给水排水管网设计讲解.docx
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给水排水管网设计讲解
给水排水管网系统
课程设计
某
市
城
北
给
水
管
道
设
计
姓名王东升
学号3061212111
专业给水排水科学工程
班级16-1
学院水利与建筑工程学院
一.任务书及原始资料
1.1设计名称
某市城北区给水管道的设计。
1.2设计任务
根据该市设计资料和平面图进行给水管网工程设计，包括：
1、给水管道系统设计；2、调节构筑物设计。
1.3设计原始资料
（1）城市总体规划概况：
某市近期规划人口为12万，其中城北区近期规划人口8万人，用水普及率预计100％，综合用水量标准采用300L/cap·d，城区大部分建筑在6层，屋内有给排水卫生设备和淋浴设备，区内有工业企业甲。
（2）城市用水情况：
城市生活用水量变化情况如下表：
时间
0～1
1～2
2～3
3～4
4～5
5～6
6～7
7～8
8～9
9～10
10～11
11～12
用水量
1.10
0.70
0.90
1.10
1.30
3.91
6.61
5.84
7.04
6.69
7.17
7.31
时间
12～13
13～14
14～15
15～16
16～17
17～18
18～19
19～20
20～21
21～22
22～23
23～24
用水量
6.62
5.23
3.59
4.76
4.24
5.99
6.97
5.66
3.05
2.01
1.42
0.79
（3）工业企业基本情况
甲企业（含工业企业职工生活用水和生产用水）和乙企业用水量分别为3000m3/d和2500m3/d，均匀使用，工业用水要求水压不小于24m，水质同生活饮用水：
工厂房屋最大体积为5000m3（厂房），房屋耐火等级为三，生产品危险等级为乙。
（4）其他
平面图见附图（按照A4版幅打印，比例尺为1：
20000）。
1.4设计内容
（1）进行给水管网的布线，确定给水系统布置形式、给水管网布置形式、调节构筑物位置；
（2）选择管材；
（3）计算最高日用水量，二泵站、管网、输水管设计流量；
（4）确定水塔的容积、设置高度：
（5）计算管网各管道的管径；
（6）计算管网各节点的水压标高、自由水头；
1.5设计步骤
（1）给水系统布置
确定给水系统的给水方式，如统一给水、分系统给水，地表水给水、地下水给水，说明原因；
确定给水管网的布置形式，如有水塔给水管网、无水塔给水管网，枝状给水管网、环状给水管网，说明原因；
确定调节构筑物位置；
确定一泵房、二泵房供水方式，如一级供水、二级供水，说明原因。
（2）给水管网布线
包括干管及干管之间的联络管；
根据平面布置图确定管线布置方向；
按照布管原则进行：
干管的延伸和二泵房输水到水塔、大用水户的水流方向一致，以水流方向为基准平行布置干管，以最短的距离到达用水户；干管间距500-800米，联络管间距800-1000米；枝状和环状相结合；单管和双管相结合；
绘制给水管网定线草图（管线、节点、管长）。
（3）设计用水量
计算城市最高日设计用水量；
计算最高日用水量变化情况；
计算最高日最高时设计用水量；
计算二泵房、水塔、管网设计流量；
计算清水池容积。
（4）管材选择
（5）管网水力计算
计算比流量、节点流量、集中流量，初分流量；
确定管径、水头损失、流速；
管网平差（编程）；
计算各节点水压、自由水头；
输水管水力计算；
确定控制点；
计算水压标高、自由水压；
二、给水系统的布置
2.1给水系统的给水布置
给水系统有统一给水系统，分系统给水系统（包括分质给水系统、分区给水系统及分压给水系统），多水源给水系统和分地区给水系统。
本设计城市规模较小，地形较为平坦，其工业用水在总供水量所占比例较小，且城市内工厂位置分散，用水量少，故可采用同一系统供应生活、生产和消防等各种用水，即使其供水有统一的水质和水压。
鉴于城市规模小，且管道铺设所需距离较长，本设计选择单水源给水系统。
从设计施工费用等方面考虑，单水源统一给水系统的投资也相对较小，较为经济。
综上所诉，本设计采用单水源统一给水系统。
2.2给水管网布置形式
城市给水官网的基本布置形式主要有环状与树枝状两种。
树状网的供水安全性较差，当管中某一段管线损坏时，在该管段以后的所有管线就会断水。
