摘 要

给水工程是城市发展基础设施重要组成之一，它体现着一个城市发展和进步的程度，反映了一个城市的基本功能^[17]。我们的社会在不断地发展、进步，人们的生活水平也在不断提高，因此，人们对于日常生活饮用水的质量要求也随之提高，与此对应地，我国给水工程发展水平也日益提高且愈发成熟。给水工程的设计内容包括取水工程、给水处理以及输配水工程。目前，我国给水处理一般包括混凝、沉淀、过滤、消毒^[7]，由于地区水源水质存在差异，因此净水厂可能会在过滤与消毒之间另加处理程序，如生物-活性炭处理。

本设计的主要任务包括取水工程设计、净水厂设计、输配水系统设计以及以上设计的技术经济计算，取水工程设计包括进水间、取水泵房，净水厂设计包括四大工艺以及厂区生产排泥水的处理，输配水系统设计则根据设计对象的用水情况布置管网。此外，以上设计均需考虑近期使用与远期发展。

关键词: 取水 净水 输配水 近远期

Abstract

Water supply engineering is one of the important components of urban development infrastructure^[17]. It reflects the degree of urban development and progress and reflects the basic functions of a city. Our society is constantly developing and progressing, ande people’s living standard is also improving. Therefore, people’s quality requirements for daily drinking water are also increasing. Correspondingly, the development level of China's water supply projects is also increasing and becoming more mature. The design of the water supply project includes water intake, water treatment and water distribution. At present, China's water treatment generally includes coagulation, sedimentation, filtration, and disinfection^[7]. Due to the differences in water quality of the regional water sources, the water purification plant may add a treatment procedure between filtration and disinfection, such as bio-activated carbon treatment.

The main tasks of this design include water intake engineering design, water purification plant design, water distribution system design and technical and economic calculation of the above design. The water intake engineering design includes the water inlet and the water pumping house. The water purification plant design includes four major processes and the treatment of the waste water generated by those water purification processes above. The design of the water distribution system is based on the water use of the design object. In addition, the above design needs to consider recent use and long-term development.

