给水管网设计计算说明书.docx

给水管道课程设计
计算说明书

给水排水工程

工程概述
给水系统设计时，首先须确定该系统的供水规模和供水量。因为系统中的取水、水处理、泵站和管网等设施的确定都须参照设计用水量，从而确定工程的规模及正确选择各级工艺的设计参数和水处理工艺的流程，从而使水质、水压、水量满足用户的使用要求。
城市设计用水量主要包括居住区的生活用水和由城市给水系统供给的工业生产用水和职工的生活用水与淋浴用水，还有全市性的公共建筑和设施用水、浇洒道路和大面积绿化用水以及消防时用水。
设计区域内的用水情况：2个居民区的居民的生活用水、2个工业区的职工生活用水及淋浴用水、2个工业区的生产用水、火车站的用水、浇洒道路和大面积绿化用水。
城市最高日用水量计算
1．居民最高日综合生活用水量

由原始资料得该城市位于广东，人口数为13.05万，查《室外给水设计规范》可知该城市位于一分区，为中小城市，本设计中q=370L/(cap·d)
目前该城市有6.3+6.75=13.05万人口，自来水普及率f为100%。
得=370×130500×100%=48285（m³/d）。
2．工业区用水量
工业区内职工生活用水量和淋浴用水量，可按《工业企业设计卫生标准》。
职工生活用水量：一般车间按每人每班25升计，高温车间按每人每班35升计
职工淋浴用水量：一般车间按每人每班40升计，高温车间按每人每班60升计
工业区I（两班制运转）：工人总人数3000人，其中高温车间人数1000人
工业区I生活用水量=(2000×25+1000×35)÷1000=85(m³/d)
工业区I淋浴用水量=(2000×40+1000×60)÷1000=140(m³/d)
工业区II（三班制运转）：工人总数4500人，其中高温车间人数1200人
工业区II生活用水量=(3300×25+1200×35)÷1000=124.5(m³/d)
工业区I淋浴用水量=(3300×40+1200×60)÷1000=204(m³/d)
淋浴均在下班后1小时内进行
工业生活用水量=+++=85+140+124.5+204=553.5(m³/d)
3．浇洒道路和大面积绿化所需的水量
洒道路用水量为每平方米路面每次1-1.5L，大面积绿化用水量可采用1.5-2.0L/(d·m²)
设计，浇洒道路用水量为每平方米路面每次1.5L，大面积绿化用水量采用2.0L/(d·m²)
道路每天浇洒3次，绿地每天浇洒2次,道路面积82万平方米，绿地面积55万平方米
浇洒道路和大面积绿化所需的水量
=（1.5×820000×3+2×550000）÷1000=4790(m³/d)
4．火车站用水量 =3500(m³/d)
5．工业生产用水
工业区I生产用水6000 m³/d；工业区II生产用水8000 m³/d
工业生产用水=6000+8000=14000(m³/d)
6．未预见水量
城市未预见水量及管网漏失水量按最高日用水量的15%-25%计。本设计取未预见水量系数为25%
设计年限内城市最高日设计水量=（1+25%）×（）=88910.625(m³/d)
根据以上计算，得广东某城市最高日用水量计算中表

说明：（1）火车站用水为24小时均分，工业区的生产用水和生活用水按不同的班制平均分配，淋浴用水为每班后的第一小时内；
（2）浇洒道路和绿地尽量避开用水高峰；
最高日最高时用水量计算
由广东某城市最高日逐时用水量综合表可以看出，最高时用水量发生在17-18时，得全市最高日最大时用水量5405.17 m³/h=1501.45L/s。
最高日平均时用水量3705m³/h=1029.06L/s
时变化系数：

消防用水量：
按设计规范规定，消防时是指火灾发生在最高日最高时，所以其用水量是最高日最高时加上消防所需的用水量
城市（或居住区）室外消防用水量标准，人口在10.0~20.0万人，同一时间发生2次火灾，一次灭火用水量为45L/s; 在本设计中的总人口为13.05万，故采用上述标准。
城市消防用水量为：=2×45=90L/s
全市最高日用水量变化曲线
按逐时用水量计算表，绘制最高日用水量变化曲线，依次确定二级泵站的供水曲线。因为本设计不设置水塔，所以二级泵站的最大供水量要按最高日最高时的用水量计算。二级泵站的供水曲线图也就和全市的最高日用水量变化曲线一致。如图所示：

