给水管网设计

给水管网系统课程设计苏北朝阳镇给水管网系统设计

学生姓名王荣幸

学院名称环境工程学院

专业名称给水排水工程

指导教师刘强

2013年10月29日

前言

给水工程的任务是向城镇居民、工矿企业、机关、学校、公共服务部门及各类保障城市发展和安全的用水个人和单位供应充足的水量和安全的水质，包括居民家庭生活和卫生用水、工矿企业生产和生活用水、冷却用水、机关和学校生活用水、城市道路喷洒用水、绿化浇灌用水、消防以及水体环境景观用水等等。

此次设计为苏北地区青阳镇给水管网系统设计，主要设计以下内容。

（1）用水量计算

（2）供水方案选择

（3）管网定线

（4）清水池、水塔相关计算

（5）流量、管径的计算

（6）泵站扬程与水塔高度的设计

（7）管网设计校核

给水工程必须满足各类用户或单位部门对水量、水质和水压对的需求。要求能用确定管网的布置形式，管线的选择，管径的选择，流量的分配及校核，确保管线的合理布置及使用。

目录

1课程设计目的及主要内容 (2)

1.1课程设计目的 (1)

1.2主要内容 (1)

2原始资料 (3)

3设计计算 (4)

3.1设计用水量计算 (4)

3.1.1最高日用水量 (5)

3.1.2 设计用水量变化及其调节计算 (5)

3.2设计流量分配与管径设计 (7)

3.2.1节点设计流量分配计算 (7)

3.2.2管段直径设计 (8)

3.2.3管网平差 (9)

3.2.4设计工况水力分析计算结果 (12)

3.2.5节点水压计算 (13)

3.3二级泵站流量、扬程及水塔高度设计 (13)

3.4消防工况校核 (14)

3.4.1设计工况水力分析计算结果 (14)

3.4.2设计工况水力分析计算结果 (15)

4结论 (18)

参考文献 (18)

1课程设计目的及主要内容

1.1课程设计目的

1）巩固所学理论知识；

2）熟练掌握一般给水管网的设计要点、方法和步骤；

3）学会使用有关标准图集和设汁规范；

4）能完成一般给水管网工程设计。

1.2主要内容

1)二泵站输水管及城市管网定线；

2)输水管径的确定；

3)城市供水管网管径的确定；

4)各节点水压的计算；

5)计算清水池容积、水塔容积和水塔高度；

6)消防时管网校核；

7)管网配件及阀门井的确定；

8)绘出成果图。

2原始资料

（1）A城镇位于苏北地区，城镇设计居住人口为 4万。

城市地形图见另页，比例为1：20000，设计房屋卫生设备标准为室内有卫生设备但无淋浴设备，城市建筑按六层考虑。

（2）该城镇各企业单位最高集中用水量为：

甲企业：2400米3/日；

乙企业：3800米3/日；

丙企业：2400米3/日；

（3）该地区最大冻土深度30厘米。

（4）该地区地下水位深度450厘米。

（5）该城镇最高日用水量变化曲线见图2.1。

2

4

6

810121416182022241234567时间（h）

占最高日用水量百分数（%）

图2.1 朝阳镇最高日用水量变化曲线

3设计计算

3.1设计用水量计算

3.1.1最高日用水量

用水量定额是确定设计用水量得主要依据，它可影响给水系统相应设施的规模、工程投资、工程扩建的期限，今后水量的保证等方面，应结合现状和规划资料并参照类似地区或企业的用水情况，确定用水量定额，主要包括以下分类：

（1） 居民生活用水量； （2） 公共设施用水量；

（3） 工业企业生产用水量和工作人员生活用水量； （4） 消防用水量；

（5） 市政用水量，主要指道路和绿地浇洒用水量； （6） 未预见用水量和给水管网漏失水量。

A 城镇位于苏北地区，城镇设计居住人口为4万，城市房屋卫生设备标准为室内有卫生设备但无淋浴设备，则居民最高日生活用水定额为140～230L/（cap ?d ），取200L/（cap ?d ）；公共设施用水量按100L/（cap ?d ）来计算。

