城市给排水管道工程》教学大纲 21页

《城市给水排水管道工程》教学大纲   一、课程基本信息课程名称：城市给水排水管道工程课程类别：专业基础课考核方式：考试，期末考试占总成绩的70%,平时成绩（考勤和作业）占总成绩的30%。即学生综合成绩＝期末考试试卷分数×70%+平时成绩分数×30%先修课程：无二、课程简介本课程主要内容：给水管道系统、污水、雨水及合流制排水管渠系统的基本组成、系统方案的确定、管道的布置与敷设、设计原理、设计方法与步骤、施工和运行管理方面的基本知识和技术。三、课程性质与教学目的本课程是给水排水工程专业的主干专业课之一。通过本课程的学习，使学生系统得掌握给水排水管网系统的设计计算理论和方法，工程设计的步骤与方法；了解管网系统的运行管理基本理论和基本知识，使学生初步具备给水排水管网系统的规划、设计能力和从事科研的能力。本课程教学的基本要求是：§基本掌握给水排水管道系统的功能、系统结构和规划设计原理；§掌握给水排水管道系统的水量计算和管道系统水力计算理论和方法；§了解给水排水管道系统优化设计与计算理论和计算方法；§了解管道系统运行管理方法、现代管理模式和信息化技术，具备解决常见生产实际问题的能力；§学会进行管道系统规划和工程设计，编制工程设计文件；§\n了解管道系统科学技术发展过程和方向，初步具备分析和解决理论及工程实际问题的能力。四、教学内容及要求第一部分理论教学（45学时）第一章给水排水管道系统概论（一）目的与要求通过学习后，要求学生能够了解给水排水系统的功能和组成，了解并掌握排水管网工程设计的一般步骤和方法，掌握给水排水系统工作原理，提高综合运用所学的理论知识独立分析和解决问题的能力。具备初步的独立设计能力；（二）教学内容第一节给水排水系统的功能和组成第二节给水排水系统工作原理第三节给水排水管道系统的功能和组成第四节给水排水管道系统类型与体制1．主要内容（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（4）给水排水管网系统的功能与特点（5）给水管网系统构成（6）排水管网系统构成（7）给水管网系统类型（8）排水管网系统类型2．基本概念和知识点基本概念：合流制排水系统、分流制排水系统、重力给水、压力给水、水量调节。\n知识点：排水系统工作原理，给水排水管道系统的功能和组成，给水排水系统的流量与压力关系，排水体制及其平面布置，给排水管网系统构成。3．问题与应用思考题：（1）给水排水系统的功能有哪些？举例说明。（2）给水排水系统各部分流量是否相同？若不同，是如何调节的？（3）给水排水管道系统具有哪些功能？其网络有哪些特点？（4）何为排水体制？它们之间有何不同点？能力要求：具有确定给水排水管道系统平面布置的初步能力。（三）实践环节与课后练习结合后面将要进行的管网课程设计，开始布置题目，利用课余时间进行方案考虑。（四）教学方法与手段利用多媒体课件,演示实际工程管道施工的一些图片,以巩固课堂教学效果。 第二章给水排水管网工程规划（一）目的与要求通过学习后，要求学生能够了解给水排水工程规划原则和工作程序；熟悉给水排水工程技术经济分析方法；掌握城市用水量预测计算和给水排水管网系统规划布置原则。（二）教学内容第一节给水排水工程规划原则和工作程序第二节给水排水工程技术经济分析方法第三节城市用水量预测计算第四节给水管网系统规划布置\n第五节排水管网系统规划布置1．主要内容（1）给水排水工程规划原则及工作程序（2）静态年计算费用法、动态年计算费用法（3）用水量及其变化（4）城市用水量预测计算及用水量变化系数（5）给水管网布置原则与形式（6）输水管渠定线（7）给水管网定线（8）排水管网布置原则与形式（9）污水管网布置（10）雨水管渠布置（11）废水综合治理和区域排水系统2．基本概念和知识点基本概念：用水量变化系数、静态年计算费、动态年计算费、管网定线。知识点：城市用水量预测计算，给水管网布置原则与形式，排水管网布置原则与形式。3．问题与应用（能力要求）思考题：（1）为什么城市越小，用水量变化越大？