城镇管网设计.docx
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城镇管网设计
前言
给水排水工程是一门应用很广泛的学科，它是以城市水的输送、净化及水资源保护与利用有关的理论与技术为主要研究内容，与城市、城镇建设事业、工业生产、环保和人民生活密切相关的重要学科。
根据其功能可分为给水管网系统和排水管网系统。
给水管网系统承担供水的输送、分配、压力调节、和水量调节任务；排水系统承担污水的收集、输送及排放的任务。
本给水排水管网设计依据河南省某城镇的地形以及人口分布，并按照国家有关给排水管网设计标准做出严格的设计，可以基本满足本地区在一定时间内，一定范围内供水与排水的要求，其各项设计与数据基本达到国家以及地方的有关规定，达到了设计的目的。
关键词：
给水排水管网系统给水管网工程设计
排水管网工程设计
一、目录·········································
二、给水管网设计································
三、污水管网设计································
四、雨水管网设计································
五、总结········································
六、附表·······································
第2章给水管网设计
第一节最高日用水量计算
基本数据：
由原始资料该城市位于河南省内,人口数20万,查《室外排水设计规范》可知该城市位于二分区，为中小城市。
从设计规范查出：
居民综合生活用水定额采用150-240L/cap.d,其中三区没有淋浴故它的居民综合生活用水定额采用150L/cap.d,而其他的区段居民综合生活用水定额采用240L/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;工人淋浴用水：
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，每日一次计算；绿化用水量按每天2.8L/.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20%计算。
2.1.1居民最高日生活用水量Qa
Qa=qNf
式中：
Qa―—城市最高综合生活用水，m³／d；
q――城市综合用水量定额，Ｌ／（cap.d）；
Ｎ――城市设计年限内计划用水人口数；
f――城市自来水普及率，采用f=100%
Qa＝240×14×104×100%/1000+150×6×104×100%/1000=42795
2.1.2工业企业生产用水量
QA=Q3+Q1+Q2=400+300+500=1200m³/d
式中：
Q1、Q2,Q3——表示企业的生产日用水量
2.1.3工业企业生活用水量计算
一般车间的生活用水量定额为q=25L/（人.班），高温车间的生活用水量定额为q=35L/（人.班），企业1,2,3的生活日用水量分别为q1，q2，q3。
QB==q1+q2+q3=123.2+96+180.8=400m³/d
2.1.4工厂的淋浴用水量计算
工业区的高温车间职工淋浴用水量定额为q=60L/（人.班），一般车间职工淋浴用水量定额为q=40L/（人.班）。
而企业一、二、三在高温车间的使用淋浴的人数分别为1920、1785、2250人，在一般车间的使用淋浴的人数分别为960、585、1800人。
企业一、二、三淋浴用水分别用q1,q2,q3来表示。
QC=（q1+q2+q3）/1000=[40*（960+585+1800）+60*（1920+1785+2250）]=491.2m³/d
2.1.5浇洒道路和绿化面积用水量
按城市浇洒道路用水量标准q=1.5L/（㎡.天）,分两次浇洒，可取时间段8-11和14-17总共的浇洒的水量为2092.8m³.城市大面积绿化用水量定额q=2.8L/（㎡.次）,每周浇洒一次，每次浇洒为两个小时，所在地区的浇洒时段为7-9时段，用水量经过均分为七天每天的用水量后可以得出每天的绿化的用水量为239m³。
经过计算可以得出每天的市政用水定额QD=2092.8+239=2331.8m³
2.1.6
火车站也算在企业用水里面可以得出火车站的每天用水量为QE=1296m³/d
2.1.7未预见用水量的计算
按最高日用水量的20%算，最高日的用水量包括居民的生活用水；企业用水；浇洒道路和绿化用水。
则未预见用水总量：
QF=（Qa+QA+QB+QE+QC+QD）×0.2=9696m³/d
2.1.6最高日设计流量Qd：
QG＝Qa+QA+QB+QE+QC+QD+QF=58212.6m³/d
2.1.7消防用水量
Q消=q消×f消=45×2×2=180L／S
式中：
q消————消防用水量定额
f消————同时火灾次数
第二节
最高日设计用水量计算和水塔供水量的设计
以下为管网需水量的柱状图