而且，由于枝状网的末端，因用水量已经很小，管中的水流缓慢，因此水质容易变坏，环状网是管线连接成环状，某一管段损坏时，可以关闭附近的阀门是和其余管线隔开，以进行检修，其余管线仍能够正常工作，断水的地区可以缩小，从而保证供水的安全可靠性。
另外，还可以大大减小因水锤作用产生的危害，在树状网中，则往往一次而是管线损坏。
但是其造价明显比树状网为高。
一般大中城市采用环状管网，而供水安全性要求较低的小城镇则可以猜用树状管网。
但是，为了提高城镇供水的安全可靠性以及保证远期经济的发展，本实例仍然采用环状网，并且是有水塔的环状网给水管网。
2.3二级泵房供水方式
综合考虑居民用水情况以及具体地形情况，拟在管网末端设置对置水塔，由于水塔可调节水泵供水和用水之间的流量差，二泵站的供水量可以与用水量不相等，即水泵可以采用分级供水的办法，分级供水的原则是：
（1）泵站各级供水线尽量接近用水线，以减小水塔的调节容积，分级输一般不多于三级：
（2）分级供水时，应注意每级能否选到合适的水泵，以及水泵机组的合理搭配，尽可能满足今后和一段时间内用水量增长的需要。
依据以上原则，本设计采用二泵房分二级供水。
三、给水管网定线
城市管网定线取决于城市的平面布置，供水区的地形，水源和水塔的的位置，街区和用户特别是大用户的分布，河流，铁路，桥梁等的位置，管线一般敷设在街道下，以满足供水要求为前提，尽可能缩短管线长度；形状随城市总平面布置图而定；宜树状网和环状网相结合的形式，且使管线均匀地分布于整个给水区。
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。
管网定线的基本原则是：
●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。
●靠近道路、公路，以便于施工及维修。
●利于发展，并考虑分期修建的可能性。
●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。
●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。
按照布管原则进行：
干管的延伸和二泵房输水到水塔、大用水户的水流方向一致，以水流方向为基准平行布置干管，以最短的距离到达用水户；干管间距500-800米，联络管间距800-1000米；枝状和环状相结合；单管和双管相结合；
给水管网定线草图如图所示：
（附图）
四、设计用水量
4.1最高日设计用水量：
城市最高日用水两包括综合用水、工业生产用水及职工生活用水及淋浴用水、浇洒道路和绿化用水、未预见用水和管网漏失水量。
①综合生活用水量：
城北区近期规划人口8万人，用水普及率预计100％，综合用水量标准采用300L/cap·d
则最高日综合生活用水量：
Q1=300×80000×100%=24000000L/d=24000（m3/d）
②工业企业用水量：
由资料知，甲企业用水量（含工业企业职工生活用水和生产用水）为3000m3/d，则Q2+Q3=3000m3/d=34.72L/s
③浇洒道路和绿化用水量：
由资料知：
Q4=0。
④未预见水量和管网漏失水量：
Q5=（15%--25%）×（Q1+Q2+Q3+Q4），这里取20%，则Q5=20%×（24000+3000）m3/d=5400m3/d。
⑤消防用水量：
根据《建筑设计防火规范》该城市消防用水量定额为35L/s，同时火灾次数为2次。
故城市消防用水量为：
Q6=35×2=70L/s
所以：
最高日设计用水量为：
Qd=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5=24000+3000+0+5400=32400m3/d。
取Qd=33000m3/d
4.2最高日用水量变化情况
城市生活用水量变化情况如下表：
时间
0～1
1～2
2～3
3～4
4～5
5～6
6～7
7～8
8～9
9～10
10～11
11～12
用水量
1.10
0.70
0.90
1.10
1.30
3.91
6.61
5.84
7.04
6.69
7.17
7.31
时间
12～13
13～14
14～15
15～16
16～17
17～18
18～19
