市政工程规划-1课件

王耀琴西南交大土木学院流体力学教研室市政工程规划绪论市政工程规划城市规划分为总体规划、分区规划、详细规划三个阶段，城市工程规划在这三个阶段同步进行

第一章给水工程规划市政工程规划的任务城市给水工程规划的主要任务（１）根据城市和区域水资源的状况，最大限度地保护和合理利用水资源，合理选择水源，进行城市水资源规划和水资源利用平衡；（２）确定城市自来水厂等设施的规模、容量；（３）布置给水设施和各级供水管网系统，满足用户对水质、水量、水压等要求，制定水源和水资源的保护措施。城市排水工程规划的主要任务（１）根据城市用水状况和自然环境条件，确定分区规划：在总体规划基础上，对城市土地利用、人口分布和公共设施、城市基础设施的位置作出进一步的安排。此阶段的工程规划内容为：确定工程管的位置、走向、管径、服务范围以主要工程设施的位置和用地范围。第一章给水工程规划详细规划：详细规定建设用地的各项控制指标和其他规划管理要求。本阶段工程规划内容有：各种工程管线规划设计、竖向规划设计、竖向规划设计；估算工程量、拆迁量和总造价、分析投资效益。第一章给水工程规划一、用水分类：生活用水居住区居民生活饮用水、工业企业职工生活饮用水、淋浴用水、公共建筑用水等。

特点：无色、透明、无嗅、无味，不含致病菌和有毒物质，且符合生活饮用水水质标准。§1-１、规划步骤与系统布置形式生产用水

冷却水、生产蒸汽与冷凝用水、生产过程用水、食品工业用水、交通运输用水等。特点：对水质、水量要求标准不一。市政用水

街道洒水、绿化浇水等第一章给水工程规划消防用水一般从街道上消火栓和室内消火栓取水，但由于不是经常工作，可与城市生活饮用给水系统合在一起考虑。未可见用水量给水系统本身也耗用水量，包括管网漏失等第一章给水工程规划步骤

明确规划设计项目的性质、任务的内容与范围、有关部门对给水系统规划的指示、文件，与其他部门的分工协议等。搜集必要的基础资料和现场踏勘。基础资料主要有：城市分区规划和地形资料，如远近期发展规划、城市人口分布、建筑层数、卫生设备标准、现有给水设备概况资料、用水人数、现有设备、供水状况、气候、水文地质、工程地质等自然资料、城市和工业对水量、水质、水压的要求。第一章给水工程规划

为了搜集资料和了解实地情况，一般须现场踏勘；从而制定给水工程规划设计方案。一般拟定几个并进行计算，绘制给水系统规划方案图，估算工程造价，对方案进行技术经济比较，从而选出最佳方案。第一章给水工程规划三、城市给水工程系统的组成及布置形式组成按工作过程，可分为取水工程、净水工程和输配水工程。

取水工程：选择水源、建筑取水构筑物，主要任务保证城市用水量；

净水工程：建筑给水处理构筑物，对天然水质进行处理，以满足生活饮用水标准或工业用水水质标准要求。第一章给水工程规划

输配水工程：将足够的水量输送和分配到各用水地点，并保证水质和水压。（输水管道一般占给水工程总投资的50---80%；配水管网又分为向市区输水的干管和将水分配到用户的支管）第一章给水工程规划布置形式

