某市给水工程设计 给水工程专业毕业设计 毕业论文

引言

随着我国经济的高速发展，人民生活水平的显著提高，如何解决水资源的匮乏、安全问题一直是困扰水处理工作者的一个难题。给水工程中管网的设计布置是极其重要的，给水管网系统的建设投资站给水排水工程建设总投资的70%，而管网系统的科学研究和高科技术的开发和应用，是长期以来备受关注和重视的领域，特别是给水管网系统的最优化设计理论和方法得到了很好的发展。

另一方面，饮用水的安全问题也很重要，人们对源水进行一系列处理后饮用。在20世纪初，饮用水净化技术已基本上形成了现在被人们普遍称之为常规处理工艺的处理方法，即：混凝、沉淀或澄清、过滤和消毒。这种常规的处理工艺之今仍被世界大多数国家所采用，是目前饮用水处理的主要工艺。本设计中根据水源水质分析，采用常规处理工艺，出水即可达到饮用标准。在目前的给水设计研究中，关于净水设备的更新和新的净水设备的研发也正方兴未艾。

取水工程的设计在给水工程的整个设计和施工中也占有及其重要的作用。因为，这是给水工程设计的第一步，如何选择更为合理和经济的水源，如何确定取水点，设计什么样的取水构筑物等等，这都包含着较高的专业知识和一定的实践经验。

如何保证城市用水单位和家庭的水压、水量，这个问题就是二泵站所要解决的问题。在满足水量和水压的条件下如何最大可能的减少泵站的电耗，这就涉及到泵的选择。因此二级泵房的涉及在给水工程中也占有很重要的地位，而且泵站的设计费用往往是昂贵的。特别是近年来，各种各样的新型水泵应运而生，它们为解决上述问题迈进了一大步。

随着技术和信息的不断发展，未来人们对生活饮用水的要求也会越来越高，这就对我们给水排水设计者提出了更高的挑战和要求。我相信我们会以一个专业设计人员来迎接给水排水的明天

第一章总论

1.1 城镇概况

城市总规划人口：23万人，城市居住区房屋卫生设备情况：室内有给水、排水、淋浴、热水供应，城市中房屋的平均层数：6层

城市土壤种类：粘土；地下水位深度：-4.00米；冰冻线深度：-1.50米；年降水量500毫米；城市最高温度：37.2℃；最低温度：-24.5℃；主导风向，夏季西南风，冬季西北风。自来水厂处的土壤种类：亚粘土；地下水位深度：-4.0米。

地面水源流量：最大流量190 m3/s，最小流量50 m3/s。流速：1.1-1.3 m/s。水位：最高水位-1.00米，常水位-3.00米，最低水位（97%）-5.00米，最低水位河宽20米。冰的最大厚度0.4米，无潜水，无锚定冰，该河流为不通航河流。1.2设计任务及要求