• 一级泵站设计流量
一级泵站一天工作24小时平均供水
/h
其中
• 二级泵站设计流量
由于管网没有设置水塔，为了保证所需的水量和水压，水厂的输水管和管网应按二级泵站最大供水量也就是最高日最高时用水量计算。
清水池有效容积计算
清水池有效容积由以下部分组成。
(1)调节容积
==10.33%88910.625=9184.4676m³
（2）城市人口数13.05万人，则确定同一时间内的火灾次数为2次，一次灭火用水量为45L/s。火灾延续时间按2h计，故火灾延续时间内所需的总水量为
=2×45×2×3600÷1000=648m³
• 水厂冲洗滤池和沉淀池排泥等生产用水按最高日用水量的10%计。
=10%=10%×88910.625=8891.0625m³
• 清水池的安全储量可按以上三部分容积和的2%计算。

所以，清水池的有效容积
清水池尺寸
取有效水深5m，分成两格，每格设为正方形，则池宽为=43.70m，取45米，则池长45×2=90m
清水池采用半地下式，最低水位高程为调节容积、水厂自用水及安全用水储量与消防用水储量交界线，则清水池的最低水位高程23.19-2.5+
防止清水池消防用水被动用的措施
为保证消防用水不被动用，同时又能保证清水池水质不腐化，拟在位于消防储水水位与生活调节水位交界处的生活水泵吸水管开一个额10mm小孔，水位降低至小孔，则进气停生活供水泵。
清水池容积计算见下表

给水方案的确定和管网的定线以及各种计算
• 水方案的确定
该城市地势西北高，一直向东南降低，地势差6米，河流方向由东北方向西南方向，居民区比较集中，工业区位于河流下游，两个居民区由铁路分开。同时综合以上因素考虑，选定统一供水方案，不设置水塔。具体位置如下图：

水源定在河流上游，水质较好；净水厂设置在河流与城市的之间，方便取水，也方便供水到城市。其主要供水方向是由东到西。
2．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。考虑城市近，远期发展，管网布置成环状网。为满足用户供水要求，其定线满足：干管的间距一般采用500-800m，两干管的连接间距为800-1000m，现有的道路规划，尽可能减少穿过铁路和高级路面以及其他重要建筑物。允许有个别管段不符合上叙规则。其管网布置图如下。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。

按照以上的定线，确定主要的供水方向，列表统计管网各管段的实际长度和有效长度，计算集中流量、比流量、沿线流量、节点流量
3.配水管有效长度：
二级泵站~1为输水管，不参与配水，其有效长度为零。
管段14~15部分单侧，部分双侧，其有效长度为：单侧部分按实际距离的一半计，双侧部分按实际距离算。其余的都是双侧供水，有效长度均按实际长度算。
总的有效长度∑L=12406m
4.配水干管比流量：
最高时居民综合生活用水量=3249.58 m³/h=902.661L/s，最高时道路浇洒和绿化浇洒的用水量=550m³/h=152.778L/s，未预见用水量=740.92m³/h=205.81L/s，人口总数p=130500人，I区的人口=63000人，II区的人口=67500人。

I区的管段有效长度

I区有火车站和工业区I、II大用户用水量，所以I区的管段比流量=0.1043L/(s·m)

II区管段的有效长度

II区没有大用户，所以II区的管段比流量
=0.0993 L/(s·m)
5.沿线流量：
管段i~j的沿线流量为

其中管段3~10和6~9管段沿线流量分别是
=0.0993×181+0.1043×328=52.20 L/s
=0.0993×171+0.1043×159=33.58 L/s
各管段的沿线流量计算如下表

