给水管网设计课程设计.docx
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给水管网设计课程设计
给水管网课程设计
青阳镇给水管网课程设计
学生姓名
陈兰
学院名称
环境工程学院
专业名称
给水排水工程
指导教师
程斌
2012年
10月
31日
前言
给水工程的任务是向城镇居民、工矿企业、机关、学校、公共服务部门及各类保障城市发展和安全的用水个人和单位供应充足的水量和安全的水质，包括居民家庭生活和卫生用水、工矿企业生产和生活用水、冷却用水、机关和学校生活用水、城市道路喷洒用水、绿化浇灌用水、消防以及水体环境景观用水等等。
此次设计为苏北地区青阳镇给水管网系统设计，主要设计以下内容。
（1）用水量计算
（2）供水方案选择
（3）管网定线
（4）清水池、水塔相关计算
（5）流量、管径的计算
（6）泵站扬程与水塔高度的设计
（7）管网设计校核
给水工程必须满足各类用户或单位部门对水量、水质和水压对的需求。
要求能用确定管网的布置形式，管线的选择，管径的选择，流量的分配及校核，确保管线的合理布置及使用。
1设计资料及任务
1.1设计原始资料
1.1.1地形地貌
地势较平坦，地形标高如图。
1.1.2气象资料
风向：
以东北风为主导风向；
气温：
年平均气温14.10oC；夏季平均气温28.0oC，冬季平均气温-1.0oC。
1.1.3工程水文地质情况
工程地质良好，适宜于工程建设；
地下水位深度450cm；
土壤冰冻深度30cm。
1.1.4图纸资料
城市地形图见另页，比例为1：
20000
1.1.5用水资料
（1）青阳镇位于苏北地区，城镇设计居住人口为2.2万,给水普及率100%;该城镇最高日用水量变化曲线见图1。
图1青阳镇最高日用水量变化曲线
（1）设计房屋卫生设备标准为室内有卫生设备但无淋浴设备，城市建筑按六层考虑。
（3）该城镇各企业单位最高集中用水量为：
甲企业：
2400米3/日；
乙企业：
3800米3/日；
丙企业：
2400米3/日；
1.2设计任务
（1）泵站输水管及城市管网定线；
（2）输水管径的确定；
（3）城市供水管网管径的确定；
（4）各节点水压的计算；
（5）计算清水池容积、水塔容积和水塔高度；
（6）消防时管网校核；
（7）管网配件及阀门井的确定；
（8）绘出成果图。
2设计说明书
2.1设计方案的流程及考虑细则
2.1.1管网及输水管的定线
（1）输水管定线
根据设计区域情况，在充分考虑到输水安全性和可能性的基础上，应尽量减少工程造价，少占农田，同时尽可能避免穿越人工或天然障碍。
（2）城市配水系统定线
因本设计确定的计算管线仅为此配水系统的主干线，所以干线位置应用尽可能布置在两侧均有较大用户的道路上，并在适当间距要设置连接管成环网。
设计用水量的确定:
居住区生活用水量确定、工业企业用水量Qω、消防用水量Qx、未预见水量Q旒及管网漏水量Qr。
2.1.2输水管径的确定
根据给水工程性质确定输水管根数和是否设置连通管，由最高日最高时用水量确定输水管及连通管管径。
2.1.3管网管径平差计算
（1）沿线流量计算
（2）节点流量计算
（3）流量分配：
在满足各节点连续性条件Qi+∑qlij=0的基础上进行流量分配，但同时应考虑供水安全性和经济性，所以平行管应尽量分配相近数量的流量；
（4）管径的确定
（5）管网平差计算：
根据要求水头损失计算公式采用哈代克罗斯法则列表进行管网平差计算；
2.1.4节点水压计算
由平差结果计算各管段水头损失和各节点地面标高，以管网已知水压点（在此为管网压力控制点）推算各节点水压和自由水压。
2.1.5管网消防校核计算
根据城市规模查规范可确定消防核算时同时失火点数。
若一处可将着火点放在管网控制点；若两处则为一处应放在离二泵站较远或较近大用户和工业企业用水量大的地方，消防校核的方法是在高日高时基础上在确定的着火点上增加一次消防水量，采用简化法在图上直接进行平差计算，若二泵站水厂水压变化太大应考虑调整个别管径。
3设计计算书
3.1设计用水量计算
3.1.1最高日设计用水量
（1）城镇最高日综合生活用水量（包括公共设施生活用水量）为：
