給水排水管道系統(tǒng)設(shè)計及計算

第3章給水排水管道系統(tǒng)的設(shè)計一、給水管道系統(tǒng)的設(shè)計內(nèi)容1、管道系統(tǒng)的布置和定線；2、設(shè)計流量計算；3、確定管道直徑；4、計算管道中的水頭損失；5、求出二級泵站的揚程及水塔高度；6、水量調(diào)節(jié)構(gòu)筑物的容積計算；√二、給水管道系統(tǒng)的設(shè)計流量1、給水系統(tǒng)設(shè)計用水量的組成

(1)城市居民生活用水量；

(2)工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)用水和職工生活用水；

(3)澆灑道路和綠地等市政用水；

(4)消防用水量；

(5)管網(wǎng)漏失水量及未預(yù)計水量；2、給水系統(tǒng)各組成部分的設(shè)計流量

明確幾個概念：(1)最高日用水量 在設(shè)計年限內(nèi)，用水最多一天的水量稱為最高日用水量。(2)最高時用水量一天內(nèi)用水最多的一小時的水量稱為最高時用水量。(3)平均時用水量

一天內(nèi)平均一小時用水量稱為平均時用水量。取水構(gòu)筑物一級泵站給水處理廠清水池二級泵站配水管網(wǎng)2、給水系統(tǒng)各組成部分的設(shè)計流量

(1)采用最高日平均時用水量的構(gòu)筑物：取水構(gòu)筑物、一級泵站、原水輸水管、給水廠取水構(gòu)筑物一級泵站給水處理廠清水池二級泵站配水管網(wǎng)(2)二級泵站管網(wǎng)內(nèi)不設(shè)水塔或調(diào)節(jié)水庫時：設(shè)計流量按最高日最高時用水量計算，否則會出現(xiàn)供水不足的現(xiàn)象；管網(wǎng)內(nèi)設(shè)水塔或調(diào)節(jié)水庫時：二級泵站根據(jù)用水量變化情況分級供水（分級情況根據(jù)用水量變化曲線確定）。此時二泵站的供水量與用水量之差由水塔或水庫調(diào)節(jié)。取水構(gòu)筑物一級泵站給水處理廠清水池二級泵站配水管網(wǎng)(3)清水輸水管道管網(wǎng)內(nèi)不設(shè)水塔或調(diào)節(jié)水庫時：設(shè)計流量按最高日最高時用水量計算；管網(wǎng)內(nèi)設(shè)水塔或調(diào)節(jié)水庫時：設(shè)計流量按最高日最高時用水量減去水塔輸出的流量計算；清水輸水管取水構(gòu)筑物一級泵站給水處理廠清水池二級泵站配水管網(wǎng)(4)配水管網(wǎng)配水管網(wǎng)設(shè)計總流量按最高日最高時用水量計算。三、配水管網(wǎng)的水力計算1、配水管網(wǎng)水力計算的任務(wù)

(1)計算管網(wǎng)中各管段的流量；

(2)確定各管段的管徑、水頭損失；

(3)確定水泵揚程、水塔高度；2、管網(wǎng)中管段設(shè)計流量的計算要確定各管段的設(shè)計流量，需首先確定各管段的沿線流量和節(jié)點流量。2345678910qj1qvIIIIIIIV圖示為4個環(huán)的環(huán)狀管網(wǎng)；兩個節(jié)點之間的管線稱為管段；節(jié)點編號輸水管Q-總流量(1)沿線流量(qv)沿線流量是指供給該管段兩側(cè)用戶所需流量；沿線流量大小不等；(2)集中流量(qj)集中流量是指供給某大用戶(如工廠)所需流量；2、管網(wǎng)中管段設(shè)計流量的計算由于管段的沿線流量大小不等，計算比較復(fù)雜，因此在實際的設(shè)計中對管網(wǎng)流量進行簡化。假設(shè)一：將非均勻配出的沿線流量簡化為均勻配出的沿線流量，即小用戶的流量均勻分布在全部干管上?！Q作比流量法。89長度比流量比流量法長度比流量法面積比流量法假定沿線流量均勻分布在全部配水干管上，管線單位長度上的配水流量稱為長度比流量，qs每個管段的沿線流量怎樣計算？(3)節(jié)點流量(qi)節(jié)點流量是從沿線流量折算得出的并且假設(shè)是在節(jié)點集中流出的流量。假設(shè)二：將均勻配出的沿線流量按一定比例折算成節(jié)點流量。2345678910qjq2q3q4q5q6q7q8q9q101管網(wǎng)中任一點的節(jié)點流量(qi)

