给水排水课设.docx
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给水排水课设
目录
1设计目的…………………………
2原始资料…………………………
3设计计算主要内容………………
4设计要求…………………………
5设计内容…………………………
2014年秋《水质工程学（上）》课程设计
一、设计目的
通过课程设计，复习巩固本课程的基本理论，掌握净水设计的基本方法及程序，熟悉有关设计规范及标准，提升图形表达能力，达到工程训练的目的。
二、原始资料
1、自然条件
1.1地形、地质
福州市地处闽江下游福州盆地，盆地总面积约200Km2，四周有鼓山、旗山、五虎山莲花峰等群山环抱。
地貌类型以平原为主，地势由西北向东南倾斜，市中心散落有乌山、于山和屏山等小山，南台岛上有仓山、盖山和城门山。
市区高程一般为5～15m（黄海高程系），闽江横贯市区，由于地势较低，易受洪涝灾害，需沿江、河筑堤。
市区主要有两类地质：
一是靠山的丘陵地区，主要在于于山、乌山、屏山一带以及市区四周群山余脉高地和仓山区丘陵地带，容许承载力约0.25Mpa；二是淤积、冲积地区为高压缩性土，范围较广，淤泥埋藏浅，容积承载力为0.05～0.08MPa，地下水位高，一般在地面下0.5～2.0m。
1.2气象
福州市属于亚热带海洋性季风气候，夏季炎热多雨，冬季温暖少雨。
（1）气温
年平均：
19.6摄氏度
极端最高：
41.1摄氏度（1950年7月19日）
极端最低：
－2.5摄氏度（1940年1月25日）
（2）水量
年平均：
1355.8mm
年平均降水天数：
151.2天
24小时最大降水量：
167.4mm
暴雨主要出现月份：
5～9月
（3）霜冻
年无霜期326天
（4）风
常年主导风向为西北风和东南风，冬季多西北风，夏季盛行东南风。
平均风速：
2.8m/s
极大风速：
40.7m/s
基本风压：
0.6KN/m2
台风影响本市始于5月，结束于11月中旬，以7月中旬至9月中旬次数最多。
（5）湿度
年平均相对湿度77%
最大相对湿度84%
最小相对湿度5%
（6）蒸发量
年平均蒸发量1451.1mm
1.3水文
闽江是福建省最大河流，水量充沛。
闽江在淮安以下分为两支，北支为北港，穿越市区至马尾，将中心城区分为江北平原和南台岛两部分，长为30.5km，平均水面坡降0.15‰，枯水季水面宽150～200m。
南支为南港，又名乌龙江，经洪塘、湾边、纳入大漳溪河以后，出峡兜于马尾、长乐营前与北港又合二为一，南港长34.4km，进入河口段经亭江、倌口、琅歧流入东海。
闽江流域面积60992Km2，水系全长2959Km，流经36个县、市。
根据竹歧水文站1936年至1980年统计资料：
闽江下游年平均径流总量为552.7亿m3，1992年7月7日最大洪峰流量30300m3/s，1971年8月30日最枯流量196m3/s，水口电站建成后，水库对洪峰调节作用不显著，最大下泄流量（坝下保证流量）为308m3/s。
市区西端洪山桥最高水位8.441m、最低水位1.181m。
1.4地震
福州市区位于福建沿海长乐——诏安深大断裂带北段，为中等地震潜在震源区（M＝6级），在未来100年内具有发生大于M＝5.5级以上地震的危险性。
