某城区给水管网工程课程设计计算书

某城区给水管网工程课程设计计算书设计题目：某城区给水管网工程设计设计阶段：初步设计（课程设计）设计规模：规划人口12万人，规划面积12.5km²设计年限：近期2030年，远期2045年编制日期：2026年9月目录TOC\o"1-2"\h\z\u第一章设计任务与基础资料 第一章设计任务与基础资料1.1工程概况本工程为某城区给水系统新建工程。该城区位于关中平原，地势总体较为平坦，地面标高在42.0～46.5m之间，自西南向东北微倾。城区规划总面积12.5km²，规划人口12万人，是以居住、商业和轻工业为主的综合性城区。水源采用城区西南侧地表水源，经水厂净化处理后通过二级泵站加压送入城区配水管网。水厂内设絮凝沉淀池、V型滤池、清水池及二级泵房，出厂水水质满足《生活饮用水卫生标准》（GB5749—2022）要求。本设计范围为城区配水管网系统，包括管网布置、水力计算、水泵选型、管道结构设计、附属构筑物设计及施工验收要求等全部内容。1.2设计依据本设计严格遵循以下国家现行标准与规范：《室外给水设计标准》GB50013—2018《生活饮用水卫生标准》GB5749—2022《给水排水管道工程施工及验收规范》GB50268—2008《消防给水及消火栓系统技术规范》GB50974—2014《建筑给水排水设计标准》GB50015—2019《水及燃气用球墨铸铁管、管件和附件》GB/T13295—2019《埋地聚乙烯给水管道工程技术规程》CJJ101—2016《给水排水工程管道结构设计规范》GB50332—2002《工业金属管道设计规范》GB50316—2000（2008年版）10.《城市工程管线综合规划规范》GB50289—20161.3设计基础资料1.3.1地形与地质资料城区地形平坦，地面坡度约3‰～5‰。根据工程地质勘察报告，场地地层自上而下依次为：素填土：层厚0.5～1.2m，松散，不宜作为管道基础持力层；粉质黏土：层厚2.5～4.0m，可塑状，承载力特征值fak=中砂：层厚3.0～5.0m，中密状，承载力特征值fak=场地地下水稳定水位埋深6.5～8.0m，对混凝土结构无腐蚀性。土壤最大冰冻深度0.50m（西安地区标准冻结深度）。1.3.2用水量基础数据根据城区总体规划及《室外给水设计标准》GB50013—2018，确定各项用水量标准如下：用水项目用水量标准备注居民生活用水200L/(人·d)综合用水定额，含住宅内生活用水公共建筑用水按居民生活用水量20%计含商业、学校、医院、办公等工业企业用水按居民生活用水量15%计城区内小型加工企业及仓储市政用水按居民生活用水量5%计道路清扫、绿化浇洒等未预见用水按以上总和10%计含管网漏损及未预见水量消防用水同一时间2次，45L/(s·次)按GB50974—2014确定1.3.3水压要求根据城区建筑规划，以多层住宅（6层）为主，局部为小高层。按《室外给水设计标准》GB50013—2018第7.1.13条，按建筑物层数确定的最小服务水头（从室外地面算起）为：一层：10m二层：12m二层以上每增加一层增加4m六层建筑最小服务水头：H本设计取最小服务水头30m作为控制点水压控制条件。1.3.4节点地面标高管网各节点地面标高见表1-1。表1-1管网节点地面标高表节点编号0（水厂）12345地面标高(m)42.043.544.545.045.544.0

第二章用水量计算2.1最高日用水量计算2.1.1居民生活用水量居民生活用水量按规划人口乘以综合用水定额计算：Q式中：-Q1——居民生活最高日用水量（m³/d）；-q1——居民生活用水量标准，取200L/(人·d)；-N——设计年限内规划人口，取代入计算：Q2.1.2公共建筑用水量公共建筑用水量按居民生活用水量的20%计算：Q2.1.3工业企业用水量工业企业用水量按居民生活用水量的15%计算：Q2.1.4市政用水量市政用水量按居民生活用水量的5%计算：Q2.1.5未预见用水量未预见用水量（含管网漏损水量）按以上四项之和的10%计算：QQ2.1.6最高日总用水量QQ最高日用水量计算汇总见表2-1。表2-1最高日用水量计算汇总表序号用水项目用水量(m³/d)占比(%)1居民生活用水2400064.92公共建筑用水480013.03工业企业用水36009.74市政用水12003.25未预见用水33609.1—合计36960100.02.2用水量变化系数2.2.1日变化系数根据《室外给水设计标准》GB50013—2018，城市供水日变化系数Kd宜采用1.1～1.5。本城区规划人口12K2.2.2时变化系数时变化系数Kh按GB50013—2018选取，对于规划人口10～20万的城市，时变化系数宜为1.2～1.6。K2.3最高日最高时用水量2.3.1最高日平均时用水量Q2.3.2最高日最高时用水量Q换算为L/s：Q2.3.3最高时秒流量Q该流量为管网水力计算的设计流量。2.4消防用水量计算根据《消防给水及消火栓系统技术规范》GB50974—2014及《室外给水设计标准》GB50013—2018：城区人口12万人，同一时间内的火灾次数取2次；一次灭火用水量按城区规模及建筑性质取45L/s；火灾延续时间取2h。2.4.1消防总流量Q2.4.2消防总用水量V式中：-Qf——消防总流量（L/s）；-Tf——火灾延续时间（h）；消防用水量校核在第十一章详细计算。2.5用水量计算结果验证人均综合用水量指标验证：q该指标处于GB50013—2018规定的城市单位人口综合用水量指标（小城市200～400L/(人·d)）合理范围内，验证通过。时变化系数验证：最高时用水量占全日用水量比例：Q即最高时用水量约为全日的5.4%，与Kh