集中流量也并入節(jié)點流量中。無集中流量時：任意一個節(jié)點流量等于與該節(jié)點相連的各管段的沿線流量總和的一半。包括兩部分：該節(jié)點的集中流量和沿線流量折算成的節(jié)點流量2345678910qjq2q3q4q5q6q7q8q9q101q8的節(jié)點流量？q9的節(jié)點流量？

流量校核：全部節(jié)點流量之和等于管網(wǎng)設(shè)計的總流量。計算例題

某城鎮(zhèn)最高時總用水量為284.7L/s，其中集中工業(yè)用水量為189.2L/s（從節(jié)點1和2流出，分別為94.6L/s）。干管各管段編號及長度如圖所示，管段4-5、1-2、2-3為單側(cè)供水，其余為雙側(cè)供水。計算(1)干管的比流量；(2)1-2和4-1管段的沿線流量；(3)節(jié)點1的流量。482082082075675675675656123居住區(qū)居住區(qū)居住區(qū)綠地綠地工廠(1)干管的比流量(2)1-2和1-4管段的沿線流量某城市最高時總用水量為260L/s，其中集中供應(yīng)的工業(yè)用水量120L/s（分別在節(jié)點2、3、4集中出流40L/s）。各管段長度（單位為m）和節(jié)點編號見圖。管段1-5、2-3、3-4為一側(cè)供水，其余為雙側(cè)供水。試求：（1）比流量；（2）各管段的沿線流量；（3）各節(jié)點流量。

練習(xí)解：1．配水干管計算總長度2．配水干管比流量

3．沿線流量管段編號管段計算總長度（m）

比流量

(L/s.m)

沿線流量

(L/s)

1-22-33-41-53-54-65-66-78000.5×600=300

0.5×600=3000.5×600=3008008006005000.0318225.459.559.559.5525.4525.4519.0915.91

合計4400140.004．節(jié)點流量計算節(jié)點節(jié)點連的管段節(jié)點流量(L/s)集中流量(L/s)節(jié)點總流量(L/s)12345671-2,1-51-2,2-32-3,3-4,3-53-4,4-61-5,3-5,5-64-6,5-6,7-66-70.5(25.45+9.55)=17.500.5(25.45+9.55)=17.500.5(9.55+9.55+25.45)=22.280.5(25.45+9.55)=17.500.5(9.55+25.45+19.09)=27.050.5(25.45+19.09+15.91)=30.220.5(15.91)=7.95

404040

17.5057.5062.2857.5027.0530.227.95合計140.00120.00260.00(4)流量分配目的：確定各管段中的流量，進而確定管段直徑。流量分配要保持水流的連續(xù)性，每一節(jié)點必須滿足節(jié)點流量的平衡條件：流入任一節(jié)點的流量等于流出該節(jié)點的流量，若以流入為“－”，流離為“＋”，則∑Q=0。樹狀網(wǎng)流量分配

水流方向唯一，流量分配唯一，任意管段的流量等于該管段以后所有節(jié)點流量的總和。(4)流量分配——環(huán)狀網(wǎng)流量分配有多種組合方案（如節(jié)點3）?；驹瓌t：滿足供水可靠性前提下，兼顧經(jīng)濟性。(5)管徑計算管網(wǎng)流量分配后，可按公式計算該管段的管徑?！猧－j管段的管段流量，m3/s——管道流速，m/s——管道直徑，m3、給水管道系統(tǒng)的水力計算管道系統(tǒng)定線初步流量分配確定管徑確定各節(jié)點的水壓確定水泵的揚程確定水塔等調(diào)節(jié)構(gòu)筑物的容積、高度等計算水頭損失思考題1、給水系統(tǒng)中設(shè)計水量的組成？2、管網(wǎng)中不設(shè)水塔等水量調(diào)節(jié)構(gòu)筑物時，輸水管、二泵站、配水管網(wǎng)的設(shè)計流量？3、對給水管網(wǎng)的流量進行簡化的2個假設(shè)？4、怎樣計算管網(wǎng)中各節(jié)點的流量？三、污水管道系統(tǒng)的設(shè)計內(nèi)容1、管道系統(tǒng)的布置和定線；2、設(shè)計流量計算；3、確定管道直徑和坡度；4、管道埋設(shè)深度；5、污水提升泵站的設(shè)計；6、污水管道的平面圖和剖面圖；√四、污水管道系統(tǒng)的設(shè)計流量1、城市污水量的組成

(1)城市居民生活污水量；

(2)工業(yè)廢水量（納入城市污水管渠的部分，有部分工業(yè)企業(yè)產(chǎn)生的廢水先經(jīng)過處理后再進入城市污水管道系統(tǒng)）；

