给水管网设计说明书.docx
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给水管网设计说明书
河北农业大学
本科课程设计
题目：
某县城供水管网课程设计
学院：
专业班级：
学号：
学生姓名：
指导教师姓名：
指导教师职称：
2010年07月
1总论
1.1设计任务及要求
1.1.1设计任务
（1）县城水量预测（2020年、2030年）；
（2）县城输配水管网定线；
（3）县城供水管网管径的确定；
（4）各节点水压的计算；
（5）消防时、事故时管网校核；
（6）绘出成果图。
1.1.2设计要求
（1）在设计过程中要应用所学有关知识，掌握城镇给水管网设计的方法和步骤；
（2）在设计过程中要独立地分析与解决问题，增加独立工作的能力；
（3）阅读熟悉有关手册、规范和资料；
（4）逐步增加实际工程概念。
1.1.3设计依据
（1）标准规范
1.上海市政工程设计研究院主编．《给水排水设计手册》第10册，中国建筑工业出版社，2000.08；
2.上海市政工程设计研究院主编．《给水排水设计手册》第3册，中国建筑工业出版社，2004.04；
3.严煦世，范瑾初等编著．《给水工程》（第４版），中国建筑工业出版社，1999.12;
4.严煦世、刘遂庆编著．《给水排水管网系统》，（第１版）中国建筑工业出版社，2002.7；
5.张奎，张志刚主编．《给水排水管道系统》（第一版），机械工业出版社，2007.1；
6.上海市建设和交通委员会主编．《室外给水设计规范（GB50013-2006）》，中国计划出版社，2006.04；
7.中国建筑标准设计研究院．《给水排水标准图集》，国家标准设计研究院,2005.10。
（2）甲方提供资料
1．《某县城总体规划》
2．原始资料
（1）该县城位于保定地区，县城现有居住人口为12万，县城建筑按六层考虑。
（2）城市各企业单位最高集中用水量为：
甲企业为8L/s；
乙企业为10L/s；
丙企业为12L/s。
（3）该地区最大冻土深度0.66米。
（4）该地区地下水位深度15.0米。
1.2设计原始资料
1.2.1县城概况
（1）自然概况
某县城位于华北平原，河北省中部，保定市西北部，是白洋淀流域上游地区。
地理座标：
东经114°58′53"～115°32＇10"，北纬38°43＇56"～39°01＇53"之间。
东邻徐水县，南邻清苑县，西邻顺平县。
土地总面积718平方公里。
县人民政府距北京139.5公里，距省会石家庄120公里，距保定市17.4公里，交通极为便利。
2004年，此县城全县辖4个建制镇、8个乡，245个行政村，约39万人，其中非农业人口4.3万人。
县城人口总数为9.6万人，其中非农人口为3.1万人。
（2）水文地质
1）地下水赋存类型
此县城地处太行山山麓，为冲洪积扇平原区。
按水文地质分区，属于山前上部冲积扇潜水—承压水区，区内分为两个含水层组：
第一含水层组：
埋深一般为10～20米，为潜水层，含水层厚5～10米，岩性为砂及砂砾石，以下有30～40米厚的较稳定的隔水层；
第二含水层组：
埋深一般为40～60米，为承压层，含水层厚15～40米，岩性为砂砾卵石，底层距地表80～120米，以下有较稳定的隔水层，单井涌水量为30～180m3/h。
2）地下水的补给
地下水主要补给为山前漕河、界河的侧向补给和接受大气降水的渗入，渠系田间入渗补给量，井灌回归补给量和境外侧向补给量等。
深层淡水主要是越流补给和侧向补给，主要排泄为人工开采和下游径流。
地下水资源较为丰富，地下水补给及汇水条件良好。
经勘查此县共有地下水开采资源约为14220万m3/a。
地下水质中等，富水性较强。
pH值为7.5~8.1。
地下水流向与地势基本相同，自西向东。
（3）气候现象
