给水管网课程设计说明书太理.docx
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给水管网课程设计说明书太理
《城市给水管网》课程设计
说
明
书
学院:
环境科学与工程学院
专业班级:
给排水
姓名:
学号:
时间:
2016年1月
《城市给水管网课程设计说明书》
一、设计题目:
L市给水管网初步设计
二、原始资料:
1、条件图:
1:
5000城市平面图
2、城区总人口:
11.2万人;
城市总面积:
320.07公顷,
城市人口密度:
350人/公顷;
3、城市居住房屋的室内卫生设备情况:
有给水、排水和淋浴设备;
4、城市中房屋的平均层数为:
5层
5、工业用水情况:
城市中有两个工业企业,其位置见城市平面图
(1)企业甲:
3班制(0-8,8-16,16-24),冷车间3000人/d,热车间2700人/d,淋浴1500人/班,生产用水量4000m3/d;
(2)企业乙:
2班制(8-16,16-24),冷车间2400人/d,热车间2000人/d,
淋浴2100人/班,生产用水量3700m3/d;
6、工程地质及水文地质:
城市土壤种类:
轻质压粘土;
地下水位深度:
6.0米;
冰冻线深度:
1.2米。
7、水源取自城市河流的上游。
8、城市用水量变化曲线及时变化系数。
时变化系数:
Kh=1.82;
城市用水量变化系数曲线如下图所示
时间
0-1
1-2
2-3
3-4
4-5
5-6
6-7
7-8
8-9
9-10
10-11
11-12
占最高日用水量百分数
1.92
1.85
1.84
1.85
3.51
3.96
4.77
4.71
4.71
4.79
4.87
4.87
时间
12-13
13-14
14-15
15-16
16-17
17-18
18-19
19-20
20-21
21-22
22-23
23-24
占最高日用水量百分数
4.93
4.63
4.57
5.25
5.91
6.73
7.59
4.55
3.84
3.67
2.82
2.4
三.工程概述
L市是一个位于二分区,总人口为11.2万的中小型城市,地势比较平坦,整个城区的地势差大约为14m。
东北外侧通过一条高速公路,城市内中下部有一条自西向东的河流,水量充沛,水质良好,经严格的勘测和试验,可以作为生活饮用水水源,将净水厂设在城区外、靠近河流上游的合适位置。
该城市整体形态为矩形,街区布置比较均匀,划分面积相差不大。
此外,该城市中甲、乙企业、用户对水质和水压无特殊要求,因此采用同一给水系统。
L市给水管网的布置取决于该市的平面布置、水源、调节构筑物的位置、大用户的分布等。
考虑的要点主要有:
(1)延伸方向应和二级泵站到大用户方向保持一致,干管间距采用500-800m
(2)管和干管之间有连接管形成环状网,连接管的间距为800~1000m。
(3)管按照规划道路定线,尽量避免在高级路面或重要道路下通过。
(4)管尽量靠近大用户,减小分配管的长度。
(5)管上尽量通过大流量,设置大管径,减小管道事故的发生。
(6)求以最短距离铺设管线,降低管网的造价和供水能量费用。
(7)水管线走向要符合城市和工业企业的规划要求,沿现有道路铺设,有利于施工和维护。
8)城区外、河流上游距离河流约1000m处建议地表净水厂,免受洪水威胁;水厂所处位置应不占农田,并考虑长远发展,水厂面积留有余地;水厂距离城区较近,节省输水管道费用;水厂附近应交通便利,靠近电源,市政管网完善。
屋平均层数为5层,则取最小服务水头为24m。
在本工程设计中,L市的输水管和配水管统一采用球墨铸铁管,配水管网共设7个环。
四.城市用水量确定
1、设计用水量的组成
(1)综合生活用水量,包括居民生活用水和公共建筑设施用水。
(2)工业企业生产和工作人员生活淋浴用水量。
(3)消防用水量。
(4)市政用水量,主要指浇洒道路和绿地用水量。
(5)未预见水量与管网漏失水量。
2设计用水量的计算
2.1最高日用水量Qd确定
由设计资料所给平面图算出L市居民用地面积(扣除河流河滩与甲、乙企业)为320.07公顷,总人口数为11.2万人。
已知L市位于二区,查《室外给水设计规范》(GB50013-2006)综合生活用水定额(L/cap·d)得到,最高日综合生活用水定额为(150~240)L/cap·d综合考虑后,将最高日综合生活用水定额取为200L/cap·d,用水普及率定为90%。