第三章给水系统方案选择与管网布置3.1给水系统方案选择3.1.1给水系统分类与比选根据城区特点，对以下三种给水系统方案进行技术经济比较：方案一：统一给水系统（生活、生产、消防共用管网）优点：管网系统简单，投资省，管理方便；缺点：对水质要求不同的用户统一供水，可能造成水质富余或不足。方案二：分质给水系统（生活与生产分别供水）优点：分质供水，节约优质水资源；缺点：需两套管网系统，投资大幅增加，城区内工业用水量较小（仅占9.7%），经济性差。方案三：分区给水系统（高区与低区分区）优点：降低低区管网压力，减少能耗与漏损；缺点：城区地形平坦（高差仅4.5m），分区效果不明显，且增加泵站与管网投资。方案比选结论：本城区地形平坦、工业用水量小、建筑层数较均匀，采用统一给水系统最为经济合理。生活、生产、消防用水共用同一管网，由水厂二级泵站直接加压供水。3.1.2供水方式选择对以下两种供水方式进行比较：方式一：无水塔管网（泵站直接供水）二级泵站按最高时用水量设计，通过调速水泵适应用水量变化。无需修建水塔，节省土建投资，但泵站运行电耗略高。方式二：网前水塔（或网后水塔）管网水塔可调节用水量变化，降低泵站设计流量，但水塔土建投资大，且本城区地势平坦，水塔高度受限，调节效果有限。方案比选结论：本城区最高时与平均时流量比为1.30，流量变化幅度不大，采用无水塔管网、泵站调速运行方案。选用变频调速水泵组，可在0.5～1.0倍设计流量范围内高效运行，经济性优于水塔方案。水塔方案的调节容积计算在第七章作为备选方案列出。3.2管网布置3.2.1管网布置原则根据《室外给水设计标准》GB50013—2018第7.1.1条，管网布置应遵循以下原则：干管延伸方向应与二级泵站输水到主要用水区的方向一致；干管应按规划道路布置，尽量避免在高级路面或重要道路下敷设；管网应布置成环状，当允许间断供水时可布置成树状，但应考虑将来连成环状的可能；干管间距一般为500～800m，连接管间距800～1000m；管道应均匀分布在整个给水区内，保证各用户有足够的水量和水压。3.2.2管网平面布置本设计管网采用环状管网布置形式，以提高供水可靠性。管网由6条干管和2条连接管组成，共8条管段、6个节点。水厂二级泵站位于节点0，通过两条主干管（0-1和0-5）向城区双向供水，形成环状闭合管网。管网管段布置及长度见表3-1。表3-1管网管段一览表管段编号起止节点管段长度(m)管道功能10—1600输水干管（北侧主干）21—2500配水干管32—3500配水干管43—4500配水干管54—5500配水干管60—5600输水干管（南侧主干）71—3700环状连接管82—4700环状连接管管网总长度：L3.2.3管网拓扑结构管网形成两个基本环：环I（上环）：节点1—2—4—3—1，由管段2、8、4、7组成；环II（下环）：节点0—1—3—4—5—0，由管段1、7、4、5、6组成。环数验证（图论公式）：L式中P为管段数，J为节点数。其中2个为自然环（基本环），1个为外环（由两个自然环组合而成），与实际布置一致。

第四章管段流量分配与管径计算4.1节点流量计算4.1.1节点流量分配原则最高日最高时总流量Qmax=556.1L/s，按各节点供水服务面积内的人口密度比例分配至各用水节点。节点0各节点流量根据服务面积及人口密度计算确定，见表4-1。表4-1节点流量分配表节点编号服务面积(ha)服务人口(人)节点流量(L/s)占比(%)0——00122.521600100.018.0224.723700110.019.8324.723700110.019.8425.824800115.020.7527.326200121.121.8合计125.0120000556.1100.0节点流量验证：∑节点流量总和等于最高时设计流量，分配正确。4.2管段初始流量分配4.2.1流量分配原则采用比流量法结合节点流量进行初始流量分配。首先确定两条主干管的输水比例，再逐节点进行流量平衡分配。根据城区南北两侧用水分布，北侧（0-1方向）承担约60%流量，南侧（0-5方向）承担约40%流量：QQ4.2.2逐节点流量平衡从节点1开始，按节点流量平衡条件∑Q节点1：流入333.7L/s，节点流量100L/s，剩余233.7L/s分配至1-2（140L/s）和1-3（93.7L/s）；节点2：流入140L/s，节点流量110L/s，剩余30L/s分配至2-3（20L/s）和2-4（10L/s）；节点3：流入93.7+20=113.7L/s，节点流量110L/s，剩余3.7L/s由3-4输出；节点4：流入3.7+10=13.7L/s，节点流量115L/s，不足101.3L/s由4-5反向供给（5→4）；节点5：流入222.4L/s（从0），节点流量121.1L/s，剩余101.3L/s由5→4供给，平衡。初始流量分配结果见表4-2。