城市给水工程毕业设计.docx
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城市给水工程毕业设计
城市给水工程毕业设计目录
1设计任务及要求7
2设计说明8
2.1设计概况8
2.1.1城市概况8
2.1.2自然概况8
2.1.3给水水源概况8
2.2设计方案8
2.2.1取水构筑物9
2.2.2输水管道10
2.2.3混凝10
2.2.4沉淀11
2.2.5过滤11
2.2.6消毒12
2.2.7处理工艺流程图12
3净水厂设计计算13
3.1取水泵房设计计算13
3.1.1进水室设计计算14
3.1.2格网设计计算15
3.1.3其它计算与设备选型16
3.1.4水泵设计计算17
3.1.5真空泵和排水泵设计计算20
3.1.6泵房平面布置21
3.1.7高程布置23
3.2反应沉淀池设计计算27
3.2.1混合设计计算27
3.2.2折板絮凝池设计计算27
3.2.3平流式沉淀池设计计算32
3.3V型滤池设计计算36
3.3.1滤池设计参数37
3.3.2滤池分格及平面尺寸计算37
3.3.3滤池进水及布水系统38
3.3.4V形槽设计计算40
3.3.5滤池深度计算40
3.3.6水封井设计计算41
3.3.7配气配水系统设计计算42
3.3.8冲洗水泵设计计算44
3.3.9鼓风机设计计算48
3.3.10中央排水渠设计计算50
3.3.11清水总渠设计计算50
3.3.12排水总渠设计计算50
3.4清水池设计计算50
3.4.1容量计算50
3.4.2尺寸计算51
3.4.3清水池配管布置51
3.4.4清水池各部分标高52
3.5二级泵房52
3.5.1水泵选型52
3.5.2水泵基础计算54
3.5.3吸水管、出水管计算55
3.5.4真空泵设计计算56
3.5.5排水泵设计计算57
3.5.6泵房平面布置57
3.5.7吸水井布置58
3.5.8其它布置要点60
3.5.9平面尺寸确定60
3.5.10高程确定60
3.6加药间62
3.6.1药剂选择与投药量62
3.6.2药剂投加系统63
3.6.3其它布置要求65
3.7加氯间65
3.7.1液氯消毒原理65
3.7.2加氯量65
3.7.3加氯设备66
3.7.4其它布置要点66
3.8平面布置图66
3.8.1平面布置原则66
3.8.2水厂道路布置67
3.8.3水厂构筑物布置形式67
3.8.4水厂附属构筑物布置68
3.8.5生产管线布置69
3.8.6管线埋深70
3.9高程布置图70
3.9.1各构筑物之间的连接管道的水头损失70
3.9.2净水构筑物的水头损失72
3.9.3各构筑物标高的计算72
4给水管网设计一方案73
4.1管网定线73
4.2居民区给水管网系统设计计算74
4.2.1水厂设计规模74
4.2.2居民区用水规律76
4.2.3是否设置水塔的讨论76
4.2.4清水池有效容积的计算78
4.2.5管网系统计算79
4.3工业区给水管网系统设计计算96
4.3.1水厂二设计规模96
4.3.2工业区管网设计计算96
5给水管网设计二方案100
5.1管网定线100
5.2居民区给水管网系统设计计算100
5.3工业区给水管网系统设计计算118
6管网设计方案比较119
6.1方案一给水工程造价119
6.1.1管道造价119
6.1.2取水工程造价120
6.1.3净水工程造价120
6.1.4清水池造价120
6.1.5二级泵房造价120
6.1.6建筑直接费120
6.1.7建筑间接费120
6.1.8建筑工程总造价120
6.1.9常年运转费120
6.1.10制水成本121
6.2方案二给水工程造价121
6.2.1管道造价121