(3)少量滲入城市污水管道的地下水；2、污水管道系統(tǒng)的設(shè)計流量

(1)污水管道系統(tǒng)通常按設(shè)計年限內(nèi)的最高日最高時污水量計算。

(2)設(shè)計管段的劃分

凡采用同一設(shè)計流量、同一管徑、同一坡度的兩個檢查井之間的連續(xù)管段，稱為設(shè)計管段。 不需要把每個檢查井都作為設(shè)計管段的起始點，將采用相同管徑和坡度的連續(xù)管段可以作為一個設(shè)計管段。122、污水管道系統(tǒng)的設(shè)計流量

(3)設(shè)計管段的流量確定 每一設(shè)計管段的污水設(shè)計流量包括三種流量：本段流量——從本段沿線街坊流來的污水量。通常假定本段流量是在起點檢查井集中進入設(shè)計管段的。本段流量等于本段服務(wù)面積上的全部污水量。2、污水管道系統(tǒng)的設(shè)計流量轉(zhuǎn)輸流量——從上游管段和旁側(cè)管段流來的污水量。集中流量——從工業(yè)企業(yè)或其他大型公共設(shè)施溜來的污水量。管段設(shè)計流量＝本段流量＋轉(zhuǎn)輸流量＋集中流量Q4-5q4q5q6q8q7q9123456789qjQ5-1q5-1q1－2Q1-2Q2-3污水干管污水主干管污水支管q4，q5——街坊生活污水經(jīng)支管流入檢查井的生活污水量；

qj——集中流量；Q4-5、Q5-1、Q1-2的流量？3、污水管道系統(tǒng)的水力計算目的——確定管徑、管道坡度和埋設(shè)深度。污水在管道中依靠管道兩端的水面高差從高處流向低處，一般為重力流。明確污水管道水力計算的重要設(shè)計參數(shù)

(1)設(shè)計充滿度在設(shè)計流量下，污水在管道中的水深(h)和管道直徑(D)的比值稱為設(shè)計充滿度，也叫水深比，計作h/D=1時稱為滿流；h/D<1時稱為非滿流；3、污水管道系統(tǒng)的水力計算

(1)設(shè)計充滿度管道最大設(shè)計充滿度的規(guī)定管道最小設(shè)計充滿度：一般不小于0.5管徑(mm)最大設(shè)計充滿度200~3000.60350~4500.70500~9000.70>10000.75

(1)設(shè)計充滿度

污水管道規(guī)定非滿流的原因：污水流量時刻在變化，很難精確計算，而且雨水或地下水可能滲入污水管道，因此有必要保留一部分空間；污水管道內(nèi)沉積的污泥由于厭氧作用會產(chǎn)生一些有害氣體如甲烷、硫化氫等；另外，污水中含有汽油、石油等易燃液體時，容易產(chǎn)生爆炸性氣體，所以要留有一定空間通風(fēng)；便于管道的清通和養(yǎng)護管理；3、污水管道系統(tǒng)的水力計算

(2)設(shè)計流度

與設(shè)計流量、設(shè)計充滿度向?qū)?yīng)的水流平均速度稱為設(shè)計流速。流速過小，污水流動緩慢，污水中的懸浮物容易沉積在管道中。流速過大，可能會對管壁產(chǎn)生沖刷，損壞管道，縮短了管道的使用壽命。設(shè)計流速應(yīng)該在最大和最小設(shè)計流速之間。最小設(shè)計流速是保證管道內(nèi)不致發(fā)生沉積的流速，規(guī)定為0.6m/s。最大設(shè)計流速是保證管道不被沖刷損壞的流速，與管道材料有關(guān)；金屬管最大設(shè)計流速為10m/s，非金屬管的最大設(shè)計流速為5m/s。3、污水管道系統(tǒng)的水力計算3、污水管道系統(tǒng)的水力計算

(3)最小管徑管徑過小，容易阻塞，從而增加管道的清通次數(shù)。采用較大管徑可選用較小的設(shè)計坡度，從而減小管道埋身，降低造價?！妒彝馀潘?guī)范》規(guī)定：污水在街坊和廠區(qū)的最小管徑為200mm，在街道下的最小管徑為300mm。3、污水管道系統(tǒng)的水力計算

(4)最小設(shè)計坡度在進行污水管道系統(tǒng)設(shè)計時，通常使管道敷設(shè)坡度與地面坡度一致，以節(jié)省施工費用。但如果地勢平坦，此時可能會導(dǎo)致管道坡度過小，管道內(nèi)的流速小于規(guī)定的最小流速，因此要規(guī)定最小設(shè)計坡度?！妒彝馀潘?guī)范》規(guī)定：管徑為200mm時，最小設(shè)計坡度為0.004；管徑為300mm時，最小設(shè)計坡度為0.003。3、污水管道系統(tǒng)的水力計算

