重庆交通大学河海学院

给水排水工程专业

给水排水管网系统课程设计（Ⅰ）

说明书

河海学院资源与环境科学系

二O一一年八月

在城市与工业企业给水工程中，给水管网在整个工程总投资中占有很大比重，一般约为50%－80%，因此给水管网设计的正确与否，不仅关系到供水安全，也直接影响到给水工程的造价。

一．计划任务及原始资料

Ⅰ、计划任务

为重庆市杨柳镇给水管道工程进行综合设计，包括城市用水量的确定，管网定线，确定水厂及水塔（高位水池）的位置，泵站的供水方案设计，清水池及水塔容积计算，管网的水力计算。

设计成果有：绘制给水管道总平面布置图、节点详图、水力坡线图，并编制设计说明书和计算书。

Ⅱ、原始资料

（一）城市总平面图一张，比例1∶3000。

（二）城市基础资料

1、城市位于中国西南地区重庆，给水水源位置见城市总平面图。

2、城区地质情况良好，土壤为砂质粘土，冰冻深度不加考虑，地下水位距地表8m；该市的地貌属丘陵地区，海拔标高一般为270～320m。

3、城市居住区面积115公顷，老城区占人口2.1万，新城区占人口3.4万。给水人口普及率为95%。

4、居住区建筑为六层及六层以下的混合建筑；城市卫生设备情况，室内有给排水设备和淋浴设备。

5、本市附近某江穿城而过，在支流与干流交汇处，河流历史最高洪水位283.4m，二十年一遇洪水位281.8m，95%保证率的枯水位278.2m，常水位279.5m，河床标高277.8m，平均水面坡降3‰。

6、由城市管网供水的工厂为造纸厂，生产能力为2吨/日（每吨纸耗水量为500m3），该厂按三班制工作，每班人数为300人，每班淋浴人数25%；该厂建筑物耐火等级为三级，厂房火灾危险性为丙级，建筑物体积约为2500m3；对水压无特殊要求，个别生产车间压力不足，自行加压解决。

7、城市管网供水的车站用水量480米3/日；浇洒道路及绿地用水量100米3/日。

8、未预见水及管漏系数取K=1.2。

二．字母含义说明

三．综合设计计算及设计说明

Ⅰ、用水量计算

1、城市居民生活用水量

①确定城市计划人口数及给水人口数

由原始资料可得，杨柳镇的计划人口数为5.5万人。

②确定用水量标准

杨柳镇位于重庆，属于一区的中小城市，因当地年均气温较高，因此居民需水量较大，而且原始资料给出，该镇室内有较为普及的给排水设备和淋浴设备，综合考虑这些因素，查《室外给水设计规范》GBJ13-86确定相应的最高日居民生活用水定额为225升/人·日。

③确定城市居民生活用水量

c6e0ca50feec5257ded90d6225aa55cd.png=909316da3737dc6b2a628ca89b5d2848.pnge72b44c44866d2afb064b7ca49bf057c.png=11757 e72b44c44866d2afb064b7ca49bf057c.png （1）

其中1105dc5e3c5a368c1afd2c9721017a8c.png-城市居民生活用水量；

2563198fdfafae0dbdc71cbec9000b60.png-最高日居民生活用水定额；

8d9c307cb7f3c4a32822a51922d1ceaa.png-设计年限内计划人口数；

8fa14cdd754f91cc6554c9e71929cce7.png-自来水普及率

2、工厂用水量

①生产用水量

由原始资料可得，由城市管网供水的工厂为造纸厂，生产能力为2吨/日，每吨纸耗水量为500m3，因此生产用水量为

13965dc63e54dd2268997d6ec380104b.png= 784c8dad990fbabc71d6dfb6fbbbf449.png eca9f5aad605d6994fa5bb9b65b283f9.png=1000 e72b44c44866d2afb064b7ca49bf057c.png （2）

其中765283dfecaacd04c1cfc05078ac0c27.png-工厂生产用水量；

af72e07c4c300364e492ae8bddfaa3c9.png-工厂日生产能力（3770cc101241f1661f0cada2a8a8ec0d.png）；

9d5ed678fe57bcca610140957afab571.png-单位产品耗水量（a246a301d723c3259082665fbd384fd3.png）；

②车间生活用水量

按照《室内给水排水和热水供应设计规范》TJ15-74，确定车间职工生活用水定额为3513ec6bdd11f3f85505c597ac900b207e.png，因此车间生活用水量为

