《城市供水及泵站布局工藝優(yōu)化設計》21000字論文

城市供水及泵站布局工藝優(yōu)化設計摘要本設計是荊門市東寶區(qū)楊溪鋪鎮(zhèn)給水設計，設計內容包含荊門市東寶區(qū)楊溪鋪鎮(zhèn)取水工程的設計、凈水廠設計、泵房的設計、輸配水管網(wǎng)的計算和平差等方面。根據(jù)荊門市東寶區(qū)楊溪鋪鎮(zhèn)凈楊溪鋪鎮(zhèn)水廠水量變化較小，所需要的處理設施既要處理效果好并且還要損失小的，同時在后期維修與管理等方面要盡可能方便。所以荊門市東寶區(qū)楊溪鋪鎮(zhèn)凈楊溪鋪鎮(zhèn)水廠設計工藝為：水源→取水泵站→管式靜態(tài)混合器→機械絮凝池→斜管沉淀池→V型濾池→消毒→清水池→二泵站→城市管網(wǎng)。參觀有關凈水廠經(jīng)驗后選用堿式氯化鋁作為混凝劑，經(jīng)過處理后的水質要求能夠滿足生活飲用水標準。水廠設置于東寶區(qū)楊溪鋪鎮(zhèn)東北方向，占地4200m2，高程1060.00m，廠區(qū)內的道路兩旁和建筑物周邊種植花草并栽種樹木，努力創(chuàng)建一個空氣清新、環(huán)境優(yōu)美的凈水廠。關鍵詞：凈水廠設計；管網(wǎng)；V型濾池；絮凝池；沉淀池目錄TOC\o"1-3"\h\u30503前言 引言為了更好的提升人們的生活水平，為了創(chuàng)建良好的對外投資環(huán)境，加速推進荊門市東寶區(qū)楊溪鋪鎮(zhèn)經(jīng)濟建設，為了減少居民和工廠對地下水的開采，并逐步規(guī)范使用地下水，實現(xiàn)保護地下水的目的，現(xiàn)在為整個荊門市東寶區(qū)楊溪鋪鎮(zhèn)采用統(tǒng)一供水，水源選用距離荊門市東寶區(qū)楊溪鋪鎮(zhèn)較近的河水，每天需要從河流取水17.85萬噸原水供給荊門市東寶區(qū)楊溪鋪鎮(zhèn)凈水廠處理，經(jīng)過荊門市東寶區(qū)楊溪鋪鎮(zhèn)凈楊溪鋪鎮(zhèn)水廠處理過后的水符合國家水質標準后提供給各個用水戶，采用統(tǒng)一供水后可以基本解決地下水濫用情況，并且為城市建設提供保障。本次設計以城市基礎資料和規(guī)劃總圖為設計依據(jù)，要求學生做到獨立完成給水工程設計。通過本次畢業(yè)設計，可以鍛煉學生綜合運用所學知識的能力，能夠更好的培養(yǎng)學生，在整個設計過程中使學生受到工程訓練，以及在查閱中外文獻、資料收集及調查研究、應用計算機進行設計、繪制圖紙等方面的能力得到進一步提高；使學生具有初步進行給水工程規(guī)劃與設計的能力，為將來從事實際工作打下良好的基礎。第一章設計任務1.1原始資料1、城市平面圖：比例見圖紙。2、荊門市東寶區(qū)楊溪鋪鎮(zhèn)人口總數(shù)：50000人。3、荊門市東寶區(qū)楊溪鋪鎮(zhèn)房屋的平均層數(shù)：6層。4、楊溪鋪鎮(zhèn)主要工業(yè)企業(yè):(1)工業(yè)企業(yè)位置在平面CAD圖中標出,其具體用水量情況見表1-1工業(yè)企業(yè)用水量。表1-1楊溪鋪鎮(zhèn)主要工業(yè)企業(yè)用水量工廠名稱用水量（m3/d）用水時間備注A廠3000全天均勻使用水質與生活飲用水相同，水壓無特殊要求。B廠3500全天均勻使用5、城市自然概況：城市土壤種類為粘土；地下水位深度-4.0米；冰凍線深度1.2米；年降水量550毫米；城市最高溫度35℃，最低溫度-23.4℃；(趙梵志,陳瑾萱,2022)6、給水水源：(1)流量：最大流量210m3/s；97%保證率的枯水期流量60m3/s；多年平均流量90m3/s；流速：1.3~2.0m/s；(2)最高水位-1.0米；常水位-5.0米，最低水位（97%）-7.0米；最低水位時河寬85米；冰的最大厚度1.0米；(3)該河流為不通航河流。7、楊溪鋪鎮(zhèn)周邊水源的水樣分析結果：見表2-2水源水質分析結果。表2-2水源水質分析結果編號名稱單位分析結果1水的臭和味——微量2渾濁度最高mg/L2000最低1003色度度204總硬度mg/L3005pH值——7.16堿度mg/L707溶解性固體mg/L6508硝酸鹽mgN/L159耗氧量mg/L310細菌總數(shù)枚/毫升1000011大腸菌群枚/毫升10001.2畢業(yè)設計內容1、輸水管及給水管網(wǎng)設計2、取水構筑物的工藝設計3、凈水廠處理工藝設計4、二泵站設計第二章供水規(guī)模預測2.1設計水量預測2.1.1綜合生活用水量預測綜合生活用水量的預測包含對城市居民日常生活用水和公共建筑及設施兩部分預測，城市居民生活用水預測包括城市中居民的飲用、烹飪、洗浴等日常生活用水的預測，但是綜合生活用水預測不包括對城市道路、綠地的澆灑用水和市政用水等(周凱文,孫紫薇,2023)。依據(jù)荊門市東寶區(qū)楊溪鋪鎮(zhèn)城市總體規(guī)劃和實際情況，并參照內蒙古自治區(qū)內城市的設計用水標準綜合考慮，從這些結果可以推測出楊溪鋪鎮(zhèn)人口總數(shù)為5萬人，從中得以觀察到本次設計為全面供水；由此確定荊門市東寶區(qū)楊溪鋪鎮(zhèn)綜合生活用水定額為200（L/人·d）(張云飛,劉思彤,2021)。最高日綜合生活用水量Q1： Q1=f=100%?200?50000÷1000=m3/d=1.1?105m3/d （2-1）2.1.2工業(yè)需水量預測工場需水量包括工廠的生產(chǎn)用水量和工作人員的生活用水量，具體信息由下表2-1工廠用水量可知。表2-1楊溪鋪鎮(zhèn)主要工廠用水量工廠名稱用水量（m3/d）用水時間備注A廠3000全天均勻使用水質與生活飲用水相同，水壓無特殊要求。B廠3500全天均勻使用由于荊門市東寶區(qū)楊溪鋪鎮(zhèn)主要的A、B兩個工廠水質要求和城市居民的生活飲用水標準相同，同時對水壓也沒有特殊要求，所以無需單獨供水。由此可知楊溪鋪鎮(zhèn)A、B兩個工廠生產(chǎn)總用水量Q2=3000+3500=6500m3/d2.1.3澆灑道路和綠地用水量（1）澆灑用水量標準荊門市東寶區(qū)楊溪鋪鎮(zhèn)澆灑道路用水澆灑道路用水可按照澆灑面積以2.5L/m2·d進行計算，澆灑綠地用水可按照澆灑面積以2.0L/m2·d進行計算。（2）澆灑面積的確定根據(jù)荊門市東寶區(qū)楊溪鋪鎮(zhèn)的CAD平面圖可知城市道路面積約占城市建設面積的14.0%，則城市道路面積為44000000?14%=6.16?106m2，其中需要澆灑城市道路用地面積為3.5?106m2，從這些結果可以推測出城市綠地面積約占城市建設面積的8.0%，城市綠地用地面積44000000?8%=3.52?106m2，從中得以觀察到其中需要澆灑的城市綠地面積為2.0?106m2(林浩宇,陳梓萱,2020)。澆灑總用水量計算澆灑道路和綠地用水量Q3： Q3= （2-2）=（2.5?3500000÷1000）+（2?2000000÷1000）=8750+4000=12750m3/d=1.275?104m3/d2.1.5管網(wǎng)漏損水量管網(wǎng)漏損率的大小與所需要供水的規(guī)模沒有關系，只與供水管網(wǎng)的管材、管徑、長度、壓力和施工等有關，因此荊門市東寶區(qū)楊溪鋪鎮(zhèn)配水管網(wǎng)的漏損水量取最高日用水量的10%計算(羅文昊,高雅婷,2021)。管網(wǎng)漏損水量為Q4： Q4=10%?（Q1+Q2+Q3）=10%?（110000+6500+12750）=12925m3/d （2-3）2.1.6未預見用水量未預見用水量是考慮難以預見的突發(fā)狀況而保留的水量，荊門市東寶區(qū)楊溪鋪鎮(zhèn)按照最高日用水量的10%計算。未預見用水量為Q5： Q5=10%?（Q1+Q2+Q3+Q4）=10%?（110000+6500+12750+12925）=27142.5m3/d （2-4）2.1.7城鎮(zhèn)供水總量Q6=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5=110000+6500+12750+12925+27142.5=169317.5m3/d所以荊門市東寶區(qū)楊溪鋪鎮(zhèn)供水規(guī)模定為170000m3/d=1.7?105m3/d2.1.8消防用水量荊門市東寶區(qū)楊溪鋪鎮(zhèn)現(xiàn)有人口5萬人，根據(jù)設計規(guī)范預測同時間內發(fā)生火災次數(shù)為3次，每次滅火用水為85L/s，按照當前背景火災延續(xù)時間為2h，補充消防水時間為24h，則消防用水量為3672m3/d。從中可以分析出消防用水量平時儲存在水量調節(jié)構筑物中。表2-2城市同一時間內的火災發(fā)生次數(shù)和一次所需的滅火用水量人口N（萬人）同一時間發(fā)生火災次數(shù)一次滅火用水量（L/s）50.0<N?60.0385綜合整理荊門市東寶區(qū)楊溪鋪鎮(zhèn)用水量預測計算，根據(jù)實際情況并結合現(xiàn)行規(guī)范要求計算出各個用水量構成的數(shù)據(jù)，整理出下表2-3預測水量總覽表(梁俊杰,郭婧琪,2019)。表2-3預測水量總覽表設計年份2021年用水構成類別項目數(shù)據(jù)備注說明1、綜合生活用水量預測值（m3/d）城市現(xiàn)居確定的人口規(guī)模（人）50000荊門市東寶區(qū)楊溪鋪鎮(zhèn)現(xiàn)居人口為5萬人供水工程設計普及率（%）100%本設計采用值供水工程的綜合生活用水定額最高日《室外給水設計規(guī)范》L/（cap/d）200GB50013－2006版規(guī)定注：現(xiàn)行《室外給水設計規(guī)范》GB50013-2006的規(guī)定：Ⅱ型中等城市指城區(qū)常住人口50萬以上100萬以下的城市“最高日”綜合生活用水定額：Ⅱ型中等城市130~240L/人·d“平均日”綜合生活用水定額：Ⅱ型中等城市80~160L/人·d城鎮(zhèn)綜合生活用水量預測值（m3/d）1100002、工業(yè)生產(chǎn)用水量預測值（m3/d）工業(yè)用水量（m3/d）65003、澆灑道路用水量預測值（m3/d）澆灑道路用水定額L/m2·d2.5道路的面積m23500000澆灑道路用水量（m3/d）87504、澆灑綠地用水量預測值（m3/d）澆灑綠地用水定額L/m2·d2.0綠地的面積m22000000澆灑綠地用水量（m3/d）40005、管網(wǎng)漏損水量（m3/d）管網(wǎng)漏損水量（m3/d）129251－5項合計的10%6、未預見用水量（m3/d）未預見用水量（m3/d）27142.51－6項合計的10%7、荊門市東寶區(qū)楊溪鋪鎮(zhèn)供水規(guī)模（m3/d）預測城鎮(zhèn)供水總量合計（m3/d）1700001－6項合計

