给水排水管网工程规划.ppt

,第2章给水排水管网工程规划,2.1给水排水工程规划原则和工作程序 城市总体规划：城市布局、用地规划、功能分区、资源配置、能源配置；城市总体规划专业功能：资源、交通、给水、排水、环境、能源、通讯等保障总体规划实施；给水工程专项规划和排水工程专项规划内容：用水量预测、水源规划和保护、给水处理厂、给水管网、排水管网、污水处理厂和污水排放与利用、投资匡算等；供水工程规划设计规范；排水工程规划设计规范。,给水排水专项规划内容,1）确定给水排水系统的服务范围与建设规模；2）确定水资源综合利用与保护措施；3）确定系统组成与体系结构；4）确定给水排水主要构筑物的位置；5）确定给水排水处理的工艺流程与水质保证措施；6）给水排水管网规划和干管布置与定线；7）确定废水的处置方案及其环境影响评价；8）给水排水工程规划的技术经济比较，包括经济、环境和社会效益分析；规划期限：近期510年，远期1020年。,（1）国家和地方的相关法律政策和法规,城市规划法；水法；环境保护法；海洋环境保护法；水污染防治法；城市供水条例；城市排水条例；饮用水水源保护区污染防治管理规定；城市地下水开发利用保护管理规定；生活饮用水水源水质标准；生活饮用水卫生标准；防洪标准；工程设计规范、设计标准。,2.1.1 给水排水工程规划原则,（2）城镇及工业企业规划应兼顾给水排水工程,城镇及工业企业规划时应考虑水源条件，在水源缺乏的地区，不宜盲目扩大城市规模，也不宜设置用水量大的工厂。用水量大的工业企业一般应设在水源较为充沛的地方。对于采用统一给水系统的城镇，一般在给水厂站附近或地形较低处的建筑层次可以规划得较高些，在远离水厂或地形高处的建筑层次则宜低些。对于工业企业生产用水量占供水量比例较大的城镇应把同一性质的工业企业适当集中，或者把能复用水的工业企业规划在一起，以便就近统一供应同一水质的水和近距离输送复用，或便于将相近性质的废水集中处理。,（3）给水排水工程规划要服从城镇发展规划,城镇及工业区总体规划中的设计规模、设计年限、功能分区布局、城镇人口的发展、居住区的建筑层数和标准以及相应的水量、水质、水压资料等，是给水排水系统规划的主要依据。当地农业灌溉、航运、水利和防洪等设施和规划等是水源和排水出路选择的重要影响因素；城市和工业企业的道路规划、地下设施规划、竖向规划、人防工程规划、防洪工程规划等单项工程规划对给水排水工程的规划设计都有影响，要从全局出发，合理安排，构成城市建设的有机整体。,（4）合理确定远近期规划与建设范围,基本原则：远期规划，近期设计，分期建设。例如，近期给水先建一个水源，一条输水管以及树枝状配水管网，远期再逐步发展成多水源、多输水管和环状配水管网；地表水取水构筑物及取水泵房等土建如采用分期施工并不经济，故土建可按远期规模一次建成，但其内部设备则应按近期所需进行安装，投入使用后再分期安装或扩大；在环境容量许可的前提下，排水管网近期可以就近排入水体，远期可采用截流式合流排水体制并输送到排水处理厂处理，或近期先建污水与雨水合流排水管网，远期另建污水管网和污水处理厂，实现分流排水体制；排水主干管（渠）一般应按远期设计和建设更经济；给水和排水的调节水池并不会随远期供水或排水量同步增大，因为远期水量变化往往较小，如经计算远期水池调节容积增加不多，则可按远期设计和建设。,（5）合理利用水资源和保护环境,-认真勘察研究当地水资源状况（地表水源和地下水源）；-合理开发利用水资源：综合协调不同行业和用户用水需求；-系统的安全和经济性评价：供水水质，水文地质，取水工程，水处理设施，管网。,（6）规划方案应尽可能经济和高效,保证技术合理和工程可行性，提高给水排水工程投资效益，降低工程项目运行成本。通过多方案比较分析，选择尽可能经济的工程规划方案。体系结构经济性影响因素：分区供水，分质供水，分质排水；供水压力确定；排水管网提升措施等。