详细的计算图见附表①
由于最高用水时段为8---9时段，经过计算得其用水量为899L/s，为了要满足最高时用水量的要求，水塔也要对管网供水，经过计算得出水塔的最高供水要求为120.3L/s，水塔的容积也就确定了为1513m3。
具体的水力计算见附表②。
第三节供水方案的选择
2.3.1供水方案的确定
河南省某城镇人口只有20万人，属于中小城市，总面积502万平方米，因此采用水厂与水塔联合使用的给水系统。
输水方式采用重力输水和压力输水方式的结合方式，这样不仅充分利用了地形高差，还大大减小了泵站的能耗，实现了一定的经济效益。
通过对柱状图的分析可以看出管网供水有明显的峰谷差，所以采用两级供水的方式，其中07—22时为一级供水，其余的时间为二级供水，通过分别求其供水的平均数我们确定第一级供水的平均值为4.816%，二级供水的平均值为2.869%。
可以求出供水泵站的最大供水量为779L/s，水塔最大的传输流量为142L/s，水塔设计供水流量为120L/s，接着我们进行观望布置的确定。
2.3.2管网布置形式的确定
经过对本城镇的规划图的分析，本市可采用环状网的布置形式。
即在本市的中心区布置环状网布置形式。
2.3.3管网定线
定线时，干管延伸方向应与泵站到大用户的输水的水流方向一致。
干管位置应从用水量较大的街区通过。
干管间距采用500-800m。
干管和干管之间形成环状网，连接管的间距可根据街区的大小考虑在800-1000m左右。
第4节清水池有效容积计算
2.4.1清水池所需调节容积计算
=
=10.45%×58212.6m³=6083.2m³
2.4.2消防用水量计算
=45×2×60×2×60/1000m³=648m³
2.4.3水厂自用水量调节容积
水厂自用水量调节容积按最高日用水设计用水量的5%
W3=k3
=5%×58212.6m³=2910.6m³
2.4.4清水池的安全储量
清水池的安全储量
可按以上三部分容积和的1/9计算
=1/9（
+
+
）=（6083.2+648+2910.6）1/9m³=1071.3m³
2.4.5清水池设计有效容积的计算
W=W1+W2+W3+W4=10713m³
可约取清水池容积11000m³
第五节节点管段设计流量的分配计算
2.5.1用水量的分配
经计算，给水管网最高日最高时用水量Qh在时段8-9内：
Qh=3236.5／3.6=899L／S
用水量的分配是指对水资源可利用总量或者可分配的水量向行政区域进行逐级分配，确定行政区域生活、生产可消耗的水量份额或者取用水水量份额（简称水量份额）。
可分配的水量是指在水资源开发利用程度已经很高或者水资源丰富的流域和行政区域或者水流条件复杂的河网地区以及其他不适合以水资源可利用总量进行水量分配的流域和行政区域，按照方便管理、利于操作和水资源节约与保护、供需协调的原则，统筹考虑生活、生产和生态与环境用水，确定的用于分配的水量。
结合该城镇的实际情况可把企业一，二，三和火车站的用水量作为集中流量，其它用水均为沿线流量。
2.5.2长度比流量计算
长度比流量是指除去集中流量的流量假定均匀分布在所有的配水干管上，则单位管线上的流量称为长度比流量。
qs=（Qh-∑q）/∑L
式中：
qs————长度比流量L／Sm
Qh————最高日最高时用水量L／S
∑q————管网中配水长度之和m
∑l————管网中配水计算长度m
qs=（899-39.2）／10281=0.0836L／S*m
B.各管段沿线流量计算
Q沿i=qs×li
式中：
qs————长度比流量L／Sm
Li————管段配水长度
C.节点流量的计算
节点流量是最高日最高时用水集中流量，沿线流量和供水流量之和，假定流出节点为正，流入为负，计算公式如下:
Qj=qnj-qsj+0.5
q沿i
式中：
Qj————节点设计流量L／S
qnj————节点j的集中流量L／S
qsj————节点j的供水设计流量L／S
q沿i————最高时管段j的沿线流量L／S
见附表总表③
第六节管段设计流量
2.6.1管段设计流量分配原则：
从供水泵站出发进行管段设计流量分配，使供水流量沿较短的距离扩散到整个管网的所有节点上，这一原则体现了供水的目的性。
在遇到要向两个或两个以上方向分配设计流量时，要向主要供水方向分配较多的流量，向次要供水方向分配较小的流量，避免出现逆流，这一原则体现了供水的经济性。
应确定两条或两条以上平行的主要供水方向，并且应在各平行供水方向分配相接近的较大流量，垂直主要供水方向上的管段也应分配一定流量，使得主要供水方向上的管段损坏时，流量可以绕道通过，这一原则体现了供水的可靠性。
2.6.2管段设计流量的初分配
该城镇的管网定线中有一条主干管和三条平行的干管，按照管段的设计流量的分配原则，结合本市的实际情况，对管段进行初分流量如下：
管段
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
初分流量
758
.63
L/s
326
.43
L/s
253
.61
L/s
326
.43
L/s
282
.26
L/s
74.