第三章城市管網(wǎng)設計計算3.1給水系統(tǒng)供水方式的選擇荊門市東寶區(qū)楊溪鋪鎮(zhèn)城市居民生活住宅與工廠都集中在在一個區(qū)域，沒有分散的用水點，所需要的供水區(qū)域內所有用戶對于水質的要求相同，所有需要水的用戶對水壓沒有特殊要求，同時荊門市東寶區(qū)楊溪鋪鎮(zhèn)東側有一個水量充沛、水質好的且離城市很近的水源，根據(jù)上述情況，所以荊門市東寶區(qū)楊溪鋪鎮(zhèn)的供水方式選用統(tǒng)一供水的形式進行供水(陸思遠,何雨欣,2022)。3.2城市管網(wǎng)定線方案荊門市東寶區(qū)楊溪鋪鎮(zhèn)居民居住和兩個工廠都集中于同一個區(qū)域且沒有分散，為了減少造價費用和保證整個城市的供水安全，在此特定條件下當有管段發(fā)生事故時，依然能保證對荊門市東寶區(qū)楊溪鋪鎮(zhèn)居民和工廠的用水保障，所以考慮對整個城市配水管網(wǎng)設計成環(huán)狀式，同時該區(qū)域整體西面和北面高，所以考慮將水廠設置于西北角，可以利用地形進行管網(wǎng)輸配水，從中得以觀察到水源河流的流向為自北向南，將環(huán)式管網(wǎng)的干管設置為自北向南(蔣志豪,謝婉婷,2023)。從中可以分析出整個城市的供水管道全部布置于地下，城市及水廠選址的地方都適合鋪設管道，水廠建設于城市東北方向，有專門的的地方建設水廠，所以不會占用公共設施及農(nóng)田用地等。管網(wǎng)定線方案見下圖3-1荊門市東寶區(qū)楊溪鋪鎮(zhèn)環(huán)狀管網(wǎng)定線方案(蔡嘉偉,趙雅琳,2020)。圖3-1荊門市東寶區(qū)楊溪鋪鎮(zhèn)環(huán)狀管網(wǎng)定線方案3.2管網(wǎng)平差3.2.1管網(wǎng)平差計算東寶區(qū)楊溪鋪鎮(zhèn)預測需要水量為1967.600L/s，水源點設置于JS19，該城市樓層均為6層，所以自由水頭設置為28m。在此框架范圍內計算依據(jù)見表3-1管網(wǎng)平差計算，3-2節(jié)點參數(shù)，3-3管道參數(shù)(余天俊,孫夢琪,2021)。對于設計的合理性，本文將通過其最終成效來加以證明，并融合實際應用范例、專家評判及長期跟蹤評價數(shù)據(jù)等多層面信息，進行全方位驗證。文章將詳細闡述設計在解決具體問題中的表現(xiàn)與成果，通過對比不同情境下的應用效果，來評估其有效性及可行性。同時，本文也將結合專家評判意見與長期跟蹤數(shù)據(jù)，對設計的持續(xù)優(yōu)化提出有益建議，旨在為相關領域的發(fā)展貢獻更為科學和可信的參考。表3-1楊溪鋪鎮(zhèn)管網(wǎng)平差計算平差計算依據(jù)和結果平差類型反算水源壓力2、計算公式柯爾－勃洛克公式1.0/λ^0.5=-2.0*lg[k/(3.7*D)+2.5/(Re*λ^0.5)]Re=V*D/ν計算溫度：10℃ν=0.0000013、局部損失系數(shù)：1.204、水源點水泵參數(shù):無參數(shù)5、管網(wǎng)平差結果特征參數(shù)水源點編號節(jié)點流量(L/s)節(jié)點壓力(m)JS19-1967.6001094.358最大管徑(mm):1200.00最小管徑(mm):200.00最大流速(m/s):1.124最小流速(m/s):0.044水壓最低點JS15壓力(m):1084.63自由水頭最低點JS14自由水頭(m):28.00表3-2節(jié)點參數(shù)平差計算節(jié)點參數(shù)節(jié)點編號流量(L/s)地面標高(m)節(jié)點水壓(m)自由水頭(m)JS190.1341056.5501092.85036.300JS2174.7671045.5101091.16545.655JS391.5031027.1601091.71964.559JS4138.2061041.5001093.54352.043JS5165.2991029.9601089.34659.386JS681.6541019.5501087.89468.344JS7151.7301031.5501091.12659.576JS874.6171020.8601088.92068.060JS9169.6471030.3801091.70761.327JS1085.5481022.1001089.51067.410JS1186.7631021.8301089.61567.785JS12111.2091046.5101093.11046.600JS13159.8421047.6601092.53944.879JS1496.8331065.8001093.80028.000JS1546.4261018.8501084.62965.779JS1693.9911024.7701087.32662.556JS1799.3161032.6101089.30956.699JS1850.1151044.4001090.51946.119JS19-1967.6001060.0501094.35834.308表3-3楊溪鋪鎮(zhèn)管道參數(shù)平差計算管道參數(shù)管道編號管徑(mm)管長(m)流量(L/s)流速(m/s)千米損失(m)管道損失(m)JS1-JS26001045.357293.9720.9901.6111.684JS1-JS14800651.259590.9141.1241.4590.950JS1-JS185001146.807206.8080.9972.0322.331JS2-JS5500883.804208.1581.0032.0581.819JS2-JS13400644.829118.3260.8882.1301.373JS2-JS172501196.11329.3730.5581.5521.856JS3-JS45001111.068185.1410.8921.6421.824JS3-JS9300987.4263.3370.0440.0120.012JS3-JS11350861.90190.3010.8772.4422.105JS4-JS12800573.589419.8390.7990.7550.433JS4-JS1910001103.296743.1860.9080.7390.815JS5-JS6350849.91074.9810.7291.7091.453JS5-JS7300667.87263.2760.8332.6641.779JS5-JS162501164.27231.1540.5911.7362.021JS6-JS8250669.40329.1860.5541.5331.026JS6-JS152001153.69922.5130.6632.8303.265JS7-JS8350851.70193.1000.9052.5902.205JS7-JS9250847.45019.0550.3620.6870.582JS7-JS13600906.130289.0520.9731.5601.413JS8-JS10200846.48310.7030.3150.6970.590JS9-JS10350855.39992.7120.9012.5692.197JS9-JS12600969.385278.0770.9361.4471.403JS10-JS112001133.6453.5380.1040.0920.105JS12-JS13300856.03830.5530.4020.6680.572JS13-JS148001041.133536.6671.0211.2111.261JS14-JS191200722.1361224.4141.0410.7730.558JS15-JS16200849.32323.9130.7043.1752.697JS16-JS17350877.33286.7500.8432.2611.983JS17-JS185001015.369156.6930.7551.1921.2103.2.2事故校核設計當JS4-JS19和JS13-JS14兩根較粗管段發(fā)生事故時，檢修期間時的管網(wǎng)供水量減少，自由水頭為28m(程浩宇,李欣怡,2019)。