给水管网专业课程设计.doc

给水排水管道系统课程设计

学 院：河北工业大学
专 业：给排水C081班
指引教师：
姓 名：
学 号：

目录

目录 ………………………………………… 1
设计题目……………………………………………… 2
基本资料……………………………………………… 2
用水量计算 …………………………………………… 2
供水方案选取…………………………………………4
管网定线……………………………………………… 4
都市最高日用水量变化曲线……………………………5
清水池与水塔调节容积计算……………………………6
管段设计流量计算………………………………………7
管网平差 ……………………………………………11
水泵扬程和水塔高度计算…………………………… 17
消防时管网核算 …………………………………… 17
水塔转输工况核算 …………………………………22
事故工况管网核算 ………………………………… 25
参照文献……………………………………………… 27

设计题目
河北某城乡给水管网设计
基本资料：
本工程为河北某城乡给水管网设计，人口数12.2万,查《室外排水设计规范》可知该都市位于一分区，为中小都市。道路面积50万平米，绿地面积86万平米。工业区I总人数3400人，其中高温车间人数1400人，工业区II总人数5100人，其中高温车间人数1800人。

一、用水量计算

1、 最大日用水量计算

（1）都市最高日综合生活用水量
该城乡为河北中小都市，都市分区为二区，查《给水排水管网系统》第二版323页附录2，取最高日用水定额为240L/ cap·d。
Q1=qNf
Q1―—都市最高综合生活用水，m／d；
q――都市综合用水量定额，Ｌ／（cap.d）；
Ｎ――都市设计年限内筹划用水人口数；
f――都市自来水普及率，采用f=100%

则最高日综合生活用水量为

Q1==29280
（2） 工业公司职工生活用水和淋浴用水量计算

1）工业区普通车间生活用水量计算
普通车间生活用水量定额为q=25。
工业区Ⅰ普通车间人数为人，其生活用水量：

同样，工业区Ⅱ普通车间人数为3300人，其生活用水量：

2）工业区高温车间生活用水量计算
高温车间生活用水量定额为q=35。
工业区Ⅰ高温车间人数为1200人。其生活用水量：

同样，工业区Ⅱ高温车间人数为1800人，其生活用水量：

3)工业公司职工生活用水量计算
Ⅰ区职工生活用水量：
Ⅱ区职工生活用水量；
职工生活用水量总额为：
(3) 工业公司生产用水量为
工业区Ⅰ6000，工业区Ⅱ8200
工业公司生产用水量为Q3=14200
（4）浇洒道路和绿化用水量
浇洒道路用水定额采用1.5，每天浇洒1次，绿化用水定额采用2.0
Q4=

（5） 未预见用水量和管网漏失水量
由给排水设计手册第三册《城乡给水》得未预见用水量和管网漏失水量取以上用水量之和20%，
Q5=20%(Q1+Q2+Q3+Q4)
=0.2×（29280+244.5+14200+2470）=9238.9
(6) 最大日设计用水量为
Qd=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5=55433.4。
2、最高日最高时用水量
最高时是上午7-8点，最高时用水量为全天用水量5.15%，时变化系数
Kh=
最高时用水量为Qh==2854.80=793.0。
3、消防用水量计算
查《给水排水管网系统》第二版324页附表3，则消防用水定额为,45，同步火灾次数为2次，消防历时取2小时则消防用水量为：Q7=45×2×3600=324000L=324m3。
二、供水系统方案选取
管网定线取决于都市平面布置，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。考虑都市近，远期发展，管网布置成环状网。该都市给水管网重要供水方向拟定为自西向东供水。为满足顾客供水规定其定线满足：干管间距普通采用500-800m，两干管连接间距为800-1000m。容许有个别管段不符合上叙规则。其管网布置图见附图一。
( 1 ) 选定水源及位置和净水厂位置
水源选在河流上游，以保证水质、管网中水流流向整体与河流流向一致，净水厂选在水源附近，（见图）水塔暂定在河边工业II处。
（2）选定供水系统方案：单水源，不分区供水。
三、管网定线
（1）各节点编号、管段编号标于图中，节点地面标高由图中标出。管段长度由图中读出（比例尺为1:5000）
（2）布线原则：干管整体将城乡各用水户包括，集中流量用水处应布置干管，干管之间其她顾客以连接管连接。

