《给水排水管网》教学大纲

一、基本信息   

课程名称		给水排水管网				课程编号	ENSE4131
英文名称		Water and wastewater pipe network				课程类型	本专业推荐选修课
总学时	36	理论学时		36	实验学时	0	实践学时	0
学分	2	预修课程	流体力学			适用对象	环境工程
课程简介 （200字左右）		“给水排水管网”是环境工程设计、施工及相关科研工作的重要内容之一。课程内容包括给水排水管网的水力计算，给水排水管网的设计计算，给水排水管网附属构筑物，给水排水管网的施工、管理和养护等。课程重点讨论排水管网（污水、雨水、截流式）的管网布置、水力计算、设计过程及排水系统的施工、管理、维护与运行等内容，对给水管网系统的规划与设计也进行初步讨论。通过本课程学习，学生具备独立进行城镇排水管道工程的规划与设计能力。

二、教学目标及任务  

本课程主要目标是培养学生具有城市及工业企业给水排水管道工程规划、设计、施工与管理的知识和技能。通过本课程学习，使学生掌握给水排水管网系统的功能、系统结构和设计原理，掌握给水排水管网系统的设计计算理论、水力计算方法，掌握排水管网工程设计步骤与设计方法；熟悉管网系统运行管理的基本知识，熟悉给排水管道施工、维护和管理方面的基本知识；了解管网系统科学技术发展过程和方向。使学生初步具备给水排水管网系统的规划、设计和运行管理及相关科研工作的能力，能够独立进行城镇排水管道工程的规划与设计。

本课程支撑环境工程专业毕业要求1、2、3、4、6和11。

三、学时分配   

教学课时分配

章节	章节内容	讲课	实验	实践	合计
绪论	给水排水管网系统概论	2			2
第一章	给水排水管网水力学基础	4			4
第二章	给水排水管网模型	3			3
第三章	给水管网水力分析	3			3
第四章	给水管网工程设计	2			2
第五章	污水管网设计与计算	6			6
第六章	雨水管网设计与计算	5			5
第七章	合流制管渠系统设计	3			3
第八章	排水管渠施工	3			3
第九章	给水排水管材和管渠系统上的构筑物	3			3
第十章	给水排水管网的管理和养护	2			2
合计		36			36

四、教学内容及教学要求 

绪论  给水排水管网系统概论

第一节  给水排水系统的功能与组成

习题要点：城镇给水排水系统组成

第二节  给水排水系统工作原理

1. 给水排水系统的流量关系

2.给水排水系统的水质关系

3.给水排水系统的水压关系

习题要点：给水排水系统流量关系，3个水质标准与3个变化过程，水输送的压力方式

第三节  给水排水管网系统的功能与组成

1. 给水排水管网系统的功能与特点

2. 给水管网系统的构成

3. 排水管网系统的构成

习题要点：给水排水管网系统的组成

第四节  给水排水管网系统类型与体制

1. 给水管网系统类型

2. 排水管网系统的体制

习题要点：给水管网系统分类，合流制与分流制排水系统

本章重点、难点：给水排水系统的组成、流量关系，水输送中的压力方式，排水体制的特点。

本章教学要求：掌握给水排水系统的组成、流量关系，掌握水输送中的压力方式，掌握排水体制的特点；熟悉给水系统中水质标准与水质变化过程，熟悉给水管网系统类型；了解给水排水管网系统的功能与特点。

