一、引言給水排水管網(wǎng)是市政工程的核心基礎(chǔ)設(shè)施，承擔(dān)著城市“供水生命線”與“排水通道”的雙重功能。其設(shè)計(jì)需兼顧可靠性（保障供水連續(xù)與排水暢通）、經(jīng)濟(jì)性（優(yōu)化管材與線路成本）、實(shí)用性（適應(yīng)城市發(fā)展需求）三大目標(biāo)，也是注冊給排水工程師考試、高校課程考核的重點(diǎn)內(nèi)容。本文結(jié)合設(shè)計(jì)規(guī)范與工程實(shí)踐，系統(tǒng)解析管網(wǎng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)，并通過典型試卷練習(xí)題強(qiáng)化應(yīng)用能力。二、給水排水管網(wǎng)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)要點(diǎn)（一）基礎(chǔ)資料收集：設(shè)計(jì)的前提與依據(jù)管網(wǎng)設(shè)計(jì)需以精準(zhǔn)的基礎(chǔ)資料為支撐，主要包括：地形地貌：1:500~1:2000地形圖（標(biāo)注高程、坡度、障礙物），用于確定管網(wǎng)標(biāo)高與線路走向；水文地質(zhì)：地下水水位、土壤承載力、地基穩(wěn)定性（如軟土、巖溶區(qū)需特殊處理）；用水/排水定額：依據(jù)《城市給水工程規(guī)劃規(guī)范》（GB____）、《城市排水工程規(guī)劃規(guī)范》（GB____），結(jié)合當(dāng)?shù)貧夂颉⑸盍?xí)慣確定（如北方城市用水定額約120~180L/人·d，南方城市約150~200L/人·d）；規(guī)劃資料：城市總體規(guī)劃（用地性質(zhì)、人口規(guī)模、產(chǎn)業(yè)布局）、道路規(guī)劃（管網(wǎng)需與道路同步建設(shè)）；現(xiàn)狀資料：既有管網(wǎng)的管徑、走向、壓力（改造項(xiàng)目需銜接現(xiàn)狀系統(tǒng)）。注：基礎(chǔ)資料缺失會(huì)導(dǎo)致設(shè)計(jì)偏差，如未考慮地下水水位，可能因管材腐蝕或基礎(chǔ)沉降引發(fā)管道斷裂；未參考規(guī)劃資料，可能導(dǎo)致管網(wǎng)無法適應(yīng)未來10~20年城市擴(kuò)張需求。（二）管網(wǎng)布置：兼顧功能與未來發(fā)展1.給水管網(wǎng)：環(huán)狀為主，枝狀為輔布置原則：環(huán)狀管網(wǎng)（如城市中心區(qū)）：通過閉合回路提高供水可靠性，避免單點(diǎn)故障導(dǎo)致大片區(qū)域停水；枝狀管網(wǎng)（如郊區(qū)、工業(yè)區(qū)邊緣）：適用于用水量小、用戶分散的區(qū)域，成本較低但可靠性差；線路優(yōu)化：盡量沿道路鋪設(shè)，避免穿越鐵路、河流（必須穿越時(shí)采用鋼管并做防腐處理）；壓力控制：通過調(diào)壓閥、減壓閥平衡管網(wǎng)壓力（如高層小區(qū)入口設(shè)置減壓閥，避免低壓或超壓）。案例：某城市老城區(qū)改造時(shí)，將原有枝狀管網(wǎng)升級為“環(huán)狀+枝狀”混合系統(tǒng)，核心區(qū)采用環(huán)狀保證供水，邊緣區(qū)保留枝狀降低成本，改造后管網(wǎng)漏損率從15%降至8%。2.排水管網(wǎng)：重力流優(yōu)先，分流制為主布置原則：分流制（推薦）：污水與雨水分開收集，污水進(jìn)入污水處理廠，雨水直接排入水體（避免污水污染雨水）；截流式合流制（舊城區(qū)改造）：在合流管渠中設(shè)置截流井，截流旱流污水與初期雨水（約30%~50%雨水）進(jìn)入污水處理廠，后期雨水排入水體；坡度要求：重力流管道需滿足最小流速（污水管≥0.6m/s，雨水管≥0.75m/s），防止淤積；線路要求：沿地形等高線布置，避免逆坡（需設(shè)泵站提升，增加運(yùn)行成本）。