某城市供水工程的輸配水工程設(shè)計(jì)案例目錄TOC\o"1-3"\h\u7107某城市供水工程的輸配水工程設(shè)計(jì)案例 1191301.1管網(wǎng)的布置形式及原則 1124131.1.1管網(wǎng)定線基本原則： 188751.1.2給水管網(wǎng)敷設(shè)要求 1121391.2給水管網(wǎng)的設(shè)計(jì) 2138901.2.1具體設(shè)計(jì)方案 2219331.2.2水力計(jì)算步驟及依據(jù) 3271451.2.3管網(wǎng)校核 5270861.3管道、管網(wǎng)附件及附屬構(gòu)筑物 7137991.3.1管道材料與配件 7106421.3.2管網(wǎng)附件 7225601.3.3管網(wǎng)附屬構(gòu)筑物 71.1管網(wǎng)的布置形式及原則綜合考慮城市地形、用戶(hù)分布、供水安全以及管網(wǎng)的造價(jià)等方面原因，本設(shè)計(jì)給水管網(wǎng)同時(shí)供給生活和消防，布置為環(huán)狀，這樣做的目的是一能提高供水可靠性，二能大大減輕因水錘作用產(chǎn)生的危害。以下根據(jù)相關(guān)規(guī)范及手冊(cè)確定了本設(shè)計(jì)中管網(wǎng)定線遵循的原則及敷設(shè)的要求。1.1.1管網(wǎng)定線基本原則：a．干管通過(guò)了兩側(cè)負(fù)荷較大的用水區(qū)并且干管以最短的距離向用戶(hù)供水，到大用戶(hù)的距離也是最短的。b．干管按城市規(guī)劃的道路定線，沿街道埋設(shè)于道路、公路下方，以便于施工管理。c．盡量讓干管從用水量大的街道下雙側(cè)通過(guò)，減少單側(cè)配水管段長(zhǎng)度。根據(jù)城市規(guī)劃，部分靠近河岸地區(qū)單側(cè)供水。d．為保證輸水管損壞時(shí)的事故流量，本設(shè)輸水管計(jì)敷設(shè)兩條平行管線，并用兩條連接管將平行管線分段；e．可以考慮分期建設(shè)管網(wǎng)，為了近期管網(wǎng)利用率更高及節(jié)省投資，。f.當(dāng)給水管與排水管交叉時(shí)應(yīng)埋設(shè)于排水管的上方。1.1.2給水管網(wǎng)敷設(shè)要求城市給水管網(wǎng)的管道埋深和工程線間距參照GB50013-2018《室外給水設(shè)計(jì)規(guī)范》，不考慮冰凍線，一般管段埋設(shè)深度定為1.0m，穿越主干道路部分的管段適當(dāng)增加到1.5m的埋設(shè)深度。管道間距取最小安全距離，給水管道與污水和雨水管道的水平凈距定為1.5m（DN>200），垂直凈距為0.4m；與燃?xì)夤艿溃ǜ邏海┑乃絻艟喽?.5m，垂直凈距為0.15m；與熱力管道的水平凈距為1.5m，垂直凈距為0.15m；與電力及通信電纜的水平凈距1.0m，垂直凈距為0.5m。當(dāng)與工程管線交叉敷設(shè)時(shí)，管線自地面向下的排列順序?yàn)椋弘娏芫€、熱力管線、燃?xì)夤芫€、給水管線、雨水排水管線、污水排水管線。管道接口采用承插式橡膠圈柔性接口，具有較好的抗震和抗變形功能，保證城市供水安全。1.2給水管網(wǎng)的設(shè)計(jì)1.2.1具體設(shè)計(jì)方案在計(jì)算書(shū)中布置了兩套管網(wǎng)方案，從管網(wǎng)造價(jià)來(lái)看，方案二管網(wǎng)總長(zhǎng)較小，雙側(cè)供水的有效長(zhǎng)度大，官網(wǎng)造價(jià)相對(duì)較低，且方案一環(huán)的布置更為合理，單側(cè)供水區(qū)域較方案一少。根據(jù)兩種方案的平差結(jié)果來(lái)看方案一和方案二采用相同的二泵站設(shè)計(jì)，泵的數(shù)量及型號(hào)均相同，運(yùn)行動(dòng)力費(fèi)用相當(dāng)。從供水安全性上考慮，方案一中較多管網(wǎng)的流速較低，容易出現(xiàn)死水區(qū)與滯留區(qū)，導(dǎo)致一些地區(qū)的供水安全性無(wú)法保證，供水安全性較差。綜上，方案二管網(wǎng)造價(jià)相對(duì)較低，且供水安全性更高，且兼顧了城市未來(lái)發(fā)展，故選擇方案二作為最終的管網(wǎng)布置方案。方案二管網(wǎng)布置形式如圖6-1圖6-1管網(wǎng)布置圖（方案二）：1.2.2水力計(jì)算步驟及依據(jù)1.