從中得以觀察到通過計算可得此時管網(wǎng)供水流量是1377.320L/s，從這些結果可以推測出與最高時設計流量的比值為71%，滿足城鎮(zhèn)供水要求。計算依據(jù)見表3-4事故校核結果，3-5節(jié)點參數(shù)，3-6管道參數(shù)(丁俊杰,陳思涵,2022)。表3-4事故校核結果平差計算依據(jù)和結果平差類型事故校核2、計算公式柯爾－勃洛克公式1.0/λ^0.5=-2.0*lg[k/(3.7*D)+2.5/(Re*λ^0.5)]Re=V*D/ν計算溫度：10℃ν=0.0000013、局部損失系數(shù)：1.204、水源點水泵參數(shù):無參數(shù)5、管網(wǎng)平差結果特征參數(shù)水源點編號節(jié)點流量(L/s)節(jié)點壓力(m)JS19-1377.3201147.077最大管徑(mm):1200.00最小管徑(mm):200.00最大流速(m/s):3.514最小流速(m/s):0.055水壓最低點JS11壓力(m):1073.39自由水頭最低點JS12自由水頭(m):28.00表3-5節(jié)點參數(shù)平差計算節(jié)點參數(shù)節(jié)點編號流量(L/s)地面標高(m)節(jié)點水壓(m)自由水頭(m)JS163.0941056.5501141.88285.332JS2122.3371045.5101126.15780.647JS364.0521027.1601074.00846.848JS496.7441041.5001074.42232.922JS5115.7091029.9601120.07690.116JS657.1581019.5501115.27395.723JS7106.2111031.5501105.76374.213JS852.2321020.8601105.29584.435JS9118.7531030.3801074.51744.137JS1059.8841022.1001074.55852.458JS1160.7341021.8301073.38951.559JS1277.8461046.5101074.51028.000JS13111.8891047.6601106.00058.340JS1467.7831065.8001146.37680.576JS1532.4981018.8501116.38997.539JS1665.7941024.7701125.605100.835JS1769.5211032.6101132.39099.780JS1835.0811044.4001136.32591.925JS19-1377.3201060.0501147.07787.027表3-6管道參數(shù)平差計算管道參數(shù)管道編號管徑(mm)管長(m)流量(L/s)流速(m/s)千米損失(m)管道損失(m)JS1-JS26001045.357922.8013.10615.04315.725JS1-JS14800651.2591309.5372.4926.8994.493JS1-JS185001146.807323.6431.5604.8465.557JS2-JS5500883.804387.3051.8676.8816.081JS2-JS13400644.829468.4543.51431.26020.157JS2-JS172501196.11355.2951.0505.2116.233JS3-JS45001111.06884.9700.4090.3720.414JS3-JS9300987.42626.6170.3500.5160.509JS3-JS11350861.90147.5350.4620.7190.619JS4-JS12800573.589181.7140.3460.1540.088JS5-JS6350849.910139.3661.3545.6514.803JS5-JS7300667.872184.9262.43421.43014.313JS5-JS162501164.27252.6961.0004.7495.529JS6-JS8250669.40394.9661.80314.9079.978JS6-JS152001153.69912.7580.3750.9681.116JS7-JS8350851.70141.2480.4010.5500.468JS7-JS9250847.450150.6802.86036.87031.246JS7-JS13600906.130113.2130.3810.2610.237JS8-JS10200846.48383.9822.47236.31130.737JS9-JS10350855.39910.8990.1060.0470.041JS9-JS12600969.38516.2090.0550.0070.007JS10-JS112001133.64513.1990.3881.0311.169JS12-JS13300856.038243.3523.20336.78631.490JS14-JS191200722.1361377.3201.1710.9710.701JS15-JS16200849.32345.2561.33210.8519.216JS16-JS17350877.332163.7461.5917.7346.785JS17-JS185001015.369288.5621.3913.8753.9353.2.3消防校核荊門市東寶區(qū)楊溪鋪鎮(zhèn)選取JS3、JS14、JS15三個位置為消防發(fā)生點，每次消防用水量85L/s，從中可以分析出管網(wǎng)總流量是最高時用水量加上消防用水量后水量為2222.600L/s(鄭思遠,魏雨菲,2023)。從這些結果可以推測出消防校核時自由水頭設置為10m。在這種環(huán)境作用下計算依據(jù)見表3-7消防校核計算依據(jù)和結果，3-8節(jié)點參數(shù)、3-9管道參數(shù)。表3-7消防校核計算依據(jù)和結果平差計算依據(jù)和結果平差類型消防校核2、計算公式柯爾－勃洛克公式1.0/λ^0.5=-2.0*lg[k/(3.7*D)+2.5/(Re*λ^0.5)]Re=V*D/ν計算溫度：10℃ν=0.0000013、局部損失系數(shù)：1.204、水源點水泵參數(shù):無參數(shù)5、管網(wǎng)平差結果特征參數(shù)水源點編號節(jié)點流量(L/s)節(jié)點壓力(m)JS19-2222.6001076.517最大管徑(mm):1200.00最小管徑(mm):200.00最大流速(m/s):2.054最小流速(m/s):0.025水壓最低點JS15壓力(m):1044.98自由水頭最低點JS14自由水頭(m):10.00表3-8荊門市東寶區(qū)楊溪鋪鎮(zhèn)節(jié)點參數(shù)平差計算節(jié)點參數(shù)節(jié)點編號流量(L/s)地面標高(m)節(jié)點水壓(m)自由水頭(m)JS190.1341056.5501074.68718.137JS2174.7671045.5101072.73527.225JS3176.5031027.1601072.64445.484JS4138.2061041.5001075.51034.010JS5165.2991029.9601070.39440.434JS681.6541019.5501067.84048.290JS7151.7301031.5501072.73941.189JS874.6171020.8601069.96249.102JS9169.6471030.3801073.22342.843JS1085.5481022.1001070.74048.640JS1186.7631021.8301070.73248.902JS12111.2091046.5101074.99928.489JS13159.8421047.6601074.38126.721JS14181.8331065.8001075.80010.000JS15131.4261018.8501044.98226.132JS1693.9911024.7701066.42741.657JS1799.3161032.6101070.10137.491JS1850.1151044.4001071.73927.339JS19-2222.6001060.0501076.51716.467表3-9荊門市東寶區(qū)楊溪鋪鎮(zhèn)管道參數(shù)平差計算管道參數(shù)管道編號管徑(mm)管長(m)流量(L/s)流速(m/s)千米損失(m)管道損失(m)JS1-JS26001045.357317.2911.0681.8671.952JS1-JS14800651.259640.9781.2201.7091.113JS1-JS185001146.807233.5531.1262.5712.948JS2-JS5500883.804237.1921.1432.6492.341JS2-JS13400644.829129.9710.9752.5521.646JS2-JS172501196.11335.3030.6702.2022.634JS3-JS45001111.068233.9291.1272.5792.865JS3-JS9300987.42628.5000.3750.5860.579JS3-JS11350861.90185.9260.8352.2191.913JS4-JS12800