Keywords: water intake water purification water distribution near and far

目录

第一章 绪论 1

第二章 设计说明书 4

1 设计原始资料 4

1.1 城市概况 4

1.2 用地布局 4

1.3 道路规划 4

2 用水量计算 4

2.1 设计用水量 5

2.1.1 最高日用水量 5

2.1.2 最高日最高时用水量 7

2.2 消防用水量 7

2.3 最不利管段发生事故时用水量 7

3 取水工程设计 7

3.1 进水间设计 7

3.2 取水泵房设计 9

3.2.1 设计流量和设计扬程 9

3.2.2 初选水泵和电动机 10

3.2.3 机组基础尺寸确定 11

3.2.4 机组与管道布置 12

3.2.5 吸水管路与压水管路计算 13

3.2.6 泵房结构形式 14

3.2.7 附属设备选择 14

3.2.8泵房筒体高度 15

4 净水厂的设计 15

4.1 概述 15

4.2 水处理流程选择 16

4.3 加药间 16

4.4 絮凝池 18

4.5 沉淀池 19

4.6 滤池 22

4.7 加氯间 25

4.8 清水池 26

4.9 送水泵房 27

4.9.1 设计流量和扬程确定 27

4.9.2 初选水泵和电机 28

4.9.3 机组与管道布置 30

4.9.4 吸水管路与压水管路计算 30

4.9.5 喇叭口和吸水井设计 31

4.9.6 送水泵房布置 31

4.9.7 附属设备选择 32

4.9.8泵房筒体高度 33

4.10 生产排泥水处理 33

4.11 水厂平面布置 34

4.12 水厂高程布置 35

5输配水系统 35

5.1 概述 35

5.2 管网定线 36

5.2.1 管网定线原则 36

5.2.2最不利点的选择 36

5.3流量分配 36

5.3.1 流量分配原则 36

5.3.2 流量分配结果 38

5.3.3 最不利管段发生事故时用水量 38

5.3.4 消防用水量 38

5.4 水力计算 38

5.4.1 管径确定 38

5.4.2 水头损失计算公式选择 39

5.5 管网平差 39

5.5.1 最高用水时 39

5.5.2 消防时 40

5.5.3 事故时 40

5.6计算各节点水压 40

6 技术经济 41

6.1 工程投资 41

6.2 年经常费用 41

6.3 单位制水成本 42

6.4 年折算费用 42

第三章 设计计算书 43

1 用水量计算 43

1.1 最高日用水量 43

1.1.1 居民生活用水量 43

1.1.2 工业企业用水 43

1.1.3 其他建筑用水 44

1.1.4 浇洒道路和绿地用水 44

1.1.5 未预见用水量 44

1.2 最高日最高时用水量 44

1.3 消防用水量 45

1.4 最不利管段发生事故时用水量 45

2 取水工艺计算 45

2.1 进水间 45

2.1.1 进水孔 45

2.1.2 格网 46

2.1.3 自流管 47

2.1.4 进水间高程 47

2.2 取水泵房 48

2.2.1 设计流量和设计扬程 48

2.2.2 初选水泵和电机 49

2.2.3 机组基础尺寸确定 49

2.2.4 吸、压水管路水头损失计算及水泵校核 50

2.2.5 喇叭口和吸水室的设计 52

2.2.6 泵房高程设计 52

2.2.7 附属设备计算 54

3 净水厂计算 54

3.1 加药间 54

3.1.1 溶解池与溶液池 54

3.1.2 提升泵 55

3.1.3 计量投加设备 55

3.1.4药剂仓库 55

3.1.5加药间尺寸 56

3.1.6 混合设备 56

3.2 絮凝池 57

3.3 沉淀池 61

3.3.1 沉淀池计算 61

3.3.2 进水穿孔墙设计 62

3.3.3 出水设计 63

3.4 滤池 64

3.5 加氯间 69

3.5.1 加氯量 69

3.5.2 漏氯吸收装置 69

3.6 清水池 70

3.6.1 清水池容积 70

3.6.2 清水池平面尺寸 70

3.6.3 清水池管配件 71

3.6.4 清水池的布置 71

3.7 送水泵房 72

3.7.1 供水工作情况 72

3.7.2 扬程计算 72

3.7.3 初选水泵与电动机 72

3.7.4 机组基础尺寸确定 72

3.7.5 吸、压水管路水头损失计算及水泵校核 73

3.7.6 喇叭口和吸水井的设计 75

3.7.8 泵房高程设计 77

3.7.9 附属设备计算 78

3.8 生产排泥水 78

3.8.1 干泥量 78

3.8.2 排水池 79

3.8.3 排泥池 79

3.8.4 预浓缩池和浓缩池 80

3.8.5 脱水间 82

4 输配水管网计算 82

4.1 比流量计算 82

4.2 沿线流量、节流量计算 83

4.3 管网平差计算 83

5 技术经济 83

5.1 工程投资（设备） 83

5.1.1 取水工程 83

5.1.2 净水厂 84

5.1.3 输配水管网 85

5.2 年经常费用 86

5.2.1 水资源费 86

5.2.2 动力费 86

5.2.3 药剂费 87

5.2.4 员工工资福利 88

5.2.5维修管理费 88

5.2.6 其他 88

5.3 单位制水成本 88

5.4 年折算费用 88

结论 90

参考文献 91

附表A 94

附表B 95

附表C1 96

附表C2 97

附表D1 98

附表D2 99

附表E1 100

附表E2 101

附表F1 102

附表F2 103

致谢 104

第一章 绪论

我国给水水源有地表水和地下水，地表水包括江河水、湖水、水库水以及雨水等，而地下水的获得则通过各种类型的取水构筑物，如大口井、渗渠等^[7]。20世纪90年代以来，我国给水工程建设取得了很大进步，很多经济并不发达的小城镇，目前也已经具备完整给水处理工艺的自来水厂。但是我国给水工程建设也是不平衡的，这不仅体现在一些贫困偏远地方没有自来水供水设施，还体现在经济发达程度不同的地区供水设施的技术存在差异，比如具体构筑物、运行自动化程度、出水质量等。

我国目前给水处理的主要工艺仍是以传统工艺为主，即混凝、沉淀、过滤、消毒，但由于地区水源、经济发达程度、地区饮用水质量要求等存在差异，具体采取的工艺类型以及处理构筑物自动化程度有所不同。以湖北省省内供水为例，武汉市内自来水厂的改造基本上早已完成，出水质量也早已提高，而其他地区，例如荆州市公安县第一自来水厂前几年刚完成工艺改造，不仅出水质量有所提高，滤池管理也实现了自动化控制，而第二自来水厂至今仍未进行改造，出水质量也相对次些。再将不同省份之间进行对比，湖北省内给水处理基本上都是采用传统的混凝、沉淀、过滤、消毒，尾水处理也没有强制规定要求处理，而江苏省前几年颁布明文规定，要求生活饮用水的处理必须进行深度处理，对尾水的处理也提出了一些要求，所以目前江苏省内自来水厂，一部分已经改造完成，具备深度处理（大多数都是臭氧-生物活性炭技术）和尾水处理构筑物，还有一部分则正在扩建。

再对比国内外，给水工程也存在许多差异。比如新加坡，由于本国淡水资源十分匮乏，所以新加坡的供水最初主要从马来西亚进口。经过几十年的努力，新加坡取得了极大的成就，其供水管理模式已经处于世界领先地位，进口水、天然降水、新生水（来自废水循环利用）和淡化海水成为新加坡目前四大供水水源^[22]。而随着雨水收集技术逐渐提高，雨水收集面积不断扩大，加之水资源合理开发，整个国家的节约用水意识很强，可以把水的作用发挥到极致。同时新生水（来自废水循环利用）和淡化海水的技术日益发展，其产量在逐步提高，因此，新加坡对进口水的依赖程度也逐渐下降，摆脱了几十年前几乎完全依赖进口水的困窘境地^[22]。预计到2061年，新加坡国内供水可以实现完全的自给自足。再比如日本，日本的很多净水厂除了采用传统的水处理工艺，各个地区的净水厂还会根据水源水质的不同，额外增加设置相应的深度处理技术，比如活性炭处理、臭氧处理和生物处理，臭氧和活性炭组合处理工艺等^[24]，这使得处理后的水质显著提高，甚至可以达到直饮水的标准。此外，日本通过强化相关部门管理以及通过递进式水价等措施，形成整体节约用水意识。

