长安大学给水管网课程设计.docx

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长安大学给水管网课程设计

管道系统（Ⅰ）课程设计

设计说明书

一．前言

1.设计题目：

陕西H市新区给水管网初步设计

2.设计项目的性质

本次课程设计的设计项目为陕西H市新区给水管网系统初步设计。

主要服务对象为该新区生活用水和工业生产用水及职工生活、淋浴用水，兼顾消防功能，不包括市政用水和农业用水。

3.设计规模

给水管网服务范围东至西禹高速公路，南至小曲沟，西至山体，北至泌水河。

设计水平年为2030年，规划人口4.7万人，供水普及率100%。

近期：

2017年—2020年；远期：

2021年—2030年。

4.设计内容

（1）水量计算；

（2）管网定线与平面布置；

（3）各工况水力计算；

（4）制图与设计说明。

5.设计依据

依照本项目相关区域概况及对设计的相关要求，参照相关给水设计规范及手册，进行设计。

设计参考书

建设单位提供的本工程的有关资料和设计任务书

《室外给水设计规范》（GB50013-2006）

《消防给水及消火栓系统技术规范》（GB50974-2014）

《水源工程与管道系统设计计算》中国建筑工业出版社2006年3月

《给水排水设计手册（第二版）》第三册《城镇给水》

《给水排水计算机应用（第二版）》.人民交通出版社2016年10月

《给水工程》（第四版）教材

6.主要设计资料

（1）地面标高在1985国家高程基准427m-515m，地势比较平坦，平均坡度小于2%。

土壤冰冻线在地面以下0.6m。

（2）给水管网服务范围东至西禹高速公路，南至小曲沟，西至山体，北至泌水河。

（3）近期：

2017年—2020年；远期：

2021年—2030年。

（4）供水水源：

为H市自来水公司在黄河大街南端建加压泵站供水。

（5）城区建筑的设防为7度设防，重要机构及场所为8度设防。

根据《中国地震动参数区划图》，一般建设工程抗震防设要求：

地震动峰值加速度G为0.15g，地震动反应谱特征周期S（中国硬场地）为0.40s。

1.设计区远期规划平面图1张，图上标有设计地面高程，工业企业及街区布置，水体分布与风向玫瑰图。

城区内建筑物按六层考虑。

消防供水必须满足控制火灾蔓延的基本要求，及时扑救火灾。

2.设计水平年为2030年，规划人口4.7万人，供水普及率100%。

3.城区最高建筑物高度规划六层，即自由水压满足28m。

4.工业企业设计水平年用水量资料表见表1；

新区综合生活用水逐时变化见表2。

表1.工业企业生产、生活用水资料：

厂名

生产用水

职工生活用水

日用水量m3/d

逐时变化

班制

总人数

热车间人数

每班淋浴

人数

污染程度

A厂

3000

均匀

三班（6点起始）

3000

600

800

一般

B厂

2500

均匀

二班（7点起始）

2000

300

400

一般

C厂

1500

均匀

三班（8点起始）

1000

100

200

一般

D厂

1000

均匀

三班（9点起始）

800

0

200

一般

合计

8000

注：

企业内职工生活用水按均匀考虑，淋浴时间在下班后一小时

表2.综合生活用水（包括居民生活用水和公共建筑用水）逐时变化表：

时间

占全天用水量%

时间

占全天用水量%

时间

占全天用水量%

时间

占全天用水量%

0～1

0.36

6～7

7.11

12～13

5.60

18～19

7.00

1～2

0.36

7～8

7.81

13～14

5.12

19～20

6.11

2～3

0.35

8～9

5.87

14～15

5.34

20～21

2.50

3～4

0.44

9～10

6.10

15～16

5.38

21～22

2.42

4～5

2.15

10～11

5.78

16～17

5.28

22～23

1.20

5～6

5.42

11～12

6.04

17～18

5.69

23～24

0.57

二．原始资料分析说明

1.设计对象区域概况

陕西H市位于黄河中游，地处陕西东部，距省会西安244公里。

南与合阳县接壤，西、北与黄龙，宜川县毗邻，东隔黄河与山西省河津、万荣县相望。

新区位于黄土台原及河谷地带，地面标高在1985年国家高程基准427米—515米，地势比较平坦，平均坡度小于2％。

由于西临山体，东至黄河谷地，因此园区内整体地势为西高东低。

新区属暖温带半干旱大陆性季风气候区，其特点是：

四季分明，光热充足．热量丰富，降水偏少，东西差异明显。

