江 西 理 工 大 学
本 科 毕 业 设 计（论文）开 题 报 告
XXXX学院 XXXX专业 XX级（XX届 ） 班 学生
题目：C县某镇给水管道系统与净水工程设计开题报告
专题题目：污水处理
第一章 本课题来源及研究现状
1.1课题来源
1.1.1地理位置
C县某镇位于江西省赣州市C县县西部，距县城46公里，距江西与湖南交界处40公里，国土面积65平方公里（其中耕地1.1万亩，山地6.1万亩，水域0.24万亩），总人口3.02万。辖9个行政村，1个居委会，253个村民小组。现有党支部21个，党员620人。全镇工农业总产值0.8亿元，财政收入846万元，城镇规划区人口5000多人。
1.1.2河流水文
主干河云水河是C县江最大的支流，发源于五指峰，全长50多公里，集雨面积560多平方公里，多年平均流量为21立方米/秒，自西北向东南贯穿镇区注入C县江水库。
1.1.3气候气象
项目所在区域属亚热带季风湿润气候区。年均气温19.3℃，极端最高温度为41.2℃，极端最低温度为-6.0℃；年均降水量1466 mm，4-6月份降雨量占全年的45%-55%，7-9月份的降雨量占全年的25%，上游多为高山区，汛期山洪频发；年均无霜期286日；常年主导风向为北风，年平均风速为1.9 m/s，最大风速18 m/s。
1.1.4社会经历概况
该镇距C县县城46公里。连接105国道和106国道的上三线县道穿镇而过，新建国防公路从镇区北部通过，经五指峰景区直通湖南省桂东县，区位和交通条件优越。全镇土地面积65平方公里，辖9个行政村，255个村民小组，1个居委会，总户数为8519户，总人口30018人，现状城镇人口1.1万。
目前，此圩镇建设面积达1.5平方公里，并以每年0.2平方公里的速度递增，圩镇人口近万人，综合市场、农贸市场、专业市场等交易场所功能齐全，现已形成每天客运16趟次、物流吞吐量90余吨的运输市场，以及有三家大型超市、800余家商铺入户的庞大消费市场，工商业发展迅速；建成有龙下2000亩雾毫茶基地，无公害大棚蔬菜、生态养猪、新兴产业甜叶菊等也实现了规模开发经营，农业发展抛头强劲。
1.2研究现状
1.2.1工程建设必要性
（1）用水现状
圩镇大部分房屋建筑控制在六层，并且大部分房屋内有给排水卫生设备和淋浴设备。
圩镇内有一家工业企业，工业用水量3000m3/d，其用水及其他情况详见表1-1。
表1-1 工业企业近期规划资料
圩镇内有一所小学与一所中校，小学在校师生人数2100人，中学在校师生人数2400人。
绿化A=15000m2
道路A=90000m2
补充说明：
①圩镇总人口数不包括厂区内工人村人数和学校人数；
②工业企业每小时耗用生产用水量相同；
③工业企业中职工上班每小时生活用水（包括淋浴用水）量按相同考虑（每班第2小时开始用水，淋浴发生在下班后一小时）；
④企业1之外的城区生活用水量（包括居民和公共建筑用水量，但不包括绿化、浇洒道路等用水量），变化如表3所示。为计算简便，假设各企业内工人村生活用水量变化和城区内生活用水量变化相同；
⑤城市生活污水和工业废水经适当处理后排入水体下游。河流水量充足，能作给水水源，水厂位置如平面图所示；
⑥地下水离地面5米；
⑦其他资料见平面图。
表1-2 最高日用水量变化(%)
（2）给水现状
该镇城区现有日供水3000吨地表水厂一座，取水云水河上游去往五指峰方向约1公里处，用水普及率达70%，供水管网主要覆盖镇中心区，部分企业、学校、居民有自备井。
由于生产能力不足，干管布局不合理，管网老化，漏损严重，建设和运营年代久远，设计建设水平落后，缺乏系统性的规划，随着城镇建设的不断扩张，现有供水设施已远不能适应当前城镇建设快速发展的需要，城镇自来水覆盖范围小，用水高峰期水压和水量明显不足。
（3）经济社会发展的要求
