给水排水管网系统课程设计报告.docx
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给水排水管网系统课程设计报告
《给水排水管网系统设计》
课程设计报告
题目
集美区给水排水管网设计
系部
专业班级
组员
）
指导教师
设计时间
2012-2013学年第二学期17周
二○一二年6月17日
一、设计目的
本课程设计是《给水排水工程及管网设计》课程教学的重要实践环节，其目的是加深理解所学知识，培养综合分析和解决实际管网工程设计问题的初步能力，使学生在设计、运算、绘图、查阅资料和使用设计手册、设计规范等基本技能上得到初步训练和提高。
二、设计要求和设计指标
2.1任务
（1）规划区域内给水管网初步设计（用水量计算、主干管及干管走向定位、管网平差计算、给水主干管剖面图）；
（2）规划区域内污水管网初步设计（管道定线和污水厂选址、各片区污水量计算、管道设计计算、污水管道平面图、污水主干管剖面图）。
2.2设计资料
集美区需要进行给水排水系统的初步设计，该地区地势西高东低，坡度较小。
城区北面有一个石兜水库。
城区在建设中被分成了Ⅰ区和Ⅱ区，Ⅱ区有工业区甲、乙，其设计流量使用的是集中流量。
其他一些基本信息在下面分别进行说明。
工程要求设计给水管道系统和排水管道系统（包括雨水和污水）的管网布置，布置要合理，论证要充分；分别对给水和排水管道进行相应的水力计算，计算要求准确，符合设计精度。
排水管道使用的是钢筋混凝土圆管，不满流n=0.014；雨水管道使用的是钢筋混凝土圆管，满度n=0.013。
2.3地理位置
集美区位于福建省东南沿海，居闽南金三角中心地段，是厦门市6个行政区之一，西北与漳州长泰县交界，东北与同安区接壤，西南与海沧区毗邻，东南由厦门大桥及高集海堤连接厦门岛，是进出厦门经济特区的重要门户，区位优势独特。
辖区总面积275．79平方公里，地貌以丘陵、山地为主，河流、水渠、水库点缀其间，海岸线长约60公里。
属
亚热带海洋性季风气候，四季温和，雨量充沛，冬无严寒夏无酷暑。
目前，集美区下辖2镇4街，即灌口镇、后溪镇、集美街道、杏林街道、侨英街道、杏滨街道，共30个行政村、22个社区。
全区常住人口18万人、流动人口15万人。
2.4自然条件
集美区地理坐标为东经118°04′，北纬24°26′，境内地势较为平坦，地面高程一般为6.5米。
集美区雨水充沛，年平均降雨量1118.5mm，年最大降雨量为1400mm，年最小降雨量为803mm。
光照较多，年平均日照时数2096小时，年平均日照率52%，年平均气温在16.8℃，盛夏最高气温达39.6℃，严冬最低气温-9℃。
全年无霜期222天左右。
气候条件较优越。
该地区暴雨强度公式：
2.5社会经济发展现状
改革开放以来，集美区的经济有了快速的发展，2009年，全区实现国内生产总值278020万元，人均国内生产总值77480元。
一、二、三产业的比重为21:
44.3:
34.7。
集美区将促进农业的稳定增长作为发展经济的重要任务，农业经济稳步发展，2009年，实现农业总产值115650万元。
集美区的工业经济近年来难中求进，服装、地毯、化工、缫丝、建材等企业起了骨干支撑作用，1999年，全区实现工业总产值464620万元。
A区商贸服务业一向发达，2009年，全区2009年实现三产增加值96360万元，占当年国内生产总值的34.7%。
2.6城市总平面图
现有的比例为1:
10000的集美地区平面图一张，图中有等高线。
我们的平面图是根据图2.1通过测距缩放比例画出。
查得集美区共有两个工业区，分别是杏南、杏北、杏西工业区和集美北部工业区，我们将整片工业区划为一块区域计算，分别为工业区甲和工业区乙。
由于北部基本上是山，因此本设计忽略不计算。
图2.1集美区1:
2000平面图
2.7城市人口密度及生活用水、污水定额
见表2.1
表2.1城市人口密度及生活用水、污水定额
区域
人口密度（人/ha）
平均日居民生活污水定额
最高日综合生活用水量定额
Ⅰ区
250
220
220
Ⅱ区
270
240
240
自来水普及率
生活给水时变化系数：
。
2.8水位及土壤条件
该城市河流常水位2m，；地下水位埋深平均为10m；土壤为砂质黏土；主要马路均为沥青铺设。
2.9工业企业分布及用水量情况
见表2.2。
表2.2工业企业分布及用水量情况
工业区名称