年平均气温为13.5℃，最高气温为42.3℃，最低气温为-14.8℃，无霜期平均为208天。

多年平均降水量为589.7毫米。

土壤冰冻深度在地面以下0.6m。

新区内部道路山主干路、次干路和支路三级组成（见路网规划蓝图）。

由主干路形成“五横四

纵”的骨架路网系统。

“四横”为规划一纬路、规划三纬路、规划五纬路和规划七纬路；“四纵”为规划一经路、规划三经路，黄河大街和108国道。

主干路：

作为骨架路网，承担对外交通联系的功能，红线宽30-60米。

次干路：

主干路的重要补充，在交通上起集散交通作用，又兼具生产、生活性服务功能，规划红线宽度16-20米。

支路：

布置在公共设施集中区，主要承担步行交通的功能，规划红线宽度10米。

规划绿地232.65公顷，占建设用地的34.61％。

是体现新区生态化特色的必要保障。

其中，公园绿地49.85公顷，占建设用地的7.42％;防护绿地182.8公顷，占规划建设用地的27.2％。

2.设计供水概况

设计水平年为2030年，规划人口4.7万人，供水普及率100%。

近期：

2017年—2020年；远期：

2021年—2030年。

主要服务对象为该新区生活用水和工业生产用水及职工生活、淋浴用水，兼顾消防功能，不包括市政用水和农业用水。

3.主要工业性质

该新区主要有A、B、C、D四个工厂，有热车间，工业用水由生产用水和职工生活用水两部分组成。

三．给水要求与标准

1.给水要求

由于该区域设有高低压两套管道，故从黄河大街分为两部分，西部为高区，东部为低区，分别由高低压两套管道供给。

供水水压要求：

高区最高日最大时、事故时最小自由水压（最不利配水点）为14米，低区最高日最大时、事故时最小自由水压（最不利配水点）为28米。

消防最小自由水压（最不利配水点）为10米。

供水水质要求：

满足饮用水水质标准即可。

供水水量要求：

设计供水量由综合生活用水（包括居民生活用水和公共建筑用水）、工业企业用水、浇洒道路和绿地用水、管网漏损水量、未预见用水和消防用水六项。

其中浇洒道路和绿地用水由中水供给，不计入给水管网。

2.给水标准

供水水质应满足《生活饮用水卫生标准》GB5749-2006。

根据《消防给水及消火栓系统技术规范》（GB50974-2014）可知，4.7万人的消防校核为同一时间内发生火灾2次，每次用水量为30L/s。

四．给水系统的选择

该系统为单水源，由于该市新区地形起伏、高差较大，且工业企业用水对水质、水压无特殊要求，故采用分区给水系统；

由于水塔调节容积过大，经济造价高，故不设水塔；

为保证供水安全性和可靠性并考虑地区发展，故采用环状给水管网。

五．给水系统设计工程内容

1.不同工况时管网的水量水压要求

（1）最高用水时

（2）最高时+消防

（3）最大转输时

（4）事故时

2.附属构筑物

清水池：

为调节水厂供水量与用户用水量之间的差额，故设置清水池。

为保证供水安全，故本工程共设有1个清水池，并加隔墙进行分格。

总调节容积为6240m³，总有效容积为5600m³

每个清水池的尺寸为40

40

3.9m³。

有效深度为3.5m，超高0.3m，底泥层0.1m。

3.主要设备和材料

每个节点处设置检修阀门，采用D371X（H、F）型蜗轮传动对夹式蝶阀；

消火栓型号为SA100/65-1.6，室外消火栓每隔120m设一个；

进水口形式为承插弯管，出水口形式为内扣外螺纹式。

管材：

采用球墨铸铁管，最小管径为DN200，其余标准管径为：

DN200、DN300、DN400。

接口：

管材连接采用承插连接，三通、四通、大小头、90˚弯头均采用铸铁材料。

4.管道基础

由于该区土质为湿陷性黄土，管道基础为带状混凝土基础。

具体做法如下：

先夯实素土，再铺一层三七灰土，再铺100mm厚混凝土。

管道系统（Ⅰ）课程设计

设计计算书

一.城区最高日用水量计算

城市最高日用水量包括综合用水、工业企业生产用水及职工生活用水及淋浴用水、未预见用水和管网漏失水量，由于市政用水采用中水，故不计入。

1.最高日综合用水量

该市的设计水平年为2030年，设计年人口数N=47000，自来水普及率f=100%。

该区位于陕西省东部，属于二区中小城市。

根据该地区人口规模和经济状况，查《室外给水设计规范》（GB50013-2006），确定最高日综合生活用水定额为200L/cap∙d，则最高日综合用水量：

（m3/d）

2.工业企业用水量

根据《工业企业设计卫生标准》，工厂职工生活用水量采用一般车间每人每班25L，高温车间每人每班35L计算，淋浴用水按一般车间每人每班40L，高温车间每人每班60L计算；该新区共有A、B、C、D四厂，根据其用水资料计算。

