某城市供水工程的輸配水工程設計案例目錄TOC\o"1-3"\h\u7107某城市供水工程的輸配水工程設計案例 1191301.1管網的布置形式及原則 1124131.1.1管網定線基本原則： 188751.1.2給水管網敷設要求 1121391.2給水管網的設計 2138901.2.1具體設計方案 2219331.2.2水力計算步驟及依據 3271451.2.3管網校核 5270861.3管道、管網附件及附屬構筑物 7137991.3.1管道材料與配件 7106421.3.2管網附件 7225601.3.3管網附屬構筑物 71.1管網的布置形式及原則綜合考慮城市地形、用戶分布、供水安全以及管網的造價等方面原因，本設計給水管網同時供給生活和消防，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生的危害。以下根據相關規(guī)范及手冊確定了本設計中管網定線遵循的原則及敷設的要求。1.1.1管網定線基本原則：a．干管通過了兩側負荷較大的用水區(qū)并且干管以最短的距離向用戶供水，到大用戶的距離也是最短的。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通過，減少單側配水管段長度。根據城市規(guī)劃，部分靠近河岸地區(qū)單側供水。d．為保證輸水管損壞時的事故流量，本設輸水管計敷設兩條平行管線，并用兩條連接管將平行管線分段；e．可以考慮分期建設管網，為了近期管網利用率更高及節(jié)省投資，。f.當給水管與排水管交叉時應埋設于排水管的上方。1.1.2給水管網敷設要求城市給水管網的管道埋深和工程線間距參照GB50013-2018《室外給水設計規(guī)范》，不考慮冰凍線，一般管段埋設深度定為1.0m，穿越主干道路部分的管段適當增加到1.5m的埋設深度。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；與燃氣管道（高壓）的水平凈距定為1.5m，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。當與工程管線交叉敷設時，管線自地面向下的排列順序為：電力管線、熱力管線、燃氣管線、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給水管網的設計1.2.1具體設計方案在計算書中布置了兩套管網方案，從管網造價來看，方案二管網總長較小，雙側供水的有效長度大，官網造價相對較低，且方案一環(huán)的布置更為合理，單側供水區(qū)域較方案一少。根據兩種方案的平差結果來看方案一和方案二采用相同的二泵站設計，泵的數量及型號均相同，運行動力費用相當。從供水安全性上考慮，方案一中較多管網的流速較低，容易出現死水區(qū)與滯留區(qū)，導致一些地區(qū)的供水安全性無法保證，供水安全性較差。綜上，方案二管網造價相對較低，且供水安全性更高，且兼顧了城市未來發(fā)展，故選擇方案二作為最終的管網布置方案。方案二管網布置形式如圖6-1圖6-1管網布置圖（方案二）：1.2.2水力計算步驟及依據1.計算長度比流量長度比流量按下列公式計算：????=????∑??∑????/(?????)式中：????—長度比流量，L/(s·m)；Q—管網總用水量（最高日最高時用水量），L/s；∑??—大用戶集中用水量總和，公園、醫(yī)院和工廠用水，L/s；∑??—干管總計算長度，m。參見附表2——最高日逐時用水量變化計算表，該鎮(zhèn)最高日最大時用水量發(fā)生在6:00~7:00和7：00~8:00，水量為Qh=1774.1??3/?=492.80??/??，該時段集中用水量為∑q=337.6??3/?=93.78??/??。由管網計算圖統計計算可知：方案一，∑??=13820.858??，????=0.030??/(?????)；方案二，∑??=13081.223??，????=0.032??/(?????)。（注：只有單側配水的管段計算長度按實際長度的一般計算，部分管段只起輸水作用，不向兩側配水，這樣的管段不計入計算長度。）