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-1-1.引言水是人类的生命之源，是城市生存和发展的最重要的要素。在某种程度上决定了一个城市的产业结构、生活方式，就是说城市的发展很大程度上依赖于水。水资源的合理开发利用与保护是为城市可持续发展提供有力保证。因此就有了城市给水排水工程规划，对城市的给水工程和排水工程进行合理规划，以达到合理利用、排水无污染的效果。城市给水排水工程规划在水资源、土木工程、地质、气象、水文等多方面都有涉及。随着城市的发展，各个城市间的给排水工程不再是一个孤立的系统，水域把这些子系统连接为一个系统，原有的工程规划方法在一定程度上显示其局限性，这就急需改进工程规划方法。首先，我们要知道什么是城市给水排水工程规划？城市给水排水工程规划是对城市给水排水工程系统的统一安排，保证给水排水工程建设与城市发展相协调，促进城市的可持续发展。它是城市规划中的一项专业规划，也是城市整体开发建设的一个重要组成部分。城市给排水工程规划的综合作用是不能被代替的。城市给水排水工程规划相对于城市规划，也划分为不同的阶段，即城市给水排水总体规划、城市给水排水分区规划、城市给水排水详细规划等三个层次。在各层次中各有侧重，其关系是相互联系、承上启下、逐渐深化，上一层次规划指导下一层次规划，下一层次规划要在落实上一层次规划的基础上，进行深入，并可根据具体情况对上一层次规划作适当调整。2.给水管网设计与计算2.1给水管网布置及水厂选址2.1.1水源地瓦埠湖瓦埠湖水域辽阔，水质优良，盛产银鱼、瓦虾，其中银鱼最为有名，在清代被列为贡品，现出口欧美、东南亚等许多国家，成为享誉世界的名菜佳肴。瓦埠湖水质优良，湖边居民经常直接饮用，湖水淡淡的微甜。瓦埠湖位于淮河右岸。寿县境内，东淝河的中游，河湖一体，为河道扩展的湖泊。受南北不均匀升降运动，黄河南泛河口段被淤，洼地积水逐渐形成。瓦埠街（现为瓦埠镇）滨其右，-2-故名。湖面跨寿县、长丰两县及淮南市，主要在寿县境内。湖区南起白洋淀，北至钱家滩，长52公里，东西平均宽约5公里。正常水位18.0米，水面积156平方公里，湖底高程15.5米，相应容积为2.2亿立方米。主要来水南有东淝河，流域呈扇形，属丘陵区。西自龙穴山，东北至吴山庙江淮分水岭以北的来水，分两支汇入瓦埠湖，一支源出肥西的大潜山，一支出六安的龙穴山，两支于董铺汇合后进入平原，至白洋淀进入湖区；东有瓦埠河，亦称沿河，即古阎涧水；西有陡涧河。湖水经东淝河下段于寿县北五里庙，过东淝河闸（1951年建），北流至赵台子注入淮河。总控制面积4200平方公里。1951年治淮工程中，瓦埠湖被列为淮河中游四处蓄洪区之一，计划蓄洪水位22.0米，总蓄水量12.9亿立方米，水面积386平方公里。1954年大水，未进洪前湖内最高水位已达23.29米，蓄洪存在不少困难，1954年以后从未进过洪。东淝河闸进洪退水两用，另有船闸（1992年建）沟通淮河。水源选择前，必须进行水源的勘察必须先对水源进行详细勘察和可靠性综合评价。如当地的水文、水文地质、工程地质、地形、卫生、施工等方面条件。应确定可利用的水资源量，避免与工农业用水及环境用水发生矛盾；兴建水库作为水源时，应对水库韵汇水面积进行勘察，确定水库的蓄水量。水源的选用应通过技术经济比较后综合考虑确定，水源选择必须在对各种水源进行全面分析研究，掌握其基本特征的基础上，综合考虑各方面因素，结合城市远近期规划和工业总体布局，从整个给水系统的安全（取水、输水、水处理设施），并经过技术经济比较后确定。水质良好，水量充沛、便于防护；作为生活饮用水的水源应符合《生活饮用水卫生标准》中关于水源的若干规定；国民经济各部门的其他用水，应满足其工艺要求。确定水源时，要统一规划，合理分配，综合利用。符合卫生条件的地下水，应优先作为饮用水源。用地表水作为城市供水水源时，其设计枯水流量的保证率，应根据城市规模和工业大用水户的重要性选定，一般可采用90％～97％。