管网课设说明书.docx

1、管网课设说明书摘要本设计包括给水系统、污水系统及雨水系统三部分。给水工程为城市和工矿企业的一个重要基础设施，必须保证以足够的水量、合格的水质、充裕的水压供应生活用水、生产用水和其他用水。给水系统设计步骤：根据规划情况估算最高日最高时用水量，进行管网定线，计算管段设计流量、管径和水头损失；最高时环状网平差计算；确定泵站装置；分别进行不利管段事故时和消防时校核，然后根据上述计算，算出最高时各节点水压，绘制平面布置图。排水工程在环境保护、保障人民健康和经济上有重要意义。排水系统根据对生活污水、工业废水和雨水的不同排除方式所形成的排水系统称作排水体制。排水体制一般可分为两种类型：合流制和分流制。本设计

2、根据当地地形特点和经济状况，采用雨水、污水分流制。设计步骤：分别对污水和雨水系统进行管网定线；然后根据各自服务面积或汇水面积计算管段流量；确定管径、坡度及埋深，最后根据计算结果绘制污水管道纵剖面图。关键词：设计流量，给水系统，排水系统，雨水系统，管网定线第一章 工程概况一、地理位置福州经济技术开发区位于福建省闽江出海口的马尾，位于东经11937，北纬2559。西距福州19公里，东至闽江口17公里，马尾港不仅是闽东南和闽江流域腹地的主要货物集散地，而且是目前全国唯一集国家级经济技术开发区、保税区、高科技园区和台商投资区于一体的开发区域。快安延伸区于1993年1月经国务院批准成为福州开发区的首期延

3、伸区。它东接马尾旧镇、西至鼓山隧道、南临闽江、北靠快安山麓，与南台岛、长乐营隔江相望，开发面积5.6平方公里。延伸区地势平坦，交通便捷，依山傍水，风景秀丽，辟有工业小区、高科技园区、第三产业开发区、旅游风景区和生活居住小区，是一个理想的多功能、综合性的投资新区。二、自然条件1）规划区的范围规划区的范围是规划图（远期）所绘制的全部区域，总面积约为180.6ha，如果扣除福马路的面积，则实际规划区域面积约为166.6ha。全区用水人口约为2.8万人。由于快安延伸区的用水主要以工业为主，工业性质是技术密集的轻型加工工业，可以通过节约用水的途径减少工业用水量。在福马路以南的区域内，快安大道以东的地区是

4、居民生活区，面积约65.3公顷；以西的地区是工厂和生产区，面积约46.8公顷。在福马路以北的区域内，安宁路以东的地区是居民生活区，面积约125.16公顷；以西的地区是工厂和生产区，面积约29.22公顷。假定在各自的区域内，人口分布、用水、污水排放量的分布是均匀的。2）地形整个规划区以前大部分为农业用地，后经吹沙造地形成地面高程在黄海高程6.0m左右的平地。北片现为一些自然村，中片已都建设成工业区，南片部分已吹沙造地，同时也存在一些自然村。总的地势是北高南低，西高东低。3）气候快安延伸区属亚热带海洋性气候，年平均气温19.6，极端最高气温39.8，极端最低气温-1.2。冬短夏长，全年以七月为最热

5、，平均气温28，由于海风长驱直入，比市区气温低23，全年无霜期达326天，多年平均降水量1342mm，最大日降水量270.3mm。降雨集中在49月，每年56月为梅雨期，降雨量可占全年的3540，79月为台风暴雨期，每年平均23次台风影响本地区。49月份的降雨量可占全年雨量的7077。常年风向多为东南风，气候温和，雨量充沛。4）水文快安延伸区处于马尾区的西端，南临闽江，北靠鼓山山脉，山地22.4平方公里的雨水汇入排洪渠排入闽江。闽江年最高潮水位黄海高程6.48m，最大潮差4.26m，平均潮差3.72m,平均高潮位黄海4.51m，平均低潮位黄海0.76m，百年一遇高潮水位黄海7.02m。5）地质