工人数/人
生产用水量/
复用率/%
排入市政管网的最大生产污废水量/
用水时间
高温车间
一般车间
甲
1200
2800
35000
30%
24500
三班制，全天均匀使用
乙
2400
3600
55000
40%
33000
三班制，全天均匀使用
备注
水质与生活饮用水相同，水压无特殊要求。
淋浴人数高温车间按85%计，一般车间按70%计。
注：
一般车间生活用水定额30L/（人.班），高温车间生活用水定额35L/（人.班）。
一般车间淋浴用水定额40L/（人.班），高温车间淋浴用水定额60L/（人.班）。
一般车间生活污水定额25L/（人.班），高温车间生活污水定额30L/（人.班）；一般车间淋浴生活污水定额40L/（人.班），高温车间淋浴污水定额60L/（人.班）。
2.10地面径流系数
见表2.3
表2.3各区地面径流系数
区域
径流系数
Ⅰ区
0.49
Ⅱ区
0.48
2.11排水现状
区域排水几乎未经处理直接排入水体。
根据A区总体规划，拟对A区排水管网及污水厂进行统一规划建设。
2.12要求
（1）设计前进行区域情况调查，熟悉原始资料及总体设计原则；
（2）设计过程中，要求学生认真复习相关的基本概念和原理知识；
（3）课程设计说明书要求内容完整、计算准确、论述简洁、文理通顺、装订整齐；
（4）课程设计图纸应能较好地表达设计意图，图面布局合理、正确清晰，设计图纸所采用的比例、标高、管径、编号和图例等应符合《给水排水制图标准》的有关规定。
（5）在设计过程中应独立思考，在指导教师帮助下完成工作，严禁抄袭。
2.13小组任务分配
三、给水管网设计
3.1给水管网设计方案比较和确定
3.1.1水源与取水点的选择
所选水源为城区北面的石兜水库。
取水点应该选在水质良好的河段，也就是河流的上游，并且也靠近用水区。
3.1.2取水泵站的位置
定在取水点附件，即上游河段，用以抽取原水。
3.1.3水厂厂址选择
水厂厂址应该选在不受洪水威胁，卫生条件好的地方，也就是河流的上游。
由于取水点距离用水区较近，所以水厂设置在取水泵站附近，或者与取水泵站建在一起。
3.1.4输水管渠定线
（1）沿着现有道路，便于施工和检修。
（2）尽量缩短输水距离，与城市建设规划相结合，少占农田，保证供水安全。
（3）充分利用地形高差，优先考虑重力输水。
水库在城区背面，地势较高，基本采用重力输水。
（4）本设计是单水源供水，为保证供水的安全性，采用双管输水。
3.1.5配水管网
（1）干管延伸方向应和二级泵站到大用户的方向一致，干管间距采用
。
（2）干管和干管之间有连接管形成环状网，连接管的间距为
。
（3）干管按照规划道路定线，尽量避免在高级路面或重要道路下通过；尽量少穿越铁路。
（4）干管尽量靠近大用户，减少分配管的长度。
（5）力求以最短距离铺设管线，降低管网的造价和供水能量费用。
（6）本设计采用环状网。
（7）干管布置的方向按供水主要流向延伸。
管网中输水干管到大用户如工厂的距离要求最近。
（8）管网布置必须保证供水安全可靠性，尽可能布置成环状。
干管尽可能布置在两侧有大用户的道路上，以减少配水管的数量。
3.1.6配水方案比较
见表3.1.1。
表3.1.1方案比较
方案
优点
缺点
并联分区供水
供水比较安全
双管输水管太长，造价高
串联分区供水
节省管材。
省了两条长的输水管。
中间如果一条输管连接，供水不安全。
所以考虑两区之间用双管连接。
这样既可以减少穿过铁路的次数，又可以保证供水的安全性。
3.1.7调节构筑物
由于此区是属于大城市的一个城区，所以不设水塔。
清水池适用于供水范围不很大的中小型水厂，调节水池泵站适用于供水范围比较大的水厂以及部分地区用水压力要求较高，采用分区供水的管网。
所以考虑采用前者，即清水池。
清水池布置在串联分区管网、管网低压区，所以布置在公路以南的分区。
3.2设计计算
3.2.1城市用水量计算
1．最高日用水量
城市用水量包括：
综合生活用水、工业生产用水、消防用水、浇洒道路和绿化用水、未预见水量和管网漏失量。
综合生活用水量：
I区人口7万，II区人口11万，则：
工业生产用水量：
工业工作人员生活用水量：
工业工作人员淋浴用水量：
工业总用水量为：
浇洒道路和绿化用水量为：
未预见和管网漏失水量：
则最高日用水量为：
2．最高日平均时用水量
3．最高日最高时用水量
4．清水池容积
调节容积：
消防贮水量：