6.2.2取水工程造价122
6.2.3净水工程造价122
6.2.4清水池造价122
6.2.5二级泵房造价122
6.2.6建筑直接费122
6.2.7建筑间接费123
6.2.8建筑工程总造价123
6.2.9常年运转费123
6.2.10制水成本123
6.3管网方案最终确定123
参考文献124
1设计任务及要求
完成B市给水工程毕业设计。
B市为二类城市，分为三个区：
一区有人口10万，平均楼层高度为6层；二区有人口35万，平均楼层高度为7层；三区有人口20万，平均楼层高度有8层。
B市地势中间高，四周低，采用吴淞高程系，水厂所在地的绝对标高为+300.00m（采用吴淞高程系）。
B市共有两个企业，一个是化工厂，一个是电视机厂。
化工厂的日产量是20000吨，单位产品用水量为0.7吨水/吨，电视机厂日产量2000台，单位产品用水量为4.5吨水/台。
B市取水水源为北部一条自西向东流淌的河流，最大流量为10000m3/s，最小流量为6000m3/s。
最大流速为8m/s，最高水位（1%）为297m，常水位为292m，最低水位为（97%）282m，取水点河床断面最低标高为296.0m，最低水位时河宽70m。
该河流为输送木材的河流，通航河流。
水源水质较好。
所以净水厂采用常规处理工艺对水源水进行处理。
水厂设计规模：
202819吨/日；
要求出水水质：
达到生活饮用水水质标准；
给水管网系统：
采用并联分压给水管网系统，二泵房的高压泵给高压区供水；低压泵给低压区供水。
毕业设计的容是对B市进行净水厂设计以及给水管网设计，包括1、水厂工艺流程的选择，包括取水泵站、反应沉淀池、滤池、清水池、二级泵站、加药系统的设计计算2、拟定两套给水管网系统方案并对其进行经济技术比较，最终选择一套最优方案3、完成相应单体构筑物的工艺设计图，水厂的总平面布置及高程布置图、给水管网最高时工况图、管网纵剖面图。
毕业设计完成主要成果有：
（1）完成主要单体构筑物施工图（包括取水泵站或二级泵站、折板絮凝池与平流式沉淀池（合建）、V型滤池、清水池等），水厂总平面布置图及高程图，给水管网最高时工况图，管网纵剖面图共计合2#图纸16以上，其中2手画；
（2）设计说明书一份（不少于15000字，并写出不少于300个英文单词的摘要）；
（3）英文资料翻译（不少于2万英文字符或译出5000个汉字以上的专业文献或者相关技术资料）。
2设计说明
2.1设计概况
2.1.1城市概况
本设计为B市给水工程设计，包含B市净水厂及供水管网设计。
B市为二类城市，共分为三个区：
一区人口数为10万人，房屋的平均层数为6层；二区人口数为35万人，房屋的平均层数为7层；三区人口数为20万人，房屋的平均层数为8层。
B市地势中间高，四周低，绝对标高采用吴淞高程系，水厂所在地的绝对标高为+300.00m。
B市共有两个企业：
化工厂和电视机厂。
化工厂的日产量为20000吨，单位产品用水量为0.7吨水/吨，共有2万名工人，分三班工作，其中热车间占70%；电视机厂日产量2000台，单位产品用水量为4.5吨水/台。
2.1.2自然概况
B市土壤种类为粘土，地下水位深度为9.0m，城市最高温度为42℃，最低温度为0℃，年平均温度为20℃；主导风向为西北风。
2.1.3给水水源概况
B市给水水源的最大流量为10000m3/s，最小流量为6000m3/s。
最大流速为8m/s，最高水位（1%）为297.00m，常水位为292.00m，最低水位为（97%）282.00m，取水点河床断面最低标高为296.00m，最低水位时河宽70m。
该河流为输送木材的河流，通航河流。
水源水质较好。
2.2设计方案
结合该工程的设计背景来分析，净水厂的取水水源为B市北部自西向东流淌的河流，其水质标准达到国家地表水Ⅲ类水体标准。