2.1.1综合生活用水量Q1
Q1=qNf
式中,q——最高日生活用水量定额m3/(d·cap)
N——设计年限内计划人口数
f——自来水普及率,%
则Q1=qNf=0.2×11.2×104×90%=20160m3/d=233.33L/s
2.1.2工业生产用水和工作人员生活淋浴用水量Q2
基础资料
企业甲:
3班制(0-8,8-16,16-24),冷车间3000人/d,热车间2700人/d,
淋浴1500人/班,生产用水量4000m3/d;
企业乙:
2班制(8-16,16-24),冷车间2400人/d,热车间2000人/d,
淋浴2100人/班,生产用水量3700m3/d;
工业生产用水量Q21=Q甲1+Q乙1=4000+3700=7700m3/d=89.12L/s
工作人员生活淋浴用水量Q22:
由《室外给水设计规范》(工业企业内工作人员的生活用水量,应根据车间性质确定,一般可采用25~35L/(人·班),热车间取35L/(人·班),冷车间取25L/(人·班),其时变化系数为2.5~3.0。
工业企业内工作人员的淋浴用水量,应根据车间卫生特征确定,一般可采取40~60L/(人·班)。
基础资料未给出冷热车间具体淋浴人数,故取平均50L/(人·班)。
a、企业甲:
·工作人员生活用水量Q23:
Q23=Q23热+Q23冷=2700×0.035+3000×0.025=169.5m3/d=1.96L/s
·工作人员淋浴用水量Q24:
Q24=3×1800×0.050=270m3/d=3.125L/s
b、企业乙:
·工作人员生活用水量Q25=Q25+Q25=20000.035+24000.025=130m3/d=1.5L/s
·工作人员淋浴用水量Q26:
Q26=2×2100×0.050=210m3/d=2.43L/s
Q22=Q23+Q24+Q25+Q26=169.5+270+130+210=779.5m3/d=9.02L/s
则工业生产用水和工作人员生活淋浴用水量Q2:
Q2=Q21+Q22=7700+779.5=8479.5m3/d=98.14L/s
2.1.3浇洒道路和绿化用水量Q3
a、浇洒道路和绿化总面积计算
浇洒道路总面积计算采用分区间接算法,通过L市总面积的算出,减去各居住区的面积,即可得到浇洒道路.
由基础资料了解到,Z市居民用地面积S0(扣除河流河滩与甲、乙企业)为226.06公顷。
浇洒道路面积为总面积减去居住面积S1=S-S0=320.07-225.05=95.02公顷,绿化面积为总面积的10%即S2=10%S=0.1*320.07=32公顷
L市城市平面图居住区分区面积(ha)计算表
编号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
面积
2.84
1.92
1.53
1.62
2.26
3.11
2.55
1.74
3.85
4.24
3.83
3.20
3.69
4.08
4.40
1.52
2.55
1.24
1.97
编号
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
面积
3.74
3.13
2.88
2.42
2.79
2.99
3.45
3.87
2.11
2.32
3.73
3.60
3.75
2.62
2.01
1.95
3.36
3.56
1.93
编号
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
面积
2.91
4.09
1.95
1.75
3.39
3.29
1.87
2.27
2.63
7.12
6.93
4.45
1.08
3.33
2.77
0.76
2.44
4.47
4.30
编号
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
面
4.13
1.58
2.26
4.15
3.93
3.86
3.94
3.43
1.64
2.30
4.22
3.99
4.00
3.68
3.35
3.86
0.58
总
225.05
b、浇洒道路用水量Q31和绿化用水量Q32计算
由《室外给水设计规范》(GB50013-2006)4.0.6条:
浇洒道路面积用水以1.0~2.0L/(m2·d),每天2.0L-3.0L计算;绿地用水可取1.5~4.0L/(m2·d)计算。