5303032dc77516b939feedc355371faa.png

=9e09cbe8829f0cf49906e079360c2614.pnge72b44c44866d2afb064b7ca49bf057c.png=31.5e72b44c44866d2afb064b7ca49bf057c.png （3）

其中bcc18d1516748c24e081d24fcd924552.png-工厂生活用水量；

af27ca9036b543e86a81275416b7c830.png-职工生活用水定额；

0d61f8370cad1d412f80b84d143e1257.png-工厂职工数量；

③车间淋浴用水量

按照《室内给水排水和热水供应设计规范》TJ15-74，确定职工淋浴用水量定额为6013ec6bdd11f3f85505c597ac900b207e.png，因此职工的淋浴用水量为

926930b6ac49ff124338c29c40961fc6.png

=6edf6db8a9dd1aa5c04851a42e2268db.pnge72b44c44866d2afb064b7ca49bf057c.png=13.5 e72b44c44866d2afb064b7ca49bf057c.png （4）

其中cf9a8821940b95f07193d95364184c94.png- 职工的淋浴用水量；

a273e857d7fd14a77ddc6d410bbf66f7.png- 职工淋浴用水量定额；

6f2f7304141c15bf565f34aa10b8e335.png- 淋浴人数比例；

④工厂用水量

由上可得，工厂用水量为

ee1f3550cdd5e3848955ea3b453ad90e.png=1000+31.5+13.5e72b44c44866d2afb064b7ca49bf057c.png=1045e72b44c44866d2afb064b7ca49bf057c.png （5）

其中b0ced63b749ae46dfdc457cbbdd7e3bf.png-工厂用水量

3、消防用水量

由原始资料可得，居住区建筑为六层及六层以下的混合建筑，且该厂建筑物耐火等级为三级，厂房火灾危险性为丙级，按照《工业企业和居住建筑暂行防火标准》《城市及工业企业消防用水量标准》，确定消防流量为35f50d4bf8fe0059510204f84ca2e2f321.png.

（注：消防用水量主要用于清水池和水塔容量计算及管网平差的校核计算，在城市总用水量计算中可不统计在内）。

4、其他用水量

由原始资料可得，城市管网供水的车站用水量为480e72b44c44866d2afb064b7ca49bf057c.png；浇洒道路及绿地用水量为100e72b44c44866d2afb064b7ca49bf057c.png。因此其他用水量为

286c299a5236a503d5e80c02ec5bbf90.png=480+100 e72b44c44866d2afb064b7ca49bf057c.png=580e72b44c44866d2afb064b7ca49bf057c.png （6）

5、未预见水量

因未预见水及管漏系数取K=1.2，因此未预见水量为

d0186698e81905591528827418e6dce9.png=7551e957ff03e5195079732b513925f7.png

=86f57735ca4d0f4379af59bebbb2b4ec.pnge72b44c44866d2afb064b7ca49bf057c.png

=2767 e72b44c44866d2afb064b7ca49bf057c.png （7）

其中d0186698e81905591528827418e6dce9.png-未预见水量；

8ce4b16b22b58894aa86c421e8759df3.png-管漏系数

城市居民生活用水量变化可由原始资料得到，工厂生产和生活用水量、车站用水假定24小时均匀供水，浇洒道路用水可集中在3-4点，16-17点各进行一次。

在各项用水量计算之后，综合用水量的时际变化，编制城市各用户逐时用水量合并计算表如下表1。

表1 城市各用户逐时用水量合并计算表

Ⅱ、 二泵站供水方案设计及清水池，水塔容量计算

1、二泵站供水方案设计

由杨柳镇用水量变化，将二泵站工作分为两级：从20时到次日5时，一台水泵运转，流量为最高日用水量的3.20%；其余时间增开一台同型号的水泵，供水量为最高日用水量的4.86%，虽然泵站每小时供量不等于用水量，但一天的供水量等于最高日用水量：

d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e.png 8b9bf161c8a2f610935677ab5f526ac7.png （8）

因此重庆市杨柳镇用水量变化曲线如下图所示。

图1 重庆市杨柳镇用水量变化曲线图

2、清水池，水塔容量计算

清水池调节容积由为一、二泵站供水量曲线确定，水塔调节容积由二泵站供水线与用水量变化曲线确定，分别为相应曲线的的面积差。根据图1的供水线，可算出清水池和水塔的调节容积如下表：

