给水管网课程设计任务书.docx
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给水管网课程设计任务书
《给水管网课程设计任务书》
一、设计原始资料
1.城市总平面图一张，比例1：
20000，等高线每隔一公尺一根。
2.给水水源位置见城市总平面图。
3.城市居住区面积约164公顷、人口密度400人/公顷，给水人口普及率为90%。
4.居住区建筑六层以下的混合建筑，不考虑耐火级别。
5.城市卫生设备情况，室内有给排水设备、但无淋浴设备。
6.由城市管网供水的工厂为造纸厂，生产能力为2吨/日（第吨纸耗水量为250m3），该厂按三班制工作，每班人数为300人，每班淋浴人数25%；该厂建筑物耐火等级为三级，厂房火灾危险性为丙级，建筑物体为2500m3。
7.由城市管网供水的铁路车站用水量为480米3/日。
8.浇洒道路及绿地用水量考虑100米3/日。
9.工厂要求城市管网供水，对水压无特殊要求，个别生产车间压力不足，自行加压解决。
10.未预见水及管漏系数取k=1.2。
11.城市位于中国华南地区第一分区，土壤为砂质粘土，无地下水，冰冻深下加考虑。
二、设计任务及要求
1．设计计算
（1）计算各种用水量，编制城市逐时合并用水量图表。
（2）进行管网定线布置，确定水厂及水塔（或高位蓄水池）位置。
（3）拟定水泵工作制度，确定计算管网的几种情况，进行管网计算。
（4）决定水塔高度和二泵站扬程。
（5）计算管网各节点的自由水头。
2．编写设计计算说明书一份。
说明书内容包括：
设计的原始资料和设计任务、各项设计与计算以及设计过程中的体会等。
说明书要求，计算正确，说理清楚，简明扼要，文字通顺，篇幅15页左右。
3．绘制下列设计图各一张
城市给水管网平面布置图/干管剖面图/管网等水压线图
以上三张图纸，给绘制完备后附在说明书后，装订成册上交定成绩。
《给水管网课程设计》指导书
在城市与工业企业给水工程中，给水管网在整个工程总投资中占有很大比重，一般约为50—80%，因此给水管网设计的正确与否，不仅关系到供水安全，也直接影响到给水工程的造价。
进行给水管网设计的目的是使同学们正确掌握给水管网设计的步骤和方法，学会应用所学的理论、公式、标准、规范等来解决工程中的实际问题，从而培养同学独立工作能力。
任务书中所给资料有不够详尽的地方，应根据已有的数据或其他经验数据作合理假定来解决，同学们在进行给水管网设计过程中，可参考下列指导进行工作。
（二）用水量计算
1．城市居民生活用水量
（1）确定城市计划人口数及给水人口数
根据城市居住区的面积及人口密度可确定计划人口数，再由计划人口数乘以给水普及率使得给水人口数。
（2）确定用水量标准
根据城市所在分区（包括了气候条件及生活习惯等因素），室内给水设备情况，查《室外给水设计规范》GBJ13-86或新教材（即80年出版的给水工程统编教材一以下统称“教材”）附表1，即可得出相应的最高用水量标准（升/人·日）。
按照城市给水人口数，用水量标准，时变化系数便可算出平均日流量，最大日流量以及最大日最大时流量和秒流量。
2．工程用水量
（1）生产用水量
生产用水量标准，一般根据生产性质由有关参考资料查得，或由建设单位直接提供，在已知生产用水量标准，时变化系数和生产量之后，便可算出一天的生产用水量和最大一小时的生产用水量。
（2）车间生活用水量及淋浴用水量
工业企业中工人的生活用水量及淋浴用水的用水量标准，可根据车间的性质，按照《室内给水排水和热水供应设计规范》TJ15-74或本指导书附表1来选用。
根据用水量标准，时变化系数，工人人数，即可算出最大日最大时流量及其秒流量。
3．消防用水量
城市及工业企业消防用水量标准及同时发生火灾的次数，按照“工业企业和居住建筑暂行防火标准：
来选用，也可参考“教材”附录3、附录5选用，由此可以算出消防用水量。
（注：
消防用水量主要用于清水池和水塔容量计算及管网平差的校核计算，在城市总用水量计算中可不统计在内。
）
4.其他用水量
本设计主要是指铁路用水及浇洒道路用水，其用水量已经给定（见原始资料），不必另行计算。
但须注意车站用水假定24小时均匀供水，浇洒道路用水可集中在早、晚进行一次。
在各项用水量计算之后，还必须编制城市用户逐时用水量合并计算表，其格式见表1。
