管网水力计算.docx

目录

第一章 设计任务及设计资料 2
1．设计任务 2
2．原始资料 2
第二章 用水量设计计算书 3
2.1．居民生活用水量 3
2.2 企业生活、生产的用水量 5
2.3 绿化、浇洒道路用水量 8
2.4管网漏失水量 8
2.5未预见用水量 8
2.6 最高日设计用水量 8
2.7 最高日各小时用水量计算 8
2.8 用水量变化曲线 9
第三章 调节构筑物体积计算 10
3.1最高时用水量 10
3.2 供水泵站设计供水量 10
3.3清水池与水塔容积的确定 10
第四章 管网平差计算 12
4.1方案布置图 12
4.3取其中一个环进行各个数值标定 13
4.3节点流量的计算 14
4.4 流量分配与管径的初步确定 15
4.5 管网平差计算 16
4.5.1最大时给水管网平差 16
4.6校核 18
4.6.1 消防校核 18
4.6.2 事故校核 19
第五章 泵的选择及费用计算 22
5.1水泵选择 22
5.2 方案直接费用计算 23
参考文献： 24

第一章 设计任务及设计资料
1．设计任务
根据给定原始资料，进行浏阳市开发区给水工程规划及给水管网的扩大初步设计。
2．原始资料
1. 比例尺1：1000的平面图一张：图上标有一定间隔的等高线，具体区域划分如图所示。
2. 人口密度及居民生活用水定额
人口密度（人/104m2）
400
最高日生活用水定额（L/cap.d）
250

自来水普及率f=100%
经调查，居住区日用水量变化如下：
时间
用水量（%）

时间
用水量（%）

时间
用水量（%）
0~1
1.90
8~9
6.00
16~17
5.75
1~2
1.57
9~10
5.84
17~18
5.83
2~3
1.53
10~11
5.07
18~19
5.62
3~4
1.53
11~12
5.65
19~20
5.00
4~5
2.56
12~13
5.45
20~21
3.19
5~6
4.35
13~14
5.35
21~22
2.69
6~7
5.14
14~15
4.77
22~23
2.58
7~8
5.64
15~16
5.02
23~24
1.97

开发区内建筑层数最高为五层。该区以地表水为水源，自来水厂建在上游向整个开发区供水。绿地面积占城区面积的18%，每日下午14:00~15:00浇洒一次。道路总面积占城区面积的10%，每日上午6:00~7:00浇洒一小时。（绿化面积用水定额用1.0L/(d.m2)，浇洒道路用水定额用2.0L/(d.m2)）。

3. 企业生活、生产的用水情况
（1）企业生活用水情况
生活
淋浴
企业名称
班数
每班时数（h）
职工人数
使用淋浴职工人数
日（人）
日（人）
企业1
2
8
一般车间
220
150
高温车间
110
50
企业2
3
8
一般车间
400
190
高温车间
250
100
企业3
3
8
一般车间
200
80
高温车间
230
120
企业4
2
8
一般车间
200
60
高温车间
100
40

（2）企业生产用水（生产用水重复利用率为60%）
企业名称
平均用水量（L/S）
总变化系数
企业1
12
3.5
企业2
60
1.5
企业3
20
2.7
企业4
35
1.7

4. 气象、水文、地质资料
该地区年平均温度11.5℃,极端最高温度40.1℃,极端最低温度-11℃；
该地区土壤属红土类；
夏季平均气压932毫巴;全年日照60%,冬季63%；
夏季室外平均风速2.6m/s,冬季室外平均风速1.7m/s；
主风向是西南风。

第二章 用水量设计计算书
2.1．居民生活用水量
本地居民均匀的分散在该地区的住宅区内，且人口密度为400 人/104m2，人均用水量为250 L/cap.d，经测量计算区域面积得到个区域的人口和用水量分布如下：