=200*22000/1000（
/d）
式中
——居民生活综合用水定额（含公建用水）：
200L/人·日（最高日）
——居住区人口数，cap
（2）工业生产用水量
表1工业生产用水量
序号
单位名称
最高日用水量（m3）
用水变化系数
1
甲企业
2400
2.0
2
乙企业
3800
2.0
3
丙企业
2400
2.0
（3）浇洒道路和绿化用水量:
占以上两项之和的5%；
（4）未预见水量和管网漏失水量:
管网漏失水量和未预见水量按以上各项和的20%计算。
（5）消防用水量
式中
——消防用水量定额[L/
]；
——同时火灾次数；
查附表3得，消防用水量定额为15L/
，同时火灾次数为1，则消防用水量为
L/
（6）最高日设计用水量
3.2供水方案选择
3.2.1选定水源及位置和净水厂位置
水源选在河流上游，以保证水质、管网中水流流向整体与河流流向一致，净水厂选在水源附近，水塔暂定在地势高处，以利用地势高度。
3.2.2选定供水系统方案
采用单水源，分区供水的形式。
3.3.管网定线
各节点编号管段编号标于图中，节点地面标高由图中读出，各管段长度由图中读出（比例尺1：
20000）。
布置原则：
干管整体将城镇用水量各用水户包含，集中流量用水处应布置干管，把甲厂、乙厂、丙厂分别等效为为集中用水的节点，干管之间的其他用户用水以连接管连接。
3.4设计用水量变化规律的确定
（1）《室外给水设计规范》规定，城市供水中，时变化系数、日变化系数应根据城市性质、城市规模、国民经济与社会发展和成熟供水系统并结合现状供水曲线和日用水变化分析确定；在缺乏实际用水资料的情况下，最高日城市综合用水的时变化系数宜采用1.3~1.6，日变化系数宜采用1.1~1.5，个别小城镇可适当加大。
1）用水时变化系数：
按整个系统考虑：
时变化系数：
最高日用水量变化曲线如下：
图2青阳镇最高日用水量变化曲线
2）
（2）工业企业内工作人员的生活用水时变化系数为2.5~3.0，淋浴用水量按每班延续用水1小时确定变化系数；
（3）工业生产用水量一般变化不大，可以在最高日个小时均匀分配。
3.5泵站供水流量设计
3.5.1供水设计原则
（1）供水管网设计流量等于最高日最高时设计用水量；
式中
——设计供水总流量（L/s）
（2）多水源给水系统，一般不需要在管网中设置水塔或高位水池进行水量调节；
（3）单水源给水系统，可以考虑不设水塔（或高位水池）或者设置水塔（或高位水池）两种方案。
当不设水塔或高位水池，供水泵站设计供水流量为最高时用水量；当设置水塔或高位水池，应设计泵站供水曲线。
3.5.2具体要求
（1）泵站供水量一般分两级；
（2）泵站各级供水线尽量接近用水线，各级供水量取相应时段用水量的平均值；
（3）应注意每级能否选到合适水泵，以及水泵机组的合理搭配；
（4）必须使泵站24小时供水量之和与最高日用水量相等。
3.5.3二级供水
（1）第一级：
从22点到5点，供水量2.36%；
第二级：
从5点到22点，供水量4.91%；
（2）总供水量：
2.36%*7+4.91%*17=100%
（3）供水泵站、水塔或高位水池设计流量：
最高日已求得用水量为16380
，不设水塔或高位水池，供水泵站设计供水流量为：
16380×6.0%×1000/3600=273（L/s）；
设置水塔或高位水池，供水泵站设计供水流量：
16380×4.91%×1000/3600=223.405（L/s）；
水塔或高位水池的设计供水流量：
16380×（6%-4.91%）×1000/3600=49.595（L/s）
水塔或高位水池的最大进水流量（21-22点）：
16380×（4.91%-4.0%）×1000/3600=41.405（L/s）
（1）调节池容积计算
式中
——分别表示泵站供水量和管网供水量（
）。
3.5.4根据用水量变化曲线确定清水池和水塔的容积
表2清水池与水塔土调节容积计算
小时
供水处理供水
供水泵站供水量（％﹚
清水池调节容积计算（%）
水塔调节容积计算（%）
量（％﹚
设置水塔
不设水塔
设置水塔
不设水塔
﹙1﹚
﹙2﹚
﹙3﹚
﹙4﹚
（2）-（3）
Σ
（2）-（4）
Σ
（3）-（4）
Σ
0‐1