計(jì)算長(zhǎng)度比流量長(zhǎng)度比流量按下列公式計(jì)算：????=????∑??∑????/(?????)式中：????—長(zhǎng)度比流量，L/(s·m)；Q—管網(wǎng)總用水量（最高日最高時(shí)用水量），L/s；∑??—大用戶(hù)集中用水量總和，公園、醫(yī)院和工廠用水，L/s；∑??—干管總計(jì)算長(zhǎng)度，m。參見(jiàn)附表2——最高日逐時(shí)用水量變化計(jì)算表，該鎮(zhèn)最高日最大時(shí)用水量發(fā)生在6:00~7:00和7：00~8:00，水量為Qh=1774.1??3/?=492.80??/??，該時(shí)段集中用水量為∑q=337.6??3/?=93.78??/??。由管網(wǎng)計(jì)算圖統(tǒng)計(jì)計(jì)算可知：方案一，∑??=13820.858??，????=0.030??/(?????)；方案二，∑??=13081.223??，????=0.032??/(?????)。（注：只有單側(cè)配水的管段計(jì)算長(zhǎng)度按實(shí)際長(zhǎng)度的一般計(jì)算，部分管段只起輸水作用，不向兩側(cè)配水，這樣的管段不計(jì)入計(jì)算長(zhǎng)度。）2.計(jì)算沿線流量根據(jù)比流量qs和各管段的計(jì)算長(zhǎng)度，可算出各管段的沿線流量：????=????×??式中：????—沿線流量，L/s。3.計(jì)算節(jié)點(diǎn)流量各節(jié)點(diǎn)流量qi等于連接在該節(jié)點(diǎn)上所有管段沿線流量之和的一半，如有集中流量，需將集中流量計(jì)入。????=0.5×∑????+??集中根據(jù)每個(gè)節(jié)點(diǎn)流量的多少，按照最短路線水流至用戶(hù)的原則進(jìn)行管段流量的初分配，每個(gè)節(jié)點(diǎn)的流量應(yīng)該符合方程∑Q=0（連續(xù)性方程）。在用連續(xù)性方程進(jìn)行計(jì)算時(shí)，流入節(jié)點(diǎn)的流量取負(fù)值，流出節(jié)點(diǎn)的流量取正值。4.按流量分配管徑在各管段確定初步分配流量之后，按下列界限流量表（表6-1）來(lái)選定管徑。表6-1界限流量表當(dāng)流量很小時(shí)，選出的管徑太小，此時(shí)應(yīng)考慮通過(guò)消防流量的要求選用管徑。通過(guò)消防流量的最小管徑規(guī)定見(jiàn)表6-2：表6-2消防規(guī)定最小管徑本設(shè)計(jì)中最小管徑取100mm，特別管段如考慮消防因素可適當(dāng)放大，后續(xù)設(shè)計(jì)中管徑的選擇注意以下原則：（1）干管管徑城市供水管網(wǎng)每一管段的設(shè)計(jì)，應(yīng)該根據(jù)城市最高時(shí)的用水量來(lái)進(jìn)行計(jì)算。除此之外，還要考慮管段流速的因素。如果管段管徑越大，管網(wǎng)的造價(jià)成本也會(huì)隨之越高，因此，管段管徑的設(shè)計(jì)要按照流速以及成本等幾個(gè)因素綜合考慮。管段的經(jīng)濟(jì)流速參照標(biāo)準(zhǔn)參照相關(guān)設(shè)計(jì)手冊(cè)可知。（2）連接管管徑因?yàn)樵诹髁糠峙溥^(guò)程中連接管管段所分配的流量較小，假如根據(jù)管段最佳經(jīng)濟(jì)流速進(jìn)行設(shè)計(jì)的話，其管徑會(huì)比較小。而當(dāng)管網(wǎng)中部分管段發(fā)生事故時(shí)，這些連接管會(huì)產(chǎn)生很大的水頭損失，因此連接管的確定一般情況下是比相鄰干管的管道直徑小1-2號(hào)。（3）其他在管網(wǎng)末端的管道管徑在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該合理的放大1-2號(hào)，是為了避免在進(jìn)行消防時(shí)管網(wǎng)末端的水頭損失不會(huì)太大而符合消防規(guī)定的要求。5.控制點(diǎn)的選擇所謂控制點(diǎn)是指管網(wǎng)中控制水壓的點(diǎn)。這一點(diǎn)往往是離二級(jí)泵站最遠(yuǎn)或地形最高的點(diǎn)，只要該點(diǎn)的壓力在最高用水量時(shí)可以達(dá)到最小服務(wù)水頭的要求，整個(gè)管網(wǎng)就不會(huì)存在低水壓區(qū)。