19～20
20～21
21～22
22～23
23～24
用水量
6.62
5.23
3.59
4.76
4.24
5.99
6.97
5.66
3.05
2.01
1.42
0.79
根据“用水量计算表”绘制最大日用水量变化曲线（见下图）
4.3最高日最高时设计用水量
一级泵站全天运转，流量为最高日用水量的4.17﹪；二级泵站分两级供水：
第一级从21时到5时，供水量为1.16%，第二级从5时到21时，供水量为5.67%，最高日泵站总的供水量为：
1.16%×8+5.67%×16=100%，从表中可以得知，城市最高日用水有两个高峰：
一是早上8:
00--12:
00，一是下午17：
00--20:
00，最高时用水量是在上午11:
00--12:
00，为全天的7.31%。
则时变化系数为Kh=7.31%/4.17%=1.75.
故，最高日最高时用水量为：
Qh＝Kh×Ｑd/86.4=1.75×33000/86.4=668.4L/s。
4.4计算二泵房、水塔、管网设计流量
由最高日设计用水量为33000m3/d，且管网中设置有水塔，则:
二泵房的设计供水流量为：
33000×5.67%×1000/3600=519.75L/s。
水塔的设计供水流量为：
33000×（7.31%-5.67%）×1000/3600=150.3L/s。
4.5计算清水池设计容积和水塔设计容积
由用水量变化曲线与分级供水线求得清水池与水塔的调剂容积，如下表：
清水池与水塔调节容积计算
时间
给水处理供水量（%）
二级（供水）泵站供水量（%）
清水池调节容积计算设置水塔（%）
水塔调节容积计算（%）
设置水塔
不设水塔
（1）
（2）
（3）
（4）
（2）-（3）
∑
（3）-（4）
∑
0-1
4.17
1.16
1.10
3.01
3.01
0.06
0.06
1–2
4.17
1.16
0.70
3.01
6.02
0.46
0.52
2–3
4.16
1.16
0.90
3.00
9.02
0.26
0.78
3–4
4.17
1.16
1.10
3.01
12.03
0.06
0.84
4–5
4.17
1.16
1.30
3.01
15.04
-0.14
0.70
5–6
4.16
5.67
3.91
-1.51
13.53
1.76
2.46
6–7
4.17
5.67
6.61
-1.50
12.03
-0.94
1.52
7–8
4.17
5.67
5.84
-1.50
10.53
-0.17
1.35
8–9
4.16
5.67
7.04
-1.51
9.02
-1.37
-0.02
9–10
4.17
5.67
6.69
-1.50
7.52
-1.02
-1.04
10–11
4.17
5.67
7.17
-1.50
6.02
-1.50
-2.54
11–12
4.16
5.67
7.31
-1.51
4.51
-1.64
-4.18
12–13
4.17
5.67
6.62
-1.50
3.01
-0.95
-5.13
13-14
4.17
5.67
5.23
-1.50
1.51
0.44
-4.69
14-15
4.16
5.67
3.59
-1.51
0.00
2.08
-2.61
15-16
4.17
5.67
4.76
-1.50
-1.50
0.91
-1.70
16-17
4.17
5.67
4.24
-1.50
-3.00
1.43
-0.27
17-18
4.16
5.67
5.99
-1.51
-4.51
-0.32
-0.59
18-19
4.17
5.67
6.97
-1.50
-6.01
-1.30
-1.89
19-20
4.17
5.67
5.66
-1.50
-7.51
0.01
-1.88
20-21
4.16
5.67
3.05
-1.51
-9.02
2.62
0.74
21-22
4.17
1.16
2.01
3.01
-6.01
-0.85
-0.11
22-23
4.17
1.16
1.42
3.01
-3.00
-0.26
-0.37
23-24
4.16
1.16
0.79
3.00
0.00
0.37
0.00
合计
100.0
100.00
100.00
调节容积=24.06
调节容积=7.59