,（1）明确任务，确定依据：规划项目性质，规划设计目的、任务与内容；有关方针政策文件，城市总体规划；主管部门委托书，签订项目合同。（2）调查收集基础资料：图文资料，现状实况。现场勘察：在充分掌握资料基础上，进一步调查研究和现场踏勘，全面掌握水环境、水资源、地形、地质等数据资料，为厂站选址、管网布局、等规划方案奠定基础。（3）流量计算：合理确定城市用水定额，估算用水量与排水量，确保数据的科学性。（4）制定规划方案：系统体系结构、水源与取水点选择、厂址选择、处理工艺、管网布置等。通过技术经济比较与分析，确定最佳方案。（5）规划实施方案：根据规划期限，提出分期实施规划的步骤和措施，节省资金，提高项目投资效益。（6）编制规划文件：完成规划成果文本，绘制工程规划图纸。,2.1.2 给水排水工程规划工作程序,2.2城市用水量预测计算,（1）分类估算法 对用水进行分类（见第1.2.1节），确定用水量标准，计算各类用水量，累计计算总用水量。（该方法比较详细，主要用于设计计算，详见第6章论述）。,（2）单位面积法【最高日用水量指标（104 m3/km2d）】,（3）人均综合指标法最高日用水量指标（m3/Capd），称“人均综合用水量”。,注：1、特大城市指市区和近郊区非农业人口100万及以上的城市；大城市指市区和近郊区非农业人口50万及以上，不满100万的城市；中等城市指市区和近郊区非农业人口20万及以上，不满50万的城市；小城市指市区和近郊区非农业人口不满20万的城市。2、一区：贵州、四川、湖北、湖南、江西、浙江、福建、广东、广西、海南、上海、云南、江苏、安徽、重庆；二区：黑龙江、吉林、辽宁、北京、天津、河北、山西、河南、山东、宁夏、陕西、内蒙古河套以东和甘肃黄河以东地区；三区：新疆、青海、西藏、内蒙古河套以西和甘肃黄河以西的地区。经济开发区和特区城市，根据用水实际情况，用水定额可酌情增加。,实践证明，单位面积法和人均综合指标法计算的用水量指标偏高，应予以修正。这里仅作为规划设计用水量计算方法介绍。在实际规划设计工作中，应通过科学研究，用节约用水和水资源可持续开发利用思想指导工程规划工作。,（4）年递增率法,（5）线性回归法,式中Q0起始年份平均日用水量，m3/d；Qa起始年份后第n年的平均日用水量，m3/d；用水量年平均增长率，；t年数，a。上式是一种指数曲线型的外推模型，用来预测计算未来年份的规划预测总用水量。,式中 日平均用水量的年平均增量(m3/d)/a，根据历史数据回归计算。,（6）生长曲线法,式中 待定参数；预测用水量，m3/d；L预测用水量的上限值，m3/d。,2.3给水管网系统规划布置,2.3.1给水管网布置原则与形式（1）给水管网布置原则 1）城市总体规划，当地实际情况，多方案技术经济比较；2）主次明确，先布置输水管渠与主干管布置，后布置一般管线与设施；3）尽量缩短管线长度，节约工程投资与运行管理费用；4）协调与其它管道、电缆和道路等工程的关系；5）保证供水安全可靠性；6）减少拆迁，少占农田；7）施工、运行和维护方便；8）近远期结合，留有发展余地，考虑分期实施的可能性。,（2）给水管网布置基本形式树状网和环状网 树状网（Branched networks）：优点：管道长度小，节约投资；缺点：供水可靠性、水质安全性较差。环状网（Looped networks）：优点：供水安全可靠性高；缺点：造价明显地比树状网高。,图2.1树状网,图2.2环状网,2.3.2输水管渠定线,定义：从水源到水厂或水厂到相距较远给水管网的管道或渠道叫做输水管渠。有从几十公里甚至几百公里外取水的远距离输水管渠，定线就比较复杂。特点：距离长，河流、高地、交通路线等交叉较多；缺乏现场数据资料；造价昂贵。定线基本原则：与城市建设规划相结合，尽量缩短线路长度，按最短的距离输水；减少拆迁，少占农田，便于管渠施工和运行维护，保证供水安全；应选择最佳的地形和地质条件，尽量沿现有道路定线，以便施工和检修；减少与铁路、公路和河流的交叉；避免穿越滑坡、岩层、沼泽、地下水位高和河水淹没与冲刷地区；降低造价和便于管理。