根据《地表水环境质量标准》，Ⅲ类水源水质主要适用于集中生活饮用水地表水源地二级保护区、鱼虾类越冬场、洄游通道、水产养殖区等渔业水域及游泳区。
因此，该河流适合作为饮用水水源。
由于原水水质良好，所以本设计只采用常规水处理工艺对原水进行处理便可以达到国家饮用水卫生标准，因此给水处理工艺流程选择为：
混凝—沉淀—过滤—消毒。
其各个过程中采取的构筑物分别为折板絮凝池，平流式沉淀池，V型滤池以及清水池。
2.2.1取水构筑物
本设计采用地表水作为取水水源，地表水的取水构筑物有多种形式。
按水源分，有河流、湖泊、水库、海水取水构筑物；按取水构筑物的构造形式分，有固定式（岸边式、河床式、斗槽式）
和活动式（浮船式、缆车式）两种。
固定式取水构筑物主要有岸边式和河床式两种。
岸边式取水构筑物是指直接从江河岸边取水的构筑物，是由进水间和泵房两部分组成，适用于江河岸边较陡，主流近岸，岸边有足够水深，水质和地质条件较好，水位变幅不大的情况。
岸边式取水构筑物又分为合建式和分建式两种。
合建式是进水间与泵房合建在一起设在岸边，优点是布局紧密，占地面积小，水泵吸水管路短，运行管理方便，适用于岸边地质条件较好时。
分建式是当岸边地址条件较差，进水间不宜与泵房合建时采用。
进水间设于岸边，泵房则设于岸地质条件较好的地点，但不宜距离进水间太远，以免吸水管过长。
河床式取水构筑物采用深入江河的进水管（其末端设有取水头部）来代替岸边式进水间的进水孔，因此，河床式取水构筑物是由泵房、进水间、进水管和取水头部组成的。
适用于河床稳定，河岸较平坦，枯水期主流离岸较远，岸边水深不够或水质不好，而河中又有足够水深或较好水质时采用。
斗槽式取水构筑物是指在岸边或河床式取水构筑物之前设置“斗槽”进水的构筑物。
斗槽是在河流岸边用堤坝围成的，或者在岸开挖的进水槽，目的在于减少泥沙和冰凌进入取水口，适用于河流含沙量较大，冰絮较严重，取水量大，地形条件合适时采用。
移动式取水构筑物主要有浮船式和缆车式两种，在水源水位变幅大，供水要求急和取水量不大并且建造固定式取水构筑物有困难时，可考虑采用移动式取水构筑物。
本设计从江河中取水，根据其水文地质条件，由于其河岸坡度较陡，主流靠近河岸，岸边水深较深，同时，地质条件较好，具有岩石基础，所以采取岸边合建式取水构筑物。
并且底板呈阶梯式布置，这种布置可以充分利用水泵吸水高度以减小泵房的深度，从而减少挖土方量，有利于施工和降低造价。
考虑到主流近岸，取水构筑物采用进水孔进水，经由格栅，格网之后进入吸水井，再由一级泵房输送到水处理构筑物。
取水泵房水泵流量按照B市最高日平均时用水量加水厂自用水量设计。
选取5台500S35型水泵，四用一备。
泵房形状采用矩形设计，一次性完工。
由于采用的离心泵启动时需要水灌满水泵，所以需要设置相应的真空充水设备。
2.2.2输水管道
为了保证供水的安全性，输水管一般布置两条。
B市最高日平均时用水量为20.2819万吨/天，考虑到自用水量，取自用水量系数为0.05，则水厂处理水量为21.3万吨/天，即Q=2.47m3/s。
则每根输水管流量为1.235m3/s，取输水管管径为DN1000，则输水管流速为：
v=
=
=1.5m/s（2-1）
2.2.3混凝
混凝过程可分为两个步骤：
混合与絮凝。
（1）混合
混合是原水与混凝剂进行充分混合的工艺过程，要求在加药后迅速完成。
混合方式有水泵混合、管式混合和机械搅拌混合。
水泵混合是一种很好的混合方式，它将药剂投加到水泵的吸水管或吸水喇叭口处，利用水泵叶轮高速旋转以达到快速混合的目的，无需另建混合设施或构筑物，设备最为简单，所需能量由水泵提供，不必另外增加能源。
