给水管网计算

一、用水量计算

1 最高日用水量 1．1 最高日生活用水量 基本数据：

由原始资料知该城市位于二分区, 在设计年限内人口数6.0万, 查《室外给

水设计规范》（GB 50013-2006）可知该城市为中小城市。

最高日综合活用水定额生：150～240 L/（cap •d ）。根据资料显示人口数，选取 q=240 L/（cap •d ）。

城市的未预见水量和管网漏失水量按最高日用水量的20%计算。 根据公式 Q1=∑qNf/1000

Q 1―—城市最高日生活用水，m ³／d ；

q ――城市最高综合生活用水量定额，取240 L/（cap •d ）； Ｎ――城市设计年限内计划用水人口数（cap ）； f ――城市自来水普及率，采用f=100%

则该城市最高日生活用水量为：

Q1=（240×6.0×104×100%）/1000=14400 m³/d=166.67 L/s 1．2 工业企业职工的生活用水和沐浴用水量

工业企业职工的生活用水量和淋浴用水量，可按《工业企业设计卫生标准》确定。选取如下数据：

职工生活用水量：冷车间按每人每班25升计，热车间按每人每班35升计； 职工淋浴用水量：均按每人每班50升计。 则 企业甲职工的生活用水和沐浴用水量为：

Q21=(25×3×1200+35×3×900)/1000+(50×600×3)/1000=274.50 m³/d 企业乙职工的生活用水和沐浴用水量为：

Q22=(25×2×1000+35×2×800)/1000+(50×800×2)/1000=239.00 m³/d 所以工业企业职工的生活用水和沐浴用水量为：

Q2=274.50+239.00=513.5 m³/d =5.94 L/s 1．3 浇洒道路大面积绿化所需的水量

洒道路用水量为每平方米路面每次1-1.5L ，大面积绿化用水量可采用1.5-2.0L/(d·m ²) 。

设计时，选取如下数据：浇洒道路用水量为每平方米路面每次1.5L ，大面积绿化用水量采用2.0L/(d·m ²) ；道路每天浇洒3次，绿地每天浇洒2次。

通过测量计算可知，道路面积74.92万平方米，街区面积305.16万平方米。而绿地面积按街区面积的20%考虑。所以绿化面积（20%×305.16）即61.03万平方米。

则 浇洒道路和大面积绿化所需的水量为：

Q3 =（1.5×3×74.92×104+2.0×2×61.03×104）/1000=5812.6 m³/d 1．4 工业生产用水量

企业甲的生产用水为3000 t/d (即3000 m ³/d) ，企业乙生产用水为3200 t/d (即3200 m ³/d) 。 则 工业生产用水量为：

Q4=3000+3200=6200 m³/d = 71.76 L/s 1．5 未预见水量和管网漏水量

城市未预见水量及管网漏失水量按最高日用水量的15%-25%计。

本次设计按最高日用水量的25%计算，而最高日的用水量包括居民的综合生活用水量、工业企业生活用水和沐浴用水量、浇洒道路和绿化用水量以及工业生产用水量。

则 相应的未预见用水总量为：

Q5=0.25×（Q 1+ Q2+ Q3+ Q4）

=0.25×（14400+513.5+5812.6+6200） =26926.1 m³/d 1．6 最高日用水量

设计年限内该城市最高日的用水量为：

Qd =Q1+ Q2+ Q3+ Q4+ Q5 =1.25×(Q1+ Q2+ Q3+ Q4)