清水池中除了储存调节用水外还存放消防用水,则清水池有效容积W为：
W=W1+W2+W3+W4
其中：
W－清水池总容积m3；
W1－调节容积；m３；
W２－消防储水量m３，按2小时火灾延续时间计算；
W3－水厂冲洗滤池和沉淀池排泥等生产用水，取最高日用水量的10%计算，W4－安全贮量按W1+W2+W3取整后计算。
在缺乏资料时，一般清水池设计容积可按最高日用水量的10%--20%计算，这里取15%。
故本次设计的清水池容积为：
W=33000×15%=4950m3
水塔除了贮存调节容积用水量以外，还需贮存室内消防用水量，因此，水塔设计有效容积为:
W=W1+W2
其中：
W1--水塔调节容积
W2--室内消防贮备水量，按10分钟室内消防用水量计算。
在缺乏资料时，一般水塔容积可按最高日用水量的2.5%--3%至5%--6%计算，城市用水量最大时取低值。
这里取5%，故水塔设计容积为W=33000×5%=1650m3
五、管材的选择
选择陶土管道作为输水管道（Cw=110）
六、管网水力计算
6.1用水量计算
①集中用水量
集中用水量主要为工厂的生产用水量和职工生活用水量，当工人淋浴时间与最大时供水重合时淋浴用水也应该计入集中用水量，否则不计入集中用水量。
从城市资料用水量变化情况表中可知：
最大时集中用水量为甲企业的总用水量3000m3/d=34.72L/s。
②节点流量计算
由管网定线草图得各管段长度和配水长度，如下表：
管段编号
1
2
3
4
5
6
7
管段长度（m）
500
1000
1000
750
750
750
1000
配水长度（m）
0
500
500
375
750
375
1000
管段编号
8
9
10
11
12
13
14
管段长度（m）
1000
750
750
750
1000
1000
200
配水长度（m）
1000
375
750
375
500
500
0
③比流量的计算：
ql=（Qh-∑qi）/∑L=（668.4-34.72）/（500×4+375×4+750×2+1000×2）=0.091L/s
其中：
Qh——为最高日最大时用水量L/s
∑qi——为大用户集中流量L/s
∑L——管网总的有效长度m。
沿线流量计算：
qi-j＝qsＬi-jＬi-j—有效长度（m）；ql—比流量。
计算见下表：
最高时管段沿线流量分配与节点设计流量
管段或者节点标号
管段配水长度（m）
管段沿线流量（L/s）
节点设计流量（L/s）
集中流量
沿线流量
供水流量
节点流量
1
0
0.00
-
0.00
519.75
-519.75
2
500
45.5
-
39.82
-
39.82
3
500
45.5
-
79.63
-
79.63
4
375
34.13
-
39.82
-
31.15
5
750
68.26
-
79.63
-
97.90
6
375
34.13
-
159.26
-
124.60
7
1000
91.0
34.72
79.63
-
114.35
8
1000
91.0
-
39.82
-
62.30
9
375
34.13
-
79.63
-
123.72
10
750
68.26
-
39.82
-
44.50
11
375
34.13
-
0.00
150.3
-120.00
12
500
45.5
-
-
-
-
13
500
45.5
-
-
-
-
14
0
0.00
-
-
-
-
合计
7000
623.00
34.72
637.06
670.05
0.00
④初分配流量:
下图所示
6.2确定管径、水头损失及流速
管径与设计流量的关系：
q＝Av＝πＤ2v／４；D＝（4q/πv）1/2
公式中：
D—管段管径，m；
q—管段计算流量，m３/s；
A—管段过水断面面积，m２
v—设计流速，m/s；
根据规范，最大设计流速不应超过2.5~3.0m/s，最小设计流速不得小于0.6m/s。
经济流速的选取要求如下表：
管径（mm）
平均经济流速（m/s）
管径
平均经济流速（m/s）
100~400
0.6~0.9
≥400
0.9~1.4