573.589457.2780.8700.8900.510JS4-JS1910001103.296829.4131.0130.9131.007JS5-JS6350849.910100.5870.9773.0062.555JS5-JS7300667.87273.0400.9613.5112.345JS5-JS162501164.27244.3460.8423.4073.967JS6-JS8250669.40342.7130.8113.1712.123JS6-JS152001153.69961.6461.81419.81222.857JS7-JS8350851.701104.9201.0193.2602.777JS7-JS9250847.45017.2710.3280.5710.484JS7-JS13600906.130312.4181.0521.8121.642JS8-JS10200846.48312.4100.3650.9190.778JS9-JS10350855.39998.7950.9602.9032.483JS9-JS12600969.385314.2131.0581.8321.776JS10-JS112001133.6450.8370.0250.0070.008JS12-JS13300856.03831.8550.4190.7220.618JS13-JS148001041.133570.3761.0851.3631.419JS14-JS191200722.1361393.1871.1840.9930.717JS15-JS16200849.32369.7802.05425.24921.445JS16-JS17350877.332119.4251.1604.1883.674JS17-JS185001015.369183.4380.8841.6131.638第四章凈水廠設計計算4.1凈水廠設計方案選擇4.1.1水源水質分析荊門市東寶區(qū)楊溪鋪鎮(zhèn)凈楊溪鋪鎮(zhèn)水廠的水源為河水，平常時水的濁度低，洪水時水的濁度較高，色度低，含鹽量及硬度都不太大，在此背景下考慮問題細菌和大腸菌群含量較高，水的臭和味很低(馬天宇,張婉清,2020)。4.1.2初步確定方案根據(jù)對荊門市東寶區(qū)楊溪鋪鎮(zhèn)水源水質的分析需要對水的濁度、色度、含鹽量、細菌和大腸菌群進行處理(黃嘉豪,李夢潔,2021)。所以凈水廠的工藝流程選擇為：水源→混凝沉淀→過濾→消毒4.2凈水廠構筑物方案的確定4.2.1凈水廠構筑物對比混合器選用從這些結果可以推測出根據(jù)荊門市東寶區(qū)楊溪鋪鎮(zhèn)凈楊溪鋪鎮(zhèn)水廠規(guī)模初步要選用一個混合效果好，并且盡量不需要添加額外的附屬設備的混合器，從中得以觀察到所以混合器初步定為管式靜態(tài)混合器和機械混合。兩種混合方式比較如下表4-1對比混合器優(yōu)缺點及適用條件(張浩然,劉雅琪,2019)。表4-1對比混合器優(yōu)缺點及適用條件方式優(yōu)缺點適用條件管式靜態(tài)混合器優(yōu)點：構筑物結構簡單，后期維修與管理方面比較簡單；不需要額外的建設土建構筑物；混合效果比其他的構筑物混合效果好；不需外加動力設備。缺點：構筑物內水的流速影響混合效果；構筑物的水頭損失和其他相比較大；混合器構造復雜。適合建在水量變化不大的各種規(guī)模水廠機械混合優(yōu)點：混合效果好；構筑物的水頭損失?。换旌闲Чc水量的大小沒有關系。缺點：需要消耗動能；后期的管理和維修比較麻煩。適用各種規(guī)模的水廠由上述兩種混合器的優(yōu)缺點及適用條件的對比并且根據(jù)荊門市東寶區(qū)楊溪鋪鎮(zhèn)凈水廠設計水量變化較小，按照當前背景同時在同等混合器中管式靜態(tài)混合器混合效果最好、后期的維修與管理最為簡單，所以本凈水廠選用管式靜態(tài)混合器(陳嘉宇,王秀婷,2022)。上述發(fā)現(xiàn)與本研究構建的理論框架緊密相符，這在一定程度上驗證了本研究路徑的正確性和價值。該理論框架為整個研究提供了堅實的理論基礎，而結論與其的一致性不僅彰顯了研究方法的精確性，也證明了研究預設在實際應用中的有效性。通過對相關數(shù)據(jù)的細致收集和深入分析，本研究在特定領域內提出了新穎的看法，為同行學者及實踐工作者提供了有益的參考和啟示。此外，結論的穩(wěn)健性得益于科學的研究規(guī)劃和嚴格的研究處理步驟，對后續(xù)研究具有一定的參考價值。絮凝池方案比較根據(jù)荊門市東寶區(qū)楊溪鋪鎮(zhèn)凈楊溪鋪鎮(zhèn)水廠規(guī)模初步要選用一個絮凝效果好，水頭損失小的絮凝池，從這些結果可以推測出所以絮凝池初步定為隔板絮凝池和機械絮凝池兩種。兩種絮凝方式比較如下表4-2絮凝池優(yōu)缺點及適用條件(趙志遠,徐思涵,2023)。表4-2絮凝池優(yōu)缺點及適用條件形式優(yōu)缺點適用條件隔板絮凝池往復式優(yōu)點：絮凝成效好；構筑物結構簡單；施工建設比較方便。缺點：絮凝時間過長；水頭損失較大；在轉折處絮粒非常容易破碎；出水流量不容易分配均勻。水量大于30000m3/d的凈水廠；水量變動小回轉式優(yōu)點：絮凝效果較好；水頭損失較??；構筑物結構簡單，后期管理時比較方便。缺點：出水流量不易分配均勻水量大于30000m3/d的凈水廠；水量變動?。贿m用于舊池改建和擴建。機械絮凝池優(yōu)點：機械絮凝池的絮凝效果好；水頭損失比較??；可以適應水質和水量的變化。缺點：從中得以觀察到需要機械設備并且需要維修。大小水量均適用，并適用水量變化較大的凈水廠。從中可以分析出隔板絮凝池絮凝時間過長，并且絮粒在隔板轉折處非常容易破碎，出水流量不容易分配均勻。在此特定條件下所以荊門市東寶區(qū)楊溪鋪鎮(zhèn)凈楊溪鋪鎮(zhèn)水廠的絮凝池選用機械絮凝池(王俊杰,孫雅琳,2020)。（3）沉淀池方案比較根據(jù)荊門市東寶區(qū)楊溪鋪鎮(zhèn)凈楊溪鋪鎮(zhèn)水廠規(guī)模初步要選用一個沉淀效率高，建設盡量方便，所以沉淀池初步定平流沉淀池和斜管（板）沉淀池兩種。在這種情況影響下兩種沉淀方式比較如下表4-3沉淀池的優(yōu)缺點及適用條件(周凱文,孫紫薇,2023)。表4-3荊門市東寶區(qū)楊溪鋪鎮(zhèn)沉淀池的優(yōu)缺點及適用條件形式優(yōu)缺點適用條件平流沉淀池優(yōu)點：平流沉淀池造價低；上手操作難度低，管理起來方便，建設期間施工難度低；對原水濁度適應性強，潛力大，處理效果比較穩(wěn)定；平流沉淀池如果帶有機械排泥設備時，排泥效果好。缺點：占地面積大；不采用機械排泥裝置時，排泥較為困難；需要維護機械排泥設備。一般用于大、中型水廠斜管（板）沉淀池優(yōu)點：沉淀效率高；構筑物比較小，不會占據(jù)過多土地。缺點：設備老化后會更換比較多；對原水濁度適應性相對來說差點；不設機械排泥裝置時，排泥較為困難?？捎糜诟鞣N規(guī)模水廠；通常用在舊沉淀池的改造；適用于單池處理水量不大的凈水廠根據(jù)上述條件的對比荊門市東寶區(qū)楊溪鋪鎮(zhèn)凈楊溪鋪鎮(zhèn)水廠選用沉淀效率高的并且占地較小的沉淀池，在此框架范圍內所以選用斜管沉淀池。（4）濾池方案的比較根據(jù)荊門市東寶區(qū)楊溪鋪鎮(zhèn)凈楊溪鋪鎮(zhèn)水廠規(guī)模初步要選用一個運行可靠并且盡量選用濾料容易獲得的濾池，從這些結果可以推測出所以該凈水廠初步選用普通快濾池和V型濾池兩種(林浩宇,陳梓萱,2020)，兩種濾池的具體對比如下表4-4濾池的優(yōu)缺點及適用條件。表4-4濾池的優(yōu)缺點及適用條件形式濾池特點優(yōu)缺點適用條件普通快濾池下向流、砂濾料的四閥式濾池優(yōu)點：目前已經(jīng)有成熟的運轉經(jīng)驗，運行效果穩(wěn)妥可靠；濾料層使用砂濾料，造價低；采用大阻力配水系統(tǒng)，單池面積可以做的很大，池深比較淺；能用降速過濾，水質好。缺點：閥門多；必須設有全套設備。可以適用于大、中、小型水廠；單池面積一般不能大于100m3；有條件的盡量采用空氣助洗設備。均質濾料濾池（V型濾池）下向流均質砂濾料，帶表面掃洗的氣水反沖濾池優(yōu)點：設備運轉時穩(wěn)妥；采用砂濾料，所使用的材料比較容易獲得；濾池的濾床含污量大、周期長、濾速高、水質好；該濾池具有氣水反洗和表面掃洗，沖洗效果好。缺點：配套設備多；土建建造比較復雜，池深比普通快濾池深。適用于大、中型凈水廠；單池面積達到150m3以上。從中可以分析出荊門市東寶區(qū)楊溪鋪鎮(zhèn)凈楊溪鋪鎮(zhèn)水廠處理水量接近18萬噸屬于大型水廠，并且需要運行穩(wěn)妥可靠處理水質好的構筑物，在此基礎上要盡量減少造價。所以本凈水廠選用V型濾池。同時，本文深切意識到，跨學科合作是科學創(chuàng)新與技術進步的重要驅動力，其實現(xiàn)并非易事。它要求各學科的研究人員與學者不僅需擁有扎實的專業(yè)素養(yǎng)與寬泛的學術視角，還需具備開放包容的心態(tài)與合作的熱忱，敢于打破學科壁壘，共同探索未知領域。另外，為確?？鐚W科合作的順暢推進與高效執(zhí)行，還需構建一套科學的合作體系與平臺，為參與者提供資源支持、信息交流與協(xié)調溝通渠道。4.2.2凈水廠設計方案確定根據(jù)上述的凈水構筑物選擇，荊門市東寶區(qū)楊溪鋪鎮(zhèn)凈楊溪鋪鎮(zhèn)水廠處理流程為：水源→取水泵站→管式靜態(tài)混合器→機械絮凝池→斜管沉淀池→V型濾池→消毒→清水池→二泵站→供水管網(wǎng).

