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1、第六章第六章 给水管网工程设计给水管网工程设计 6-1 6-1 城市最高日设计用水量计算城市最高日设计用水量计算一.最高日用水量的组成 1.居民生活用水 GB/T50331-2002城市居民生活用水量标准 施行日期：2002年11月1日 2.工业企业生产用水和生活用水 3.消防用水 4.市政用水 5.管网漏失量及未预见水量 最高日用水量计算 式中 Qd城市最高日总用水量,m3/d;k包括未预见及管网漏失水量在内的系数:1.151.25;Qi各单项用水量;例如,Q1=q1Nf (m3/d)Q1居民最高日生活用水量,m3/d;q1居民最高日生活用水量标准,L/d.cap;N设计年限内的规划人口数;
2、f自来水普及率;Q2生产用水量;Q3职工生活用水量;Q4市政用水量;例题：P119例题6。1解：1.最高日生活用水量：2 生产用水量计算原始资料见P120表61，计算结果见表6 3 工业企业职工生活用水量计算结果见表63 4.市政用水 二、水流量调节计算6-2 6-2 设计流量分配与管径设计一、节点流量分配计算二、管段的计算流量分配计算 流量分配的最基本原则是水流的连续性方程。也就是节点流量平衡方程。即流入和流出某一节点的流量的代数和为零。(1)树状管网的流量分配q2q3q4q5q6q7q7q6+q7q3+q4+q6+q7q4q5q2 q3+q4+q5+q6+q7(2)环状管网的流量分配 环状
3、管网流量分配比较复杂，如果仅满足节点流量平衡这一条件，就会有无穷多的解答，看下面例题 1465 38623所以要想确定环状管网的流量分配，除了满足连续方程外，只有另加水力条件才能有确定解。环状网初步流量分配的基本原则：以最短路线输水给用户（水的流向不回流，避免增加水头损失，增加能量消耗），这是经济原则;主要平行干管中分配大致相近的流量（以便在一条主要干管发生事故或检修时，仍能供给用户一定的流量）这是安全供水的原则;一般对环状管网需要按上述两个基本原则和连续方程，就可以进行初步流量分配。需要说明，这两条基本原则并没有使环状管网的流量分配的任意性受到限制。有人研究证明过：对于环状管网来说，不存在最
4、经济的流量分配方案，因此，环状管网的流量分配方案会因人而异，其合理性取决于设计者的经验。多水源管网的流量分配 a 初步划分各水源的供水范围:先按每一水源供水量的大小和相应的节点流量确定各水源的大致供水范围;b 考虑经济安全原则，按连续方程,从水源地所在节点开始分配流量;c 位于分界线上各个节点的流量往往由几个水源同时供给，故供水分界线必定通过节点.6584184015104103071565187108415391847三.管径计算 给水管道中，一般采用圆管，从水力学公式知 式中：q q管段的设计流量（m3/s）v管段的平均流速（m/s）1.流速的确定 上面求出了管段的设计流量q，故还需要选择
5、合适的流速v，从技术性和可靠性来说对流速的限制有（1）为了防止管网内的水锤所造成的事故 Vmax2.5-3 m/s;（2）对于输水管为了避免水中杂质在管内沉积 Vmin 0.6 m/s.可见其数值范围是较大的,所以还需要考虑经济原则。一般是按管网造价,加上经营管理费用,这两项的和最小时的流速作为我们选择的流速:a.流速的大小与管道造价有关:选用较大的流速,所需管径小,价格便宜,施工开挖沟槽和下管工程量也少些,因此造价(管道费和施工费)也省一些。武汉地区的管价球墨铸铁管 DN100 79.0元/m DN200 161.3元/m DN300 268.7元/m DN600 734.7元/m根据上面的
