.8224.21141.024.0022232.8344.993.442.846.250.8224.21112.863.2123242.0131.951.215.124.250.5624.2171.842.04合计100%159010012606.4010013.1770580.953520.52 100.00 3.3清水池调节容积，二级泵站供水情况如下表：时间一级泵站供水量%二级泵站供水量%清水池调节容积水塔调节容积（%）设置水塔不设水塔设置水塔不设水塔（1）（2）（3）（4）（2）（3）（2）（4）（3）（4）014.172.712.141.461.462.032.030.570.57124.172.71 2.001.462.922.174.200.711.28234.162.71 2.031.454,372.136.330.681.96344.172.71 2.331.465.831.848.170.382.34454.172.71 2.421.467.291.759.920.292.63564.162.71 2.901,458.741.2611.18-0.192.44674.172.71 4.051.4610.20.1211.3-1.341.10784.175.21 6.29-1.049.16-2.129.18-1.080.02894.165.21 5.87-1.058.11-1.717.47-0.66-0.649104.175.21 5.62-1.047.07-1.456.02-0.41-1.0510114.175.20 5.29-1.036.04-1.124.90-0.09-1.1411124.165.21 5.40-1.054.99-1.243.66-0.19-1.3312134.175.21 4.79-1.043.95-0.623.040.42-0.9113144.175.204.68-1.032.92-0.512.530.52-0.3914154.165.21 4.58-1.051.87-0.422.110.630.2415164.175.21 6.15-1.040.83-1.980.13-0.94-0.7016174.175.21 5.39-1.04-0.21-1.22-1.09-0.18-0.8817184.165.20 5.04-1.04-1.25-0.88-1.970.16-0.7218194.175.21 4.88-1.04-2.29-0.71-2.680.33-0.3919204.175.21 4.68-1.04-3.33-0.51-3.190.530.1420214.165.20 4.22-1.04-4.37-0.06-3.250.981.1221224.172.71 4.001.46-2.910.17-3.08-1.29-0.1722234.172.71 3.211.46-1.450.96-2.12-0.5-0.6723244.162.71 2.041.450.00 2.120.00 0.670.00 合计100100.00 100调节容积=14.57调节容积=14.55调节容=3.96本管网系统设置有水塔3.3.1清水池有效容积计算1清水池调节容积W=0.1457x3527.48=513.95m2消防贮备水量，一般按2小时室外消防用水量计算。所以W=72 m3给水处理系统生产自用水量，一般取最高日用水量的5%-10%，所以W= 3527.48x0.1=352.75 m则清水池的有效容积W= W+ W+ W=513.95+72+352.75=938.70 m3.3.2水塔的有效容积计算W=3527.48x5%=176.37m3.4一、二级泵站的供水曲线城镇一级泵站平均供水，供水量为4.17%，二级泵站的供水采用分段供水。第一段，在217时采用低压供水，供水量为2.17%，第二段为721时，供水量为5.21%。日用水量变化曲线如下图3.5管网水力计算3.5.1比流量,沿线流量和节点流量的计算：1.最高时用水流量为221.49m/h=61.58L/s2管段沿线流量q=ql= （L/s）q= 按管段配水长度分配沿线流量的比流量L/(s)q 各管段沿线配水长度（m）3节点流量Q=qq+ j=1,2,3,4，NN 管网图的节点总数；Q 节点j的节点设计流量（L/s）q 最高时位于节点j的集中流量（L/s）q 位于节点j的（泵站或水塔）供水流量设计（L/s）q 最高时管段I的沿线流量（L/s）S 节点j的关联集，即与节点j关联的所有管段编号的集合4计算结果如下表最高时管段沿线流量分配与节点设计流量计算管段或者节点编号管段配水长度（m）管段沿线流量（L/s）节点设计流量计算（L/s）集中流量沿线流量供水流量节点流量100051.01-51.0128707.1346.4996.49938907.2989.5749.57443052.5014.9004.90055104.1821.166.8067.96665754.7155.9255.925700010.57-10.578382.53.1360.583.3523.93293602.9520.174.9105.08104553.73114.583.11617.696114353.567127155.863合计5497.545.07916.4945.08261.5803.5.2 管网平差1环状管网流量分配计算根据节点流量进行管段的流量分配. 分配步骤：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。为了可靠供水，从二级泵站到控制点之间选定几条主要的平行干管线，这些平行干管中尽可能均匀地分配流量，并且符合水流连续性即满足节点流量平衡的条件。与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，只有在干损坏时才转输较大的流量，因此连接管中可以分配较少的流量。（1）管径与设计流量的关系：qv2v（4q/v）公式中 D管段管径，m； q管段计算流量，m/s； 管段过水断面面积，m v设计流速，m/s；设计中按经济流速来确定管径进行平差，确定实际管径。平均经济流速与管径的确定管径mm平均经济流速（m/s）100400D4000.6.90.91.4流量分配如下：管段初分配流量L/s管长（m）管径mm流速m/s1510.104005001.332220.008705001.083216.018905001.064167.016104001.295115.005104000.89691.755754000.717105.71653000.82896.957654000.75936003602500.721010.159101500.571130.454352500.6112231.117155001.142.管段设计流量分配计算根据用水情况，拟定各管段的流向，按照最短路线供水原则，并考虑可靠性的要求进行流量分配。