1.2.1设计题目

Q 市给水工程设计

1.2.2原始资料

⒈城市总体规划平面图，比例：1:10000

⒉城市总规划人口： 23 万人

⒊城市居住区房屋卫生设备情况：室内有给水、排水、淋浴、热水供应

⒋城市中房屋的平均层数：6层

⒌工业企业用水情况：

城市中有下列工业企业，其位置在城市平面图标出；

(1) 甲工厂

日生产用水量 5000m3/d 。

工人数：一班 900 人、二班 0 人、三班 0 人。

其中在热车间工作的工人占全部工人的 90% 。

淋浴情况：

(2) 乙工厂

日生产用水量 3600m3/d 。

工人数：一班 820 人、二班 820 人、三班 820 人。

其中在热车间工作的工人占全部工人的 0 。

(3) 丙工厂

日生产用水量 3700m3/d 。

工人数：一班 300 人、二班 0 人、三班 0 人。

其中在热车间工作的工人占全部工人的 0 。

淋浴情况：

表1-3 丙厂职工淋浴人数表

6.工程地质及水文地质资料：

城市土壤种类：粘土；地下水位深度：-4.00米；

冰冻线深度：-1.50米；年降水量500毫米；

城市最高温度：37.2℃；最低温度：-24.5℃；

主导风向，夏季西南风，冬季西北风。

自来水厂处的土壤种类：亚粘土；

地下水位深度：-4.0米。

7.给水水源：

地面水源

①流量：最大流量190 m3/s，最小流量50 m3/s。

②流速：1.1-1.3 m/s。

③水位：最高水位-1.00米，常水位-3.00米，最低水位（97%）-5.00米

④最低水位河宽20米。

⑤冰的最大厚度0.4米，无潜水，无锚定冰

⑥该河流为不通航河流。

8.水源水质分析结果：

9.城市生活用水量变化情况及时变化系数，其中K

=1.22

h

表1-6 城市用水量变化情况

1.2.3设计内容

1.城市给水管网扩初设计；

2.取水工程技术设计的工艺部分；

3.自来水厂技术设计的工艺部分；

4.二泵站技术设计的工艺部分。

毕业设计计算说明书应包括下列内容：

1、给水管网

水量计算，管网定线，方案选择，用水曲线，供水曲线绘制，管网平差,平差校核计算，选泵，清水池容积计算（方案中设水塔或高地水池时，包括水塔、高地水池容积计算），方案比选。

2、取水工程

取水构筑物型式选择、位置选定，构造、扬程确定，选泵等设计计算说明。

3、净水厂处理工艺

给水处理方法的阐述：各处理构筑物的设计计算说明、水厂总平面布置、高程布置及有关卫生防护带的说明。

4、二级泵站的设计计算说明

5、存在的问题与建议

（注）计算说明书（A4）页数在60～100页范围内。

1.2.4设计成果

1、城市给水管网总平面图：比例尺1:5000～1:10000，1＃图 1张

2、取水构筑物工艺图：比例尺1:50～1:100，1＃～2＃图 1张

3、净处理厂总平面及高程布置图：比例尺1:500，1＃图 1张

4、净水构筑物平、立、剖面图：比例尺1:50～1:200，1＃～2＃图 3张

5、二泵站工艺图：比例尺1:50～1:100，1＃～2＃图 1张

6、其余1张与指导教师商定：比例尺1:50～1:100，1＃～2＃图 1张

第二章设计用水量和管网计算

2.1 设计水量计算

2.1.1 用水量组成

设计用水量由下列各项组成：

1、综合生活用水量Q

1

包括居民生活用水和公共建筑及设施用水。前者指城市中居民的饮用、烹调、洗涤、冲侧、洗澡等日常生活用水；公共建筑及设施用水包括娱乐场所、宾馆浴室、商业、学校和机关办公楼等用水，但不包括城市浇洒道路、绿化和市政等用水；

2、工业企业生产用水量Q

2

3、工业企业职工生活用水和淋浴用水量Q

3

4、城市浇洒道路和绿地用水Q

4

5、未预计水量及管网漏失量Q

5

城市总用水量计算时，应包括设计年限内该给水系统所供应的全部用水：居住区综合生活用水，工业企业生产用水和职工生活用水，浇洒道路和绿地用水以及未预见水量和管网漏失量，但不包括工业自备水源所需的水量。

消防用水量不累计到总用水量中，仅做设计校核。一般最高日用水量中不计入消防用水量，这是由于消防用水时偶然发生的，其数量占总用水量比例较小，但是对于较小规模的给水工程，消防用水量占总用水量比例较大时，应该将消防用水量计入最高日用水量。

2.1.2 各项用水量计算

1、综合生活用水量Q

1

d

m

N q Q i i 3

11152900100230231000

=÷?==∑

万 （2-1） 式中q 1i ——城市各用水分区的最高日综合生活用水量，L/(cap.d),本次

设计取230L/(cap.d),

N 1i ——设计年限内城市各用水分区的计划用水人口（cap ）

2、工业和企业生产用水量Q 2`

d

m

f N q Q i I i 3

22212300370036005000)

1(=++=-=∑ （2-2） 式中q 2i ——各工厂企业最高日生产用水量定额，

N 2i ——各工业企业产值，万元/d, f i ——各工企业生产用水量重复利用率。

3、工业企业职工生活用水和淋浴用水量Q 3

d

m

N q N q Q bi

bi ai

ai 3

333338.226100040300253001000

)

