给水排水管道系统第六章 给水管网工程设计ppt课件.ppt

主要内容：设计用水量及其调节；管段设计（包括管道设计流量分配、确定管径）；设计工况水力分析；泵站扬程与水塔高度计算；非设计工况水力校核；绘制施工图。,第六章 给水管网工程设计,6.1 设计用水量及其调节计算,介绍用分类估算法计算最高日设计用水量设计用水量变化规律的确定供水设计计算给水管网各部分的设计流量： 供水泵站供水流量 清水池、水塔调节容积清水池和水塔容积设计,6.1.1 最高日设计用水量计算,设计年限：所设计的系统能够在符合设计要求的条件下正常使用的年限。 给水工程的设计应在服从城市总体规划的前提下，近远期结合，以近期为主。近期设计年限宜采用510年，远期规划年限宜采用1020年。,给水系统的设计用水量一般是指设计年限内最高日用水量 ，包括：1、综合生活用水（包括居民生活用水和公共建筑用水）；2、工业企业生产用水和工作人员生活用水；3、消防用水；4、浇洒道路和绿地用水；5、未预见用水量及管网漏失水量。,设计用水量的大小决定着整个给水系统中取水、净水、调节构筑物的大小、加压设备的规模以及管网系统的规格。 设计用水量偏大：工程规模过大，工程投产后在较长时间内不能发挥作用，造成资金浪费； 设计用水量偏小：不能满足生活和生产的用水要求，出现年年需要扩建的被动局面。,用水定额 water consumption norm 对不同的用水对象，在一定时期内制订相对合理的单位用水量的数值。,1) 最高日设计用水量定额,室外给水设计规范（试行）室外给水设计规范 （）室外给水设计规范 （，1997年版）本规范适用于新建、扩建或改建的城镇、工业企业及居住区的永久性室外给水工程设计。,居民生活用水：城市居民日常生活用水（城市中居民的饮用、烹调、洗涤、冲厕、洗澡等日常生活用水）。公共建筑及设施用水包括娱乐场所、宾馆、浴室、商业、学校和机关办公楼等用水，但不包括城市浇洒道路、绿地和市政等用水。 综合生活用水包括：城市居民日常生活用水和公共建筑及设施用水二部分的总水量。,综合生活用水,居民生活用水定额和综合生活用水定额，应根据当地国民经济和社会发展规划、城市总体规划和水资源充沛程度，在现有用水定额基础上，结合给水专业规划，和给水工程发展的条件综合分析确定；在缺乏实际用水资料情况下可采用下表的规定。,居民生活用水定额（L/capd）,综合生活用水定额（L/capd）,特大城市：市区和近郊区非农业人口100万及以上的城市； 大城市：市区和近郊区非农业人口50万及以上，不满100万的城市； 中、小城市：市区和近郊区非农业人口不满50万的城市。,一区：贵州、四川、湖北、湖南、江西、浙江、福建、广东、广西、海南、上海、云南、江苏、安徽、重庆； 二区：黑龙江、吉林、辽宁、北京、天津、河北、山西、河南、山东、宁夏、陕西、内蒙古河套以东和甘肃黄河以东的地区； 三区：新疆、青海、西藏、内蒙古河套以西和甘肃黄河以西的地区。,工业企业生产用水和工作人员生活用水,生产用水是指在工业企业内用于冷却、制造、空调、加工、净化和洗涤等用途的水量。 工业企业生产用水量标准以万元产值用水量表示，因水资源情况、产品类型、生产工艺、管理方式和管理水平而异。 我国工业万元产值用水量平均为103立方米，是发达国家的10至20倍；水的重复利用率平均仅为40左右，发达国家平均已达到75至85。,我国工业取水定额管理始于1984年，由原城乡建设环境保护部和国家经委联合发布在全国试行（工业用水量定额(84)城公字460号文件）。1986年对试行定额进行了修订，增补了个别产品。试行定额主要用作城市规划和新建、扩建工业项目初步设计的依据和考核工矿企业用水量的标准。该定额标准对促进工业企业用水和节水起到了一定的作用。