在本设计中,考虑到L市是中小型城市,故取浇洒道路面积用水为1.0L/(m2·d),2次。
绿地用水取2.0L/(m2·d)进行计算。
Q31=2.0×S1=2.0×95.02×104×10-3=1900.4m3/d;
Q32=2.0×S3=2.0×32×104×10-3=640m3/d;
Q3=Q31+Q32=1900.4+640=2540.4m3/d=29.40L/s
2.1.4未预见水量与管网漏水量Q4
由《室外给水设计规范》(GB50013-2006)2.0.8条:
城镇的未预见用水量及管网漏失水量可按最高日用水量的15%~25%合并计算。
本设计中取Z市的未预见用水量及管网漏失水量系数为20%,
Q4=0.2×(Q1+Q2+Q3)=0.2×(20160+8479.5+2540.4)=6235.9m3/d
=72.18L/s
2.2最高日用水量Qd
Qd=Q1+Q2+Q3+Q4=1.2(20160+8479.5+2540.4)=37415.94m3/d=433.05L/s
2.3最高日平均时用水量确定
=Qd/24=37415.9/24=1559m3/h
2.4最高日最高时用水量Qh确定
在此设计中,已知时变化系数为Kh=1.82,则最高日最高时用水量Qh为:
Qh=KhQd/24=1.82×37415.9/24=2837.4m3/h=788.16L/s
2.5、企业最高日最高时集中水量Q集确定
由《室外给水设计规范》(GB50013-2006)2.0.4规定:
工业企业内工作人员的生活用水时变化系数宜采用2.5~3.0,淋浴用水量按美版延续用水1小时确定变化系数。
故取车间生活用水时变化系数为3,淋浴时间均为1小时。
取生产用水变化系数为1.0,。
a、企业甲的集中流量按最高日最高时计算:
Q集甲=270+3×169.5+4000=4778.5m3/d=55.31L/s
b、企业乙的集中流量按最高日最高时计算:
Q集乙=210+3*210+3700=4540m3/d=52.55L/s
Q集=Q集甲+Q集乙=4778.5+4540=9318.5m3/d=107.85L/s
2.6、消防用水量确定
消防用水量应由同一时间内的火灾起数和一起火灾设计流量确定。
已知L市的总人口数为11.2万,通过查表得到,Z市同一时间的火灾次数为2次,一次灭火用水量为45L/s。
Q=90L/S
五.给水系统方案选择
1、给水管网环境分析
L市的地势自西北向东南方向逐渐降低,地形起伏不大,且不呈现狭长分布,故宜采用统一给水系统。
内部居住区、道路分布整齐,容易划分区域,故给水管网宜采用环状网分布形式,从而增加供水的安全性。
下部有一条东西走向的河流经过,将整个城市大致分为上下两个区域,故可考虑以河流作为分界线进行分区供水。
2、净水厂选择原则
地表水作为水源地时,其水质必须符合《地表水环境质量标准》的相关规定,饮用水水质需进一步符合《生活饮用水卫生标准》。
(1)水厂应选择在地质条件好的地方。
(2)厂应尽量避否则应考虑免受洪水威胁,否则应考虑防洪设施。
(3)厂应尽量设置在交通方便、靠近电源的地方,以利于施工管理和降低输电线的造价。
(4)取水点距离用水区较近时,水厂一般设置在取水构筑物附近;当取水点距离用水区较远时,水厂选择有两种方案:
一是将水厂设置在取水构筑物附近,二是将水厂设置在利用水区较近的地方。
此外,由《室外给水设计规范》(GB50013-2006)3.1.4条:
用地表水作为城市供水水源时,其设计枯水流量的保证率,应根据城市规模和工业大用户的重要性选定,一般采用90%~97%。
在本设计中,净水厂宜选择地表水作为水源,位置应选在靠近L市城市外侧河流的上游地段,设计枯水流量的保证率定为95%。
六.管网定线
1、管线布置要求
(1)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。
(2)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。
(3)尽量缩短管线长度,节约工程投资与运行管理费用。
(4)协调好与其他管道、电缆和道路工程的关系。
(5)保证供水具有适当的安全可靠性。
(6)尽量减少拆迁,少占农田。
(7)管渠的施工、运行和维护方便。
(8)远近期结合,留有发展余地,考虑分期实施的可能性。
2、定线原则
(1)干管延伸方向应和二级泵站输水到水池、水塔、大用户的水流方向一致。