表2 清水池和水塔调节容积合并计算表

由上表可得，有无水塔的情况下，清水池的调节容积变化较大，因此有必要设水塔。

1 清水池容量计算

清水池中除了贮存调节用水量之外，还应存放消防用水和水厂内冲洗滤池，排泥等用水。

由表2可得，清水池的调节容积为杨柳镇日用水总量的9.55%；居住区和工厂按2小时火灾延续时间的消防用水总量计算 ，经查《建筑设计防火规范》GB50016-2006确定消防流量为35f50d4bf8fe0059510204f84ca2e2f321.png；水厂生产量水量按最高日用水量的6%考虑。

1d68fc23c21f180bb94b1f658e9c323a.png=f3b6c1dd606c40200f8e082c74d2cf91.pngeca9f5aad605d6994fa5bb9b65b283f9.png=1533.6eca9f5aad605d6994fa5bb9b65b283f9.png （9）

688f2f3f430306a725bba7055c0f8ee5.png=7efeb63cba37c060b2e4c100c0053c0f.png eca9f5aad605d6994fa5bb9b65b283f9.png=504.0eca9f5aad605d6994fa5bb9b65b283f9.png （10）

ed03de92995afbe4acf71bf3cf560111.png=2675e36ff5ffeea1b2cb9037d0cef441.png eca9f5aad605d6994fa5bb9b65b283f9.png=963.5eca9f5aad605d6994fa5bb9b65b283f9.png （11）

因此清水池有效容积等于：

d7af4f0bacaf029e9e67d9d7cfa7a359.png=1533.6+504.0+963.5eca9f5aad605d6994fa5bb9b65b283f9.png=3001.1eca9f5aad605d6994fa5bb9b65b283f9.png

其中1d68fc23c21f180bb94b1f658e9c323a.png-调节容积；

688f2f3f430306a725bba7055c0f8ee5.png-消防用水；

ed03de92995afbe4acf71bf3cf560111.png-水厂生产量水量；

2 水塔容量计算

水塔中除了贮存调节水量外，还需要贮存部分消防水量。

由表2可得，清水池的调节容积为杨柳镇日用水总量的7.13%；经查《建筑设计防火规范》可得，室内消防用水量为15f50d4bf8fe0059510204f84ca2e2f321.png，按10分钟计算。

1d68fc23c21f180bb94b1f658e9c323a.png=c86bf3782e465fe9fc8836d534cbbc8d.png eca9f5aad605d6994fa5bb9b65b283f9.png=1145.0eca9f5aad605d6994fa5bb9b65b283f9.png （12）

688f2f3f430306a725bba7055c0f8ee5.png=497d1d82ce89464670b4a06239d81748.png eca9f5aad605d6994fa5bb9b65b283f9.png=9eca9f5aad605d6994fa5bb9b65b283f9.png （13）

因此，水塔总容积为

5f4e63c64d6f5b91f68bc9f40398d134.png=1145.0+9.0eca9f5aad605d6994fa5bb9b65b283f9.png=1154 eca9f5aad605d6994fa5bb9b65b283f9.png （14）