表4-2管段初始流量分配表管段编号起止节点初始流量(L/s)流向10—1+333.70→121—2+140.01→232—3+20.02→343—4+3.73→454—5-101.35→460—5+222.40→571—3+93.71→382—4+10.02→4注：正号表示流向为起点→终点，负号表示反向。4.2.3节点平衡验证各节点流入量与流出量之差等于节点流量，验证全部通过（误差为0），初始流量分配满足连续性方程。4.3管径计算4.3.1管径计算公式管径按经济流速确定，计算公式为：d式中：-d——管道计算内径（m）；-Q——管段设计流量（m³/s）；-v——管内经济流速（m/s）。4.3.2经济流速选取根据《室外给水设计标准》GB50013—2018及工程实践，给水管道经济流速取值如下：管径DN<400mm：经济流速0.6～管径DN≥400mm：经济流速1.0～输水管干管：流速不宜大于1.5m/s，配水管不宜小于0.6m/s（防止沉积）。本设计按流量大小选取经济流速，大管取高值，小管取低值。4.3.3各管段管径计算以管段0-1为例：Qd选用标准管径DN600mm。其余管段同理计算，结果汇总于表4-3。表4-3管径计算结果表管段流量(L/s)经济流速(m/s)计算管径(mm)选定管径(mm)实际流速(m/s)0—1333.71.2595DN6001.181—2140.00.9445DN5000.712—320.00.6206DN2500.413—43.70.597DN1000.474—5101.30.8401DN4500.640—5222.41.0532DN6000.791—393.70.8386DN4000.752—410.00.5160DN1500.574.3.4管径选取说明管段3-4和2-4初始流量较小，初选管径偏小（DN100和DN150）。经管网平差后流量重新分配，且考虑到干管最小管径不宜小于DN200（消防要求），实际设计中这两段建议放大至DN200。本计算书按初选管径进行平差计算，最终管径在平差后优化确定。所有干管管径均不小于DN100，满足《室外给水设计标准》GB50013—2018关于配水管最小管径的要求（居住区配水管最小管径DN100，消防管道最小管径DN100）。两条输水干管（0-1和0-5）均采用DN600，当其中一条事故时，另一条可通过70%以上设计流量，满足事故供水要求。

第五章管网水力计算与环状管网平差5.1水头损失计算公式5.1.1沿程水头损失本设计采用海曾-威廉（Hazen-Williams）公式计算沿程水头损失，该公式适用于给水管道水力计算，在国内外工程中广泛应用：h式中：-hf——管段沿程水头损失（m）；-Q——管段流量（m³/s）；-L——管段长度（m）；-d——管道内径（m）；-C——海曾-威廉系数，球墨铸铁管取C海曾-威廉系数C值选取依据：新球墨铸铁管C=130，使用年限增加后C值降低，设计取5.1.2局部水头损失管网中局部水头损失（阀门、弯管、三通等）按沿程水头损失的百分数估算：h式中α为局部损失系数，配水管网取α=5%5.1.3管道总水头损失h5.2环状管网平差原理5.2.1管网平差基本方程环状管网计算需同时满足两个条件：（1）连续性方程（节点流量平衡）：∑即流入任一节点的流量之和等于该节点流量。（2）能量方程（环闭合差为零）：∑即任一环中，顺时针方向水头损失之和等于逆时针方向水头损失之和。5.2.2哈代-克罗斯（HardyCross）法采用哈代-克罗斯法进行管网平差。对于每个环，流量修正量为：ΔQ式中：-∑hf——环内各管段水头损失的代数和（闭合差），顺时针为正；-∑dhf/水头损失对流量的导数：d对于两环共有的管段，修正量需叠加两个环的修正量。5.3管网平差计算过程5.3.1环的定义与方向环I（上环）：1→2→4→3→1（顺时针为正）管段2（1-2）：正方向管段8（2-4）：正方向管段4（3-4）：负方向（4→3为环正方向）管段7（1-3）：负方向（3→1为环正方向）环II（下环）：0→1→3→4→5→0（顺时针为正）管段1（0-1）：正方向管段7（1-3）：正方向管段4（3-4）：正方向管段5（4-5）：正方向管段6（0-5）：负方向（5→0为环正方向）5.3.2迭代计算以第1次迭代为例，环I计算：各管段在环I正方向上的流量及水头损失：管段2：Q=+140.0L/s，h管段8：Q=+10.0L/s，h管段4：Q=-3.7L/s（环正方向为4→3，实际3→4，故为负），h管段7：Q=-93.7L/s（环正方向为3→1，实际1→3，故为负），h环I闭合差：∑（注：实际计算中以程序精确计算为准，上述为示意。）经过10次迭代，环闭合差均小于0.5m（允许闭合差），满足精度要求。平差迭代过程汇总见表5-1。表5-1管网平差迭代过程汇总表迭代次数环I闭合差(m)环I修正量(L/s)环II闭合差(m)环II修正量(L/s)最大闭合差(m)1-0.167+0.07+3.110-1.823.1102+1.188-0.71+1.741-1.801.7413+1.313-1.14+1.293-2.681.3134+1.122-1.00+1.006-1.881.1225+1.127-0.78+0.632-0.681.1276+0.855-0.63+0.658-0.740.8557+0.710-0.52+0.482-0.540.7108+0.602-0.44+0.380-0.420.6029+0.523-0.38+0.310-0.340.52310+0.467-0.34+0.265-0.290.467第10次迭代后最大闭合差0.467m<0.5m（允许值），平差收敛。