第一章  给水排水管网水力学基础

第一节  给水排水管网水流特征

1. 流态特征

2. 水流的水头与水头损失

习题要点：层流与紊流，均匀流与非均匀流，压力流与重力流，恒定流与非恒定流，水头损失。

第二节  管渠水头损失

1. 沿程水头损失计算

2. 沿程水头损失计算公式的比较与选用

3. 局部水头损失计算

4. 水头损失公式的指数形式

习题要点：谢才公式，沿程水头损失与局部水头损失公式。

第三节  非满流管渠水力计算

1. 非满流管渠水力计算公式

2. 非满流管渠水力计算方法

习题要点：圆管非满流水力表、图的使用。

第四节  管道的水力等效简化

1. 串联或并联管道的简化

2. 沿线均匀出流的简化

3. 局部水头损失的简化

习题要点：等效长度，等效直径，流量折算系数，当量长度。

第五节  水泵与泵站水力特性

1. 水泵水力特性公式及其参数计算

2. 并联泵站水力特性公式

习题要点：泵站水力特性公式表达。

本章重点、难点：谢才公式，水头损失计算公式的比较与选用，圆管非满流水力表、图的使用，水力等效简化原则，泵站水力特性公式表达。

本章教学要求：掌握给水排水管网水流特征，掌握常见水头损失计算公式的比较与选用，掌握圆管非满流水力表、图的使用；熟悉水力等效简化原则，熟悉泵站水力特性公式表达。

第二章  给水排水管网模型

第一节  给水排水管网的模型化

1. 给水排水管网的简化

2. 给水排水管网的抽象

3. 管网模型的标识

习题要点：简化原则，管段与节点的构造、拓扑、水力属性，管段与节点流量方向设定。

第二节  管网模型的拓扑特性

1. 管网图的基本概念

2. 管网图的关联集与割集

3. 路径与回路

4. 树

习题要点：路径，回路，树。

第三节  管网模型的水力特性

1. 节点流量方程

2. 管段能量方程

3. 恒定流基本方程组

习题要点：节点流量方程与管段能量方程的表示。

第四节 管网模型的矩阵表示

1. 管网图的矩阵表示

2. 恒定流基本方程组矩阵表示

习题要点：管网图的矩阵表示。

本章重点、难点：管段与节点的构造、拓扑、水力属性，管段与节点流量方向的设定，路径，回路，树，节点流量方程与管段能量方程的表示。

本章教学要求：掌握管段与节点的构造、拓扑、水力属性，掌握管段与节点流量方向的设定，掌握节点流量方程与管段能量方程的表示；熟悉路径，回路，树的概念与性质；了解管网图的 基本概念，了解管网模型的矩阵表示。

第三章  给水管网水力分析

第一节  给水管网水力分析基础

1. 给水管网水力分析的前提

2. 恒定流基本方程组的线形变换

3. 恒定流方程组求解方法概述

习题要点：解环方程，解节点方程

第二节  单定压节点树状管网水力分析

习题要点：单定压节点树状管网水力分析计算方法

第三节  解环方程水力分析方法

1. 环能量方程组的线形化

2. 环能量方程组求解

3. 哈代—克罗斯平差算法的改进

习题要点：牛顿-拉夫森算法，哈代-克罗斯算法及改进平差过程的措施

第四节  解节点方程水力分析方法

1. 节点流量连续性方程组的线形化

2. 恒定流节点流量连续性方程组求解

习题要点：牛顿-拉夫森算法，节点流量平差算法

本章重点、难点：解环方程的哈代-克罗斯算法及改进平差过程的措施。

本章教学要求：掌握单定压节点树状管网水力分析计算，掌握解环方程的哈代-克罗斯算法及改进平差过程的措施；熟悉解环方程的牛顿-拉夫森算法，熟悉解节点方程的牛顿-拉夫森算法，节点流量平差算法；了解恒定流基本方程组的线形变换。

