給水排水管道系統(tǒng)設(shè)計(jì)及計(jì)算

第3章給水排水管道系統(tǒng)的設(shè)計(jì)一、給水管道系統(tǒng)的設(shè)計(jì)內(nèi)容1、管道系統(tǒng)的布置和定線；2、設(shè)計(jì)流量計(jì)算；3、確定管道直徑；4、計(jì)算管道中的水頭損失；5、求出二級(jí)泵站的揚(yáng)程及水塔高度；6、水量調(diào)節(jié)構(gòu)筑物的容積計(jì)算；√二、給水管道系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流量1、給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(jì)水量；2、給水系統(tǒng)各組成部分的設(shè)計(jì)流量

明確幾個(gè)概念：(1)最高日用水量 在設(shè)計(jì)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(shí)用水量一天內(nèi)用水最多的一小時(shí)的水量稱為最高時(shí)用水量。(3)平均時(shí)用水量

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

(1)采用最高日平均時(shí)用水量的構(gòu)筑物：取水構(gòu)筑物、一級(jí)泵站、原水輸水管、給水廠取水構(gòu)筑物一級(jí)泵站給水處理廠清水池二級(jí)泵站配水管網(wǎng)(2)二級(jí)泵站管網(wǎng)內(nèi)不設(shè)水塔或調(diào)節(jié)水庫(kù)時(shí)：設(shè)計(jì)流量按最高日最高時(shí)用水量計(jì)算，否則會(huì)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(kù)時(shí)：二級(jí)泵站根據(jù)用水量變化情況分級(jí)供水（分級(jí)情況根據(jù)用水量變化曲線確定）。此時(shí)二泵站的供水量與用水量之差由水塔或水庫(kù)調(diào)節(jié)。取水構(gòu)筑物一級(jí)泵站給水處理廠清水池二級(jí)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(kù)時(shí)：設(shè)計(jì)流量按最高日最高時(shí)用水量計(jì)算；管網(wǎng)內(nèi)設(shè)水塔或調(diào)節(jié)水庫(kù)時(shí)：設(shè)計(jì)流量按最高日最高時(shí)用水量減去水塔輸出的流量計(jì)算；清水輸水管取水構(gòu)筑物一級(jí)泵站給水處理廠清水池二級(jí)泵站配水管網(wǎng)(4)配水管網(wǎng)配水管網(wǎng)設(shè)計(jì)總流量按最高日最高時(shí)用水量計(jì)算。三、配水管網(wǎng)的水力計(jì)算1、配水管網(wǎng)水力計(jì)算的任務(wù)

(1)計(jì)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(yáng)程、水塔高度；2、管網(wǎng)中管段設(shè)計(jì)流量的計(jì)算要確定各管段的設(shè)計(jì)流量，需首先確定各管段的沿線流量和節(jié)點(diǎn)流量。2345678910qj1qvIIIIIIIV圖示為4個(gè)環(huán)的環(huán)狀管網(wǎng)；兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的管線稱為管段；節(jié)點(diǎn)編號(hào)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(jì)流量的計(jì)算由于管段的沿線流量大小不等，計(jì)算比較復(fù)雜，因此在實(shí)際的設(shè)計(jì)中對(duì)管網(wǎng)流量進(jìn)行簡(jiǎn)化。假設(shè)一：將非均勻配出的沿線流量簡(jiǎn)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。——稱作比流量法。89長(zhǎng)度比流量比流量法長(zhǎng)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(zhǎng)度上的配水流量稱為長(zhǎng)度比流量，qs每個(gè)管段的沿線流量怎樣計(jì)算？(3)節(jié)點(diǎn)流量(qi)節(jié)點(diǎn)流量是從沿線流量折算得出的并且假設(shè)是在節(jié)點(diǎn)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(diǎn)流量。2345678910qjq2q3q4q5q6q7q8q9q101管網(wǎng)中任一點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)流量(qi)

