给水管网设计.docx

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给水管网设计

1、给水系统的布置

1、给水系统的给水布置

2、给水管网布置形式

3、二级泵房供水方式

2、给水管网定线

3、设计用水量

1、最高日设计用水量

2、最高日用水量变化情况

3、最高日最高时设计用水量

4、计算二泵房、水塔、管网设计流量

5、计算清水池设计容积和水塔设计容积

四、管材的选择

五、管网水力计算

六、校核水力计算

给水管网课程设计

一、给水系统的布置

（1）给水系统的给水布置

给水系统有统一给水系统，分系统给水系统（包括分质给水系统、分区给水系统及分压给水系统），多水源给水系统和分地区给水系统。

本设计城市规模较小，地形较为平坦，其工业用水在总供水量所占比例较小，且城市内工厂位置分散，用水量少，故可采用同一系统供应生活、生产和消防等各种用水，即使其供水有统一的水质和水压。

鉴于城市规模小，且管道铺设所需距离较长，本设计选择单水源给水系统。

从设计施工费用等方面考虑，单水源统一给水系统的投资也相对较小，较为经济。

综上所诉，本设计采用单水源统一给水系统。

（2）给水管网布置形式

城市给水官网的基本布置形式主要有环状与树枝状两种。

树状网的供水安全性较差，当管中某一段管线损坏时，在该管段以后的所有管线就会断水。

而且，由于枝状网的末端，因用水量已经很小，管中的水流缓慢，因此水质容易变坏，环状网是管线连接成环状，某一管段损坏时，可以关闭附近的阀门是和其余管线隔开，以进行检修，其余管线仍能够正常工作，断水的地区可以缩小，从而保证供水的安全可靠性。

另外，还可以大大减小因水锤作用产生的危害，在树状网中，则往往一次而是管线损坏。

但是其造价明显比树状网为高。

一般大中城市采用环状管网，而供水安全性要求较低的小城镇则可以猜用树状管网。

但是，为了提高城镇供水的安全可靠性以及保证远期经济的发展，本实例仍然采用环状网，并且是有水塔的环状网给水管网。

（3）二级泵房供水方式

综合考虑居民用水情况以及具体地形情况，拟在管网末端设置对置水塔，由于水塔可调节水泵供水和用水之间的流量差，二泵站的供水量可以与用水量不相等，即水泵可以采用分级供水的办法，分级供水的原则是：

（1）泵站各级供水线尽量接近用水线，以减小水塔的调节容积，分级输一般不多于三级：

（2）分级供水时，应注意每级能否选到合适的水泵，以及水泵机组的合理搭配，尽可能满足今后和一段时间内用水量增长的需要。

依据以上原则，本设计采用二泵房分二级供水。

二、给水管网定线

城市管网定线取决于城市的平面布置，供水区的地形，水源和水塔的的位置，街区和用户特别是大用户的分布，河流，铁路，桥梁等的位置，管线一般敷设在街道下，以满足供水要求为前提，尽可能缩短管线长度；形状随城市总平面布置图而定；宜树状网和环状网相结合的形式，且使管线均匀地分布于整个给水区。

在定线前需熟悉地形图，明确水源、水厂、水塔设计位置以及各大用户的位置，由于管网定线不仅关系着供水安全，也影响着管网造价，因此定线时需要慎重考虑。

水塔应尽量置于城市较高地区。

以减少水塔高度；此外应尽可能靠近大用水户，以便在最大转输时减少水塔至该处的连接管中的水头损失，从而减少水塔高度，水塔在管网中有重要作用，它的目标又很明显，故选择水塔位置时，需考虑防空、整个城市规划及美观等问题。

