某城镇给水和污水工程课程设计

给水设计一、设计任务D区城市现状布局不够合理，基础设施较差，公用设施与工业和住宅建设不配套，给水管网简陋，生活用水普及率较低，因此，拟对其总体规划，对各项配套设施进行配套调整，对原供水管网进行彻底改造，按近期规划建立统一给水管网，生活普及率达100%，水厂建于城区西南端。二、设计资料（1）生活用水量aD区近期规划人口为15万；b生活用水标准100/人·d；c生活用水普及率按100%考虑；d职工用水量和淋浴用水量按生产用水量15%计算；e经济因素f=1考虑楼房为六层最高用水百分数5.88%（2）工业生产用水量11000m/d，管段工业集中用水量按面积近似计算；（3）市政用水量按（1）（2）两项之和的3%~5%计算；（4）公建用水量按（1）（2）两项之和的5%~15%计算；（5）未预见用水量按（1）（2）（3）（4）之和的15%~25%计算；（6）水厂自身用水量按(1)(2)(3)(4)的5%~10%计算；（7）该市用水量变化情况可参照供水条件相近的相邻B市逐时用水量曲线，日变化系数约1.32，时变化系数可按B市用水量变化曲线（见附图）算；三、设计依据1城市总体规划图2用水量逐时变化曲线3室外给水工程设计规范4给水排水设计手册5有关的教材与其他工具书四、设计方案及思路方案：为保证城镇的供水安全，减少事故管段对整个管网系统的影响，主要才去环状管网的布置形式布置管道；对周边郊区和未开发或在开发区采用树状管网的布置形式布置管道。由高向低的大体方向布置管道。步骤：按成镇管网布置图，绘制计算草图，对节点和管段顺序编号，并标明管段长度和节点地形标高；按最高日最高时用水计算节点流量，并在节点旁引箭头，注明节点流量。大用户的集中流量也标注在相应节点上。在管网计算草图上，将最高用水时由二级泵站和水塔供入管网的流量（指对置水塔的管网），沿各管段计算流量预分配，定出各管段的计算流量。根据所定出的各管计算流量和经济流速，选取各管段的管径。计算各管段的水头损失h及各个环内的水头损失代数和∑h。若∑h超过规定值（即出现闭合差△h）,须进行管网平差，将预分配的流量进行校正，以使各个环的闭合差达到所规定的允许范围之内。按控制点要求的最小服务水头和从水泵到控制点管线的总水头损失，求出水塔高度和水泵扬程。根据管网各节点的压力和地形标高，绘制等水压线和自由水压线图。思路：根据现有的D市总体规划和道路平面规划图，布置四个管网，水厂到管网的输水管线采用双管，以保障供水的可靠性，城市规划人口为15万人，属于小型城镇，用户较为集中在城镇中心，则给水管道工程采用统一系统，二郊区则主要工业用地和仓库用地，从经济方面考虑应布置中心地区为环状管网，郊区为树状管网，该市的经济因素按f=1考虑，自由水压按最不利点处为六层楼房计算，即控制点的最小服务水头为28m，生活用水标准为100/人·d，生活用水普及率按100%考虑。对任一节点来说，流入该节点的流量必须等于流出该节点的流量。环状管网任一闭合环路内，水流为顺时针方向的各管段水头损失之和应等于水流为逆时针方向的各管段的水头损失之和。五、设计计算过程1布置输配水管网，如图1所示2计算最高日设计用水量，确定最高日最高时用水量（1）生活用水量综合生活用水量：N1——近期规划人口数capqd——采用的最高日居民生活用水定额L/（cap·d）工厂职工用水和淋浴用水量：∴生活用水量：工业生产用水量：Q2=11000（m3/d）市政有水量：公建用水量：未预见用水量：∴城镇最高日设计用水量：城镇最高日最高时设计用水量：3计算管段沿线流量和节点流量（1）配水干管计算长度：∑L=17180m（单侧配水其计算长度按实际长度的一半算，双侧配水管，按实际长度计算）(2)集中供应工业用水流量：（2）配水干管比流量（3）沿线流量计算管段1~7的沿线流量为：各管段的沿线流量计算见表1各管段的沿沿线流量计算算表1管段编号管段长度（m)管段计算长度（mm)长度比流量[L//(s.m))]沿线流量(L/ss)0—17000—258760—118761—78760.5*876==43843814.05981—213751375137544.13751—128260.5*825==41341313.25732—887587587528.08752—3376376*0.5==1881886.03483—13800800*0.5==40040012.843—4626626*0.5==31331310.04734—987587587528.08754—58758758750.032128.08755—6626626*0.5==31331310.04735—10876876*0.5==43843814.05985—1485085085027.28511—1257512—1318751875187560.187512—1612001200*0.55=60060019.2613—1416001600160051.3613—1812501250125040.12514—2250050050016.0514—