四、都市最高日用水量变化曲线
1、各时段用水量见表1-1
各时段用水量 表1-1
0-1
1-2
2-3
3-4
4-5
5-6
6-7
7-8
2.82
2.81
2.93
3.06
3.13
3.78
4.91
5.15
8-9
9-10
10-11
11-12
12-13
13-14
14-15
15-16
5.13
4.79
4.66
4.52
4.49
4.43
4.45
4.55
16-17
17-18
18-19
19-20
20-21
21-22
22-23
23-24
5.11
4.92
4.90
4.71
4.29
4.04
3.42
3.02
2、二级本站接两环设计，从前一日22点到清晨6点，6点到22点共两级，前一日22点到清晨6点：
Q1 =（2.80+2.81+2.93+3.06+3.13+3.78+3.42+3.02）/8
=3.12%
清晨6点到22点： Q2=（100%-3.12%*8）/16
=4.69%

3、 由都市逐时用水量表，绘制用水量变化曲线如下图
用水量变化曲线 图1-1

五、 清水池容积、水塔容积计算
清水池与水塔调节容积计算表
表1-2
小时
给水解决供水量（%）
供水泵站供水量（%）
清水池调节容积计算（%）
水塔调节容积计算（%）
设立水塔
不设水塔
设立水塔
不设水塔

1
2
3
4
2-3
∑
2-4
∑
3-4
∑
0-1
4.17
3.12
2.80
1.05
1.05
1.37
1.37
0.32
0.32
1-2
4.17
3.12
2.81
1.05
2.10
1.36
2.73
0.31
0.63
2-3
4.16
3.12
2.93
1.04
3.14
1.23
3.96
0.19
0.82
3-4
4.17
3.12
3.06
1.05
4.19
1.11
5.07
0.06
0.88
4-5
4.17
3.12
3.13
1.05
5.24
1.04
6.11
-0.01
0.87
5-6
4.16
3.12
3.78
1.04
6.28
0.38
6.49
-0.66
0.21
6-7
4.17
4.69
4.91
-0.52
5.76
-0.74
5.75
-0.22
-0.01
7-8
4.17
4.69
5.15
-0.52
5.24
-0.98
4.77
-0.46
-0.47
8-9
4.16
4.69
5.13
-0.53
4.71
-0.97
3.80
-0.44
-0.91
9-10
4.17
4.69
4.79
-0.52
4.19
-0.62
3.18
-0.10
-1.01
10-11
4.17
4.69
4.66
-0.52
3.67
-0.49
2.69
0.03
-0.98
11-12
4.16
4.69
4.52
-0.53
3.14
-0.36
2.33
0.17
-0.81
12-13
4.17
4.69
4.49
-0.52
2.62
-0.32
2.01
0.20
-0.61
13-14
4.17
4.69
4.43
-0.52
2.10
-0.26
1.75
0.26
-0.35
14-15
4.16
4.69
4.45
-0.53
1.57
-0.29
1.46
0.24
-0.11
15-16
4.17
4.69
4.55
-0.52
1.05
-0.38
1.08
0.14
0.03
16-17
4.17
4.69
5.11
-0.52
0.53
-0.94
0.14
-0.42
-0.39
17-18
4.16
4.69
4.92
-0.53
-0.00
-0.76
-0.62
-0.23
-0.62
18-19
4.17
4.69
4.90
-0.52
-0.52
-0.73
-1.35
-0.21
-0.83
19-20
4.17
4.69
4.71
-0.52
-1.04
-0.54
-1.89
-0.02
-0.85
20-21
4.16
4.69
4.29
-0.53
-1.57
-0.13
-2.02
0.40
-0.45
21-22
4.17
4.69
4.04
-0.52
-2.09
0.13
-1.89
0.65
0.20
22-23
4.17
3.12
3.42
1.05
-1.04
0.75
-1.14
-0.30
-0.10
23-24
4.16
3.12
3.02
1.04
-0.00
1.14
0.00
0.10
0.00
合计
100.0
100.0
100.0
调节容积=8.37
调节容积=8.51
调节容积=1.89

由表得水塔与清水池调节容积分别为最大日用水量1.89%、8.51%。
1、 水塔容积计算
(1) 调节容积计算
W1=55433.4×1.89%=1047.69m3
(2) 消防贮水量计算（按10分钟计算）
W2==27m3
（3） 总容积计算计算
W=W1+W2=1047.69+27=1074.69m3
2、 清水池容积计算
(1)调节容积计算
W3=8.37%×55433.4=4639.78m3
(2) 消防容积计算
W4=324m3
(3)给水解决系统生产自用水量
W5=10%Qd=5543.34m3
（4） 安全储备量
W6=（W3+W4+W5）=1751.19m3
总容积计算计算
W=W3+W4+W5+W6=12258.31m3
六、 管段设计流量计算
管段【1】、【4】为输水管，不参加配水，其计算长度为零。管段【2】、【3】、【13】、【14】，为单侧配水，其计算长度按实际长度一半计入。别的均为双侧配水管段，均按实际长度计入。各管段配水长度见表1-3
表1-3
管段编号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
管段长度
300
860
1200
200
810
810
810
725
725
725
960
1200
1200
860
配水长度
0
430
600
0
810
810
810
725
725
725
960
1200
600
430