誤區(qū)提醒：部分項(xiàng)目為節(jié)省成本采用“假分流制”（雨水管與污水管連通），導(dǎo)致雨水污染污水廠進(jìn)水，違背設(shè)計(jì)初衷。（三）水力計(jì)算：核心是“流量-水頭-管徑”的平衡1.給水管網(wǎng)：從“設(shè)計(jì)流量”到“管網(wǎng)平差”設(shè)計(jì)流量計(jì)算：給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)流量以最高日最高時(shí)流量為控制指標(biāo)，公式為：\[Q_h=\frac{K_h\cdotQ_d}{24}\]其中：\(Q_h\)：最高日最高時(shí)流量（m3/h）；\(K_h\)：時(shí)變化系數(shù)（大城市1.3~1.5，小城市1.5~1.8，根據(jù)《城市給水工程規(guī)劃規(guī)范》）；\(Q_d\)：最高日用水量（m3/d），由人口×用水定額（如居民用水、工業(yè)用水、公共設(shè)施用水之和）確定。節(jié)點(diǎn)流量分配：管網(wǎng)中節(jié)點(diǎn)流量由沿線流量（管段沿線用戶的分散用水量）和集中流量（大用戶如工廠、醫(yī)院的用水量）組成。計(jì)算步驟：1.計(jì)算比流量：\(q_b=\frac{Q_h-\sumQ_{集中}}{L_{總}}\)（\(L_{總}\)為管網(wǎng)總供水長度）；2.計(jì)算沿線流量：\(q_l=q_b\cdotL_i\)（\(L_i\)為管段長度）；3.計(jì)算節(jié)點(diǎn)流量：\(q_j=0.5\sumq_l\)（節(jié)點(diǎn)承擔(dān)相鄰管段沿線流量的一半，符合“均勻供水”假設(shè)）。管網(wǎng)平差：采用哈代-克羅斯法（Hardy-CrossMethod）調(diào)整管段流量，使閉合環(huán)的水頭損失代數(shù)和為零（允許誤差≤0.5m）。步驟如下：1.初分管段流量（滿足節(jié)點(diǎn)流量平衡：流入=流出）；2.計(jì)算各管段水頭損失（海曾-威廉公式：\(h=10.67\frac{Q^{1.852}L}{C^{1.852}D^{4.87}}\)，\(C\)為管材粗糙系數(shù)）；3.計(jì)算閉合環(huán)水頭損失差：\(\Deltah=\sumh\)；4.調(diào)整管段流量：\(\DeltaQ=-\frac{\Deltah}{n\sum\left|\frac{h}{Q}\right|}\)（\(n=1.852\)，海曾-威廉公式指數(shù)）；5.重復(fù)步驟2~4，直至\(\Deltah\)滿足誤差要求。2.排水管網(wǎng)：“流量-管徑-坡度”的匹配設(shè)計(jì)流量計(jì)算：生活污水：\(Q_s=\frac{K_z\cdotN\cdotq_s}{____}\)（\(K_z\)為總變化系數(shù)，\(N\)為設(shè)計(jì)人口，\(q_s\)為污水定額）；雨水：采用暴雨強(qiáng)度公式（如我國常用的“年最大值法”）：\(q=\frac{A_1(1+C\lgP)}{(t+B)^n}\)（\(A_1\)、\(B\)、\(C\)、\(n\)為當(dāng)?shù)乇┯陞?shù)，\(P\)為設(shè)計(jì)重現(xiàn)期，\(t\)為降雨歷時(shí)），再結(jié)合徑流系數(shù)\(\psi\)（住宅0.5~0.7，工業(yè)0.7~0.9）、匯水面積\(F\)，計(jì)算雨水設(shè)計(jì)流量：\(Q_y=\psi\cdotF\cdotq\)。管道水力計(jì)算：采用曼寧公式（Manning'sEquation）計(jì)算流速與流量，需滿足以下約束條件：流速：污水管≥0.6m/s（防淤積），雨水管≥0.75m/s（防沖刷）；充滿度：污水管（管徑≤500mm）≤0.6，雨水管滿流（暴雨時(shí)允許短時(shí)超滿）；坡度：最小坡度（d200mm污水管≥0.004，d300mm≥0.003）。