6、分析可以画出一条曲线(1)流速V费用b.流速v的大小与年运行费用的关系:管径一定时，流速越大，水头损失越大(水头损失损失与流速平方成正比)。而水头损失大，则意味着要求水泵的扬程增加，增加电能消耗和电费。若以年经营费（电费）为M，投资偿还期为t，那么流速与t年的电费的关系可以表示为图中曲线(2).我们希望得到造价C加上运行费用最小时的流速，那么将曲线（1）和（2）迭加，即图中曲线（3）。它表示总费用与流速的关系，它的极小值所表示的流速即为经济流速。c.经济流速：按一定年限t内，管网造价和运行费用之和为最小的流速。各个城市因为管道价格不同，施工条件和经营管理的水平不同，因此经济流速也不相同。在设计
7、中可以采用下表管径（mm）平均经济流速（m/s）D=100400 0.6-0.9 D400 0.9-1.4 由上表，也可以建立这样的概念，小管径（D40mm）其流速不宜超过1m/s，大管径流速选在1.2m/s左右 6-3 6-3 泵站水泵扬程与水塔高度泵站水泵扬程与水塔高度设计一一.给水系统的水压关系给水系统的水压关系 讨讨论论的的目目的的：为为了了确确定定水水泵泵扬扬程程和和水水塔塔高高度度。在在讨讨论论给给水水系系统统水水压压关关系系前前，先先了了解几个概念：管网服务水头；管网控制点解几个概念：管网服务水头；管网控制点 在泵站扬程和水塔高度未确定前，须对水力条件进行预处理：（1）泵站所在管
8、道暂时删除 Q1Q2Q3Q6Q8(1)(2)(3)(4)(5)(6)(8)1234567q7q1q2q3q4q5q6Q7(7)（2）假设控制点：按照管网水力分析前提条件,管网中必须至少有一个定压节点,但泵站所在管道暂时删除,清水池节点与管网分离,水塔高度未知,故无定压节点.必须引入压力条件.节点服务水头-节点地面高程加上节点处用户最低供水压力.控制点-管网用水压力最难满足的节点.用控制点作为定压节点,假定一个节点为控制点,其节点水头=服务水头,则其为定压节点.进行管网水力分析,再通过节点自由水压比较,找到压力最不满足节点-真正的控制点,并调整所有节点水头。举例说明:P138例题65。泵站扬程和
9、水塔高度设计泵站扬程HT-HF +hHT管段起端节点水头HF终端节点水头例题P140 6-6.水塔高度HJ-ZJHJ-水塔所在节点水头ZJ-地面高程1.管网中无水塔 二级泵站的扬程：2.管网中有水塔（1)前置水塔:水塔水柜底的高度:Ht=(Zc-Zt)+Hc+hn 二级泵站扬程:Hp=Zt+Ht+Ho+hs+hc(2)对置水塔最大转输时二级泵站的扬程:Hp=Zt+Ht+Ho+hn+hc+hs hn,hc,hs分别表示最大转输时管网输水管,吸水管中的水头损失最大用水时二级泵站的扬程:Hp=Zc+Hc+hn+hc+hs(3)网中水塔3管网设计校核：.消防时管网的工作情况讨论目的：管网的管径和水泵扬
10、程是根据最高日最高时供水量设计的，在消防时，额外增加了消防流量，必须通过核算，以确定按最高日最高时流量求出的管径和扬程在消防时是否适用首先介绍两个概念：高压制消防给水系统：使给水管网内的压力和流量均得到保证。当消防用水量达到最大且水枪布置在任何建筑的最高处时，水枪充实水柱仍不小于10米低压制消防给水系统：管网保证火灾时提供消防所需的流量，而所需水压由消防车加压，此时允许管网最低压力不小于10米(1)无水塔管网在消防时的水泵扬程 下面讨论：当 时，则按最高时选用的水泵可用当 ，则要考虑选用消防泵，如果大的值不是太多，只需放大某些管段(2)网前水塔管网在消防时的工作情况 根据消防时的自由水压和管网