（1） 居住区最高日生活用水量确定为：

q=200+100=300L/（cap ?d ）

则Q 1=q ×N=300×40000=12000m 3/d

式中 q —— 居住区最高日用水量标准（m 3/（cap ?d ））； N —— 城镇设计居住人口（cap ）；

（2）工业企业用水量：

Q2=Q甲+Q乙+Q丙=2400+3800+2400=8600m3/d

式中Q i——第i个企业最高日用水量（m3/d）；

（3）市政用水量(按居民生活用水量和工业用水量的5%计)：

Q3=5%（Q1+ Q2）=1030m3/d

（4）未预见用水量和管网漏失水量：

未预见水量及管网漏失水量的总和可按最高日水量的15～25%计算（取20%）；

Q4 =0.2×(Q1+Q2+ Q3)=0.2×21630=4326m3/d

（5）消防水量的确定：

Q5=q5f5 （3.1）式中q6——消防用水量定额（L/s），本设计取25L/s；

f6——同时火灾次数，按有关消防规定选取，本设计取2次。

则Q5=25×2=50L/s

（6）最高日设计用水量：

Q d= Q1+Q2+ Q3+ Q4 =12000+8600+1030+4326=25956m3/d 取Q d=20000 m3/d。

（7）最高日最高时用水量：

时变化系数K h=6%×24=1.44

Q h=K h×Q d/24=1.44×25956/24= m3/h=433L/s

（8）最高日平均时用水量

Q jh=Q d/24 =25956/24 m3/h =1082m3/h=300L/s

3.1.2 设计用水量变化及其调节计算

3.1.2.1泵站供水流量设计

（1）第一级：从22点到5点，供水量2.36%；

第二级：从5点到22点，供水量4.91%；

（2）总供水量：2.36%*7+4.91%*17=100%

（3）供水泵站、水塔或高位水池设计流量：

m/3，不设水塔或高位水池，供水泵站设计最高日已求得用水量为25956d

供水流量为：

25956×6.0%×1000/3600=433(L/s)；

设置水塔或高位水池，供水泵站设计供水流量：

25956×4.91%×1000/3600=354（L/s)；

水塔或高位水池的设计供水流量：

25956×（6%-4.91%）×1000/3600=79(L/s)

水塔或高位水池的最大进水流量（21-22点）：25956×（4.91%-4.0%）×1000/3600=66(L/s) 3.1.2.2调节容积计算

表3-1 清水池与水塔调节容积计算表

3.1.2.3清水池和水塔容积设计

（1）清水池除了贮存调节用水量以外，还存放消防用水量和给水处理系统生产自用水量，因此，清水池容积有效容积为：

W=W1+W2+W3+W4 （3.2）式中W1——清水池调节容积（m3）；

W2——消防贮备水量（m3），按2小时室外消防用水量计算；

W3——给水处理系统生产自用水量（m3），一般取最高日用水量的5%~10%；

W4——安全储备水量（m3）。

W1=12.64%×25956=3280m3；

W2=25×2×3600=108000L=180m3；

W3=25956×10%=2596 m3；

W4=1/6(W1+W2+W3)=1009m3；

W= W1+W2+W3+ W4=7065m3。

（2）在缺乏资料时，一般水塔容积可按最高日用水量的 2.5%~3%至5%~6%计算，取5%，则水塔容积为：

W=5% Q d =5%×25956=1298 m3。

3.2设计流量分配与管径设计

3.2.1节点设计流量分配计算

3.2.1.1用水流量的分配

管网定线取决于城市平面布置，供水区地形，水源和调节水池位置，街区和大工业集中用水等。由于城市人口为4.0万，属于小城市，管网布置成树状和环状相结合的形式。干管均匀分配，故按长度流量法来计算沿线流量和节点流量。二级泵站-1为输水管，不参与配水，其计算长度为零，各管段长度和配水长度见表3-2。