水厂冲洗滤池和沉淀排泥等生产用水：
清水池有效容积：
3.2.2管网水力计算
定线图和初分配流量图分别如图3.2.1和图3.2.2所示。
图3.2.1给水管网定线
图3.2.2给水管网初分配流量
1．比流量计算如表3.2.1所列。
表3.2.1配水长度计算
管段编号
1
2
3
4
5
6
7
8
管段长度
380
3960
3640
4320
3080
3360
4560
5530
配水长度
0
1980
1820
2160
3080
3360
4560
2765
管段编号
9
10
11
12
13
14
15
16
管段长度
3930
4610
5640
1950
2150
6310
8840
4620
配水长度
1965
2305
2820
0
1075
3155
8840
3835
管段编号
17
18
19
20
21
22
23
管段长度
2600
3240
4070
3600
5220
3000
3040
配水长度
2600
1620
4070
1800
3965
1500
1520
2．集中流量计算
工业区甲：
工业区乙：
3．比流量
4．沿线流量计算见表3.2.2。
表3.2.2管线沿线流量
管段编号
配水长度
沿线流量
管段编号
配水长度
沿线流量
1
0
0
13
1075
27.31
2
1980
50.29
14
3155
80.14
3
1820
46.23
15
8840
224.54
4
2160
54.86
16
3835
97.41
5
3080
78.23
17
2600
66.04
6
3360
85.34
18
1620
41.15
7
4560
115.82
19
4070
103.38
8
2765
70.23
20
1800
45.72
9
1965
49.91
21
3965
100.71
10
2305
58.55
22
1500
38.10
11
2820
71.63
23
1520
38.61
12
0
0
5．节点流量计算
其中节点9和14有集中流量，分别为
和
，管网中所有节点流量见表3.2.3。
6．管网平差
根据节点流量进行管段流量初次分配，查界限流量初步确定管径，进行管网平差，根据老师的要求，平差两次。
本设计采用曼宁公式计算。
管网平差结果见表3.2.4和图3.2.3。
表3.2.3节点流量
节点编号
节点流量
节点编号
节点流量
1
64.26
11
73.09
2
90.93
12
69.28
3
108.46
13
70.93
4
62.55
14
495.39
5
64.07
15
71.56
6
96.90
16
70.74
7
123.00
17
38.35
8
70.93
18
69.66
9
426.54
19
135.13
10
102.43
图3.2.3给水管网平差结果
从泵站到管网的输水管计两条，每条输水管的长度380m。
每条的计算流量为
，选定管径800mm，水头损失为：
从I区到II区的输水管计两条，每条输水管的长度1950m，每条的计算流量为
，选定管径500mm，水头损失为：
水泵由于位于整个管网的最高点，最小服务水头为40m，从泵站到最远点得水头损失取[5]—[12]—[13]—[14]—[17]—[19]，吸水管和泵房内的水头损失取2m，安全水头取2m，清水池水深取4m，则水泵扬程：
7．校核
（1）最高时加消防时校核。
消防时的管网校核，是以最高时用水量确定的管径为基础，按照最高用水时另行增加消防设施时的流量进行流量分配。
本设计城区人口18万，该城市消防用水量定额为75L/s，同时火灾次数为3次。
将失火点放在工业企业密集的节点9、14和居民区节点2。
消防时管网需总流量为
，消防平差见表3.2.5。
从泵站到管网的输水管计两条，每条输水管的长度380m。
每条的计算流量为
，选定管径800mm，水头损失为：
从I区到II区的输水管计两条，每条输水管的长度1950m，每条的计算流量为
，选定管径500mm，水头损失为：
消防时控制点（16）所需的服务水头为10m，水泵由于位于整个管网的最高点，从泵站到最远点得水头损失取[5]—[12]—[13]—[14]—[17]—[19]，吸水管和泵房内的水头损失取2m，安全水头取2m，清水池水深取4m，则水泵扬程：
经过核算，按最高时用水时确定的水泵扬程满足消防时的需要，不用专设泵站。