6、快安延伸区地质构造处在中国东南沿海新华系第二复式隆起带东缘，福州盆地的东侧，属闽江口溺谷海湾型游砂堆积，第四系厚度一般为3040m，每平方米土壤承载力为58T。部分为丘陵地带，每平方土壤承载力为20T以上。6）地震快安延伸区位于福建沿海长乐诏安深大断裂带北段，属于该段的泉州汕头强震活动带北段，为中等地震潜在震源区，在未来100年内具有发生大于5.5级以上地震的危险性。第二章 给水工程规划一、用水量的计算为在最大限度上满足城市综合生活用水以及工业企业用水等城市各方面水量需求，用水量按最高日最高时设计。由于生活区和工业区的用水性质及用水负荷不相同，对应于相同配水长度其实际用水量并不一致，且相差甚远

7、，故二者应分别计算。由地形图可知，生活区总面积约为90.46ha，工业区总面积约为76.02ha。尽管拟定南区和北区分区供水，但由于经济、工业、地理等条件差别不大，可假定两区的人口分布、用水量都是均匀的。下面分别计算：1）生活区最高日最高时设计用水量由于生活区并没有工业企业，故用水量仅包括城市综合生活用水量、浇洒道路和绿化用水量、未预见水量和管网漏失水量以及消防用水量。A.城市最高日最高时综合生活用水量（包括公共设施生活用水量）：按照室外给水设计规范（GB50013-2006）表4.0.3-2 综合生活用水定额，因快安区位于福州（福州市人口为600万，为特大城市），且属于经济开发区，最高日用水

8、定额取400L/（capd），时变化系数采用1.3，则：B.浇洒道路和绿化用水量：将占总面积8%的公共绿地面积以及15%的道路面积平均分配到生活区以及工业区。则：生活区 道路面积 绿化面积每天浇洒道路一次。城市浇洒道路用水量定额取为3.0；绿化用水量定额取为3.0。则：C.未预见水量和管网漏失水量D.消防用水量：消防用水量按两处同时着火考虑，一次灭火用水量为25L/s，则E.生活区最高日最高时设计用水量：2）工业区最高日最高时设计用水量A.城市最高日最高时综合生活用水量(包括公共设施生活用水量)：用水量定额以及时变化系数与生活区相同。B.工业企业生产用水量：已假定工业用水全年用水均匀，每天各时

9、段用水量也均匀，故不考虑时变化系数。C.工业企业职工生活用水量：由于区内工业企业属于轻度污染型和无污染型企业，工业企业内的工作人员生活用水量按一般车间考虑，采用25L/（cap班），每班之间用水均匀。时变化系数取为3.0，不考虑淋浴用水。D.浇洒道路和绿化用水量：与生活区计算类似，则：道路面积 绿化面积E.未预见水量和管网漏失水量：F.消防用水量：消防用水量按两处同时着火考虑，一次灭火用水量为25L/s，则G.工业区最高日最高时设计用水量：二、管网的设计与计算快安延伸区管网布置及设计计算按远期规划考虑。全区用户的进水管压力一般保证在20以上。该区管网以环状网为主，本着统一规划，分期建设，近远期

10、结合的原则进行布置。考虑到福马路是一级公路，破路困难，因此本区管网在入口处以福马路为界，分为两根干管分别进入以福马路为界的南区和北区。近期重点建设南区；随着北片的工业发展，在远期重点建设北区。在规划区的外缘道路下的给水管按照单侧供水考虑，福马路两侧的道路下的管道也按照单侧供水考虑。1. 计算总用水量：最高日最高时总用水量为2.在图纸上布置管网。给水管网布置依据以下原则进行：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；1）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；2）尽量缩短管线长度，节约工程投资与运行管理费用；3）协调好与其他管道、电缆和道路等

11、工程的关系；4）保证供水具有安全可靠性；5）尽量减少拆迁，少占农田；6) 管渠的施工、运行和维护方便；7) 远近期结合，留有发展余地，考虑分期实施的可能性。A.输水管渠定线由于水厂和给水区域相隔较近，且地形平坦，所以可按照最小长度管路定输水管渠。B.给水管网定线由于规划地区属于经济开发区，供水安全性要求高，因此必须采用环状网。福马路为高速公路，属于一级公路，破路困难，因此本区管网在入口处以福马路为界，分为两根干管分别进入福马路为界的南区和北区。整个供水区域地形较为平坦，但供水区域为狭长型。所以可沿快安延伸区的走向布置干管，街道在干管设置连接管，形成环状管网。在福马路南北两侧各有一根主干管。管线