但是，随着技术和管理水平的不断提高，原定额已不能作为工业取水定额管理的依据，不能起到促进企业节约用水的作用。因此，尽快修订工业取水定额显得十分迫切。,修订工业取水定额的迫切要求我国人均水资源拥有量只有2200立方米，仅为世界平均水平的14。水资源不足已成为制约我国经济和社会发展的重要因素之一。2001年，我国每万元工业产值取水量为90立方米左右，约为发达国家的3到7倍，工业用水重复利用率约52，远低于发达国家80的水平，工业节水潜力巨大。火力发电、钢铁、石油石化、纺织和造纸5个行业的取水量占全部工业取水量的666。据测算，这5个行业的取水量若达到新发布的取水定额国家标准，年节约新水可达60亿立方米，约占目前工业取水量的17。,2002年1月6日上午，国家经济贸易委员会和国家标准化管理委员会在京联合召开新闻发布会，发布了6项工业企业取水定额国家标准，分别为： 1、工业企业产品取水定额编制通则(GBT18820-2002)2、取水定额第1部分：火力发电(GBT18916、1-2002)3、取水定额第2部分：钢铁联合企业(GBT18916、2-2002)4、取水定额第3部分：石油炼制(GBT189163-2002)5、取水定额第4部分：棉印染产品(GBT18916、4-2002)6、取水定额第5部分：造纸产品(GBT189165-2002)实施工业取水定额管理是促进企业节水技术进步、不断提高工业用水效率、实现合理用水的重要手段。以上标准已由国家标准化管理委员会分别于2002年8月29日和2002年12月20日发布，并分别将于2003年1月1日和2005年1月1日起正式实施。,工业企业工作人员生活用水是指每一职工每班的生活和淋浴用水量。由于车间温度、劳动条件和卫生要求的不同，其工作人员的生活用水量也有差别，可按具体情况在条文规定范围内选用。工业企业内工作人员的淋浴用水系指车间附设的为劳动保护需要而提供车间职工在班冲洗或冲凉的用水，应与工厂内为提供工人下班后沐浴而专设的浴室用水相区别。车间卫生特征系根据车间等级及含有毒物质或生产性粉尘的程度、室内温度和劳动强度等条件决定，详见工业企业设计卫生标准。 工业企业内工作人员的生活用水量，应根据车间性质确定，一般可采用2535升/人/班，其时变化系数为2.53.0。 工业企业内工作人员的淋浴用水量，应根据车间卫生特征确定，一般可采用4060升/人/班，其延续时间为1小时。,工业企业工作人员生活用水,消防用水量,消防用水是指在发生火灾的情况下用于灭火所需的水量。 特点：历时短、流量大。 消防用水量、水压及延续时间等，应按现行的建筑设计防火规范及高层民用建筑设计防火规范等设计防火规范执行。 城市、居住区、工厂、仓库和民用建筑的室外消防用水量按同一时间内的火灾次数和一次灭火用水量确定。 城市室外消防用水量包括工厂、仓库和民用建筑的室外消防用水量。,浇洒道路和绿地用水,浇洒道路和绿地用水量，应根据路面、绿化、气候和土壤等条件确定。浇洒道路用水采用每平米每次11.5升，一般每日23次；绿化用水采用每平米每天1.52升；,未预见用水量及管网漏失水量,城镇的未预见用水量及管网漏失水量可按最高日用水量的15%25%合并计算；工业企业自备水厂的未预见用水量及管网漏失水量可根据工艺及设备情况确定。,2) 用水量计算,Qd最高日设计用水量Q1居住区综合生活用水量Q2工业企业生活用水量Q3生产用水量Q4浇洒道路和绿化用水量,Q1：由最高日生活用水定额、规划人口数、自来水普及率计算确定； Q2：由职工人数、用水定额、淋浴人数、淋浴用水量计算确定； Q3：由万元产值用水量、工业总产值、用水重复率计算确定； Q4：由规划道路面积、浇洒道路用水量、道路浇洒次数、规划绿地面积、绿化用水量计算确定。,最大小时用水量：,最高日用水量一般不包括消防用水量，消防用水量用于确定清水池的容积和输配水管网的校核。