1510001000100032.116—177500.5*750==22537513.642518—198500.5*850==42542513.642517—1811260.5*11266=56356318.072318—216000.5*600==3003009.6319—235760.5*576==2882889.244823—246260.5*626==31331310.047319—207260.5*726==36336311.652322—207500.5*750==37537512.0375合计2631217180553.083（4）节点流量计算工业总面积：∑w=3187500m2面积比流量：各工业去的集中流量分别为：同理得：如节点1的节点流量：节点总流量：各节点的节点流量计算见表2各管段节点点流量计算表2节点连接管道节点流量（L/ss)集中流量（L/ss)节点总流量(L//s)0282810—1、1—21—7、1—120.5*（17..0598++44.13375+9..499）=35.33481526.2561.59815521—2、2—3、2—80.5*（44..1375++6.03448+28..0875）=39.1129939.129932—3、3—4、3—130.5*（6.00348+112.84++10.04473）=14.44610514.46105543—4、4—9、4—50.5*（10..0473++28.08875+288.08755）=33.11111533.11115554—5、5—10、5—6、5—140.5*（28..0785++10.04473+144.05988+27.2285）=39.7735329.7569.485365—60.5*10.00473=55.0236655.0236571—70.5*14.00598=77.029997.029982—80.5*28.00875=114.04337514.04375594—90.5*28.00875=114.04337614.043755105—100.5*14.00598=77.029997.02991212—16、12—13、12—10.5*（60..1875++27.2885+9.4499）=48.4487548.4857551313—12、3—13、13—14、13—180.5*（60..1875++12.844+51.336+40..125）=82.22562582.2562551414—15、14—22、5—14、13—140.5*（32..1+28..0875++51.366+27.2285）=69.44162569.4162551514—150.5*32.11=16.00516.051612—16、16—170.5*27.2285=133.642551427.64251717—16、17—18、17—260.5*18.00723=99.0361159.036151818—17、18—19、18—21、18—130.5*（18..0723++9.63++12.03375+400.125）=39.993241554.93241919—20、18—1919—230.5*（9.22448+110.04773+9.22448）=14.2268455.2519.5184552020—14、19—200.5*（10..0473++28.08875）=19.0067419.06742121—18、21—230.5*9.633=4.8224.822222—14、22—200.5*(12..0375++16.055)=14..04375514.0437552323—24、19—230.5*（10..0473++9.24448）=9.6446059.646052423—240.5*10.00473=55.0236653.58.52365250—2531.531.52617—262020合计173.25727.89511将节点流量和集中流量标注相应节点上，如图2。图2节点流量图4环状管网平差采用哈代—克洛斯法进行管网平差，步骤如下：根据城镇的供水情况，拟定环状网的管段水流方向（如图3所示），按每一节点满足连续性方程的条件，并考虑供水可靠性要求分配流量，得初步分配的管段流量。由计算各管段的水头损失。假定各环内水流顺时针方向管段中的水头损失为正，逆时针方向管段中的水头损失为负，计算该环内各管段的水头损失代数和，如其差值即为第一次闭合差。如>0，说明顺时针方向各管段中初步分配的流量多了些，逆时针方向管段中分配的流量少了些，反之，<0.说明顺时针方向各管段中初步分配的流量少了些，逆时针方向管段中分配的流量多了些。计算每环内各管道、段的∑，按式求出校正流量。如闭合差为正，则校正流量为负，反之，则校正流量为正。设图上的校正流量符号为顺时针方向为正，逆时针方向为负，凡是流向和校正流量方向相同的管段，加上校正流量，否则减去校正流量，据此调整各管段的流量，得第一次校正的观点流量。