地下水与地表水联合使用；确定水源、取水地点和取水量等，应取得水资源管理机构以及卫生防疫等有关部门的书面同意。对于水源卫生防护应积极取得环保等有关部门的支持配合。2.1.2水厂选址本小组设计区域左侧有一南北向湖泊—瓦埠湖，水质良好。根据以上水源地选择的依据，瓦埠湖是最佳生活饮用水水源地，并且以上条件基本满足。该区域的地势相对比较平坦没有太大的起伏变化，区域的街区分布比较均匀，区域中各工业企业对水质无特殊要求，因而采用统一的给水系统。区域给水管网的布置取决于区域的平面布置、水源、调节构筑物的位置、大用户的分布等。考虑要点有以下：-3-1.给水系统布局合理；2.不受洪水威胁；3.有较好的废水排除条件；4.有良好的工程地质条件；5.有良好的卫生环境，并便于设立防护地带；6.少拆迁，不占或少占良田；7.施工、运行和维护方便。输水管线走向应符合城市和工业企业规划要求，沿现有道路铺设，有利于施工和维护。城市的输水管和配水管采用钢管（管径1000mm时）和铸铁管。对水厂厂址的选择，应根据下列要求，并且通过技术经济比较来确定：1.给水系统布局合理；2.不受洪水威胁；3.有较好的废水排除条件；4.有良好的工程地质条件；5.有良好的卫生环境，并便于设立防护地带；6.少拆迁，不占或少占良田；7.施工、运行和维护方便。2.2给水管网设计计算2.2.1最高日用水量计算城市最高日用水量包括综合生活用水量、工业用水量、市政用水量、未预见用水和管网漏失水量。总人口的计算，根据原始资料可知，该区域共有四个分区，每个分区的人口为5000人，则总人口量为：5000×4=20000cap居民生活用水量为居民人口数乘以每人每天的最高额定用水量：Q1=∑q1N1i/1000Q1=20000×250/1000=5000m³/d式中：q1——该区域最高日综合生活用水量定额：250L/（cap﹒d）N1i——设计人口数-4-2.2.2工业用水量工业用水量包括工业企业生产用水量和工作人员生活用水量，本次课程设计我组所计算的区域共有2个工厂，为了计算方便，将生产用水流量和工作人员生活用水流量合计为40L/sQ2=nq2/1000Q2=40×2×24×3600/1000=6912m³/d。式中：q2——该区域最高日各工业企业的用水量定额：40L/sn——工业企业个数2.2.3市政用水量市政用水量，主要指道路和绿地浇洒用水量。在本次课程设计中，绿地浇洒用水量由城市绿化覆盖面积乘以每单位面积绿地所用额定浇洒水量计算得到。根据资料显示，淮南山南新区的绿化覆盖面积为30%Q3=∑q3afab+q3bS×30%/1000Q3=（12240×20×1×2+4104000×30%×2）/1000=2952m³/d式中：q3a——该区域浇洒道路用水量每平方米路面每次1.0～2.0L，此处为1.0Lf——该区域浇洒道路次数，此处为2次a——该区域浇洒道路的路长12240mb——该区域浇洒道路的路宽20mq3b——该区域绿化用水量1.5～4.0L/(m2﹒d)S——该区域总面积，绿化面积占总面积的30%2.2.4未预见水量和管网漏失水量根据经验可知，未预见的管网漏失水量一般为城市生活用水量、工业用水量和市政用水量总和的0.15至0.25倍。所以：Q4=（0.15～0.25）（Q1+Q2+Q3）Q4=0.2×（5000+6912+2952）=2972.8m³/d2.2.5最高日和最高时设计用水量在一日内，每小时用水量的变化可以用时变化系数表示，最高时用水量与平均时用水量的比值，称为时变化系数。根据指导老师的建议，本次课程设计的时变化系数的取值为1.4，即：Kh=1.4。在上述中，在设计年限以内城镇最高日设计用水量Qd为：-5-Qd=∑Qi=17842.8m³/dQh=KhQd/86.4=1.4×17842.8/86.4=289.12L/s2.3管网水力计算2.3.1集中流量用水户分为两类，一类称为集中用水户，另一类称为分散用水户。所谓集中用水户是从管网中一个点取得用水，且用水流量较大的用户，其用水量称为集中流量，如工业企业、事业单位、大型公共建筑等用水均可作为集中流量。