统一给水系统：四类用水都按生活饮用水水质标准，用统一管网供给用户。

适应对象：新建中小城镇、工业区、开发区等用户较为统一，不需长距离输送水量，且各用户对水质水压要求差不大时第一章给水工程规划

分质给水系统：经不同净化过程，用不同管道分别将不同水供给不同用户。

管道系统较多，管理较复杂；

构筑物容积较小，投资少，并可节约大量药剂与动力费用。第一章给水工程规划

分区供水系统将整个供水系统按特点分成几个系统，各个系统有自己的泵站、管网、水塔等。

当城市功能分区比较明确的大中城市，可采用这种分区供水系统。第一章给水工程规划

分压给水系统：由两个或两个以上的水源向不同高程的地区供水；

适用于山区或丘陵地区的城市和工业区。减少动力费用与高压管道和设备用量，供水较安全，但所需管理人员和设备较多第一章给水工程规划一、城市总用水量的估算表1-1城市单位人口综合用水量指标(万m3/(万人.d))区域城市规模特大城市(≥100万)大城市（50---100万）中等城市（20---50万）小城市（≤20万）一区0.8---1.20.7---1.10.6---1.00.4---0.8二区0.6---1.00.5---0.80.35---0.70.3---0.6三区0.5---0.80.4---0.70.3---0.60.25---0.5§1-２、城市用水量计算一区：贵州、四川、湖北、湖南、江西、浙江、福建、广东、广西、海南、上海、云南、江苏、安徽、重庆；二区：黑龙江、吉林、辽宁、北京、天津、河北、山西、河南、山东、宁夏、陕西、内蒙古河套以东和甘肃黄河以东的地区；三区：新疆、青海、西藏、内蒙古河套以西和甘肃黄河以西的地区本表指标为最高日用水量指标，且已包括管网漏水量。第一章给水工程规划第一章给水工程规划表1-3人均综合生活用水量指标（L/（人.d））区域城市规模特大城市(≥100万)大城市（50---100万）中等城市（20---50万）小城市（≤20万）一区300---540290---530280---520240---450二区230---400210---380190---360190---350三区190---330180---320170---310170---300综合生活用水只包括城市居民日常生活用水和公共建筑用水之和，不包括浇洒道路、绿地、市政用水和管网漏失水量。二、用水量变化计算城市用水量时，除了解各种用水量标准外，还要知道日用水量逐日、逐时的变化，用以确定城市给水系统设计水量和各单项工程的设计水量。第一章给水工程规划第一章给水工程规划1、日变化系数表1-6日变化系数特大城市大城市中等城市小城市1.1---1.31.2---1.41.3---1.51.4---1.8第一章给水工程规划2、时变化系数3、工业企业用水量时变化系数工人在车间内生活用水量的时变化系数，冷车间为3.0，热车间为2.5；工人淋浴用水量，假定在每班下班后1h计算；工业生产用水量的逐时变化，时均时不均，随生产工艺和性质而定。

通常，时变化系数为1.3---2.5。三、用水量计算第一章给水工程规划1、城市最高日用水量居住区最高日生活用水量（m3/d）----设计期限内规划人口数；----采用的最高日用水量标准（L/（人.d））公共建筑生活用水量（m3/d）---某类公共建筑生活用水单位的数量；---某类公共建筑生活用水量标准（L）第一章给水工程规划工业企业职工日生活用水量（m3/d）---每日班制----每班职工人数（人）----工业企业生活用水量标准（L/（人.班））第一章给水工程规划工业企业职工每日淋浴用水量（m3/d）

---每班职工淋浴人数（人）----工业企业职工淋浴用水量标准（L/（人.班））工业企业生产用水量,等于同时使用的各类工业企业或各车间生产用水量之和。第一章给水工程规划市政用水量

（m3/d）

、---分别为街道洒水和绿地浇水用水量的计算标准(L/(m2.次))和(L/(m2.天))---分别为街道洒水面积和绿地浇水面积（m2）---每日街道洒水次数。第一章给水工程规划未预见水量，包括管网流失水量，城镇一般按10---20%计算城市最高日用水量

（m3/d）---未预见水量系数，1.1---1.2第一章给水工程规划2、城市最高日平均时用水量

m3/h第一章给水工程规划

城市取水构筑物的取水量和水厂的设计量，应以最高日用水量再加上自身用水量进行计算，并校核消防补充水量。水厂自身用水量，一般采用最高日用水量的5---10%，因此取消构筑物的设计取水量和水厂的设计水量应为：

m3/h第一章给水工程规划3、城市最高日最高时用水量

m3/h

---城市用水量时变化系数

设计城市给水管网时，按最高时设计秒流量计算，即（L/s）第一章给水工程规划例设一新规划区，第一期规划人口为10万人，居住建筑多为5层，室内有给水排水及淋浴设备；区内有一3000名工人的工业企业，两班制，每班1500名，无热车间，每班有225人淋浴，车间生产轻度污染身体，生产用水量每日耗用1200m2,集中在上班后3小时内，未预见水量（其中包括漏失水量）占总用水量的20%。试计算该规划区最高日用水量，最高日逐时用水量，水厂设计水量及管网设计最高日最高时流量和最高时秒流量（设管网为前置水塔，本例暂不计算消防流量）第一章给水工程规划解

