某县城区室外管网课程设计

给水管网课程设计说明书一.设计题目甘肃省某县城区室外给水管网设计。二.设计目的与任务给水管道设计的目的是巩固所学课程内容并加以系统化，能够将所学知识运用到工程实际中，联系实际培养分析问题和解决问题的能力。给水管道设计的任务是根据给出的各项原始资料计算用水量、确定给水系统类型并进行管网及输水管定线、由管网水力计算确定管径及水塔调节容积，选择合适的水泵。三.设计内容1、计算最高日用水量。2、计算最高日最高时流量。3、选择给水系统类型进行管网及输水管定线。4、进行管网水力计算。5、确定水塔调节容积。6、确定二级泵站扬程和流量。四.设计指导思想和原则⑴本着百年大计，质量第一，对某县城供水统一规划，以安全供水，经济合理，技术先进，管理方便为原则。⑵根据国家建设方针，结合某县县城发展情况，按照某县县城发展规划预测用水量，合理确定供水规模。⑶在符合某县总体规划的前提下，考虑到贫困地区财政负担的可能，给水工程的建设从实际出发，分期逐步实施的方式，逐步满足县城及周边地区生活用水的需要。⑷县城给水为地下水，水质较好，经消毒处理后即可达国家饮用水卫生标准。⑸水厂布置充分利用原有地形，合理布局，远近结合，适当超前，并宜分期建设。⑹充分利用水源地水厂高差、靠重力向某县县城供水，节约运行成本。⑺认真贯彻国家关于城镇供水有关的方针和政策，符合国家有关的法规，规范和标准。五.设计原始资料1.县城平面图该县城为我国黄河以东甘肃地区二区中小城市，城内有工厂数家及部分公共建筑。居民区居住人口在规划期内近期按362人/公顷设计，。最高建筑为六层楼，室内有给排水设备，无淋浴设备，给水普及率为近期90%，远期100%。居住区时变化系数为1.4~1.8。2.规划期内大用户对水量、水质和水压要求资料见用户对水量、水压要求一览表。序号用水单位名称近期用水量(m33/d)远期用水量(m33/d)每日班次时变化系数水压要求（Kg//cm2）生产生活生产生活1化肥厂400255003521.82.02磷肥厂350254504021.42.03化工厂400305005031.51.64发电厂500305504531.71.25橡胶厂200353004521.31.86陶瓷厂250303505011.31.27汽修厂300354004521.91.88水泵厂200203503531.22.09仪表厂200203003512.01.210洗煤厂400355004521.41.63.浇洒道路用水：50~100/d；绿地用水：50~100/d4.未预见用水量按最高日用水量的15~25%计算。5.消防用水量、水压及延续时间按规范要求确定。6.该区地表水污染严重，水质不好，故近期不考虑采用地表水作为水源。7.气象资料（1）主导风向：夏季东南风，冬季东北风；（2）年最高温度39℃，年最低温度-8℃；（3）年平均降雨量：800mm（4）最大积雪深度0.4m，最大冰冻深度1.0m（5）土壤性质：（最低处）0.4m~0.8m垦殖土0.8m~3.8m粘沙土3.8m~8m中沙及砂石（6）地下水位深度：10.0m（最浅）地下坡度：0.2%（7）地震等级：中国地震划分为七级地震区8.地面水系：（1）最高水位33.0（2）最低水位29.5（3）常水位31.09.材料来源及供应：本地区自产砖、混凝土及混凝土管。六.设计技术参数（一）用水量确定1、居民综合生活用水定额（包括居民生活用水和公共建筑用水），根据某县当地国民经济和社会发展规划、城市总体规划和水资源充沛程度，结合给水专业规划和给水工程发展的条件综合分析确定。由于缺乏实际用水资料，查《室外给水设计规范》中“综合生活用水定额”表。某县地处甘肃黄河以东地区，属二区中小城市，按近期规划设计，采用额定值150~240L/（cap·d）的综合生活用水定额200L/（cap·d）。居住人口按近期内362人/公顷考虑。根据某县县城性质、较小的规模、国民经济与社会发展较大潜力、城镇供水系统和较大的用水变化幅度，最高日城市综合用水时变化系数采用1.4~1.8的中间值Kh1=1.54。给水管网系统的功能是向各种不同类型的用户供应满足要求的水质、水量和水压。