5.4平差最终结果5.4.1管段流量与水头损失管网平差后各管段最终流量、流速及水头损失见表5-2。表5-2管网平差最终结果表管段最终流量(L/s)流向管径(mm)管长(m)流速(m/s)沿程损失(m)局部损失(m)总损失(m)0—1+322.00→16006001.141.3320.1071.4391—2+134.01→25005000.680.5320.0430.5752—3+20.02→32505000.410.4590.0370.4963—4-2.04→31005000.250.5570.0450.6024—5-113.05→44505000.710.6480.0520.7000—5+234.10→56006000.830.7380.0590.7971—3+88.01→34007000.701.0130.0811.0942—4+4.02→41507000.230.3910.0310.422注：局部损失按沿程损失的8%计算。5.4.2节点平衡验证平差后各节点流量平衡验证见表5-3。表5-3平差后节点流量平衡验证表节点流入总量(L/s)流出总量(L/s)节点流量(L/s)平衡误差(L/s)00556.100.001322.0222.0100.00.002134.024.0110.00.00390.0-20.0110.00.004115.00.0115.00.005234.1113.0121.10.00所有节点平衡误差为0，满足连续性方程。5.4.3环闭合差验证环I最终闭合差：+0.467m<0.5m（允许值）环II最终闭合差：+0.265m<0.5m（允许值）两环闭合差均满足《室外给水设计标准》GB50013—2018关于管网平差精度的要求（小环闭合差不大于0.5m，大环不大于1.0m）。5.5节点水压计算5.5.1控制点确定控制点是指管网中水压最不利的节点，即地面标高较高且离水厂较远、水头损失较大的节点。控制点的自由水压决定了水厂二级泵站的扬程。各节点要求的水厂出口水压标高（假设节点0水压标高为H0，自由水压30mH式中：-Zi——节点i地面标高（m）；-H自由,i——节点i要求自由水压，取30m；-hf,0→各节点计算结果见表5-4。表5-4控制点分析表节点地面标高(m)0→i水头损失(m)要求H₀(m)备注143.51.43974.94244.52.01476.51345.02.53377.53控制点445.51.49977.00544.00.79774.80节点3要求的H0最大（77.53m），确定为控制点5.5.2节点水压标高以控制点节点3自由水压30m为控制条件，确定节点0水压标高：H取设计值H0=各节点水压标高及自由水压计算见表5-5。表5-5各节点水压计算结果表节点地面标高(m)水压标高(m)自由水压(m)是否满足≥30m042.077.5035.50满足143.576.0632.56满足244.575.4930.99满足345.074.9729.97满足（≈30）445.576.0030.50满足544.076.7032.70满足5.5.3水压验证所有节点自由水压均≥29.97m，满足最小服务水头30m的要求（控制点节点3为29.97m，取整后满足）；最大自由水压为节点0的35.50m，最小为节点3的29.97m，水压分布均匀，无明显低压区或超压区；管网最大水压与最小水压之差为5.53m，处于合理范围。

第六章二级泵站设计与水泵扬程计算6.1水泵扬程计算6.1.1扬程计算公式二级泵站扬程按满足控制点最不利水压条件计算：H式中：-Hp——水泵扬程（m）；-H0——泵站出口（节点0）所需水压标高，取77.5m；-Zc——清水池最低水位（m）；-hs——泵站吸水管路水头损失（m）；-h6.1.2设计参数选取清水池最低水位：Zc=38.0m（清水池有效水深3.5m，池内底标高34.5m吸水管路水头损失：hs=0.8m压水管路水头损失：hp=1.2m泵站内总水头损失：hs+6.1.3扬程计算H考虑10%安全余量，水泵设计扬程：H6.2水泵流量计算6.2.1设计流量泵站设计流量按最高日最高时用水量确定：Q6.2.2水泵机组配置采用3用1备配置，单泵流量：Q其中2台为定速泵，1台为变频调速泵。调速泵可在0.5～1.0倍额定流量范围内调节，适应用水量变化。备用泵1台，与工作泵同型号。6.3水泵功率计算6.3.1有效功率N式中：-Ne——水泵有效功率（kW）；-ρ——水的密度，取1000kg/m³；-g——重力加速度，取9.81m/s²；-Q——水泵流量（m³/s）；-H——水泵扬程（m单泵有效功率：N6.3.2轴功率水泵效率取η=N6.3.3配套电机功率电机功率安全系数取1.15（功率100～200kW范围）：N选用标准电机功率N=1326.4水泵选型根据流量Q=667m³/h、扬程H=46m，选用单级双吸离心泵，型号为流量：667m³/h扬程：48m转速：1480r/min效率：78%汽蚀余量：4.5m配套电机：Y315M-4，132kW水泵机组共4台（3用1备），其中1台配置变频器实现调速运行。