随着经济、社会、环境的协调发展和城镇化进程的加快，从事农业生产的人员将越来越少，农村的富余劳力及与之相关的人员必将向城镇转移，导致中心行政村人口的快速增长，这对与之相适应的基础配套设施提出了新的要求。作为人们必须的供水设施，自然就在优先考虑之列。
（4）人们生产生活所必须
随着经济发展，电器化逐渐普及和农村种养规模不断扩大。用水需求不断增大和供水规模的限制造成了主要矛盾。获得饮水安全是人类的基本需求和基本人权。只有统筹城乡经济社会发展，加快农村城镇化进程；加强农村基础设施，建设现代化农业，才能使农业和农村逐步实现现代化，农民才能过上小康的日子。
（5）发展工业所必须
随着工业发展，用水需求矛盾日益突出。无法满足当地生产、生活发展的用水需求。
1.2.2工程建设可行性
建立和完善C县某镇给水管网是C县某镇基础设施建设的重要任务之一，是镇域建设的重要组成部分。
项目建设和运行对国民经济贡献巨大，社会效益显著。通过建立设计合理、功能完善的给水体系，将大大加快城区的发展进程，促进镇域经济的迅速发展，项目实施具有重要的现实和长远意义。通过给水配套管网的建设，为创造优良的饮用水卫生水平打下坚实基础，并带动关联产业发展，进一步健全投资环境，项目社会效益和间接经济效益十分可观。
根据对五指峰的水源论证，其水源水量、水质完全能满足的用水需求。
经分析表明，本项目的建设是城市发展的必然需求，经济和社会效益前景可观，项目单位功能投资和运营成本处于较低水平，具有可行性。
第二章 课题研究目标、内容、方法和手段
2.1课题研究目标
解决该乡镇自来水安全饮用问题，使乡镇居民都能喝上安全、纯净的自来水。
2.2课题研究内容
2.2.1需水量预测
现状人口规模达1.1万人,《C县城市总体规划修编》（20##—2020）中县域城镇体系规划篇确定该镇“规划到20##年，城镇人口发展到1.5万人左右，人均城市建设用地达到90.0平方米左右，城市建成区用地规模达到1.3平方公里”。
规划镇区自来水人均综合用水量近期取200 L/(人.d)，则镇区近期最高日用水量8000m3/d ，日变化系数取为1.46。
2.2.2水厂规划
规划在云水河上游去往五指峰方向约1 km处建设一自来水厂，本规划区由该自来水厂统一供水。原饮用水水池仍使用。还需兴建一座5000吨的水厂。
2.2.3管网布置
给水主干管沿云水大道、营河大道、军田大道、滨河路、营前二路、内环路、滨河南路敷设，形成环状与枝状，以提高供水均匀性。给水干管管径为DN200~DN400，配水管管径为DN100~DN200，管材采用PVC管。为满足供水安全及消防要求，区内给水管网以环状为主，最小管径为100 mm。给水管敷设在道路东南侧人行道或者非机动车道下，最小覆土0.7 m。
方案比较，见图2-1
图2-1 给水方案
表2-1 管网定线方案比较
综合各方面因素，选用方案一
2.3.工程取水方案
本工程取水水源为地表水，根据《镇（乡）村给水工程技术规程》（CJJ 123-2008）地表水取水构筑物形式应结合当地实际情况，通过技术经济比较确定。对取水点多次现场踏勘发现，取云水河上游去往五指峰方向约1公里处水作为水源。取水方式采用重力流取水。
2.4工程解决手段
2.4.1输水工程设计
浑水输水管敷设方法与原则
（1）沿现有道路或规划道路；
（2）尽量缩短输水距离；
（3）输水方式的选择，往往受当地自然条件，特别是天然水源条件的制约。当水源高于供水区时，采用重力输水方式；否则均为压力输水。在水源水质好且水量充沛的情况下，一般优先考虑重力输水；
（4）尽可能避开障碍物和工程地质条件不良地区；
（5）减少占地和拆迁，少占农田，尽可能不占良田；
（6）便于施工、运行、维护；
(7)在管道凸起点，应设自动进（排）气阀；长距离无凸起点的管段，每隔一定距离亦应设自动进（排）气阀；