83
L/s
259
.8
L/s
75.
83
L/s
14.
7
L/s
129
.37
L/s
105
.15
L/s
32.
26
L/s
23.
37
L/s
19.
85
L/s
104
.28
L/s
35.
36
L/s
第七节管段直径的设计
2.7.1管段与设计流量的关系
q=AV=0.25πD2V
式中：
D————管段直径m
q————管段设计流量m³／s
V————设计流速m／s
注意由于连接管不起承转主要流量的作用，但在发生事故等紧急情况下它将承转很大的流量，因此连接管一般和干管型号相同或相差一个型号；在主干管上随着流量的减小，管径也随之减小，但不能超过2-3个型号。
2.7.2管段与经济流速的关系
经济流速是指在设计供水管道的管径时使供水的总成本（包括铺筑管路的建筑费、水泵站的建筑费、水塔建筑费及水泵抽水的经营费之总和）最低的流速。
为了防止流速管网因水锤现象出现事故，最大设计流速在2.5—3m／s；为了避免悬浮物质在水管中存在沉积，最低设计流速通常不得小于0.6m／s。
管径（mm）
平均经济流速（m/s）
100-400
0.6-0.9
≥400
0.9-1.4
2.7.3由初分流量和经济流速初定管径
查水里计算表，由初分流量和经济流速初步确定管径，其中从水厂出来的管段【1】和连接水塔的管段【16】分别为两段一样的管段，一备一用，其中一个不充水，只在其中一个出现故障或者检修的时候另一个管段才启用。
管段具体的水力计算见附表
第八节管网平差
测量平差中常用的一个术语。
它是指某个量的观测结果与其应有值之间的差值，在某几个量构成几何或物理条件方程的情况下，由于这些量的观测值中包含有误差，它们不能满足方程而产生一定的差值,称此差值为条件闭合差，简称闭合差。
2.8.1环路闭合差
环状管网各段的管径确定后，即可求出初分流量下的各管段的水头损失，若环路内顺逆时针两个水流方向的管段水头损失不相等，即
hij
0，就存在一定差值，这一差值叫环路闭合差。
按△h每次调整的流量称为校正流量。
2.8.2管网平差
环状网在分配流量时，以符合节点流量方程，但在选定管径并计算水头损失以后，往往不能满足环状的能量方程，此时要求在已定的基础上，重新分配流量，直到符合上述水力条件为止，这一计算过程称为管网平差。
2.8.3管网平差注意事项
A：
计算时在图上注明初分流量的方向和数值。
B：
用顺时针表示闭合差为正，闭合差为负时用逆时针来表示。
C;校正流量方向与闭合差方向相反。
D：
初分流量时已满足节点方程，故每次流量调整后，应当自动满足节点方程。
E：
本次管网平差用手工进行，到每个要平差的环状的都小于0.5结束。
2.8.4管网平差计算
其平差结果见附表④
说明：
首先假设个环的顺时针为正，水流方向与环的方向相同时取初分流量为正值，反之为负值。
环路闭合差方向顺时针为正，逆时针为负。
第九节控制点的确定
2.9.1设计工况水力分析
节点服务水头：
指节点地面高程加上节点用户的最低供水压力。
对于城镇给水管网，国家有关校准规定五层建筑物最低供水压力为24m，六层楼为28m。
控制点：
指给水管网中用水压力最难满足的点。
在引入管网水压条件后，控制点可以作为已知点，因为节点水头可以确定。
但在水力分析前无法确定那个节点是控制点，因此可以随意假定一个节点为控制点，令其节点水头等于服务水头，则该节点成为定压节点。
待水力分析完成后，再通过节点自由水压比较，找到用水压力最难满足的点————真正的控制点，并根据控制的服务水头调整所有的服务水头。
各节点地面标高确定：
由于城市规划图上有等高线，故可利用工程测量中的比例法来分别求出各节点的地面标高，结果见下表
节点编号
1
2
3
4
5
6
7
8
地面标高
100.8
102.4
101.3
103.8
103.6
103.3
103.2
102.7
节点编号
9
10
11
12
13
14
地面标高
102.5
106.3
105.3
104.9
104.7
105.8
控制点的确定：
假定节点14为控制点，因为节点14的地面高程较大，节点14的自由水头取28mH2O，则节点14的节点服务水头就可以求出了，为节点14的地面标高加上节点14的自由水头，即105.8+28=133.8m。