11、水头损失，消防时的水压线可能比水塔水面高，也有可能低。消防时水压线高于水塔时，水塔的进出水阀必须在发生火警时及时关闭，以免水塔不断送水而管网的水压无法提高。如果消防时水压线低于水塔，水塔仍可起流量调节作用，此时进出水阀无需关闭。(3)对置水塔管网在消防时工作情况 6-4 6-4 管网校核管网校核最后总结：管网设计根据管网中水塔的有无及其位置，按最高日最高时用水量来计算。并按以下情况校核设计水压：（1）最大供水量加消防供水量 当只考虑一处火灾时，在最不利火灾点加上消防流量，当考虑两处及以上火灾时，另几处分别加在大用户或重要工业企业节点上，其余未发生火灾节点流量不变。（2）最大转输时供水量(对置水
12、塔)最大转输工况各节点流量最大转输工况管网总用水量最高用水时总水量最高时各节点流量（3.655.92）最高时各节点流量（3）最不利管段损坏时，按通过70设计流量计算（最大时供水加消防流量）事故工况各节点流量事故供水比例最高时各节点流量6-5 6-5 输水管渠计算输水管渠计算ba Q QH0 HP 第七章 污水管网设计与计算7-1 污水设计流量计算城市排水量一般包括城市污水量和雨水量，城市污水量和雨水量应分别计算，本章先介绍污水量的计算一.几个概念1.人口:设计人口2.人口密度:每公顷面积上的人数3.排放系数4.污水量标准5.变化系数1)日变化系数Kd2)时变化系数Kn3)总变化系数Kz二.污水
13、设计流量的计算一般用累计流量法:这种方法不考虑各种生活污水及各种工业废水高峰流量发生的时间.而假定各种污水都在同一时间出现最高流量,并采用简单的累加方法计算城市污水量.这样得到的流量数据比实际偏高,但资料容易收集,比较方便三.例题(例9 P207)7-2 污水管道设计流量计算一.设计管段的划分1.设计管段的定义：2.划分的方法二.设计管段污水设计流量的确定在污水管网系统中,一个设计管段的污水设计流量可能包括三部分三.例题(例9.2 P210)计算干管和主干管7-3 污水管道设计的技术规定一.污水管道中污水的水力特性二.有关技术规定1.充满度(充盈度,水深比):在设计流量下,污水在管道中水深h和
14、管道直径d的比值.污水的充满度小于1(三条理由)2.设计流速3.最小管径4.最小设计坡度三.管道的埋深与覆土厚度1.埋深:从地面到管道内壁底的距离2.覆土厚:从地面到管顶外壁的距离3.最小覆土厚度1)防止地面荷载引起对管道的破坏2)防止冰冻和土址冰冻造成管道的破坏3)管道的衔接4.最大埋深控制点的确定和泵站的设置地点对管道系统的埋深起控制作用的点称为控制点。各条管道起点一般是该管道的控制点；其中离出水口最远的一点通常是整个系统的控制点；具有相当深度的工厂排出口或某些低洼地区的管道起点。中途泵站：局部泵站：终点泵站：四.污水管道的衔接污水管道在管径、坡度、高程、方向发生变化,以及支管接入的地方都
15、需要设检查井.在检查井中,上下游管道衔接要满足的原则1.衔接的原则：尽可能提高下游管段的高程以减少管道埋深。2.衔接方式下游水面、管底标高 上游终点水面、管底标高下游起点水面高程水深=下游起点管底高程上游终点管底高程=起点管底高程坡降终点水面=起点水面坡降埋深=地面高程管底高程五.污水管在街道上的位置布置原则：）污水管道为重力流管道，管道(尤其足干管和主干管)的埋设深度较其它管线大、且有很多连接支管，且污水管道难免渗漏，从而会对附近建筑物、构筑物的基础造成危害或污染生活饮用水。因此污水管道与建筑物间应有一定距离当与生活给水管道相交时，应敷设在生活给水管道下面。）进行管线综合规划时，所有地下管线