（2）最不利管段发生故障时的事故校核。
城市给水管网在事故工程下，必须保证70%以上的用水量，假设最不利管段，即其中一条输水管发生故障，输水量以及所有管段的流量和水头损失都约为原来的70%。
消防时平差结果见表3.2.6。
从泵站到管网的输水管计两条，每条输水管的长度380m。
每条的计算流量为
，选定管径800mm，水头损失为：
从I区到II区的输水管计两条，每条输水管的长度1950m，每条的计算流量为
，选定管径500mm，水头损失为：
水泵由于位于整个管网的最高点，最小服务水头为40m，从泵站到最远点得水头损失取[5]—[12]—[13]—[14]—[17]—[19]，吸水管和泵房内的水头损失取2m，安全水头取2m，清水池水深取4m，则水泵扬程：
8．各节点的水压
节点水头计算见表3.2.7。
3.2.3二级泵设计计算
1．二级泵站流量的计算
当管网内不设水塔时，任何小时的二级泵站供水量应等于用水量。
这时二级泵站应满足最高日最高时的水量要求。
因为用水量每日每小时都在变化，所以二级泵站内应有多台水泵并且大小搭配，以便供给每小时变化的水量，同时保持水泵在高效范围内运转。
所以二级泵站供水量按照最高日最高时用水量
计算，并按照最高日最高时用水量确定管径。
2．二级泵站扬程的计算
无水塔的管网，由泵站直接输水到用户时，静扬程等于清水池最低水位与管网控制点所需水压标高的高程差。
无水塔时二级泵站的扬程为：
3．水泵的选择
选三个水泵，则每个水泵的流量为
。
根据《给水排水常用设备手册》查得型号12sh—28的水泵4台，3用1备。
表3.2.4给水管网平差表
表3.2.5管网消防平差
表3.2.6管网事故校核平差表
表3.2.7节点水头计算表
四、排水管网设计
4.1排水管网设计方案的选择
4.1.1排水体制的确定
排水系统体制分为合流制和分流制两种，是一项很复杂的工作。
应根据城市及工业企业的规划、环境保护的要求、污水利用情况、原油排水设施、水质、水量、地形、对条件确定。
从全局出发，在满足环境保护的前提下，通过技术经济比较，综合考虑确定。
（1）从环境保护方面来看
如果采用合流制将污水和雨水全部截流送往污水厂进行处理，然后再排放，从控制和防止水体的污染来看，是较好的，但这时截流主干管很大，污水厂容量也增加很多，建设费用也相应增加。
实践证明，采用截流是合流制时，雨天有部分混合污水经溢流井溢入水体，水体受到污染，为了改善这一缺点，小城镇排水讨论方向应该将雨天时溢流贮存，晴天将贮存的混合污水全部送至污水厂进行处理。
分流制排出污水和雨水，初雨径流未加处理就直接排入水体，对城水体也会造成污染，有时还很严重，这是它的缺点。
但它比较灵活，比较容易适应社会发展的需要，故应采用分流制。
（2）从造价方面来看
合流制排水管道的造价比完全分流制一般要低20%-40%，可是合流制的泵站和污水厂却比分流制的造价要高此外，又可缩短工期，发挥工程效益也快，所以我国很多工业和居住地采用不完全分流制排水系统。
（3）从维护管理方面来看
晴天时污水在合流制管道中只是部分流，雨天时才接近满管流，因而雨天时合流制管道内流速较低，易于产生沉淀。
但据经验，管中的沉淀易被暴雨水流冲走，这样，合流管道的维护费用可降低。
但是，晴天和雨天时流入污水厂的水量变化很大，增加了合流制排水系统污水厂运行管理的复杂性。
而分流制系统可以保证管内的流速，不致发生沉淀，同时，流入污水厂的水量和水质比合流制变化小得多，污水厂的运行易于控制。
4.1.2方案确定
从环境保护的方面考虑，采用合流制将生活污水、工业废水和降水全部送入污水厂进行处理排放，是最佳的选择，但污水厂的处理能力增加太多，截留干管的尺寸很大，增加了工程的总投资，晴天的时候会造成输水能力和处理的极大浪费，从经济上来看，几乎无法实现。
分流制将污水全部送入污水厂进行处理，雨水不经过处理直接排入水体。
这样，就可以减轻污水厂的压力，截留干管的尺寸也不会很大，虽然跟合流制相比较，管道系统由一个变成了两个，增加了建设初期的费用，但是污水处理厂的运行费用将减少。
根据集美区污水的情况，综合考虑各种排水体制的特点，经过经济效益、社会效益、环境保护各方面的比较，本设计采用的排水体制为分流制，即设置污水排水系统和雨水排水系统两个分别独立的排水系统。
城市污水经过污水处理厂处理后排入水体，雨水经过雨水干管收集后直接排入河流中。
4.2排水官网定线
4.2.1污水管网的定线