经计算得到小区的总的住宅区面积约158.39公顷，所以得到总的人口为63357人。
所以居民综合生活用水量 Q1
Q1= qNf m3/d
=250 * 63357 * 100% = 4399.80L/s
q――居民综合生活用水量定额，250 L/（cap.d）；
N ―― 该城区总的人口数目，cap；
f――自来水普及率，%

所以，各个时段的用水量变化如下：

时段
0~1
1~2
2~3
3~4
4~5
5~6
6~7
7~8
用水百分数(%)
1.90
1.57
1.53
1.53
2.56
4.35
5.14
5.64
用水量L/s

时段
8~9
9~10
10~11
11~12
12~13
13~14
14~15
15~16
用水百分数(%)
6.00
5.84
5.07
5.65
5.45
5.35
4.77
5.02
用水量L/s

209.87

时段
16~17
17~18
18~19
19~20
20~21
21~22
22~23
23~24
用水百分数(%)
5.75
5.83
5.62
5.00
3.19
2.69
2.58
1.97
用水量L/s

2.2 企业生活、生产的用水量
由于企业实行分班制两班或三班，先规定如下：分班时间为：0~8 、8~16 16~24 ，所以，洗浴时间分别为：8~9点 、16~17点、0~1点。所以得到各个企业各个时间段的用水量变化如下：

14~15
0.32
16.80
0.00
17.12
0.65
36.00
0.00
36.65

企业总用水量

14~15
0.45
21.60
0.00
22.05
0.30
23.80
0.00
24.10
99.92

经过计算得到企业总的用水量为： Q2=2096.08 L/s 。

2.3 绿化、浇洒道路用水量
通过量取得到整个浏阳市开发区的总的面积为：311公顷。所以，可以计算得到绿化和浇洒道路的用水量分别为：
绿化的用水量Q1:
Q1=0.6 * 3110000 * 18% * 1.0 / 3600=93.30 L/s
浇洒道路用水量Q2:
Q2=0.6 * 3110000 * 10% * 2.0 / 3600=103.67L/s
Q3=Q1+Q2=93.30 L/s + 103.67L/s = 196.965L/s
其中的0.6为在绿化和浇洒道路时不可能全部路面都浇洒，所以乘以系数0.6，来调节其中的用水量。

2.4管网漏失水量
城市管网漏失水量按最高日用水量的10%计算
Q4=10% * (4399.80 + 2096.08 + 196.965) = 699.28 L/s
2.5未预见用水量
城市未预见用水量按最高日用水量的10%计算
Q5=10% * (4399.80 + 2096.08 + 196.965 + 699.28) = 736.21 L/s

2.6 最高日设计用水量
Qd= Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 = 8098.34 L/s
2.7 最高日各小时用水量计算

2.8 用水量变化曲线

最高时为14~15点，时变化系数： Kh=24×6.02%/100=1.44<1.6
第三章 调节构筑物体积计算

3.1最高时用水量
Qh=8098.34*3.2 供水泵站设计供水量
二级泵站分两级供水，第一级为从20点到次日5点，供水量为2.92%，第二级为从5点到20点，供水量为5.05%，最高日泵站总供水量为：2.92%×10+5.40%×14=100%.
3.3清水池与水塔容积的确定