4045.0602.0(38202538201000

)401.0609.0(900)251.0359.0(9001000

=??+?+

?+???+??+

?+??+?+??=

+=∑ （2-3）

式中q 3ai ——各工业企业车间职工生活用水量定额，L/（cap.班）

q 3bi ——各工业企业车间职工淋浴用水量定额，L/（cap.班） N 3ai ——各工业企业车间最高日职工生活用水总人数，cap. N 3bi ——各工业企业车间最高日职工生活用水总人数，cap. 4、浇洒道路和大面积绿化用水量

d

m

N q f N q Q b

b a a 3

6644444459101000

1025.10221093.10.11000

=??+???=

+=

（2-4）

式中q 4a ——城市浇洒大陆用水量定额，L/(m 2.次)

q 4b ——城市大面积绿化用水量定额，L/((m 2.d)

N 4a ——城市最高日浇洒道路面积，m 2

f 4

——城市最高日浇洒道路次数；

N 4b ——城市最发哦日大面积绿化面积，m 2

5、未预见水量和管网漏失水量Q 5

d

m Q Q Q Q Q 343215,36

.41267)59108.2261230052900(2.0)

(20.0=+++?=+++?= （2-5）

6、消防用水量Q 6

s

l

f q Q 11055

2666=?==

（2-6）

2.1.3最高日和最高时用水量的计算

1、最高日用水量计算如下

d

m

Q Q Q Q Q Q d 3

5

432116.8560436.1426759108.2261230052900=++++=++++= （2-7）

2、最高时用水量计算如下

d

m

Q Q K Q d

d h h 3

55.43512422.124=?==

（2-8）

s l Q K Q Q d

h h s 76.12084

.86==

=

2.1.4 各 工艺设计水量

对于一泵站和净水厂的设计水量按最高日平均时设计，即最高日用水量除以24小时。

对于二泵站的设计水量根据城市每小时用水变化曲线图，按最高日最高时设计。

对于管网本设计没有设水塔和高地水池等调节构筑物所以管网水量按最高日最高时设计，是给水管网工程规划与设计的依据。

2.2 管网和输水管渠定线

2.2.1 给水管网的布置

1、给水管网的布置原则

1)按照城市的整体规划，结合当地实际情况布置给水管网要进行多方案经济比较；

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)也调好与其它管道、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)管渠的施工运行维护方便；

8)远近期相结合，留有发展余地，考虑分区实施的可能性；

2、给水管网的布置形式

在进行给水管网布置之前，首先要确定给水管网布置的基本形式——树状或环状网。

一般，在建设初期可采用树状网，以后随着给水事业的发展逐步连成环状网。实际上，现有的城市给水管网，多数是树状网和环状网相结合。在城市中心地区布置成环状，在郊区以树状网形式向四周延伸。供水可靠性较高的工矿企业采用环状网，并用树状网或双管输水至个别较远的车间。

3、给水管网定线

城市给水管网定线是指在地形平面图上确定管线的走向和位置。定线时一般只限于管网的干管以及干管之间的连接管，不包括从干管到用户的分配管和接到用户的进水管。

城市给水管网定线取决于城市平面布置，供水区的地形，水源和调节构筑物位置，街区和用户特别是大用户的分布，河流、铁路、桥梁等的位置等，考虑的要点如下：

定线时，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

基本一致。循水流方向以最短的距离布置—条或数条干管，干管应从用水量较大的街区通过。干管的间距，可根据街区情况，采用500—800m。从经济上来说，给水管冈的布置采用一条干管接出许多支管，形成树状网，费用最省，但从供水可靠性着想，以布置几条接近平行的干管并形成环状网为宜。

干管和干管之间的连接管使管网形成了环状网。连接管的作用在于局部管线损坏时，可以通过它重新分配流量，从而缩小断水范围，提高供水管网系统的可靠性。连接管的间距可根据衔区的大小考虑在800一1000m左右。

考虑了上述要求，城市管网将是树状网和若干环组成的环状网相结合的形式，管线大致均匀地分布于整个给水区域。

给水管网中还需安排其他一些管线和附属设备，例如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拴。最小分配管直径为100mm，大城市采用150～200mm，主要原因是通过消防流量时，分配管中的水头损失不致过大．以免火灾地区的水压过低。

城市内的工厂、学校、医院等用水均从分配管接出，再通过房屋进水管接到用户。一般建筑物用一条进水管，用水要求较高的建筑物或建筑物群，有时在不同部位接入两条或数条进水管，以增加供水的可靠性。