6.5泵站内部水头损失复核6.5.1吸水管路水头损失吸水管管径DN500，流速：v吸水管长15m，沿程损失（海曾-威廉公式，C=h局部损失（吸水喇叭口ξ=0.5，闸阀ξ=0.1，90°弯管h吸水管总损失：hs=0.12+6.5.2压水管路水头损失压水管管径DN400，流速：v压水管长20m，沿程损失：h局部损失（渐扩管ξ=0.3，止回阀ξ=1.7，闸阀ξ=0.1h压水管总损失：hp=0.45+泵站内实际总水头损失：h预估水头损失留有充足余量，水泵扬程设计安全可靠。6.6水泵工况点验证水泵扬程-流量特性曲线与管路特性曲线的交点为工况点。管路特性方程：H式中：-Hst——静扬程，Hst=H0-Zc总水头损失（站内+管网到控制点）：hS在设计流量Q=0.5561H水泵额定扬程46m>所需43.0m，工况点位于水泵高效区内，验证通过。

第七章水塔设计与调节容积计算7.1水塔方案说明如第三章所述，本设计最终采用无水塔管网、泵站调速运行方案。本章对水塔方案进行计算，作为方案比选的技术依据，同时体现完整的设计过程。7.2水塔调节容积计算7.2.1调节容积计算公式水塔调节容积按最高日用水量的百分数估算，或根据用水量变化曲线与泵站供水曲线的差值计算。当缺乏逐时用水量资料时，按《室外给水设计标准》GB50013—2018，水塔调节容积可按最高日用水量的10%～15%计算：V式中：-Vt——水塔调节容积（m³）；-β——调节容积系数，取10%～15%，本设计取10%；-Qd——最高日用水量（7.2.2调节容积计算V7.2.3消防容积水塔消防贮水量按火灾延续时间内的消防用水量计算：V7.2.4水塔总容积V选用标准水塔容积V=45007.3水塔高度计算7.3.1水塔高度计算公式网后水塔（设在管网末端节点5）的高度计算公式为：H式中：-Ht——水塔高度（水柜底标高至水塔处地面的高度）（m）；-Hc——控制点要求的自由水压，取30m；-hf,t→c——水塔到控制点的水头损失（m7.3.2水塔高度计算水塔设在节点5，控制点为节点3。从节点5到节点3的最不利路径为5→4→3，水头损失：h水塔高度：H水塔总高度（含水柜）约35m。7.4水塔方案经济性比较表7-1有水塔与无水塔方案比较表比较项目有水塔方案无水塔方案水塔土建投资(万元)约8500泵站设备投资(万元)约120约180（含变频）年运行电费(万元/年)约45约52管理维护需维护水塔仅维护泵站供水可靠性较高（有储备）较高（环状+备用泵）占地面积大（水塔占地）小结论：有水塔方案初期投资增加约730万元，虽年运行电费略低，但投资回收期长达100年以上，经济性差。本城区用水量变化不大（Kh=1.30

第八章管网结构设计计算8.1管材选择8.1.1管材比选对常用给水管材进行技术经济比较：表8-1给水管材性能比较表管材类型工作压力(MPa)使用寿命(年)内壁粗糙度单价(元/m,DN400)优缺点球墨铸铁管≤4.050～80较光滑(C=120)约780强度高、韧性好、耐腐蚀，推荐PE管(PE100)≤1.650～100光滑(C=150)约520重量轻、耐腐蚀，但大口径成本高钢管≤6.020～30较粗糙约650强度高，但需内外防腐，寿命短预应力混凝土管≤1.250～80较光滑约450耐腐蚀，但重量大、运输安装困难8.1.2管材选定综合考虑工作压力（本管网最大工作压力约0.45MPa）、管径范围（DN100～DN600）、使用寿命、施工条件及经济性，本设计干管采用球墨铸铁管（内衬水泥砂浆，外刷环氧煤沥青防腐），支管及入户管可采用PE管。球墨铸铁管执行标准：《水及燃气用球墨铸铁管、管件和附件》GB/T13295—2019，接口形式采用T型滑入式柔性接口，适应地基不均匀沉降。8.2管道埋深计算8.2.1覆土厚度要求根据《室外给水设计标准》GB50013—2018第7.3.1条：车行道下，管顶最小覆土厚度不宜小于0.7m；非车行道下，管顶最小覆土厚度不宜小于0.6m；管道应埋设于冰冻线以下，管底距冰冻线不宜小于0.15m。8.2.2埋深计算（1）车行道下埋深：H式中D=0.6m为最大管径（（2）冰冻深度控制埋深：西安地区标准冻结深度0.50m，管底应在冰冻线以下0.15m：H（3）设计埋深：取两者较大值：H设计管顶覆土厚度：车行道下0.8m，非车行道下0.7m，管底埋深1.4～1.5m。8.2.3沟槽开挖断面沟槽底宽：B式中b为工作面宽度，球墨铸铁管每侧工作面取0.3m：B沟槽边坡：土质为粉质黏土，挖深小于2.0m，边坡坡度取1:0.33（直立开挖需支护）。8.3管道基础设计8.3.1基础形式选择根据地质条件（粉质黏土，fak=160kPa）及管径，采用砂垫层基础。砂垫层采用中粗砂，厚度100mm，垫层宽度为管径加200mm对于DN≥500的管道或地基软弱处，采用混凝土带状基础（C15混凝土，厚度150mm）。8.3.2地基承载力验算管道及管内水重（DN600，每延米）：球墨铸铁管单位重量约220kg/m，管内水重：G管道自重：G管顶以上土重（覆土0.8m，土重度18kN/m³）：G总竖向荷载：N基底压力：p地基承载力满足要求，安全储备充足。8.4管道支墩计算8.4.1支墩设置条件根据《给水排水管道工程施工及验收规范》GB50268—2008，当管径≥300mm、转弯角度≥15°时，应设置混凝土支墩承受管道内水压力产生的水平推力。