由表1看出，在编制逐时合并用水量表之前必须首先确定城市和工厂各项用水量的逐时变化规律（参看“教材”表2-2及本指导书附表2选用用水量逐时变化百分率）。
由表1中最末两项中的最大数字，即为合并用水时最大一小时的用水量，由此可算出最大一小时的秒流量。
（二）二泵站供水方案设计及清水池、水塔容量计算
1．二泵站供水方案设计
管网内设有水塔或调节水池时，由于水池，水塔能起调节作用，
这时，二泵站供水量可以不等于用水量，即水泵可以采用分级供水的办法，但必须在机组少，操作简单的原则下；使水塔的调节容量最小。
一般二泵站的工作多分为2-3级供水，供水百分数最好成倍增加（但要注意：
一台泵单独工作时比几台同型号的泵并联工作时效率高一些），以便选用同型号的水泵组合工作。
二泵站供水线可在城市最高日用量变化曲线可在城市最高日用量变化曲线上进行设计，设计时可参见“教材”第11页图2-1所示的泵站设计供水线看出，二泵站工作氛围两级：
从20时到次日5时，一台水泵运转，流量为最高日用量的2.78%；其余时间增开一台同型号的水泵。
供水量为最高日用量的5%，虽然泵站每水时供水量不等于用水量，但一天的供水量等于最高日用水量。
2.清水池、水塔容量计算
清水池和水塔是给水系统的调节构筑物，整个给水系统的调节水量实际由水塔和清水池来分担。
（1）清水池容量计算
清水池中除了储存用水量之外，还应存放消防用水和水厂内冲洗滤池，排泥等用水，因此清水池有效容积等于：
每小时总用水量
占全日用水量的％
13
100%
（米3）
12
未预见
水量
（米3）
11
道路及绿化用水量
（米3）
10
铁路车站用水量
（米3）
9
生产用水量
车间生活用水量
用水量（米3）
8
变化
系数
7
100%
沐浴
用
水量
（米3）
6
生产用水量
5
4
100%
城市居民生活用水量
用水量
（米3）
3
占全日
用水量
（%）
2
100%
时
间
1
0-1
1-2
2-2
22-23
23-24
合计
W池=W1+W2+W3……………………………………………
（2）
式中：
W1——调节容积（米3）；
W2——消防用水（米3），居住区和工厂可按二小时火灾延续时间的消防用水总量计算；
W3——水厂生产用水量（米3），一般按最高日用水量的5——10%考虑。
（2）水塔容积计算
水塔中除了储存调节水量外，还需要储存部分消防用水，因此，水塔总容积
等于：
W塔=W1+W2…………………………………………………（3）
式中：
W1——调节容积（米3）；
W2——消防贮水量（米3），按10分钟室内消防用水量计算。
关于清水池和水塔调节容量计算，有两种方法：
一种是根据供水量变化曲线推算。
这种方法需要知道二十四小时的用水量变化规律，并需拟定泵站的供水线，其计算方法建“教材”图2-1及表3-2；另一种方法是凭经验估算。
即当缺乏用水量逐时变化规律的资料时，则按最高日用水量的百分数估算，清水池调节容积可按最高日用水量的10-20%估计，（供水量大的城市用水量变化小，可取低限），水塔调节容积可按最高日用水量的2—3%估计。
（三）管网定线
所谓管网定线就是在现有的给水区域地形图上确定干管的走向、图形以及水塔（或高水位水池）的位置。
为此在定线前需熟悉地形图，明确水源、水厂、水塔设计位置以及各大用户的位置，由于管网定线不仅关系着供水安全，也影响着管网造价，因此定线时需发慎重考虑。
水塔应尽量置于城市较高地区，以减少水塔高度。
此外应尽可能靠近大用水户，以便在管网中有重要作用，它的目标又很明显，故选择水塔位置时，需考虑防空、整个城市规划及美观等问题。
管网定线的基本原则是：
1.干管应通过两侧负荷较大的用水区，并以最短距离向用户送水。
2.靠近道路、公路，以便于施工及维修。
3.利于发展，并考虑分期修建的可能性。
4.干管尽量沿高地布置，使管道内压力较小，而配水管压力则高些
5.注意与其他管线交叉时平面与立面与立面相隔间距的规定与要求。
至于管网定线的具体要求及其它注意事项可参考“教材”有关部分内容。
对于生活，消防联合系统，给水管网一般布置成环状，在本设计中一般可布置成3个环。
当管线确定之后（管网图形即形成），便可画一草图，并在草图上进行节点编号，假定水流方向，以及按比例量出个管段长度。