第五章凈水廠設計計算5.1凈水廠設計水量的確定參考現(xiàn)行凈水廠設計，對荊門市東寶區(qū)楊溪鋪鎮(zhèn)凈楊溪鋪鎮(zhèn)水廠設計時選取水廠自用水系數(shù)為5%，所以荊門市東寶區(qū)楊溪鋪鎮(zhèn)凈楊溪鋪鎮(zhèn)水廠總水量為1.7?105?（1+5%）=1.785?105m3/d設計水量Q為： Q=17850024×3600=2.075.2凈水廠構筑物計算7.2.1配水井設計計算為了保證荊門市東寶區(qū)楊溪鋪鎮(zhèn)供水安全，配水井設置兩條輸水管。荊門市東寶區(qū)楊溪鋪鎮(zhèn)給水廠設計水量為1.785?105m3/d，在這種環(huán)境作用下每根輸水管管內流量為1.035m3/s，從這些結果可以推測出使用DN1000的鑄鐵管做輸水管，則輸水管流速為V為(梁俊杰,郭婧琪,2019)： V=4QπD2=4×1.0353.14×1.02配水井水停留時間T=2.5min，則配水井的有效容積為：W=QT=2.07?2.5?60=310.5m3，所以配水井長度設為10m，寬度設為8m，高4m。5.2.2加藥間設計計算已知水廠總水量為1.7?105?（1+5%）=1.785105m3/d=7437.55m3/h。根據(jù)原水水質及水溫，參考有關凈水廠的運行經(jīng)驗，從中得以觀察到選堿式氯化鋁為混凝劑，混凝劑的最大投藥量取為30mg/L，藥容積的濃度b=10%，混凝劑每天配制次數(shù)n=2次。表5-1混凝劑投加量參考值原水濁度混凝劑<=1002003004006008001000投加量(mg/L)硫酸鋁12.511.229.537.652.667.382.5三氯化鐵11.013.620.326.130.836.940.8堿式氯化鋁10.111.816.221.325.628.631.7（1）溶液池容積 W1===26.8m3 （5-3）式中：a—混凝劑的最大投加量，本設計取30mg/L;Q—設計處理的水量，7437.5m3/h;c—溶液濃度（按商品固體重量計），本設計取10%；n—每日調制次數(shù)，本設計取2次。從中可以分析出溶液池整體選用鋼筋混凝土建成的矩形結構。建一個溶液池，容積為W1。溶液池尺寸為W1=B×L×H=3m×4.5m×2m，尺寸高度已取超高0.3m，溶液池建在屋內(蔣志豪,謝婉婷,2023)。溶液池實際有效容積：W=3m×4.5m×2m=27m3滿足要求。溶液池池底設DN200的排渣管一根，溶液池內壁使用聚乙烯板來做防腐。（2）溶解池容積 =0.2W1=0.2×26.8m3=5.36m3 （5-4）式中：——溶解池容積（m3），本設計取0.2。溶解池也設置為單池，單池尺寸：W2=B×L×H=1.5m×2.4m×1.5m，尺寸高度已取超高0.2m，沉渣設計高度0.2m，池底坡度采用0.01。溶解池的實際有效容積：W=1.5m×2.4m×1.5m=5.4m3符合要求.溶解池的放水時間采用t＝10min，所以放水流量Q0： Q0=w260t=5.3660×10=8.93L/s （5-5）選取管徑D＝100mm，流速V0=1.17m/s的硬聚氯乙烯管。溶解池底部設管徑d＝125mm的排渣管一根，采用硬聚氯乙烯管。在這種環(huán)境作用下溶解池和溶液池一樣都選用鋼筋混凝土結構，池底坡度采用0.01，內壁使用聚乙烯板來做防腐(余天俊,孫夢琪,2021)。每池配備一臺攪拌機，選用ZJ-650型折槳式攪拌機，功率為4KW,轉速為85r/m（3）投藥管投藥管流量： QUOTE（5-6）查水力計算表得投藥管管徑d＝50mm，相應流速為1.05m/s。（4）計量投加設備混凝劑的濕投方式分為重力投加和壓力投加兩種類型,重力投加方式有泵前投加和高位溶液池重力投加;從這些結果可以推測出壓力投加方式有水射投加和計量泵投加。本設計采用耐酸泵和轉子流量計配合投加。計量泵每小時投加藥量q: q===2.23m3/h （5-7）式中：——溶液池容積（m3）設備選型：選用JD-1600/8型J型計量泵，電動機功率2.2kw，三臺，兩用一備。（5）藥劑倉庫藥劑倉庫和加藥間建在一起，因為荊門市東寶區(qū)楊溪鋪鎮(zhèn)水廠靠近市區(qū)，定期取藥比較方便，所以存儲周期設置為8天。在此背景下考慮問題藥劑倉庫要放置稱量藥劑的地泵位置還要給來回取運藥劑的汽車留出1.5m寬的道路。從中得以觀察到為了確保良好的通風條件，防止藥劑受潮，倉庫的地面和墻壁也要做好防腐措施(丁俊杰,陳思涵,2022)。（6）聚合氯化鋁所占體積聚合氯化鋁的袋數(shù)N： N=24Qut1000w （5-8）式中：Q——水廠設計流量，7437.5m3/h；u——投藥量，30mg/l；t——藥劑儲存期，8d；w——每袋藥劑質量，25Kg。N=24×7437.5×30×81000×25有效堆放面積A： A=NVH(1?e）=1714×0.042(1?0.2)42.85m2取43m2 （5-9）式中：H——藥劑堆放高度取2mV——每袋藥劑體積，0.5×0.4×0.2=0.04m3e——堆放孔隙率，堆放時e=20%。從中可以分析出藥劑的運輸、搬運和磅秤等所占面積按照藥品的總占地面積的25﹪計算，所以藥劑倉庫的平面面積為：L×B=9×6=54m25.2.3管式靜態(tài)混合器設計計算（1）管式靜態(tài)混合器設計數(shù)據(jù)設計總進水量為Q=2.07m3/s，荊門市東寶區(qū)楊溪鋪鎮(zhèn)凈水廠進水管投藥口設置在管道一進口的第一個混合單元處，按照當前背景投藥管插入管徑的1/3處，為了讓投藥更加均勻在投藥管上開多個小孔，進水管采用兩條，輸水管管徑為DN1000，流速v=1.318m/s，1000i=1.88，20度時水的動力黏度μ=1.0×10-3Pa·s。采用兩個管式靜態(tài)混合器，為了使藥劑混合更充分所以設置三個擾流元件。如圖5-1管式靜態(tài)混合器：圖5-1管式靜態(tài)混合器（2）管式靜態(tài)混合器尺寸計算混合器的混合管長度為：L=1.1ND=1.1×3×1.0=3.3m，混合時間：T=Lv=3.31.318=2.5s根據(jù)（3）校核速度梯度G： G=γhμt=9800×0.3810?3×4=964.88s-1（700~1000s-1） （5-10）GT=964.88×3=2894.64（≥2000，水力條件符合要求）5.2.4機械絮凝池設計計算（1）機械絮凝池設計數(shù)據(jù)荊門市東寶區(qū)楊溪鋪鎮(zhèn)水廠采用4座機械攪拌絮凝池，則每座機械攪拌絮凝池的設計流量為Q： Q=74524=1863m3/h=0.5175m3/s （5-11）絮凝時間宜為15min~20min，根據(jù)荊門市東寶區(qū)楊溪鋪鎮(zhèn)實際情況選取T=20min。（2）機械絮凝池池體計算荊門市東寶區(qū)楊溪鋪鎮(zhèn)絮凝池有效容積為： W=QT60=1863×2060=621m3 （5-12）將荊門市東寶區(qū)楊溪鋪鎮(zhèn)給水廠的機械攪拌絮凝池分為三組，每組四格，則每格尺寸：4m×4m；水深3.3m，絮凝池設置超高為0.3m，在此特定條件下所以池子的總高度為3.6m；荊門市東寶區(qū)楊溪鋪鎮(zhèn)給水廠機械攪拌絮凝池絮凝池實際容積：W=3×4×4×4×3.3=633.6m3從中得以觀察到荊門市東寶區(qū)楊溪鋪鎮(zhèn)給水廠機械攪拌絮凝池實際絮凝時間： T=WQ=633.60.5175=1224.35s=20.4絮凝池分格隔墻上過水通道上下交錯布置，從中可以分析出為了使攪拌效果更好為每格絮凝池設一臺攪拌機，并在四周壁上設置四塊固定擋板(陳嘉宇,王秀婷,2022)。