,相关规范,城市居民生活用水量标准 GB/T 50331-2002 标准编制的目的：合理利用水资源，加强城市供水管理，促进城市居民合理用水、节约用水，保障水资源的可持续利用，科学地制定居民用水价格 。适用于确定城市居民生活用水量指标。,城市给水工程规划规范 GB 5028298目的：在城市给水工程规划中贯彻执行城市规划法、水法、环境保护法，提高城市给水工程规划编制质量用途：本规范具体体现了国家在给水工程中的技术经济政策，保证了城市给水工程规划的先进性、合理性、可行性及经济性，是我国城市规划规范体系日益完善的表现,本规范适用于城市总体规划中的给水工程规划。 根据规划法，城市规划分为总体规划、详细规划两阶段。大中城市在总体规划基础上应编制分区规划。鉴于现行的各类给水规范其适用对象大都为具体工程设计，内容虽然详尽，但缺少宏观决策、总体布局等方面的内容。为此本规范的条文设置尽量避免与其他给水规范内容重复，为总体规划（含分区规划）的城市给水工程规划服务，编制城市给水工程详细规划时，可依照本规范和其他给水规范。 按照国家有关划分城乡标准的规定，设市城市和建制镇同属于城市的范畴 ，所以建制镇总体规划中的给水工程规划可按本规范执行。,城市单位建设用地综合用水量指标(万m/(kmd),城市单位人口综合用水量指标(万m/(万人d),人均综合用水量远高于国外。国家发展改革委员会、科技部、水利部、建设部和农业部等5部委于2005年4月21日联合发布 中国节水技术政策大纲，提出了要力争在20052010年间实现工业取水量“微增长”，农业用水量“零增长”，城市人均综合用水量实现逐步下降的节水目标，以及相关的法律、经济、技术和工程等保障措施。,1、特大城市指市区和近郊区非农业人口100万及以上的城市；大城市指市区和近郊区非农业人口50万及以上不满100万的城市；中等城市指市区和近郊区非农业人口20万及以上不满50万的城市；小城市指市区和近郊区非农业人口不满20万的城市。 2、一区包括：贵州、四川、湖北、湖南、江西、浙江、福建、广东、广西、海南、上海、云南、江苏、安徽、重庆；二区包括：黑龙江、吉林、辽宁、北京、天津、河北、山西、河南、山东、宁夏、陕西、内蒙古河套以东和甘肃黄河以东的地区；三区包括：新疆、青海、西藏、内蒙古河套以西和甘肃黄河以西的地区。 3、经济特区及其他有特殊情况的城市，应根据用水实际情况，用水指标可酌情增减（下同）。 4、用水人口为城市总体规划确定的规划人口数（下同）。 5、本表指标为规划期最高日用水量指标（下同）。 6、本表指标已包括管网漏失水量。,1）设计用水量变化规律的确定 生活用水随季节与生活习惯的变化而变化。生产用水随气温与生产形势的变化而变化。具有随机性和周期性两个特征。 最高日用水量：在设计规定的年限内，用水最多的一天所用的水量。 平均日用水量：一年内总的用水量除以天数。 日变化系数：最高日用水量与平均日用水量的比值。 时变化系数：最高日最高时用水量与该日平均时用水量的比值。,6.1.2 设计用水量变化及其调节计算,城市供水中，时变化系数、日变化系数应根据城市性质、城市规模、国民经济与社会发展和城市供水系统并结合现状供水曲线和日用水变化分析确定。 在缺乏实际用水资料情况下，最高日综合用水的时变化系数宜采用1.31.6，日变化系数宜采用1.11.5，个别小城镇可适当加大。 工业企业内工作人员的生活用水的时变化系数为2.53.0。,最大时,平均时,最高日用水量变化曲线,2）供水设计 计算给水管网各部分的设计流量,考虑水厂本身用水量的系数，一般 采用1.051.10；地下水源采用1。T一级泵站每天工作时间,取水构筑物、一级泵站,无水塔（高地水池），满足最高日最大时用水要求。