注：表中管段长度和配水长度单位均为米。
（1）、集中节点流量计算
最高时集中用水量计算：
工业区I：q==70.59，位于节点（8），
工业区II：q==96.59位于节点（4）
（2）、比流量计算
ql= =0.071
由泵站供水曲线，得泵站设计供水流量为：

水塔设计供水流量为：

各管段沿线流量分派按公式计算，管段沿线流量及各节点设计流量计算计算成果见表1-4。

最高时管段沿线流量分派与节点设计流量计算 表1-4
管段或节点编号
管选配水长度（m）
管段沿线流量（L/s）
节点设计流量计算（L/s）
集中流量
沿线流量
供水流量
节点流量
1
0
0.00

0.00
722.17
-722.17
2
430
36.98

35.91

35.91
3
600
51.60

79.12

79.12
4
0
0.00
96.59
43.22

139.71
5
810
34.83

0.00
70.83
-70.83
6
810
69.66

84.62

84.62
7
810
34.83

158.89

158.89
8
725
31.22
70.59
74.30

144.89
9
725
62.35

34.10

34.10
10
725
31.22

75.47

75.47
11
960
82.56

41.41

41.41
12
1200
103.20

13
600
51.60

14
430
36.98

共计
7291
627.03

0.00

（1） 流量分派初拟管径
由节点（1）出发，分派环状管网设计流量，管段【2】和【7】均 为重要供水管段，分派相等流量：
q2+q7=q1-Qj2=722.17-35.91=686.26
q2=q7=343.13，
q2-Qj3=q3+q6=343.13-79.12=264.01
[6]处在垂直方向，考虑【2】发生事故时，流量从【6】绕过，且【3】接近水塔，故【6】应多分派流量，
q6=0.7264.01=184.81，q3=264.01-184.81=79.20
q3+q4-Qj4=q5=10.32。
q7-Qj8=q11+q8=343.13-144.89=189.24,[11]重要供水管段，分派较多流量，
q11=0.7×189.24=132.47,q8=189.24-132.47=56.77
q14=q8-Qj9=56.77-34.10=22.67,
q9+q12=q6+q11-Qj7=184.81+132.47-158.89=158.39，
q9=q12=79.20，
q13=q9+q14-Qj10=79.20+22.67-75.47=26.40，
q10=q5+q12-Qj6=10.32+79.20-84.62=4.9
依照以上管段流量，初拟管径见下表：
表1-5
管段编号
1
2
3
4
5
6
7
设计流量（L/s）
722.17
343.14
79.2
70.38
10.32
184.81
343.13
经济流速（m/s）
2.6
2
0.8
0.8
0.2
1.1
2
计算管径（mm）
594.84
467.50
355.13
334.77
256.38
462.63
467.50
设计管径（mm）
2×450
450
350
2×250
250
450
450
管段编号
8
9
10
11
12
13
14
设计流量（L/s）
56.77
79.2
4.9
132.47
79.2
26.4
22.67
经济流速（m/s）
0.7
0.8
0.3
1
0.8
0.3
0.3
计算管径（mm）
321.42
355.13
144.25
410.79
355.13
334.82
310.26
设计管径（mm）
300
350
250
400
350
350
300

七、 管网平差
1、 （1）计算管段阻力系数
S=10.67*L／(l^1.852*d^4.87)
压降 h=s*q^1.852
等效管径 d*=(N)^(n/m)*di
(2) 水力分析图
将[1]暂时删除，其管段流量并到节点（2）上、
（3）用改进哈代-克罗斯平差法计算，优先平差闭合差较大环：
表1-6
环号
管段编号
s
流量初分派
q（L/s）
h（m）

1
2
90.11
343.14
4.47
13.03
6
84.87
184.81
1.34
7.24
-11
188.51
-132.47
-1.52
11.50
-7
84.87
-343.14
-4.21
12.27

0.08
44.05

2
3
480.30
79.2
1.58
19.92
5
1950.00
10.32
0.15
14.25
-12
48.30
-79.2
-0.16
2.00
-6
84.87
-184.81
-1.34
7.24

0.23
43.41

3
11
188.51
132.47
1.61
12.12
9
290.18
79.2
0.95
12.03
-14
783.18
-22.67
-0.25
11.19
-8
660.24
-56.77
-1.17
20.62