此县城属欧亚东部季风区温带半湿润地区，冬季盛行由大陆吹向海洋的干冷冬季风；夏季盛行由海洋吹向大陆的湿热夏季风；春秋季则为过渡性季节，常有南北风交替现象。
因此此县城四季分明，春季干燥多风，夏季炎热多雨，秋季天高气爽，冬季寒冷少雪。
气温：
年平均气温12.3℃。
最热月为7月份，平均气温26.3℃；最冷月为1月份，月平均气温-4.3℃，历史极端最高气温41.7℃，极端最低气温-23.4℃。
平均年地面温度为14.5℃。
降雨量：
降水有两个明显特点：
一是年际变化大，二是年内降水分配不均。
年平均降雨量582.8mm。
年内降雨变化为一峰一谷型，冬季干旱少降雨，平均降雨量12mm，降雨量占年降雨量的2%；夏季炎热多雨，平均降雨量297.8mm，降雨量占年降雨量的74%。
日照：
平均年日照时数为2722.7小时。
风：
主导风向为东北风和西南风。
历年平均风速2.3m/s，境内最大风速19.3m/s，静风率24.2%。
冰冻期和无霜期：
境内土壤平均冰冻期为每年11月份至次年3月中旬，历年最大冻土深度66cm。
初霜日平均在10月21日，最早出现在10月9日；终霜日平均在4月13日，最晚出现在4月26日。
全年平均无霜期约为208天。
（4）水系及水资源
此县城境内共有槽河、界河等大小河六条，均系大清河水系白洋淀以上支流。
漕河：
又名沙河，发源于保定西北部易县西南五回岭口子村北，经狼牙山脚下自本县龙门流入满城县境内，至东庄店入徐水，属季节性河流。
漕河全长120余公里，总流域面积800平方公里，其中此县境内河段长28.8公里，流域面积231平方公里。
近几年内，由于工业、生活废水的纳入，漕河水量增加，使地表径流常年存在。
此县污水主要排入漕河。
界河：
发源于易县东白银洼，流经沫源、顺平县，于西部山区车厂村入境，由章村村南流出。
上游修有龙潭水库，地表径流至岭西附近潜入地下。
界河全长110余公里，流域面积323.7平方公里，其中此县境内河段长43公里。
此外，还有龙泉河、侯河、白草沟、一亩泉，均流经此县城。
（5）地震
此县城西部位于华北断块的太行山隆起带北段东侧，东部位于华北断块的冀中凹陷次级构造和保定凹陷西侧。
太行山山前断裂带呈东西向，从县城东侧穿过，是隆起带凹陷区的分界线。
县城以西、以南及东北方向分别是紫荆关断裂、顺平断裂、徐水断裂。
在这些断裂中，太行山断裂控制了该地区的地质构造活动。
此县城50年超越概率10%，地震烈度为6度。
1.2.2工程概况
此工程名称为某县城给水管网设计，规划年限为近期2010～2020年，远期为2020～2030年。
此县城城区为改善居民生活及工业生产用水条件，实施了一系列供水措施，已形成了一套给水系统，但由于缺乏统一规划设计，供水现状尚存在一些问题，主要表现在以下几个方面：
（1）集中供水能力低，不利于水资源的统一管理。
（2）给水系统不完善，采用水源井泵直供用户方式，未经消毒，供水水质得不到有效保证。
（3）自备水源井数众多，分散布置在市区各企事业单位内，不利于水资源的集中管理，造成地下水超采、滥采，跑、漏水现象严重。
自备井管理不善，造成地下水受污染的机会增大，给水源防护带来极大困难。
同时，大量自备井造成了电力能源、设备资金及运行管理费用的巨大浪费。
（4）部分配水管网严重老化，管网漏失量大，且管道管径偏小，而且随着城市的发展和人民生活水平的提高，这些问题势必加重。
（5）供水能力低，尤其在用水高峰期，供水的水量、水压不能满足工业生产及居民生活的要求。
改革开放以来，此县城镇人口猛增，工业企业迅速发展，同时其丰实的文物和旅游资源，为今后发展旅游业等第三产业提供了资源条件和契机，对经济的发展起着重要的促进作用，其地位的重要性必迅猛上升。
我国水资源日渐紧缺，人们节水意识随之逐渐增强，工业上节水工艺也逐渐被引进和实施，而其现状供水管网却存在上述诸多问题。