（三）管网水力计算
1．确定管网计算情况
对于前置水胎管网，其计算情况为：
（1）最高用水时；
（2）最高用水加消防。
对于对置水塔管网，其计算情况是：
（1）最高用时；
（2）最大传输时；
（3）最高用水加消防。
当水塔放在中间位置是时，应根据水量和水压并系按前置或对置水塔计算。
2．根据每种计算情况确定水塔、水泵的供水量及每一管段的计算
流量。
每一管段的计算流量的确定，可按下列方法进行：
（1）求比流量q比
将管网个管段按节点进行编号，根据计算管段的总长度和流量计算比流量q比即：
q比=（升/秒/公尺）……………………（4）
式中：
Q——城市最高日最高时总用水量（升/秒）；
——城市最高用水时各大用户集中用水量之各（升/秒）；
——管网的总计算长度（米）（不包括沿无建筑区域、公园、桥梁通过的干管以及房屋支管的总长度）。
（2）求沿线流量q沿
根据比流量q比和各管段的计算长度，可算出各管段的沿线流量q沿
q沿=q比·L（升/秒）…………………………（5）
式中：
L——各管段计算长度（米）；
管段沿线流量列表计算，见表2。
各管段沿线流量计算表表2
管段编号
管段实长（米）
管段计算长度（米）
管段没线流量Q沿（升/秒）
1-2
2-3
……
==
（3）求节点流量Q节
节点流量等于连接在节点上所有管段没线流量之和的一半，即
计算方法可列表进行，见表3。
表3
节点编号
与节点连接的管段
（升/秒）
Q节=（升/秒）
1
……
3管网水力计算
若系枝状管网，水力计算比较简单，即根据各节点流量，便可按的条求出各管段流量，然后按平均经济流速确定管径，计算各管段水头损失。
若系环状管网，则水力计算可按下列步骤进行：
（1）流量分配
根据最大用水时水泵及水塔供水量以及管网各节点的出流量（包括大用户的集中流量），可按节点流量平衡条件即进行初步的流量分配（先假定水流方向）求出各管网流量。
（2）选管径
在各管段计算流量确定之后，可利用水力计算表（给排水设计手册第册）、按平均经济流速选管径，平均经济流量一般在大管径（d>400毫米）时采用1-1.5米/秒；在小管径时为0.6-1米/秒）。
当流量很小时，按平均经济选出的管径大小，此时应按通过消防消防流量的要求选取最水管径。
通过消防流量的最小管径规定如下：
小城市d=100mm
中等城市d=100-150mm
大城市d=150-200mm
本设计最小管径可取d=100mm（或d=150mm）；此外在选管径时，还应考虑通过最大转输流量的可能，并适应留有发展余地。
因此在供水分界线附近及某远地区的管径可适应放大。
输水干管的连络管径与输水管相同，也可小于输水干管管径的20-30%，如d输=250mm，其联络管<200mm
（3）计算阻抗值S
由各管段的管径和长度，计算出相应的阻抗值S=Kα1，比值α值和修正系数K可由《管渠水力计算表》查出（见给水排水设计手册第二册）。
（4）计算水头损失h
按照初步分配的各管段流量和计算得出的阻抗值，由公式h=Sq2,计算出各管段的水头损失值；也可根据各管段计算流量和管径，由水力计算表查I值，按公式h=i1计算水头损失。
当每一环的水头损失代数和，即各环闭合差不超过0.3-0.5米，而从管网起点至管网络点的闭合差，即大环闭差不超过1.0-1.5米时，则管网可不再进行平差；如果闭合差大于上述数字，则必须进行管网平差。
（5）管网平差
管网平差就是将管网中的流量进行调整，使超负荷管段的流量减少，而欠负荷管段的流量增加（但必须满足的条件），直至各环的闭合差达到允许的范围以内这止。
环网平差计算可列表计算（参照“教材”57页表6-6），也可在环网示意草图上直接进行平差计算（参照“教材”63页图6-11）。
本设计最好两种方式都用上，若时间来不及，则要求“最高用水时”用表格计算，“校核计算”用简化法平差。
平差计算所得的各管段水头损失值，是决定水塔高度和水泵扬程的依据。
在管网水力计算中需注意下列事项：
（1）
如果所设计的管网为对置水塔，则应首先确定在最大用水水泵供水区和水塔供水区的分界线，该分界线可用下列公式计算：
Lp=Lt=……………………（7）
式中：
LP和Lt-各为水泵和水塔供水的管网管段长度（米）；
Qp和Qt-各为水泵和水塔供水的水量（升/秒）；
Q比-比流量（升/秒/米）。