4.17
2.36
2.5
1.81
1.81
1.67
1.67
-0.14
-0.14
1‐2
4.17
2.36
2.5
1.81
3.62
1.67
3.34
-0.14
-0.28
2‐3
4.16
2.36
1.5
1.8
5.42
2.66
6
0.86
0.58
3‐4
4.17
2.36
1.5
1.81
7.23
2.67
8.67
0.86
0.88
4‐5
4.17
2.36
2.5
1.81
9.04
1.67
10.34
-0.14
0.6
5‐6
4.16
4.91
3.5
-0.75
8.29
0.66
11
1.41
2.07
6‐7
4.17
4.91
4.5
-0.74
7.55
-0.33
10.67
0.41
2.54
7‐8
4.17
4.91
5.5
-0.74
6.81
-1.33
9.34
-0.59
2.01
8‐9
4.16
4.91
6
-0.75
6.06
-1.84
7.5
-1.09
0.98
9‐10
4.17
4.91
5
-0.74
5.32
-0.83
6.67
-0.09
0.94
10‐11
4.17
4.91
4.5
-0.74
4.58
-0.33
6.34
0.41
1.41
11‐12
4.16
4.91
5.5
-0.75
3.83
-1.34
5
-0.59
0.88
12‐13
4.17
4.91
5
-0.74
3.09
-0.83
4.17
-0.09
0.85
13‐14
4.17
4.91
4.5
-0.74
2.35
-0.33
3.84
0.41
1.32
14‐15
4.16
4.91
5
-0.75
1.6
-0.84
3
-0.09
1.28
15‐16
4.17
4.91
5
-0.74
0.86
-0.83
2.17
-0.09
1.25
16‐17
4.17
4.91
5.5
-0.74
0.12
-1.33
0.84
-0.59
0.72
17‐18
4.16
4.91
5.5
-0.75
-0.63
-1.34
-0.5
-0.59
0.19
18‐19
4.17
4.91
5
-0.74
-1.37
-0.83
-1.33
-0.09
0.15
19‐20
4.17
4.91
5
-0.74
-2.11
-0.83
-2.16
-0.09
0.12
20‐21
4.16
4.91
4.5
-0.75
-2.86
-0.34
-2.5
0.41
0.59
21‐22
4.17
4.91
4
-0.74
-3.6
0.17
-2.33
0.91
1.56
22‐23
4.17
2.36
3
1.81
-1.79
1.17
-1.16
-0.64
0.78
23‐24
4.16
2.36
3
1.8
0.01
1.16
0
-0.64
0
累计
100
100
100
调节容积=13.63
调节容积=13.17
调节容积=4.2
清水池设计有效容积为：
=10343
式中
——清水池调节容积（
）；
=13.63
——消防贮备水量（
），按2小时室外消防用水量计算；
=108
——给水处理系统生产自用水量（
），取最高日用水量的10％；
=1638
——安全贮备水量（
）。
=
=293.27
城镇居住区的室外消防用水量可查下表
表3城镇、居住区室外消防用水量
人数（万人）
同一时间内的火灾次数
一次性灭火用水量（L/s）
2.5
1
15
5.0
2
25
10.0
2
35
水塔设计有效容积为：
式中
——水塔调节容积（
）;
=3.1
——室内消防贮备水量（
），按10分钟室内消防用水量计算。
缺乏资料时
=4％
=655.2
所以
658.3
4管网布置及水力计算
4.1管段布线，并确定节点和管道编号
4.1.1节点设计流量分配计算
（1）用水流量分配
为进行给水管网的细部设计，必须将总流量分配到系统中去，也就是将最高日用水流量分配到每条管段和各个节点上去。
1）集中流量：
从一个点取得用水，用水量较大的用户。
2）分散流量：
沿线众多小用户用水，情况复杂。
比流量：
为简化计算而将除去大用户集中流量以外的用水量均匀地分配在全部有效干管长度上，由此计算出的单位长度干管承担的供水量。