12、均匀的分布于整个给水区域。给水管网布置如图1.1。3.节点流量计算根据居民区和生产区的分布分别计算最高用水时的比流量。由于生产区与生活区用水比例不同，因此采用对应于两区不同的用水量。其计算见附表1.1。 区域划分南生活区北生活区南工业区北工业区流量(L/s)100.63 38.77 265.04 165.48 配水长度(m)4296.16 2114.90 3282.13 2061.48 比流量(L/sm)0.023 0.018 0.081 0.080 表1.1 给水规划比流量计算表福马路两侧的主干管、边缘地区的管道视为单侧供水。另外，靠近铁路、磨溪明渠的管段也是单侧给水。按照管段配水长度分配沿

13、线流量，两侧无用水的输水管，配水长度为零，单侧用水管段的配水长度取其实际长度的50%，只有当管段两侧全部配水时管段的配水长度才等于其实际长度。具体区域比流量见上表1.1。4.给节点编号，计算沿线流量节点编号与管段编号如附图1。沿线流量为比流量与配水长度的乘积。具体结果见附表1.15.计算节点流量本给水规划中，在节点处无集中流量，只有沿线流量或供水流量。运用水力等效原则，将管段沿线配水流量一分为二分别转移到管段两端节点上，据此计算出各节点流量。详细计算见附表1.1。节点设计流量可参见大图给水规划。6.初步分配管段流量实践表明，管段设计流量分配对整个系统的优化的经济性影响是不显著的，主要是影响供水

14、系统的安全性。理论上严格意义的优化实际上是不可能的。根据经验进行分配流量是可行的。通常应遵循下列原则进行管段设计流量分配：1）目的性：从水源或多个水源（指供水泵站或水塔等在最高时供水的节点）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去；2）经济性：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（如通向密集用水区或大用户的管段）分配较多的流量，向次要供水方向分配较少的流量，特别要注意不能出现逆向流（即从远离水源的节点向靠近水源的节点流动）；3）可靠性：应确定两条或两条以上的主要供水方向，如从供水泵站至水塔或主要用水区域等，并且应在各平行供水方向上分配

15、相接近的较大流量，垂直主要供水方向的管段上也要分配一定的流量，使得主要供水方向上管段损坏时，流量可通过这些管段绕道通过。根据环状管网管段设计流量分配的原则，综合考虑供水的经济性与安全性，对管段流量进行初步分配，然后根据管网选择经济流速，综合考虑其它因素，确定管径。分配和计算结果见附表1.1。7.最高日最高时工况的平差计算采用哈代克罗斯水头平差法对最高日最高时工况进行平差计算和水力分析。首先列出组成各环的管段编号，顺时针为正，逆时针为负，以便求闭合差时明确方向。然后再通过平差计算出各管段的流量和压降，最后计算出各节点的水头和自由水压。由于南北两区分开，所以我们可以分别计算。允许的闭合差为0.01

16、m，使用海曾威廉公式计算水头损失，Cw=110。设计工况的平差计算见附表1.2；节点设计工况水力分析计算结果见附表1.3。平差计算就是直接求解线性化的环能量方程组，并通过迭代计算逐步逼近环能量方程组的最终解。其一般步骤是：初分流量，使其满足连续性方程组；计算各环的水头闭合差，并判断水头闭合差是否均小于最小允许闭合差；如果不满足，利用哈代克罗斯算法公式计算环流量；将环流量施加到环内所有管段，得到新的管段流量，转到2）步骤，直到闭合差均小于最小允许闭合差；计算管段压降、流速，用顺推法计算各节点水头，最后计算节点自由水压。三、选泵完成设计工况水力分析后，泵站扬程可以直接根据其所在管段的水力特性确定。

17、设泵站位于管段i，该管段起端节点水头为HFi，终端节点水头为HTi，该管段沿程水头损失为hfi，管道局部水头损失为hmi，则泵站扬程由两部分组成，一部分用于提升水头，即HTiHFi,另一部分用于克服管道水头损失，即hfihmi,所以泵站扬程可用下式计算：Hpi=(HTiHFi )+(hfihmi) (m)管道沿程水头损失可以根据管段设计流量（即泵站设计流量）和管径等计算，局部水头损失一般可以忽略不计。有了泵站设计扬程和流量，则可以进行选泵和泵站设计，但要注意，选择水泵的扬程一般要略高于泵站的设计扬程，因为还要考虑泵站内部连接管道的水头损失（一般可假定为2m水损）。同时，所选的泵必须保证满足三种