（2）从水厂至管网的输水管若有两条，则应将环状连接部份作为一个环，在平差中一起进行计算。
（3）根据上述第
（2）点的要求，通过计算已决定水塔与管网的连接管的直径及水头损失，并使它们所组成的环的闭合差在允许的范围之内。
五、确定水塔高度、二泵站扬程及管网各节点的水压
1．确定水塔高度及二泵站扬程
（1）网前水塔的管网
①水塔高度：
Ht=Hc+
式中:
Hc——供水区最不利点（控制点）所需的自由水头（米）；
——从水塔所在地的地面标高（米）；
Zt——水塔所地地的地面标高（米）；
ZC——控制点的地面标高（米）。
（2）最大用水时二泵站扬程：
二泵站应保证供水至水塔，故扬程为：
Hp=（Zt-Zb）+Ht+Ho+H吸+h站…………………………（9）
式中：
Zb——水泵轴线标高（米）；
H0——水塔中不柜的最大水深（米）；
H输——输水管水头损失（米）；
H吸——水泵吸水几何高度（米）；
H站——泵站内吸，压水管水关损失（米）。
其余符号意义同前
最大用水加消防用水时水泵扬程
Hp=lo+………………（10）
式中：
lo——低压制消防管网在失火地点应保证的自由水头（米）；
——消防时由管网起点到失火地点的总水头损失（米）；
Zn——失火地点的地面标高（米）。
（2）水塔设在管网末端时（对置水塔）
对置水塔的管网，在最大用水时存在着供水分界线。
最不利点一般在供水分界上。
①水塔Ht，高度其计算公式与公式（8）相同。
②最大用水时水泵扬程
HP=（Zc-Zb）+Hc+……………………（11）
式中符号意义同前
③最大转输时水泵扬程
H``p=（Zc-Zb）+Hc+……………………（12）
——最大转输时管网的水头损失（米）；
h`输——最大转输时输水管网损失（米）。
其余符号意义同前
最高用水加消防时水泵扬程可以按公式（10）计算。
1．计算干管各节点上的实际自由水头
在求出水塔高度与水泵扬程之后，便可计算干管上各节点的实际自由水头，以便校核各节点实际自由水压是否满足要求。
计算时可参照表4进行，最后绘制该干管的水力坡度线图。
某干管节点自由水头计算表4
节点编号
各管段水头损失（米）
标高（米）
自由水头
（米）
水坡线
地面
１
２
…
六、对图纸和说明书的要求
在城市总平面图上用粗线绘制给水干管的布置以及水厂、水塔、工厂等大用户的位置，在图上还应标注各节点编号，各管段的管长、管径，并附有图例及说明。
水力坡度线图沿主要水流方向从水泵到管网最不利点选定一条干管，绘出在各水头线，在图上需注明节点处水坡度线图（即节点水头）地面标高以及管段长度，管径等。
在节点细部图上应详尽地绘出每个节点的闸门，管配件及尺寸等，此图可不按比例绘出。
以上三线图纸，要求每人必须完成，此外还有一张等水压线图，作为选作内容。
总平面图用铅笔在大小相同的另一张白色绘图纸上绘制。
其它几张图可按3号图的尺寸用铅笔绘制。
说明书的格式可参考本指导书的次序或《城市给水管网计算》一书的次序编写其基本的内容包括三部分：
1．设计任务及原始资料；
2．设计计算；
3．设计体会及必要的说明。
此外在说明书中应说明采取的管材，管道埋深，管道接口方法等。
要求说明书写得简明扼要，文字清楚通顺，以10－15页为宜。
七、参考书
1．给水工程（上册）第二版）1987年全国统编教材
2．城市给水管网计算阿勃拉莫天编，屠人俊译
3．室外给水设计规范（ＴＪ１３－７４）
4．给水排水设计手册第二册《管渠水力计算表》中国建筑工业出版社（1975）
5．给水排水设计手册第一册《常用资料》中国建筑工来出版社（1986.7）
6．给水排水设计手册第三册《城市给水》中国建筑工业出版社（1985）
分区
五
20-40
10-25
2.5-2.0
45-60
25-40
2.0-1.8
85-120
55-90
1.8-1.5
140-180
100-140
1.7-1.4
18-210
140-180
1.5—1.3
四
40-60
25-40
2.5-2.0
60-90
40-70
2.0-1.8
95-130
65-100
1.8-1.5
150-190
120-160
1.7-1.4
190-220
q50-190
1.5-1.3
三
35-55
10-35
2.5-2.0
60-85
40-65