3）沿线流量：
干管有效长度与比流量的乘积。
4）节点流量：
从沿线流量计算得出的并且假设是在节点集中流出的流量。
按照水力等效的原则，将沿线流量一分为二，分别加在管段两端的节点上；
集中流量可以直接加在所处的节点上；供水泵站或水塔的供水流量也应从节点处进入管网系统。
（2）原则：
1）配水管网应根据用户要求合理分布于全供水区。
在满足用户对水量、水压的要求原则下，尽可能缩短配水管线总长度，一般布置成环网状。
2）干管的位置，尽可能布置在两侧均有较大用户的道路上，以减少配水支管的数量。
3）配水干管之间应在适当间距处设置连接管，以形成管网。
（3）管网定线取决于城市平面布置，供水区地形，水源位置，街区和大工业集中用水等。
考虑到城市发展，管网布置成环状网。
该城市给水管网的主要供水方向拟定为自北向南供水。
为满足用户供水要求其定线满足：
干管的间距一般采用500-1000m，两干管的连接间距为800-1000m。
允许有个别管段不符合上叙规则。
其管网布置图见图1：
给水管网平面图。
干管均匀分配，故按长度流量法来计算沿线流量和节点流量。
（4）比流量的计算：
管段2-3、3-4、5-10、6-7、2-6、10-11为单侧配水，其计算长度按实际长度的一半计入。
其余均为双侧配水管段，均按实际长度计入。
比流量
[L/（s·m）]
式中：
qs——比流量（L/s.m）；
Qd——管网总水量；
∑Q——大用户集中用水量总和；
∑L——干管计算总长，应考虑干管配水情况确定各管段计算长度。
（5）沿线流量：
（详细的见表1-2）
式中：
——第i个管段的计算长（m）
（6）节点流量计算
管网中节点2、6、10处有集中流量分别为：
甲企业2400m3/d；乙企业3800m3/d；丙企业2400m3/d；
4.1.2节点设计相关计算
表4最高时管段沿线流量分配与节点设计流量计算
管段编号
管段长度（m）
管段配水长度（m）
管段沿线流量（L/s）
1-2
2536
0
0.00
2-3
2618
1309
13.99
3-4
1856
928
9.92
4-5
1234
0
0.00
2-6
2160
1080
11.55
6-7
1014
507
5.42
7-8
2410
2410
25.76
8-9
1050
1050
11.23
9-10
2474
2474
26.45
10-11
1256
628
6.71
8-11
2532
1266
13.53
6-9
2464
2464
26.34
3-9
1146
1146
12.25
4-10
1848
924
9.88
合计
26598
16186
231.98
（1）泵站供水流量
（2）水塔设计供水流量为
（3）配水长度之和
=16186（m）
4.1.3节点设计流量计算
表5
节点编号
节点设计流量计算（L/s）
集中流量
沿线流量
供水流量
节点流量
1
0
223.41
-223.41
2
40
8.4
48.4
3
15.08
15.08
4
6.9
6.9
5
0
50
-50
6
40
15.66
55.66
7
12.59
12.59
8
18.26
18.26
9
30.5
30.5
10
63.33
15.33
78.66
11
7.36
7.36
合计
143.33
130.08
273.41
0
4.1.4给水管网设计数据计算
根据以上几点原则，结合地形特点，管网定线环网共4个，从节点2到清水池节点1处采用并行管进行输水。
节点设计流量由上表可知。
观察管网图形，可以看出，有一条供水方向，一条从清水池节点1出发，经过管段2、3、4、通向水塔节点5。
管段流量、管径设计及经济流速见下以下列表。
表6平均经济流速
管径（mm）
平均经济流速（m/s）
管径（mm）
平均经济流速（m/s）
100~400
0.6~0.9
>=400
0.9~1.4
表7给水管网设计数据
环号或供水管段
管段
设计流量
经济流速
计算管径
设计管径
实际流速
编号
（L/s）
（m/s）
（mm）
（mm）
（m/s）
1
-（2-3）
75.01
0.7
369
400
0.6
2-6
100