你认为还有哪些因素影响用水量变化系数。（2）给水管网布置的两种基本形式是什么？试比较它们的优缺点。（3）你认为输水管定线时可能遇到的哪些问题？如何处理。（4）为保证安全供水，应采用什么输水方案？\n（5）给水管网规划布置应遵循哪些基本原则？工作程序如何？（6）排水管网布置应遵循哪些原则？（7）排水管网布置的两种基本形式是什么？各适用于那种地形？能力要求：能够进行用水量的预测计算并能够合理布置各种管线。（三）实践环节与课后练习结合后面将要进行的管网课程设计，继续上一章的课后作业，利用课余时间进行城市给水及排水量预测计算，并进行管网初步布置。（四）教学方法与手段利用多媒体课件,演示一些管网设计图纸,以巩固课堂教学效果。 第三章给水排水管网水力学基础（一）目的与要求通过学习后，要求学生能够了解和掌握给水排水管网水流特征，了解管道的水力等效简化和水泵站水力特性；掌握管渠水头损失计算方法；掌握非满流管渠水力计算方法。（二）教学内容第一节给水排水管网水流特征第二节管渠水头损失计算第三节非满流管渠水力计算第四节管道的水力等效简化第五节水泵与泵站水力特性1．主要教学内容（1）流态特征（2）恒定流与非恒定流、均匀流与非均匀流、压力流与重力流\n（3）水流的水头与水头损失（4）沿程水头损失计算、公式的比较与选用（5）局部水头损失计算（6）水头损失公式的指数形式（7）非满流管渠水力计算公式及计算方法（8）串联或并联管道的简化；（9）沿线均匀出流及局部水头损失计算的简化（10）水泵水力特性公式及其参数计算（11）并联泵站水力特性公式2．基本概念和知识点基本概念：恒定流与非恒定流、均匀流与非均匀流、压力流与重力流、水头损失。知识点：管渠水头损失计算，水泵与泵站水力特性。3．问题与应用（能力要求）思考题:（1）在给水排水管网中，沿程水头损失一般与流速的多少次方成正比？为什么？（2）为什么给水排水管网中的水流实际上是非恒定流，而水力计算却按恒定流对待？（3）如果沿程水头损失计算不准确，你认为可能是哪些原因？（4）对于非满流而言，管渠充满度越大过流能力越大吗？为什么？（5）水泵调速工作时，水泵转速不同会影响水泵内阻吗？（6）多台同型号的水泵并联时，工作泵台数是否影响水泵净扬程？能力要求：能够进行管渠水头损失的计算。（三）实践环节与课后练习教材：P.65习题1.、2、3、4、5、6。\n（四）教学方法与手段课堂讲授过程中，采用互动教学手段，结合已经学过的水泵课程，让学生对水头损失曲线的变化进行讨论。 第四章给水排水管网模型（一）目的与要求通过学习后，要求学生能够了解给水排水管网的模型；熟悉管网模型的拓扑特性；初步掌握管网模型的水力特性。（二）教学内容第一节水排水管网的模型化第二节管网模型的拓扑特性第三节管网模型的水力特性第四节：管网模型的矩阵表示1．主要教学内容（1）给水排水管网的简化及抽象（2）给水排水管网模型的标识（3）管网图的基本概念（4）网树（5）节点流量方程（6）管段能量方程（7）恒定流基本方程组及其矩阵表示2．基本概念和知识点基本概念：路径、回路、树、矩阵。知识点：给水排水管网的模型化，管网模型的水力特性，管网模型的矩阵表示\n3．问题与应用（能力要求）思考题：（1）为何要将给水排水管网模型化？通过哪两个步骤进行模型化？（2）模型化的给水排水管网由哪两类元素构成？它们各有何特点和属性？（3）构成生成树的方案时唯一的吗？为什么？能力要求：能够进行给水排水管网的模型化。（三）实践环节与课后练习教材：P.82习题：2、3、4（四）教学方法与手段利用多媒体课件,演示一些管网模型软件,以巩固课堂教学效果。 第五章给水管网水力分析（一）目的与要求通过学习后，要求学生能够了解单定压节点树状管网水力分析和计算方法，掌握解环方程水力分析方法。（二）教学内容第一节给水管网水力分析基础第二节单定压节点树状管网水力分析第三节解环方程水力分析方法第四节解节点方程水力分析方法1．