居住区生活用水量，按表1-1采用最高日生活用水量为180L/（人.d），则该区生活用水量工业企业生活用水量第一章给水工程规划工人淋浴用水量第一章给水工程规划淋浴时间在下班后1小时内

工业企业生产用水量，在上班后3小时内使用，按两班制计算，平均每小时用水量为第一章给水工程规划未预见水量系数，采用1.2，则最高日用水量第一章给水工程规划此区最高日平均时用水量为设水厂自身用水量为该区最高日平均时用水量的5%，则水厂的设计水量为第一章给水工程规划城市最高日最高时用水量为给水管网最高日最高时的设计秒流量为第一章给水工程规划§1-３、水源选择和用地要求一、给水水源的分类1、地下水优点：水清、无色、水温变化幅度小、不易受到污染缺点：径流量小，水的矿化度与硬度较高经地层过滤且受地面气候及其他因素的影响较小2、地表水特点：地表水的浑浊度与水温变化幅度较大，水易受到污染矿化度与硬度较低，含铁量及其他物质较少径流量一般较大，但季节变化性较强二、水源选择的一般原则1、水源的水量必须充沛，保证在一般枯水季节不致供水不足首先考虑地下水，然后是泉水、河水或湖水。

因为地下水不易遭受污染，水质较好，易于净化处理。深层地下水的水温变化不大，适用于工业冷却水。但过量开采地下水，易导致地面沉陷。2、尽量取用具有良好水质的水源城市可选择一个水源，也可以根据不同情况设立几个水源3、布局要紧凑１）地形较好的城市，可以选择一个或几个水源，集中供水，便于统一管理；2）如果城市地形复杂，布局分散，应采取分区供水，或分区供水与集中供水相结合的形式。4、注意在解决当前和近期供水问题的同时，还应考虑如何满足远期对水量、水质的要求。5、必须考虑到取水、输水设施的设置方便，及其施工、运转、管理、维护的安全经济。三、水源的卫生防护1、地面水1）取水点周围半径不小于100米的水域内，不得停靠船只、游泳、捕捞和从事一切可能污染水源的活动，并应设有明显的范围标志；2）河流取水点上游1000米至下游100米的水域内，不得排入工业废水和生活污水；其沿岸防护范围内，不得堆放废渣，设置有害化学物品的仓库或堆栈，设立装卸垃圾、粪便和有毒品物质的码头；沿岸农田不得使用工业废水或生活污水灌溉及施用持久性或剧毒的农药，并不得从事放牧3）在水厂生产区或单独设立的泵站、沉淀池和清水池外围不小于10米的范围内，不得设立生活居住区和修建禽畜饲养场、渗水厕所、渗水坑；不得堆放垃圾、粪便、废渣或铺设污水渠道，应保持良好的卫生状况，并充分绿化。2、地下水1）取水构筑物的防护范围，应根据水文地质条件、取水构筑物的形式和附近地区的卫生状况确定，其防护措施应按地面水水厂生产区要求执行。2）在单井或井群的影响半径范围内，不得使用工业废水或生产污水灌溉和施用有持久性或剧毒性的农药，不得修建渗水厕所、渗水坑、堆放废渣或铺设污水渠道，并不得从事破坏深层土层的活动。3）在水厂生产区的范围内，应按地下水生产区的要求执行。一般在水源周围建立的卫生防护带分为两个区域：警戒区和限制区§1-４、净水工程的位置和用地要求一、水厂的内容1、生产构筑物