6.节点流量计算
工业区I由节点10供水，则其集中流量为
（375+3.13+2.19）×1000÷3600=105.64 L/s
工业区II由节点16供水，则其集中流量为
（333.33+3.44+1.75）×1000÷3600=94.03 L/s
火车站由节点9供水，则其集中流量为145.83×1000÷3600=40.51 L/s
节点流量为沿线流量折半。
如节点k的节点流量为
各节点的节点流量计算表如下

7．最高用水时管网水力计算
该市的配水管网布置成环状，方案设置了6个环；
控制点为管网中供水的最不利点，通常认为在作平差时，满足控制点的水压，则整个管网的水压可以满足。本方案初选控制点为16点，因为改点所处地势较高（地面标高25.92m），离水厂较远，服务水头为20m。
流量分配和初拟管径
流量分配的目的是用以初步确定管网各管段的流量，据此确定管径，进而进行管网平差。环状网流量分配的步骤如下：
• 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。控制点是管网正常工作时和事故时必须保证所需水压的点，一般选在给水区离二级泵站最远或地形较高处。
• 为了可靠供水，从二泵站到控制点之间的几条干管尽可能均匀分配流量，并且满足节点流量的平衡条件。
• 和干管垂直的连接管，平时流量一般不大只有在干管损坏时才转输较大的流量，因此连接管中可分配较少的流量。
根据初分的流量，查界限流量表确定经济管径。
统一给水方案中，定节点16为控制点。
初分流量及初拟管径表

平差结果
======================================================================
迭代次数= 8
======================================================================
环号= 1
闭合差= .000
----------------------------------------------------------------------
管段号 管长 管径 流速 流量 1000I 水头损失 sq
(米) (毫米) (米/秒) (升/秒) (米)
----------------------------------------------------------------------
1 760 700 1.21 466.53 2.13 1.62 .0035
2 499 700 1.05 404.00 1.91 .95 .0024
3 657 600 1.23 -347.92 2.68 -1.76 .0051
4 586 1000 1.23 -968.07 1.38 -.81 .0008
sqtotal= .049 dq= .00
======================================================================
环号= 2
闭合差= .001
----------------------------------------------------------------------
管段号 管长 管径 流速 流量 1000I 水头损失 sq
(米) (毫米) (米/秒) (升/秒) (米)
----------------------------------------------------------------------
1 657 600 1.23 347.92 2.68 1.76 .0051
2 636 800 1.05 -526.83 1.60 -1.02 .0019
3 657 600 1.18 -332.52 2.89 -1.90 .0057
4 626 600 .93 261.77 1.85 1.16 .0044
sqtotal= .049 dq= .01
======================================================================
环号= 3
闭合差= .000
----------------------------------------------------------------------
管段号 管长 管径 流速 流量 1000I 水头损失 sq
(米) (毫米) (米/秒) (升/秒) (米)
----------------------------------------------------------------------
1 657 600 1.18 332.52 2.89 1.90 .0057
2 680 200 .66 20.58 4.08 2.78 .1349
3 454 250 .73 -35.74 3.71 -1.68 .0471
4 723 350 .98 -94.19 4.14 -2.99 .0318
sqtotal= .049 dq= .00
======================================================================
环号= 4
闭合差= .003
----------------------------------------------------------------------
管段号 管长 管径 流速 流量 1000I 水头损失 sq
(米) (毫米) (米/秒) (升/秒) (米)
----------------------------------------------------------------------
1 626 600 .93 -261.77 1.85 -1.16 .0044
2 509 700 .98 375.55 1.67 .85 .0023
3 330 700 1.19 -459.43 2.43 -.80 .0017
4 709 500 1.05 206.81 2.98 2.11 .0102
5 409 450 .93 148.48 2.73 1.12 .0075
6 662 350 .85 -81.98 3.20 -2.12 .0258
sqtotal= .073 dq= .02
======================================================================
环号= 5
闭合差= .010
----------------------------------------------------------------------
管段号 管长 管径 流速 流量 1000I 水头损失 sq
(米) (毫米) (米/秒) (升/秒) (米)
----------------------------------------------------------------------
1 662 350 .85 81.98 3.20 2.12 .0258
2 610 450 .90 142.75 2.54 1.55 .0109
3 656 300 .86 -60.66 3.96 -2.60 .0428
4 605 600 .90 -254.05 1.75 -1.06 .0042
sqtotal= .049 dq= .10
======================================================================
环号= 6
闭合差= .004
----------------------------------------------------------------------
管段号 管长 管径 流速 流量 1000I 水头损失 sq
(米) (毫米) (米/秒) (升/秒) (米)
----------------------------------------------------------------------
1 656 300 .86 60.66 3.96 2.60 .0428
2 534 400 .79 -99.73 2.36 -1.26 .0126
3 641 250 .78 -38.42 4.23 -2.71 .0706
4 463 400 .90 113.21 2.98 1.38 .0122
sqtotal= .049 dq= .04
======================================================================
经过软件的多次迭代，各环的闭合差均小于0.01m, 大环1-
2-3-10-11-12-13-16-15-14-9-7-8-5-4-1的闭合差：
，小于允许值1.0m，可满足要求;
由平差结果可看出，经过流量的校正，每个管段的管径都
满足最小流速和经济流速。
网平差结果的校核
管网平差的目的在于求出水源节点（二级泵站或水塔）的供水量、各管段中的流量和管径以及全部节点的水压。管网的管径和水泵扬程，按设计年限内最高日最高时的用水量和水压要求决定。但是用水量也是经常变化的，为了核算所定的管径和水泵能否满足不同工作情况下的要求，就必须进行其他用水条件下的计算，已确保经济合理的供水。由于不设置水塔，因此进行消防时管网核算和最不利管段发生故障时的管网核算。
在定线时假设了节点16为控制点，该点的地面标高为25.92m,需满足的最小服务水头为20m,则该节点的水压标高为45.92m,然后进行水力计算，由平差算出来的各管段的水头损失（见上平差结果），推算出其他各个节点的水压标高，再算出每个节点的自由水头，比较每个节点的自由水头与要求的最小服务水头（不小于20m）,比较自由水头是否满足最小服务水头。
计算结果如下表所示：
节点数据：