式中：1d68fc23c21f180bb94b1f658e9c323a.png-调节容积；

688f2f3f430306a725bba7055c0f8ee5.png-消防贮水量；

Ⅲ、管网定线

所谓管网定线就是在现有的给水区域地形图上确定水塔（或高水位水池）、水源、水厂的位置及干管的走向和图形。

1、 确定水源、水厂、水塔（或高水位水池）的位置确定

水源、水厂、水塔（或高水位水池）的位置的确定，遵循了如下原则：

1 可取水量充沛可靠；

2 原水水质符合国家有关现行标准；

3 与农业、水利综合利用；

4 地形较平缓， 具有施工条件；

5 靠近主要用水区；

6 避开人工构筑物和天然障碍物；

7 水厂位置的选择时，排水出路往往是选择厂址的一个重要条件，宜靠近城市下水道

8 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

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。

综合考虑以上因素，将流溪河锻压厂上游作为取水点，附近设置一、二泵站，并将水塔布置在附近标高为328米的高地上。

2、 干管的走向和图形的确定

在定线前熟悉了地形图，明确了水源、水厂、水塔设计位置以及各大用户的位置，定线时遵循以下原则综合考虑。

①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。

②靠近道路、公路，以便于施工及维修。

③利于发展，并考虑分期修建的可能性。

④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。

⑤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。

⑥在主要用水区四周附近应有多根干管，以确保供水安全。

⑦地势太高而且无太多居民，无太大发展前景的地区，不宜接入干管，可在较远的位置布置一根较长的干管，如若日后发展需要，可布置支管接入。

⑧地形较为平坦且傍河的，目前人口稀少，但具有发展前景的地区，宜在附近布置干管，而且考虑对主要用水区的贡献。

⑨干管布置的目标区域应是主要用水区，其他地区依条件适当增大干管长度

依据以上原则，干管走向和图形布置如下图：

图2 水塔、水源、水厂的位置及干管的走向和图形示意图

管线草图草图如下：

图3 干管的走向和图形草图图

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Ⅳ、 管网水力计算

1、确定管网计算情况

本设计为前置水塔管网，因此其计算情况为：

1 最高用水时；

2 最高用水加消防

2、根据每种计算情况确定水塔、小泵的供水量及每一管段的计算流量。

①求比流量q比

将管网各管段按节点进行编号，如图2所示，根据表1提供最高日最高时总用水量和最高时各大用户（工厂和车站）中用水量之和，以及表3中的总计算长度，以此计算比流量q比即：

8e0038a9683d5312f5a52cba42771fd9.png=41b4f01bf277a2f3bab32775fed41341.pngf50d4bf8fe0059510204f84ca2e2f321.png=0.054f50d4bf8fe0059510204f84ca2e2f321.png （15）

其中Q-城市最高日最高时总用水量；

78f71ecc166a8d9e1d0755a5119881cc.png-城市最高时各大用户中用水量之和；

9fcab83bab9e8b7c5af354e5618ed5eb.png管网的总计算长度（米）（不包括沿无建筑区域、桥梁通过的干管以及房屋支管等的总长度）。

②求延线流量

根据比流量99e88276286a67c9375897400888a222.png和各管段的计算长度，可算出各管段的沿线流量a6b77d79caa8fb904f828c8bde06a04c.png

1e8da76e890c33d27810b8437db49dd5.png （16）

其中L-各管段计算长度（米）

管段沿线流量见表3。

表3 各管段铅线流量计算表

3 求节点流量2bd9ad328ed1ea9568783f75629b489e.png

节点流量等于连接在该节点上所有管段沿线流量之和的一半，即

8315bbee28d1354c8458455416c106a4.png （17）

节点流量见表4

表4 各节点节点流量计算表

3、管网水力计算

①流量分配

根据最大用水时水泵及水塔供水量以及管网各节点的出流量（包括大用户的集中流量），按节点流量平衡条件即8a6b4a496b63eb5a587d20ca5c19c608.png进行初步的流量分配（先假定水流方向）；求出各管段流量。

②选管径

在各管段计算流量确定之后，利用水力计算表，按平均经济流速选管径：平均经济流速一般在大管径（75fdf0b832f1d1a8e1abcb88fa60d9f0.png毫米）时采用0.9~1.4米/秒；在小管径时为0.6~0.9（米/秒）

当流量很小时，按平均经济流速选出的管径大小，按通过消防流量的要求选取最小管径。

通过消防流量的最小管径规定如下：

小城市 d最小=100mm

本设计最小管径取d=100mm；此外在选管径时，还考虑了通过最大转输流量的可能，并适当留有发展余地。因此在供水分界线附近及某边远地区的管径适当进行了放大。。

③计算水头损失h

根据各管段计算流量和管径，由水力计算表查i值，按公式h=iL计算水头损失。

计算每一环的水头损失代数和，各环闭合差大多超过0.5米，有的远远超过1米，因此需要进行管网平差。

表5 流量分配、管径选择、水头损失计算表

④管网平差

利用哈代-克罗斯法将管网中的流量进行调整，使超负荷段的流量减少，而欠负荷管段的流量增加，（但必须满足8a6b4a496b63eb5a587d20ca5c19c608.png的条件）,直至各环的闭合差达到允许的范围以内为止。

表6 环网平差计算表

由上表可得，经平差，环Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ的闭合差分别为-0.358米、-0.485米、-0.044米、0.295米、0.083米，最大环的闭合差为-0.499米，符合闭合差要求，平差完成。

Ⅴ、 确定水塔高度，二泵站扬程

1、确定水塔高度及二泵站扬程

① 水塔高度计算

经比较，13点为该管网的控制点。

01d2595b8e5399d0b68695234f9afa93.png=28+7.237-（328-298）6f8f57715090da2632453988d9a1501b.png=5.2376f8f57715090da2632453988d9a1501b.png （18）