根据以上几点原则，结合本城市地形特点及本城市的建筑和用户对水压的要求的情况,本城市的管网共有12个环组成，具体的管网布置见下图所示

图2-1 给水管网布置图

2.2.2 给水管渠的定线

从水源到水厂或水厂到相距较远的给水管网的管道或渠道叫做输水管渠，当水源、水厂和给水区的位置相近时，输水管渠的定线问题并不突出。但是由于需水量的快速增长，以及水源污染的日趋严重，为了从水量充沛、水质良好、便于防护的水源取水，就需有几十公里甚至几百公里外取水的远距离输水管渠，定线就比较复杂。

当输水管渠定线时，经常会遇到山嘴、山谷、山岳等障碍物以及穿越河流和干沟等。这时应考虑：在山嘴地段是绕过山嘴还是开凿山嘴；在山谷地段是延长路线绕过还是用倒虹管；遇独山时是从远处绕过还是开凿隧洞通过；穿越河流或干沟时是用过河管还是倒虹管等。即使在平原地带，为了避开工程地质不良地段或其他障碍物，也须绕道而行或采取有效措施穿过。

为保证安全供水，可以用一条输水管渠而在用水区附近建造水池进行流量调节，或者采用两条输水管渠。输水管渠条数主要根据输水量、事故时需保证的用水量、输水管渠长度、当地有无其他水源和用水量增长情况而定。供水不许间断时，输水管渠一般不宜少于两条。当输水量小、输水管长或有其他水源可以利用时，可考虑单管渠输水另加调节水他的方案。

避免输水管渠局部损坏时，输水量降低过多，可在平行的2条或3条输水管渠之间设置连接管，并装置必要的阀门，以缩小事故检修时的断水范围。

输水管的最小坡度应大于1：5D，D为管径，以毫米计。输水管线坡度小于1；1000时，应每隔0.5—1km装置排气阀。即使在平坦地区，埋管时也应做成上升和下降的坡度，以便在管坡顶点设排气阀，管坡低处设泄水阀。排气阀一般以每公里设一个为宜，在管线起伏处应适当增设。管线埋深应按当地条件决定，在严寒地区敷设的管线应注意防止冰冻。

2.3管网计算

2.3.1各种流量的计算

1、给水管网布置定线后，各管段长度和配水长度如下所示

表2-1 管段长度和配水长度

2、按管段配水长度进行沿线流量分配，先计算比流量：

()

1208.76173.68

0.044023542

h ni

l mi

Q q l q s m l --=

=

=?∑∑

3、最高时管段沿线流量分配与节点设计流量计算

表2-2 最高时管段沿线流量分配与节点设计流量

2.3.2流量分配和选择管径

1、初分流量选择管径

在计算出的各节点流量和管段流量的基础上，根据流量平衡原则进行流量初步分配。

流量分配步骤为：

1）按照管网的主要供水方向，初步拟定各管段的水流方向，并选定整个管网的控制点。

2）为了可靠供水，从二级泵站到控制点之间选定几条主要的平行干管线，这些平行干管中尽可能均匀的分配流量，并且呼喝水流连续性既满足节点流量平衡的条件。

3）根据分配到各管段上的流量确定各管段直径。

根据初次分配的流量，由水力计算表和经济流速得到管道的直径。选取经济流速和确定管径时，可以考虑以下原则：

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）管段设计流量站整个管网供水量比例较小是可取较大的经济流速，反之取较小的经济流速；

3）从供水泵站道控制点的管线上可取较小的经济流速，其余管段可取较大的经济流速。

4）管线造价较高万而电价相对较低时可取较大的经济流速，反之取较小的经济流速；

5）重力供水时，各管段的经济管径或经济流速可充分利用地形高差来确定‘经济流速的选取可参考下表：

表2-3 平均经济流速

2.3.3 管网平差

∑q即流向任意节点流量和应等于流离该节点的流量（包括节点流量）1、0

=

之和。

2、△h=0即每一闭合环路中，以水流为顺时针方向的管段水头损失为正值，逆时针方向为负值，二者相加为0.在实际计算中，闭合差可按下列要求控制：

小环：△h≤0.5m;大环△h≤1.0—1.5m

流量初分后，根据以上原则进行平差计算，确定最大用水量时管段的水头损失，确定二级泵站的扬程。在进行最高日最高时管网平差时，根据流速和千米水头损失的大小要求改变管径，经平差符合要求后根据平差结果所确定的各个管段的管径大小再进行消防和事故校核，有不符合要求之处重新由最大时进行改动，直至都符合要求为止。本次设计采用计算机平差，平差结果见附录。