集中流量也并入節(jié)點(diǎn)流量中。無(wú)集中流量時(shí)：任意一個(gè)節(jié)點(diǎn)流量等于與該節(jié)點(diǎn)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(diǎn)的集中流量和沿線流量折算成的節(jié)點(diǎn)流量2345678910qjq2q3q4q5q6q7q8q9q101q8的節(jié)點(diǎn)流量？q9的節(jié)點(diǎn)流量？

流量校核：全部節(jié)點(diǎn)流量之和等于管網(wǎng)設(shè)計(jì)的總流量。計(jì)算例題

某城鎮(zhèn)最高時(shí)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(diǎn)1和2流出，分別為94.6L/s）。干管各管段編號(hào)及長(zhǎng)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(jì)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(diǎn)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(shí)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(diǎn)2、3、4集中出流40L/s）。各管段長(zhǎng)度（單位為m）和節(jié)點(diǎn)編號(hào)見(jiàn)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(diǎn)流量。

練習(xí)解：1．配水干管計(jì)算總長(zhǎng)度2．配水干管比流量

3．沿線流量管段編號(hào)管段計(jì)算總長(zhǎng)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(jì)4400140.004．節(jié)點(diǎn)流量計(jì)算節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)連的管段節(jié)點(diǎn)流量(L/s)集中流量(L/s)節(jié)點(diǎn)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(jì)140.00120.00260.00(4)流量分配目的：確定各管段中的流量，進(jìn)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(diǎn)必須滿足節(jié)點(diǎn)流量的平衡條件：流入任一節(jié)點(diǎn)的流量等于流出該節(jié)點(diǎn)的流量，若以流入為“－”，流離為“＋”，則∑Q=0。樹(shù)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(diǎn)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(diǎn)3）?；驹瓌t：滿足供水可靠性前提下，兼顧經(jīng)濟(jì)性。(5)管徑計(jì)算管網(wǎng)流量分配后，可按公式計(jì)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(jì)算管道系統(tǒng)定線初步流量分配確定管徑確定各節(jié)點(diǎn)的水壓確定水泵的揚(yáng)程確定水塔等調(diào)節(jié)構(gòu)筑物的容積、高度等計(jì)算水頭損失思考題1、給水系統(tǒng)中設(shè)計(jì)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(shí)，輸水管、二泵站、配水管網(wǎng)的設(shè)計(jì)流量？3、對(duì)給水管網(wǎng)的流量進(jìn)行簡(jiǎn)化的2個(gè)假設(shè)？4、怎樣計(jì)算管網(wǎng)中各節(jié)點(diǎn)的流量？三、污水管道系統(tǒng)的設(shè)計(jì)內(nèi)容1、管道系統(tǒng)的布置和定線；2、設(shè)計(jì)流量計(jì)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(jì)；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(jì)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(guò)處理后再進(jìn)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(jì)流量

(1)污水管道系統(tǒng)通常按設(shè)計(jì)年限內(nèi)的最高日最高時(shí)污水量計(jì)算。

(2)設(shè)計(jì)管段的劃分

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

(3)設(shè)計(jì)管段的流量確定 每一設(shè)計(jì)管段的污水設(shè)計(jì)流量包括三種流量：本段流量——從本段沿線街坊流來(lái)的污水量。通常假定本段流量是在起點(diǎn)檢查井集中進(jìn)入設(shè)計(jì)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(jì)流量轉(zhuǎn)輸流量——從上游管段和旁側(cè)管段流來(lái)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(lái)的污水量。管段設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)算的重要設(shè)計(jì)參數(shù)

(1)設(shè)計(jì)充滿度在設(shè)計(jì)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(jì)充滿度，也叫水深比，計(jì)作h/D=1時(shí)稱為滿流；h/D<1時(shí)稱為非滿流；3、污水管道系統(tǒng)的水力計(jì)算

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

(1)設(shè)計(jì)充滿度

污水管道規(guī)定非滿流的原因：污水流量時(shí)刻在變化，很難精確計(jì)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(huì)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(shí)，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(hù)管理；3、污水管道系統(tǒng)的水力計(jì)算