对于两环的公共管段，应按相邻两环的校正流量符号，考虑邻环校正流量的影响。按此流量再计算，如闭合差尚未达到允许的精度，再从第2步按每次调整后的流量反复计算，知道每环的闭合差达到要求为止图3环状管网流量分配平差过程：根据节点流量进行管段流量初分配，进行管网平差。管径、1000i、流速v,根据初步分配流量查《给水排水管道工程技术》教材附录5-1中的铸铁管水力计算表得。按h=i*L可算出管段水头损失，校正流量按进行计算。计算结果见表3管网平差计算表表3环号管段管长管径初步分配流量q1000ihh/q12-161200350102.764.875.84400.0569517.1813.46250.266518-131250250-50.3-7.13-8.91250.177213-121875350-92.79-4.03-7.55630.0814∑2.83780.5820△q-2.43781337.138.91250.177218-20157620020.54.166.55620.3198Ⅱ20-141250200-20.2-3.97-4.96250.245714-131600300-53-3.09-4.94400.0933∑5.56220.8360△q-3.32681-12826500244.044.073.36180.0138784.037.55630.081413-3800350-92.78-4.03-3.22400.03473-11751600-358.41-3.36-5.88340.0164∑1.81070.1464△q-6.18493-1380035092.784.033.2240.0347Ⅳ13-141600300533.094.9440.093314-5850300-52.91-3.08-2.6180.04955-31501450-187.71-4.23-6.3492330.0338∑-0.7992330.2113△q1.8909根据表3的计算结果可以看出，有3个环为负，因此，我们选有大环平差法进行进一步的平差，平差结果见表3续表管网平差计算表续表环号管段管长管径第一次校正第二次校正q1000ihh/qq1000ih1-12826500244.044.073.36180.014239.164443.923.237912-161200350102.764.875.84400.05797.88444.445.328016517.1813.46250.26745.63445.9511.1563Ⅰ18-20157620020.54.166.55620.32015.62442.533.987320-141250200-20.2-3.97-4.96250.246-25.07566-6.02-7.525014-131600300-53-3.09-4.94400.093-59.76655-3.86-6.176013-3800350-92.78-4.03-3.22400.035-99.54655-4.58-3.66403-11751600-358.4-3.36-5.88340.016-365.17665-3.47-6.0760∑10.21061.0470.2685△q-4.8763-1380035092.784.033.22400.03599.54654.583.6640Ⅱ13-141600300533.094.94400.09359.76653.866.176014-5850300-52.91-3.08-2.61800.049-52.91000-3.08-2.61805-31501450-187.7-4.23-6.34920.034-187.71000-4.23-6.3492∑-0.79920.2110.8728△q1.891闭合差△h=0.8728m<1.0m，平差结束。将最终平差结果以的形式注写在绘制好的管网平面图的相应管段旁（见图4）。5水压计算选择20点为控制点，由此点开始，按该点要求的水压，分别向泵站方向推算，计算各节点的水压标高和自由水压，计算结果见表4，将计算结果及相应节点处的地形标高注写在相应节点上，如图4所示。干管水力计计算表表4节点管段管长管段流量1000i管径地形标高水头损失水压标高自由水头2050.478.4281818-20157615.6242.53200523.98782.38730.3871616-18187545.6345.9525053.511.15693.54440.0441212-16120097.8844.8735054.35.84499.38845.088112-1826239.1643.9250054.83.238102.62547.8251420-14125025.0766.02200527.52585.92533.9251314-13160059.7673.8630053.86.17692.10138.30133-1380099.5474.58350543.66495.76541.765514-585052.9103.0830052.52.61888.54336.04301-0700604.3412.94700552.058104.68349.6836二级泵站总扬程计算泵站内吸、压水管路的水头损失取3.0m，则最高用水时所需二泵站总扬程为：由于二级泵站所需要的总扬程为53.566m，流量为604.34L/s，故选用3台S型双吸3500-S75A水泵，2台工作水泵，1台备用，性能参数如下：Q=325L/s,扬程H=65m，效率，电机功率，必需气蚀余量5.5m,质量，采用并联供水方式供水。