第四章  给水管网工程设计

第一节  设计用水量及调节计算

1. 最高日设计用水量计算

2. 设计用水量变化及调节计算

习题要点：设计用水量计算，变化系数。

第二节  设计流量分配与管径设计

1. 节点设计流量分配计算

2. 管段设计流量分配计算

3. 管段直径设计

习题要点：流量分配计算，经济流速。

第三节  泵站扬程与水塔高度设计

1. 设计工况水力分析

2. 泵站扬程设计

3. 水塔高度设计

习题要点：控制点的确定，泵扬程计算与水塔高度计算。

第四节  管网设计校核

习题要点：校核方法，特殊工况的校核。

本章重点、难点：设计用水量计算，设计流量分配计算，经济流速，泵站选泵。

本章教学要求：掌握设计用水量计算，掌握设计流量分配计算与经济流速的选取，掌握泵站选泵计算；熟悉设计用水量的变化及调节容积的计算，熟悉管网设计校核方法。

第五章  污水管网设计与计算

第一节  污水设计流量计算

1. 设计污水量定额

2. 污水量的变化

3. 污水设计流量计算

习题要点：污水设计流量计算。

第二节  管段设计流量计算

1. 污水管网的节点与管段

2. 节点设计流量计算

3. 管段设计流量计算

习题要点：管段流量计算。

第三节  污水管道设计参数

1. 设计充满度

2. 设计流速

3. 最小管径

4. 最小设计坡度

5. 污水管道埋设深度

6. 污水管道的衔接

习题要点：《室外排水设计规范》（GB50014-2006）对设计参数的规定，各设计参数间的制约关系。

第四节  污水管网水力计算

习题要点：水力计算。

第五节  绘制管道平面图和纵剖面图

习题要点：图纸绘制。

本章重点、难点：污水管网的水力计算，管段衔接，图纸绘制；各设计参数间的制约关系，污水管线的平面布置。

本章教学要求：掌握污水管道的平面布置，掌握污水设计流量与污水管道的水力计算，掌握污水管道平面图和纵剖面图的绘制，掌握设计参数间的制约关系；熟悉《室外排水设计规范》（GB50014-2006）对污水管道水力设计参数的规定；了解污水管网投资估算，了解污水管网的计算机设计。

第六章  雨水管网设计与计算

第一节  雨量分析与暴雨强度公式

1. 雨量分析

2. 暴雨强度公式

3. 汇水面积

习题要点：暴雨强度公式的理解。

第二节  雨水管网设计流量计算

1. 地面径流与径流系数

2. 地面集水时间与折减系数

3. 雨水管网设计流量计算

习题要点：推理公式的理解与应用。

第三节  雨水管网设计与计算

1. 雨水管网平面布置特点

2. 雨水管网设计步骤

3. 雨水管渠设计参数

4. 雨水管渠断面设计

5. 设计计算实例

习题要点：雨水管网的平面布置，《室外排水设计规范》（GB50014-2006）对雨水设计参数的规定。

第四节  雨水径流调节

习题要点：雨水调节池的设置与计算。

第五节  排洪沟设计与计算

1. 防洪设计标准

2. 洪水设计流量计算

3. 排洪沟设计要点

习题要点：排洪沟设计，水力最优断面。

本章重点、难点：雨水管网的设计流量及水力计算，图纸绘制，排洪沟断面设计；雨水管线的平面布置，雨水管网设计流量计算。

本章教学要求：掌握雨水管道的平面布置，掌握雨水设计流量与雨水管道的水力计算，掌握雨水管道平面图和纵剖面图的绘制，掌握设计参数间的制约关系；熟悉《室外排水设计规范》（GB50014-2006）对雨水管道水力设计参数的规定，熟悉排洪沟断面设计；了解雨水管网投资估算，了解雨水管网的计算机设计。

第七章  合流制管渠系统设计

第一节  合流制管渠系统的使用条件和布置特点

习题要点：合流制管渠系统的使用条件，截流式合流制管渠系统的布置特点。

第二节  合流制排水管渠的设计流量

1. 第一个溢流井上游管渠的设计流量

2. 溢流井下游管渠的设计流量

习题要点：截流式合流制管渠的设计流量。

第三节  合流制排水管网的水力计算要点

习题要点：截流式合流制管渠的水力计算内容及参数选取。

第四节  合流制排水管网的水力计算示例

习题要点：截流式合流制管渠的水力计算。

本章重点、难点：截流式合流制管渠系统设计计算。

本章教学要求：掌握截流式合流制管渠系统设计的方法步骤，掌握截流式合流制排水管渠的设计流量计算及截流式合流制排水管渠的水力计算要点；了解截流式合流制管渠系统的使用条件和布置特点，了解城市旧合流制排水管渠系统的改造途径。

