某城鎮(zhèn)給水和污水工程課程設(shè)計

給水設(shè)計一、設(shè)計任務(wù)D區(qū)城市現(xiàn)狀布局不夠合理，基礎(chǔ)設(shè)施較差，公用設(shè)施與工業(yè)和住宅建設(shè)不配套，給水管網(wǎng)簡陋，生活用水普及率較低，因此，擬對其總體規(guī)劃，對各項配套設(shè)施進行配套調(diào)整，對原供水管網(wǎng)進行徹底改造，按近期規(guī)劃建立統(tǒng)一給水管網(wǎng)，生活普及率達100%，水廠建于城區(qū)西南端。二、設(shè)計資料（1）生活用水量aD區(qū)近期規(guī)劃人口為15萬；b生活用水標準100/人·d；c生活用水普及率按100%考慮；d職工用水量和淋浴用水量按生產(chǎn)用水量15%計算；e經(jīng)濟因素f=1考慮樓房為六層最高用水百分數(shù)5.88%（2）工業(yè)生產(chǎn)用水量11000m/d，管段工業(yè)集中用水量按面積近似計算；（3）市政用水量按（1）（2）兩項之和的3%~5%計算；（4）公建用水量按（1）（2）兩項之和的5%~15%計算；（5）未預(yù)見用水量按（1）（2）（3）（4）之和的15%~25%計算；（6）水廠自身用水量按(1)(2)(3)(4)的5%~10%計算；（7）該市用水量變化情況可參照供水條件相近的相鄰B市逐時用水量曲線，日變化系數(shù)約1.32，時變化系數(shù)可按B市用水量變化曲線（見附圖）算；三、設(shè)計依據(jù)1城市總體規(guī)劃圖2用水量逐時變化曲線3室外給水工程設(shè)計規(guī)范4給水排水設(shè)計手冊5有關(guān)的教材與其他工具書四、設(shè)計方案及思路方案：為保證城鎮(zhèn)的供水安全，減少事故管段對整個管網(wǎng)系統(tǒng)的影響，主要才去環(huán)狀管網(wǎng)的布置形式布置管道；對周邊郊區(qū)和未開發(fā)或在開發(fā)區(qū)采用樹狀管網(wǎng)的布置形式布置管道。由高向低的大體方向布置管道。步驟：按成鎮(zhèn)管網(wǎng)布置圖，繪制計算草圖，對節(jié)點和管段順序編號，并標明管段長度和節(jié)點地形標高；按最高日最高時用水計算節(jié)點流量，并在節(jié)點旁引箭頭，注明節(jié)點流量。大用戶的集中流量也標注在相應(yīng)節(jié)點上。在管網(wǎng)計算草圖上，將最高用水時由二級泵站和水塔供入管網(wǎng)的流量（指對置水塔的管網(wǎng)），沿各管段計算流量預(yù)分配，定出各管段的計算流量。根據(jù)所定出的各管計算流量和經(jīng)濟流速，選取各管段的管徑。計算各管段的水頭損失h及各個環(huán)內(nèi)的水頭損失代數(shù)和∑h。若∑h超過規(guī)定值（即出現(xiàn)閉合差△h）,須進行管網(wǎng)平差，將預(yù)分配的流量進行校正，以使各個環(huán)的閉合差達到所規(guī)定的允許范圍之內(nèi)。按控制點要求的最小服務(wù)水頭和從水泵到控制點管線的總水頭損失，求出水塔高度和水泵揚程。根據(jù)管網(wǎng)各節(jié)點的壓力和地形標高，繪制等水壓線和自由水壓線圖。思路：根據(jù)現(xiàn)有的D市總體規(guī)劃和道路平面規(guī)劃圖，布置四個管網(wǎng)，水廠到管網(wǎng)的輸水管線采用雙管，以保障供水的可靠性，城市規(guī)劃人口為15萬人，屬于小型城鎮(zhèn)，用戶較為集中在城鎮(zhèn)中心，則給水管道工程采用統(tǒng)一系統(tǒng)，二郊區(qū)則主要工業(yè)用地和倉庫用地，從經(jīng)濟方面考慮應(yīng)布置中心地區(qū)為環(huán)狀管網(wǎng)，郊區(qū)為樹狀管網(wǎng)，該市的經(jīng)濟因素按f=1考慮，自由水壓按最不利點處為六層樓房計算，即控制點的最小服務(wù)水頭為28m，生活用水標準為100/人·d，生活用水普及率按100%考慮。對任一節(jié)點來說，流入該節(jié)點的流量必須等于流出該節(jié)點的流量。環(huán)狀管網(wǎng)任一閉合環(huán)路內(nèi)，水流為順時針方向的各管段水頭損失之和應(yīng)等于水流為逆時針方向的各管段的水頭損失之和。