(8)在管道低凹处，应设排空阀；
(9)重力流输水管道，地形高差超过50m并有富余水头时，应在适当位置设减压设施；
(10)输水管线的条数，应根据给水系统的重要性、输水量的大小等因素，全面考虑确定。当允许间断供水或水源不止一个时，可设一条输水管线；当不允许间断供水时，应设两条。
无论是采用重力输水，还是压力输水，连接管的条数对输水管工作情况的影响都很大，设置连接管，可保证输水系统的可靠性，输水管设置连接管后，必须在连接管和输水管的交接处设置阀门。即在被连接管分隔的输水管段的两端设置阀门，在连接管的两端设置阀门，每设置一个连接管，则增加3个阀门。
2.4.2净水工程方案
（1）工艺流程
本供水工程三个水厂根据水源水质水量情况，参照相似条件下水厂的运行经验，结合当地条件，通过技术经济比较确定自来水厂工艺流程为：
原水→絮凝→沉淀→过滤→消毒→管网→用户
（2）净水构筑物的选择
1）混合
混合是整个絮凝过程的重要环节，目的在于使投入水中的混凝剂能迅速而均匀的扩散水体，使水中的胶体脱稳，提高凝聚效果。目前在各个类型水厂中主要以管式混合、机械混合为主。本工程推荐采用混合效果好的管式混合器。
2）絮凝反应池
常用絮凝池主要有三大类：第一类为依靠水流紊动促使微絮凝体相互碰撞聚集成絮凝体，如各种类型的隔板反应、折板反应、机械搅拌反应、漩流反应和涡流反应器；第二类为依靠悬浮层接触絮凝，即主要依靠上向水流使成熟絮凝体处于悬浮状态，而微絮凝体通过悬浮层时产生接触碰撞絮凝，如各种类型悬浮澄清池；第三类为利用多孔固体介质接触絮凝，如各种接触滤池。
经验表明，各种水力絮凝形式中，穿孔旋流絮凝效果较好，具有絮凝时间短、药耗低、管理方便、排泥简单、洗池容易、絮凝过程一目了然等优点。
综上所述，本工程建议采用高效的网格絮凝池
3）沉淀
沉淀或气浮的目的是去除水中悬浮物，使出水达到待滤水的水质要求。
①平流沉淀池
目前沉淀池国内应用较多的主要有斜管沉淀池和平流沉淀池。沉淀池的池型选择与原水水质和处理规模密切相关。平流沉淀池是全国大中型水厂最推荐的池型，构造简单，处理效果好，矾耗低，对水量和水质变化的适应性好，运行管理方便。对大型工程而言，平流沉淀池的综合造价较斜管沉淀池低，其缺点是占地面积较大。
②斜管沉淀池
斜管沉淀池沉淀效率高，池体小，占地少，宜用于各种规模水厂。但其对原水浊度适应性较平流池差，由于使用塑料管，存在老化问题，使用8～10年后须更换；此外，因斜管沉淀池停留时间短，要求配套的絮凝池亦具有良好的效果。
综上所述，采用斜管沉淀池
4）过滤
表2-2 各种滤池优、缺点比较表
综上所述，采用重力式无阀滤池
2.4.3配水工程设计
给水管网的布置形式基本上分为两种:树枝状网和环状网。
（1）树枝状管网
树枝状管网的干管与支管的布置犹如树干与树枝的形态。其主要优点是管材省、投资少、构造简单;缺点是供水可靠性较差，一处损坏则下游各段全部断水，同时各支管尽端易造成“死水”区，在用水低峰管道内水的停留时间较长，水质会恶化。
这种管网布置形式适用于地形狭长、用水量不大、用户分散的地区，或在建设初期采用，后期再按发展形成环状网。
（2）环状管网
环状管网指供水干管之问都山另外方向的管道互相连通起来，形成许多闭合的环。这样每条管都可以由两个方向来水，因此供水安全可靠。但环网的管线较长，投资较大。一般在大中城市给水系统或供水要求较高时，或者对于不能停水的管网，均应采用环状管网。
本工程采用环状管网
第三章 主要参考文献和书目
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[10]上海市政工程设计研究院主编.给排水设计手册.第3册.城镇给水 第二版.中国建筑工业出版社.2000.