因此其现状供水管网已不能满足人民日益提高的生活水平和满城县城的发展，给水管网工程设计建设势在必行。
2工程规模
2.1用水量预测
水量预测根据两种方法：
单位面积法和人均综合指标法，最后取两种方法所得水量的平均值。
（1）单位面积法
Qd=qS
（m3/d）
式中：
q——城市单位建设用地最高日用水量指标（万m3/km2.d）；
S——城市建设用地总面积（km2）。
根据总规近期满城县建设用地为17.5km2，远期满城县建设用地为31.2km2。
根据《城镇给水工程规划规范》（GB50282-98），二区小城市单位建设用地用量水指标为0.3～0.6（万m3/km2d），参考满城县现场调研的实际情况，近期取值为0.4，远期取值为0.6（万m3/km2d），计算表格如表1：
最高日用水量计算表表1
年份
建设用地（km2）
用水定额（万m3/km2d）
最高日用水量Qd1（m3/d）
2020
31.2
0.4
12.48
2030
31.2
0.6
18.72
（2）人均综合指标法
Qd＝qN（m3/d）
式中：
q——居住区最高日用水量标准（m3/capd）；
N——城镇设计居住人口（cap）。
按照《某县城总体规划》，人口增长率按46‰计。
由此，2010年人口基数为12万，到2020年人口数增至18.81万，2030年人口数增至29.50万。
用水量预测见表2：
最高日用水量计算表表2
年份
人口基数（万人）
年数
增长率
人口（万人）
用水定额（m3/capd）
最高日用水量Qd2（m3/d）
2020
12
10
46‰
18.81
0.6
11.286
2030
18.81
10
46‰
29.50
0.6
17.7
（3）最高日最高时用水量预测
Qh＝Kh·Qd/86.4（L/s）
式中：
Kh——时变化系数，取1.5。
将最高日最高时用水量做为给水管网设计的依据。
计算结果见表3：
最高日最高时用水量计算表表3
年份
Qd1（m3/d）
Qd2（m3/d）
Qp（m3/d）
Qh（L/s）
2030
18.72
17.7
18.21
3161.46
2.2工程规模
2.2.1总水量
根据《满城县县城总体规划》及近期的有关预测，规划城市总用水量规模：
近期用水人数18.81万人（～2020年），日用水量为11.883万m3/d；远期用水人数29.50万人（～2030年），日用水量为18.21万m3/d。
给水管网设计依据2030年的预测用水量设计。
2.2.2工程范围
规划年限为近期：
2010～2020年，远期为2020～2030年。
规划范围为满城县城外环路以内，面积为31.2平方千米，总人口为29.50万人。
3管网设计
3.1管线布置原则
（1）按照城市总体规划，结合当地实际情况布置给水管网，要进行多方案技术经济比较；
（2）主次明确，先搞好输水管渠与主干管布置，然后布置一般管线与设施；
（3）尽量缩短管线长度，节约工程投资于运行管理费用；
（4）协调好与其他管道、电缆和道路工程的关系；
（5）保证供水具有适当的安全可靠性；
（6）尽量减少拆迁，少占农田；
（7）管渠的施工、运行和维护方便；
（8）远近期结合，留有发展余地，考虑分期实施的可能性。
3.2设计公式及参数原则
（1）沿线流量计算
比流量计算：
qs＝
式中：
qs——比流量（L/s·m）；
Qd——管网总用水量；
∑Q——大用户集中用水量总和（L/s）；
∑L——干管计算总长（m）。
应考虑干管配水情况确定各管段计算长度。
沿线流量：
ql＝qs·L（L/s）
式中：
L——该管段的计算长（m）
（2）节点流量计算
管网中任一节点流量为：
qi＝0.5∑ql
式中：
ql——与某I个节点相关联的管段沿线流量（L/s）
（3）流量分配
在满足各节点连续性条件下Qi+∑qij＝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