从计算结果可知，除控制点外的其他节点的自由水头都大于20m,满足水压要求。可得出节点16就为控制点。以上得出就为各个节点的自由水头和节点水压。
（1）最高时二级水泵扬程的计算：
设计清水池的地面为23.19m，最低水位高程按安全贮量得出为20.85m。从水厂向管网两条输水管长为313m，最高时每条管中流量为750.725L/s,依此每条输水管径选为1000mm,查得输水管最高时i为0.00101,所以输水管的沿程水头损失为0.00101×313=0.32m,局部水头损失按沿程的10%计算，故输水管的水头损失为0.32×1.1=0.35m。水泵的安全扬程为2m,吸水管长度取20m,其水头损失计算为，沿程水头损失为0.05m,局部水头损失为0.160m,故吸水管的水头损失为0.05+0.160=0.21m.从节点数据表可以看出，所需二级泵站最低供水水压标高为55.47m.所以二级泵站的最高时所需扬程为：
=55.47+0.35+2+0.21-20.85=37.18m
（2）最高时加消防时校核
消防时的校核，是以最高时用水量确定的管径为基础，按最高时用水时加上消防时流量进行分配。
人口为13.05万人，同一时间发生两次火灾，一次灭火用水量为45L/s
从安全和经济角度来考虑，失火点一个放在控制点16，另一个放在离泵站较远处的节点7。消防时除节点16,7附加45L/s的消防流量外，其余各 节点的流量与最高时相同。消防时管网所需的总流量为1501.45+90=1591.45 L/s
管网平差消防校核如下：
最高时加消防时的流量分配