主要教学内容（1）给水管网水力分析的前提（2）恒定流基本方程组的线性变换（3）恒定流方程组求解方法概述\n（4）环能量方程组的线性化（5）环能量方程组求解（6）哈代-克罗斯平差法的改进（7）点流量连续性方程的线性化（8）定流节点流量连续性方程组求解2．基本概念和知识点基本概念：回路能量方程、环能量方程、节点方程。知识点：给水管网水力分析基础，解环方程水力分析方法。3．问题与应用（能力要求）思考题：（1）给水管网水力分析的前提条件有哪些？为什么必须已知至少一个节点的水头？（2）单定压节点树状管网水力分析计算有何特点？为什么说其计算比较简单？（3）为什么说哈代-克罗斯平差法时水力分析的最简单方法？它也是最高效的方法吗？（4）为什么说平差的过程实际上是闭合差在管网中传递且相互抵消的过程？对于解画方程时的闭合差是如此，对于解节点方程时的流量闭合差也是如此吗？能力要求：具有求解环方程水力分析能力。（三）实践环节与课后练习教材：P.115习题：1、2、3。（四）教学方法与手段利用多媒体课件,演示一些管网平差软件,以巩固课堂教学效果。 第六章给水管网工程设计\n（一）目的与要求通过学习后，要求学生进行管网设计用水量计算和调节，掌握设计流量分配和管径设计方法。（二）教学内容第一节设计用水量及其调节计算第二节设计流量分配与管径设计第三节泵站扬程与水塔高度设计第四节管网设计校核1．主要教学内容（1）最高日设计用水量计算1）（2）设计用水量变化及其调节计算（3）节点设计流量分配计算（4）管段设计流量分配计算（5）管段直径设计（6）设计工况水力分析（7）泵站扬程设计（8）水塔高度设计（9）管网设计时大3种情况校核2．基本概念和知识点基本概念：最高日用水量、扬程、用水量变化曲线、流量分配、设计工况、水塔高度、管网校核、定压节点、定流节点。知识点：设计用水量及其调节流量计算，设计流量分配与管径设计。3．问题与应用（能力要求）思考题：\n（1）影响用水量的因素有哪些？（2）设计时为什么要分析用水量的变化？在设计时段内实际用水量是否保持不变？为什么在计算时不考虑1小时时段内的流量变化？（3）你认为要使节点设计流量分配比较合理，需要注意哪些问题？（4）管段流量分配的目的是什么？树状管网管段流量分配与环状管网管段流量分配有何异同？后者分配时要考虑哪些原则？能力要求：具有管网管段流量计算及合理选择管段管径的能力。（三）实践环节与课后练习教材：P.144习题：1、2、3、4、5。（四）教学方法与手段以课堂教学为主，通过播放多媒体课件，增加学生对管网工程设计所内容的认识，其中可以穿插一些讨论方式，让学生上网去收集一些相关资料，提高知识的新颖度。第七章给水管网优化设计（一）目的与要求通过学习后，要求学生能够了解给水管网优化设计的数学模型和近视优化计算法；掌握已定设计流量下的管网优化计算方法；掌握输水管线优化设计计算方法。（二）教学内容第一节给水管网优化设计数学模型第二节环状网管段设计流量分配的近似优化第三节已定设计流量下的管网优化就算第四节输水管线优化设计计算第五节近似优化计算1．主要教学内容（1）目标函数的组成\n（2）管网造价及泵站年运行电费计算（3）给水管网优化设计数学模型（4）管段设计流量分配近似优化计算（5）已定设计流量下的管网优化计算（6）不设泵站管网节点水头优化（7）设置泵站管网节点水头优化（8）管段设计流量的近似优化分配（9）管段虚流量的近似分配（10）输水管经济流速及管径标准化2．基本概念和知识点基本概念：虚流量、经济流速、优化计算、经济流速、标准管径、凸规划。知识点：已定设计流量下的管网优化计算，输水管线优化设计计算，环状网管段设计流量分配的近似优化，近似优化计算。3．问题与应用（能力要求）思考题：（1）优化设计数学模型中认为每条管段上都设有泵站，这样做的目的是什么？（2）为什么说管段虚流量对管径的影响没有实际设计流量影响大？请用其计算公式说明。（3）试分析优化设计计算的节点虚流量平差算法与水力分析计算的节点流量平差算法的异同。（4）管网中的虚流量是如何分配的？能力要求：能够进行已定设计流量下的管网优化计算。