顺时针流量取正号，逆时针流量取负号。分配时用哈代-克罗斯方法来计算，允许闭合差为0.5m，大环闭合差不超过1.0m。使用海曾威廉公式计算水头损失，CW=110，计算见下表：流量初分配环号管段编号L(m)D（m）Sheq （L/S）hs|q|0.8521127150.536.9700.000231.1102.45010.61055100.478.1700.000115.0001.42012.38065750.488.1300.00091.7501.06011.510-28700.544.9800.000220.000-2.72012.3802.21046.880q=-25.452109100.1516556.1500.00010.1503.360331.490-46100.493.4900.000167.010-3.40020.350-38900.546.0100.000216.000-2.69012.470-65750.488.1300.00091.750-1.06011.510-93600.25544.2700.00036.000-1.15032.050-4.940407.870q=6.54387650.4117.2500.00096.9501.56016.06093600.25544.2700.00036.0001.15032.050-55100.478.1700.000115.000-1.42012.380114350.25657.6600.00030.4501.02033.5802.31094.070q=-13.26第一次平差第二次平差qhs|q|0.852qhs|q|0.852205.6601.9809.610204.1101.9509.55089.5500.90010.00088.0000.8709.86066.3000.5808.73064.7500.5508.560245.450-3.34013.590247.000-3.38013.6600.12041.930-0.010q=-1.5516.6908.450506.40015.7207.560481.210160.470-3.16019.670161.440-3.19019.770209.460-2.54012.150210.430-2.57012.19085.210-0.92010.81086.180-0.94010.92029.460-0.80027.01030.430-0.85022.7701.030576.0400.010q=-0.9783.6901.19014.17081.6601.13013.87022.7400.49021.67020.7100.41020.010128.260-1.74013.590130.290-1.79013.77016.1900.32019.60014.1600.25017.4800.26069.0300.000q=-2.03经过2次校正后，各基环的闭合差小于0.5m，大环12+11+8+10-4-3-2的闭合差为:=-0.01+0.01+0.00=0.001m 所以满足要求3.5.3定压节点的选取为了满足水力前提条件，假定节点（8）为控制点，其节点自由水压应为28m。水塔高度 式中：Hc-供水区最不利点（控制点）所需的自由水头（米）；-从水塔到控制点的总水头损失（米）；-水塔所在地的地面标高（米）；-控制点的地面扬程Ht=28+0.45+2-(385.10-381.12)=26.47m取2m的安全水头即选定水塔位置（节点(5)）为定压节点，节点水头为26.47m。3.5.4 各节点水压的确定平差结果满足及连续性方程，计算各节点水压，各管路水头损失等信息，其计算结果如下： 节点数据：节点自由水压(m)标高(m)节点水头(m)134.07383.5417.57228.22379407.22324.84371.1395.94422.27360382.27526.27376402.27625.4373.5398.9726.47385.1411.57826.02384410.02924.89377.66402.551017.33370387.333.5.5 确定二泵站扬程二泵站扬程应保证供水至水塔，故扬程为： 式中：-清水池最低水位标高（米） -水塔中水柜的最大水深（米），取6m -输水管水头损失（米） -泵站内吸、压水管水头损失（米），取2.5m。 其余符号意义同前。Hp=34.07+6+2.5+1.6=44.17m即二泵站扬程为44.17m第四节、管网消防设计流量校核给水管网的设计流量未计入消防流量，进行消防校核时，为了安全起见，要按最不利的情况即最高时用水量加上消防流量的工况进行校核，但节点服务水头只要求满足火灾处节点的服务水头，而不必满足正常用水的服务水头。城市或居住区的室外消防用水量，应按同时发生的火灾次数和一次灭火的用水量确定。以最高时用水量确定的管径为基础，由规划双流镇人口为1万，查附表3得：消防校核时，应考虑同一时间内的火灾次数为1次，一次灭火用水量为10L/s。由于节点（8）用户自由水压较难满足，故可将消防流量加在这个节点上，对于未发生火灾的节点，其节点流量与最高时相同。灭火处节点服务水头按低压消防考虑，即10m的自由水压。消防用水全部由水厂提供。(1) 最高时加消防时供水量：总水量=615.8+10=625.8L/s水厂=510.1+10=520.1L/s 水塔=105.7L/s节点流量（消防时）节点编号节点流量（L/S）节点编号节点流量（L/S）1-520.1659.25264.997-105.7395.74849.32449950.8579.6610176.96消防用水时平差数据表流量初分配环号管段编号L(m)D（m）Sheq （L/S）hs|q|0.8521127150.536.970 0.000 198.111.849.3155100.478.170 0.000 780.698.8965750.488.130 0.000 52.060.47.11-28700.544.980 0.000 257-3.6314.13-0.739.44q=9.582109100.1516556.1500.000 12.725.11401.77-46100.493.490 0.000 154.32-2.9419.02-38900.546.010 0.000 203.32-2.4111.84-65750.488.130 0.000 52.06-0.377.11-93600.25544.270 0.000 33.31-130-1.61469.74q=1.85387650.4117.250 0.000 96.831.5516.0493600.25544.270 0.000 33.31130-55100.478.170 0.000 78-0.698.89114350.25657.660 0.000 40.451.7242.773.580 97.700 q=-19.79第一次平差