将以上分配的流量和管径输入平差软件，得出消防时管网平差结果，见下
======================================================================
迭代次数=12
======================================================================
环号= 1
闭合差= -.001
----------------------------------------------------------------------
管段号 管长 管径 流速 流量 1000I 水头损失 sq
(米) (毫米) (米/秒) (升/秒) (米)
----------------------------------------------------------------------
1 760 700 1.26 486.07 2.31 1.76 .0036
2 499 700 1.10 423.54 2.09 1.04 .0025
3 657 600 1.27 -358.10 2.84 -1.87 .0052
4 586 1000 1.32 -1038.53 1.59 -.93 .0009
sqtotal= .061 dq= .00
======================================================================
环号= 2
闭合差= -.001
----------------------------------------------------------------------
管段号 管长 管径 流速 流量 1000I 水头损失 sq
(米) (毫米) (米/秒) (升/秒) (米)
----------------------------------------------------------------------
1 657 600 1.27 358.10 2.84 1.87 .0052
2 636 800 1.17 -587.11 1.96 -1.25 .0021
3 657 600 1.28 -361.57 2.90 -1.90 .0053
4 626 600 .98 276.65 2.05 1.28 .0046
sqtotal= .061 dq= -.01
======================================================================
环号= 3
闭合差= -.001
----------------------------------------------------------------------
管段号 管长 管径 流速 流量 1000I 水头损失 sq
(米) (毫米) (米/秒) (升/秒) (米)
----------------------------------------------------------------------
1 657 600 1.28 361.57 2.90 1.90 .0053
2 680 200 1.09 34.35 10.52 7.15 .2082
3 454 250 1.36 -66.97 10.29 -4.67 .0697
4 723 350 1.30 -125.42 6.06 -4.38 .0350
sqtotal= .061 dq= .00
======================================================================
环号= 4
闭合差= -.005
----------------------------------------------------------------------
管段号 管长 管径 流速 流量 1000I 水头损失 sq
(米) (毫米) (米/秒) (升/秒) (米)
----------------------------------------------------------------------
1 626 600 .98 -276.65 2.05 -1.28 .0046
2 509 700 1.01 390.39 1.79 .91 .0023
3 330 700 1.27 -489.99 2.35 -.78 .0016
4 709 500 1.13 221.65 3.39 2.41 .0109
5 409 450 1.03 163.32 3.26 1.33 .0082
6 662 350 .95 -91.58 3.93 -2.60 .0284
sqtotal= .092 dq= -.03
======================================================================
环号= 5
闭合差= -.009
----------------------------------------------------------------------
管段号 管长 管径 流速 流量 1000I 水头损失 sq
(米) (毫米) (米/秒) (升/秒) (米)
----------------------------------------------------------------------
1 662 350 .95 91.58 3.93 2.60 .0284
2 610 450 1.05 167.19 3.41 2.08 .0124
3 656 300 1.00 -70.83 5.28 -3.46 .0489
4 605 600 .97 -274.61 2.02 -1.22 .0045
sqtotal= .061 dq= -.08
======================================================================
环号= 6
闭合差= -.008
----------------------------------------------------------------------
管段号 管长 管径 流速 流量 1000I 水头损失 sq
(米) (毫米) (米/秒) (升/秒) (米)
----------------------------------------------------------------------
1 656 300 1.00 70.83 5.28 3.46 .0489
2 534 400 .88 -110.12 2.83 -1.51 .0137
3 641 250 .99 -48.81 6.59 -4.23 .0866
4 463 400 1.18 147.82 4.90 2.27 .0153
sqtotal= .061 dq= -.06
======================================================================
由平差结果的水头损失，由控制点7按消防时所需水压10m,推算出每个节点消防时自由水头，如下表所示：

从表格中可以看出，管网各节点的实际自由水头都满足H>10m，符合消防要求。由平差结果可知，消防时最不利管段的水头损失7.15m比最高日用水时2.99m较高，流速也满足，基本能满足消防要求。
消防时水压，由节点数据计算表可知所需二级泵站最低供水水压标高为48.69m,其他取不变，则此时所需二级泵站总扬程为
H=48.69+0.35+2+0.21-20.85=30.40m< =37.18m,所以水泵水压满足消防要求。
（3）事故时管网核算
设最不利管段1-4断开，70%的设计流量（1051.015L/s）送向管网，管网各节点流量按最高时各节