本次课程设计中，集中流量主要是工业企业用水量，由两个节点单独流出，所以：qn=40×2×1.4=112L/s2.3.2比流量计算：比流量是用于计算沿线流量的，根据比流量的计算结果，再乘以管段配水长度即可得沿线流量。需要指出的是，在实际工程中，配水长度并不一定是实际管长，只有当管段两侧全部配水时管段的配水长度才等于其实际长度。比流量：qs=(Qh-∑qn)/∑L=（289.12-112.00）/12240=0.01447L/(s﹒m)式中：Qh——为最高时最大用水量L/s;∑qn——为大用户集中流量L/s∑L——管网总的有效长度m2.3.3沿线流量计算:分散用水户是从管段沿线取得用水，且流量较小的用户，其用水量称为沿线流量，如居民生活用水、道路浇洒或绿化用水等。沿线流量一般按管段配水长度计算，或按配水管段的供水面积分配计算，在本次课程设计中，我组才用呢管段配水长度计算沿线流量计算数据见下表：表2-1沿线流量计算表管段编号管长（m）配水系数有效长度（m）比流量L/(s.m)沿线流量（双侧配水）L/s11020110200.0144714.76296019600.0144713.8931020110200.0144714.76496019600.0144713.89-6-51260112600.0144718.23696019600.0144713.8971260112600.0144718.23884018400.0144712.1591260112600.0144718.231084018400.0144712.15111020110200.0144714.761284018400.0144712.152.3.4节点流量:管段中任一点的节点流量等于该点相连各管段的沿线流量总和的一半α＝0.5，再加上该节点的集中流量。计算结果见表2-2：表2-2节点流量计算表节点编号节点连接管段节点流量(L/s)集中流量(L/s)节点总流量(L/s)1[1]、[2]14.3214.322[1]、[4]、[5]23.4423.443[5]、[6]16.0516.054[2]、[3]、[12]20.395676.395[3]、[4]、[7]、[10]29.495685.496[6]、[7]、[8]22.1122.117[11]、[12]13.4413.448[9]、[10]、[11]21.5721.579[8]、[9]16.3116.312.4设计工况水力分析2.4.1环状管网流量分配计算根据节点流量进行管段的流量分配分配步骤：1.按照管网的主要方向，初步拟定个管段的水流方向，并选定整个管网的控制点。2.为可靠供水，从二级泵站到控制点之间选定几条主要的平行干管线，这些平行干管中尽可能均匀的分配流量，并且满足节点流量平衡的条件。3.与干管线垂直的连接管，其作用主要是沟通平行干管之间的流量，有时起一些输水作用，有时只是就近供水到用户，平时流量不大，只有在干管损坏时才转输较大的流量，因此连接管中可以较少的分配流量。分配应遵循的原则：-7-1.从一个或多个水源出发进行管段设计流量分配，使供水流量沿较短的距离输送到整个管网的所有节点上，体现供水的目的性。2.在遇到要向两个及以上方向分配设计流量时，要向主要供水方向分配较多流量，向次要方向分配较少流量，特别注意不要出现逆流，体现供水的经济型。3.应确定两条或以上平行的主要供水方向，使得主要供水方向上管段损坏时，流量可通过这些管段绕道通过，体现供水可靠性。2.4.2流量分配及管网平差用哈代—克罗斯法进行多定压节点给水管网水力分析，必须先设置虚节点和虚管段，将多定压节点问题转化成单定压节点问题。本设计中取逆时针为正方向，如图：图2-1多定压节点管网水力分析图用哈代—克洛斯法进行平差计算（注意流量总是以L/s列出的，但计算水头损失时用m3/s），经过两次平差计算，各环水头闭合差均小于0.5m，见下表：表2-3哈代—克罗斯法平差计算表环