（1）生产用水

高区区内有A、B两家工厂，两家工厂的日用水量分别为：

A厂：

q11=3000m3/d

B厂：

q12=2500m3/d

两家工厂生产日用水量为q1’=q11+q12=5500m3/d

低区区内有C、D两家工厂，两家工厂的日用水量分别为：

C厂：

q13=1500m3/d

D厂:

q14=1000m3/d

两家工厂生产日用水总量为q1’’=q13+q14=2500m3/d

则：

四家工厂生产日总用水量为q=q1’+q1’’=q11+q12+q13+q14=8000m3/d

（2）职工生活及淋浴用水

工业企业内工作人员生活用水量和淋浴用水量可按《工业企业设计卫生标准》。

其中，A厂总人数3000人，热车间人数600人

B厂总人数2000人，热车间人数300人

C厂总人数1000人，热车间人数100人

D厂总人数800人，热车间人数0人

生活用水量一般车间采用每人每班25L，高温车间采用每人每班35L。

A厂:

（m3/d）

B厂：

（m3/d）

C厂：

（m3/d）

D厂:

（m3/d）

高区职工生活用水量q2’=q21+q22=134（m3/d）

低区职工生活用水量q2’’=q23+q24=46（m3/d）

职工生活总用水量q2=q2’+q2’’=q21+q22+q23+q24=180（m3/d）

淋浴用水定额一般车间采用40（L/人·班），高温车间采用60（L/人·班）。

其中：

A厂每班沐浴人数800人

B厂每班沐浴人数400人

C厂每班沐浴人数200人

D厂每班沐浴人数200人

A厂:

（m3/d）

B厂：

（m3/d）

C厂：

（m3/d）

D厂:

（m3/d）

高区职工淋浴用水量为q3’=q31+q32=146（m3/d）

低区职工淋浴用水量为q3’’=q33+q34=50.04（m3/d）

职工淋浴总用水量为q3=q3’+q3’’=q31+q32+q33+q34=196.04（m3/d）

由此，

高区工业企业用水量：

Q2’=q1’+q2’+q3’=q11+q12+q21+q22+q31+q32=5780（m3/d）

低区工业企业用水量：

Q2’’=q1’’+q2’’+q3’’=q13+q14+q23+q24+q33+q34=2596.04（m3/d）

工业企业总用水量为：

Q2=Q2’+Q2’’=q1+q2+q3=8376.04（m3/d）

（3）管网漏失水量

根据《室外给水设计规范》（GB50013-2006），城镇配水管网的漏损水量宜按综合生活用水、工业企业用水及浇洒道路和绿地用水水量之和的10%～12%计算，本设计中采用12%。

由于浇洒道路和绿地用水由中水系统供给，此计算不考虑，则管网漏失水量为：

Q3=（Q1+Q2）*12%=（9400+8376.04）*12%=2133.12（m3/d）

高区Q3’=（50%Q1+Q2’）*12%=1257.60（m3/d）

低区Q3’’=（50%Q1+Q2’’）*12%=875.52（m3/d）

（4）未预见水量

根据《室外给水设计规范》（GB50013-2006），城镇配水管网的未预见水量应根据水量预测时难以预见因素的程度确定，宜采用综合生活用水、工业企业用水、浇洒道路和绿地用水及管网漏失水量之和的8%～12%计算，本设计中采用中值10%。