1.13
55.95
-10.91
4
12
48.30
79.2
0.16
2.00
10
1745.71
4.9
0.03
6.76
-13
480.30
-26.4
-0.21
7.81
-9
280.18
-79.2
-0.92
11.62

-0.93

第一次平差
第二次平差
q（L/s）
h（m）

q（L/s）
h（m）

343.14
4.47
13.03

184.81
1.34
7.24

-121.56
-1.37
11.26

-343.13
-4.21
12.27

0.23
43.81

79.20
1.58
19.92

10.32
0.15
0.00

-93.49
-0.22
2.31

-184.81
-1.34
7.27

0.17

121.56
1.37
11.26
121.56
1.37

68.29
0.72
10.61
54.00
0.47
8.68
-33.58
-0.53
15.63
-33.61
-0.53

-67.68
-1.62
23.95
-67.71
-1.62

-0.05
61.45

-0.31

79.2
0.16
2.00
93.49
0.22
2.31
4.9
0.03
6.76
19.19
0.42
21.63
-26.4
-0.21
7.81
-12.11
-0.05
4.02
-68.29
-0.70
10.24
-54.00
-0.45
8.38

-0.71
26.82

0.13

14.29

（4） 工况水力分析
节点水头、地面标高、自由水压计算表
假设9为控制点节点水头等于服务水头 表1-7
节点编号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
地面标高（m）
62.0
63.1
63.4
63.2
62.5
65.0
66.4
67.3
69.5
67.8
66.3
自由水压（m）

24.0
28.0
28.0

24.0
24.0
28.0
24.0
24.0
24.0
服务水头（m）

87.1
91.4
91.2

89.0
90.4
95.3
93.5
91.8
90.3

假设9为控制点节点水头等于服务水头 ，即H9=93.50m。别的各节点自由水头由表1-6中相应管段压降求得。计算成果见下表。
表1-8
管段或节点编号
2
3
4
5
6
7
8
管段流量（L/s）
343.14
79.20
70.83
10.32
184.81
343.14
67.71
管内流速（m/s）
0.54
0.21
0.21
0.05
0.29
0.54
0.24
管段压降（m）
4.47
1.58
0.86
0.15
1.34
4.21
0.52
节点水头（m）
98.23
93.99
93.49
94.35
93.34
92.65
94.02
地面标高（m）
63.1
63.4
63.2
63.0
65.0
66.4
67.3
自由水头（m）
35.13
30.59
30.29
31.35
28.34
26.25
26.72

9
10
11
12
13
14
54.00
19.19
121.56
93.49
12.11
33.61
0.14
0.27
0.24
0.24
0.03
0.12
0.47
0.42
1.37
0.22
0.05
0.53
93.50
92.97
92.92

69.5
67.8
66.3

24.00
25.17
26.62

表1-8成果可知节点8水头不能满足规定，因此节点9不是真正控制点，节点8 为控制点，其供压差额为1,28m，所有节点水头加上此值，可使用水压力所有满足规定。计算过程见下表：

表1-9
节点编号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
节点水头

98.2
94.0
93.5
94.4
93.3
92.7
94.0
93.5
93.0
92.9
服务水头

87.1
91.4
91.2

89.0
90.4
95.3
93.5
91.8
90.3
供压差额

-11.1
-2.6
-2.3

-4.3
-2.2
1.3
0.0
-1.2
-2.6
节点水头调节
62.0
99.5
95.3
94.8
95.6
94.6
93.9
95.3
94.8
94.3
94.2
自由水头

36.4
31.9
31.6

29.6
27.5
28.0
25.3
26.5
27.9
注：表中各水头单位均为米。
（5）校核成果图
八、水泵扬程和水塔高度计算
（1） 水泵扬程
hpl=（H2-H1）+
=（99.5-62）+
泵内水损失：hpml=8×=1.63m
因此水泵扬程是 Hp=39.28+1.63=40.91m，取41m；
按两台泵并联工作考虑，单台泵流量为Qp=0.5×722.17L/s=361.09L/s，考虑到消防，
查水泵样本，选16SA-9B型水泵三台，两用一备,流量为540L/s，扬程为68m。
（3） 水塔高度：HT5=H5-Z5（m）
=95.6-63.0
=32.6m
九、消防校核
（1）、考虑同步两处火灾，灭火用水量为45 l/s×2=90 l/s。将消防流量加在最不利控制点和较远点上，本设计选在（8）、（11）两节点上，每个节点加上消防流量45 l/s
相应，清水池和水塔供水量均增长45 l/s，节点流量不变，沿线流量重分派。
（2）、流量初分派
分派原则大体一致，【7】略多于【2】考虑到平差，当平差较困难时恰当调节分派，详细分派成果见表1-10中第四列。
（3） 、消防校核平差
依然采用用改进哈代-克罗斯平差法计算，成果见下表：

