125万城镇给水管网课程设计.docx
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125万城镇给水管网课程设计
目录…………………………………………1
给水管网课程设计任务书…………………2
设计题目……………………………………3
基本资料……………………………………3
设计任务……………………………………3
设计要求……………………………………4
给水管网设计计算书………………………………5
设计题目……………………………………5
基本资料……………………………………5
用水量计算…………………………………5
城市最高日用水量变化曲线………………8
管网平差………………………………12
消防时管网核算…………………………15
水塔转输工况核算………………………17
事故工况管网核算………………………18
参考文献……………………………………20
工程概述
给水系统设计时，首先须确定该系统的供水规模和供水量。
因为系统中的取水、水处理、泵站和管网等设施的确定都须参照设计用水量，从而确定工程的规模及正确选择各级工艺的设计参数和水处理工艺的流程，从而使水质、水压、水量满足用户的使用要求。
城市设计用水量主要包括居住区的生活用水和由城市给水系统供给的工业生产用水和职工的生活用水与淋浴用水，还有全市性的公共建筑和设施用水、浇洒道路和大面积绿化用水以及消防时用水。
设计区域内的用水情况：
居民区的居民的生活用水、2个工业区的职工生活用水及淋浴用水、2个工业区的生产用水、浇洒道路和大面积绿化用水。
给水管网设计计算书
一、设计题目
12.5万人城市给水管网规划设计
二、基本数据：
本工程为12.5万人城市给水管网规划设计，人口数12.5万,查《室外给水设计规范》可知该城市位于一分区，为中小城市。
道路面积50万平米，绿地面积80万平米。
工业区I总人数1875人，其中冷车间人数375人，热车间人数250人，使用淋浴人数500人（其中冷车间人数250人，热车间人数250人）；工业区II总人数5000人，其中冷车间人数1875人，热车间人数625人，使用淋浴人数750人（其中冷车间人数125人，热车间人数625人）。
从设计规范查出：
居民综合生活用水定额采用300L/cap.d；
工厂职工生活用水量：
一般车间每人每班25L，高温车间每人每班35L计算，
淋浴用水：
一般车间每人每班40L，高温车间每人每班60L计算；
浇洒道路用水量按每平方路面每次1.5L计算；绿化用水量按2L/次.m2计算；
城市的未预见水量和管网漏失水量按最高日用水量的25%计算；
一、用水量计算
最大日用水量计算
（1）最高日综合生活用水量
该城乡中小城市，城市分区为一区，查《给水工程》第四版522页附录2，取最高日用水定额为300L/cap·d。
取普及率f=100%。
则居民区最高日综合生活用水量为qNf=300×125000×100%/1000=37500（m³/d）=434.03L/s
医院、公园用水量为1800×1000/1000+500×1000/1000=2300（m³/d）
最高日综合生活用水量Q1=37500+2300=39800（m³/d）=460.65L/s
（2）工业企业生产用水量
工业区Ⅰ2500（m³/d），工业区Ⅱ2200（m³/d）
Q2=2500*1000/24/3600+2200*1000/16/3600=28.94+38.19=67.13L/s
（3）工业企业职工生活用水和淋浴用水量计算
工业区内职工生活用水量和淋浴用水量，可按《工业企业设计卫生标准》。
职工生活用水量：
一般车间按每人每班25升计，高温车间按每人每班35升计
职工淋浴用水量：
一般车间按每人每班40升计，高温车间按每人每班60升计
工业区I（三班制运转）：
工人总人数1875人，其中中冷车间人数375人，热车间人数250人，使用淋浴人数500人（其中冷车间人数250人，热车间人数250人）
如纸质计算
工业区II（两班制运转）：
工人总数5000人，其中冷车间人数1875人，热车间人数625人，使用淋浴人数750人（其中冷车间人数125人，热车间人数625人）。
同上
淋浴均在下班后1小时内进行
工业生活用水量Q3=Q3'+Q3''=27.27L/s
（4）浇洒道路和绿化用水量
洒道路用水量为每平方米路面每次1-1.5L，大面积绿化用水量可采用1.5-2.0L/（d·m²）设计，浇洒道路用水量为每平方米路面每次1.5L，大面积绿化用水量采用2.0L/（d·m²）道路每天浇洒2次，绿地每天浇洒1次,道路面积56.7万平方米，绿地面积49.2万平方米
浇洒道路和大面积绿化所需的水量
Q4=（2*1.5*567000+2*492000）÷1000=2685（m³/d）=31.08L/s
（5）未预见用水量和管网漏失水量
由给排水设计手册第三册《城镇给水》得未预见用水量和管网漏失水量取以上用水量之和的25%.