8.4.2水平推力计算以DN600管道、90°水平弯管为例，工作压力P=0.4管道截面积：A弯管水平推力（90°弯管）：F式中：-P——管道工作压力（kPa）；-A——管道截面积（m²）；-θ——弯管角度（°）。8.4.3支墩尺寸设计采用C20混凝土支墩，混凝土重度24kN/m³，支墩与土壤间摩擦系数μ=支墩水平推力由底面摩擦力和背面被动土压力共同承担：F初步取支墩尺寸：底面尺寸2.0m×1.5m，高度1.5m，混凝土方量约3.0m³。支墩自重：G底面摩擦力：F背面被动土压力（粉质黏土，φ=20°，被动土压力系数：K被动土压力合力（含黏聚力）：EE总抗力：F抗滑安全系数：K不满足要求，需加大支墩尺寸。调整支墩尺寸为2.5m×2.0m×1.8m，混凝土方量约6.0m³：GEFK考虑支墩与管道间的摩擦力及管土共同作用，实际安全系数更高，支墩尺寸满足要求。支墩设计结论：DN60090°弯管处设置C20混凝土支墩，尺寸2.5m×2.0m×1.8m，支墩底面设100mm厚C10混凝土垫层。其他管径和角度的弯管支墩按推力大小类比设计。8.5管道防腐设计8.5.1内壁防腐球墨铸铁管内衬水泥砂浆，厚度：DN≤300mm：内衬厚度4mm；DN350～600mm：内衬厚度5mm；DN≥700mm：内衬厚度6mm。水泥砂浆内衬执行《球墨铸铁管和管件水泥砂浆内衬》GB/T17457—2009，防止管道内壁腐蚀和结垢，保证输水水质。8.5.2外壁防腐管道外壁刷环氧煤沥青两道，总厚度不小于300μm。对于腐蚀性较强的土壤地段，采用环氧煤沥青玻璃布包裹（一底两布三面），加强防腐等级。8.5.3阴极保护对于穿越河道、铁路或土壤腐蚀性强的管段，增设牺牲阳极阴极保护。牺牲阳极采用镁合金阳极，每200m设置一组，每组2支，阳极埋深1.5m，距管道1.5m。8.6管道压力验算8.6.1管道工作压力管网最大工作压力出现在节点0（泵站出口）：P考虑水锤压力升高（按工作压力的30%估算）：P8.6.2管材承压能力球墨铸铁管标准压力等级：-K9级球墨铸铁管：允许工作压力4.0MPa（DN600以下）P管道承压能力远大于设计压力，安全可靠。8.6.3管壁厚度验算球墨铸铁管管壁厚度按标准K9级，DN600管壁厚9.6mm。环向应力验算：σ球墨铸铁抗拉强度σb≥K管壁厚度满足强度要求。

第九章管网附属构筑物设计计算9.1阀门井设计9.1.1阀门设置原则根据《室外给水设计标准》GB50013—2018第7.5节：干管上每隔500～1000m设置一个阀门；环状管网的节点处应设置阀门，使事故时可隔离管段；支管从干管接出处应设置阀门；阀门应设置在阀门井内，便于操作和维护。本管网共设置阀门12个，其中干管分段阀8个，支管控制阀4个。9.1.2阀门选型干管采用暗杆弹性座封闸阀，型号Z45X-10Q，公称压力1.0MPa。该型阀门关闭严密、操作力矩小、耐腐蚀，适用于埋地敷设。阀门尺寸按管径确定：DN600管道配DN600阀门，DN500配DN500阀门，以此类推。9.1.3阀门井尺寸计算阀门井采用砖砌圆形阀门井，执行《给水排水标准图集》S143。井内径按阀门尺寸确定：表9-1阀门井尺寸表阀门口径井内径(mm)井深(mm)井盖直径(mm)DN≤20012001800700DN250～40016002000700DN500～60020002200800井壁采用MU10烧结普通砖、M7.5水泥砂浆砌筑，井内底设100mm厚C15混凝土垫层，井内设爬梯。井盖采用球墨铸铁防盗井盖，承载力等级为D400（车行道下）。9.1.4阀门井结构验算以DN600阀门井为例，井内径2.0m，井深2.2m，地下水位埋深6.5m（高于井底，井底位于地下水位以上，无地下水影响）。井壁环向受土压力作用，按薄壁圆筒计算：主动土压力系数：K井底处主动土压力强度：p由于黏聚力作用，计算土压力为负值，说明井壁在2.2m深度内不受主动土压力作用（土体自稳），砖砌井壁满足强度要求。9.2室外消火栓设计9.2.1消火栓布置原则根据《消防给水及消火栓系统技术规范》GB50974—2014：室外消火栓的保护半径不应超过150m；市政消火栓的间距不应大于120m；消火栓应沿道路设置，十字路口应设有消火栓；消火栓距路边不应大于2m，距房屋外墙不宜小于5m。9.2.2消火栓数量计算城区道路总长度约8.5km，按间距120m布置：n考虑十字路口加密布置，本设计共设置室外消火栓75个。9.2.3消火栓选型采用地上式室外消火栓，型号SS100/65-1.0，公称压力1.0MPa，每个消火栓设一个DN100接口和两个DN65接口。寒冷地区（西安）宜采用地下式消火栓或防冻型地上式消火栓。本设计采用防冻型地上式消火栓，泄水阀位于冰冻线以下。9.2.4消火栓出流量校核单个消火栓出流量按10～15L/s设计，本城区同一时间火灾2次，每次需45L/s，即每次火灾需3～4个消火栓同时供水。消火栓处管网压力校核：最不利消火栓处自由水压不小于10m（消火栓出口压力要求）。本管网最小自由水压30m，远大于10m，消火栓供水能力满足要求。9.3排气阀与泄水阀设计9.3.1排气阀设置原则：管道隆起点、长距离水平管道每隔500～1000m处应设置排气阀，用于排除管道内积聚的空气，防止气阻和水锤。本管网在管道高点（节点2、3、4处）设置排气阀共3个。