（3）攪拌設備尺寸為保證葉輪邊緣與池子側壁間距小于等于0.25m，葉輪直徑D=3.6m，半徑為1.8m。在此框架范圍內葉輪中心槳板線速度宜自第一級的0.5m/s逐漸變小至末級的0.2m/s。荊門市東寶區(qū)楊溪鋪鎮(zhèn)給水廠的絮凝池設計采用：V1=0.5m/s,V2=0.4m/s,V3=0.3m/s,V4=0.2m/s；設置每塊槳板長兩米（本設計中槳板長度與葉輪直徑之比：L/D=2.0/3.6=55.56%<75%）槳板寬度取：b=0.15m；在這種環(huán)境作用下每根軸上面設槳板八塊，內外各四塊。旋轉槳板面積與過水斷面面積之比為：8×2.0×0.154×3.3荊門市東寶區(qū)楊溪鋪鎮(zhèn)水廠四塊固定擋板寬×高=0.1×2.0固定擋板面積與過水斷面面積之比為：4×0.1×2.04×3.3槳板總面積占過水斷面面積之比18.18%+6.06%=24.24%<25%葉輪槳板中心點旋轉直徑：D0=[(1800?750)2+750]×葉輪旋轉角速度分別為： W1=2V1D0=（2×0.5）÷2.55=0.392rad/s （5-14） W2=2V2D0=（2×0.4）÷2.55=0.314rad/s （5-15） W3=2V3D0=（2×0.3）÷2.55=0.235rad/s （5-16） W4=2V4D0=（2×0.2）÷2.55=0.157rad/s （5-17）槳板寬長比bL=0.152=0.075<1查手冊 k=φρ2g=1.10×100002×9.8=56 （5-18）槳板旋轉時克服水的阻力所耗功率：第一格外側槳板： N1=yklw13408（r24-r14）=4×56×1.8×0.3923408×（1.84-1.654）=0.185kw第一格內側槳板： N2=yklw3408（r24-r14）=4×56×1.8×0.3923408×（0.94-0.754）=0.021kw 第一格攪拌軸功率：N=0.185+0.021=0.206kw第二格外側槳板： N1=yklw13408（r24-r14）=4×56×1.8×0.3143第二格內側槳板： N2=yklw3408（r24-r14）=4×56×1.8×0.3143408第二格攪拌軸功率：N=0.092+0.016=0.108kw第三格外側槳板： N1=yklw13408（r24-r14）=4×56×1.8×0.2353第三格內側槳板： N2=yklw3408（r24-r14）=4×56×1.8×0.2353408第三格攪拌軸功率：N=0.037+0.012=0.049kw第四格外側槳板： N1=yklw13408（r24-r14）=4×56×1.8×0.1573第四格內側槳板： N2=yklw3408（r24-r14）=4×56×1.8×0.1573408第四格攪拌軸功率：N=0.012+0.006=0.018kw荊門市東寶區(qū)楊溪鋪鎮(zhèn)水廠的四臺攪拌機通過一臺攪拌機帶動，從這些結果可以推測出則機械絮凝池消耗總功率為(王俊杰,孫雅琳,2020)：N總=0.206kw+0.108kw+0.049kw+0.018kw=0.363kw。（4）核算平均速度梯度G值及GT值按照水溫20度，μ=102×10?6第一格G值為: G1=N1μV=0.2064×4×3.3×1.00×106=62s-1 （5-27）第二格G值為: G2=N1μV=0.1084×4×3.3×1.00×106=43.5s-1 第三格G值為: G3=N1μV=0.0494×4×3.3×1.00×106=25.6s-1 第四格G值為: G4=N1μV=0.0184×4×3.3×1.00×106=12.3s-1 絮凝池平均速度梯度為： G=N總μV=0.3634×4×3.3×1.00×106=82s-1 （5-31） GT=82×20×60=98400 （5-32）經(jīng)核算，G值與GT值較合適5.2.5斜管沉淀池設計計算（1）斜管沉淀池設計參數(shù)荊門市東寶區(qū)楊溪鋪鎮(zhèn)給水廠斜管沉淀池分兩組，顆粒沉降速度μ=0.35mm/s，清水區(qū)上升速度v=2.5mm/s，從中得以觀察到采用塑料片熱壓六邊形蜂窩管，管厚=0.4mm，邊距d=30mm，水平傾角θ=60°。斜管沉淀池分為兩組，則每組沉淀池的流量Q為： Q=1785002=89250m3/d=1.03m3/s （5-33）（2）清水區(qū)面積AA=Qv=1.030.0025=412m2，其中斜管結構占用面積按照3%計算，所以實際清水區(qū)需要面積A/=412×1.03=424.36m2，從中可以分析出為了讓配水分配均勻，在這種環(huán)境作用下荊門市東寶區(qū)楊溪鋪鎮(zhèn)水廠設置斜管區(qū)平面尺寸為18m（3）斜管長度L管內流速： v0=vsin60°=2.50.866=2.89mm/s （5-34）斜管長度： L=(1.33×v0?μsin60°)dμcos60°=(1.33×2.89?0.35×0.866)×300.35×0.5=607mm （5-35考慮管端可能存在紊流、積泥等因素，所以過渡區(qū)采用250mm斜管總長L/：L/=250+607=857mm，從這些結果可以推測出根據(jù)荊門市東寶區(qū)楊溪鋪鎮(zhèn)給水廠實際情況取L/=1000mm（4）池子高度采用保護高度：0.3m清水區(qū)：1.2m布水區(qū)：1.2m穿孔排泥斗槽高：0.65m斜管高度：h=L/sin60°池子總高：H=0.3+1.2+1.2+0.65+0.87=4.22m在此背景下考慮問題沉淀池排泥系統(tǒng)采用穿孔管進行重力排泥，每天一次。穿孔管徑D=200mm，管上開6mm的孔，每個孔相距20mm。沉淀池底部為排泥槽，排泥槽頂寬1.6m，底寬0.5m，斜面與水平設置角度為45°，則由計算可得排泥槽斗高0.65m。排泥設計歷時為3min，即為180s(趙梵志,陳瑾萱,2022)。這些新的認識或補充資料極大地增強了本文對研究對象本質及其規(guī)律的認知深度，讓本文對其內在運作機制有了更為全面且透徹的理解，并為后續(xù)的科學探索、技術創(chuàng)新、政策規(guī)劃或教育實踐等領域開拓了新的探索領域。它們?yōu)榭蒲腥藛T提供了新的思考路徑，激發(fā)了多樣的研究熱情與方向，促進了相關領域的蓬勃發(fā)展。同時，這些新認識也為實踐者提供了更為具體且實用的操作指南，幫助他們更好地解決實際問題，實現(xiàn)了理論與實踐的有機結合。（5）核算復算管內雷諾數(shù)及沉淀時間：Re=Rv0/δ該式中水力半徑： R=d4=304=7.5mm=0.75cm （5-36）管內流速v0：v0=0.289cm/s運動粘度δ：δ=0.01cm2/s（當溫度為20°c時）Re=0.75×0.289÷0.01=21.68沉淀時間：T=L/V（6）放空管設計計算設計流量為Q=1785002=89250m3/d=1.03m3/s，查手冊5.2.6V型濾池（1）設計參數(shù)的確定濾料：石英砂，ρr=2.65kg/L.粒徑1mm，不均勻系數(shù)k80=1.1，濾層厚度取1.3，濾速取9m/s。沖洗強度：第一步氣沖，強度15L/（s·m2），第二步氣水同沖，氣沖強度同前，水沖強度2.8L/（s·m2），第三步單水沖強度5L/（s·m2），表面掃洗利用一個濾池的過濾水量。沖洗周期24h，沖洗時間15min。從中可以分析出氣源由鼓風機提供，沖洗水由水泵提供。