单水源：设计供水流量最高时用水量；多水源：各泵站设计供水流量之和最高时用水量（供水调节能力强，一般不需要水塔或高地水池）,二级泵站,有水塔（高地水池），应设计泵站供水曲线。原则如下：泵站24小时供水量之和最高日用水量；泵站供水量分级数不能太多，一般为两级，最多可以分三级；泵站各级供水线尽量接近用水线；注意每级能否选到合适的水泵。,一级泵站与二级泵站的流量差额由清水池调节；二级泵站与用户的流量差额由水塔（高地水池）调节。调节容积调节流量累计最大值调节流量累计最小值,3）调节容积计算,0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24,二泵站供水曲线,一级泵站与二级泵站的流量差额由清水池调节,无水塔,0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24,二泵站供水曲线,一级泵站与二级泵站的流量差额由清水池调节,有水塔,0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24,二泵站供水曲线,用水曲线,二级泵站与用户的流量差额由水塔（高地水池）调节,有水塔,清水池容积：,W1调节容积，可按最高日用水量的 1020%估算；W2消防贮水量，按扑灭火灾平均时 间为2小时计算；W3水厂自用水，一般采用最高日用 水量的510%；W4安全贮备水量。,4）水塔和清水池的容积计算,水塔（高地水池）容积：,W1调节容积，可按最高日用水量的 36%估算；W2消防贮水量，一般按十分钟消防 用水量计算。,当二级泵站与一级泵站的供水量接近时，清水池的调节容积会缩小，但水塔（高地水池）的调节容积将会增大。,节点：有集中流量进出、管道合并或分叉以及边界条件发生变化的地点 管段：两个相邻节点之间的管道 管线：顺序相连的若干管段 环：起点与终点重合的管线 基环：不包含其它环的环 大环：包含两个或两个以上基环的环,6.2设计流量分配与管径设计,管段设计=管道设计流量分配+确定管径,6.2.1 节点设计流量分配计算,（1）用水流量的分配 要将最高日最高时用水流量分配到管网图的每条管段和各个节点上去，才能进行给水管网的细部设计。,用水流量分配原则用户集中用水户分散用水户集中流量：按集中用水户最高日最高时用水流量计算；沿线流量：按管段配水长度或供水面积计算；流量平衡,比流量：为简化计算而将除去大用户集中流量以外的用水量均匀地分配在全部有效干管长度上，由此计算出的单位长度干管承担的供水量。,城镇中用水量标准不同的区域应分别计算比流量。,沿线流量：干管有效长度与比流量的乘积。,按管道长度计算的比流量不能反映供水人数和用水量的差别，可采用按面积计算比流量的方法。,管网中除最末端的管段外，其他任一管段的流量都由两部分组成，一部分是本管段沿程配水产生的流量，即沿线流量，另一部分是通过该管段输送到下游管段的流量，称为转输流量。,节点流量：沿线流量只有概念上的意义，在水力计算时应将沿线流量按适当比例分配到两各节点，成为节点流量。沿线流量转换成节点流量的原则是管段的水头损失相同。,集中流量处理：,节点设计流量沿线流量集中流量供水设计流量,树状管网的管段流量具有唯一性。,8,6,14,27,33,77,5,6.2.2 管段设计流量计算,环状管网满足连续性条件的流量分配方案可以有无数多种。,6.2.3 管段直径设计 管道直径、管段计算流量和水流速度之间满足以下关系：,在确定的计算流量下，管道直径是流速的函数：,从技术上考虑，水流的最大速度应不超过2.53.0米/秒（防止水锤），最小速度不得小于0.6米/秒（防止沉积）。 从经济上考虑，较大的水流速度可减小管道直径，降低工程造价；但由于水流速度大而会导致水头损失增加，从而加大运行的动力费用。