案例：某小區(qū)雨水管網(wǎng)設(shè)計(jì)中，匯水面積5ha，設(shè)計(jì)重現(xiàn)期2年，暴雨強(qiáng)度\(q=200L/(s·ha)\)，徑流系數(shù)\(\psi=0.6\)，則雨水設(shè)計(jì)流量\(Q_y=0.6×5×200=600L/s\)。通過水力計(jì)算，選擇d1200mm鋼筋混凝土管，坡度0.0015，流速1.2m/s（滿足要求）。（四）管材與附屬設(shè)施：細(xì)節(jié)決定成敗1.管材選擇：匹配介質(zhì)與環(huán)境管材類型適用場景優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)球墨鑄鐵管給水主干管、穿越障礙物強(qiáng)度高、耐腐蝕成本高PE管給水支管、小區(qū)管網(wǎng)重量輕、施工方便耐熱性差鋼筋混凝土管雨水主干管、污水干管成本低、適用于大管徑重量大、易滲漏PVC-U管小區(qū)排水支管耐腐蝕、價(jià)格低抗沖擊性差提醒：污水管避免使用鍍鋅鋼管（易被硫化氫腐蝕），雨水管避免使用塑料管（大管徑易變形）。2.附屬設(shè)施：功能與規(guī)范的統(tǒng)一給水附屬設(shè)施：消火栓：設(shè)置在路邊，間距≤120m，保護(hù)半徑≤150m（需與建筑防火規(guī)范銜接）；排氣閥：設(shè)置在管網(wǎng)高點(diǎn)（如山頂、管道上升段），排除空氣（防止氣阻導(dǎo)致斷流）；泄水閥：設(shè)置在管網(wǎng)低點(diǎn)（如管道末端、閥門井），排空管網(wǎng)用于維修（冬季防止凍裂）。排水附屬設(shè)施：檢查井：設(shè)置在管道轉(zhuǎn)彎、變徑、變坡處，直線段間距≤50m（便于清淤與維修）；雨水口：設(shè)置在路邊低洼處，間距≤30m（收集雨水，防止路面積水）；截流井：設(shè)置在合流制管網(wǎng)與截流干管交匯處，截流倍數(shù)（截流雨水與旱流污水的比值）取2~5（根據(jù)當(dāng)?shù)丨h(huán)保要求）。三、典型試卷練習(xí)題精解（一）給水管網(wǎng)設(shè)計(jì)流量計(jì)算題目：某城市綜合區(qū)，設(shè)計(jì)人口10萬人，居民用水定額160L/人·d，時(shí)變化系數(shù)1.4；工業(yè)企業(yè)日用水量2000m3，時(shí)變化系數(shù)1.3；公共設(shè)施用水量占總用水量的10%（時(shí)變化系數(shù)1.2）。求該綜合區(qū)給水管網(wǎng)的最高日最高時(shí)流量。解題過程：1.計(jì)算居民最高日用水量：\[Q_{d1}=____×160÷1000=____\,\text{m}^3/\textakmhgms\]2.計(jì)算工業(yè)最高日用水量：\[Q_{d2}=2000\,\text{m}^3/\textzxhutkx\,(\text{題目已給日用水量})\]3.計(jì)算公共設(shè)施最高日用水量（占總用水量的10%）：設(shè)總最高日用水量為\(Q_d\)，則：\[Q_{d3}=0.1Q_d\]總最高日用水量：\[Q_d=Q_{d1}+Q_{d2}+Q_{d3}=____+2000+0.1Q_d\]解得：\(Q_d=\frac{____}{0.9}=____\,\text{m}^3/\textcdgbhgf\)，則\(Q_{d3}=2000\,\text{m}^3/\textmoyknta\)。4.計(jì)算各部分最高時(shí)用水量：居民：\(Q_{h1}=\frac{K_{h1}Q_{d1}}{24}=\frac{1.4×____}{24}≈933.3\,\text{m}^3/\text{h}\)工業(yè)：\(Q_{h2}=\frac{K_{h2}Q_{d2}}{24}=\frac{1.3×2000}{24}≈108.3\,\text{m}^3/\text{h}\)公共設(shè)施：\(Q_{h3}=\frac{K_{h3}Q_{d3}}{24}=\frac{1.2×2000}{24}=100\,\text{m}^3/\text{h}\)5.