(2)設(shè)計(jì)流度

與設(shè)計(jì)流量、設(shè)計(jì)充滿度向?qū)?yīng)的水流平均速度稱為設(shè)計(jì)流速。流速過(guò)小，污水流動(dòng)緩慢，污水中的懸浮物容易沉積在管道中。流速過(guò)大，可能會(huì)對(duì)管壁產(chǎn)生沖刷，損壞管道，縮短了管道的使用壽命。設(shè)計(jì)流速應(yīng)該在最大和最小設(shè)計(jì)流速之間。最小設(shè)計(jì)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(jì)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(jì)流速為10m/s，非金屬管的最大設(shè)計(jì)流速為5m/s。3、污水管道系統(tǒng)的水力計(jì)算3、污水管道系統(tǒng)的水力計(jì)算

(3)最小管徑管徑過(guò)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(jì)坡度，從而減小管道埋身，降低造價(jià)?！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(jì)算

(4)最小設(shè)計(jì)坡度在進(jìn)行污水管道系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，通常使管道敷設(shè)坡度與地面坡度一致，以節(jié)省施工費(fèi)用。但如果地勢(shì)平坦，此時(shí)可能會(huì)導(dǎo)致管道坡度過(guò)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(jì)坡度?！妒彝馀潘?guī)范》規(guī)定：管徑為200mm時(shí)，最小設(shè)計(jì)坡度為0.004；管徑為300mm時(shí)，最小設(shè)計(jì)坡度為0.003。3、污水管道系統(tǒng)的水力計(jì)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(dāng)減小。管道的最大埋深：在干燥土壤中一般不超過(guò)7－8米；在地下水位較高、流砂嚴(yán)重、挖掘困難的地層中通常不超過(guò)5米。當(dāng)管道埋深超過(guò)最大埋深時(shí)，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(hào)管道長(zhǎng)度(m)設(shè)計(jì)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(biāo)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(jì)算表思考題1、城市污水量的組成？2、什么是設(shè)計(jì)管段？每一設(shè)計(jì)管段的污水量包括幾個(gè)部分？3、污水管道為什么按非滿流設(shè)計(jì)？4、污水管道內(nèi)的設(shè)計(jì)流速是怎樣規(guī)定的？五、雨水管渠系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(shí)影響交通。1、雨水管渠的設(shè)計(jì)流量

雨水管渠的設(shè)計(jì)流量與設(shè)計(jì)暴雨強(qiáng)度、匯水面積和地面覆蓋情況有關(guān)。幾個(gè)概念(1)設(shè)計(jì)暴雨強(qiáng)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(shí)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(jì)流量(3)降雨歷時(shí) 連續(xù)降雨的時(shí)段，可以指一場(chǎng)雨全部降雨的時(shí)間，也可以指其中個(gè)別的連續(xù)時(shí)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(jì)流量暴雨強(qiáng)度公式

——

設(shè)計(jì)暴雨強(qiáng)度

(L/s?ha)

——

設(shè)計(jì)重現(xiàn)期(a)——

降雨歷時(shí)(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(jì)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(jí)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(jì)流量雨水管渠的設(shè)計(jì)流量公式2、雨水管渠水力計(jì)算的設(shè)計(jì)參數(shù)(1)設(shè)計(jì)充滿度 雨水管渠按滿流設(shè)計(jì)，充滿度h/D=1(2)設(shè)計(jì)流速

①《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》中規(guī)定，雨水管渠的最小設(shè)計(jì)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(jì)流速為：金屬管10m/s；非金屬管4m/s。 ③雨水管渠的設(shè)計(jì)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(jì)算的設(shè)計(jì)參數(shù)(3)最小管徑

《室外排水設(shè)計(jì)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(diǎn)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(jì)算的設(shè)計(jì)參數(shù)(4)最小坡度 在設(shè)計(jì)中，力求使管道的設(shè)計(jì)坡度和地面坡度平行或一致，以降低造價(jià)。但需滿足最小坡度的規(guī)定。 ①當(dāng)雨水管道的最小管徑為300mm時(shí)，最小設(shè)計(jì)坡度為0.003。 ②當(dāng)雨水口連接管道的最小管徑為200