第三章方案的比较和确定

3.1取水工艺的选择

3.1.1取水构筑物位置的选择

取水构筑物应保证在枯水季节仍能取水，并满足在设计枯水保证率下取得所需的设计水量。保证率对于工业企业的水源不低于90-97%。城市供水的水源，一般可采用90-97%；取水构筑物位置的选择应全面掌握河流的特性。取水口应交通运输方便，有足够的施工场地，较小土石方和水下工程量。

取水构筑物的位置选择，应符合城市总规划的要求，在保证水质的前提下，

尽可能接近用水点，以节省投资和正常运行费用。在取水位置的具体选择时，还应该考虑以下因素：水质因素、河床及地形、上下构筑物的影响、污水排放口、冰凌因素和施工条件等。

综合以上考虑将取水构筑物选在该城市水质和地质条件较好的河岸的凹岸，具体位置见平面图布置。

3.1.2取水构筑物形式的确定

地表水取水构筑物构按造形式可分为固定式（岸边式、河床式、斗槽式）和活动式（浮船式、缆车式）。分区取水量和水质要求，结合河床地形、河床冲淤、水位变化、冰冻和航运等情况，本次设计选用固定式取水构筑物中的岸边式取水构筑物。

岸边式取水构筑物由进水间和泵房两本分组成，它适用于江河岸边较陡，主流近岸，岸边有足够水深，水质和地质条件较好，水位变化不大的情况。

3.2 处理工艺方案的选择

3.2.1药剂

1、药剂的选择

表3-1 常用混凝剂及其特点

本次设计的原水水源为河水，其浊度在60-500之间，PH值为7，结合这些特点，选用聚合氯化铝为混凝剂，该混凝剂腐蚀性较小，原料易得，价格便宜，被大多数水厂所采用，有一定的管理经验，并且劳动条件有保障。

2、投药和投加方式的确定

本设计采用湿投法，其优点为：容易与原水充分混合；不易阻塞入口，管理方便；投量易于调节。投加系统示意图见下图所示：

图3-1 投加系统图

各种投加方式优缺点比较

①水泵投加

采用计量泵投加，不需另设计量设备

②水射器投加

采用水射器投加，设备简单，使用方便，但水射器效率较低，且易磨损

③重力投加

将溶液池架高，利用重力将药液投入水泵压水管或混合设施入口处，这种投加方式安全可靠，但溶液池位置较高

结合上述优缺点，采用计量泵投加混凝剂

综上所述，PAM等有机高分子混凝剂有毒性，不易控制用量，由于在投混凝剂前加液氯进行预处理，如用硫酸亚铁作混凝剂，易被氧化成三价铁。本设计采用聚合氯化铝混凝剂，无机高分子混凝剂操作方便，腐蚀性小，劳动条件好，成本低，净化效率高，用药量少，温度适用性高，采用计量泵投加，因为其使用方便，操作简单，工作可靠，广泛应用于加药系统，即混凝剂采用聚合氯化铝PAC计量泵投加

3、药剂混合方式的确定

混合的主要作用是让药剂迅速而均匀地扩散到水中，使其水解产物与原水中的胶体颗粒充分作用完成脱体脱稳，以便进一步去除，对混合的基本要求是快速与均匀，一般混合时间10-30s，混合方式基本分为两大类：水力混合和机械混合，水力混合简单，但不能适应流量的变化，机械混合可进行调节，能适应各种流量的变化，具体采用何种混合方式，应根据净水工艺布置、水质、水量、投加药剂品种及数量以及维修条件等因素确定。

综上所述，因为水厂水量变化不大，并且考虑到尽可能的减少能量消耗，以整体经济效益而言是最具有优势的，本设计采用管式静态混合器，它较水泵混合和机械混合能耗低，并且混合效果比管道混合稳定，混合速度快。

3.2.2絮凝池

不同形式的絮凝池的一般介绍如下所示

表3-3 各种絮凝池的比较