（2）濾池尺寸及附屬設施計算1.濾池面積為： F=QvT=1785009×(24?1560)=835m2 （5-37）根據(jù)《給水排水設計手冊第三版》，采用池數(shù)N=10，雙排布置，沒池面積為：f=FN=83.5m2.單個濾池設計單個濾池長寬布置參照《給水排水設計手冊第三版》(張云飛,劉思彤,2021)，荊門市東寶區(qū)楊溪鋪鎮(zhèn)水廠確定采用10個濾池，每個為雙格，從這些結果可以推測出從中得以觀察到單格尺寸為3.5m×12.2m，該水廠每格凈尺寸定為2m×12.2m×3.5m實際單個過濾面積：f實際=2×12.2×3.5=85.4m2實際濾速： v=QFT=17850085.4×10×(24?1560)=9.1m/h （5-38）池沖洗時強制流速：v強制=9.1÷93.濾池高度氣水室高度：H1采用0.8m濾板厚度：H2采用0.1m承托層厚度：H3采用0.1m濾料層厚度：H4采用1.3m濾層上面水深：H5采用1.25m進水系統(tǒng)跌差：H6采用0.25m進水總渠超高：H7采用0.5m濾池總高度H：H=0.8+0.1+0.1+1.3+1.25+0.25+0.5=4.30m4.濾池各種渠道計算：表5-2管渠計算表管渠名稱流量（m3/s）管渠斷面流速（m/s）進水總渠1.031.0m×1.2m0.85單格濾池進水閥0.210.5m×0.55m0.77沖洗水管0.42D=500mm2.14沖洗空氣管2.06D=450mm15.6單格濾池出水管0.21D=500mm1.035.配水配氣系統(tǒng)1）濾頭濾板.濾板尺寸采用：975×1140mm，單格濾板數(shù)量為3×12=36塊每塊濾板濾頭數(shù)：7×9=63個每1m2濾頭實際分布只數(shù)：55個每只濾頭縫隙面積：2.88cm2（由廠家提供）開孔比：β=2.88×10-4×55=1.58%2）氣水室配水孔孔口流速：采用1.0m/s沖洗水流量：Q=5×3.6×85.4=1537.2m3/h=0.43m3/s雙側布孔，孔口數(shù)選擇56個孔口尺寸：孔口面積選擇60mm×60mm方孔孔口總面積F：F=2×56×0.06×0.06=0.403m3實際孔口流速v：v=0.43÷0.403=1.06m/s3）氣水室配氣孔孔口流速：采用15m/s空氣流量Q：Q=15×3.6×85.4=4611.6m3/h=1.28m3/s雙側布孔，孔口數(shù)56個孔口尺寸：采用φ32個孔配氣孔總面積：F=0.785×0.0322×2×56=0.09m2實際孔口流速v：v=1.28÷0.09=14.22m/s6.V型槽V型槽掃洗流量等于1個濾池的過濾水量，Q掃=85.4×8.8=751.52m3/h=0.208m3/s從中可以分析出設掃洗孔φ32，共計134只（每個V型槽設67只），孔口總面積：0.785×0.0322×134=0.107m2孔口流速v：v=0.2080.1077.沖洗水排水系統(tǒng)排水槽排水量：Q排=（2.4+5）×85.4÷1000=0.63m3/s排水槽凈寬度1m，采用0.05底板坡度坡向出口，槽底最低點超出濾板底0.1m。水沖洗加表面掃洗時，排水槽頂水深： h1=[(q1+q3)B0.422g]2/3=[(2.4+5)×10?3×3.50.42×2×9.81荊門市東寶區(qū)楊溪鋪鎮(zhèn)水廠排水槽出口閥門采用700×700mm氣動閘板閥，過孔流速約1.26m/s8.沖洗水泵計算沖洗水泵流量氣水同沖洗時：Q小=2.8×85.4÷1000=0.24m3/s單水沖時：Q大=5×85.4÷1000=0.43m3/s沖洗水泵揚程計算(羅文昊,高雅婷,2021)設排水槽頂與吸水池水面高差：H0=2.4m水泵的吸水口到濾池的輸水管水頭損失：h1=4.0m配水系統(tǒng)的總水頭損失：h2=0.3m承托層的水頭損失h3擬忽略不計。濾料層的水層損失： H4=（r1r-1）（1-m0）×H=（2.651-1）×（1-0.41）×1.2=1.18m （5-40）富余揚程：h5=1.0m水泵揚程：Hp=H0+h1+h2+h3+h4+h5=2.4+4.0+0.3+0+1.18+1.0=8.88m，取9.0m設水泵3臺，單臺流量0.21m3/s，揚程9.0m，大水沖時2用1備，小水沖時1臺開啟。9.鼓風機計算鼓風機風量：Q=1.05×15×85.4×10?3=1.35m鼓風機出口壓力輸氣管的壓力損失：P1=3000pa配氣系統(tǒng)的壓力損失：P2=2000pa氣水室中的水壓力：P3=9810（h2+h3+h4+h0）配水系統(tǒng)的總水頭損失：h2=0.3m承托層的水頭損失忽略不計：h3=0.00m濾料層的水頭損失：h4=1.18m氣水室中水面至沖洗排水槽頂溢流水面的高差：h0=2.0mP3=9810（h2+h3+h4+h0）=9810（0.3+0+1.18+2）=34139pa富余壓力?。篜4=4900pa鼓風機出口壓力：P=P1+P2+P3+P4=3000+2000+34139+4900=44039pa設鼓風機2臺，從這些結果可以推測出單臺風量1.33m3/s，出口壓力50KPa，1用1備。5.2.7消毒計算（1）消毒方式的選擇本給水廠采用液氯消毒，液氯消毒原理：Cl2+H2O→H++Cl-+HOClHOCl?H++OCl-預氯化最大投加量為1.5mg/L，清水池最大投加量為1.0mg/L。（2）加氯量計算預加氯量Q1為：Q1=0.001aQ=0.001×1.5×7437.5=11.16Kg/h清水池加氯量Q2為：Q2=0.001×1.0×7437.5=7.44Kg/h總的投加量Q=11.16+7.44=18.6Kg/h從中得以觀察到采用轉子加氯機來為消毒間投機藥劑，在加氯機上配備計量設備。選擇四臺ZJ-2轉子加氯機，選用寬高為：400mm×430mm，三用一備。儲氯量（按照20天計算）為：G=20×24Q=20×24×18.6=8928kg液氯的儲備于9個一噸氯瓶（H×D=2020mm×800mm）表7-3氯瓶規(guī)格氯瓶規(guī)格表容量Kg直徑mm長度mm瓶自重Kg氯瓶總量Kg350350133535070050060018004009001000800202080018005.2.8清水池設計計算（1）清水池平面尺寸計算清水池的有效容積=調節(jié)容積+消防貯水量+水廠自用水的調節(jié)量。清水池的調節(jié)容積： W1=KQ=0.1×178500=17850m3 （4-41）K—經(jīng)驗系數(shù)一般采用10%~20%；本設計采用K=10%Q—設計供水量Q=178500m3/d消防水量按照同時發(fā)生兩次火災計算，每次火災用水量取31L/s，連續(xù)滅火時間為2h，則消防容積：W2=31×2×3600÷100=224m3W3為凈水廠自用水量，則W2=0.1×17850=1785m3W4為清水池的安全水頭，則W4取為800m3則清水池總有效容積為：W=W1+W2+W3+W4=17850+224+1785+800=20659m3清水池共設2座，有效水深為5m，則每座清水池的面積為： F=V2H=206592×5=2065.9m2 （5-42）取B×L=45×46=2070m2取超高為0.5m，清水池選用鋼筋混凝土建成立方體水池，清水池預留超高為0.5m，所以凈水池高度取5.5m（2）清水池管道系統(tǒng)1.清水池的進水管進水管流量為1.0m3/s，使用鑄鐵管，查表取管徑DN1100mm，流速1.065m/s，1000i=1.068；2.