（6）最大日设计用水量为
Qd=（1+25%）（Q1+Q2+Q3+Q4）=732.66L/s。
最高时用水量为Qh=Kh×Qd=1.36*732.66=996.42L/s=63302.04m³/d。
3、消防用水量计算
查《给水系统》第四版523页附表3，则消防用水定额为,45
，同时火灾次数为2次，消防历时取2小时则消防用水量为：
Q7=2×45×2×3600=648000L=648m3。
供水系统方案选择
（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。
（2）选定供水系统方案
单水源，不分区供水。
该市的配水管网布置成环状，方案设置了4个环；控制点为管网中供水的最不利点，通常认为在作平差时，满足控制点的水压，则整个管网的水压可以满足。
本方案初选控制点为11点，因为该点地势最高，离水厂较远，服务水头为12+（6-2）*4=28m
三、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，管段长度由图中读出。
（比例尺为1:
10000）
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，把公园、医院、工业区1和工业区2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。
四、城市最高日用水量变化曲线
1、由城市逐时用水量表，绘制用水量变化曲线如下1、各时段用水量
时间
0～１
1～2
2～3
3～4
4～5
5～6
６～７
用水量（％）
2.00
1.9
2.08
2.57
2.50
3.12
5.00
时间
８～９
9～1０
10~11
11~12
12~13
13~14
14~15
用水量（％）
5.15
5.12
5.15
5.27
5.08
4.76
4.99
时间
16~17
17~18
18~19
19~20
20~21
21~22
22~23
用水量（％）
4.62
4.95
5.68
5.39
4.61
4.17
3.42
2、二级本站接两环设计，从前一日21点到清晨6点，6点到21点共两级，当日21点到清晨6点：
Q1=（2.00+1.9+2.08+2.57+2.5+3.12+3.42+4.17+2.78）/9
=2.73%
清晨6点到22点：
Q2=（100%-2.73%*9）/15
=5.03%
取Q2=5.00%，反推得Q1=2.78%
最高时是18-19点，最高时用水量为全天用水量的5.68%，时变化系数
Kh=5.68%÷4.17%=1.36
3、清水池容积、水塔容积计算
清水池调节容积计算
时间
用水量
二级泵站供水量（%）
一级泵站供水量（%）
清水池调节容积（%）
（1）
（2）
（3）
（4）
（5）
0～1
2.00
2.78
4.17
-2.17
1～2
1.90
2.78
4.17
-2.27
2～3
2.08
2.78
4.16
-2.08
3～4
2.57
2.78
4.17
-1.60
4～5
2.50
2.78
4.17
-1.67
5～6
3.12
2.77
4.16
-1.04
6～7
5.00
5.00
4.17
0.83
7～8
4.93
5.00
4.17
0.76
8～9
5.15
5.00
4.16
0.99
9～10
5.12
5.00
4.17
0.95
10～11
5.15
5.00
4.17
0.98
11～12
5.27
5.00
4.16
1.11
12～13
5.08
5.00
4.17
0.91
13～14
4.76
5.00
4.17
0.59
14～15
4.99
5.00
4.16
0.83
15～16
4.76
5.00
4.17
0.59
16～17
4.62
5.00
4.17
0.45
17～18
4.95
5.00
4.16
0.79
18～19
5.68
5.00
4.17
1.51
19～20
5.39
5.00
4.17
1.22
20～21
4.61
5.00
4.16
0.45
21～22
4.17
2.77
4.17
0.00
22～23
3.42
2.78
4.17
-0.75
23～24
2.78
2.78
4.16
-1.38
累计
100.00
100.00
100.00
12.96
由表得清水池调节容积分别为最大日用水量的12.96%。
清水池容积的计算
（1）调节容积的计算
W1=12.96%×63302.04=8203.94m3
（2）消防容积的计算
W2=648m3
（3）给水处理系统生产自用水量
W3=10%Qd=6330.20m3
安全储备量
W4=2%*（W3+W4+W5）=303.64m3
总容积计算的计算
W=W1+W2+W3+W4=8203.94+648+6330.2+303.64==15485.78m3，取15500m3
所以，清水池的有效容积
清水池尺寸
取有效水深5.20m，分成两格，每格设为正方形，则池宽为=54.60m，取55米，则池长55×2=110m，超高取0.5m。
清水池采用半地下式，最低水位高程为调节容积、水厂自用水及安全用水储量与消防用水储量交界线，则清水池的最低水位高程23.19-2.5+
防止清水池消防用水被动用的措施
为保证消防用水不被动用，同时又能保证清水池水质不腐化，拟在位于消防储水水位与生活调节水位交界处的生活水泵吸水管开一个额10mm小孔，水位降低至小孔，则进气停生活供水泵。