管网定线的基本原则是：

●干管应通过两侧负荷较大的用水区，并以最短距离向用户送水。

●靠近道路、公路，以便于施工及维修。

●利于发展，并考虑分期修建的可能性。

●干管尽量沿高地布置，使管道内压力较小，而配水管压力则更高些。

●注意与其他管线交叉时平面与立面相隔间距的规定与要求。

按照布管原则进行：

干管的延伸和二泵房输水到水塔、大用水户的水流方向一致，以水流方向为基准平行布置干管，以最短的距离到达用水户；干管间距500-800米，联络管间距800-1000米；枝状和环状相结合；单管和双管相结合；

给水管网定线草图如图所示：

（记得加附图）

三、设计用水量

1、最高日设计用水量：

城市最高日用水两包括综合用水、工业生产用水及职工生活用水及淋浴用水、浇洒道路和绿化用水、未预见用水和管网漏失水量。

①综合生活用水量：

城北区近期规划人口8万人，用水普及率预计100％，综合用水量标准采用300L/cap·d

则最高日综合生活用水量：

Q1=300×80000×100%=24000000L/d=24000（m3/d）

②工业企业用水量：

由资料知，甲企业用水量（含工业企业职工生活用水和生产用水）为3000m3/d，则Q2+Q3=3000m3/d=34.72L/s

③浇洒道路和绿化用水量：

由资料知：

Q4=0。

④未预见水量和管网漏失水量：

Q5=（15%--25%）×（Q1+Q2+Q3+Q4），这里取20%，则Q5=20%×（24000+3000）m3/d=5400m3/d。

⑤消防用水量：

根据《建筑设计防火规范》该城市消防用水量定额为35L/s，同时火灾次数为2次。

故城市消防用水量为：

Q6=35×2=70L/s

所以：

最高日设计用水量为：

Qd=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5=24000+3000+0+5400=32400m3/d。

取Qd=33000m3/d

2、最高日用水量变化情况

城市生活用水量变化情况如下表：

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

用水量

1.10

0.70

0.90

1.10

1.30

3.91

6.61

5.84

7.04

6.69

7.17

7.31

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

用水量

6.62

5.23

3.59

4.76

4.24

5.99

6.97

5.66

3.05

2.01

1.42

0.79

根据“用水量计算表”绘制最大日用水量变化曲线（见下图）

3、最高日最高时设计用水量

一级泵站全天运转，流量为最高日用水量的4.17﹪；二级泵站分两级供水：

第一级从21时到5时，供水量为1.16%，第二级从5时到21时，供水量为5.67%，最高日泵站总的供水量为：

1.16%×8+5.67%×16=100%，从表中可以得知，城市最高日用水有两个高峰：

一是早上8:

00--12:

00，一是下午17：

00--20:

00，最高时用水量是在上午11:

00--12:

00，为全天的7.31%。

则时变化系数为Kh=7.31%/4.17%=1.75.

故，最高日最高时用水量为：

Qh＝Kh×Ｑd/86.4=1.75×33000/86.4=668.4L/s。

4、计算二泵房、水塔、管网设计流量

由最高日设计用水量为33000m3/d，且管网中设置有水塔，则:

二泵房的设计供水流量为：

33000×5.67%×1000/3600=519.75L/s。

水塔的设计供水流量为：

33000×（7.31%-5.67%）×1000/3600=150.3L/s。

5、计算清水池设计容积和水塔设计容积

由用水量变化曲线与分级供水线求得清水池与水塔的调剂容积，如下表：

清水池与水塔调节容积计算

时间

给水处理供水量（%）

二级（供水）泵站供水量（%）

清水池调节容积计算设置水塔（%）

水塔调节容积计算（%）

设置水塔

不设水塔

（1）

（2）

（3）

（4）

（2）-（3）

∑

（3）-（4）

∑

0-1

4.17

1.16

1.10

3.01

3.01

0.06

0.06

1–2

4.17

1.16

0.70

3.01

6.02

0.46

0.52

2–3

4.16

1.16

0.90

3.00

9.02

0.26

0.78

3–4

4.17

1.16

1.10

3.01

12.03

0.06

0.84

4–5

4.17

1.16

1.30

3.01

15.04

-0.14

0.70

5–6

4.16

5.67

3.91

-1.51

13.53

1.76

2.46

6–7

4.17

5.67

6.61

-1.50

12.03

-0.94

1.52

7–8

4.17

5.67

5.84

-1.50

10.53

-0.17

1.35

8–9

4.16

5.67

7.04

-1.51

9.02

-1.37

-0.02

9–10

4.17

5.67

6.69

-1.50

7.52

-1.02

-1.04

10–11

4.17

5.67

7.17

-1.50

6.02

-1.50

-2.54

11–12

4.16

5.67

7.31

-1.51

4.51

-1.64

-4.18

12–13

4.17

5.67

6.62

-1.50

3.01

-0.95

-5.13

13-14

4.17

5.67

5.23

-1.50

1.51

0.44

-4.69

14-15

4.16

5.67

3.59

-1.51

0.00

2.08

-2.61

15-16

4.17

5.67

4.76

-1.50

-1.50

0.91

-1.70

16-17

4.17

5.67

4.24

-1.50

-3.00

1.43

-0.27

17-18

4.16

5.67

5.99

-1.51

-4.51

-0.32

-0.59

18-19

4.17

5.67

6.97

-1.50

-6.01

-1.30

-1.89

19-20

4.17

5.67

5.66

-1.50

-7.51

0.01

-1.88

20-21

4.16

5.67

3.05

-1.51

-9.02

2.62

0.74

21-22

4.17

1.16

2.01

3.01

-6.01

-0.85

-0.11

22-23

4.17

1.16

1.42

3.01

-3.00

-0.26

-0.37

23-24

4.16

1.16

0.79

3.00

0.00

0.37

0.00

合计

100.0

100.00

100.00

调节容积=24.06

调节容积=7.59

清水池中除了储存调节用水外还存放消防用水,则清水池有效容积W为：

W=W1+W2+W3+W4

其中：

W－清水池总容积m3；

W1－调节容积；m３；

W２－消防储水量m３，按2小时火灾延续时间计算；

W3－水厂冲洗滤池和沉淀池排泥等生产用水，取最高日用水量的10%计算，W4－安全贮量按W1+W2+W3取整后计算。

在缺乏资料时，一般清水池设计容积可按最高日用水量的10%--20%计算，这里取15%。

故本次设计的清水池容积为：

W=33000×15%=4950m3

水塔除了贮存调节容积用水量以外，还需贮存室内消防用水量，因此，水塔设计有效容积为:

W=W1+W2

其中：

W1--水塔调节容积

W2--室内消防贮备水量，按10分钟室内消防用水量计算。

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，城市用水量最大时取低值。

这里取5%，故水塔设计容积为W=33000×5%=1650m3

四、管材的选择

选择陶土管道作为输水管道（Cw=110）

五、管网水力计算

1、①集中用水量

集中用水量主要为工厂的生产用水量和职工生活用水量，当工人淋浴时间与最大时供水重合时淋浴用水也应该计入集中用水量，否则不计入集中用水量。

从城市资料用水量变化情况表中可知：

最大时集中用水量为甲企业的总用水量3000m3/d=34.72L/s。

②节点流量计算

由管网定线草图得各管段长度和配水长度，如下表：

管段编号

1

2

3

4

5

6

7

管段长度（m）

500

1000

1000

750

750

750

1000

配水长度（m）

0

500

500

375

750

375

1000

管段编号

8

9

10

11

12

13

14

管段长度（m）

1000

750

750

750

1000

1000

200

配水长度（m）

1000

375

750

375

500

500

0

③比流量的计算：

ql=（Qh-∑qi）/∑L=（668.4-34.72）/（500×4+375×4+750×2+1000×2）=0.091L/s

其中：

Qh——为最高日最大时用水量L/s

∑qi——为大用户集中流量L/s

∑L——管网总的有效长度m。

沿线流量计算：

qi-j＝qsＬi-jＬi-j—有效长度（m）；ql—比流量。

计算见下表：

最高时管段沿线流量分配与节点设计流量

管段或者节点标号

管段配水长度（m）

管段沿线流量（L/s）

节点设计流量（L/s）

集中流量

沿线流量

供水流量

节点流量

1

0

0.00

-

0.00

519.75

-519.75

2

500

45.5

-

39.82

-

39.82

3

500

45.5

-

79.63

-

79.63

4

375

34.13

-

39.82

-

31.15

5

750

68.26

-

79.63

-

97.90

6

375

34.13

-

159.26

-

124.60

7

1000

91.0

34.72

79.63

-

114.35

8

1000

91.0

-

39.82

-

62.30

9

375

34.13

-

79.63

-

123.72

10

750

68.26

-

39.82

-

44.50

11

375

34.13

-

0.00

150.3

-120.00

12

500

45.5

-

-

-

-

13

500

45.5

-

-

-

-

14

0

0.00

-

-

-

-

合计

7000

623.00

34.72

637.06

670.05

0.00

④初分配流量:

下图所示

2、确定管径、水头损失及流速

管径与设计流量的关系：

q＝Av＝πＤ2v／４；D＝（4q/πv）1/2

公式中：

D—管段管径，m；

　　　　q—管段计算流量，m３/s；

　　　A—管段过水断面面积，m２　

　　　　　　v—设计流速，m/s；

根据规范，最大设计流速不应超过2.5~3.0m/s，最小设计流速不得小于0.6m/s。

经济流速的选取要求如下表：

管径（mm）

平均经济流速（m/s）

管径

平均经济流速（m/s）

100~400

0.6~0.9

≥400

0.9~1.4

由初分配流量图得知，管段经济流速的选取见下表的三行，其中管段【1】【2】【4】【5】【7】【13】【14】由于设计流量大，则采用较高经济流速；管段【11】虽然流量不太大，但它与供水方向垂直，对电费影响较小，可以采用较高经济流速；【3】【8】管段设计流量中等，采用中等经济流速；【4】【6】【9】【10】管段设计流量很小，故采用较小的经济流速；【6】管段很特殊，考虑到水塔转输流量必须经过此管段，所以直接选取200mm管径。

管段【1】和【14】均为输水管，为了提高供水可靠性，采用并列双管，根据经济流速计算出管径后，按就近原则选取标准管径。

管段编号

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

设计流量L/s

519.75

239.97

54.25

239.97

106.09

14.43

137.34

54.17

23.00

20.00

44.03

16.82

66.45

150.3

经济流速m/s

1.2

1.1

0.8

1.1

1.1

0.6

1.1

0.8

0.6

0.6

0.9

0.8

1.0

1.1

计算管径mm

742

527

294

527

351

---

399

293

220

206

250

164

291

417

设计管径mm

700×2

500

300

500

400

200

400

300

200

300

200

200

300

400×2

3、管网平差计算

4、计算各节点水压和自由水头

（1）、设计工况水力分析

为了满足水力分析前提条件，将管段【1】暂时删除，其管段流量并列到节点

（2）上得Q2=—519.75+39.82=—479.93（L/s）。

同时，假定节点（4）为控制点，其节点水头为服务水头，即H9=0+28=28m。

水力分析采用海曾-威廉公式计算水头损失，Cw=110。

数据结果见下表：

管段或节点编号

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

管段流量L/s

247.20

56.68

232.71

110.90

18.59

124.57

58.04

28.52

18.17

37.72

11.30

72.76

管内流速m/s

1.26

0.8

1.19

0.88

0.59

0.99

0.82

0.91

0.26

1.2

0.36

1.03

管段压降m

3.89

3.06

2.61

1.96

2.10

3.24

3.19

4.63

0.28

7.77

1.11

4.85

节点水头m

139.00

140.43

142.24

136.86

134.70

139.94

134.90

132.60

136.51

28.82

-

-

地面标高m

105.4

106.5

107.3

105.8

106.7

107.6

105.8

106.7

107.8

137.02

-

-

自由水头m

33.67

33.93

34.94

31.06

28.00

32.34

29.10

25.90

27.71

-

-

-

（2）、控制点与各节点节点水头的确定

在水头分析时，假定节点（4）为控制点，但经过水力分析后，比较节点水头与服务水头，或比较节点自由水压与要求水压，可见节点（9）和（10）的用水压力要求不能满足，说明节点（4）不是真正的控制点。