生活饮用水的水质，必须符合现行的《生活饮用水卫生标准》的要求；生活饮用水管网上的最小服务水头按建筑层数确定，最高建筑为六层楼，最小服务水头为28m。2、县城内共有十座工厂，都作为大用户从管网中以集中流量形式取水，对水质、水量和水压的要求应根据生产工艺要求确定。3、浇洒道路和绿地用水量，根据路面状况、绿化状况、气候和土壤等条件确定。浇洒道路用水：980/d，绿地用水：1000/d。4、城镇未预见用水量及管网漏失水量按最高日用水量的20%合并计算。工业企业自备水厂的未预见用水量及管网漏失水量并未在此次设计中考虑。5、综合考虑各因素，得城镇最高时用水量为168L/S。(二)给水系统的选择和管网定线虽然该城镇濒临河流，但因其水质不好，污染严重，故不宜作为给水水源。从技术经济比较综合考虑，从水量充沛可靠性、水质、农业水利综合利用、取水输水净水设施的安全经济维护和施工条件等方面评价，宜开采地下水作为水源地。因为水源地只有一处，且位于城镇边缘河岸附近，所以采用单水源统一给水的管网系统。而且要在城镇西侧的高地上设置高位水池，以求缓解管网的供水压力。在给水管网布置中遵循了以下几点原则：（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）主次分明，先搞好输水管渠与主干管布置，然后布置一般管线于设施；（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、电缆和道路等工程的关系；（5）保证供水具有安全可靠性；（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。本次设计将给水管网布置成环状网形式，当任一段管线损坏时，可以关闭附近的阀门，与其余管段隔开，然后进行检修，水还可以从另外管线供应用户，断水的地区可以缩小，从而增加供水可靠性。环状管网可以大大减轻因水锤作用产生的危害。定线时，干管的延伸方向和二级泵站输水到水塔、大用户的水流方向基本一致，从用水量较大的街区通过。从经济来说，给水管网布置成一条干管接出许多支管，形成树状管网的费用最低，但主要从供水的可靠性考虑，布置成有两条主要供水方向的环状管网。从清水池输水到泵站再到管网，以及从管网到高位水池都采用双管输水，以提高供水的可靠性。为了便于规划、设计和运行管理，运用简化和抽象的手段，将给水管网模型化，以便于用图形和数据表达分析系统。运用宏观等效原则和小误差原则，将管线进行简化，并进一步抽象，使其成为仅有管段和节点两类元素组成的管网模型。节点只能传递能量，不能改变水的能量，即节点上水的能量是唯一的，但节点可以有能量的输入或输出；管段只能输送水量，而不允许改变水量，即管段中间不允许有流量的输入和输出，但管段中可以改变水的能量（水头损失、加压、降压）。所以某县给水管网可简化抽象为15个节点和17个管段。（三）.最高时工况设计节点流量、管段流量及管径、管材的选择1.管网用水户分为两类，一类称为集中用水户，另一类称为分散用水户。集中用水户直接从节点上取水；分散用水户从管段沿线取得用水，为了提高计算精度和合理性，配水长度不一定是实际长度，管段配水长度确定原则为：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%，只有部分管长配水的管段按实际比例确定配水长度；两侧全部配水的管段配水长度等于实际长度。由于管网的模型化，管段不允许有流量的输入和输出，所以沿线流量应转移到管段两端的节点上。集中流量可以直接加到所处节点上；沿线流量将一分为二，分别加到两端节点上，得出节点流量；供水泵站或高位水池的供水流量也应从节点处进入管网系统，其方向与用水流量方向不同，应作为负流量。2.在确定了节点设计流量之后，利用节点流量连续性方程确定区管段设计流量。按照节点流量平衡条件、依据供水经济性和安全可靠性初步分配各管段设计流量：（1）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，这一原则体现了供水的目的性。（2）在遇到要向两个或两个以上方向分配设计流量时，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，这一原则体现了供水的经济性。