因此，本设计主要内容是根据现行规范，结合原始资料，经过调查研究和同类型城镇的分析比较，进行给水工程方案选择、制水工艺流程的方案及处理构筑物选型确定，完成给水系统各组成部分包括取水工程、净水厂工程、输配水工程的设计计算工作，并且绘制必要的工程图纸和工程概算及制水成本分析。通过取水工程、给水处理工艺、输配水系统，实现城市生活饮用水供给，并且供水满足水量、水质、水压等各项相关要求。

本设计拟采用的技术方案及措施：经过初步调研以及方案比较，本设计拟采用的技术方案及措施大致如下：

取水工程：本设计将依照相关设计手册、规范，根据水量以及水源水位条件等，选择各参数适合的水泵，设计合理的泵房，同时考虑远期建设，设计留有余地。

给水处理：根据初步计算以及工艺比较，本设计拟定采用往复式隔板絮凝池、斜板沉淀池（与絮凝池合建）、普通快滤池。为了保证给水处理的可靠性，即保证任意构筑物检修、维护时水厂不得停产，各个构筑物都是设置平行的两组，每组各分摊一半流量并且每组的运行相互独立。

输配水系统：考虑到供水可靠性，本设计输配水系统将采用环状管网，并且考虑正常工作时、消防时、最不利管段发生故障时的供水问题。

经过初步调研，本设计原拟定净水厂工艺采用往复式隔板絮凝池、斜板沉淀池、普通快滤池，但经过水量计算，综合考虑工艺的适用条件以及优缺点之后，本设计净水厂工艺作出如下改动:

一、往复式隔板絮凝池改为网格絮凝池。

本设计处理水量较小，(包含水厂自用水）近期，远期.若采用往复式隔板絮凝池，由于絮凝池与沉淀池合建，不管是原拟定的斜板沉淀池还是改正后的斜管沉淀池，絮凝池都会设计得比较深，这就导致了在设计速度梯度档位时，会出现隔板间距较小，勉强甚至不能满足隔板絮凝池的隔板最小间距设计要求，可能会给后期施工、运行、维护管理等造成一定的麻烦，并且在此条件下，水头损失较大。网格絮凝池适合单池流量，因此，可以考虑设置四座网格絮凝池，两座为一组，与后续的沉淀池合建，单池流量；此外，由于网格絮凝池按速度梯度分为前、中、后三段，各段分别设置密网、疏网、不设网，水流流过网格时形成小旋涡，使得絮凝效果优于隔板絮凝池，且水头损失也相对较小。

二、斜板沉淀池改为斜管沉淀池。

斜板沉淀池和斜管沉淀池的原理都是Hazen提出的浅池理论^[7]，但是，由于斜管沉淀池具有更小的水力半径R^[7]，因此，根据雷诺数公式：

(1.1)

和弗汝德常数公式：

(1.2)

可知，减小水力半径R可以减小雷诺数，同时增大弗汝德常数，因此可以减小水流紊动性而提高水流稳定性，这对于沉淀是非常有利的。

三、普通快滤池改为双阀滤池。

普通快滤池作为传统的滤池，其过滤效果是较好的，但由于它本身具有四个阀门，这对后期管理较为不便。双阀滤池则是在普通快滤池基础上进新房改进，即用两个虹吸管代替进水和排水两个阀门，而其他构造及运行方式等，如冲洗方式、配水系统等，与普通快滤池相同。因此，本设计将普通快滤池改为双阀滤池，减轻后续的管理负担。

综上所述，本设计作出的工艺改动是较为合理的，且更为合适的。

第二章 设计说明书

1 设计原始资料

1.1 城市概况

黄堡镇位于湖北省鄂州市，城市总体分为三个区：万年新区、老城片区以及城南新区。到2030年，人口10万人，建设用地9.4平方公里。具体情况如下：

万年山新区：规划居住2.4万人，总用地约283.6公顷。

老城片区：规划居住5.5万人，总用地约798.06公顷。

城南新区：规划居住2.1万人，总用地约314.88公顷。

1.2 用地布局

1、居住用地

万年山片区55.13公顷，老城片区128.97公顷，城南片区51.16公顷。

2、公共管理与公共服务设施用地：

行政办公30.29公顷，文化体育设施用地5.95公顷，教育科研用地38.27公顷。

3、商业服务业设施用地：

商业用地83.4公顷，商务用地：6.98公顷。

4、工业用地：44.52公顷，各企业生产、用水等情况如表2.1所示。

表2.1 各工业企业生产、用水情况

5、娱乐康体广场用地：59.67公顷。

1.3 道路规划

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