合理的流速应该使得在一定年限（投资偿还期）内管网造价与运行费用之和最小。,设Wt为总费用，C为管网造价，M1为年度运行电费，M2为年折旧费用，t为投资偿还年限。则有：,投资偿还期内的年度总费用为：,M1,W,M1,W,V,W,0,D,W,0,6.3 泵站扬程和水塔高度的设计,设计工况水力分析泵站扬程的设计水塔高度的设计,树状管网,环状管网,6.3.1 设计工况水力分析,何为设计工况？暂时删除泵站所在管段假设控制点,6.3.2 泵站扬程的设计,6.3.3 水塔高度的设计,6.4 管网核算, 消防工况校核 水塔最大转输校核 事故工况校核,6.4.1 消防工况校核,消防时的管网校核，是以最高时用水量确定的管径为基础，然后按最高用水时另行增加消防时的流量，对其进行流量分配，求出消防时的管段流量和水头损失。计算时，只是除控制点外再增加一个或一个以上集中的消防流量，如按照消防要求同时有两处失火时，则可从经济和安全等方面考虑将消防流量一处放在控制点，另一处放在离二级泵站较远或靠近大用户和工业企业的节点处。,虽然消防时比最高用水时所需服务水头要小得多，消防规范明确规定城市低压消防联合给水系统发生消防时不利点服务水头要求10m，但因消防时通过管网的流量增大，各管段的水头损失相应增加，按最高用水时确定的水泵扬程有可能不够消防时的需要，这时须放大个别管段的直径，以减小水头损失。个别情况下因最高用水时和消防时的水泵扬程相差很大，须设专用消防泵供消防时使用。,6.4.2 水塔转输工况校核,设对置水塔的管网，在最高用水时，由泵站和水塔同时向管网供水，但在一天内二泵站送水量大于用水量的一段时间里，多余的水经过管网送入水塔内贮存，因此这种管网还应按最大转输时流量来校核，以按最高时确定的水泵扬程能否将水送水塔。校核时节点流量须按最大转输时的用水量求出。因节点流量随用水量的变化成比例地增减，所以最大转输时的各节点流量可按下式计算：,二泵站供水曲线,用水曲线,0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24,最大用水小时,最大转输小时,最大转输时节点流量=,然后按最大转输时的流量进行分配和计算，方法和最高用水时相同。最大转输发生在夜间用水量较小的时候，保证足够的水量存储在水塔内，供给白天高峰用水量，节约能耗。,6.4.3 事故工况校核,最不利管段发生故障时的事故用水量和水压要求管网主要管段损坏时必须及时检修，在检修时间内供水量允许减少。一般按最不利管段损坏而需断水检修的条件，校核事故时的流量和水压是否满足要求。至于事故时应有的流量，在城市为最高日最大时设计用水量的70，工业企业的事故流量按有关规定。,小结,消防时节点流量等于最大用水小时节点流量加消防流量；水泵扬程满足最不利消火栓处水压10mH2O；,最大转输时节点流量等于最大转输小时用水量与最大小时用水量之比乘以最大小时节点流量；水泵扬程满足水塔最高水位；,事故时节点流量等于70最大小时节点流量；水泵扬程满足最小服务水头。,6.5 输水管（渠）计算,6.5.1 水位差H已知的压力输水管 要求输水量为Q，平行敷设直径和长度相同的输水管线n条，则每条管线的流量为Q/n，当一条管线损坏时，平行的输水管线为n -条，系统的输水能力变成Q Q/n，要保证70%的设计流量，需要平行布置四条输水管。,平行敷设两条彼此独立的输水管：,正常运行,事故运行,平行敷设两条输水管，等距离设置N条联络管段：,正常运行,事故运行,不同联络管段数的事故流量,6.5.2 水泵供水的输水管,Sd为输水管的当量摩阻,输水管特性曲线：,水泵特性曲线：,正常运行流量：,输水管用n 1条连接管等分成n段，其中任一管段发生故障时：,事故运行流量：,流量比为：,解出分段数：,