據(jù)原始資料，鎮(zhèn)區(qū)建筑物一般為5~7層，另有許多高層建筑點(diǎn)綴其間，本設(shè)計(jì)考慮滿足6層建筑物供水需求，其余高層建筑自行加壓供水，故取管網(wǎng)最小服務(wù)水頭為28.0mH2O。在本設(shè)計(jì)，方案一中選定的控制點(diǎn)為JS-5節(jié)點(diǎn)，方案二中選定的控制點(diǎn)為第JS-2節(jié)點(diǎn)，需要保證其自由水壓不低于28.0mH2O。1.管網(wǎng)平差管網(wǎng)平差就是將管網(wǎng)中的各管段的流量進(jìn)行調(diào)整，使通過(guò)流量過(guò)大管段的流量減小，使通過(guò)流量過(guò)小管段的流量增加（但必須滿足連續(xù)性方程），直至各環(huán)的閉合差達(dá)到允許的范圍為止。計(jì)算結(jié)果得出各管段的水頭損失，是決定二泵站揚(yáng)程的依據(jù)。本設(shè)計(jì)采用計(jì)算機(jī)平差，閉合差小于0.01。1.2.3管網(wǎng)校核1.二泵站設(shè)計(jì)（1）所需揚(yáng)程計(jì)算本設(shè)計(jì)中不設(shè)水塔等調(diào)節(jié)構(gòu)筑物，靜揚(yáng)程等于清水池最低水位與管網(wǎng)控制點(diǎn)所需水壓標(biāo)高的高程差。水頭損失包括吸水管、壓水管、輸水管和管網(wǎng)等水頭損失之和。綜上所述，二級(jí)泵站的揚(yáng)程為：????=????+????+???+???+???式中Zc—管網(wǎng)控制點(diǎn)的地面標(biāo)高和清水池最低水位的高程差，m；Hc—控制點(diǎn)所需的最小服務(wù)水頭，本設(shè)計(jì)取28m；hs—吸水管及泵內(nèi)中的水頭損失，m，取2m；hc、hn—輸水管和管網(wǎng)中水頭損失，m。本設(shè)計(jì)中，據(jù)計(jì)算結(jié)果可知，節(jié)點(diǎn)是整個(gè)管網(wǎng)的控制點(diǎn)。根據(jù)平差反算的結(jié)果可知水源自由水頭即為????+????+???+???=29.743；故二泵站的揚(yáng)程為Hp=29.743+2=31.743。預(yù)留2.00的安全富余水頭，即取二泵站的設(shè)計(jì)揚(yáng)程為33.743m。（2）二級(jí)泵站水泵的選擇根據(jù)計(jì)算二級(jí)泵站水泵需要滿足33.743mH2O左右的揚(yáng)程，總設(shè)計(jì)流量為輸水管最高日最高時(shí)總共通過(guò)流量1774.1m3/h。結(jié)合《給水排水設(shè)計(jì)手冊(cè)》第十二冊(cè)（常用設(shè)備）中的水泵樣本參數(shù)，擬選用四臺(tái)KQSN300-N9/356型泵，三用一備。根據(jù)最高日城市用水量變化曲線（附圖2），二級(jí)泵站分兩級(jí)供水，滿足用戶(hù)需水要求，兩級(jí)水量分別為Q1=5.00%×30000=1500m3/h，Q2=2.5%×30000=750m3/h。根據(jù)水泵特性曲線可以確定各工況下并聯(lián)水泵的實(shí)際揚(yáng)程如下：最高日最大時(shí)（Qh=1774.1m3/h=492.80L/s），水泵揚(yáng)程為33.89m，消防時(shí)（Qx=492.80+80=572.8L/s=2062.08m3/h），水泵揚(yáng)程為29.84m，事故時(shí)（Qs=0.7×492.80=344.96L/s=1241.856m3/h），水泵揚(yáng)程為34.94m，（為避免過(guò)高的揚(yáng)程，事故時(shí)僅開(kāi)啟兩臺(tái)泵）。分級(jí)供水時(shí)：Q1=5.00%×30000=1500m3/h，水泵揚(yáng)程為31.59m；Q2=2.5%×30000=750m3/h，為使水泵仍在高效段工作，此時(shí)開(kāi)啟兩臺(tái)泵并聯(lián)工作，水泵揚(yáng)程為40.94m（2）最高日最大時(shí)工況根據(jù)水泵在最高日最大時(shí)的設(shè)計(jì)工況，其揚(yáng)程為33.89m，減去吸水管及泵站內(nèi)水頭損失，即推算出此時(shí)節(jié)點(diǎn)1的自由水頭為31.89m，水壓標(biāo)高為1621.53m。