(2)按主要流向确定接近平行的布置的干管条数和干管位置。
(3)干管之间的间距应采用500~800m。
(4)干管和干管之间的连接管使管网形成了环状网,连接管的间距在800~1000m。
(5)综合考虑分期建设、发展情况以及经济技术、安全等因素。
(6)管网中的附属设施:
①在供水范围内的道路下需敷设分配管,以便把干管的水送到用户和消火栓。
分配管的直径至少为100mm,大城市采用150~200mm。
②干管每隔400~600m设阀门,每隔80~120m接消火栓。
3、城市平面图地形分析
L市位于河流的两边,河流的流向与地势从高到低的走势相近,皆为自西向东,居民区沿着河流两岸分布较为集中,甲企业位于城区内河流的上游段,乙企业位于河流的另一侧,离河流较远。
考虑到供水的安全性和保证水质的目的,可以将地表水取水构筑物建在河流的上游,并在地质稳定的合适位置建净水厂。
并考虑到经济性因素,净水厂应尽量靠近城区,给水管网布置需要充分利用地形进行供水。
4、管网定线设计
综合考虑L市的地理条件和管网建设的经济技术性要求,结合管网定线的要求与原则,对该城区的给水管网布置进行如下设计。
(1)利用重力流,将取水厂设在河流的上游。
(2)供水的总体走向为自西向东,以保证甲、乙企业大用户的用水需求。
(3)为保证供水的安全,以河流两岸为界限,将L市整个城区划分为7个小环,布置成环状网。
(4)尽量在总流向、靠近大用户附近布置大流量管道,以减少拐弯带来的水头损失,且在工程经济方面节约成本。
(5)将泵站尽量布置在地势较高的高水坡上,充分利用重力自流,减小沿程水头损失。
(6)考虑到L市的近远期发展,某些管道单侧供水。
(7)给水管道沿道路布置,出于检修方便,尽量避免在重要道路下面布置。
详细情况请见附图。
七.城市最高日用水量变化曲线
时间
0-1
1-2
2-3
3-4
4-5
5-6
6-7
7-8
8-9
9-10
10-11
11-12
占最高日用水量百分数
1.92
1.85
1.84
1.85
3.51
3.96
4.77
4.71
4.71
4.79
4.87
4.87
时间
12-13
13-14
14-15
15-16
16-17
17-18
18-19
19-20
20-21
21-22
22-23
23-24
占最高日用水量百分数
4.93
4.63
4.57
5.25
5.91
6.73
7.59
4.55
3.84
3.67
2.82
2.4
4、泵站供水方式确定
给水管网最高日用水量以后,通过供水设计,使最高时用水量得到满足。
(1)供水管网设计流量Qs:
Qs=Qh=KhQd/86.4=788.16(L/s)
(2)L市只有一个水源地,宜采用单水源给水管网系统。
在本设计中,由于L市为中小型城市,故在给水管网中设置水塔,设计泵站供水曲线要求的具体要求是:
①将管网供水泵站的设计供水量分为两级:
高峰供水时段(4点~22点)分为一级
低峰供水时段(22点~4点)分为一级。
②泵站各级供水量尽量接近用水量,减小水塔的调节容积,一般各级供水量可取相应时段用水量的平均值。
一级为2.12%
二级为4.85%
③必须使泵站24小时供水量之和与最高日用水量相等。
④分级供水时,应注意根据分级情况选择合适的水泵,以及水泵机组的合理分配,尽量满足目前和近远期用水量增长的需要
5.清水池和水塔容积计算
清水池与水塔调节容积计算表
小时
给水处理
供水量(%)
供水泵站供水量(%)
清水池调节容积
计算(%)
水塔调节容积(%)
设置水塔
不设水塔
有水塔
无水塔
(1)
(2)
(3)
(4)
(2)-(3)
(2)-(4)
(3)-(4)
0~1
4.17
2.12
1.92
2.05
2.25
0.20
1~2
4.17
2.12
1.85
2.05
2.32
0.27
2~3
4.16
2.12
1.84
2.04
2.32
0.28
3~4
4.17
2.12
1.85
2.05
2.32
0.27
4~5
4.17
4.85
3.51
-0.68
0.66
1.34
5~6
4.16
4.85
3.96
-0.69
0.2
0.89
6~7
4.17
4.85
4.77
-0.68
-0.6
0.08
7~8
4.17
4.85
4.71
-0.68
-0.54
0.14
8~9
4.16
4.85
4.71
-0.69
-0.55
0.14
9~10
4.17
4.85
4.79
-0.68