（三）实践环节与课后练习教材：P.174习题：3、4。\n（四）教学方法与手段以课堂教学为主，通过习题课演示，让学生参与讨论，增加对管网优化计算的认识。第八章给水管网运行调度与水质控制（一）目的与要求通过学习后，要求学生能够了解给水管网调度SCADA系统；掌握用水量预测方法；熟练掌握给水管网水质控制技术。（二）教学内容第一节给水管网运行调度任务与系统组成第二节给水管网调度SCADA系统第三节用水量预测（在第二章第三节已经讲授过）第四节给水管网优化调度数学方法第五节给水管网水质控制第六节给水管网水流停留时间和水质安全评价1．主要教学内容（1）给水管网运行调度任务及调度系统组成（2）给水管网调度SCADA组成、技术基础及建设程序（3）调度时段用水量预测（4）给水管网优化调度数学模型及优化调度计算（5）给水管网水质变化影响因素（6）给水管网水质数学模型（7）给水管网水质数学模型校正（8）给水管网“水龄”计算（9）给水管网水质安全性评价\n2．基本概念和知识点基本概念：运行调度、SCADA、“水龄”、水质安全性评价。知识点：管网优化调度计算，给水管网水质控制，给水管网水流停留时间和水质安全评价。3．问题与应用（能力要求）思考题：（1）你认为计算机和信息技术能够从哪些方面帮助更好地完成给水管网调度任务？（2）你认为如何才能提高用水量预测的精度？（3）你认为在目前的技术条件下，缩短调度时段主要是受检测与通讯技术的制约吗？能力要求：能够进行管网优化调度计算及给水管网水质控制。（三）实践环节与课后练习考虑安排一次参观水厂管网调度控制室或观看录象。（四）教学方法与手段以课堂教学为主，通过参观，增加学生对管网优化调度的认识。第九章污水管网设计与计算（一）目的与要求通过学习后，要求学生能够了解污水设计流量计算；熟悉污水管道设计参数；掌握污水管段设计流量计算和管网水力计算方法，掌握管道平面图和剖面图的绘制要求。（二）教学内容第一节污水设计流量计算第二节管段设计流量计算第三节污水管道设计参数第四节污水管网水力计算\n第五节绘制管道平面图和纵剖面图1．主要教学内容（1）污水量定额及变化（2）污水设计流量计算（3）节点设计流量计算（4）管段设计流量计算（5）设计充满度、设计流速、最小管径、最小设计坡度、（6）污水管道埋设深度及污水管道的衔接2．基本概念和知识点基本概念：设计充满度、设计流速、最小管径、最小设计坡度、管道埋设深度。知识点：污水设计流量计算，管段设计流量计算，污水管网水力计算。3．问题与应用（能力要求）思考题：（1）为什么在污水管道设计时，管道底坡与水力坡度是等同的？（2）污水管道的起点埋深如何确定？在没有确定管径前，起点埋深就一定可以确定吗？（3）污水管网中管段是如何划分的？何谓本段流量？（4）在污水管道的衔接方法中，哪种方法在什么情况下回使下游管段埋深加大？能力要求：能够进行污水管段设计流量的计算以及绘制管道平面图及纵剖面图。（三）实践环节与课后练习教材：P.224习题2、3。（四）教学方法与手段以课堂教学为主，通过习题课演示、播放图片等方式，让学生参与讨论，增加对污水管网计算的认识。\n第十章雨水管网设计与计算（一）目的与要求通过学习后，要求学生能够了解和熟悉雨量分析与暴雨强度公式；掌握雨水管网设计流量计算方法，合理选择雨水管径。（二）教学内容第一节雨量分析与暴雨强度计算第二节雨水管网设计流量计算第三节雨水管网设计与计算第四节雨水径流调节第五节排洪构设计与计算第六节合流制管网设计与计算1．主要教学内容（1）雨量分析、暴雨强度公式、雨水汇水面积（2）地面径流与径流系数（3）断面集水时间与折减系数（4）雨水管网设计流量计算（5）雨水管网平面布置特点（6）雨水管网设计步骤（7）雨水管渠设计参数（8）雨水管渠断面设计（9）洪水设计流量计算（10）排洪构设计要点（11）合流制管网的使用条件和布置特点（12）合流制排水管网设计流量\n（13）合流制排水管网的水力计算要点（14）城市旧合流制排水管网的改造2．基本概念和知识点基本概念：汇水面积、地面径流、集水时间、折减系数、断面集水时间、排洪构、管网的改造。