由于浇洒道路和绿地用水由中水系统供给，此计算不考虑，则未预见水量为：

Q4=（Q1+Q2+Q3）*10%=（9400+8376.04+2133.12）*10%=1990.92（m3/d）

高区Q4’=（50%Q1+Q2’+Q3'）*10%=1173.76（m3/d）

低区Q4’’=（50%Q1+Q2’’+Q3'’）*10%=817.16（m3/d）

（5）消防用水

设计规范规定，消防时是指火灾发生在最高日最高时，所以其用水量是最高日最高时加上消防所需的用水量。

根据《建筑设计防火规范》，人口在5万人，同一时间发生2次火灾，一次灭火用水量为30L/s；火灾持续时间为3h;在本设计中的总人口为4.7万，故采用此标准。

城市消防用水量为：

Q5=3×30=90L/s

（6）最高日设计流量

Qd=Q1+Q2+Q3+Q4=9400+8376.04+2133.12+1990.92=21900.08m3/d

高区Qd’=50%Q1+Q2’+Q3’+Q4’=12911.36m3/d

低区Qd’’=50%Q1+Q2’’+Q3’’+Q4’’=8988.72m3/d

（7）管网设计流量（最高日最大时流量）

通过对Q1、Q2、Q3、Q4最高日内不同时段流量的计算，得到每小时用水量及百分比，见表1，由此获得最高日内各小时用水量占当日用水总量的百分比，并求得时变化系数：

所以,最高日最大时水量为：

通过对高、低区最高日内不同时段的流量计算，得到每小时用水量及百分比，见表2表3，由此获得高、低区最高日最大时用水量。

高区：

低区：

（8）道路浇洒及绿化用水量

市政用水主要是浇洒道路和绿地用水，根据《室外给水设计规范》（GB50013-2006），浇洒道路和绿地用水量应根据路面、绿化、气候和土壤等条件确定。

浇洒道路用水可按浇洒面积以2.0～3.0L/（m2·d）计算；浇洒绿地用水可按浇洒面积以1.0～3.0L/（m2·d）计算。

规划绿地232.65公顷。

本设计中浇洒道路和绿地用水按浇洒面积以2.0L/（m2·d）计算。

则市政用水量为：

（9）最高日用水量变化曲线

将以上计算结果进行整理，根据所得最高日逐时用水量计算总表（附表1），及高区（西区）、低区（东区）最高日逐时用水量计算表（附表2、附表3），绘制出最高日用水量变化曲线，及高区（西区）、低区（东区）最高日用水量变化曲线。

依此确定二级泵站的供水曲线，二级泵站的供水曲线图和相应的最高日用水量变化曲线一致。

并由此结合所求得的数据，可求得一、二级泵站的设计流量。

总用水量及高区（西区）、低区（东区）的最高日逐时用水量变化曲线，如图所示。

二.附属设施及构筑物的设计

1.泵站设计流量的确定

（1）一级泵站设计流量

一级泵站为一天24小时连续工作制，平均供水，水厂自用水系数

，故其设计流量为：

m3/d

（2）二级泵站设计流量

由于水塔调节容积很大，经济造价高，管理维护不便等诸多问题，在目前设计中，水塔已较少使用。

由于管网没有设置水塔，为了保证所需的水量和水压，水厂的输水管和管网应按二级泵站最大供水量，即最高日最高时用水量计算。

2.调节构筑物——清水池设计

由于水厂的取水构筑物和净水厂规模是按最高日平均时设计的，而配水设施则需满足供水区的逐时用水量变化。

为了调节一、二级泵站的供水量的差额，故在一、二级泵站之间设置清水池。

（1）清水池的有效容积

清水池有效容积按下式计算：

W=W1+W2+W3+W4

其中W1-----调节容量（m3），根据清水池调节容积表计算；

W2-----消防贮量（m3），按3h火灾延续时间计算；

W3-----水厂自用水量（m3），等于最高日用水量的5%~10%；

W4-----安全储量（m3）。

（1）调节容积W1：

（清水池调节容积计算表见表4）

根据清水池调节容积表可知，清水池在不设水塔时的调节容积W1：

W1=13.85%×Qd=13.85%×21900.08=3033.16m3/d

（2）消防贮量W2：

根据《建筑设计防火规范》，该市新区消防用水量定额为30L/s，同时火灾次数为2次，消防历时3h；则

W2=3×3.6×30×2=648m3

（3）水厂自用水量W3：

取最高日用水量的8%计

W3=8%×Qd=21900.08×8%=1752.01m3

（4）安全储量W4：

为防止清水池被抽干，威胁供水安全，应设0.2-0.3米安全水深。

本设计取0.3米安全水深。

（2）清水池个数和尺寸

为满足供水安全性、可靠性，保证清水池的日常维护和供水的连续性，设置1座清水池并采用分格的方式分为两格，确保检修清洁时供水的可靠性。

整体形状设为正方形，取有效水深为3.5m

故清水池的面积为：

清水池设为正方形，边长

在清水池中央处设置一隔墙，墙上带有阀门的连接管将清水池的两格相连，便于清水池的清洁与检修。

综上：

安全储量：

W4=40×40×0.3=480m3

池壁设计时，为保证供水安全，加0.3m超高

考虑生产使用实际情况，设计0.1m底泥层

故，清水池尺寸为：

40

40

3.9m3，设1座

清水池有效容积：

W=40×40×3.5=5600m3

总调节容积：

W’=40×40×3.9=6240m3

三.管网设计

该新区水源为H市自来水公司，在黄河大街南端建加压泵站供水。

该区地形起伏、高差较大，且工业企业对水质、水压无特殊要求，故采用分区给水方式。

城市消防给水和生活给水采用统一管道系统。

由于水塔容积过大，经济造价高，管理维护不便，故不设水塔。

考虑到城区发展及供水的安全、可靠性，本设计采用环状管网的布置形式，管线走向和位置应符合城市区域规划和企业发展的要求，尽可能沿现有的道路或规划路线铺设，以利于施工和维护。