由初分配流量图得知，管段经济流速的选取见下表的三行，其中管段【1】【2】【4】【5】【7】【13】【14】由于设计流量大，则采用较高经济流速；管段【11】虽然流量不太大，但它与供水方向垂直，对电费影响较小，可以采用较高经济流速；【3】【8】管段设计流量中等，采用中等经济流速；【4】【6】【9】【10】管段设计流量很小，故采用较小的经济流速；【6】管段很特殊，考虑到水塔转输流量必须经过此管段，所以直接选取200mm管径。
管段【1】和【14】均为输水管，为了提高供水可靠性，采用并列双管，根据经济流速计算出管径后，按就近原则选取标准管径。
管段编号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
设计流量L/s
519.75
239.97
54.25
239.97
106.09
14.43
137.34
54.17
23.00
20.00
44.03
16.82
66.45
150.3
经济流速m/s
1.2
1.1
0.8
1.1
1.1
0.6
1.1
0.8
0.6
0.6
0.9
0.8
1.0
1.1
计算管径mm
742
527
294
527
351
---
399
293
220
206
250
164
291
417
设计管径mm
700×2
500
300
500
400
200
400
300
200
300
200
200
300
400×2
6.3管网平差计算
6.4计算各节点水压和自由水头
（1）、设计工况水力分析
为了满足水力分析前提条件，将管段【1】暂时删除，其管段流量并列到节点
（2）上得Q2=—519.75+39.82=—479.93（L/s）。
同时，假定节点（4）为控制点，其节点水头为服务水头，即H9=0+28=28m。
水力分析采用海曾-威廉公式计算水头损失，Cw=110。
数据结果见下表：
管段或节点编号
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
管段流量L/s
247.20
56.68
232.71
110.90
18.59
124.57
58.04
28.52
18.17
37.72
11.30
72.76
管内流速m/s
1.26
0.8
1.19
0.88
0.59
0.99
0.82
0.91
0.26
1.2
0.36
1.03
管段压降m
3.89
3.06
2.61
1.96
2.10
3.24
3.19
4.63
0.28
7.77
1.11
4.85
节点水头m
139.00
140.43
142.24
136.86
134.70
139.94
134.90
132.60
136.51
28.82
-
-
地面标高m
105.4
106.5
107.3
105.8
106.7
107.6
105.8
106.7
107.8
137.02
-
-
自由水头m
33.67
33.93
34.94
31.06
28.00
32.34
29.10
25.90
27.71
-
-
-
（2）、控制点与各节点节点水头的确定
在水头分析时，假定节点（4）为控制点，但经过水力分析后，比较节点水头与服务水头，或比较节点自由水压与要求水压，可见节点（9）和（10）的用水压力要求不能满足，说明节点（4）不是真正的控制点。
比较按假定控制点确定的节点与服务水头，可以得到各节点供应差额，差额最大的节点就是用水压力最难满足的节点。
由表格数据得最大差额为2.10m，所有节点水头加上此值，可使用水压要求全部得到满足，而管段压降未变，能量方程组仍满足，自由水压也应同时加上此值。
计算过程见下表：
节点编号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
节点水头m
-
33.67
33.93
34.94
31.06
28.00
32.34
29.10
25.90
27.71
28.82
服务水头m
-
28.00
28.00
28.00
28.00
28.00
28.00
28.00
28.00
28.00
-
供应差额
-
-5.67
-5.93
-6.94
-3.06
0.0
-4.34
1.10
2.10
0.09
-
节点水头调整
10
139.00
140.43
142.24
136.86
134.70
139.94
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