五、設(shè)計計算過程1布置輸配水管網(wǎng)，如圖1所示2計算最高日設(shè)計用水量，確定最高日最高時用水量（1）生活用水量綜合生活用水量：N1——近期規(guī)劃人口數(shù)capqd——采用的最高日居民生活用水定額L/（cap·d）工廠職工用水和淋浴用水量：∴生活用水量：工業(yè)生產(chǎn)用水量：Q2=11000（m3/d）市政有水量：公建用水量：未預(yù)見用水量：∴城鎮(zhèn)最高日設(shè)計用水量：城鎮(zhèn)最高日最高時設(shè)計用水量：3計算管段沿線流量和節(jié)點流量（1）配水干管計算長度：∑L=17180m（單側(cè)配水其計算長度按實際長度的一半算，雙側(cè)配水管，按實際長度計算）(2)集中供應(yīng)工業(yè)用水流量：（2）配水干管比流量（3）沿線流量計算管段1~7的沿線流量為：各管段的沿線流量計算見表1各管段的沿沿線流量計算算表1管段編號管段長度（m)管段計算長度（mm)長度比流量[L//(s.m))]沿線流量(L/ss)0—17000—258760—118761—78760.5*876==43843814.05981—213751375137544.13751—128260.5*825==41341313.25732—887587587528.08752—3376376*0.5==1881886.03483—13800800*0.5==40040012.843—4626626*0.5==31331310.04734—987587587528.08754—58758758750.032128.08755—6626626*0.5==31331310.04735—10876876*0.5==43843814.05985—1485085085027.28511—1257512—1318751875187560.187512—1612001200*0.55=60060019.2613—1416001600160051.3613—1812501250125040.12514—2250050050016.0514—1510001000100032.116—177500.5*750==22537513.642518—198500.5*850==42542513.642517—1811260.5*11266=56356318.072318—216000.5*600==3003009.6319—235760.5*576==2882889.244823—246260.5*626==31331310.047319—207260.5*726==36336311.652322—207500.5*750==37537512.0375合計2631217180553.083（4）節(jié)點流量計算工業(yè)總面積：∑w=3187500m2面積比流量：各工業(yè)去的集中流量分別為：同理得：如節(jié)點1的節(jié)點流量：節(jié)點總流量：各節(jié)點的節(jié)點流量計算見表2各管段節(jié)點點流量計算表2節(jié)點連接管道節(jié)點流量（L/ss)集中流量（L/ss)節(jié)點總流量(L//s)0282810—1、1—21—7、1—120.5*（17..0598++44.13375+9..499）=35.33481526.2561.59815521—2、2—3、2—80.5*（44..1375++6.03448+28..0875）=39.1129939.129932—3、3—4、3—130.5*（6.00348+112.84++10.04473）=14.44610514.46105543—4、4—9、4—50.5*（10..0473++28.08875+288.08755）=33.11111533.11115554—5、5—10、5—6、5—140.5*（28..0785++10.04473+144.05988+27.2285）=39.7735329.7569.485365—60.5*10.00473=55.0236655.0236571—70.5*14.00598=77.029997.029982—80.5*28.00875=114.04337514.04375594—90.5*28.00875=114.04337614.043755105—100.5*14.00598=77.029997.02991212—16、12—13、12—10.5*（60..1875++27.2885+9.4499）=48.4487548.4857551313—12、3—13、13—14、13—180.5*（60..1875++12.844+51.336+40..125）=82.22562582.2562551414—15、14—22、5—14、13—140.5*（32..1+28..0875++51.366+27.2285）=69.44162569.4162551514—150.5*32.11=16.00516.051612—16、16—170.5*27.2285=133.642551427.64251717—16、17—18、17—260.5*18.00723=99.0361159.036151818—17、18—19