18、工况的要求，即设计时工况、消防时工况、最不利管段事故时工况，且正常工作的多数时段水泵在高效段运行。南区最高时设计总流量为342.61L/s，所需泵站扬程经计算为30.96m。根据此流量和扬程选择300S32型单级双吸离心泵三台，两用一备，并联运行。北区最高时设计总流量为226.42L/s，所需泵站扬程经计算为35.58m。根据此流量和扬程选择300s58B型单级双吸离心泵两台，一用一备，并联运行。采用相同的泵型，互为备用，可提高供水安全性。南区和北区所选水泵具体参数如下表所示： 表1.2 水泵参数北区南区水泵型号300S58B300S32高效段流量范围504835t/h612900t/h高效段

19、扬程范围47.237m3630m转速1450r/min1450r/min高效段效率范围73807781电机功率132Kw110Kw高效轴功率范围88.8108kw7586kw四、管网的校核1、消防校核给水管网设计流量未计入消防流量，所以一般需要进行消防校核。消防校核一般采用水头校核法，计算原理就是在原有的流量条件下，在控制点上加上消防流量，随之改变各管段流量，然后平差，得到各节点水头，判断各节点水头是否满足消防服务水头。消防校核分南北两个区分别校核，消防时按照两次同时着火考虑，南北各一处，南、北区消防流量为每处25L/s。北边的控制点为节点（23），南区的控制点为节点（18）。具体平差过程及水

20、力分析结果见附表1.4及附表1.5。从表可以看出，计算出来的各节点水头和水压既能满足最小服务水头，同时使水损不是很大，从长期运行的角度讲是比较合理的。同时可以看到，一台300S58B型泵工作能够满足北区消防流量与扬程的要求。两台300S32型泵并联工作能够满足南区消防流量与扬程的要求。且两台泵均在高效段工作。2、事故校核管网事故是不可避免的，故应该进行事故校核。一般按照最不利事故工况进行校核。事故校核通常也采用水头校核法。事故校核也应当考虑分区计算，北区事故校核时考虑损坏10号管，由于断管之后，整个管的配水长度考虑为零，则整个管网的节点流量发生变化，从而管段的分配流量关系也得改变，故各管段的流

21、量要进行重新分配，流量区设计工况的70。流量重新分配见附表1.6.。然后进行平差，达到要求的服务水头为止。平差时少一个环。其计算过程和最高时工况相同，故不赘述。事故校核平差见附表1.7。事故校核结果见附表1.8。水力计算时选取的控制点南区为节点（3），北区为节点（34）。从表可以看出，计算出来的各节点水头和水压既能满足最小服务水头，同时使水损不是很大，从长期运行的角度讲是比较合理的。同时可以看到，一台300S58B型泵工作能够满足北区事故流量与扬程的要求。两台300S32型泵并联工作能够满足南区事故流量与扬程的要求。第三章 排水工程规划一、污水工程规划1.污水量计算由于污水来源为各部分用水考虑

22、排放系数后的排放量，故污水量计算也与用水量相对应，分生活区及工业区计算。1） 生活区污水量计算由于生活区污水主要来源只有城市综合生活用水，故生活区污水设计总流量即为生活区城市综合生活污水量。按室外排水设计规范（GB50014-2006）规定，取排放系数为0.9。故，生活区平均日污水量为：2） 工业区污水量计算A. 城市综合生活平均日污水量： B. 工业废水设计流量： C. 工业企业职工生活污水量： D. 城市污水平均日设计总流量：由于污水量最高时不会同时出现，故污水量最高时并不具备连续性。但为了方便计算，以下考虑最高时同时发生进行简化设计。2.污水管网设计及计算A. 在平面图上布置污水管道，给