=1.25×（14400+513.5+5812.6+6200）

=33657.63 m³/d 2 最高日最高时用水量

从最高日生活用水量可得到最高时设计用水量，由此次设计的原始资料可知：时变化系数 K h =1.35。 则 该城市最高日最高时用水量为： Q h =3 消防用水量

城镇、居住区室外的消防用水量：

（查附表3，根据设计人口数，即设计规划年限内人数为6.0万人，由表可知）

同一时间内的火灾次数: 2 次 一 次 灭 火 用 水 量: 35 L/s 则 消防用水量为：

Q消防=35×2=70 L/s

1000⨯K h Q d K h Q d 1. 3⨯533657. 63

===525. 90 L/s

24⨯360086. 486. 4

二、给水系统方案选择

1 净水厂位置选择

厂址选择应该在整个给水系统设计方案中全面规划，综合考虑，通过技术经济比较确定。在选择厂址时，一般应考虑一下几个问题：

（1）厂址应选择在工程地质条件较好的地方。一般应选在地下水位低、承载力较大、湿陷性等级不高、岩石较少的地层，以降低工程造价和便于施工。

（2）水厂应尽量放置在地形较高的位置，以降低供水管网压力和输水费用。 （3）水厂应尽可能选择在不受洪水威胁的地方。否则应考虑防洪措施。 （4）水厂应尽量设置在交通便利、靠近电源的地方，以利于施工管理和降低输电线路的造价。并考虑沉淀池排泥及滤池冲洗水排除方便。

（5）水厂应尽量放置在靠近大用水户处，及降低管网造价。 （6）水厂应考虑设计在距离取水点和用水区较近的地方。

通过对以上几个影响因素的综合考虑，显然将水厂设置在该城市西部河流上游位置最为合适。水厂地面标高105.8m ，水厂处不受洪水威胁。土壤为轻质压粘土，承载力较好，便于施工。水厂所处位置不占农田。水厂距离供水区较近，

交通便利，靠近电源，市政管网完善。这样可以最大程度的满足以上几个方面。 2 给水系统方案

该城市为小城市，因工业用水量在总供水量中所占比例较好，所以可以按水质和水压统一给水，即采用统一给水系统。

三、管网定线

1.1 管网布置形式

给水管网的布置的布置应满足一下要求：

（1）按照城市规划平面图布置管网，布置时应考虑给水系统与分期建设的可能，并留有充分的发展余地；

（2）管网布置必须保证供水安全可靠，当局部管网发生事故时，断水范围应减到最小；

（3）管网遍布在整个给水区，保证用户有足够的水量和水压； （4）力求以最短距离敷设管线，以降低管网造价和供水费用。

综合以上各项因素，采用环状网布置，在环状网中，管线连接成环形，当其中任一管段损坏时，可以关闭附近阀门使和其余管线断开，然后进行检修，水还可以从另外的管线供应用户，断水的区可以缩小，从而供水可靠性增加，同时可以大大减小因水锤作用产生的危害。 1.2 城市管网定线原则

定线时，干管延伸方向应和从二级泵站输水到网内水塔(高位水池) 、大用户的水流方向一致，循水流方向，以最短的距离布置一条或数条于管，干管位置应从用水量较大的街区通过。干管的间距，可根据街区情况，采用500-800m 。从经济上来说，给水管网的布置采用一条干管接出许多支管，形成树状网，费用最省，但从供水可靠性考虑，以布置几条接近平行的干并形成环状网为宜。

在干管和干管之间宜设置垂向连接管使管网形成环状网。连接管的间距可根据街区的大小考虑在800-1000m 左右。

干管一般平行于城市规划道路中线定线，但应尽量避免在高级路面或重要道路下通过。管线在道路下的平面位置和高程，应符合城市或厂区地下管线综合设计的要求。给水管线和建筑物、铁路以及其他管道的水平净距，均应符合国家标准《室外给水设计规范》(GB 50013-2005) 和《城市工程管线综合规划规范》(GB

50289-98) 的有关规定。

考虑了上述要求后，城市管网通常是树状网和若干环组成的环、枝状网相结合的形式，管线大致均匀地分布于整个给水区。

管网中还需安排其他一些管线和附属设备，例如在供水范围内的支路下需敷设分配管，以便把干管的水送到用户和小区内。考虑到消防和室外消火栓规格的要求，分配支管直径至少为100 mm，大城市采用150-200mm ，目的是在通过消防流量时，分配支管中的水头损失不致过大，导致火灾地点水压过低。