1
357
350
1.04
6-9
14.34
0.6
174
200
0.46
-（3-9）
40
0.6
291
300
0.57
2
-（4-3）
19.93
0.6
206
200
0.63
3-9
40
0.6
291
300
0.57
9-10
13.84
0.6
171
200
0.44
-（4-10）
63.03
0.7
339
350
0.66
3
-（6-9）
14.34
0.6
174
200
0.46
6-7
30
0.6
252
250
0.61
7-8
17.41
0.6
192
200
0.55
8-9
10
0.6
146
150
0.57
4
-（9-10）
13.84
0.6
171
200
0.44
-（8-9）
10
0.6
146
150
0.57
8-11
9.15
0.6
139
150
0.52
-（10-11）
1.79
0.6
62
100
0.23
续表7
水塔
4-5
50
0.6
326
400
0.42
4.1.5平差计算
为满足水力分析前提条件，将管段1-2暂时删除，其管段流量并到节点2上得
=-175.01（L/s）。
假定节点10为控制点，其节点水头等于服务水头，即
=78.25m。
采用哈代—克罗斯法平差，允许闭合差1m，计算结果见下表。
表8哈代—克罗斯法平差计算
环号
管段编号
管长
s
流量初次分配
第一次平差
q（L/S）
h（m）
s|q|0.852
q（L/S）
h（m）
s|q|0.852
1
-（2-3）
2618
478.87
-75.01
-3.95
52.7
-65.91
-3.11
47.2
2-6
2160
757.05
100
10.64
106.44
109.1
0.91
8.31
6-9
2464
13179.75
14.34
5.08
354.23
19.59
3.05
155.87
-（3-9）
1146
850.92
-40
-2.19
54.81
-28.29
-0.28
10.05
9.58
568.18
0.57
221.43
Δq=9.10
Δq=1.39
2
-（4-3）
1856
9927.6
-19.93
-7.04
353.2
-22.54
-1.23
54.45
3-9
1146
850.92
40
2.19
54.81
28.29
0.28
10.05
9-10
2474
13233.24
13.84
4.78
345.08
11.57
1.16
99.93
-（4-10）
1848
647.7
-63.03
-3.87
61.46
-65.64
-0.74
11.2
-3.94
814.55
-0.53
175.63
Δq=-2.61
Δq=-1.63
3
-（6-9）
2464
13179.75
-14.34
-5.08
354.23
-19.59
-3.05
155.87
6-7
1014
1829.58
30
2.77
92.23
33.85
0.35
10.36
7-8
2410
12890.91
17.41
7.12
408.74
21.26
3.48
163.46
8-9
1050
22798.56
10
4.51
450.72
14.19
0.07
5.12
9.32
1305.92
0.85
334.81
Δq=3.85
Δq=1.37
4
-（9-10）
2474
13233.24
-13.84
-4.78
345.08
-11.57
-1.16
99.93
-（8-9）
1050
22798.56
-10
-4.51
450.72
-14.19
-0.07
5.12
8-11
2532
54977.09
9.15
9.22
1007.66
8.81
2.12
240.35
-（10-11）
1256
196459.1
-1.79
-1.61
896.82
-2.13
-0.08
35.57
-1.68
2700.28
0.81
380.97
Δq=-0.34
Δq=1.15
（注：
假设水流方向与管网模型图中流向
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