總最高日最高時(shí)流量：\[Q_h=Q_{h1}+Q_{h2}+Q_{h3}=933.3+108.3+100=1141.6\,\text{m}^3/\text{h}\]答案：1142m3/h（保留整數(shù)）。（二）排水管網(wǎng)水力計(jì)算題目：某小區(qū)生活污水管網(wǎng)，設(shè)計(jì)人口3萬人，污水定額140L/人·d，總變化系數(shù)1.7。某管段承擔(dān)20%的小區(qū)人口，管段長度80m，坡度0.0025，采用PVC-U管（粗糙系數(shù)0.01），要求流速≥0.6m/s，充滿度≤0.6。試確定該管段的管徑與流速。解題過程：1.計(jì)算管段設(shè)計(jì)人口：\(N=____×20\%=6000\,\text{人}\)2.計(jì)算最高日污水量：\(Q_d=6000×140÷1000=840\,\text{m}^3/\textwbdyekj\)3.計(jì)算設(shè)計(jì)流量：\(Q=\frac{K_zQ_d}{____}=\frac{1.7×840}{____}≈0.0165\,\text{m}^3/\text{s}=16.5\,\text{L/s}\)4.選擇管徑（試算法）：試選d200mm（PVC-U管外徑200mm，內(nèi)徑約180mm，\(D=0.18\,\text{m}\)）：充滿度\(α=0.6\)（最大值），則過水面積\(A=α×\frac{πD^2}{4}=0.6×\frac{π×0.18^2}{4}≈0.6×0.____=0.____\,\text{m}^2\)水力半徑\(R=\frac{D}{4}=0.045\,\text{m}\)（小充滿度近似）流速\(v=\frac{1}{n}×R^{2/3}×I^{1/2}=\frac{1}{0.01}×0.045^{2/3}×0.0025^{1/2}\)計(jì)算\(0.045^{2/3}\)：\(\ln0.045≈-3.101\)，\(-3.101×\frac{2}{3}≈-2.067\)，\(e^{-2.067}≈0.127\)計(jì)算\(0.0025^{1/2}=0.05\)因此\(v=100×0.127×0.05=0.635\,\text{m/s}\)（≥0.6m/s，滿足要求）流量\(Q=A×v=0.____×0.635≈0.0097\,\text{m}^3/\text{s}=9.7\,\text{L/s}\)（小于設(shè)計(jì)流量16.5L/s，不足）試選d250mm（\(D=0.23\,\text{m}\)，PVC-U管內(nèi)徑約230mm）：\(α=0.6\)，\(A=0.6×\frac{π×0.23^2}{4}≈0.6×0.____=0.____\,\text{m}^2\)\(R=0.23/4=0.0575\,\text{m}\)\(v=100×0.0575^{2/3}×0.05\)\(0.0575^{2/3}\)：\(\ln0.0575≈-2.858\)，\(-2.858×\frac{2}{3}≈-1.905\)，\(e^{-1.905}≈0.148\)\(v=100×0.148×0.05=0.74\,\text{m/s}\)（≥0.6m/s）\(Q=0.____×0.74≈0.____\,\text{m}^3/\text{s}=18.45\,\text{L/s}\)（接近設(shè)計(jì)流量16.5L/s，可調(diào)整充滿度）調(diào)整d250mm的充滿度：設(shè)\(Q=16.5\,\text{L/s}=0.0165\,\text{m}^3/\text{s}\)，則\(A=\frac{Q}{v}=\frac{0.0165}{0.74}≈0.0223\,\text{m}^2\)充滿度\(α=\frac{A}{πD^2/4}=\frac{0.0223}{\frac{π×0.23^2}{4}}≈\frac{0.0223}{0.____}≈0.537\)（≤0.6，滿足