將參數(shù)輸入管立得軟件，計(jì)算得各節(jié)點(diǎn)水壓等參數(shù)，管道參數(shù)。根據(jù)計(jì)算結(jié)果可知，控制點(diǎn)JS-2自由水頭為30.15m，大于28m，即各節(jié)點(diǎn)水壓均滿足28.0m的服務(wù)水頭。（3）消防校核根據(jù)原始資料，該城市同時(shí)發(fā)生火災(zāi)的起數(shù)為2起，一起火災(zāi)滅火用水量為40L/s。假設(shè)火災(zāi)分別發(fā)生在控制點(diǎn)節(jié)點(diǎn)JS-2及離水廠較遠(yuǎn)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)且有大型工廠的JS-6。根據(jù)水泵在消防的設(shè)計(jì)工況，其揚(yáng)程為29.84m，減去吸水管及泵站內(nèi)水頭損失即推算出此時(shí)節(jié)點(diǎn)1的自由水頭為27.84m，水壓標(biāo)高為1622.48m。將參數(shù)輸入管立得軟件，計(jì)算得各節(jié)點(diǎn)水壓等參數(shù)，管道參數(shù)。根據(jù)計(jì)算結(jié)果可知，JS-6節(jié)點(diǎn)處自由水頭最低為10.065m，大于10.0m，滿足消防要求。（4）事故校核本設(shè)計(jì)假設(shè)JS2-JS3管段發(fā)生故障，檢修時(shí)保證70%供水量。當(dāng)泵站流量減小時(shí)，若泵的數(shù)量不變則泵的揚(yáng)程會(huì)升高。為使泵仍在高效段工作，此時(shí)僅開(kāi)啟兩臺(tái)泵，并聯(lián)揚(yáng)程為34.94m，減去吸水管及泵站內(nèi)水頭損失即推算出此時(shí)節(jié)點(diǎn)1的自由水頭為32.94m，水壓標(biāo)高為1627.58m。將參數(shù)輸入管立得軟件，計(jì)算得各節(jié)點(diǎn)水壓等參數(shù)，管道參數(shù)。根據(jù)計(jì)算結(jié)果可知，各節(jié)點(diǎn)自由水頭均大于28.00m，滿足事故校核要求。1.3管道、管網(wǎng)附件及附屬構(gòu)筑物1.3.1管道材料與配件本設(shè)計(jì)考慮使用鋼管與球墨鑄鐵管兩種管材，鋼管具有能耐震動(dòng)、耐高壓、重量較輕等優(yōu)點(diǎn)，但是其承受外部荷載的能力較差，耐腐蝕性差，需要有防腐設(shè)施，并且造價(jià)較高，通常作為因地質(zhì)、地形條件限制需要穿越鐵路、河谷和震區(qū)的情況時(shí)使用，因此本設(shè)計(jì)中供水管網(wǎng)部分不選用鋼管。球墨鑄鐵管既具有灰鑄鐵管的很多優(yōu)點(diǎn)，而且機(jī)械性能有很大提高，其強(qiáng)度是灰鑄鐵管的多倍，抗腐蝕性能遠(yuǎn)高于鋼管，是理想的給水管材。并且球墨鑄鐵管的重量較輕，很少發(fā)生爆管、滲水和漏水現(xiàn)象，可以減少管網(wǎng)漏損率和管網(wǎng)維修費(fèi)用，因此本設(shè)計(jì)選用球墨鑄鐵管。球墨鑄鐵管既可以采用推入式楔形膠圈柔性接口，也可以用法蘭接口，本設(shè)計(jì)中將根據(jù)實(shí)際情況來(lái)考慮接口形式，盡量使施工方便，接口密封良好，有一定適應(yīng)地形形變及抗震的能力。1.3.2管網(wǎng)附件供水管網(wǎng)中，應(yīng)設(shè)置其他的附件，用來(lái)保證供水管網(wǎng)正常工作。管網(wǎng)附件主要有：減壓閥、消火栓、安全閥和設(shè)置在管線高處的排氣閥等。（1）閥門(mén)閥門(mén)用來(lái)調(diào)控管道的流量或水壓。閥門(mén)的布置要數(shù)量少而調(diào)度靈活，本設(shè)計(jì)閥門(mén)布置詳見(jiàn)管網(wǎng)平面布置圖內(nèi)的節(jié)點(diǎn)詳圖。（2）泄水閥泄水閥安裝在管線的最低處，與排水管連接，用來(lái)排除水管中的沉淀物質(zhì)及檢修時(shí)放空管內(nèi)的存水。泄水閥和排水管的直徑，由所需放空的時(shí)間決定。（3）排氣閥排氣閥安裝在管線的隆起部分，其作用是在管線投產(chǎn)時(shí)或檢修通水時(shí)，管內(nèi)空氣可以通過(guò)此閥排出1.3.3管網(wǎng)附屬構(gòu)筑物（1）閥門(mén)井管網(wǎng)中的附件一般安裝在閥門(mén)