则由节点14的节点水头和各管段的沿程损失就可以求出管网中所有节点的自由水压。
这样就可以确定控制点。
如果其它节点的自由水压小于28mH2O，则取自由水压最小的节点为控制点。
如果其它节点的自由水压大于28mH2O，则所假定的节点14为控制点。
具体计算如图：
见附表⑤
第十节泵站扬程设计
由于给水管网设计中设置有对置水塔，先要对水塔的高度进行确定，然后再进行二级泵站的扬程设计。
水塔的高度是由其对最不利供水点的供水高度而确定，由于其所处的区域要求的自由水压为28m，水塔高度Ht=第（10）节点的要求水头+管段【16】【14】【13】的水头损失+第（10）的标高-第（14）点的标高=28+3.33+3.25+0.96+106-105.8=35.74m。
接着进行泵站的扬程进行设计，泵站扬程可直接根据其所存管段的水力特性确定。
由图知，水泵站处在管段1上，所以根据节点1和节点14的节点水头和经过沿线最不利管段的水头损失进行计算，其设计如下：
水泵扬程按最不利的路线来确定经过计算比较确定管段【1】--【2】--【3】--【7】--【11】--【16】泵站的扬程Hp=管段的水头损失+
（1）（14）标高差+水塔的设计高度+水塔水深+泵站内部水损失=0.85+3.18+2.89+1.29+1.72+3.33+105.8-100.8+35.74+5+3=62
第十一节管网设计校核
给水管网按最高日最高时用水量进行设计。
管段直径、水泵扬程都按彼此工况进行设计，虽说它们一般都能满足供水的要求，但在管段事故和管网提供流量时，不一定能保证供水，所以必须对事故和消防工况进行校核，确定他们在事故和消防工况下，能否满足供求流量与水压的要求。
2.11.1管网校核
经过校核，管网满足要求，达到了设计的要求，设计合格。
具体校核情况见附表⑥。
2.11.2事故工况校核
国家有关规范规定，城市给水管网在事故时，必须满足70%以上的用水量。
节点压力仍满足用户最低自由水压的要求。
经计算机对事故工况情况下的校核结果绘制事故工况下的水力计算图可知，各节点自由水压都满足设计工况下的节点28m的最低水压要求。
说明在事故工况下管网的设计满足要求。
等水压线是指在整个管网中各节点处和某个管段处水的压力相等的点的连线。
在最大时工况的水力分析图中，我们已经知道了各节点的服务水头。
可利用工程测量中介绍的等比例法在各管段上找出水压为正数的点，最后连线绘制等水压线图
第3章排水管网系统设计
排水管网系统的组成：
排水管网系统一般由废水收集设施、排水管网、水量调节池、提升泵站、废水输水管渠和排放口等组成。
第1节排水方案的选择
排水系统主要有合流制和分流制两种。
合流制排水系统将生活污水、生产废水和雨水混合在同一管道（渠）系统内排放的排水系统称为分流制排水系统。
分流制排水系统是将生活污水、生产废水和雨水分别在两种或两种以上管道（渠）系统内排放的排水系统称为分流制排水系统。
根据雨水的排除方式不同，分流制又分为下列两种情况：
（1）完全分流制排水系统：
在同一排水区域内，既有污水管道系统，又有雨水管道系统。
（2）不完全分流制排水系统：
这种体制只有污水排水系统，没有完整的雨水排水系统。
还有一种情况称为半分流制排水系统。
通过对该市地理条件和长远的分析，该城镇应该采用分流制排水系统。
由于时间有限我们仅就在企业一与街坊10之间沿地势向下设置一条污水管渠。
第2节设计流量计算
污水管网中流量和管道敷设坡度不变的一段管段污水管网的节点：
设计管段的上游端和下游端。
管段设计流量：
指管段的上游端汇入污水流量和该管段的收集污水量之和。
节点流量是该节点下游的一条管段所连接的用户污水量（即本段流量）和该节点所接纳的集中污水量（即集中流量）之和。
污水量总变化系数是指设计年限内，最高日最高时污水量与平均日平均时污水量的比值。
平均日综合生活污水量定额=平均日综合生活用水量定额排放系数。
在本次设计中我们按照排放系数1.0进行设计，即每个人用多少水就排放多少水，故污水设计流量计算按240L/cap.d，而企业也按照其用水量直接确定其排水量。