2.計算沿線流量根據比流量qs和各管段的計算長度，可算出各管段的沿線流量：????=????×??式中：????—沿線流量，L/s。3.計算節(jié)點流量各節(jié)點流量qi等于連接在該節(jié)點上所有管段沿線流量之和的一半，如有集中流量，需將集中流量計入。????=0.5×∑????+??集中根據每個節(jié)點流量的多少，按照最短路線水流至用戶的原則進行管段流量的初分配，每個節(jié)點的流量應該符合方程∑Q=0（連續(xù)性方程）。在用連續(xù)性方程進行計算時，流入節(jié)點的流量取負值，流出節(jié)點的流量取正值。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）來選定管徑。表6-1界限流量表當流量很小時，選出的管徑太小，此時應考慮通過消防流量的要求選用管徑。通過消防流量的最小管徑規(guī)定見表6-2：表6-2消防規(guī)定最小管徑本設計中最小管徑取100mm，特別管段如考慮消防因素可適當放大，后續(xù)設計中管徑的選擇注意以下原則：（1）干管管徑城市供水管網每一管段的設計，應該根據城市最高時的用水量來進行計算。除此之外，還要考慮管段流速的因素。如果管段管徑越大，管網的造價成本也會隨之越高，因此，管段管徑的設計要按照流速以及成本等幾個因素綜合考慮。管段的經濟流速參照標準參照相關設計手冊可知。（2）連接管管徑因為在流量分配過程中連接管管段所分配的流量較小，假如根據管段最佳經濟流速進行設計的話，其管徑會比較小。而當管網中部分管段發(fā)生事故時，這些連接管會產生很大的水頭損失，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。（3）其他在管網末端的管道管徑在設計時應該合理的放大1-2號，是為了避免在進行消防時管網末端的水頭損失不會太大而符合消防規(guī)定的要求。5.控制點的選擇所謂控制點是指管網中控制水壓的點。這一點往往是離二級泵站最遠或地形最高的點，只要該點的壓力在最高用水量時可以達到最小服務水頭的要求，整個管網就不會存在低水壓區(qū)。據原始資料，鎮(zhèn)區(qū)建筑物一般為5~7層，另有許多高層建筑點綴其間，本設計考慮滿足6層建筑物供水需求，其余高層建筑自行加壓供水，故取管網最小服務水頭為28.0mH2O。在本設計，方案一中選定的控制點為JS-5節(jié)點，方案二中選定的控制點為第JS-2節(jié)點，需要保證其自由水壓不低于28.0mH2O。1.管網平差管網平差就是將管網中的各管段的流量進行調整，使通過流量過大管段的流量減小，使通過流量過小管段的流量增加（但必須滿足連續(xù)性方程），直至各環(huán)的閉合差達到允許的范圍為止。計算結果得出各管段的水頭損失，是決定二泵站揚程的依據。本設計采用計算機平差，閉合差小于0.01。1.2.3管網校核1.二泵站設計（1）所需揚程計算本設計中不設水塔等調節(jié)構筑物，靜揚程等于清水池最低水位與管網控制點所需水壓標高的高程差。水頭損失包括吸水管、壓水管、輸水管和管網等水頭損失之和。綜上所述，二級泵站的揚程為：????=????+????+???+???+???式中Zc—管網控制點的地面標高和清水池最低水位的高程差，m；Hc—控制點所需的最小服務水頭，本設計取28m；hs—吸水管及泵內中的水頭損失，m，取2m；hc、hn—輸水管和管網中水頭損失，m。本設計中，據計算結果可知，節(jié)點是整個管網的控制點。根據平差反算的結果可知水源自由水頭即為????+????+???+???=29.743；故二泵站的揚程為Hp=29.743+2=31.743。預留2.00的安全富余水頭，即取二泵站的設計揚程為33.743m。（2）二級泵站水泵的選擇根據計算二級泵站水泵需要滿足33.743mH2O左右的揚程，總設計流量為輸水管最高日最高時總共通過流量1774.1m3/h。結合《給水排水設計手冊》第十二冊（常用設備）中的水泵樣本參數，擬選用四臺KQSN300-N9/356型泵，三用一備。