、18—21、18—130.5*（18..0723++9.63++12.03375+400.125）=39.993241554.93241919—20、18—1919—230.5*（9.22448+110.04773+9.22448）=14.2268455.2519.5184552020—14、19—200.5*（10..0473++28.08875）=19.0067419.06742121—18、21—230.5*9.633=4.8224.822222—14、22—200.5*(12..0375++16.055)=14..04375514.0437552323—24、19—230.5*（10..0473++9.24448）=9.6446059.646052423—240.5*10.00473=55.0236653.58.52365250—2531.531.52617—262020合計173.25727.89511將節(jié)點流量和集中流量標注相應(yīng)節(jié)點上，如圖2。圖2節(jié)點流量圖4環(huán)狀管網(wǎng)平差采用哈代—克洛斯法進行管網(wǎng)平差，步驟如下：根據(jù)城鎮(zhèn)的供水情況，擬定環(huán)狀網(wǎng)的管段水流方向（如圖3所示），按每一節(jié)點滿足連續(xù)性方程的條件，并考慮供水可靠性要求分配流量，得初步分配的管段流量。由計算各管段的水頭損失。假定各環(huán)內(nèi)水流順時針方向管段中的水頭損失為正，逆時針方向管段中的水頭損失為負，計算該環(huán)內(nèi)各管段的水頭損失代數(shù)和，如其差值即為第一次閉合差。如>0，說明順時針方向各管段中初步分配的流量多了些，逆時針方向管段中分配的流量少了些，反之，<0.說明順時針方向各管段中初步分配的流量少了些，逆時針方向管段中分配的流量多了些。計算每環(huán)內(nèi)各管道、段的∑，按式求出校正流量。如閉合差為正，則校正流量為負，反之，則校正流量為正。設(shè)圖上的校正流量符號為順時針方向為正，逆時針方向為負，凡是流向和校正流量方向相同的管段，加上校正流量，否則減去校正流量，據(jù)此調(diào)整各管段的流量，得第一次校正的觀點流量。對于兩環(huán)的公共管段，應(yīng)按相鄰兩環(huán)的校正流量符號，考慮鄰環(huán)校正流量的影響。按此流量再計算，如閉合差尚未達到允許的精度，再從第2步按每次調(diào)整后的流量反復(fù)計算，知道每環(huán)的閉合差達到要求為止圖3環(huán)狀管網(wǎng)流量分配平差過程：根據(jù)節(jié)點流量進行管段流量初分配，進行管網(wǎng)平差。管徑、1000i、流速v,根據(jù)初步分配流量查《給水排水管道工程技術(shù)》教材附錄5-1中的鑄鐵管水力計算表得。按h=i*L可算出管段水頭損失，校正流量按進行計算。計算結(jié)果見表3管網(wǎng)平差計算表表3環(huán)號管段管長管徑初步分配流量q1000ihh/q12-161200350102.764.875.84400.0569517.1813.46250.266518-131250250-50.3-7.13-8.91250.177213-121875350-92.79-4.03-7.55630.0814∑2.83780.5820△q-2.43781337.138.91250.177218-20157620020.54.166.55620.3198Ⅱ20-141250200-20.2-3.97-4.96250.245714-131600300-53-3.09-4.94400.0933∑5.56220.8360△q-3.32681-12826500244.044.073.36180.0138784.037.55630.081413-3800350-92.78-4.03-3.22400.03473-11751600-358.41-3.36-5.88340.0164∑1.81070.1464△q-6.18493-1380035092.784.033.2240.0347Ⅳ13-141600300533.094.9440.093314-5850300-52.91-3.08-2.6180.04955-31501450-187.71-4.23-6.3492330.0338∑-0.7992330.2113△q1.8909根據(jù)表3的計算結(jié)果可以看出，有3個環(huán)為負，因此，我們選有大環(huán)平差法進行進一步的平差，平差結(jié)果見表3續(xù)表管網(wǎng)平差計算表續(xù)表環(huán)號管段管長管徑第一次校正第二次校正q1000ihh/qq1000ih1-12826500244.044.073.36180