,图2.3重力管和压力管相结合输水1、3一泵站；2、4一高位水池,2.3.2输水管渠定线（续）,安全保障：为保证安全，可以用一条输水管渠而在用水区附近建造水池进行流量调节，或者采用两条及以上的输水管渠。供水不许间断时，输水管渠一般不宜少于两条。输水方式：（1）泵站加压输水：水源低于给水区（如取用江河水），需要采用泵站加压输水，有时需在输水途中再设置加压泵站；（2）重力管渠输水：水源位置高于给水区，例如取用蓄水库水时，有可能采用重力管渠输水。连接管：为避免输水管渠局部损坏时，输水量降低过多，应在平行的2条或3条输水管渠之间设置连接管，并装置必要的阀门，以缩小事故检修时的断水范围。进排气阀和泄水阀：输水管的最小坡度应大于1:5D，D为管径，以mm计。输水管线坡度小于1:1000时，应每隔0.51km装置排气阀。即使在平坦地区，埋管时也应做成上升和下降的坡度，以便在管坡顶点设排气阀，管坡低处设泄水阀。排气阀一般以每公里设一个为宜，在管线起伏处应适当增设。埋设深度：管线埋深应按当地条件决定，在严寒地区敷设的管线应注意防止冰冻。,图2.4输水管平面和纵断面图表达,2.3.3 给水管网定线,给水管网定线在地形平面图上确定管线的走向和位置。干管管径较大，用以输水到各用水地区，间距，可根据街区情况，采用500800m；连接管在干管和干管之间连接，形成环状网，连接管的间距可根据街区的大小考虑在8001000m左右；分配管从干管取水供给用户和消火栓，由城市消防流量决定，最小管径DN100-200。管网设计树状网和环状网相结合的形式，管线均匀地分布于整个给水区域。,图2.5 供水管网布置示意图,1一水厂；2一干管；3一分配管；4一高地水库,2.4排水管网系统规划布置,（1）排水管网布置原则 1）按照城市总体规划，进行多方案技术经济比较；2）确定排水区域和排水体制，布置排水管网，从干管到支管顺序进行布置；3）利用地形，采用重力流排水，使管线最短、埋深最小；4）协调与其它管道、电缆和道路等的关系，企业内部管网合理衔接；5）施工、运行和维护方便；6）远近期规划相结合，考虑发展，分期实施。,（2）排水管网布置形式 排水管网一般布置成树状网；根据地形不同，可采用两种基本布置形式：平行式 正交式,正交式,平行式,图2.6 排水管网布置基本形式1-支管；2-干管；3-主干管；4-溢流口；5-出口渠渠头；6-泵站；7-污水厂；8-污水灌概管；9-河流,平行式：干管与等高线平行，主干管与等高线垂直，适应于大坡度地形，可减小埋深，减少跌水井，改善水力条件。正交式：干管与等高线垂直，主干管与等高线平行，适应于地形平坦略有倾斜的地形。,排水管网规划布置的不同形式,图2.7排水管网布置方案1-城市边界2-排水流域分界线3-支管4-干管、主干管5-出水口6-泵站7-处理厂、灌溉田8-河流,（3）排水管网的连接方式 排水管网一般依靠重力排水，管道连接方式是保证管网中水流畅通和运行安全的重要因素。排水管网中的管道交汇、直线管道中的管径变化、方向改变以及管道高程变化，均需要设置合理的连接方式。主要采用连接井方式（检查井和跌水井等），亦称为窨井。检查井的主要功能是在管道交汇、直线管道中的管径变化、方向的改变处设置，保证衔接通畅，方便清通和维护。如图2.8（a）所示。跌水井的主要功能是管道高程变化的连接和较大水流落差的消能，防止管道被强力冲刷而损坏，如图2.8（b）和图2.8（c）所示。,图2.8（a）管道交汇检查井构造示例,不同功能的排水管道检查井的最大间距 表2.4,图2.8（b）竖管式跌水井构造示例图 2.8（c）阶梯式跌水井构造示例,2.4.2 污水管网布置,污水管道规划设计：在城市总平面图上进行管道平面布置，也称污水管网定线。