23、检查井编号，划分计算管段。具体布置方案如附图2。其中各街坊中按左起对角线以上为始顺时针编号。B. 划分各管段的服务街区，对排水所涉及的街区编号并计算面积。一般按照“就近收集和按照坡度收集”的原则划分服务面积。C. 计算各管段设计流量计算各管段设计流量时，应注意管段的服务街区内比流量的划分以及相对应的面积，而不用平均比流量计算。因为对于污水量计算，生活污水，工业废水所对应的总变化系数并不相同。为了使计算更加精确，分开计算。具体管段设计流量的计算见附表2.1。D. 污水管水力计算涉及污水管水力计算的参数有以下几个：1.设计充满度污水管道应按非满管流设计，原因如下：污水流量是随时变化的，而且雨水或地

24、下水可能通过检查井盖或管道接口渗入污水管道。因此，有必要保留一部分管道内的空间，为未预见水量的增长留有余地，避免污水溢出而妨碍环境卫生。污水管道内沉积的污泥可能分解析出一些有害气体，需留出适当的空间，以利管道内的通风，排除有害气体。便于管道的疏通和维护管理。2.设计流速根据国内污水管道实际运行情况的观测数据并参考国外经验，室外排水设计规范（GB50014-2006）规定污水管渠在设计充满度下最小设计流速为0.6m/s，明渠最小设计流速为0.4m/s。而对于管径最大流速，相关规定指出：金属管道的最大设计流速为10m/s，非金属管道的最大设计流速为5m/s。3.最小管径为了养护工作的方便，规定采用

25、允许的最小管径。在居住区和厂区内的污水支管最小管径为200mm,干管最小管径为300mm。在城镇道路下的污水管道最小管径为300mm。在进行管道水力计算时，由管段设计流量计算得出的管径小于最小管径时，应采用最小管径值。4.最小设计坡度参照给水排水管网系统（第二版）表9.9考虑最小设计坡度。5.污水管道埋设深度为了保证污水管道不受外界压力和冰冻的影响和破坏，管道的覆土厚度不应小于一定的最小限值，即最小覆土厚度。污水管道最小覆土厚度一般应满足下述三个因素的要求：防止管道内污水冰冻和因土壤冰冻膨胀而损坏管道防止地面荷载而破坏管道满足街区污水连接管衔接的要求综合以上因素，污水规划中，考虑控制点埋深为1

26、.40m（所有点的埋深均不小于该值），覆土厚度一般控制在12m。最大埋深可至6.00m。6.污水管道的衔接管道衔接时要遵守两个原则：其一，避免上游管道形成回水，造成淤积；其二，在平坦地区应尽可能提高下游管道的标高，以减少埋深。本设计中管道衔接采用管顶平接。（具体水力计算参见附表2.1及2.2）3.绘制污水管道平面图和纵剖面图污水管道平面图见大图P2，纵剖面图见附图二、雨水工程规划1.暴雨强度公式及相关参数选择设计暴雨重现期P=1年。暴雨强度公式为： 综合径流系数取为0.6。考虑该区降雨特征及地形条件，取折减系数m=1.5。降雨历时：，地面雨水集流时间： =12min2.雨水管网设计及计算A.

27、划分排水流域和管道定线B. 划分设计管段C. 对排水所涉及的街区编号并计算面积（计算图见附图）D. 求单位面积径流量E. 列表计算（见附表3.1）2. 绘制雨水管道平面图和纵剖面图第四章 结论和建议一、结论1. 给水管网设计所选泵型能够满足各工况下最不利管段正常运行，故能满足供水需求。2. 排水管道剖面布置如附图所示。采用分流制进行污水及雨水设计。二、建议希望老师的课设题目能够再贴近现实一些，可以减少系数，参数的告知，多让同学们自己去发觉，这样应该更有意义。参考文献1.给水排水管网系统 中国建筑工业出版社2.给水排水设计手册 中国建筑工业出版社3.室外给水设计规范（GB50013-2006）4.室外排水设计规范（GB50014-2006）附表汇总：附表1.1 给水管网流量分配计算表附表1.2 给水管网平差计算表附表1.3 给水管网设计工况水力分析表附表1.4 给水管网消防校核平差附表1.5 给水管网消防校核水力分析附表1.6 给水管网事故校核流量分配附表1.7 给水管网事故校核平差附表1.8 给水管网事故校核水力分析附表2.1 污水管网管段流量分配附表2.2 污水管网水力计算表附表3.1 雨水管网水力计算表附图汇总：附图1 给水管网计算图附图2 污水管网计算图附图3 污水主干管剖面图附图4 雨水管网计算图