16、应尽量布置在人行道、非机动车道和绿带下，只有在不得已时，才考虑将埋深大，修理次数较少的污水、雨水管布置在机动车道下。管线布置次序：电力电缆电汛电缆煤气管道热力管道给水管道雨水管道污水管道。迁让原则：未建让已建的、临时让水久的、小管让大管、压力管让重力流管、可弯让不可弯的。六.污水管道水力计算-污水管道设计计算举例图为某市一个区的街坊平面图，居住区街坊人口密度为350人10m，污水量标准为120L (人d)。火车站和公共浴室的设计污水量分别为L s和4Ls。工厂甲和工厂乙的工业废水设计流量分别为25Ls与6Ls。生活污水及经过局部处理后的工业废水全部送至污水厂处理。工厂甲废水排出门的管底埋深为2
17、m。计算步骤：）平面图上布置污水管道）街坊编号并计算面积）划分设计管段计算流量）水力计算）污水管道平面图和纵剖面图绘制污水管道平面图和纵剖面图绘制）初步设汁阶段：通常采用的比例尺1：50001：10000，图上有地形、地物、河流、风玫瑰或指北计等。污水管道用粗线条表示，在管线标出设计管段起止点的检查井，并编上号码、标出各设计管段的服务面积，可能设置的中途泵站，例虹管或其它的特殊构筑物，污水厂，出水口等。在图上注明主干管各设计管段的长度、管径和坡度。以及工程项目表和说明。）施工图阶段：管道平面图比例尺常用1：1000一1：5000，图纸内容同初步设计，但更具体详细要求标出检查井的准确化置及污水管
18、道与其它地下管线或构筑物交叉点的具体位置、高程，还应有图例、主要工程项日表和施工说明。纵剖面图比例：横向：，纵向：第八章第八章 雨水管网设计与计算雨水管网设计与计算一.雨水管渠系统的组成：雨水口，雨水管渠，检查井，出水口等建筑组成一整套工程设施 二.雨水管渠的任务 三.雨水管渠设计的主要内容 1.确定当地暴雨强度公式 2.划分排水流域，进行雨水管渠的定线，确定可能设置的调节池，泵站位置 3.确定设计参数 4.计算设计流量和进行水力计算，确定每一设计管段的断面尺寸坡度管底标高及埋深 5.绘制管渠平面图及纵剖面图 8-1 8-1 雨水管渠设计流量的确定雨水管渠设计流量的确定 v雨水管渠设计流量的计
19、算公式q径流系数 q设计重现期P的确定 q集水时间t的确定 8-2 8-2 雨水管网设计与计算雨水管网设计与计算 一.雨水管渠系统平面布置的要求 1.充分利用地形，就近排入水体 2.根据城市规划布置雨水管道 3.合理布置雨水口，以保证路面雨水排除通畅 4.雨水管道采用明渠或暗管应结合具体条件确定 5.设计排洪沟排除设计地区以外的雨水径流 6.明渠暗管和明渠衔接 二.雨水管渠水力计算的设计数据 为了使雨水管渠正常工作，避免发生淤积，冲刷等现象，对雨水管渠水力计算的基本数据作如下的技术规定：q设计充满度h/D=1q设计流速：q最小管径和最小坡度 q最小埋深与最大埋深 三.雨水管渠水力计算的方法 1