清水池与水塔调节容积计算如下表：

100.00
100.00
100.00
14.58

12.36

2.22

水塔调节容积按最高日用水量的2.22%计算水塔除了贮存调节用水量以外，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 = 30000 × 2.22% + 252 = 918m³
由于水塔容积过大，所以不宜设水塔。
因此，清水池调节容积按最高日用水量的14.58 %计算
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
W －－清水池总容积m³；
W1 －－调节容积m³。
W1 =30000 * 14.58 % = 4374m3
W2 －－消防储水量m³，该城市规划人口数为63357人，查规范确定同一时间内的火灾次数为两次，一次灭火用水量为35L/s。火灾延续时间按2.0h计。
W2 = 35 * 3600 * 2 * 2 /1000 = 504m3
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8%计算。
W3 =30000 * 8 % = 2400m3
W4－安全贮量可按 W1 +W2 +W3 的1/6计算。
故：清水池总容积W：
W = W1 +W2 +W3 = 7/6 * ( 4374 + 504 + 2400) = 8491m3
为了保证清水池的功能和安全，现取其有效容积为8600m3。为了在以后的使用过程中方便维修现在清水池应设计成体积相同的两个，如仅有一个，则应分格或采取适当措施，以便清洗或检修时不间断供水。因此清水池每个体积为4300m3。假设水池深度为3.8m，则其半径为18.98m取19米，其中消防储备深度为0.223米。
第四章 管网平差计算
通过对浏阳市街区和企业等分布情况制定下面的给水管道布置：
4.1方案布置图

4.2 节点、管段编号和节点流量图

4.3取其中一个环进行各个数值标定

4.3节点流量的计算

以最高时14:00~15:00时段的用水量来计算，此时比流量：

各沿线流量计算如下表：

各节点流量计算如下表：

4.4 流量分配与管径的初步确定
根据管网布置和用水情况，假定各管段的流向，按环状管网流量分配原则和方法进行流量预分配。
本设计选用的环状管网流量分配的计算，环状管网的设计流量分配比较复杂，有很大的自由度，具体应该遵循下列原则：
①从一个或多个水源出发进行管段设计流量分配，使供水流量沿较短的距离输送到整个管网的所有节点上，这一原则体现了供水的目的性；
②在遇到要向两个或两个以上方向分配设计流量时，要想主要供水方向分配较多的流量，向次要供水方向分配较少的流量，特别注意不能出现逆流向。
③应该确定两条或两条以上平行的主要供水方向，如从供水泵站至主要用水区域，并且应在平行供水方向上分配相近的较大流量，垂直与主要供水方向的管段也要分配一定的流量，使得主要供水方向上的管段损坏时，流量可通过这些管段绕道通过，这一原则体现供水的可靠性。
根据管网布置情况、用水情况和分配原则，假定各管段流向，进行分配，然后查界限流量表选取管径。分配结果及所选管径见下表：

4.5 管网平差计算
根据初分配流量与管径，官网流量进行平差,通过更改管径的方法不断平差，直到满足要求为止。
4.5.1最大时给水管网平差

最大时节点参数

最大时管段参数

由水压计算结果可知，在管网中的节点1的总水头最大为181.41m，清水池的地面标高为151m,假设水池中的最低水位为150m,从清水池到节点1 假设水泵的吸水管、压水管和输水管的总水头损失为3m,所以水泵的总扬程为：
H= 181.41 - 150 + 3 = 34.41m 取35m。
4.6校核
4.6.1 消防校核
该城同一时间火灾次数为2次，一次灭火用水量为35L/s。从安全考虑，失火点分别设在控制点连接点14点与最大节点流量点连接点6处。消防时管网各节点的流量，除连接点14和连接点6各附加35 L/s的消防流量之外，其余各节点的流量与最高时相同。消防时，需向管网供应的总流量487.74+35*2=550.74L/s。

消防校核平差结果如下：
管段的校核平差结果汇总

节点的校核平差结果汇总

注意：此表是消防校核最后的结果，虽然各节点的自由水头都满足10m的自由水头。但是，在平差的过程中有些管段水头损失过大，因此适当调大管径，将管段10的直径从200调到250，将18管段的直径从150调节到250。
此时管网中的最大总水头点为1点，现在泵需要的扬程为：
H = 177.92 - 150 + 3 = 30.92m < 35m。所以泵满足消防时的供水压力。