-0.62
0.06
10~11
4.17
4.85
4.87
-0.68
-0.7
-0.02
11~12
4.16
4.85
4.87
-0.69
-0.71
-0.02
12~13
4.17
4.85
4.39
-0.68
-0.22
0.46
13~14
4.17
4.85
4.63
-0.68
-0.46
0.22
14~15
4.16
4.84
4.57
-0.68
-0.41
0.27
15~16
4.17
4.85
5.25
-0.68
-1.08
-0.40
16~17
4.17
4.85
5.91
-0.68
-1.74
-1.06
17~18
4.16
4.85
6.73
-0.69
-2.57
-1.88
18~19
4.17
4.84
7.59
-0.67
-3.42
-2.75
19~20
4.17
4.85
4.55
-0.68
-0.38
0.30
20~21
4.16
4.85
3.84
-0.69
0.32
1.01
21~22
4.17
4.85
3.67
-0.68
0.5
1.18
22~23
4.17
2.12
2.82
2.05
1.35
-0.70
23~24
4.16
2.12
2.40
2.04
1.76
-0.28
累计
100.00
100.00
100.00
12.28
14
1.72
(1)清水池容积W清水池确定
a、调节用水量W1
当给水管网中设置水塔时,清水池调节容积为第5列所有正值之和,则调节容积为12.28(%)
W1=k1×Qd=12.28%×37415.9=4595m3
b、消防用水量W2、给水处理系统生产自用水量W3和安全储备水量W4
·消防用水量W2:
L市总人口数为11.2万,则确定同一时间内的火灾次数为2次,一次灭火用水量为45L/s。
火灾延续时间按2h计,故火灾延续时间内所需总用水量为:
W2=2×0.045×3600×2=648m3
·给水处理系统生产自用水量W3(一般取最高日用水量的5%~10%,在本设计中,取5%):
W3=5%×37415.9=1870m3
·安全储备水量W4(按照W1、W2、W3之和的10%):
W4=10%×(W1+W2+W3)=10%×(4595+648+1870)=711.3m3
W清水池=1.1*(W1+W2+W3)=1.1×(4595+648+1870)=7824.3m3
由《室外给水设计规范》(GB50013-2006)条:
清水池的个数或分格数不得小于2个,并能单独工作和分别泄空;在有特殊措施能保证供水要求时,亦可修建1个。
本设计采用修建相等容积的清水池2个,以便清洗或检修时不间断供水。
在本设计中,选择使用有效容积为4595m3矩形钢筋混凝土清水。
清水池的尺寸:
底部为30.4×30.4m2,高为5m。
H1=7824.3/(2×30.4×30.4)=4.23m,考虑安全储量高度,再加上0.52m,则清水池容积为W=30.4×30.4×4.75=4389.76m3取4400m3
为保证清水池消防用水不被动用,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直径为10mm的小孔,水位降低至小孔,则进气使生活供水泵停止工作。
(2)水塔容积W水塔确定
调节流量为1.72%所以不设水塔
八.管段设计流量计算
为了提高计算精度和合理性,按面积分配沿线流量。
确定供水管是单侧供水还是双侧供水,鸿业软件自动生成汇水面积。
创建块,链接块,按块分配流量,即可得到管段设计流量。
九.管网平差
给水管网按最高日最高时用水流量进行设计,管段管径、水泵扬程都是按此时的工况设计的。
虽说它们一般都能满足供水要求,但有一些特殊情况,它们不一定能保证供水,因此还要进行消防和事故校核。
平差要求:
各环闭合差均小于0.5m。
9.1反算水源压力
9.1.1平差计算依据和结果
平差计算依据和结果
1、平差类型
反算水源压力
2、计算公式
柯尔-勃洛克公式
1.0/λ^0.5=-2.0*lg[k/(3.7*D)+2.5/(Re*λ^0.5)]
Re=V*D/ν
计算温度:
10℃ν=0.000001
3、局部损失系数:
1.20
4、水源点水泵参数:
无参数
5、管网平差结果特征参数
水源点编号
节点流量(L/s)
节点压力(m)
1
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