根據最高日城市用水量變化曲線（附圖2），二級泵站分兩級供水，滿足用戶需水要求，兩級水量分別為Q1=5.00%×30000=1500m3/h，Q2=2.5%×30000=750m3/h。根據水泵特性曲線可以確定各工況下并聯水泵的實際揚程如下：最高日最大時（Qh=1774.1m3/h=492.80L/s），水泵揚程為33.89m，消防時（Qx=492.80+80=572.8L/s=2062.08m3/h），水泵揚程為29.84m，事故時（Qs=0.7×492.80=344.96L/s=1241.856m3/h），水泵揚程為34.94m，（為避免過高的揚程，事故時僅開啟兩臺泵）。分級供水時：Q1=5.00%×30000=1500m3/h，水泵揚程為31.59m；Q2=2.5%×30000=750m3/h，為使水泵仍在高效段工作，此時開啟兩臺泵并聯工作，水泵揚程為40.94m（2）最高日最大時工況根據水泵在最高日最大時的設計工況，其揚程為33.89m，減去吸水管及泵站內水頭損失，即推算出此時節(jié)點1的自由水頭為31.89m，水壓標高為1621.53m。將參數輸入管立得軟件，計算得各節(jié)點水壓等參數，管道參數。根據計算結果可知，控制點JS-2自由水頭為30.15m，大于28m，即各節(jié)點水壓均滿足28.0m的服務水頭。（3）消防校核根據原始資料，該城市同時發(fā)生火災的起數為2起，一起火災滅火用水量為40L/s。假設火災分別發(fā)生在控制點節(jié)點JS-2及離水廠較遠點節(jié)點且有大型工廠的JS-6。根據水泵在消防的設計工況，其揚程為29.84m，減去吸水管及泵站內水頭損失即推算出此時節(jié)點1的自由水頭為27.84m，水壓標高為1622.48m。將參數輸入管立得軟件，計算得各節(jié)點水壓等參數，管道參數。根據計算結果可知，JS-6節(jié)點處自由水頭最低為10.065m，大于10.0m，滿足消防要求。（4）事故校核本設計假設JS2-JS3管段發(fā)生故障，檢修時保證70%供水量。當泵站流量減小時，若泵的數量不變則泵的揚程會升高。為使泵仍在高效段工作，此時僅開啟兩臺泵，并聯揚程為34.94m，減去吸水管及泵站內水頭損失即推算出此時節(jié)點1的自由水頭為32.94m，水壓標高為1627.58m。將參數輸入管立得軟件，計算得各節(jié)點水壓等參數，管道參數。根據計算結果可知，各節(jié)點自由水頭均大于28.00m，滿足事故校核要求。1.3管道、管網附件及附屬構筑物1.3.1管道材料與配件本設計考慮使用鋼管與球墨鑄鐵管兩種管材，鋼管具有能耐震動、耐高壓、重量較輕等優(yōu)點，但是其承受外部荷載的能力較差，耐腐蝕性差，需要有防腐設施，并且造價較高，通常作為因地質、地形條件限制需要穿越鐵路、河谷和震區(qū)的情況時使用，因此本設計中供水管網部分不選用鋼管。球墨鑄鐵管既具有灰鑄鐵管的很多優(yōu)點，而且機械性能有很大提高，其強度是灰鑄鐵管的多倍，抗腐蝕性能遠高于鋼管，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、滲水和漏水現象，可以減少管網漏損率和管網維修費用，因此本設計選用球墨鑄鐵管。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，本設計中將根據實際情況來考慮接口形式，盡量使施工方便，接口密封良好，有一定適應地形形變及抗震的能力。1.3.2管網附件供水管網中，應設置其他的附件，用來保證供水管網正常工作。管網附件主要有：減壓閥、消火栓、安全閥和設置在管線高處的排氣閥等。（1）閥門閥門用來調控管道的流量或水壓。閥門的布置要數量少而調度靈活，本設計閥門布置詳見管網平面布置圖內的節(jié)點詳圖。（2）泄水閥泄水閥安裝在管線的最低處，與排水管連接，用來排除水管中的沉淀物質及檢修時放空管內的存水。泄水閥和排水管的直徑，由所需放空的時間決定。（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時或檢修通水時，管內空氣可以通過此閥排出1.3.3管網附屬構筑物（1）閥門井管網中的附件一般安裝在閥門