一般分散布置，大部分为净化构筑物，设立在水厂内净化工艺包括自然沉淀、混凝沉淀或澄清、过滤等，除去原水中的悬浮物质、胶体物质、细菌及其他有害成分2、辅助构筑物

一般包括化验室、修理室、仓库、办公室、车库、职工宿舍、食堂、浴室等。一般设立在厂外二、水厂的用地选择1、水厂的位置，一般应尽可能地接近用水区，特别是最大量用水区2、水厂应位于河道主流的城市上游，取水口尤其设于居住区和工业区排水出口的上游；3、应选择在不受洪水威胁的地方4、应选择在工程地质条件较好的地方，以降低工程造价5、若取用地下水，水厂可设在井群附近，尽量靠近最大用水区；井群应按地下水流向布置在城市的上游6、建设规模万(m2/d)地表水水厂（m2.d/m3）地下水水厂（m2.d/m3）5---100.7---0.50.4---0.310---300.5---0.30.3---0.230---500.3---0.10.2---0.087、水厂周围应设置宽度不小于10米的绿化地带水厂用地控制指标8、所需配备的泵站的位置宜靠近用水集中地区；泵站周围应设置宽度不小于10米的绿化地带，并宜与城市绿化用地相结合建设规模万(m2/d)用地指标（m2.d/m3）5---100.25---0.210---300.2---0.130---500.1---0.03泵站用地控制指标§1-５、给水管网的布置一、给水管网布置的基本要求1、符合城市总体规划的要求，并考虑供水的分期发展，留有充分的余地2、管网应布置在整个给水区域内，并保证用户的足够的水量与水压3、无论是在正常工作或发生故障时，应保证不中断供水4、经济上要使给水管道修建费最少，定线时应选用短捷的线路，并施工方便二、给水管网的组成给水管网一般由输水管和配水管组成；输水管是指由水源到水厂及由水厂到配水管的管道，一般不接用户水管，且不少于两条；配水管是把水送至各用户的管道三、给水管网的布置形式1、树枝状管网优点：管材省、投资小、构造简单；缺点：供水可靠性较差，同时各支管尽端易造成死水，会恶化水质；适合范围：地形狭长、用水量不大、用户分散的地区，或城市建设初期2、环状管网优点：供水安全可靠，可降低管网中的水头损失，节省动力，管径可稍小缺点：管线较长，投资较大适用范围：大中城市给水系统，或供水要求较高且不能停水的管网四、给水管网的布置原则城市给水管网按管线作用的不同可分为干管、配水管和接户管等。1、干管主要作用是将输水至城市各用水地区，直径一般在100mm以上，在大城市为200mm以上（城市给水管风的布置和计算，通常只限于干管）1）布置的主要方向应按供水主要流向延伸，而供水流向取决于最大用水户或水塔等调节构筑物的位置；2）为保护供水可靠，按主要流向布置几条平行的干管，用连通管连接。干管间距一般为500---800m3）按规划道路布置，尽量避免在重要道路下敷设。管线在道路下的平面位置和高程，应符合管网综合设计的要求4）尽可能布置在高地，以保证用户附近配水管中有足够的压力5）应考虑发展和分期建设的要求，留有余地6）干管由一系列邻接的环组成，并且较均匀地分布在城市整个供水区域干管的布置原则如下：2、配水管把干管输送来的水量送到接户管和消火栓的管道，它敷设在每条道路上（配水管的管径由消防流量来决定，一般不予计算）3、接户管又称为进水管，是连接配水管与用户的管8五、管网的自由水头1）定义自由水头是指配水管中的压力高出地面的水头，这个水头必须能够使水送到建筑物最高用水点，而且还应保护取水龙头的放水压力2）自由水头的数值规定一层建筑为10m二层建筑为12m三层以上每增加一层，自由水头增加4m3）控制点为求管网起点所需的水压，须在管网内选择最不利的一点，这一点称为控制点。控制点一般位于地面较高、离水厂（或水塔）较远或建筑物层数较多的地区，只要控制点的自由水头合乎要求，则整个管网的水压均合乎要求。4）配水管网的供水水压应满足用户接管点处服务水头28m的要求一、确定管径

以上两式联立，可得§1-６、给水管网的水力计算在管网计算中，流速的选择是个先决条件：一般难以规定在流量不变时，流速越小，管径越大，造价越高，但经营费用越低；在流量不变时，流速越大，管径越小，造价越低，但经营费用越高（因为水头损失增加）------所以，管径的选择要考虑管道的建造费用与年经营费用两种主要经济因素。目前设计中，根据各城市所采用的经济流速范围，用控制每公里管段的水头损失值（一般为5m/km左右）的计算法来确定经济管径。按这种水头损失控制值确实经济流速时，经济流速值为经济管径mm经济流速（m/s）100---3500.5---1.1350---6001.1---1.6600---10001.6---2.1二、水动力学的有关基础知识1、稳定流连续方程式 ------总流中某过水断面1上的平均流速和面积；