20、.雨水管渠水利计算仍按均匀流，公式同污水管。实际计算采用公式制成的水力计算图或水力计算表 2.工程设计中通常选定管材,n已知，设计流量Q算出，未知数即D,v,I 3.实际应用中，参考地面坡度，假定管底坡度，从计算图或表格中求出D，v，并使得D,v,I负荷前面讲得技术规定 四.雨水管渠系统的设计步骤 首先要收集和整理设计地区的原始资料，保罗地形图，城市或工业区的总体规划，水文地质暴雨等资料作为基本的设计数据，一般雨水管按下列步骤进行（1）划分排水流域和管道定线（2）划分设计管段（因为管段划分与检查井位置有关）（3）划分并计算各设计管段的汇水面积（4）确定各排水流域的平均径流系数值（5）确定设计重
21、现期P，地面集水时间求单位面积径流量（暴雨强度与径流系数的乘积）（6）列表进行雨水干管的设计流量和水力计算，以求得各管段的设计流量管径坡度流速管底标高管道埋深绘制雨水管道平面图，纵剖面图 五.设计计算例题 如图，已知1 地形西高东低，东面有一条自南向北得天然河流，河水常年洪水位为14米，常水位12米，暴雨强度公式为，求：进行雨水管道布置和干管的水力计算。q解：该区地形平坦，无明显分水线，故排水流域按城市主要道路得汇水面积划分，流域分界线见图中1（也就是雨水管道负责得排水范围即设计范围）q河流的位置决定了雨水口出水口位置，出水口位置位于河岸边，故雨水干管的走向为自西向东 q因为河流洪水位（常年的
22、）为14m，而一般地面标高只有13m左右，洪水位时雨水不能自流入河，故在干管的终端设雨水泵站 q划分设计管段（每一设计管段200米为宜，这也在我们书上P236第二段第三行介绍了，但我们书上计算例题9条管段，只有三段按此要求）q径流系数 的选择：由于区域建筑物分布情况差异不大，采用统一的平均径流系数0.5 q由于地形平坦，建筑密度较稀 管道起端根据支管接入要求采用1.3m q干管水力计算见表 q第11项管道的输水能力Q是指在水力计算中，管段在确定的管径坡度流速的条件下，实际通过的流量。该值应等于或略大于设计流量Qq求管段降落量：q管道起点埋深注意两点：a 在划分各设计管段的汇水面积时，尽可能使各
23、设计管段的汇水面积均匀增加，否则会出现下游管设计流量小于上游管设计流量的情况 b 在实际工程中，支管，干管是同时计算 q绘制雨水管平面图和纵剖面图 8-3 8-3 雨水径流调节雨水径流调节 一.为了降低工程造价，提出设调节池 二.设置调节池的位置 1.在雨水干管中游或大流量交汇处 2.正在开发和分期建设的区域 3.雨水不多的干旱地区 4.有天然洼地，公园水塘等 三.雨水调节池的设置形式 1.溢流堰式 2.流槽式调节池 3.泵吸式调节池 四.调节池容积计算 1.计算公式 2.计算方法有不少研究，但都没有得到圆满解决，实际应用还不多 8-4 8-4 排洪沟设计与计算排洪沟设计与计算一.防洪设计标准
24、 二.洪水设计流量标准 1.洪水调查法 2.推理公式法 3.经验公式法 4.排洪沟的设计要点 8-5 8-5 合流制管渠系统的设计合流制管渠系统的设计 一.合流制管渠系统的使用条件和布置特点：生活污水工业废水雨水用一个管渠系统来排除就叫合流制排水系统 1.适用条件 2.布置特点 二.合流制排水管渠的设计流量 三.合流制排水管网水力计算要点 四.城市旧管网的改造第九章第九章 给水排水管道材料和附件给水排水管道材料和附件 9-1 9-1 给水排水管道材料给水排水管道材料一.给水管材1.铸铁管：有三百多年的使用历史，我国是从1879年使用至今。我国生产的管径从50（）mm。而国外最大2400mm，长度4-6m，承受压力：高压铸铁管1 Mpa(100m),普压管0.75 Mpa，低压管0.45 Mpa。特点：经久耐用，使用寿命可达百年以上，抗腐蚀性能力较强，使用最广，质脆，重量大，金属消耗较钢管要多花1.52.5倍。