但是经水泵混合后的水流不宜长距离输送，所以适用于取水泵房靠近絮凝构筑物较近的水厂，两者间距不宜大于150米，本设计中两者距离为200米，则不宜使用水泵混合方式。
管式混合包括孔板式、文氏管式混合器混合、扩散混合器混合以及静态混合器混合。
设备简单，不占地，但是当流量减小时可能在管中反应沉淀，适用于流量变化不大的水厂。
一般的管道混合效果较差，采用静态混合器效果较好，但是水头损失较大。
机械搅拌混合，效果较好，水头损失小，但需耗动能且管理维护较复杂适用于各种规模的水厂。
综合以上比较分析，本设计中泵房距离絮凝池大于150米且流量变化不大，再从经济的角度出发，机械混合需要的构筑物太多，所以本设计选择静态混合器混合方式。
此方法不需要另外建造混合池，设备的构造也很简单，而且其混合的效果不错，水量变化的问题只需要控制好一级泵房的出水即可解决。
（2）絮凝
絮凝是原水与药剂混合后，通过絮凝设备形成密实的絮凝体。
絮凝池的形式较多，概括起来分为两种：
水力搅拌式和机械搅拌式，主要有隔板絮凝池、折板絮凝池、机械絮凝池以及网格（栅条）絮凝池。
隔板絮凝池常用于大中型水厂，构造简单管理方便。
但流量变化大者絮凝效果不稳定，与折板及格网絮凝池相比，水流条件不甚理想，能量消耗中无效部分比例较大，所以絮凝时间长，池子容积较大。
并且隔板絮凝池中水流要做90度甚至180度转弯，在转折处絮粒容易破碎。
折板絮凝池在现在的工程实践中广泛应用。
它利用水流在同波折板间的曲折流动以及异波折板间缩放流动且连续不断，以致形成众多小涡旋从而提高了颗粒碰撞絮凝效果，水流条件大大改善反应时间短，池子的容积较小。
但是折板絮凝池板距较小，安装维修较困难，折板费用较高。
机械絮凝池反应效果好，水头损失小，能够随着水质、水量的变化随时改变转速以保证絮凝效果，适用于任何规模的水厂，但是需要机械设备并且增加了机械维修工作。
格网（栅条）絮凝池设计成多格竖井回流式，每个竖井安装若干层网格或栅条。
网格絮凝池效果较好，水头损失小，絮凝时间短。
不过，根据已建的网格和栅条絮凝池运行经验，还存在末端池底积泥现象，少数水厂发现网格上滋生藻类、堵塞网眼的现象，网格絮凝池还在不断地发展完善当中。
综合以上上分析比较，本设计水量、水质变化不大，且从经济方面考虑选择折板絮凝池。
2.2.4沉淀
目前国常用的沉淀池有平流式沉淀池、斜管（板）沉淀池等。
平流式沉淀池应用很广，特别是在城市水厂中常被采用。
它造价低、操作管理方便，施工简单；对原水浊度适应较强，处理效果稳定；当机械排泥时效果较好。
但是，池子占地面积较大，停留时间长，且使用机械排泥时需要维护设备。
斜管（板）沉淀池属于浅池沉淀，基于增大沉淀面积，减少单位面积的产水量来提高杂质去除率，所以池体小、占地少。
缺点是对原水浊度适应性较差，设置机械排泥时维护管理较平流式沉淀池麻烦。
综合以上分析总结，本设计处理水量较大，地势平坦，机械排泥，所以采用平流式沉淀池。
综合2.2.3和2.2.4所述，混凝、沉淀过程处理效果最优的组合是：
静态混合器+折板反应池+平流式沉淀池，其中折板反应池和平流式沉淀池合建。
2.2.5过滤
水中悬浮颗粒经过具有孔隙的戒指或滤网被截留分离出来的过程称为过滤，在自来水处理中，过滤是保证饮用水卫生安全的主要措施。
滤池的形式很多，滤料级配、反冲洗方法各异，但去除水中杂质的原理基本相同。
滤池的设计是否得当往往决定其运行是否正常可靠，决定整个水厂的运行状态。
目前，国外常用的滤池有普通快滤池、V型滤池、虹吸滤池、移动罩滤池等。
普通快滤池是一种应用广泛、效果稳定的快滤速的过滤构筑物，下向流过滤多为单层细砂级配滤料，四阀控制。
普快滤池运行稳定，管理可靠，具有成熟的运行经验，多采用大阻力配水系统，单池面积较大，阀门较多，适用于大中小型水厂，单池面积不宜超过100m2。
.