表1-10
环号
管段编号
s
流量初分派
q（L/s）
（m）

1
2
90.11
343.14
4.47
13.03
6
84.87
214.81
1.77
8.24
-11
188.51
-132.47
-1.52
11.50
-7
84.87
-388.13
-4.79
13.63

-0.07
46.40

2
3
480.30
49.2
0.65
13.28
5
1950.00
25.32
0.77
30.60
-12
48.30
-120.00
-0.34
2.85
-6
84.87
-184.81
-1.34
7.24

-0.25
53.98

3
11
188.51
132.47
1.61
12.12
9
290.18
99.93
1.47
14.67
-14
783.18
-22.67
-0.25
11.19
-8
660.24
-56.77
-1.17
20.62

1.65
58.59
-15.21
4
12
48.30
120
0.34
2.85
10
1745.71
60.7
3.50
57.71
-13
480.30
-57.11
-0.86
15.07
-9
280.18
-99.93
-1.42
14.16

1.57

第一次平差
第二次平差
q（L/s）
（m）

q（L/s）
（m）

343.14
4.47
13.03

184.81
1.34
7.24

-117.26
-1.37
10.92

-388.13
-4.79
12.27

0.35
43.47

79.20
1.58
19.92

10.32
0.15
0.00

-99.02
-0.24
3.14

-184.81
-1.34
7.27

-0.15

117.26
1.37
10.92
117.26
1.37
11.26
84.72
0.97
12.11
95.32
0.66
10.15
-37.88
-0.82
19.21
-33.61
-0.52
15.65
-70.98
-2.05
26.69
-80.89
-1.62
23.96

-0.5
68.94

-0.11

79.2
0.16
2.00
99.02
0.24
2.42
4.9
0.03
6.76
24.72
0.66
26.84
-26.4
-0.21
7.81
-53.46
-0.82
2.39
-115.14
-1.04
12.31
-95.32
-0.66
9.81

-1.06
28.88

-0.62

19.82

管段或节点编号
管段流量（L/s）
管内流速（m/s）
管段压降（m）
节点水头（m）
地面标高（m）
自由水压（m）
2
343.14
1.2
4.47
99.51
63.10
36.4
3
79.20
0.9
1.58
95.27
63.40
31.87
4
70.83
1.2
0.75
94.77
63.2
31.57
5
10.32
0.9
0.15
95.36
62.5
32.86
6
184.81
0.8
1.34
94.62
65.0
29.62
7
388.13
1
4.79
93.93
66.4
27.53
8
80.96
0.7
1.62
95.30
67.3
28.00
9
95.32
0.7
0.66
94.78
69.5
25.28
10
24.72
0.7
0.66
94.25
67.8
26.45
11
117.26
0.7
1.37
94.20
66.3
27.90
12
99.02
0.8
0.24

13
53.46
0.7
0.82

14
33.61
0.7
0.53

通过校核所有节点水头均能满足规定。

消防校核成果图：

十、最大转输校核
（1）、由表1-2可知最大转输发生在21-22点，此时用水量为最高日用水量4.04%，水塔进水量为最高日用水量4.69%-4.04%=0.65%，最大转输流量为：100.09L/s。
最大转输工况各节点流量=最高时工况节点流量
计算成果如下表：
表1-11
节点编号
节点流量（L/s）
2
28.17
3
62.07
4
109.60
5
0.00
6
66.38
7
124.64
8
113.66
9
26.75
10
59.20
11
32.48
共计
621.96

722.17-621.96=100.21L/s>100.09L/s,满足规定。

（2）、流量初分派
分派原则大体一致，考虑到平差，当平差较困难时恰当调节分派，详细分派成果见 表1-12中第四列。
（3） 、最大转输流量管网平差
依然采用用改进哈代-克罗斯平差法计算，成果见下表：

表1-12
环号
管段编号
s
流量初分派
q（L/s）
（m）

1
2
90.11
270.00
2.87
10.62
6
84.87
175.96
1.22
6.95
-11
188.51
-125.6
-1.37
10.90
-7
84.87
-323.00
-3.77
11.66

-1.04
40.13

2
3
480.30
131.97
4.06
30.77
-5
1950.00
-77.27
-6.12
79.18
-12
48.30
-141.54
-0.46
3.28