.014239.164443.923.237912-161200350102.764.875.84400.05797.88444.445.328016517.1813.46250.26745.63445.9511.1563Ⅰ18-20157620020.54.166.55620.32015.62442.533.987320-141250200-20.2-3.97-4.96250.246-25.07566-6.02-7.525014-131600300-53-3.09-4.94400.093-59.76655-3.86-6.176013-3800350-92.78-4.03-3.22400.035-99.54655-4.58-3.66403-11751600-358.4-3.36-5.88340.016-365.17665-3.47-6.0760∑10.21061.0470.2685△q-4.8763-1380035092.784.033.22400.03599.54654.583.6640Ⅱ13-141600300533.094.94400.09359.76653.866.176014-5850300-52.91-3.08-2.61800.049-52.91000-3.08-2.61805-31501450-187.7-4.23-6.34920.034-187.71000-4.23-6.3492∑-0.79920.2110.8728△q1.891閉合差△h=0.8728m<1.0m，平差結(jié)束。將最終平差結(jié)果以的形式注寫在繪制好的管網(wǎng)平面圖的相應(yīng)管段旁（見圖4）。5水壓計算選擇20點為控制點，由此點開始，按該點要求的水壓，分別向泵站方向推算，計算各節(jié)點的水壓標高和自由水壓，計算結(jié)果見表4，將計算結(jié)果及相應(yīng)節(jié)點處的地形標高注寫在相應(yīng)節(jié)點上，如圖4所示。干管水力計計算表表4節(jié)點管段管長管段流量1000i管徑地形標高水頭損失水壓標高自由水頭2050.478.4281818-20157615.6242.53200523.98782.38730.3871616-18187545.6345.9525053.511.15693.54440.0441212-16120097.8844.8735054.35.84499.38845.088112-1826239.1643.9250054.83.238102.62547.8251420-14125025.0766.02200527.52585.92533.9251314-13160059.7673.8630053.86.17692.10138.30133-1380099.5474.58350543.66495.76541.765514-585052.9103.0830052.52.61888.54336.04301-0700604.3412.94700552.058104.68349.6836二級泵站總揚程計算泵站內(nèi)吸、壓水管路的水頭損失取3.0m，則最高用水時所需二泵站總揚程為：由于二級泵站所需要的總揚程為53.566m，流量為604.34L/s，故選用3臺S型雙吸3500-S75A水泵，2臺工作水泵，1臺備用，性能參數(shù)如下：Q=325L/s,揚程H=65m，效率，電機功率，必需氣蝕余量5.5m,質(zhì)量，采用并聯(lián)供水方式供水。等水壓先繪制如圖1所示。7節(jié)點大樣圖節(jié)點大樣圖如圖5所示圖4最高用水時管網(wǎng)平差及水壓計算污水排水設(shè)計1在街坊平面圖上布置污水管道由城鎮(zhèn)平面圖可知該城鎮(zhèn)的邊界為排水區(qū)界。在該城鎮(zhèn)界內(nèi)地勢西南高東北低，坡度較小，無明顯的分水線，故可劃分為一個排水流域。在該排水流域內(nèi)支管布置在街坊地勢較低的一側(cè)，且埋設(shè)在街坊道路下面；整個城鎮(zhèn)管道系統(tǒng)呈截流式布置，如圖6所示。圖6城鎮(zhèn)污水管道平面布置圖（初步設(shè)計）2街坊編號并計算其面積將城鎮(zhèn)內(nèi)各街坊編上號碼，并將各街坊的平面范圍按比例計算出面積，將其面積填列入表5中，并用箭頭標出街坊污水排出的方向。各街坊面積積匯總表表5街坊編號12345678街坊面積（hm22)4731.548.697027.563.9456.2538.81街坊編號910111213141516街坊面積（hm22)30.2518.7518.751015.6324.3821.9430.38街坊編號1718192021222324街坊面積（hm22)8.1313.1321.2522.534.3837.59.3837.5街坊總面積：人口密度為：則面積比流量：3劃分設(shè)計管段，計算設(shè)計流量根據(jù)設(shè)計管段的定義和劃分方法，將各干管和主干管中有本段流量進入的點（一般定為街坊兩端），有幾集中流量流入及有旁側(cè)支管接入的點，作為設(shè)計管段的起止點并將該點的檢查井編上號，如圖6所示。