------总流中某过水断面2上的平均流速和面积；例：有一圆管，横断面不等，1-1断面处，,平均流速为0.25m/s，2-2断面处直径

求2-2断面处的平均流速

2、稳定流能量方程式符号说明：符号物理意义几何意义单位重流体的位能位置水头单位重流体的压能压强水头单位重流体的动能流速水头单位重流体总势能测压管水头单位重流体总机械能总水头总水头线和静水头线总水头线坡度：测压管线坡度：３、确定管网各管段中计算流量

给水管网水力计算的目的：根据计算流量确定管网中各管段的直径和水头损失。沿线流量------比流量法1）长度比流量法它指假定各个小用户水量，….等均匀地分布在整个管线的情况下，单位长度管段上的配水流量。长度比流量计算公式（L/(s.m)）Q------管网供水的总流量(L/s)------工业企业及其他大用水户的集中流量之和（L/s）------干管网的总计算长度（m）２）面积比流量

它是指在假定水量，…..均匀分布在整个供水面积的情况下,单位供水面积上的流量；供水面积大，用水量多，所以用面积比流量来进行管网计算更接近实际。

面积比流量公式（L/（s.m2））

Q------管网供水的总流量(L/s)

------工业企业及其他大用水户的集中流量之和（L/s）

------供水面积的总和（m2）

某一管段的沿线流量（L/s）某一管段的面积流量（L/s）-------某管段的计算长度（m）-------某管段的供水面积（m2）节点流量

管网中每一管段的流量包括两部分:一是沿管段配给用户的沿线流量;另一部分是转输到下游管段的转输流量。在一条管段中，转输流量是通过管段的不变流量，但沿线流量从管段始端逐渐减少，至末端为零。AB管段起点A处的流量是转输流量与沿线流量之和，而管段终点B的流量仅为。按计算比流量的假定，沿线流量成直线变化。但是这样变化的流量，难于计算管径和水头损失，此外为了计算方便还应进一步简化。简化方法就是引入一个不变的流量，称为计算流量，使它产生的水头损失与图中变流量所产生的水头损失是一样的。（L/s）这样只须将管段沿线流量平分于始末两端即可，即节点流量（L/s）因此，如果把沿线流量化成节点流量可简化管网的计算。因此，管网中每个节点的集中流量将等于该节点所有连接管段的沿线流量之和的一半，即（L/s）求得管网各节点流量后，管网计算上便只有集中于节点的流量，而管段的计算流量（L/s）例：某城市最高时总用水量为284.7L/s，其中集中供应工业用水量为189.2L/s。干管各管段名称及长度（单位：m）如图所示。管段4-5,1-2,2-3单边配水，其余为两边配水，试求：（１）干管的比流量；（２）各管段的沿线流量；（３）各节点流量解：（１）干管总计算长度干管的比流量表1-13各管段沿线流量计算管段编号管段长（m）管段计算长度(m)比流量(L/s.m)沿线流量(L/s)1-2756756×1/2=3780.02087.92-3756756×1/2=3780.02087.91-48208200.0208172-58208200.0208173-68208200.0208174-5756756×1/2=3780.02087.95-67567560.020815.76-72502500.02085.2合计460095.5表1-14各管段节点流量计算节点编号连接管段编号各连接管段沿线流量之和（L/s）节点流量(L/s)11-4,1-217+7.9=24.912.421-2,2-5,2-37.9+17+7.9=32.816.432-3,3-67.9+17=24.912.541-4,4-517+7.9=24.912.454-5,2-5,5-67.9+17+15.7=40.620.363-6,5-6,6-717+15.7+5.2=37.918.976-75.22.6合计19195.5管段的计算流量