2.0-1.3
95-130
65-100
1.8-1.5
140-180
110-150
1.7-1.4
185-215
140-130
1.5-1.e
二
20-40
10-25
2.5-2.0
45-65
30-45
2.0-1.8
90-125
60-95
1.8-1.5
140-180
100-140
1.7-1.4
180-210
140-180
1.5-1.3
一
20-35
10-20
2.5-2.0
40-60
20-40
2.0-1.8
85-120
55-90
1.8-1.5
130-170
90-125
1.7-1.5
170-200
130-170
1.5-1.3
用水情况
最高日（升/人/日）
平均日（升/人/日）
时变化系数
最高日（升/人/日）
平均日（升/人/日）
时变化系数
最高日（升/人/日）
平均日（升/人/日）
时变化系数
最高日（升/人/日）
平均日（升/人/日）
时变化系数
最高日（升/人/日）
平均日（升/人/日）
时变化系数
给水设备类型
室内无给水排水
卫生设备从集中给水龙头取水
室内有给水龙头
但封锁卫生设备
室内有给水排水卫生设备但无沐浴设备
室内有给水排水卫生设备和沐浴设备
室内给水排水卫生设备并有沐浴设备和集中热水供应
注：
（1）本表所列用水量已包括居住区内小型公共建筑用水量，但未包括浇洒道路、大面积绿化及全市性的公共建筑用水量。
（2）选用用水量标准时，应根据所在分区内的当地气候条件、给水设备类型、生活习惯和其他足以影响用水量的因素确定。
（3）第一分区包括：
黑龙江、吉林、内蒙古的全部，辽宁的大部分，河北、山西、陕西的偏北的一小部分，宁夏偏东的一部分。
第二分区包括：
北京、天津、河北、山东、山西、陕西的大部分，甘肃、宁夏、辽宁的南部，河南北部，青海偏东和江苏偏北的一小部分。
第三部分包括：
上海、浙江的全部，江西、安徽、江苏的大部分，福建北部、湖南、湖北的东部、河南南部。
第四部分包括：
广东、台湾的全部，广西的大部分，福建、云南的南部。
第五部分包括：
贵州的全部，四川、云南的大部分，湖南、湖北的西部，陕西和甘肃在秦岭以南的地区，广西偏北的一小部分。
（4）其它地区的生活用水量标准，根据当地气候和人民生活习惯等具体情况，可参照相似地区的标准确定。
城市（或居住区室外消防用水量）附录2
人口数（万人）
同一时间内的火不
次数
一次灭火用水量（升/秒）
全部为一、二层建筑物
一、二层及二层以上建筑物或二层以上的建筑物
11以下
1．0-2.5
2.5-5.0
5.0-10.0
10.0-20.0
20.0-30.0
30.0-40.0
40.0-50.0
1
1
2
2
2
2
2
3
10
10
20
25
10
15
25
35
40
55
70
80
注：
（1）城市室外消防用水量包括居住区、工厂、仓库（包括堆场）和民用建筑的室外消防用水量。
当工厂、仓库、民用建筑的室外消防用水量超过上表规定时，仍应确保其室外消防用水量。
（3）人数超过50万的城市，在同一时间内的火灾次数和一次灭火用水量，应根据具体和实际资料确定。
工厂、仓库和民用建筑同时发生火灾次数附录3
名称
基地面积
（公顷）
附有居住区人数
（万人）
同时发生的火灾次数
备注
工厂
工厂
工厂
仓库
民用建筑
100以下
100以下
100以上
>100
不限
<1.5
>1.5
<1.5
>1.5
不限
1
2
2
1
按需水量地大的一座建筑物（或堆场）计算
工厂、居住区各考虑一次
按需水量最大的两座建筑物（或堆场）计算
按需水量最大的一座建筑物（或堆场）计算
室外消防一次灭火用水量附录4
耐
火
等
级
建筑物名称和火灾危险性
建筑物体积（米3）
≤1500
1501-3000
3001-5000
5001-20000
20001-50000
>50000
一次灭火用水量（升/秒）
一
厂房
甲、乙丙
丁、戊
10
10
10
15
15
10
20
20
10
25
25
15
30
30
15
35
40
20
库房
甲、乙丙
丁、戊
15
15
10
15
15
10
25
25
10
25
25
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