1.3 管网布置原则

（1）输配水管渠应选择经济合理的线路，应尽量做到线路最短，起伏小，土石方工程量小，减少跨越障碍的次数。

（2）输配水管渠走向和位置应符合城市工业企业的规划要求，并尽可能沿现有道路或规划道路敷设，以利施工和维护。城市配水干管宜尽量避开城市交通干道。 （3）输配水管渠应尽量避免穿越河谷、山脊、沼泽，重要铁路，并注意避开地震裂带，沉陷，滑坡，塌方以及易发生泥石流以发生的地区。

（4）生活饮用水输配水管道应尽量避免穿越河谷，山脊，沼泽，穿过毒物污染及腐蚀性等地区，必须穿过时采取防护措施。

（5）输水管线应充分利用水位高差，综合沿线条件优先考虑重力输水。如因地形或管线系统布置所限必须加压输水时，应根据设备和棺材选用情况，结合运行费用分析，通过技术经济比较，确定增后技术，方式和增压地点。

（6）在输配水管渠线路选择时，应尽量利用现有管道，减少工程投资，充分发挥现有设施作用。 1.4 输水管道布置要求

（1）重力输水管渠应根据具体情况设置检查井和排气设施。检查井间距：当直径为DN700以下时，不宜大于200m ，当管径为DN700到DN1400时，不宜大于400m 。 （2）在输水管和配水管隆起点和平直管段的必要位置上，应装设排气阀，以便于及时排除管内空气。

（3）在输配水管道中，于倒虹管和桥段处均设置排气阀。排气阀一般设置于倒虹管上游和平管桥下降段上游的相近直管段上。

（4）输配水管渠的低凹处应设置泄水管和泄水阀。泄水阀应直接接至河沟和低洼处。当不能直流时，可设置集水井。

（5）在输配水管道布置中，应尽量采用小角度转折，并适当加大制作弯头的曲率半径，改善管道内水流状态，减少水头损失。 1.5 阀门、消火栓的布置原则 1.51 阀门

a. 配水管网中的阀门布置，应能满足事故管段的切断需要。其位置可结合连接管以及需要供水支管的节点设置，干管上的阀门间距一般为500～1000m 。 b. 一般情况下干管上的阀门可设在连接管的下游，已使阀门关闭时，尽可能少影响支管的供水

c. 支管与干管相接处，一般在支管上设置阀门，以便支管检修不影响干管供水，干管上的阀门应根据配水管网分段，分区检修的需要设置。 1.52 消火栓

a. 消火栓的间距不应大于120m b. 消火栓的接管直径不小于DN100

c. 消火栓尽可能设在交叉口和醒目处，消火栓按规定应根据建筑物不小于5m ，距车行道也不大于2m ，以便消防车上水，并不应妨碍交通，一般常设在人行道边。

根据以上所有要求，在该城市街区平面地形图上正确合理地进行管网定线。

四、绘制城市最高日用水量变化曲线

五、清水池容积计算

该城市给水系统设计面积较大，所以一般只设置清水池，而不设置水塔。

V 清=V调+V消+V自+V安

1.1 清水池调节容积 V调的计算

在下表中进行清水池调节容积的计算：

清水池调节容积计算

故清水池的调节容积为：

V调=12.47%×Q d =12.47%×33657.6=4197.10 m³ 1.2 消防容积V 消的计算

该开发区规划人口为6.0万人，查《给水排水设计手册》，确定同一时间内的火灾次数为两次，一次灭火用水量为35 L/s,消防贮水量按2小时火灾续时间内室外消防用水量计算。