在活动断裂带附近地段可能会局部放大地震效应，故在断裂带附近的建筑物除7度地震烈度抗震设防外，还应因地制宜采用有效的构造加强措施。
2、城市概况
福州市市福建省省会，我国东南沿海重要的经贸中心之一，国家级历史文化名城，是国务院批准的沿海十四个开放城市之一。
福建市中心城范围包括江北的鼓台区、鼓山区、新店区和江南的金山区、建新区、盖山区、城门区、仓山区。
1995年市区人口150.3万人，其中中心城区133万人，2000年规划人口166万，其中中心城区144万。
改革开放后，福州市城市建设和经济建设发展迅速，1996年以来福州市曾两次调整城市总体规划。
为进一步加大改革力度，继续改善投资环境，加强和完善功能建设，使之成为具有坚实基础的全省政治、经济、科技、信息和文化中心。
充分发挥侨乡和区位优势，大力发展外向型经济，建设全方位开放的现代化大都市。
建设以高新技术为先导，第三产业发达，产业结构合理，具有高效益、高素质的经济格局。
形成公共设施配套、基础设施完善、生态环境良性循环、适应对外开放大都市的需要。
福州市经济发展计划确定，2000年全市城乡人均各项主要指标水平达到国内先进城市水平，人均国民生产总值比1990年翻两翻多，即国民生产总值达到700亿元（1990年不变价）。
1995年中心城GNP达到195.34亿元，人均GNP为14687元。
3、城市用水资料
福州市中心城现有六座水厂，实行联网供水，水源均取自闽江，设计供水能力共为74.0万m3/d。
其中江北总供水量为60.5万m3/d，江南总供水量为14.0万m3/d。
1997年最高日用水量为84.12万m3/d，平均日用水量74.84万m3/d，日变化系数为1.12。
现规划建设西区水厂一期扩建工程，设计水量为__4.0～33.5_万__m3/d（按学号区分）。
水厂出水水压为40~55m，以缓解城市的高峰用水量。
三、设计计算主要内容
1.根据河流的原水水质与水厂设计水量确定净水厂的工艺流程；
2.主要设计参数的选择确定；
3.单体构筑物类型的选择与工艺计算；
4.水厂的平面布置和高程布置。
水厂的工艺流程一般采用：
一泵房→混合→絮凝池→沉淀池→过滤池→清水池，在混合之前投加絮凝剂；在清水池之前投加消毒剂如氯气等；絮凝池可用隔板、折板絮凝池、网格絮凝池、机械絮凝池等；沉淀池一般采用斜板（管）絮凝池、平流式沉淀池等；过滤池一般采用普通快滤池、移动冲洗罩、V型滤池、双阀滤池等。
四、设计要求
1.设计说明书
2.主体构筑物的平、剖面图
3.水厂平面、高程布置图
基本要求：
要求学生对所设计的内容必须概念准确，参数选择合理，符合设计手册与设计规范要求，计算正确，计算书书写工整、清晰，文笔流畅。
计算草图符合要求。
图纸应符合《给水排水制图标准》，设计合理，表达清楚，合乎规范
五、设计计算
第一章混凝设施
第一节药剂配制投加设备
1.已知条件
设计水量80000m3/d=3333m3/h，查表得混凝剂选用硫酸铝，混凝剂最大投加量为u=28.9mg/L,药溶液浓度b=15%（按商品质量计），混凝剂每日配置次数n=2次。
2.设计计算
（1）溶液池
溶液池容积
W1=uQ*24*100/bn*1000*1000=uQ/417bn=28.9*3333/417*15*2
=7.70（m3）取W1=7.7m3
溶液池设置2个，每个容积为W1.