式中：
D——管段直径（m）；
q——管段流量（m/s）；
v——流速（m/s）；
流速按经济条件考虑，一般选v＝0.7～1.5m/s。
（5）管网平差计算
根据要求水头损失计算公式采用哈代·可罗斯法则列表进行管网平差计算。
1）水头损失计算公式采用公式：
或
式中：
——沿程水头损失（m）；
v——过水断面平均流速（m/s）；
R——过水断面水力半径（m）；
L——管段长度（m）；
D——管段直径（m）；
C——谢才系数；
g——重力加速度（㎡/s）；
λ——-沿程阻力系数。
2）参数计算公式采用海曾—威廉公式：
式中：
q——流量（m3/d）；
——海曾—威廉系数。
3）校正流量计算采用公式：
4）各管段流量计算采用公式：
当各环闭合差精度小于0.5m，大环闭合差小于1.0m～1.5m时，停止平差计算，消除闭合差，使各环闭合差等于零，然后分析计算结果。
对管段水头损失和流量过大或过小的要适当调整管径重新平差计算。
3.3最高日最高时管网平差结果
进行最高日最高时管网平差，分配各节点流量和管段流量，确定管径和流速，最后推算出节点水压，校核节点自由水压是否满足服务水头28米，以及水泵扬程是否能满足节点自由水压，是否经济。
若不满足要求，要调管径使之符合要求，保证从水源点出发的主干管管径变化趋势为从大到小。
最高日最高时平差结果如下：
1.给水管网包含292条管段和163个节点，管径为100mm—1200mm。
2.管网共设置1个水源点，水源点供水量3161.46升/秒。
3.控制点为节点149，控制点自由水头28.000米。
4.水源点自由水头为57.021米，水泵扬程容易满足，技术上容易实现。
3.4事故时管网平差结果
若管网中有一段管线损坏，整个管网的水力特性必然改变，供水能力降低。
国家有关规范规定，城市给水管网在事故工况下，必须保证70%以上用水量。
事故工况校核额一般采用水头校核法，先从管网中删除事故管段，调低节点流量，通过水力分析，得到各节点水头，将它们与节点服务水头比较，全部高于服务水头为满足要求。
一般按最不利事故工况进行校核，经多方面分析计算确定管段7-6发生故障时为最不利工况。
事故工况校核平差结果如下：
1.给水管网包含292条管段和163个节点，管径为100mm—1200mm。
2.管网共设置1个水源点，水源点供水量2212.87升/秒。
3.事故校核按管段7-6发生故障计算。
4.控制点为节点5，控制点自由水头36.106米。
5.平差后各节点自由水头均大于28米，高于服务水头，满足《室外防火规范》要求。
3.5消防时管网平差结果
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。
消防工况校核采用水头校核法，即先确定各节点流量，通过水力分析，得到各节点水头，判断各节点水头是否满足消防服务水头。
本设计选取了两处火灾点，以靠近用水量大的用户为选取依据，选取节点6和140为火灾点，根据《室外防火规范》，若同一时间内有两处同时着火，一次灭火用水量为45L/S。
消防工况校核平差结果如下：
1.给水管网包含292条管段和163个节点，管径为100mm—1200mm。
2.管网共设置1个水源点，水源点供水量3250.98升/秒。
3.消防校核按同时发生火灾2处计算，火灾点6消防流量45升/秒，自由水头39.755米；火灾点140消防流量45升/秒，自由水头40.407米，均大于消防服务水头10米，符合要求。
3.6管道材料及工程量统计
球墨铸铁管具有灰铸铁管的许多优点，而且机械性能有很大提高，其强度时灰铸铁管的多倍，抗腐蚀性能远高于钢管。
据统计，球墨铸铁管的爆管事故发生率为普通灰铸铁管的1/16，使用寿命是灰铸铁管的的1.5—2.0倍，是钢管的3—4倍。