(5)覆土厚度及管道埋深管道的覆土厚度：指從管道外壁頂部到地面的距離。管道的埋設(shè)深度：指從管道內(nèi)壁底部到地面的距離。水管道在車行道下的最小覆土厚度不小于0.7m，在非車行道下，其最小覆土厚度可以適當減小。管道的最大埋深：在干燥土壤中一般不超過7－8米；在地下水位較高、流砂嚴重、挖掘困難的地層中通常不超過5米。當管道埋深超過最大埋深時，應(yīng)考慮設(shè)置污水泵站等措施，以減少管道的埋深。管道編號管道長度(m)設(shè)計流量Q(L/s)管徑D(mm)坡度I流速v(m/s)充滿度降落量I×L(m)

標高(m)埋設(shè)深度h/D水深(m)地面水面管內(nèi)底上游下游上游下游上游下游上游下游1234567891011121314151617污水管道水力計算表思考題1、城市污水量的組成？2、什么是設(shè)計管段？每一設(shè)計管段的污水量包括幾個部分？3、污水管道為什么按非滿流設(shè)計？4、污水管道內(nèi)的設(shè)計流速是怎樣規(guī)定的？五、雨水管渠系統(tǒng)的設(shè)計1、雨水管渠的布置

(1)雨水同污水一樣，靠重力流排入水體；

(2)雨水管通常沿街道鋪設(shè)，但是干管不宜設(shè)在交通量大的干道下，以免積水時影響交通。1、雨水管渠的設(shè)計流量

雨水管渠的設(shè)計流量與設(shè)計暴雨強度、匯水面積和地面覆蓋情況有關(guān)。幾個概念(1)設(shè)計暴雨強度 指一定年限內(nèi)可能出現(xiàn)一次的暴雨，在一定的降雨歷時內(nèi)，單位匯水面積上的雨水量，單位（L/s·ha），用q表示。(2)暴雨重現(xiàn)期一定年限內(nèi)可能出現(xiàn)一次的暴雨，單位年(a)，用P表示。1、雨水管渠的設(shè)計流量(3)降雨歷時 連續(xù)降雨的時段，可以指一場雨全部降雨的時間，也可以指其中個別的連續(xù)時段。單位min或h，用t表示。(4)匯水面積指雨水管渠匯集雨水的面積，用F表示，單位公頃(ha)或平方公里(km2)。1、雨水管渠的設(shè)計流量暴雨強度公式

——

設(shè)計暴雨強度

(L/s?ha)

——

設(shè)計重現(xiàn)期(a)——

降雨歷時(min)A1,c,b,n——

地方參數(shù)(5)徑流系數(shù) 徑流量與降雨量的比值，ψ<11、雨水管渠的設(shè)計流量地面種類ψ值各種屋面、混凝土和瀝青路面大塊石鋪砌路面和瀝青表面處理的碎石路面級配碎石路面干砌磚石和碎石路面非鋪砌土路面公園和綠地0.85-0.950.55-0.650.40-0.500.35-0.450.25-0.350.10-0.201、雨水管渠的設(shè)計流量雨水管渠的設(shè)計流量公式2、雨水管渠水力計算的設(shè)計參數(shù)(1)設(shè)計充滿度 雨水管渠按滿流設(shè)計，充滿度h/D=1(2)設(shè)計流速

①《室外排水設(shè)計規(guī)范》中規(guī)定，雨水管渠的最小設(shè)計流速為0.75m/s。 ②為防止管壁因沖刷而損壞，雨水管渠的最大設(shè)計流速為：金屬管10m/s；非金屬管4m/s。 ③雨水管渠的設(shè)計流速應(yīng)該保證在最大流速和最小流速之間。2、雨水管渠水力計算的設(shè)計參數(shù)(3)最小管徑

《室外排水設(shè)計規(guī)范》中規(guī)定：在街道下的雨水管道，最小管徑為300mm；雨水口連接管最小管徑為200mm。一般在道路交叉口的匯水點和低洼地段設(shè)置雨水口。注意圖中的箭頭方向！2、雨水管渠水力計算的設(shè)計參數(shù)(4)最小坡度 在設(shè)計中，力求使管道的設(shè)計坡度和地面坡度平行或一致，以降低造價。但需滿足最小坡度的規(guī)定。 ①當雨水管道的最小管徑為300mm時，最小設(shè)計坡度為0.003。 ②當雨水口連接管道的最小管徑為200