等水压先绘制如图1所示。7节点大样图节点大样图如图5所示图4最高用水时管网平差及水压计算污水排水设计1在街坊平面图上布置污水管道由城镇平面图可知该城镇的边界为排水区界。在该城镇界内地势西南高东北低，坡度较小，无明显的分水线，故可划分为一个排水流域。在该排水流域内支管布置在街坊地势较低的一侧，且埋设在街坊道路下面；整个城镇管道系统呈截流式布置，如图6所示。图6城镇污水管道平面布置图（初步设计）2街坊编号并计算其面积将城镇内各街坊编上号码，并将各街坊的平面范围按比例计算出面积，将其面积填列入表5中，并用箭头标出街坊污水排出的方向。各街坊面积积汇总表表5街坊编号12345678街坊面积（hm22)4731.548.697027.563.9456.2538.81街坊编号910111213141516街坊面积（hm22)30.2518.7518.751015.6324.3821.9430.38街坊编号1718192021222324街坊面积（hm22)8.1313.1321.2522.534.3837.59.3837.5街坊总面积：人口密度为：则面积比流量：3划分设计管段，计算设计流量根据设计管段的定义和划分方法，将各干管和主干管中有本段流量进入的点（一般定为街坊两端），有几集中流量流入及有旁侧支管接入的点，作为设计管段的起止点并将该点的检查井编上号，如图6所示。各设计管段的设计流量应列表进行计算。在初步设计中，只计算干管和主干管的设计流量；在技术设计和施工图设计中，要计算所有管段的设计流量。本设计为初步设计，故只计算干管和主干管的设计流量，如列表7所示。工厂排出的工业废水作为集中流量，在各个相应的区域内进入污水管道，相应的设计流量分别为29.75L/s、28.00L/s、31.5L/s、5.25L/s、20.0L/s、15L/s、22.75L/s等。如图6和表6所示，设计管段2~3为干管的起始管段，集中流量（工厂经局部处理后排出的工业废水）从各区域的相应管段流入。计算过程如下：街坊编号7、8，街坊面积F1=95.06hm2(见表5)，故本段平均流量：；该管段的转输流量是从旁侧管段1~2流来的生活污水平均流量，其值为：。设计管段2~3的合计平均流量为，查表6，得，故该管段的综合生活污水设计流量为，总设计流量为综合生活污水设计流量与集中流量之和，即：。其余各管道设计流量的计算与上述方法相同。生活污水量量总变化系数数表6污水平均日流量（L/s)≤5154070100200500≥1000总变化系数Kz2.32.01.81.71.61.51.41.3污水干管和和主干管设计计流量计算表表表7居住区生活污水量量（或综合生生活污水量）集中流量q3管段本段流量q1转输合计平总变化生活污水本段转输设计流编号街坊街坊比流量流量q1流量q2均流量系数Kz设计流流量流量量（L/s)编号面积（hm2)L/(s.hm22)(L/s)(L/s)（L/s)量（L/s)（L/s)（L/s)1234567891011121-2663.940.18812.02-12.022.0925.1229.75—54.876-7—————————28.0028.007-8————14.7614.762.0129.66—85.75115.418-9————23.9123.911.9346.15—85.75131.909-2————42.2442.241.7975.61—85.75161.362-37、895.060.18817.8742.2460.111.73103.99—115.50219.4910-11————5.695.692.2812.97——12.9711-12————12.7412.742.0726.37——26.3712-13————17.5617.561.9834.77——34.7713-3————22.1422.141.9442.95——42.9514-15————3.933.932.309.04—5.2514.2915-16————7.927.932.2117.53—25.2542.7816-17————12.1512.162.0925.41—40.2565.6617-5————20.3820.381.9639.94—63.00102.945-42437.500.1887.0520.3827.431.9052.12—63.00115.124-315、1652.320.1889.8427.4337.271.8267.82—63.00130.820-3———————214.77—178.50393.274水力计算各设计管段的设计流量确定后，即可从上游管段开始依次进行各设计管段的水力计算。