五、管段比流量设计计算
管网定线取决于城市平面布置，供水区地形，水源和调节水池位置，街区和大工业集中用水等。
考虑城市近，远期发展，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西向东供水。
为满足用户供水要求其定线满足：
干管的间距一般采用500-800m，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。
其管网布置图见附图一。
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。
二级泵站-1为输水管，不参与配水，其计算长度为零。
则：
各管段长度和配水长度
管段编号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
管段长度（m）
202
860
1200
1540
1200
1540
860
1540
135
555
配水长度（m）
0
730
596
0
1075
595
730
537.5
1075
275
比流量计算如表格
沿线流量计算
沿线流量计算
管段号
管段长度（m）
沿线流量（L/s）
泵站～0
0
*0.03156=0.00
0～1
678
21.40
1～14
657
20.73
1～2
754
23.80
1～8
656
20.70
2～15
510
16.10
2～3
359
11.33
2～6
967
30.52
3～5
786
24.81
3～4
1364
43.05
4～16
406
12.81
4～17
454
14.33
17～18
975
30.77
17～9
614
19.38
5～9
655
20.67
9～10
576
18.18
10～19
1486
46.90
10～11
743
23.45
6～13
491
15.50
13～11
572
18.05
11～12
1802
56.87
8～23
600
18.94
8～7
1145
36.14
7～13
1503
47.43
7～22
746
23.54
7～20
1030
32.51
20～21
276
8.71
12～20
285
8.99
水塔～21
0
0.00
合计
21090
665.60
节点流量计算
各管段眼线流量分配与各节点设计流量计算：
最高时段管段沿线流量分配与节点设计流量计算
节点流量计算
节点
节点流量（L/s）
0
21.40/2=10.70
1
（21.40+20.73+20.70+23.80）/2=43.32
2
（23.80+16.10+30.52+11.33）/2=40.88
3
（11.33+24.81+43.05）/2=39.60
4
（43.05+12.81+14.33）/2=35.09
5
（24.81+20.67）/2=22.74
6
（30.53+15.50）/2=23.01
7
（36.14+23.54+47.43+32.51）/2=69.81
8
（20.70+18.94+36.14）/2=37.89
9
（19.38+20.67+18.18）/2=29.12
10
（18.18+46.90+23.45）/2=44.26
11
（23.45+18.05+56.87）/2=49.18
12
（56.87+8.99）/2=32.93
13
（15.50+18.05+47.43）/2=40.49
14
20.73/2=10.36
15
16.10/2=8.05
16
12.81/2=6.41
17
（14.33+30.77+19.38）/2=32.24
18
30.77/2=15.38
19
46.90/2=23.45
20
（32.51+8.71+8.99）/2=25.10
21
8.71/2=4.35
22
23.54/2=11.77
23
18.94/2=9.47
合计
665.60
（3）流量分配初拟管径
环状网流量分配的步骤如下：
（1）按照管网的主要供水方向，初步拟定各管段的水流方向，并选定整个管网的控制点。
控制点是管网正常工作时和事故时必须保证所需水压的点，一般选在给水区离二级泵站最远或地形较高处。
（2）为了可靠供水，从二泵站到控制点之间的几条干管尽可能均匀分配流量，并且满足节点流量的平衡条件。
（3）和干管垂直的连接管，平时流量一般不大只有在干管损坏时才转输较大的流量，因此连接管中可分配较少的流量。
（4）根据初分的流量，查界限流量表确定经济管径。
经济因素F=0.95
环号
管段
管长（m）
管径（mm）
q（L/s）
影响邻环
Ⅰ
3～4
1364
450
-150.00
4～17
454
400
-108.50
17～9
614
300
-60.88
9～5
757
250
38.77
Ⅱ
5～3
786
300
61.47
Ⅱ
Ⅱ
3～5
786
300
-61.47
Ⅰ
5～9
757
250
-38.77
Ⅰ
9～10
576
250
-32.37
10～11
743
250
35.34
11～13
572
350
66.90
Ⅳ
13～6
982
350
76.99
Ⅲ
6～2
967
400
100.00
Ⅲ
2～3
359
600
-251.07
Ⅲ
1～2
754
700
-400.00
2～6
967
400
-100.00
Ⅱ
6～13
982
350