主要内容：确定排水区界，划分排水流域；选择污水厂和出水口的位置；拟定污水干管及主干管的路线；设置提升泵站位置；投资匡算。工作程序：一般先确定主干管、再定干管、最后定支管。在总体规划中，只决定污水主干管、干管的走向与平面位置。在详细规划中，还要决定污水支管的走向及位置。,管网布置工作步骤：,（1）划分排水区域与排水流域 1）排水区域是规划设计的范围，在排水区域内根据地形划分排水流域。流域边界一般应与分水线相符合。在地形平坦无显著分水线的地区，应使干管在最大埋深的情况下，使绝大部分污水自流排出。如有河流和铁路等障碍物贯穿，应根据地形情况，通过方案比较，决定是否分为多个排水流域。2）每一个排水流域应有一根或一根以上的干管，根据流域高程情况，确定干管水流方向和需要污水提升的地区。（2）干管布置与定线 1）通过干管布置，将各排水流域的污水收集并输送到污水处理厂或排放口。污水干管应布置成树状网络，根据地形条件，可采用平行式或正交式布置形式。2）定线时应充分利用地形，在排水区域较低的地方敷设主干管及干管，便于支管污水自流接入。地形较复杂时，宜布置成几个独立的排水系统。若地势起伏较大，宜布置成高低区排水系统，尽可能利用重力输水，并减少管道埋深；个别低洼地区应设置泵站进行局部提升。3）污水干管一般沿城市道路布置，通常设在污水量较大或地下管线较少一侧的人行道、绿化带或慢车道下。道路宽度超过40m时，可考虑在道路两侧各设一条污水管，以减少连接支管的数目及与其它管道的交叉，并便于施工、检修和维护管理。,图2.9某城市污水管网布置平面图0-排水区界；、-排水流域编号；1、2、3、4-各排水流域干管；5-污水处理厂,（3）支管布置与定线 污水支管布置取决于地形及街区建筑特征，并应便于用户接管排水。1）当街区面积不大，街区污水管网可采用集中出水方式时，街道支管敷设在服务街区较低侧的街道下，称为低边式布置；,2）当街区面积较大且地形平坦时，宜在街区四周的街道敷设污水支管，称为围坊式布置；3）街区内污水管网按各建筑的需要设计，组成一个系统，再穿过其它街区并与所穿过街区的污水管网相连，称为穿坊式布置。,2.4.3 雨水管渠布置,雨水管渠组成：雨水口、雨水管渠、检查井、出水口等；雨水管渠规划布置内容：确定排水流域与排水方式，雨水管渠的定线，确定雨水泵房、雨水调节池、雨水排放口的位置。,图2.11雨水口布置（a）雨水口平面布置（b）路边雨水口布置1-路边石；2-雨水口；3-道路路面,雨水管渠布置规则：（1）充分利用地形，就近排入水体。根据地面标高和河道水位,划分自排区和强排区。根据分散和直捷的原则,多采用正交式布置,以最短距离排入附近水体。雨水干管宜布置在排水流域的中间,尽可能扩大重力流排除雨水的范围。（2）尽量避免设置雨水泵站。雨水泵站投资很大，运转时间短，利用率低，应尽可能靠重力流排水。在必须设置雨水泵站时，把经过泵站排泄的流量减少到最小限度。（3）结合街区及道路规划布置。道路是地面径流的集中地点，应尽量利用道路两侧边沟排除地面径流。雨水管渠应平行于道路敷设，布置在人行道或草地下，不宜设在干道路面下。（4）采用明渠和暗管相结合的形式。在市中心区，建筑密度大，交通频繁，采用暗管排水，养护方便，不影响交通；在郊区或建筑密度低的地方，可用明渠，降低造价。,雨水管渠布置规则：（续）（5）雨水出口设置。当出口水体离流域很近，水位变化不大，水位低于流域地面标高，建筑费用不大时，宜采用分散出口，就近排放，节约投资。反之，则可采用集中出口。（6）调蓄水体布置。充分利用地形，选择适当的河湖水面和洼地作为调蓄池，以调节洪峰，降低沟道设计流量，减少泵站的设置数量。人工开挖池塘或河道，把调蓄水体与景观规划、消防规划结合，亦可以把贮存的水量用于市政绿化和农田灌溉。（7）设置排洪沟。城市中靠近山麓建设的中心区、居住区、工业区,除了应设雨水管道外，应考虑在规划地区周围设置排洪沟，以拦截从分水岭以内排泄的洪水，避免洪水的损害。