污水干管和主干管的水力计算，其计算结果见表8、表9。水力计算步骤如下：先进行污水干管的水力计算，在污水干管水力计算的基础上再进行污水主干管的水力计算。污水干管的水力计算将设计管段编号填入表8中第1项，从污水管道平面布置图上按比例量出污水干管每一设计管段的长度，填入表8第2项。将污水干管各设计管段的设计流量填入表8中第3项。设计管段起止点检查井处的地面标高填入表8中第10、11项。各检查井处的地面标高根据地形图上的等高线标高值，按内插法计算求得。计算每一设计管段的地面坡度，作为确定管道坡度时的参考值。计算每一设计管段的地面坡度，作为确定管道坡度时的参考值。例如，设计管段6—7的设计流量，参照地面坡度估算管径，根据估算的管径查水力计算图得出设计流速、设计充满度和管道的设计坡度。根据《室内排水设计规范》（GBJ—87）规定城市街道下污水管道的最小管径为300mm,它在最小设计流速和最大设计充满条件下的设计流量为26L/s。所以管道管段设计流量小于或等于设计流量为26L/s时，该管段不再进行水力计算，直接采用最小管径300mm、与最小管径相应的最小设计坡度0.003、最小设计流速0.6m/s、设计充满度。其他各设计管段的计算方法与此相同。根据设计管段的管径和设计充满度计算设计管段的水深。如设计管段6—7的水深，将其填入表8第8项。根据设计管段的长度和管道设计坡度计算管段标高降落量。如设计管段6—7的标高降落量为，将其填入表8中第9项。求设计管段上、下端的管内底标高和埋设深度。首先要确定管道系统的控制点。该城镇设计的各管段的控制点选在起点，起点都有工厂，工厂的最小埋深为2.0m。于是6—7管段6点的埋深为2.0m，将其填入表8中第16项。6点的管内底标高等于6点的地面标高减少6点的埋设深度，即：，将其填入表8中第14项。7点的管内底标高等于6点的管内底标高减6—管段的标高降落量，即：，将其填入表8第15项。7点的埋设深度等于7点的地面标高减7点的管内底标高，即：，将其填入表8中第17项。（8）求设计管段上、下端的水面标高。管段上、下端的水面标高等于相应点的管内底标高加水深。如管段6—7中6点的水面标高为，将其填入表8中第12项。7点的水面标高为，将其填入表8中第13项。7点的水面标高也可用6点的水面标高减6—7管段的标高降落量，即：。其余各管段的计算方法与此相同污水干管水水力计算表表8管段管段长设计流量管道直径设计坡度设计流速设计充满度降落量编号度L（m)Q（L/s)D(mm)I（‰)v(m/s)h/Dh(m)I*L(m）1234567896-7700283501.900.600.480.1681.337-81375115.417000.770.610.490.343197000.780.620.510.3570.789-2875161.367000.670.630.650.4550.5910-1163012.973003.000.600.500.1501.8911-1240026.373501.950.600.480.1680.7812-1387034.773501.600.610.590.2071.3913-363042.954001.400.610.560.2240.8814-156308.353003.000.600.500.1501.8915-1655014.293003.000.600.500.1501.6516-1750042.784001.400.610.560.2240.7017-1887065.665001.100.610.630.3150.9618-5600102.946000.810.620.590.3540.49标高（m)埋设深管段地面水面管内底度（m)编号上端下端上端下端上端下端上端下端10111213141516176-755.0054.8053.1751.8453.0051.672.003.137-854.8054.0051.6650.6051.3250.263.133.748-954.0053.0050.6049.8250.2549.473.753.539-253.0052.0049.8249.2349.3748.783.633.2210-1154.1053.9053.4551.5653.3051.410.802.4911-1253.9053.8051.5350.7551.3650.582.543.2212-1353.8053.0050.7549.3650.5449.153.263.8513-353.0051.0049.3348.4549.1048.223.902.7814-1554.3053.5052.4550.5652.3050.412.003.0915-1653.5052.8050.5648.9150.4148.763.094.0416-1752.8052.0048.8848.1848.6647.964.144.0417-1852.0