排气阀口径计算：排气阀口径按管道直径的1/8～1/10选取：DN600管道：排气阀DN80；DN400～500管道：排气阀DN50；DN≤300管道：排气阀DN25。本设计干管高点设DN80复合式排气阀（CARX型），兼具进排气功能，防止管道负压吸瘪。9.3.2泄水阀设置原则：管道最低点、需要泄空的管段末端应设置泄水阀，用于管道检修时排空存水。本管网在管道低点（节点0、5处）设置泄水阀共2个，泄水阀口径按管道直径的1/3～1/5选取：DN600管道：泄水阀DN150；DN400管道：泄水阀DN100。泄水阀接至附近雨水管网或水体，排出水应经沉淀池处理后排放。9.3.3排泥阀在管道最低点及交叉处设置排泥阀，用于排除管道内沉积物。排泥阀口径DN100，采用电动排泥阀，定期（每季度）开启排泥。9.4水表井设计9.4.1水表设置水厂出厂管设置总计量水表，各用水大户（工业企业、大型公建）入户管设置分户水表。9.4.2水表选型水厂出厂总水表采用电磁流量计，型号LDG-600，精度等级0.5级，测量范围0～1000L/s。电磁流量计无压损、精度高、维护量小，适用于水厂出厂水计量。分户水表采用旋翼式水表（小口径）或螺翼式水表（大口径），水表口径按设计流量的1.5倍额定流量选取。9.4.3水表井尺寸水表井采用砖砌矩形井，尺寸按水表及前后直管段长度确定。电磁流量计井尺寸：长2.5m×宽1.5m×深2.0m，井内设排水沟和集水坑。9.5管道穿越设计9.5.1穿越道路管道穿越城市主干道时，采用钢套管保护。套管直径比管道大两级（DN600管道用DN900钢套管），套管两端设柔性防水套管，套管内填充沥青麻丝。套管长度：道路宽度+2×2m（每侧伸出路肩2m）。主干道宽30m，套管长34m。9.5.2穿越河道本城区无大型河道，仅有一条排水明渠。管道穿越明渠采用倒虹管形式，设两条平行倒虹管（一用一备），管径比上下游管道小一级（DN500），管内流速不小于0.9m/s（防止淤积）。倒虹管进、出水端设闸门井，便于检修切换。倒虹管顶部距渠底不小于0.5m。9.5.3穿越铁路管道穿越铁路时，采用顶管施工，钢筋混凝土套管内径1.2m，套管内敷设给水管道。套管顶部距铁路轨底不小于1.2m。

第十章管道施工与验收计算10.1管道水压试验10.1.1试验压力确定根据《给水排水管道工程施工及验收规范》GB50268—2008第9.2节，管道水压试验压力为：P且不应小于0.9MPa。本工程管道工作压力P工=P试验压力取0.9MPa。10.1.2试验分段管道水压试验应分段进行，每段长度不宜大于1.0km。本管网共4.6km，分为5个试验段：段1：0-1-2（1100m）段2：2-3-4（1000m）段3：4-5-0（1100m）段4：1-3（700m）段5：2-4（700m）10.1.3允许渗水量计算球墨铸铁管（含内衬）水压试验允许渗水量按GB50268—2008公式计算：Q式中：-Q允——允许渗水量（L/(min·km)）；-D——管道内径（mm各管径允许渗水量计算结果见表10-1。表10-1管道水压试验允许渗水量表管径(mm)允许渗水量(L/(min·km))试验压力(MPa)DN1000.1400.9DN1500.1710.9DN2500.2210.9DN4000.2800.9DN4500.2970.9DN5000.3130.9DN6000.3430.910.1.4试验程序预试验阶段：将管道内水压升至试验压力，稳压30min，期间如有压力下降可注水补压，检查管道接口、配件等处有无漏水、损坏现象；主试验阶段：停止注水补压，稳定15min；15min后压力下降不超过0.03MPa，将试验压力降至工作压力并保持恒压30min，进行外观检查，无漏水现象则试验合格。10.2管道冲洗与消毒10.2.1管道冲洗管道水压试验合格后，应进行冲洗。冲洗流速不小于1.0m/s，冲洗时间以出水水质与进水水质一致为准。冲洗水量计算（以DN600管段600m为例）：管道容积：V冲洗水量按管道容积的3倍计：Q管网总冲洗水量约为管网总容积的3倍：VQ10.2.2管道消毒冲洗后用含氯水浸泡消毒，氯离子浓度不低于20mg/L，浸泡时间不小于24h。消毒用氯量计算：M采用漂白粉（有效氯含量25%）：M消毒后再次冲洗，直至出水水质符合《生活饮用水卫生标准》GB5749—2022方可通水。10.3沟槽回填10.3.1回填材料与压实度沟槽回填应分层夯实，各部位压实度要求：管底基础部位：≥90%；管侧（胸腔）部位：≥95%；管顶以上0.5m范围内：≥85%（防止管道受过大荷载）；管顶0.5m以上至地面：车行道下≥95%，非车行道下≥90%。10.3.2回填土沉降计算沟槽回填土沉降量按经验公式估算：S式中：-S——沉降量（m）；-γ——回填土重度，取18kN/m³；-H——回填厚度，取1.5m；-Es——回填土压缩模量，压实后取8MPaS沉降量极小，不影响道路结构安全。10.4竣工验收10.4.1验收依据工程竣工验收应符合《给水排水管道工程施工及验收规范》GB50268—2008及设计文件要求，验收内容包括：管道位置、高程、坡度复核；管道接口质量检查；水压试验结果；冲洗消毒记录及水质检测报告；附属构筑物（阀门井、消火栓等）安装质量；竣工图及竣工资料。10.4.2竣工测量精度管道竣工测量允许偏差：管道中心线：±30mm；管底高程：±20mm；管道坡度：不小于设计坡度；接口间隙：符合产品标准要求。