给水管网管材用球墨铸铁管，重量轻，很少发生爆管、渗水和漏水现象，可以减少管网漏损率和管网维修费用。
采用推入式楔形胶圈柔性接口，也可用法兰接口，施工安全方便，接口的水密性好，有适应地基变形的能力，抗震效果好。
球墨铸铁管具有灰铸铁管的许多优点，而且机械性能有很大提高，其强度时灰铸铁管的多倍，抗腐蚀性能远高于钢管。
据统计，球墨铸铁管的爆管事故发生率为普通灰铸铁管的1/16，使用寿命是灰铸铁管的的1.5—2.0倍，是钢管的3—4倍。
因此选用球墨铸铁管为给水管材。
管道工程量统计如表4：
材料清单表表4
序号
项目名称
规格
单位
数量
1
球墨铸铁管
DN1200
米
3993.45
2
球墨铸铁管
DN1100
米
1023.23
3
球墨铸铁管
DN1000
米
3384.92
4
球墨铸铁管
DN800
米
3001.28
5
球墨铸铁管
DN700
米
405.81
6
球墨铸铁管
DN600
米
2429.53
7
球墨铸铁管
DN500
米
5931.01
8
球墨铸铁管
DN450
米
1259.38
9
球墨铸铁管
DN400
米
8795.09
10
球墨铸铁管
DN350
米
5938.19
11
球墨铸铁管
DN300
米
20525.21
12
球墨铸铁管
DN200
米
36147.69
13
球墨铸铁管
DN100
米
20011.59
4效益分析
4.1社会效益
二十一世纪被称为“水的世纪”。
水问题的严重性和重要性已日益成为社会各界共识，中央和地方各级政府部门都把水问题提到重要位置，水务业将成为中国未来发展最快的产业之一。
中国经济的飞速发展，已经催生了水务的巨大市场。
而水务行业的不断发展，也同样促进经济的发展。
改革开放以来，满城县城镇人口猛增，工业企业迅速发展，同时满城县丰实的文物和旅游资源，为满城县今后发展旅游业等第三产业提供了资源条件和契机，对经济的发展起着重要的促进作用，其地位的重要性必迅猛上升。
进行给水管网工程设计建设，不仅与满城县日益提高的经济发展水平相适应，更是实施节水行动的具体体现，此举必将对满城县城及河北省产生极大的社会效益。
4.2经济效益
由于满城现状管网存在诸多问题，进行给水管网工程设计建设势在必行。
此举带来的经济效益具体体现在一下几方面：
（1）集中供水能力增强，有利于水资源的统一管理，节省了管理资金。
（2）减少了自备井数量，节省了电力能源及设备资金和运行管理费用。
（3）解决了部分管网老化，造成管网漏水的问题，使管网漏失率降低。
（4）减少了管网及供水设备的维修管理费用。
由此可以看出给水管网工程设计建设为满城县城带来的经济效益也是非常巨大的。
4.3环境效益
若自备井数量过多，可能会造成管理不善，造成地下水受污染的机会增大，给水源防护带来极大困难。
因此关停自备井可以有效的控制地下水受污染，有利于保护环境，带来极大的环境效益。
5设计心得
本次设计的目的主要是熟悉并掌握给水管网平差软件的操作。
我使用的管网平差软件是天正管线8.5，在设计之前觉得应用这个软件做设计会很容易，但是在真正设计过程中还是遇到了很多问题，尤其是一些细节问题，必须进行反复修改。
通过这次设计，首先，我对天正管线8.5软件的管网平差功能有了更深刻的认识，能熟练地应用此软件进行管网设计及管网平差；其次，对CAD绘图软件和Word应用的熟练程度也提高了很多，接触了很多以前没有接触到的功能；再次，掌握了一些专业知识，如水量预测方法及给水管网平差原理等；最后，增强了分析问题解决问题的能力。
做完整个设计，我也发现了自身存在的一些缺陷及问题，比如自己考虑问题还是不够缜密，对CAD绘图软件的使用还是不太熟练，分析问题解决问题的能力有待提高。
在以后的学习中我会更注重这些方面的提高。
总之，这次设计我收获颇多。
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