如果要确定污水管径要确定综合生活污水量的总变化系数，经查规范可得Kz的取值范围为1.2—2.3之间，可按以下公式计算
KZ=2.3Qd≤5;
KZ=2.7/Qd0.115〈Qd〈1000;
KZ=1.3Qd≥1000
A:
街坊（10）综合生活污水量（包括公共设施污水量）设计流量
Q1=Kz1q1N1／24／3600式中：
q1——平均日综合生活污水量定额，L／cap·d；
N1——排水设计人口，cap；
Kz1——综合生活污水量的总变化系数。
Q1=1.98×240×0.6092×104／24／3600=33.45L／S
企业2污水设计流量：
Q2=676.8/86.4=6.09L／S
所以管道1---2的污水设计流量为Q1+Q2=39.54L／S
B:
管道2---3流经的流量为街坊（10），（13），（14）的流量的总和乘以综合变量系数再加上企业二的流量，即（q10+q13+q14）*Kz2+Q2经过计算得Kz2=1.75，得到经过管段2---3的流量为94.5L／s。
C：
同理管段3---4的流量为上游的街坊排出的污水总量与企业的流量：
148.87L／S。
D：
街坊（30）的污水直接流入4—5管段，企业二的污水从节点4流入该管段，经过计算得4---5管段的污水流量为178.80L／S。
第三节污水管网定线
由于该市是北边地势较南边高，经过估算南北高差为5m左右，且为了降低经营管理费用，采用自重力排水，我们只选择了其中的一个街区，铺设了一根排水干管，由北向南排水，其具体位置详见图纸。
第四节污水管道设计参数
A.设计充满度
设计充满度是指在一个设计管段中，污水在管道中的水深h和管道直径D的比值。
污水管道中一般安排非满流设计。
设计规范规定污水管道的最大设计充满度如下表：
管径D（mm）
最大设计充满度h/D
200~300
0.55
350~450
0.65
500~900
0.70
≧1000
0.75
B.设计流速
设计流速是指设计流量与设计充满度相对应的水流速度最小设计流速是保证管道内不发生淤积的流速，最大设计流速是指管道内不发生冲刷损坏的流速。
对于本设计所采用的钢筋混凝土管，设计规范规定最小流速为0.6m/s，最大设计流速为5m/s。
C.最小管径
当污水设计流量很小时，若计算出的管径很小，则容易堵塞。
为防止这些负面因数，设计规范规定街道下的最小管径为300mm。
本设计的夹道下设置污水干管的管径D=300mm。
D.最小设计坡度
相应于最小设计流速的管道坡度成为最小设计坡度。
规范规定了最小管径对应的设计坡度：
管径300mm的最小设计坡度为0.003：
较大管径的最小设计坡度由最小设计流速保证。
E.污水管道埋设深度
管道埋深是指管道的内壁底离地面的垂直距离。
覆土厚度是指管道的顶部离开地面的垂直距离。
在考虑污水管道的埋深时，赢考虑到当地的冰冻线，地面载荷及管道的衔接等因素。
本设计为河南省某城镇，冰冻线深度为-0.6m，综合考虑各方面因素，规定所有管道的最小埋深应不小于1.8m。
且保证在车道下的污水管最小覆土厚度不宜小于0.7m，又考虑到坡度对排水管段的影响，初步订出管段的起点埋深为5m。
F.污水管道的衔接
管道的衔接在检查井中进行。
管道衔接时应遵循两个原则：
避免上游回水；减小埋深。
在平坦地区上、下游管径相同时，宜采用水面平接法。
在地面坡度较大且下游管径大于上游管径时采用管顶平接法。
总之，在设计中应具体情况具体分析，经过综合分析本次设计中污水管段用的是水面平接。
第五节污水管网水力计算
1：
污水管网水力计算步骤
a.量出设计管段的长度，并将其和设计流量一起填入水力计算表中
b.讲管段起始点检查井处地面标高填入表中，并计算出各个管段的地面坡度
c.根据设计流量并参考地面坡度和有关规范查水力计算表，确定各个管段的设计管径D，设计坡度i，设计流速v级设计充满度。
d.由管长和设计坡度计算降落量；由管径和充满度确定管段内水深。
e.求各管段的埋深和管段上端和下端的馆内底标高。
f.确定计算管段上下端的水面标高。
2：
污水管网水力计算
a．对于本设计的主干管设计时，由于为反坡。
应尽量选用
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