清水池的出水管因為城市內居民和工廠的用水量變化較大，所以清水池的出水管按照出水的最大流量進行計算(陸思遠,何雨欣,2022)： Q=KQ24=1.5×178500/224=5578m3/h=1.55m3/s （5-43）使用鑄鐵管，查表取管徑DN1200mm，流速1.32m/s，1000i=1.4853.清水池的溢流管從中可以分析出溢流管的管徑與進水管的管徑相同都為DN=1000，在管端設置喇叭口，管上不設置閥門，為了防止蚊蟲進入設置網(wǎng)罩。4.清水池的排水管清水池內的水在檢修時需要放空，因此應設排水管，排水管的管徑按照2h內將水放空計算，從這些結果可以推測出排水管內的流速按照1.2m/s左右估計，則排水管管徑D： D=4Vt×3600×3.14×v=4×90372×3600×3.14×1.2=1.2m設計中取為DN1300mm。 （5-44）5.清水池附屬設施集水坑在每個清水池都設置一個集水坑，設置的集水坑高度比清水池低一米，坑體采用圓形，清水池的出水和排水管道都要在這里設置并接出。導流墻設置導流墻可以促進新舊水量交換，不會出現(xiàn)死角，同時荊門市東寶區(qū)楊溪鋪鎮(zhèn)水廠的導流墻還可以提高氯和水的混合效果，在此框架范圍內導流墻可以提高過水效率并且保證出水。導流墻頂板高度設置和清水池最高水位高度一樣，為了讓清水池頂部空間保持通暢，使空氣流通更加順暢。導流墻底部每隔4m設一個，導流墻底部每隔2.0m設置一個流水孔，每個尺寸120×120mm。通風管清水池頂設置通風管。通風管選用直徑為250mm，每清水池設置8個。人孔人孔是為了讓人和設備通過的通道，每個清水池設都設置兩個圓形通道，直徑為一米，為了方便后期管道安裝和維護將人孔設在溢流管和出水管處(蔡嘉偉,趙雅琳,2020)。扶墻扶墻和人孔配套設置，在這種環(huán)境作用下靠近墻體進行安裝，采用鐵踏步，外面涂上防腐材料。水位尺使用標桿水位尺來確定水池蓄水高度。6.清水池消毒時間的校核消防儲水容積 V=nLBH=2×40×45.5×3.0=10920 （5-45）H—消防及安全儲水水位高度，取3.0消防水位時水力停留時間 T=VQ=109204726=2.31 （5-46）3）有效停留時間與水力停留時間之比tT=0.185ln(L/B)-0.044=0.185×ln（741/4）L—增加導流墻后水力通道的總長度B—水力通道的寬度4）有效接觸時間T=0.909T=0.909×2.31=2.10h規(guī)范規(guī)定氯消毒時間大于2h5）GT值水池出水余氯控制在0.3mg/LGT=0.3×2.10×60=37.8mg/L·min對應20°C水，GT值達到2是大腸桿菌的滅活率就可以達到99.9%，滿足要求。5.2.9水廠其他布置荊門市東寶區(qū)楊溪鋪鎮(zhèn)水廠整個水廠的凈水構筑物布置按照水廠的平面圖進行布置，整個建筑物周圍用鐵柵欄加水泥柱包圍起來，柵欄高1.5m柵欄內部一米處間隔1.2m種植一顆楊樹，整個廠區(qū)的路面采用水泥鋪設，路的兩邊鋪設草坪。每個凈水構筑物門口都樹立一個說明牌。本文成功地將各領域的知識與技術資源集結起來，共同應對科學難題，推動相關研究邁向新的高峰。借助跨學科的協(xié)同與合作，本文不僅集合了多樣化的思考方式和策略，還實現(xiàn)了技術與理論的深度融合，為復雜科學問題的解決提供了創(chuàng)造性的方案。這種綜合性的研究方法不僅加速了學科間的交叉融合，也為相關領域的理論創(chuàng)新和實踐應用開辟了新方向。

第六章取水泵站設計6.1取水方案選擇取水構筑物設在距離河道近并且選用的位置有穩(wěn)定的主流深槽，在枯水期也可以保證取水的進行，河床地質比較好，在此背景下考慮問題荊門市東寶區(qū)楊溪鋪鎮(zhèn)給水廠取水構筑物采用合建的岸邊式取水構筑物。荊門市東寶區(qū)楊溪鋪鎮(zhèn)水廠的岸邊式取水構筑物由集水井和泵房及其附屬設備組成，而集水井又分為進水室和吸水室(程浩宇,李欣怡,2019)。6.1.1進水室設計（1）采用3臺泵，3個格網(wǎng)，3個分格。本設計共采用3臺泵，2用1備，因此將進水間分為3格，單格尺寸為5100×2000mm。（2）進水室每格有2個進水孔。（3）進水孔的大小要配合格柵和閥門的尺寸，從中得以觀察到進水孔周邊還要設置格柵槽和閘門槽，從中可以分析出這樣可以讓格柵和閘門通過槽進行上下移動。6.1.2進水間格柵的計算格柵安裝在進水孔處，從這些結果可以推測出被用來攔截水中的魚類和大塊漂浮物如樹枝等，格柵由金屬外框加上柵條組成，格柵直接安放在進水孔外面，后期清洗和檢修都比較方便。（1）參數(shù)確定Q——設計流量，2.07——堵塞系數(shù)，采用0.75——柵條的面積系數(shù)， （6-1）b——柵條間凈距，取50mmS——柵條厚度或直徑，取10mm（2）進水孔面積計算 F1=Q——過柵流速，m/s，岸邊式取水構筑物0.4~1.0m/s取0.8m/s（3）通過格柵的水頭損失通過格柵的水頭損失選取0.1m。（4）格柵尺寸的確定在此特定條件下本設計河流常水位為-5m，最低水位為-7m，水位變化較小所以采用單層進水孔取水，按河流最低水位-5m來確定進水口位置。進水孔的上緣一般在設計最低水位以下0.8～1.0m，取0.8m。設置2個進水孔單個進水孔的面積為： A1=F12=2.222=1.11m2 （6-3）單個進水孔的尺寸：B1×根據(jù)設計手冊選用格柵尺寸為B×H=1300×1100mm，柵條間孔數(shù)18孔，柵條根數(shù)19根。格柵除污機格柵除污機選用回轉耙式除污機6.1.3吸水間設計設計的吸水間長度和進水間長度相同，吸水間寬度根據(jù)吸水管實際情況布置。進入吸水間內的水流最好要通暢，流速小，不產(chǎn)生旋渦(鄭思遠,魏雨菲,2023)。荊門市東寶區(qū)楊溪鋪鎮(zhèn)水廠吸水間單格尺寸為5100×3000mm，設4格。6.1.4格網(wǎng)計算荊門市東寶區(qū)楊溪鋪鎮(zhèn)水廠的格網(wǎng)選用平板格網(wǎng)，安裝在進水室和吸水室的隔墻前后，周邊安裝鋼軌方便格網(wǎng)移動和后期檢修與清理。（1）參數(shù)確定Q——設計流量，2.07——過網(wǎng)流速，取0.5m/s(0.3～0.5)——因網(wǎng)絲所減小的過水面積系數(shù) （6-4）b——網(wǎng)眼尺寸，取8×8mm（5×5~10×10）d——網(wǎng)絲直徑，取1mm（1~2）——格網(wǎng)堵塞后面積減小系數(shù)，取0.5ε——水流收縮系數(shù)，取0.8(0.64～0.8)（2）平板格網(wǎng)面積計算 F=Qv1K1K2ε=2.070.5×0.79×0.5×0.8=13.101m2（3）通過格網(wǎng)的水頭損失通過格網(wǎng)的水頭損失取0.15m（4）平板格網(wǎng)面積平板格網(wǎng)面積設置4個格網(wǎng)則單個格網(wǎng)的面積為： A2=F4=13.1014=3.28m2 （6-6）單個進水口的尺寸(mm)：B×H=1750×2000根據(jù)給排水設計手冊選用格網(wǎng)尺寸為：B×L=1880×2130mm在這種情況影響下平行設置兩道平板格網(wǎng)，從中可以分析出一道格網(wǎng)使用一道格網(wǎng)備用。對格網(wǎng)進行沖洗時，先用起吊設備放下備用的格網(wǎng)，然后吊起另一道格網(wǎng)到操作平臺。并且設置高壓水沖洗管，從這些結果可以推測出水壓為0.25～0.3Mpa，沖洗后的水通過排水槽排往河道下游。6.1.5