虹吸滤池是一种用虹吸管代替闸阀，并以真空系统控制滤池工作状态的重力式滤池，下向流过滤多为单层细砂级配滤料，无阀式控制。
反冲洗水来自于临近工作滤池的滤后水，无需专门的反冲洗设备，不会发生负水头现象。
但是，池深较大，结构复杂，施工难度大，反冲洗强度受到限制，并且，由于采用了变水头恒速过滤，水质不如减速过滤的滤池。
V型滤池是一种滤料粒径均匀的重力式快滤型滤池，由法国得利满（Degremont）公司开发的。
其截污量大，过滤周期长，而且采用了气水反冲洗方式，下向流水头恒速过滤，多为单层粗砂均匀级配滤料，进出水为四阀控制。
近年来在我国应用广泛，适用于大中型水厂。
V型滤池工作周期长，反冲洗效果较好且反冲洗强度低，耗水量小，但冲洗配套设备复杂，需要鼓风设备。
根据上述比较分析可知，普通快滤池的冲洗效果不如V型滤池，而虹吸滤池的水质得不到保证并且池深较大，结构复杂，施工难度大；反冲洗条件受限。
所以本设计采用V型滤池进行过滤。
均质滤料滤池的反冲洗用水在远期的规划中可以考虑回收利用，通过对该反冲洗水一定的处理过程，将其同原水混合之后进入到反应池中进行净化，节约水量。
2.2.6消毒
消毒即是通过投加一定消毒剂的方式将水中的致病微生物消除。
常用的消毒方式有氯消毒、臭氧消毒、二氧化氯消毒、紫外线消毒等。
氯消毒是最普遍的消毒方式，其消毒效果好，价格成本低，接触时间短，只需要接触5min就可以杀灭超过99%的细菌，同时能够保证管网中的余氯量，具有持久的消毒效果。
但是在有机物含量较高的水体中易产生消毒副产物。
二氧化氯作为消毒剂时，具有较强的氧化消毒能力，对细菌的细胞壁具有较强的吸附和穿透能力，最大的优点是不会与水中的有机物作用生成消毒副产物，且余量能在管网中保持很长时间，受水的pH值影响较小。
但是二氧化氯本身就对人体血红细胞有损害，另外二氧化氯一般都现场制作与投加，所以限制了它的使用。
臭氧消毒的机理是氧化作用，可以迅速的杀灭细菌、病毒等，其主要优点是不会产生消毒副产物，杀菌能力很强。
但是由于臭氧本身不稳定，易消失，不能够保证管网不受二次污染，所以在臭氧消毒后，投加少量的氯或二氧化氯以保证管网中有持久的杀菌作用。
由于臭氧生产设备较为复杂，投资较大，所以在我国应用较少。
综合以上分析比较，本设计水源水质较好，有机物含量少，所以采用液氯消毒，当水经过滤池的过滤之后就直接进入到清水池中与氯气接触，进行消毒过程。
水经过消毒后，已经完成了常规工艺的各项处理过程，水质满足饮用水安全卫生标准，即可通过二级泵站向城市管网供水。
2.2.7处理工艺流程图
由于本设计给水水源水质较好，所以采用常规处理工艺即可，图2.1为处理工艺流程图：
图2.1净水厂工艺流程图
3净水厂设计计算
3.1取水泵房设计计算
本设计中给水水源为B市北部一条自西向东流淌、水质良好的河流，取水河流断面图见图3.1。
根据《给水排水设计手册（第03册）城镇给水》4.4.3.2条中对于不同水源的典型取水形式的介绍，由于河流的河岸坡度较陡，主流靠近河岸，岸边水深较深，同时，地质条件较好，具有岩石基础，所以采取岸边合建式取水构筑物。
并且底板呈阶梯式布置，这种布置可以充分利用水泵吸水高度以减小泵房的深度，从而减少挖土方量，有利于施工和降低造价。
但是水泵启动需要抽真空，所以在泵房设计时要注意对真空泵的选择。
取水泵房按最高日平均时用水量+水厂自用水量（5%）设计，一次性建成。
所以取水水量为
Q=
=
=8873.4m3/h=2.47m3/s（3-1）
图3.1取水河流断面图
3.1.1进水室设计计算
（1）进水室设计要点：
1）水通过进水孔进入进水室，本设计中河流的最高水位为297.00m，最低水位为282.00m，变幅为15m，超过6m，所以设置两层进水孔，由于最高水位是按照百年一遇设计的，如果在最高水位下设置进水孔，则这一层进水孔用到的机会很少。
所以在最低水位下设一层进水孔，在常水位下设置一排进水孔。
两层进水孔采用并列分层布置。