4.6.2 事故校核

从最大时的管段流量分配来看，管段2的流量最大为181.66L/s,因此，在事故校核的时候将此管段关闭维修设，并按事故时流量降落比R=70%及设计水压进行核算，事故时管网各节点可按最高时各节点流量的70%计算。在进行管网平差计算的时候将节点3的节点流量22.22L/s加到节点六处，此时节点6的节点流量变为87.87L/s，然后进行管网校核。
消防校核平差结果如下：
管段的校核平差结果汇总

节点的校核平差结果汇总

注;经过消防校核之后各个管段的水头损失都可以维持在一定的范围之内，达到事故校核的要求，因此各个管段的直径在事故校核之中是满足要求的。此时管网中的最大总水头点为1点，现在泵需要的扬程为：
H = 183.00 - 150 + 3 = 36. 00 > 35m。在事故时，水泵需要的扬程大于35m，但是由于水泵的供水有一个高校段，36m处于这个范围之内，并且出现事故的次数较少，并不影响泵的高效工作，所以水泵满足要求。

经过最大时、消防时和事故时的校核之后对各个管径进行重新调整，得到最后的各个管段和节点的数据如下：
各个管段的最终结果汇总：

各个节点的最终结果汇总：

第五章 泵的选择及费用计算

5.1水泵选择
水泵的选择有以下原则：
1）首先要满足最高时供水工况的流量扬程要求，并尽量使水泵处在高效工作区内。
2）尽可能选用同型号水泵。
3）一般应尽量减少水泵台数。

设计采用共五台泵。二大（包括一台备用泵）三小。具体为：
大泵型号：14SH-13A型泵（流量240-370L/s，扬程32-50m）两台。
小泵型号： 、型泵（流量55- 90L/s， 扬程32-48m）三台。
供水分级
设计供水参数流量（L/s) 扬程m
水泵选择 型号 台数
备用 台数
供水量最高日的 5.05%
487. 74 35
14SH-13A 1 8SH-13A 1
14SH-13A 1 8SH-13A 1
供水量最高日的 2.93%
247.27 35
14SH-13A 1
14SH-13A 1
消防时
550.74 31
14SH-13A 1 8SH-13A 2
14SH-13A 1 8SH-13A 1
事故时
341.418 36
14SH-13A 1
14SH-13A 1

通过对上述数据进行分析可以知道前面的选泵是合理的，共五台其中14SH-13A 两台
8SH-13A 三台。在不同的工况按上面的分配进行选泵。
在本题中由于计算的水塔体积太大，对施工要求台高，而且其体积对调节整个管网的流量作用也不是很大，因此在此不设置水塔。这样对二级泵的要求就会增加，在本题中二级泵分级供水，在用水最高时会出现供水不足，在其他时间段可能会出现供水过剩的现象，所以，对于用水小用户应该在水量充足时做好适当的出水，以免在供水不足时出现断水的现象。

5.2 方案直接费用计算
管网造价为管网中所有管网设施的建设费用之和，其中包括管道、阀门、泵站、水塔等的造价。在设计过程中从二级泵站到管网这一段中还输水管段，根据界限流量表可以得出，输水管的直径为800mm,但是为了确保输水的安全性，采用两条管径相对较小的同种材料的输水管进行输水。根据曼宁公式可以计算得到800mm的等效并联管径为500mm,为了保证在一根管段破坏后能够正常供水，所以，在两根管段之间加三根连接管，来确保供水水量水压的要求。假设输水管的长度为500m。
因为管网中的管段在输配水的过程中，管段2（500mm)、管段3(400mm)、管段5(450mm)会穿过河流，因此要在它们上面设置排气阀和排水阀，以保证管径的安全和检修方便。

则管道直接费用为：
Q=63 + 22 + 87 + 143 + 13 + 134 + 105 + 186=753万元

主要设备材料表

参考文献：
1、《室外设计给水规范GB 50013-2006》 上海事建设和交通委员会主编
2、《给水工程》（第四版） 中国建筑工业出版社
3、《泵与泵站》（第五版） 中国建筑工业出版社