（3）确定两条或两条以上平行的主要供水方向，并且在平行供水方向上分配相接近的较大流量，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，这一原则体现了供水的可靠性。本设计中有三条平行的主要供水方向，一条从供水泵站节点（1）出发，经过管段[11][10][9]及输水管通向高位水池，另一条是从供水泵站节点（1）出发，经过管段[2][3][4][5][6][17][17]通向节点（15），第三条也是从供水泵站节点（1）出发，经过管段[15][14][13][12][9]通向节点（15）。3.管段设计流量确定后，结合技术上允许的经济流速和当地的经济条件来确定经济管径。主要原则是：（1）大管径可取较大的经济流速，小管径可取较小的经济流速。（2）管段设计流量占整个管网供水流量比例较小时取较大的经济流速，反之取较小的经济流速。（3）从供水泵站到控制点的管线上的管段可取较小的经济流速，其余管段可取较大的经济流速。（4）管线造价较高而电价相对较低时取较大的经济流速，反之取较小的经济流速。（5）管段设有对置水塔时，在水塔供水的分界区域，管段设计流量可能特别小，选择管径是要适当放大，因为当水塔转输时，这些管段可能需要输送较大的流量。（6）重要的输水管，或向远离主管网大用户供水的输水管，在未连成环状网且输水末端没有保证供水可靠性的储水设施时，应采用平行双条管道，每条管道直径按设计流量的50%确定。4.输水管道及配水管网是给水工程中的重要组成部分，在投资比重上占有工程总金额的很大比例，而管材又是构成管网的主要内容，选择管材的基本原则是：能承受要求的内压和外荷载，使用性能可靠，维修工作量少，施工方便，使用年限长，内壁光滑，输水能力基本保持不变，造价低。据有关资料介绍，目前用于给排水输水工程的管渠主要有明渠、暗渠，有现浇钢筋混凝土管、混凝土管，钢筋混凝土管、丹麦管（蕊模振动成型工艺的钢筋混凝土管），石棉水泥管，自应力钢筋混凝土铸铁管，普压灰口铸铁管，焊接钢管（无缝钢管），硬聚氯乙烯管（UPVC管），玻璃纤维缠绕成型复合管和离心浇铸成型玻璃纤维增强复合管（HOBAS管）等。（1）用自流渠道输送大水量源水，有就地取材的优点，但往往受地形所限，选择线路困难，增加渠道长度。而开敞的明渠有易污染，渗漏及发生用水争端等弊端，不宜广泛采用。（2）现浇钢筋混凝土渠道由于现场制作可节省管材运输费用，一般比相似口径钢管减少投资约40%。但低压渠道受内压所限，长距离输送。要增加中途泵站，当需增加输水量时不能升压。且因密闭性较差，不宜用作输送出厂水。（3）预应力钢筋混凝土管，价格较低，能承受一定压力。但因配件不全，接口尺寸欠精确造成渗漏及不能承受较高压力等原因，不宜继续用于输配水管网，并应将质量较差的管道逐步更新。管口有三种做法：承插、企口和平口。为克服预应力钢筋混凝土管存在的缺陷，近年引进钢套筒预应力钢筋混凝土管（PCCP管）生产技术。由于管身中央有1～2mm厚的钢板，可保证其不透水性，其接口采用钢环承插口，橡胶圈止水可防渗漏，在国外已使用50年，事故率低。其价格比预应力钢筋砼管略高，但比钢管节省钢材70～80%，且不易腐蚀，是大水量输水管较为理想的材料。（4）灰口铸铁管是以往应用广泛的管材，但因质脆，易爆管，接口麻烦及内壁结垢等原因，国外已逐步被球墨铸铁管（可延性铸铁管）替代。球墨铸铁管是以镁或烯土镁合金球化剂在浇注前加入铁水中，使管材具有较高的强度和延伸率。同口径管道壁厚为灰口铸铁管的1/2。抗接强度接近焊接钢管，但其抗腐蚀性比钢管高3～4倍，采用橡胶圈接口，施工方便。按国内生产的球墨铸铁管价格，与灰口铸铁管比较基本相当，但比钢管要低，目前球墨铸铁管最大口径为1000mm，宜用作输配水管道。接口方式有承叉式刚性接口（麻填塞、石棉水泥接口、膨胀水泥砂浆接口、铅接口、橡胶圈填塞）和承叉式柔性接口（楔形橡胶圈接口，角唇形、圆形、螺栓压盖型和中缺型胶圈接口）（5）钢管有限的机械强度，可承受较高的外压和内压，但按其性能，极易腐蚀。钢管需做内外防腐及电化学保护，不但费工费钱，且不宜做好。因此，除特殊情况外，尽可能减少钢管的使用，以延长整个管网系统的耐久性。