q ni=K hi Q di/86.4（3.3）式中q ni——各集中用水户的集中流量（L/s）；

Q di——各集中用水用户最高日用水量（m3/d）；

K hi——各集中用水户最高日用水量时变化系数。

q mi=q l l mi=（Q h—∑q ni）l mi/∑l mi（3.4）式中q mi——各管段沿线流量（L/s）；

l mi——各管段沿线配水长度（m）；

q l=（Q h—∑q ni）/∑l mi——按管段配水长度分配沿线流量的比流量[L/

（s·m）]；

=1.44×2400/86.4=40L/s；

q n

甲

q n乙=1.44×3800/86.4=63 L/s；

q n丙=1.44×2400/86.4= 40L/s；

∑q ni =40+63+40=143 L/s；

q l=（433—143）/20817=0.014

表3-2 各管段长度和配水长度

各管段沿线流量分配与各节点设计流量计算见表3-3：

表3-3 最高时管段沿线流量分配与节点设计流量计算

3.2.2管段直径设计

确定管段的直径是给水管网设计的主要内容之一，管径与设计流量的关系为：

q=Av=πD2v/4 （3.5）

由此可得：

D=（4q/πv）1/2（3.6）式中D——管端直径（m）；

q——管段设计流量（m3/s）；

A——管段过水断面面积（m2）；

v——设计流速（m/s）。

从图中可以看出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[1][2][3]和[4]通向水塔节点（5），另一条也从供水泵站节点（1）出发,经过管段[1][5][6][7]通向节点（8），最后一条从供水泵站节点（1）出发,经过管

3.2.3管网平差

差计算，见表3-5。

表3-5 哈代—克罗斯法

3.2.4设计工况水力分析计算结果

表3—61 节点水压计算表

3.2.5节点水压计算

由平差结果计算各管段水头损失和各节点地面标高，以管网已知水压点（在此为管网压力控制点）推算各节点水压和自由水压。管网需满足六层水压计28m ，城镇给水管网设计节点数据见表3-7。假定节点（17）为控制点，其节点水头等于服务水头，即H 17=140.1m 。节点水压计算见表3-8。

3.3二级泵站流量、扬程及水塔高度设计

1）泵站设计供水流量s L q s /34.354%

6%

91.44331=?

= （2）水塔设计供水流量为s L q s /493544335=-= （3）控制点到二级泵站的水头损失h=58.82－47=11.82m （4）泵站扬程设计

m l q D H H h p 54.682536)2224.0(4.075.603467.10)05.3612.36()2

(11067.10)(852

.187

.4852

.187

.4852.112=???+-=+

-=

为了选泵，估计泵站内部水头损失，一般水泵吸压水管道设计流速为1.2~2.0m/s ，局部阻力系数按5.0~8.0考虑，沿程水头素食较小，可以忽略不及，则泵站内部水头损失为：

63

.181.922821=??=pm h

则水泵的扬程应为：h p =68.54+1.63=70.71，取71m 。 按两台泵并联工作考虑，单台水泵流量为：

)/(17.177234.354S L Q p =÷=,取177s L /

查水泵样本，选取10Sh-6 型水泵3台，2用一备。 水塔高度=-=j j T Z H H j 64.43-36.10=28.33(m)，取29m 。

3.4 消防工况校核

3.4.1设计工况水力分析计算结果

城镇居住区的室外消防用水量可查下表:

考虑1次处火灾，消防流量分别加在控制点10上，加上15（L/s)的集中流量。清水池与水塔的供水流量各加15（L/s)，其他节点流量与最高时相同，节点流量见水力计算图。

重新分配管段流量，进行水力平差计算，计算结果见下面表格：

续表12

下表为节点水压计算图：

表13 节点水压计算表

3.4.2设计工况水力分析计算结果

表14 哈代—克罗斯法平差计算

（注：假设水流方向与管网模型图中流向一致，上述结果中负号表示实际流向与

假设方向相反。）

将节点水头比较与服务水头比较，全部高于服务水头，故该管网满足事故工况校核的要求。经平差后，各环闭合差精度Σ都<1.0m。

4结论

本设计是给水管网系统的初步设计。

本城镇给水管网最终确定的管网布置形式为树状与环状相结合。管网中设置水塔，供水泵站的供水流量为282L/s，水塔的设计供水流量为53L/s，水泵的扬程为65m，查水泵样本，选取14Sh-9B型水泵两台，1用1备。。清水池的容积为5609m3，水塔容积为1000 m3，水塔高度42.1m。

参考文献

[1] 严煦世，刘遂庆.《给水排水管网系统》（第二版）.北京：中国建筑工业出版社，2008.

[2] 严煦世，范瑾初.《给水工程》（第四版）.北京：中国建筑工业出版社，2000.

[3] 中国市政工程东北设计研究院.给水排水设计手册 [M].第2版.北京：中国建筑工业出

版社，2000.

[4]《室外给水设计规范》（GBJ50013-2006），中国计划出版社，2006.

[5] 中华人民共和国建设部主编.《给水排水制图标准》（GB-T50106-2001）.