,2.4.4 废水综合治理和区域排水系统,（1）废水综合规划治理 1）城市区域功能合理规划：合理的工业布局-保证自然资源的充分利用最佳的经济效果，又能使自然资源和自然环境免受破坏，减少废水及污染物的排放量有利于区域污染的综合防治。合理规划居住区、商业区、工业区等-使产生废水和污染物的单位尽量布置在水源的下游，重视水源保护和污水处理工程规划等。2）合理利用自然环境的自净能力：水体、土壤等自然环境都对污染物具有稀释、转化、扩散、净化等能力，污水治理应当充分发挥和合理利用自然环境的自净能力，节省能源，经济高效。3）严格控制废水的排放量：控制和消除产生废水的源头-尽量节约用水、废水重复使用及采用闭路循环系统，发展不用水或少用水或采用无污染或少污染生产工艺等，以减少废水及污染物的排放量。,（2）区域排水系统 1）将两个以上城镇地区的污水统一排除和处理的系统，称作区域（或流域）排水系统。以一个大型区域污水厂代替多个分散的小型污水厂，降低污水厂的基本建设和运行管理费用。2）生活污水和工业废水的混合处理效果和可靠性，大型污水厂比分散小型污水厂高。3）优点：处理设施大型化集中化，基建和运行管理费用低；污水厂占地面积小，节省土地；水质、水量变化小，有利于运行管理；河流等水资源利用与污水排放的体系合理化，形成统一的水资源管理体系等。缺点：工程设施规模大，组织与管理要求高，对整个河流影响较大。4）在排水系统规划时，通过技术经济比较确定区域排水系统。图2.12为某地区的区域排水系统的平面示意图。,图2.12区域排水系统示意图1-区域主干管；2-压力管道；3-新建城市污水干管；4-泵站；5-废除的城镇污水厂；6-区域污水厂,2.5给水排水工程技术经济分析方法,给水排水工程规划方案的科学性和合理性：技术与经济可行性的最佳规划设计方案。经济上最节省、技术上最可靠。技术经济分析方法：数学分析法、方案比较法。1）数学分析法：工程费用最小化数学模型，通过数学最优化求解目标函数最优解。2）方案比较法：通过多方案比较，从中寻求经济效果最佳者，或称对比分析法。工程经济费用指标：年计算费用值。年计算费用值-在项目投资计算期内的建设投资费用和运行管理费用之和的年平均值。年平均费用值最低的工程方案为最佳方案。年费用计算值计算方法：静态法和动态法。,2.5.1静态年计算费用法,静态年计算费用表达式：,式中W年计算费用，元a；C工程项目投资额，元；T投资偿还期，a，一般由项目的性质和投资来源情况确定；Y年运行费，元a。静态年计算费用法比较简单，使用方便。投资偿还期具有多方面的影响因素，确定比较困难，给水排水工程的投资偿还期可以参考国家建设项目的“项目计算期”，一般可选用15年，最长不宜超过20年。,2.5.2动态年计算费用法,动态年计算费用法：针对不同时间的经济因素的变化，对项目在一定时期内发生的投资、运行成本等费用折算成当前的现值作为经济比较的指标，称为折现计算。在工程项目分期投资实施的情况下，采用动态计算法进行多种规划方案和分期投资方案的比较，使项目的经济效益最佳。投资资金的时间价值计算采用复利法，常用的计算公式：（1）当资金的现值为P，利率为i%，则n年后的资金终值F为：,（2）与上式相反，当已知资金的终值为F，则现值P为:,式中折现系数。将资金的终值折算为现值称为贴现，其相应的利率称为贴现率。,（3）当资金现值为P，利率为i%，设在n年内各年平均分摊资金现金A，则各年分摊资金现值的计算方法如下：,亦即：,式中资金回收系数，表示资金现金在n年内每年平均分摊的份额。年计算费用即为上述的年平均分摊资金额与项目年运行费用之和，即：,【例】某给水工程项目建设投资为5800万元，年运行费用为245万元，求：1）投资偿还期为20年的静态计算费用值；2）利率为5.5%，还款期为20年的动态年费用值。,【解】静态年计算费用值为：,动态年计算费用值为：,