则 火灾延续时间内所需总水量为： V消=2×35×3.6×2=504 m³ 1.3 水厂自用水量容积V 自的计算

水厂自用水量调节容积按最高日用水量的5%～10%计算，此处设计取10%。 则 水厂自用水量为：

V自 =10%×Q d =0.1×33657.6=3365.76 m³ 1.4 清水池的安全储备容积V 安的计算

清水池的安全储备容积按最高日用水量的2.0%考虑。 则 安全储备容积为：

V安=2.0%×Q d =0.02×33657.6=673.15 m³ 综上所述，清水池的有效容积为：

V清=V调+V消+V自+V安

=4197.10+504+3365.76+673.15 =8740.01 m³

考虑到部分安全调节容积，取清水池的有效容积为9000 m³。

六、管段设计流量计算 方案一

管网布置的简图为：

1.1比流量计算

各管段长度见下表：

比流量的计算公式为： q s =

Q -q

l

其中 ∑q —大用户集中用水量总和

∑l —配水干管总长度，不包括穿越广场，公园等无建筑物 地区的管线，对于单侧供水，管道长度按1/2计算。

大用户集中用水量综合 ∑q =5.94+71.76=77.70 L/s 有

上

表

计

算

可

得

，

干

管

总

长

度

为

：

∑l

=520+990+452.5+810+775+447.5+405+680+752.5+722.5+755+722.5+460+42

5+430+0.5*

（205+255+152.5+110+227.5+740+100+155+585+415+740+735+330+200+315）=11980 m

则 管线比流量为：

qs =（525.90-77.70）/11980 = 0.037412353 L/(m·s) 1.2 节点流量计算

根据任一节点i 的节点流量q i 等于与该节点相连各管段的沿线流量q i 总和的一半。

1

即：q i =⨯q s ⨯∑L

2

各节点流量见下表：

1.3 进行流量分配，初拟管径

根据用水情况，拟定各管段的流向，按照最短路线供水原则，并考虑可靠

性的要求进行流量分配。顺时针流量取正号，逆时针流量取负号。根据经济流速，拟定合适的管段管径。具体见下表数据：

七、管网平差

利用鸿业管网平差软件第一次平差后，经过消防时校核和事故时校核，水压均不能满足要求。通过查看其计算书，对部分损失大的管段放大管径，放大后各管段的管径如下表所示。

调整管径后再一次平差，消防校核时水压可以满足要求，而事故校核时水源计算压力138.29m 大于137.55m ，不满足要求。但其仅相差不足1.0m ，而水泵高效工作时的扬程时在一定范围内波动的，所以在事故时也是可以满足供水要求的。（管网平差计算书见最后副本）

八、水泵扬程计算

1 确定最不利点

控制点可能为节点8、17、21，通过以下比较来确定控制点。 节点1到 节点8

所以该给水系统的控制点为节点21。 2 确定二级泵站水泵扬程

最大日最高时II 泵站水泵扬程

1) 假设清水池的最低水位标高为104.0m, 则 控制点21到清水池最低水位的几何高程差

Z c =99.2-104.0=-4.8m 2）六层房屋的供水最小服务水头

H c =28m

3）由上表列出了各个管段的沿程水头损失，局部水头损失估为沿程水头损失的30%。

h n =1.3×（2.560+0.486+0.891+1.965+0.723）=8.613m

4）设输水管水头损失hn =4m，吸水管和泵站内的水头损失hs =2m，二级泵站内富裕水头为2m 。 则二级泵站的水泵扬程

H p =Zc +Hc +hn +hs +hc +2 =-4.8+28+8.613+4+2+2=39.8m

最高时供水量为525.9L/s即1893.24m ³/h，选用三台水泵供水，两用一备，则每台水泵的流量为 947m³/h。

经过比较，选用350S75B(14SH-9B)型号的水泵，其流量为1080m ³/h，扬程为47m ，转速为1450r/min。能够满足供水要求。

参考文献：

[1].严煦世，范瑾初主编. 给水工程. 第4版 北京：中国建筑工业出版社，

1999

[2].上海市政工程设计院主编. 给水排水设计手册第3册（城市给水）. 北京：中国建筑工业出版社，1986

[3].给排水教研室编. 给水工程（二）课程设计任务、指导书

[4].张奎，张志刚等编著，给水排水管道系统. 北京：机械工业出版社，2006 [5].张智，张勤等编著. 给水排水工程专业毕业设计指南. 北京：中国水利水电出版，1999