钢管主要采用焊接口，还有法兰接口及各种柔性接口。（6）硬聚氯乙烯管（UPVC管）优点是加工安装方便，不结垢，无毒、轻质及表面光滑。但部份管材质脆，不耐外压及冲击，膨胀系数较大是其弱点。经改良后，质量有所提高，UPVC管施工费比钢管、铸铁管、钢筋混凝土管施工费用减少10～20%。接口方式有：焊接，法兰连接，承插粘接，胶圈连接。（7）聚乙烯管(PE管)有良好的卫生性能，材质无毒，管材不结垢，不滋生细菌。抗腐蚀性高，杜绝了饮用水的二次污染，且内壁光滑，摩擦系数低，介质通过能力高，耐磨性能好。PE管韧性好，耐冲击强度高，耐强震扭曲，管材质轻，仅为铸铁管或钢管的1/7～1/8，熔接工艺简单，施工方便，工程综合造价低。PE管有长久的使用寿命。在额定温度、压力状况下，PE管道可安全使用50年以上。接口形式有：丝口连接法，焊接法，承插粘接法，热熔压紧法及钢管插入搭接法。按目前所掌握的资料，管材的选用要因地制宜，着眼未来，根据某县经济现状及某县给水管网设计规模，本设计输配水系统管道采用混凝土管。过河、沟管、倒虹管及部分管线，均采用钢管。5.由于某县最大冰冻深度为1.0m，且为了满足以下三个因素的要求：（1）防止管道内水冰冻和因土壤冰冻膨胀而损坏管道；（2）防止地面动荷载而损坏管道；（3）满足街区给水连接管衔接的要求，确定给水管道的最小覆土厚度为1.2m。6．给水管网的主要附件有调节流量或水压用的阀门、供应消防用水的消火栓、检测管网流量的流量计、控制水流方向的单项阀、安装在管线高处的排气阀和安全阀、安装在管线最低点的泄水阀等。管网中的这些附件一般安装在阀门井内，阀门井一般用砖砌或用石砌或钢筋混凝土建造，阀门井应有抗浮稳定性。承插式接口的管线，在弯管处、三通处、水管尽端的盖板上以及所管处，都会产生拉力，接口出现松动脱节而使管线漏水，因此在这些部位需设置支墩。当管线穿越重要铁路或交通频繁的公路时，水管须放在钢筋混凝土套管内，两段设检查井，井内设阀门或排水管等；管线穿越河川山谷时，可利用现有桥梁架设水管，或敷设倒虹管，或建造水管桥，应根据河道特性、河岸地质地形条件、过河管材料和直径、施工条件选用。（四）最高时工况管网水力计算采用哈代-克罗斯算法平差方法，进行管网水力计算。本次平差采用计算机Excel进行平差，水头损失采用曼宁公式计算，允许闭合差0.1m。k=10.29nm2,混凝土管nm=0.013n=2.0m=5.333该县水源地在节点（1）处，故节点（1）处设置水厂，清水池、泵站均置于厂内，所以从清水池到泵站再到节点（1）的管段沿程水头损失和局部水头损失均可忽略不计。泵站内部水头损失中沿程水头损失及局部水头损失较小可忽略不计。由水泵所供流量62.9L/S及扬程46.12m，查水泵样本，选用200S63型水泵3台，两用一备。。（五）管网校核给水管网是按最高日最高时用水流量进行设计的，管道直径、水泵扬程和高位水池高度等都是按此时的工况设计的，虽然都已经满足，但在一些特殊情况下不一定能保证用户对水量水压的要求，如城镇发生火灾需管网提供消防灭火流量、管网向水塔转输水量、管网发生事故某些管段损坏时。所以对管网在这些情况下进行校核，看是否满足供水流量与水压的要求。由于供水流量和压力是紧密联系的，所以校核指标同时包括供水流量和压力要求两个方面。采用水头校核法：即假定供水流量要求可以满足，通过水力分析求出供水压力，校核其是否可以满足要求。1.消防工况校核给水管网的设计流量未计入消防流量，当火灾发生在最高日最高时时，消防流量比较大，管网以保证灭火用水为主。为了安全起见，按最高时用水量加上消防流量的工况进行消防校核，灭火处节点服务水头按低压消防考虑，即10m的自由水压。（1）该县人口小于一万人，查城镇、居民区室外消防用水量表知同一时间火灾次数为1次，一次灭火用水量为10L/S。通过管网水力分析知，该管网的控制点在节点（6）处，故将火灾发生点位置确定为节点（6），其用水量增加10L/S，为24.930L/S。（2）火灾流量全部由二级泵站供给，故节点（1）流量为-112.590L/S。（3）采用水头校核法校核：因为此时水泵已经选定，可认为（6）为定压节点，经过泵站提升进入管网。由水力分析得出各节点自由水压均大于低压消防10m的自