要尊循连续方程，即流向任一节点的全部流量等于从该节点流出的流量，即流入等于流出（１）利用连续方程原理，枝状管网供水终点的节点流量开始，向上游一一推算各管段的流量；（２）环状管网则须同时满足以下三个条件连续性方程水流应循最短的途径流向用户；几条主要干管应大致均匀地分配流量，以便当一主要干管发生事故时，仍能供应有关用户一定的流量。4、水头阻力和水头损失水头损失：单位重量流体的机械能损失。各种实际工程的水力计算往往需要使能量方程，而能量方程的应用又赖于首先掌握水头损失的计算方法。（1）沿程阻力和沿程水头损失沿程阻力主要发生于水流全部流程的摩擦阻力，克服这一阻力而引起的能量损失称为沿程水头损失，来表示。（2）局部阻力和局部水头损失水流因边界的改变而引起断面流速分布发生急聚的变化而产生的阻力称为局部阻力。相应的水头损失称为局部水头损失，用表示。水流断面的几何条件包括：1、水流断面面积，它由连续性方程求得；2、湿周固体边壁被流体包围的周长3、水力半径，对于圆管根据水流随位置的变化，稳定流可分为：1、均匀流：水流断面的大小与形状沿程不发生变化，各过水断面上流速相等2、非均匀流：不符合均匀流条件的水流差别水流流态的标准

---雷诺数----管中流速(mm/s)---管径(mm)---流体的运动粘度(mm2/s)层流状态

紊流状态[例1]水流经变截面管道，已知d2/d1=2，则相应的Re2/Re1=?因[解]故

定常均匀流基本方程定常均匀流基本方程推导1)对如图所示定常均匀有压管流，由1→2建立伯努利方程，得：流体用于克服阻力所消耗的能量全部由势能提供。（1）2).在s方向列动量方程，得：式中：（2）3)、沿程水头损失hf的通用公式由均匀流基本方程计算，需先求出。因据π定理：故第5章流动阻力与水头损失令，并考虑到，式中，为沿程阻力系数，一般由实验确定。代入可得沿程水头损失的通用公式——达西公式：令，并考虑到，4).联立（1）、（2），可得定常均匀流基本方程上式对层流、紊流均适用。（3）与hj的通用公式比较，可得圆管层流时沿程阻力系数：沿程阻力系数λ的变化规律及影响因素JohannNikuradse尼古拉兹实验简介层流区（I）：实验成果层、紊流过渡（Ⅱ）：紊流过渡区（Ⅳ）：紊流粗糙区（Ⅴ）：紊流光滑区（Ⅲ）：λ的计算公式2、层、紊流过渡区（Ⅱ）：空白1、层流区（I）：

3、紊流光滑区（Ⅲ）：4、紊流过渡区（Ⅳ）：5、紊流粗糙区（Ⅴ）：局部水头损失公式树枝状管网的水力计算

第一步：从树枝状管网的节点流量计算出各管段流量,即从距泵站最远的末梢节点(最不利点)起,利用节点连续方程的关系,逐个向二级泵站推过去,即可求出每管段的计算流量来,

。第二步：再根据经济流速选定管径,第三步：进而由流量、管径、管长算出管段水头损失第四步：由地形高程和最不利点的自由水头，求出各点的水压图1-17给出一树枝状管网布置，图中标明管段长度和节点流量。各节点的自由水头要求不低于20m。各节点高程列于表1-21及1-22，根据上述资料计算出各节点的水压如表1-22所列。首先，在管网中选定最不利点，定出从最不利点到管网起点的计算干线（本例为VI-1），然后求出各管段的计算流量。从节点IV开始，已知管段4-IV的流量为150L/s，再由节点4得管段3-4流量为50+20+150+80=300L/s依次逐个管段推算计算流量。根据计算流量选定管径后，即可进行水头损失计算。计算时，可查《铸造铁管水力计算表》。为了计算各点水压，首先从图中定出的最不利点IV开始，以这一点的自由水头为20m，计算1-2-3-4-IV干管上各节点的水压（见表1-21所列）。如管段4-IV的流量仅为150L/s，由水力计算表查得用450mm的管径，其水力坡度i为2.80mm/s，流速为0.94m/s，900m长的管段4-IV的水头损失为有了各段的水头损失，即可计算各点的水压，这也要从最不利点IV开始，逐个向节点１计算。IV点的高程为102.4m，自由水头要求为20m,所以这点的水压高程为：102.