溶液池的形状为矩形，尺寸：
长*宽*高=2m*1.5m*0.8m,包括超高0.2m。
（2）溶解池
溶解池体积
W2=0.3*W1=0.3*7.7=2.31m3.取2.3m3。
溶解池的放水时间t=10min，则放水流量
q0=W2/60/t=2.3*1000/60/10=3.8L/s
查水力计算表得d=50mm流速2.02m/s
溶解池底部设管径d=100mm的排渣管一根。
（3）投药管
流量：
q=W1*2*1000/（24*60*60）=7.7*2*1000/（*60*60*24）=0.18（L/s）
查水力计算表得d=63mm流速v=0.07m/s
（4）药剂仓库的计算
1 已知条件
混凝剂为精制硫酸铝，每袋的质量是40kg，每袋的体积是0.5*0.4*0.2（m3）。
投药量为28.9g/m3，水厂设计水量为3333m3/h。
药剂堆放高度为1.5m，药剂储存量为30d。
堆袋时，堆放孔隙率e=20%
2 设计计算
硫酸铝袋数N
N=Q*24ut/（1000W）=0.024*Qut/W（袋）
=0.024*3333*28.9*30/40=1734（袋）
有效堆放面积A
A=NV/H/（1-e）=1734*0.5*0.4*0.2/1.5/（1-0.2）
=57.8（m2）
第二节混合设备
管道式混合设计计算
1.已知条件
设计水量80000/m3d,水厂进水管投药口至絮凝池20m,进水管用两条，直径d1=700mm。
2.设计计算
（1）进水管流速v
据d1=700mm，q=80000/（2*24）=1667（m3/h）=463（L/s）
查水力计算表得v=1.2m/s，i=2.462
（2）混合管段水头损失h
H=iL=2.462/10*25=4.97m>0.3-0.4m
说明仅靠进水管内流能充分混合.
（3）孔板的孔径
d2=0.75d1=0.75*700=525mm
（4）孔板处流速
v'=v（d1/d2）^2=1.2*（4/3）^2=2.13m/s
（5）孔板的水头损失
h'=ɛv'^2/2/g=2.66*2.13^2/2/9.81=0.615（mH2O）
其中ɛ-孔板局部阻力系数，据d1/d2=0.75,得ɛ=2.66
第三节混凝设备
往复式隔板絮凝池
1.已知条件
Q=80000m3/d=3333m3/h,絮凝池2个，絮凝时间t=20min,为了与沉淀池配合，取池子宽度B=16m，有效水深H1=3m,超高0.3m,廊道内流速采用6档，即
v1=0.5m/s,v2=0.4m/s
v3=0.35m/s,v4=0.3m/s
v5=0.25m/s,v6=0.2m/s
隔板转弯处的宽度取廊道宽度1.2-1.5倍
2.设计计算
（1）总容积W
W=Qt/60=3333*20/60=1111m3
（2）单池平面面积f
f=W/n/H1=1111/2/3=185m2
（3）池长L
L=f/B=185/16=12m
（4）池宽B
B=16m
（5）廊道宽度和流速
廊道宽度an,按廊道内流速不同分为6档
an=Q/3600/n/vn/H1=3333/3600/2/vn/3=0.154/vn（m）
将an的计算值，采用值an'以及廊道内实际宽度vn'=0.154/an’的计算结果列入下表
廊道宽度和流速
廊道序号
设计流速vn（m/s）
廊道宽度an（m）
实际流速vn'（m/s）
计算值an
采用值an'
1
0.5
0.308
0.3
0.513
2
0.4
0.385
0.4
0.385
3
0.35
0.440
0.4
0.385
4
0.3
0.513
0.5
0.308
5
0.25
0.616
0.6
0.257
6
0.2
0.770
0.8
0.192
（6）水流转弯次数
池内每3条廊道宽度相同的隔板为一段，共分6段则廊道数为6*3=18（条）
隔板数18-1=17（条）
水流转弯次数为17次
（7）池长复核（未计入隔板厚度）
L=3*（a1'+a2'+a3'+a4'+a5'+a6'）=3*（0.3+0.4+0.4+0.5+0.6+0.8）
=9m
（8）池底坡度
根据池内水深3m,最浅端取2.8m，最深端取3.2m,则池底坡度i=（3.2-2.8）/12=0.033
（9）水头损失h
按廊道内的不同流速分成6段进行计算。
各段水头损失按下式计算hn=ɛ*Sn*v0^2/2/g+vn^2*ln/Cn^2/Rn（m）
式中v0-该段隔板转弯处平均流速
Sn-该段廊道内水流转弯次数
Rn-廊道断面水力半径，m
Cn-流速系数
Ɛ-隔板转弯处局部阻力系数往复隔板为3.0
ln-该段廊道的长度之和
Rn=an*H1/（an+2*H1）（m）
絮凝池采用钢筋混凝土及砖组合结构，外用水泥砂浆抹面，则粗糙系数n=0.013.