各設(shè)計管段的設(shè)計流量應(yīng)列表進行計算。在初步設(shè)計中，只計算干管和主干管的設(shè)計流量；在技術(shù)設(shè)計和施工圖設(shè)計中，要計算所有管段的設(shè)計流量。本設(shè)計為初步設(shè)計，故只計算干管和主干管的設(shè)計流量，如列表7所示。工廠排出的工業(yè)廢水作為集中流量，在各個相應(yīng)的區(qū)域內(nèi)進入污水管道，相應(yīng)的設(shè)計流量分別為29.75L/s、28.00L/s、31.5L/s、5.25L/s、20.0L/s、15L/s、22.75L/s等。如圖6和表6所示，設(shè)計管段2~3為干管的起始管段，集中流量（工廠經(jīng)局部處理后排出的工業(yè)廢水）從各區(qū)域的相應(yīng)管段流入。計算過程如下：街坊編號7、8，街坊面積F1=95.06hm2(見表5)，故本段平均流量：；該管段的轉(zhuǎn)輸流量是從旁側(cè)管段1~2流來的生活污水平均流量，其值為：。設(shè)計管段2~3的合計平均流量為，查表6，得，故該管段的綜合生活污水設(shè)計流量為，總設(shè)計流量為綜合生活污水設(shè)計流量與集中流量之和，即：。其余各管道設(shè)計流量的計算與上述方法相同。生活污水量量總變化系數(shù)數(shù)表6污水平均日流量（L/s)≤5154070100200500≥1000總變化系數(shù)Kz2.32.01.81.71.61.51.41.3污水干管和和主干管設(shè)計計流量計算表表表7居住區(qū)生活污水量量（或綜合生生活污水量）集中流量q3管段本段流量q1轉(zhuǎn)輸合計平總變化生活污水本段轉(zhuǎn)輸設(shè)計流編號街坊街坊比流量流量q1流量q2均流量系數(shù)Kz設(shè)計流流量流量量（L/s)編號面積（hm2)L/(s.hm22)(L/s)(L/s)（L/s)量（L/s)（L/s)（L/s)1234567891011121-2663.940.18812.02-12.022.0925.1229.75—54.876-7—————————28.0028.007-8————14.7614.762.0129.66—85.75115.418-9————23.9123.911.9346.15—85.75131.909-2————42.2442.241.7975.61—85.75161.362-37、895.060.18817.8742.2460.111.73103.99—115.50219.4910-11————5.695.692.2812.97——12.9711-12————12.7412.742.0726.37——26.3712-13————17.5617.561.9834.77——34.7713-3————22.1422.141.9442.95——42.9514-15————3.933.932.309.04—5.2514.2915-16————7.927.932.2117.53—25.2542.7816-17————12.1512.162.0925.41—40.2565.6617-5————20.3820.381.9639.94—63.00102.945-42437.500.1887.0520.3827.431.9052.12—63.00115.124-315、1652.320.1889.8427.4337.271.8267.82—63.00130.820-3———————214.77—178.50393.274水力計算各設(shè)計管段的設(shè)計流量確定后，即可從上游管段開始依次進行各設(shè)計管段的水力計算。污水干管和主干管的水力計算，其計算結(jié)果見表8、表9。水力計算步驟如下：先進行污水干管的水力計算，在污水干管水力計算的基礎(chǔ)上再進行污水主干管的水力計算。污水干管的水力計算將設(shè)計管段編號填入表8中第1項，從污水管道平面布置圖上按比例量出污水干管每一設(shè)計管段的長度，填入表8第2項。將污水干管各設(shè)計管段的設(shè)計流量填入表8中第3項。設(shè)計管段起止點檢查井處的地面標高填入表8中第10、11項。各檢查井處的地面標高根據(jù)地形圖上的等高線標高值，按內(nèi)插法計算求得。計算每一設(shè)計管段的地面坡度，作為確定管道坡度時的參考值。計算每一設(shè)計管段的地面坡度，作為確定管道坡度時的參考值。