上下两层进水孔的尺寸相同。
初步设计选用5台泵，所以每层设置5个进水孔，则进水室墙壁上共有10个进水孔孔洞。
2）进水室横向分为独立的5格。
采用一台泵设置一个分格，一个格网。
各个分格是相互连通的。
3）进水孔口高宽比宜尽量符合标准设计的格栅和闸门尺寸，因此可先确定格栅尺寸再设计进水墙孔尺寸。
4）本设计中上层进水孔的上缘在常水位下1.0m，下层进水孔的上缘在设计最低水位以下0.5m。
（2）格栅设计计算：
1）格栅面积计算：
F0=
（m2）（3-2）
式中Q——设计流量（m3/s），为21.3万吨/天，即2.47m3/s；
K1——格栅的堵塞系数，采用0.75；
K2——栅条引起的面积减小系数为
K2=
（3-3）
其中b——栅条净间距（mm），采用30-50mm，取50mm；
S——栅条厚度（mm），取10mm；
K2=
=0.833
v0——允许过栅流速，岸边式取水构筑物，在无冰絮的情况下为0.4~1.0m3/s，取0.6m3/s；
故：
F0=
=
=6.59m2
每层共有5个格栅，每个格栅的面积
f=
=
=1.32m2
通过参考S321图集选择进水孔及格栅尺寸：
表3.1格栅尺寸参数
标准图号
型号
进水口尺寸（mm）
格栅尺寸（mm）
有效面积
（m2）
B1
H1
B
H
S321-1
9
1200
1000
1300
1100
1.00
2）将栅条放在进水孔外侧的导槽中，可以拆卸，以便清洗和检修。
3）格栅与水平面最好布置成65°-75°的倾角，但实际上多采用90°。
4）水通过格栅的水头损失一般采用0.05~0.10m，取0.10m。
3.1.2格网设计计算
格网分为平板格网和旋转格网两种。
平板格网的优点是构造简单，占地面积较小，可以缩小进水室尺寸。
在中小水量、漂浮物不多时采用较广。
其缺点是冲洗麻烦；网眼不能太小，因而不能拦截较细小的漂浮物；每当提起格网冲洗时，一部分杂质会进入吸水室。
旋转格网构造复杂，所占面积较大，但是冲洗较方便，拦污效果较好，可以拦截细小的杂质，故宜用在水中漂浮物较多，取水量较大的取水构筑物。
由于本设计河水中漂浮物不多，故采用平板格网，一般不设置格网室，将格网设置在进水室与吸水室之间的隔墙前后。
（1）格网一般设计要点：
1）采用平面格网，一般不设置格网室，可将格网设置在进水室与吸水室之间的隔墙前后。
2）进水室宽度b1应根据水流通过格网时能到达均匀的要求确定，取2.0m。
（2）平板格网面积计算：
平板格网面积按下式计算：
F1
（m2）（3-4）
式中Q——设计流量，2.47m3/s；
v1——过网流速，一般采用0.3~0.5m/s，本设计取0.4m/s；
K1——网丝引起的面积减小系数，
K1=
（3-5）
其中b——网眼尺寸（mm），取10mm×10mm；
d——网丝直径（mm），取2mm；
K1=
=0.69
K2——格网堵塞面积减小系数，一般为0.5；
ε——水流收缩系数，可采用0.64~0.8，取0.8；
故：
F1
=
=22.37m2
设5个格网，则单个格网面积为4.48m2。
通过参考S321图集选择平板格网的尺寸：
表3.2格网尺寸参数
型号
进水口尺寸（mm）
格网尺寸（mm）
有效面积
（m2）
B1
H1
B
H
C14
2000
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2130
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2.76
（3）平板格网构造：
1）平板格网采用槽钢或角钢做成框架，把金属网固定在框架上。
2）每格设置1个格网，并列设置，共5个格网。
3）网格钢丝的材料采用镀锌钢丝，并在制成后涂防腐漆。
4）通过格网的水头损失，一般采用0.10~0.15m,取0.
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