1．确定排水区界及划分排水流域
排水区界是排水系统规划的界限，在排水区界内应根据地形和城市的竖向规划，划分排水流域。
流域区界应与分水线相符合。
在地形及丘陵地区，流域分界线与分水线基本一致。
本设计中，设计区域内有明显的分水线，沈海高速位于分水线上，沈海高速将集美区划分为两个排水区界，沈海高速的北面为
区，南面为
区。
2．污水主干管布置与定线
在进行污水管道定线时，要在充分掌握资料的情况下综合考虑各种因素，使拟定的路线能因地制宜地利用有利条件而不免不利条件。
管道的布置既要使管道的工程量为最小，又要使水流畅通节省能源。
为了遵循“尽可能在管线较短，埋深较浅的情况下，让最大区域污水能自流排出”的原则。
而地形又是影响管道定线的主要因素。
根据集美区的地形图，将主干管设置在地形图的最东面东面，基本与等高线平行；根据主干管的走向将污水处理厂设计在河的下游；干管基本与等高线垂直布置，使所有污水都能够通过重力自流排出，应尽量让每根污水干管的流量平均分配，即让每条单独的干管管径尽量相同，来减少施工的难度和成本；在设计污水支管时，为便于用户接管排水，本设计采用的是低侧式布置。
4.3排水管网设计计算
4.3.1污水设计流量
（1）街坊生活污水设计计算居民区生活污水设计计算流量，一般按居民区人口密度、污水量标准计算单位面积的平均污水流量，即比流量。
然后用比流量乘以设计管段服务面积和总变化系数求得。
式中，
——设计管段服务街区面积，
；
——生活污水量的总变化系数；
——居住面积的本段平均流量。
本设计中：
区、
区：
人口密度分别为
、
；平均日居民生活污水定额分别为
、
。
则
区、
区每公顷街区的生活污水平均流量分别为：
水力计算：
从上流管段和旁侧管段流来的平均流量以及集中流量对着一管段是不变的，初步设计中，只计算主干管的流量。
为了简化计算，工业区的集中排水量，一般按计算街坊生活污水流量的方法近似计算，包括在居住区内按面积计算。
将各个街区编上号码，并按各个街区的平面范围计算它们的面积，为了简便计算，将所描各个区域近似规则图形计算，如区域1，由
标注量出尺寸，然后根据本设计的比例，转化为实际长度，最终
；其他区域同理可得相应的面积，将各个区域面积列入表4.3.1中。
用箭头标出各个街区污水排出的方向。
表4.3.1街区面积表单位：
ha
街区编号
街区面积
街区编号
街区面积
街区编号
街区面积
街区编号
街区面积
1
3.90
8
1.72
15
4.37
22
0.78
2
1.82
9
4.92
16
3.64
23
1.58
3
2.66
10
4.40
17
2.07
24
1.80
4
4.76
11
4.10
18
2.88
25
3.04
5
4.40
12
2.56
19
4.03
工厂甲
2.21
6
5.98
13
1.84
20
0.78
工厂乙
14
7
1.80
14
3.60
21
3.12
（2）
区、
区工业废水设计集中流量工业企业生活污水及淋浴污水设计流量按下式计算:
式中，
——一般车间最大班职工人数
；
——高温车间最大班职工人数
；
——一般车间职工生活污水定额，以
计；
——高温车间职工生活污水定额，以
计；
——一般车间生活污水量时变化系数，以
计；
——高温车间生活污水量时变化系数，以
计；
——一般车间最大班使用职工淋浴人数
；
——高温车间最大班使用职工淋浴人数
；
——一般车间职工淋浴污水定额，以
计；
——高温、污染严重车间职工淋浴污水定额，以
计；
——每班工作时数,
；淋浴时间以
计。
则工厂区甲生活污水及淋浴污水设计流量：
工厂区乙生活污水及淋浴污水设计流量：
本设计中，工业区甲、乙废水设计集中流量下表所示
表4.3.2工业废水设计计算表单位：
L/s
名称
生产污水
生活污水
总污水量
工业区甲
3.81
48.20
52.01
工业区乙
24.15
75.63
99.78
结论：
根据以上的分析得出区域相应的面积即可算得各服务面积的排水量，以及相应管段的流量，如管段27-28：
其他管段同理可得，然后列入表4.3.3中。
表4.3.3污水干管设计流量设计表
管段编号
居住区生活污水量Q1
集中流量
设计流量
（L/s）
本段流量
转输流量
q2（L/s）
合计平均流量
（
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