第十一章管网校核与工况验证11.1设计工况校核（最高时）设计工况（最高日最高时）下的管网运行状态已在第五章详细计算，校核结果汇总：控制点（节点3）自由水压：29.97m≈30m，满足要求；所有节点自由水压：29.97～35.50m，均≥30m；管内流速：0.23～1.14m/s，干管流速均在经济流速范围内；环闭合差：最大0.467m<0.5m，满足精度要求。设计工况校核结论：满足全部设计要求。11.2消防工况校核11.2.1消防流量叠加假设火灾发生在最不利节点（节点4），消防时节点4流量增加90L/s（2次火灾同时发生，均由节点4附近消火栓供给）：Q11.2.2消防时水头损失估算消防时流量增加系数：K海曾-威廉公式中水头损失与流量的1.852次方成正比：K从节点0到控制点（节点4）的正常水头损失：h消防时水头损失：h11.2.3消防时节点水压消防时节点4水压标高：H消防时节点4自由水压：H11.2.4消防校核标准根据《消防给水及消火栓系统技术规范》GB50974—2014，消火栓出口压力不应小于0.10MPa（10m水柱），且火灾时管网最不利点消火栓水压不应小于10m。H消防工况校核结论：满足消防供水压力要求。注：以上为简化估算。精确计算应在消防流量下重新进行管网平差，但由于本管网水压储备充足（正常时最小自由水压30m，远大于消防要求10m），即使考虑流量重新分配的影响，消防时最不利点水压仍将大于10m，校核结论可靠。11.3事故工况校核11.3.1事故工况定义最不利事故工况为一条输水干管（0-1或0-5）断裂，需关闭该管段两侧阀门进行检修。此时管网由另一条干管供水，供水能力下降。根据《室外给水设计标准》GB50013—2018，事故时供水量不应低于最高时设计流量的70%：Q11.3.2事故时水压校核假设0-1管段断裂，全部流量由0-5管段供给。0-5管段管径DN600，通过流量389.3L/s时：流速：v0-5管段水头损失：h事故时流量为正常的70%，管网内其他管段水头损失按比例降低：K从节点5到最不利节点（节点3）的水头损失（正常时经5→4→3路径）：h事故时：h事故时节点3水压标高：H事故时节点3自由水压：H事故时要求最小自由水压（按二层建筑12m控制）：H事故工况校核结论：单管断裂事故时，管网仍可通过环状布局由另一侧供水，最不利点自由水压30.08m，远大于事故供水要求的12m，供水可靠性高。两条输水干管（0-1和0-5）互为备用，满足事故供水要求。11.4最大转输工况校核本设计采用无水塔管网，无转输工况。若设置水塔，最大转输工况为夜间用水量最小时，泵站向水塔输水。本方案不设水塔，故无需此项校核。11.5水锤防护校核11.5.1水锤压力估算水泵突然停泵时，管内水流流速骤变产生水锤压力。按直接水锤公式估算：ΔP式中：-a——水锤波传播速度，钢管/铸铁管约1000～1200m/s；-Δv——流速变化量，取最大流速1.14m/s。ΔP直接水锤压力较大，但实际中由于水泵止回阀关闭时间较长（数秒），属于间接水锤，水锤压力大幅降低。11.5.2水锤防护措施二级泵站出水总管安装缓闭止回阀，关闭时间10～30s可调，有效消除停泵水锤；管网高点设置复合式排气阀，防止水柱分离和弥合水锤；泵站内设置水锤消除器（气囊式），吸收水锤压力波；水泵机组采用软启动方式，降低开泵水锤。采取上述措施后，间接水锤压力可控制在0.2MPa以内，管道承压能力（4.0MPa）远大于水锤压力，安全可靠。11.6管网水质校核11.6.1停留时间校核管网内水的停留时间过长会导致水质恶化（余氯衰减、细菌繁殖）。管网总容积约850m³，最高时流量556.1L/s=2002m³/h：t平均停留时间25min，远小于规范要求的最大停留时间（一般不超过48h），水质安全。11.6.2余氯衰减校核出厂水余氯控制在0.5～1.0mg/L，管网末端余氯不低于0.05mg/L。余氯衰减公式：C式中k为余氯衰减系数，取k=0.1管网最不利点停留时间约0.5h：C余氯满足要求。

第十二章工程经济分析12.1工程投资估算12.1.1管材费用各管段管材费用按球墨铸铁管综合单价（含管件、运输）计算，见表12-1。表12-1管材费用计算表管段管径(mm)长度(m)单价(元/m)费用(元)0—160060014008400001—250050010505250002—32505004502250003—41005002001000004—54505009004500000—560060014008400001—34007007805460002—4150700280196000合计—4600—3722000管材总费用：372.2万元。12.1.2土建工程费用土建工程包括沟槽开挖、管道基础、回填、阀门井、消火栓井、支墩等，按管材费用的60%估算：C12.1.3设备及安装费用包括阀门、消火栓、排气阀、水表、泵站设备等，按管材费用的30%估算：C12.1.4其他费用包括勘察设计费（5%）、监理费（2%）、建设单位管理费（1%）、预备费（8%）等，按直接工程费的16%计：C12.1.5工程总投资C单位长度造价：c人均投资：c12.2年运行费用12.2.1电费泵站年供水量：Q平均