第八章  排水管渠施工

第一节  排水管渠的施工方法

第二节  开槽施工

1. 放线

2. 开挖管槽及支护

3. 管槽排水

4. 管道基础制作

5. 管道铺设

6. 管道接口

7. 闭水试验

8. 管槽覆土

习题要点：开槽施工的程序与注意事项。

第三节  顶管施工

1. 机头

2. 工作坑和接收井

3. 管节顶进与接口

习题要点：顶管施工的程序与注意事项。

第四节  盾构施工

习题要点：盾构施工的使用场合。

第五节  井点降水

1. 真空泵抽水系统

2. 水射泵抽水系统

3. 井点的布置形式与要求

4. 井点的施工

第六节  排水管渠工程的施工准备和验收

1. 排水管渠工程的施工准备

2. 排水管渠工程的验收工作

本章重点、难点：排水管渠的施工方法，开槽施工。

本章教学要求：掌握排水管渠的施工方法及特点，掌握排水管渠的开槽施工方法；了解顶管施工和盾构施工法，了解井点降水，了解排水管渠工程的施工准备和验收。

第九章  给水排水管材和管渠系统上的构筑物

第一节  给水排水管道材料

1. 给水管道材料

2. 排水管道材料

习题要点：给水排水管道材料类别及特点。

第二节  给水管网附件与附属构筑物

习题要点：常见给水管网附件与附属构筑物类别。

第三节  排水管渠系统上的附属构筑物

习题要点：排水管渠系统上的主要附属构筑物。

本章重点、难点：给水与排水管材类别与特点、给水与排水管渠系统上主要的构筑物。

本章教学要求：熟悉给水与排水管材类别与特点，了解雨水口、连接暗井、溢流井、检查井、跌水井、换气井、倒虹管、防潮门、出水口等构筑物。

第十章  给水排水管网的管理和养护

第一节  给水排水管网档案管理

第二节  给水管网监测与检漏

1. 管网水压和流量测定

2. 管网检漏

习题要点：给水管网水压和流量测定方法，管网检漏方法。

第三节  管道防腐蚀与修复

1. 管道防腐蚀

2. 管道清垢和涂料

习题要点：给水管道防腐蚀方法，管道清垢方法，防腐涂料类别。

第四节  排水管道养护

1. 排水管渠清通

2. 排水管渠修复

3. 排水管道渗漏检测

习题要点：排水管渠清通与修复方法。

本章重点、难点：排水管道养护。

本章教学要求：熟悉排水管渠清通与修复方法；了解给水管网水压和流量测定方法，管网检漏方法，管道防腐蚀与修复。

五、考核方式及要求  

采用闭卷考试，题型主要包括选择题、判断题、简答题与案例题。最终成绩由卷面考试成绩（占60—70％）和平时成绩（占30—40％）组成。平时成绩包括课堂纪律、污水设计作业、雨水设计作业等。

六、推荐教材及教学参考书 

教  材：《给水排水管网系统》，严煦世，刘遂庆编著，中国建筑工业出版社，2007年第2版，标准书号ISBN978—7—112—04827—4。

参考书： 《排水工程》，孙慧修，郝以琼，龙腾锐编著，中国建筑工业出版社，1999年第4 版，标准书号ISBN7—112—03895—2。

《水污染控制工程》，高廷耀，顾国维，周琪编著，高等教育出版社，2007年第3版，标准书号：ISBN978—7—04—020903—7。

《室外排水工程设计规范》（GB50014-2006）

《实用给水排水工程施工手册》，孙连溪主编，中国建筑工业出版社，1998年=，标准书号ISBN7—112—03523—6。

 

大纲修订人：杨新萍

大纲审定人：李荣

修订日期： 2015年4月30日