例如，設(shè)計管段6—7的設(shè)計流量，參照地面坡度估算管徑，根據(jù)估算的管徑查水力計算圖得出設(shè)計流速、設(shè)計充滿度和管道的設(shè)計坡度。根據(jù)《室內(nèi)排水設(shè)計規(guī)范》（GBJ—87）規(guī)定城市街道下污水管道的最小管徑為300mm,它在最小設(shè)計流速和最大設(shè)計充滿條件下的設(shè)計流量為26L/s。所以管道管段設(shè)計流量小于或等于設(shè)計流量為26L/s時，該管段不再進行水力計算，直接采用最小管徑300mm、與最小管徑相應(yīng)的最小設(shè)計坡度0.003、最小設(shè)計流速0.6m/s、設(shè)計充滿度。其他各設(shè)計管段的計算方法與此相同。根據(jù)設(shè)計管段的管徑和設(shè)計充滿度計算設(shè)計管段的水深。如設(shè)計管段6—7的水深，將其填入表8第8項。根據(jù)設(shè)計管段的長度和管道設(shè)計坡度計算管段標高降落量。如設(shè)計管段6—7的標高降落量為，將其填入表8中第9項。求設(shè)計管段上、下端的管內(nèi)底標高和埋設(shè)深度。首先要確定管道系統(tǒng)的控制點。該城鎮(zhèn)設(shè)計的各管段的控制點選在起點，起點都有工廠，工廠的最小埋深為2.0m。于是6—7管段6點的埋深為2.0m，將其填入表8中第16項。6點的管內(nèi)底標高等于6點的地面標高減少6點的埋設(shè)深度，即：，將其填入表8中第14項。7點的管內(nèi)底標高等于6點的管內(nèi)底標高減6—管段的標高降落量，即：，將其填入表8第15項。7點的埋設(shè)深度等于7點的地面標高減7點的管內(nèi)底標高，即：，將其填入表8中第17項。（8）求設(shè)計管段上、下端的水面標高。管段上、下端的水面標高等于相應(yīng)點的管內(nèi)底標高加水深。如管段6—7中6點的水面標高為，將其填入表8中第12項。7點的水面標高為，將其填入表8中第13項。7點的水面標高也可用6點的水面標高減6—7管段的標高降落量，即：。其余各管段的計算方法與此相同污水干管水水力計算表表8管段管段長設(shè)計流量管道直徑設(shè)計坡度設(shè)計流速設(shè)計充滿度降落量編號度L（m)Q（L/s)D(mm)I（‰)v(m/s)h/Dh(m)I*L(m）1234567896-7700283501.900.600.480.1681.337-81375115.417000.770.610.490.343197000.780.620.510.3570.789-2875161.367000.670.630.650.4550.5910-1163012.973003.000.600.500.1501.8911-1240026.373501.950.600.480.1680.7812-1387034.773501.600.610.590.2071.3913-363042.954001.400.610.560.2240.8814-156308.353003.000.600.500.1501.8915-1655014.293003.000.600.500.1501.6516-1750042.784001.400.610.560.2240.7017-1887065.665001.100.610.630.3150.9618-5600102.946000.810.620.590.3540.49標高（m)埋設(shè)深管段地面水面管內(nèi)底度（m)編號上端下端上端下端上端下端上端下端10111213141516176-755.0054.8053.1751.8453.0051.672.003.137-854.8054.0051.6650.6051.3250.263.133.748-954.0053.0050.6049.8250.2549.473.753.539-253.0052.0049.8249.2349.3748.783.633.2210-1154.1053.9053.4551.5653.3051.410.802.4911-1253.9053.8051.5350.7551.3650.582.543.2212-1353.8053.0050.7549.3650.5449.153.263.8513-353.0051.0049.3348.4549.1048.223.902.7814-1554.3053.5052.4550.5652.3050.412.003.0915-1653.5052.8050.5648.9150.4148.763.094.0416-1752.8052.0048.8848.1848.6647.964.144.0417-1852.0