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1、第六章 给水管网工程设计 6 1 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 1 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 15 1 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 f 自来水普及率 2 Q2 生产用水
2、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6 1 计算结果见表6 3 4 3 工业企业职工生活用水量计算结果见表6 3 5 4 市政用水 6 二 水流量调节计算 7 6 2 设计流量分配与管径设计 一 节点流量分配计算 8 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 q2 q3 q4 q5 q6 q7 q7 q6 q7 q3 q4 q6 q7q4 q5 q2 q3 q4 q5 q6 q7
3、 9 2 环状管网的流量分配 环状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 14 6 5 3 8 6 2 3 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 10 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
4、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 11 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 65 84 18 40 15 10 4 10 30 7 15 65 18 7 10 84 15 3918 4 7 12 三 管径计算 给水管道中 一般采用圆管 从水力学公式
5、知 式中 q 管段的设计流量 m3 s v 管段的平均流速 m s 13 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 Vmax 2 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 14 武汉地区的
6、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
7、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 15 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 在设计中可以采用下表 管径 mm 平均经济流速 m s D 100 400 0 6 0 9 D 400 0 9 1 4 由上表 也可以建立这样的概念 小管 径 D 40mm 其流速不宜超过1m s 大 管径流速选在1 2m s左右 16 6 3 泵站水泵扬程与水塔高度设计 一 给水系统的水压关系 讨论的目的 为了确定水泵扬程和水塔 高度 在讨论给水系统水压关系前 先了 解几个概念 管网服务水头 管网控制点 17 在泵站扬程和
8、水塔高度未确定前 须对水力条件进 行预处理 1 泵站所在管道暂时删除 Q1 Q2Q3 Q6 Q8 1 2 3 4 5 6 8 1 2 3 4 5 6 7 q7 q1 q2q3 q4 q5q6 Q7 7 18 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
9、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6 5 19 泵站扬程和水塔高度设计 泵站扬程 HT HF h HT 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 ZJ HJ 水塔所在节点水头 ZJ 地面高程 20 1 管网中无水塔 二级泵站的扬程 21 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 22 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
10、水时二级泵站的扬程 Hp Zc Hc hn hc hs 23 3 网中水塔 24 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 25 26 1 无水塔管网在消防时的
11、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 27 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 28 3 对置水塔管网在消防时工作情况 29 6 4 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
12、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 30 2 最大转输时供水量 对置水塔 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 65 5 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 31 6 5 输水管渠计算 b a Q Q H0 HP 32 33 34 35 36 37 38 39 第七章 污水管网设计与计算 7 1 污
13、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 40 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Kd 2 时变化系数Kn 3 总变化系数Kz 41 二 污水设计流量的计算 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 42 43 44 45 46 7 2
14、 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 47 48 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 49 50 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
15、 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 51 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 52 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 53 下游水面 管底标高 上游终点水面
16、 管底标高 54 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 55 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 56 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 57 58 六 污水管道水力计算 59 60 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 10 m 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4L s