比较按假定控制点确定的节点与服务水头，可以得到各节点供应差额，差额最大的节点就是用水压力最难满足的节点。

由表格数据得最大差额为2.10m，所有节点水头加上此值，可使用水压要求全部得到满足，而管段压降未变，能量方程组仍满足，自由水压也应同时加上此值。

计算过程见下表：

节点编号

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

节点水头m

-

33.67

33.93

34.94

31.06

28.00

32.34

29.10

25.90

27.71

28.82

服务水头m

-

28.00

28.00

28.00

28.00

28.00

28.00

28.00

28.00

28.00

-

供应差额

-

-5.67

-5.93

-6.94

-3.06

0.0

-4.34

1.10

2.10

0.09

-

节点水头调整

10

139.00

140.43

142.24

136.86

134.70

139.94

134.90

132.60

136.51

地面标高

-

105.4

106.5

107.3

105.8

106.7

107.6

105.8

106.7

107.8

137.02

自由水头

-

35.77

36.03

37.04

33.16

30.10

34.44

31.20

28.00

29.81

-

5、管网实际水头如图所示

6、泵站扬程与水塔高度设计

（1）在完成设计工况水力分析以后，泵站扬程直接可以根据其所在的管段水利特性确定。

即可由下式计算得到：

Hpi=（Hti-HFi）+kqin*li/Dim

式中：

Hpi-----泵站扬程，

HFi--------管段起端节点水头，

Hti-------管段末端节点水头，

kqin*li/Dim---------总水头损失

式中取节点

（1）水头H=10m

故有上述数据计算得泵站扬程为：

Hpi=（H2-H1）+10.67×（q1/2）1.85×l1/（Cw1.852×D14.87）

=（35.77—10）+10.67×（0.5197÷2）1.852×500/（1101.852×0.74.87）=26.20m.

为了选泵，估计泵站内部水头损失。

一般水泵吸水管道设计流速为1.2--2.0m/s，局部阻力系数可按5.0--8.0考虑，沿程损失较小，可以忽略。

则泵站内部水头损失约为：

Hpm1=8.0×2.02/2×9.81=1.63m

则泵站扬程为Hp=26.20+1.63=27.8m.

（2）水塔高度

设水塔所在节点水头为Hj,地面标高为Zj,

即水塔高度为:

Htj=Hj-Zj=28.82-0=28.82m.

六、校核水力计算

（1）消防时管网核算

该城区同一时间火灾次数为两次，一次灭火用水量为35L/s。

从安全和经济角度来考虑，失火点一个放在控制点9.另一个放在离泵站较远且靠近企业甲的节点7。

消防时除节点7、9附加35L/s的消防流量外，其余各节点的流量与最高时相同。

消防时管网所需总流量519.75+70=589.75L/s。

其核算结果如下：

从表格中可以看出，管网各节点的实际自由水压都满足H>10m

（98k

）.符合消防要求。

（2）事故时管网核算

设8～9管段损坏需关闭检修，按事故时流量降落比R=70%及设计水压进行核算。

管网各节点流量按最高时各节点流量的70%计算，而企业甲流量按100%计算。

其核算结果如下：

事故时，管道各节点水头基本上都符合要求，（9）（10）水头虽都低于28m，但水头都与28m相差不大，可以增加平行主干管条数或埋设双管，也可以从技术上采取措施，如加强当地给水管理部门的检修力量，缩短损坏的管道的修复时间；重要的和不允许断水的用户，可以采取储备用水的保障措施。