-76.99
Ⅱ
13～7
1503
250
30.40
Ⅳ
7～8
1145
500
191.98
8～1
656
600
239.34
Ⅳ
11～12
1805
200
17.62
12～20
570
300
50.55
20～7
1030
350
80.00
7～13
1503
250
-30.40
Ⅲ
13～11
572
350
-66.90
Ⅱ
六、管网平差
哈代-克罗斯平差法计算
根据表格总结
如教材57页
网平差结果的校核
管网平差的目的在于求出水源节点（二级泵站）的供水量、各管段中的流量和管径以及全部节点的水压。
管网的管径和水泵扬程，按设计年限内最高日最高时的用水量和水压要求决定。
但是用水量也是经常变化的，为了核算所定的管径和水泵能否满足不同工作情况下的要求，就必须进行其他用水条件下的计算，已确保经济合理的供水。
由于不设置水塔，因此进行最高用水量时管网核算和最大转输时的管网核算相同。
在定线时假设了节点11为控制点，该点的地面标高为65m,需满足的最小服务水头为28m,则该节点的水压标高为93m,然后进行水力计算，由平差算出来的各管段的水头损失（见上平差结果），推算出其他各个节点的水压标高，再算出每个节点的自由水头，比较每个节点的自由水头与要求的最小服务水头（不小于28m）,比较自由水头是否满足最小服务水头。
计算结果如下表所示：
节点数据：
节点
地面标高m
节点水头m
自由水头m
节点流量L/S
0
60.0
-60.00
10.07
1
63.0
105.15
42.15
43.32
2
58.7
103.74
45.04
40.88
3
60.0
102.75
42.75
39.60
4
52.0
99.40
47.40
35.09
5
49.5
100.00
50.50
22.74
6
50.0
101.21
51.21
23.01
7
57.0
101.02
44.02
69.81
8
60.0
104.04
44.04
37.89
9
55.0
96.57
41.57
29.12
10
58.0
94.70
36.70
44.26
11
65.0
93.00
28.00
49.18
12
55.0
96.68
41.68
32.93
13
60.0
95.25
35.25
40.49
14
64.0
105.91
41.91
10.36
15
65.0
104.11
39.11
8.05
16
60.0
99.59
39.59
6.41
17
48.5
98.35
49.85
32.24
18
53.0
100.70
47.70
15.38
19
53.0
97.32
44.32
23.45
20
63.0
98.09
35.09
25.10
21
65.0
98.22
33.22
4.35
22
62.0
102.12
40.12
11.77
23
55.0
104.63
49.63
9.47
从计算结果可知，除控制点外的其他节点的自由水头都大于28m,满足水压要求。
可得出节点11就为控制点。
以上得出就为各个节点的自由水头和节点水压。
（1）最高时二级水泵扬程的计算：
0
设计清水池的地面为23.19m，最低水位高程按安全贮量得出为20.85m。
从水厂向管网两条输水管长为648m，最高时每条管中流量为366.335L/s,依此每条输水管径选为700mm,查得输水管最高时i为0.00095,所以输水管的沿程水头损失为0.00095×648=0.62m,局部水头损失按沿程的10%计算，故输水管的水头损失为0.64×1.1=0.70m。
水泵的安全扬程为2m,吸水管长度取20m,其水头损失计算为，沿程水头损失为0.05m,局部水头损失为0.160m,故吸水管的水头损失为0.05+0.160=0.21m.从节点数据表可以看出，所需二级泵站最低供水水压标高为55.47m.所以二级泵站的最高时所需扬程为：
=106.23+0.70+2+0.21-20.85=37.18m
（2）最高时加消防时校核
消防时的校核，是以最高时用水量确定的管径为基础，按最高时用水时加上消防时流量进行分配。
人口为12.5万人，同一时间发生两次火灾，一次灭火用水量为45L/s
从安全和经济角度来考虑，失火点一个放在控制点11，另一个放在工业1的节点1。
消防时除节点1,11附加45L/s的消防流量外，其余各节点的流量与最高时相同。
消防时管网所需的总流量为732.66+90=822.66L/s
管网平差消防校核如下：
最高时加消防时的流量分配
将以上分配的流量和管径输入平差软件，得出消防时管网平差结果，见下
（3）事故时管网核算
设最不利管段1-4断开，70%的设计流量（1051.015L/s）送向管网，管网各节点流量按最高时各节点流量的70%计算。
重新分配流量进行平差得出各管段在事故时的水头损失和各个节点的自由水头。
如下表所示：
流量分配
将以上分配的流量和管径输入平差软件，得出事故时管网平差结果，见下
七、节点水压、标高、自由水压计算
某给水管网设计节点数据
节点编号
1
2
3
4
5
7
8
9
地面标高（m）
63.00
63.90
63.80
63.50
66.30
67.50
69.60
70.00
要求自由水压（m）
24.00
28.00
24.00
24.00
28.00
24.00
服务水头（m）
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