絮凝池前5段内水流水流转弯次数Sn=3，则第6段内水流转弯次数17-3*5=2.
前5段中每段的廊道总长度
ln=3*B=3*16=48m
v0=Q/3600/w0/n=3333/3600/1.2/an'/H1/n=3333/3600/1.2/an'/3/2
=0.129/an'（m/s）
式中w0-隔板转弯处面积宽度取1.2an'
各段水头损失计算表
段
Sn
ln
Rn
v0
vn
Cn
hn
1
3
48
0.146
0.430
0.513
55.8
0.113
2
3
48
0.181
0.323
0.385
57.9
0.060
3
3
48
0.205
0.323
0.385
59.1
0.058
4
3
48
0.236
0.258
0.308
60.5
0.036
5
3
48
0.279
0.215
0.257
62.2
0.024
6
2
32
0.341
0.161
0.192
64.3
0.009
总水头损失
h=∑hn
=0.113+0.060+0.058+0.036+0.024+0.009=0.3（mH2O）=3*103（Pa）
（10）GT值
水温T=20℃，查得u=1.0091*10-3Pa/s
G=√（p*h/6/10000/u/T）
=√（1000*3*103/6/10000/（1.0091*10-3）/20）=49.77（S-1）
GT=49.77*20*60=59724
此GT值在104～105范围内，设计合理。
第二章沉淀池
平流式沉淀池设计计算
1.已知条件
水厂设计水量Q=80000m3/d=3333m3/h，沉淀池个数n=2,沉淀时间t=1.5h,池内平均水平流速v=13mm/s.
2.设计计算
（1）池体尺寸
单池容积W=Qt/n=3333*2/2=3333m3
池长L=3.6vt=3.6*13*1.5=70.2m取70m
池宽B有效水深取H=3mB=W/L/H=3333/70/3=15.8m取16m
每池中间设一导流墙，每格宽度b=B/2=16/2=8m
（2）进水穿孔墙
沉淀池进口处用砖砌穿孔墙布水，墙长16m,墙高3.3m（有效水深3m,用机械刮泥装置排泥，积泥厚度0.1m,超高0.2m）
穿孔墙孔洞总面积Ω
孔洞处流速采用v0=0.25m/s,则
Ω=Q/3600/v0=3333/3600/0.25=3.70m2
孔洞个数N
采用矩形，尺寸30cm*25cm,N=Ω/0.3/0.25=49个
（3）出水渠
采用薄壁堰出水，堰口应保持水平。
出水渠宽度采用1m,则渠内水深
h=1.73*（q^2/gb^2）^（1/3）=1.73*（（Q/3600/n）^2/gb^2）^（1/3）=1.73*（（3333/3600/2）^2/9.8*1^2）^（1/3）=0.5m
为保证自由溢水，出水渠超高0.1m，则渠道深度0.4m.
（4）排泥设施
采用机械排泥，即在池末端设集水坑，通过排泥管定时开启阀门，靠重力排泥。
池内存泥区高度为0.1m,池底有1.5‰坡度，坡向末端积泥，坑的尺寸50cm*50cm*50cm。
排泥管兼沉淀池放空管，直径
d=√（0.7BLH0^0.5/t）=√（0.7*16*70*3.1^0.5/3/3600）=0.358m,
取360mm
式中H0—池内平均水深，3+0.1=3.1m
t—放空时间，3h计。
（5）沉淀池水力条件复核
水力半径
R=w/p=BH/（2H+B）=1600*300/（2*300+1600）=218cm
弗劳德数Fr=v2/R/g=1.52/218/981=1.1*10-5符合情况。
第三章
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