知识点：雨水管网设计流量计算，雨水管网设计与计算，排洪构设计与计算。3．问题与应用（能力要求）思考题：（1）为什么污水管道的设计流量在没有确定管径前可以计算出来，而雨水管道不能？（2）下游雨水管道的设计流量可能比上游管道小吗？为什么?如果出现这种情况怎么办？（3）为什么雨水和合流制排水管网的管渠要按满流设计？能力要求：具有进行雨水管网设计的能力。（三）实践环节与课后练习教材：P.255习题：1、2、3、4。（四）教学方法与手段以课堂教学为主，通过习题课演示、播放图片等方式，让学生参与讨论，增加对雨水管网计算的认识。第十一章给水排水管道材料和附件（一）目的与要求通过学习后，要求学生能够熟悉给水管道材料，熟悉给水管网附件及使用场合，熟悉给水管网附属构筑物特点及其功能。（二）教学内容第一节给水排水管道材料\n第二节给水管网附件第三节给水管网附属构筑物1．主要教学内容（1）给水管道材料及附件（2）排水管道材料及检查井2．基本概念和知识点基本概念：承插式、法兰式、本章重点：各种给水阀门的使用场合，管道排水的连接方式，阀门井的设置、检查井的尺寸确定。3．问题与应用（能力要求）思考题：（1）铸铁管有哪些主要配件？在何种情况下使用？（2）下部面积小，上部面积大的排水沟渠有何优点？什么情况下使用？（3）哪些情况下管道安装要设支墩？应放在哪些部位？（4）管网什么地方需要设置排气阀和泄水阀？（5）水塔和水池应设置哪些管道？能力要求：熟悉给水排水管道的各种材料及配件的使用场合。（三）实践环节与课后练习播放教学录象，增加感性认识。（四）教学方法与手段以课堂教学为主，通过播放图片等方式，让学生增加对给水排水管道的各种材料及配件的使用场合的认识。第十二章给水排水管网管理与维护（一）目的与要求\n通过学习后，要求学生能够了解给水排水管网档案管理和排水管道的养护方法；熟悉给水管网监测与检漏措施和做法；掌握管道防腐蚀和修复的基本方法。（二）教学内容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第三节管道防腐蚀和修复第四节排水管道的养护1．主要教学内容（1）技术资料管理（2）给水排水管网地理信息系统（3）管网水压和流量测定（4）检漏（5）管道防腐蚀、清垢和涂料（6）管道管渠清通和修复（7）排水管道渗漏检测2．基本概念和知识点基本概念：地理信息系统、检漏、清垢、涂料。知识点：给水管网监测与检漏，管道防腐蚀和修复，管道检漏及抢修。3．问题与应用思考题：（1）为了管理管网，平时应该积累哪些技术资料？（2）何为GIS，它有哪些功能？其主要优点是什么？（3）如何发现管网漏水部位？常用仪表和方法有哪些？能力要求：熟练掌握给水管网监测与检漏。\n（三）实践环节与课后练习播放教学录象，增加感性认识。（四）教学方法与手段以课堂教学为主，通过播放图片等方式，让学生增加对给水排水管理与维护的认识。五、各教学环节学时分配教学环节教学时数 课程内容讲 课习题课讨论课实验其他教学环节小 计第一章给水排水管道系统概论2    2第二章给水排水管网工程规划2    2第三章给水排水管网水力学基础31   4第四章给水排水管网模型2    2第五章给水管网水力分析4    4第六章给水管网工程设计411  6第七章给水管网优化设计41   5第八章给水管网运行调度与水质控制2    2第九章污水管网设计与计算411 参观39第十章雨水管网设计与计算41   5第十一章给水排水管道材料和附件2    2第十二章给水排水管网管理与维护2    2合计3552 345\n六、参考书（1）杜茂安，韩洪军主编.水源工程与管道系统设计计算.普通高等教育“十五”国家级规划教材.北京：中国建筑工业出版社,2006.3。（2）严煦世、范瑾初主编.给水工程（第四版）.普通高等教育“九五”国家级规划教材.北京：中国建筑工业出版社，2000。（3）孙慧修主编.排水工程（第四版）上册.北京：中国建筑工业出版社，1999.12。