其中Hc-供水区最不利点（控制点）所需的自由水头（米）；

31495b84581c0c77b064ed6c794c67c4.png-从水塔到控制点的总水头损失（米）；

85a36ec2a032e732b68ed33ac2ca94f7.png-水塔所在地的地面标高（米）；

b1706c978324aa6773ff6a3ee55eb311.png-控制点的地面标高 ；

表7 水塔高度计算成果表

② 二泵站扬程计算

二泵站扬程应保证供水至水塔，故扬程为：

57673a911d88324b16aa5a3f1f03f6e5.png （19）

=（328-282）+5.237+5+0.937+2.5 6f8f57715090da2632453988d9a1501b.png=59.6746f8f57715090da2632453988d9a1501b.png

其中0d69d0e82fd4b731ae016f40067f50ab.png-清水池最低水位标高；

87055ee4222f03aa91a9e9bbad04f8a6.png-水塔中水柜的最大水深；

1de997182a23418c5437e3d08fcebfaa.png-输水管水头损失；

0b3c218f6ed213b2f36c1ec88fa98701.png-泵站内吸、压水管水头损失；

其余符号意义同前。

表8 二泵站扬程计算成果表

Ⅵ、 最大用水加消防用水的校核

最大用水加消防用水的校核，需要将消防用水量加在不利节点上，重新进行流量分配和管网平差，因计算繁琐，因此用相关软件进行再次平差，结果如下表。

表9 最大用水加消防用水校核管网平差表

由上表可得，消防时由管网起点至失火地点的总水头损失、最大转输时输水管水头损失如表10所示。

f59256f968c0fe6ae616661a29080c15.png （20）

=10+8.880+（298-282）+1.227+3 6f8f57715090da2632453988d9a1501b.png

=39.1076f8f57715090da2632453988d9a1501b.png

其中 10-低压制消防管网在失火地点应保证的自由火头（米）；

f93eabf7aef4d8565a4a1fd6a9507ba9.png-消防时由管网起点至失火地点的总水头损失（米）；

其余符号意义同前。

表10 最大用水加消防用水校核二泵站扬程成果表

由上表可得，最大用水加消防用水校核二泵站扬程小于正常情况二泵站扬程，因此该管网设计符合要求。

Ⅶ、 计算于管各节点上的实际自由水头

在求出水塔高度与水泵扬程之后，按水流方向一次叠加水损，算出节点水损，再依据下列各式进行计算出水坡线高度和自由水头。

26171087f96b89d04087281014c17488.png （21）

1dd2a15a642001066af77cd7a6b2324f.png （22）

其中dc0e31c8715df548d57adfed48cc4fca.png-水坡线高度；

074c7ebcc09bcb34d36e0e37e1b17e6e.png-自由水头；

其余符号意义同前。

计算出干管上各节点的实际自由水头如下表：

表11 管网节点自由水头计算

选5-6-7-10-11-12-13干管画出水坡线如下：

图4 干管5-6-7-10-11-12-13水坡线高度及自由水头图

四．心得体会

这次给水管网设计受益匪浅、收获颇多。

Ⅰ、设计要专心致志，不应有外来琐事干扰。

这次设计做的比较慢，除了学艺不精的缘故外，课程设计的一周也是重庆市12371网上党务平台整改的一周，很长的时间用在了12371上，导致设计断断续续，进程缓慢。

Ⅱ、学艺要精，要真正通过课程设计将课本知识综合起来，达到融会贯通。

周围的人也有做得快的，自己进程慢的根本原因是没有真正掌握管网设计的技能，以致问题重重，有些问题解决起来较为棘手。

Ⅲ、团队合作的前提是独立的思考能力。

团队合作很重要，在合作的过程中，掌握了以前不太清楚的知识点如管网平差计算，但讨论花费了太长时间，而踟蹰不前，犹豫不决，所以应该培养快速获取信息并决策的能力。

Ⅳ、给排水的学习大业任重而道远。

此次课程设计尚不能令自己满意，更何谈以专业知识立足社会，综合而言，这么一个学期学习状态不是很好，没有完全理顺专业知识，这是下学期乃至以后人生道路的教训，谨记前车之鉴。

Ⅴ、给排水设计工作需扎实的技能，需实际行动来胜任此项工作。

本科培养设计型管理型人才不是注定的，而是靠自己的实力战出来的，工欲善其事必先利其器，希望这次设计能给自己一个警醒。

总体而言，对自己本次设计不太满意，对节点细部图、附属配件的设置几乎没有概念，而且觉得一开始定线有点错误。

给水排水管网系统课程设计