1.管网定线

（1）管线尽量缩短，以节省开支，干管间距一般取500~800m。

（2）干管应尽可能布置在两侧有较大用户的道路上，以减少配水支管数量。

（3）尽可能考虑近远期相结合和分期实现的可能性。

综上所述，结合地形特点，管网定线环数为高区4个，低区4个。

具体定线、节点编号和基环编号见管线平面布置蓝图。

2.给水方案确定及流量分配

设计区域内最高点与最低点高差过大，统一给水无法同时满足区域内各用水点水压要求，因此，以黄河大街为界将H市新区分为两部分，并通过高压管道和低压管道对其分区供水。

高低区供水设计水量根据用水人口及相应工业布局分配，高低区人口各占总人口的50%。

高区（西区）设计水量为：

Qd’=12911.36m3/d

低区（东区）设计水量为：

Qd’’=8988.72m3/d

3.比流量的计算

由于干管和分配管上接出很多用户支管，沿管线配水，水管既有大流量用水单位，又有数量多但水量较少的居民用水。

故计算时对实际情况加以简化，即假定用水量均匀分布在全部干管上，计算比流量：

式中：

----比流量，L/（s.m）;

Q----管网总用水量，L/s;

---大用户集中用水量总和，L/s;

----干管总长度，m；不包括穿越广场、公园等无建筑物地区的管线；只有一侧配水的管线，长度按一半计算。

本设计中，高区（西区）等效管线总长度为：

6620m

低区（东区）等效管线总长度为：

7520m

因此比流量计算可得：

（7—8时为用水量最高时）

高区（西区）：

qs’=0.019654m3/d

低区（东区）：

qs’’=0.016163m3/d

集中流量：

A厂：

L/s

B厂：

L/s

C厂：

L/s

D厂：

L/s

4.沿线流量的计算

沿线流量计算按下式计算：

其中：

α为配水系数

高区（西区）管段沿线流量计算见表5.

低区（东区）管段沿线流量计算见表6.

5.节点流量的计算

将与节点关联的管段沿线流量乘以1/2折算到此节点，再加上该节点的集中流量，即得到该节点的节点流量。

高区（西区）节点流量计算见表5.

低区（东区）节点流量计算见表6.

四.管网平差

1.管段流量初始分配

流量分配的目的是用以初步确定管网各管段的流量，据此确定管径，然后进行管网平差。

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，即

。

（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。

2.最大时管网平差的计算

（1）管网手工平差计算

手工进行高区（西区）最高日最大时管网平差计算，平差结果见表7.

（2）管网电算平差计算

步骤：

编制程序需要的输入文件（*.txt）,进行电算，根据电算结果文件（*-*.txt）调整管径，重新计算至满意为止，修订原始数据表。

具体平差过程见表8.

由平差结果可看出，经过流量的校正，每个管段的管径都在经济流速范围之内，故此时的管网满足最大时工况要求。

管网平差的目的在于求出水源节点的供水量、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况的要求，就必须进行其他用水条件下的核算，以确保供水安全性和稳定性。

由于本工程不设置水塔，因此只进行消防时管网核算和最不利管段发生事故时管网核算。

3．最大时加消防的校核

由于给水系统是独立的，高区和低区应分别进行平差，故消防流量应按各自区域人口来设置。

高、低区各占50%人口，即每区23500人，则消防流量取20L/s，同一时间火灾发生次数为1次。

在外加流量按最高时管网初分流量方向不变的基础上分配到相应管段，在设置失火点的控制节点（高区为节点，低区为节点）对应管段需在原初分流量的基础上叠加相同流向的消防集中流量。

具体平差过程见表9.

4.事故时管网的校核

事故时假设断高区（西区）最不利管段为-，低区（东区）最不利管段为-，设计流量按将最大时各管段的初分流量乘以折减系数0.7计算。

在计算机中利用管段流量分配原始数据进行管网平差计算，管网电算平差计算的步骤、要求与最大时管网平差相似，得出事故时管网平差电算数据结果。

具体平差过程见表10.

由平差结果可看出各管段的流速基本全在经济流速内，故管道在发生事故工况下也是安全的。

五.管网平差各工况水力计算