[11]中国市政工程西北研究所主编.给排水设计手册.第10册.技术经济 第二版.中国建筑工业出版社.2000.
[13]给排水设计手册.第11册.常用设备 第二版.中国建筑工业出版社.2000.
指导教师审核意见：
指导教师（签字）： 20## 年 月 日
注：本表可自主延伸
第二篇：恒压供水控制系统设计 开题报告
华东交通大学理工学院
本科生毕业设计（论文）开题报告
题 目： 恒压供水控制系统设计
分 院： 机电分院
专 业： 机械设计制造及其自动化
班 级： 07机制3班
学 号：
姓 名：
指导教师：
填表日期： 20## 年 3 月 2 日
一、选题的依据及意义：
依据：我国长期以来在市政供水、高层建筑供水、工业生产循环供水等方面技术一直比较落后，工业自动化程度低。主要表现在用水高峰期，水的供给量常常低于需求量，出现水压降低供不应求的现象;而在用水低峰期，水的供给量常常高于需求量，出现水压升高供过于求的情况，此时会造成能量的浪费，同时还有可能造成水管爆裂和用水设备的损坏。传统调节供水压力的方式，多采用频繁启/停电机控制和水塔二次供水调节的方式，前者产生大量能耗的，而且对电网中其他负荷造成影响，设备不断启停会影响设备寿命;后者则需要大量的占地与投资。且由于是二次供水，不能保证供水质的安全与可靠性。而恒压供水系统的运行十分稳定可靠，没有频繁的启动现象，启动方式为软启动，设备运行十分平稳，避免了电气、机械冲击，也没有水塔供水所带来的二次污染的危险。
意义：恒压供水系统对于某些工业或特殊用户是非常重要的。例如在某些生产过程中，若自来水供水因故压力不足或短时断水，可能影响产品质量，严重时使产品报废和设备损坏。又如发生火灾时，若供水压力不足或或无水供应，不能迅速灭火，可能引起重大经济损失和人员伤亡。而且恒压供水系统具有供水安全、节约能源、节省钢材、节省占地、节省投资、调节能力大、运行稳定可靠的优势，具有广阔的应用前景和明显的经济效益与社会效益。所以，某些用水区采用恒压供水系统，具有较大的经济和社会意义。
二、国内外研究现状及发展趋势（含文献综述）：
恒压供水是在变频调速技术的发展之后逐渐发展起来的。在早期，由于国外生产的变频器的功能主要限定在频率控制、升降速控制、正反转控制、起制动控制、压频比控制及各种保护功能。应用在变频恒压供水系统中，变频器仅作为执行机构，为了满足供水量大小需求不同时，保证管网压力恒定，需在变频器外部提供压力控制器和压力传感器，对压力进行闭环控制。
从查阅的资料的情况来看，国外的恒压供水工程在设计时都采用一台变频器只带一台水泵机组的方式，几乎没有用一台变频器拖动多台水泵机组运行的情况，因而投资成本高。随着变频技术的发展和变频恒压供水系统的稳定性、可靠性以及自动化程度高等方面的优点以及显著的节能效果被大家发现和认可后，国外许多生产变频器的厂家开始重视并推出具有恒压供水功能的变频器，像日本SAMC公司，就推出了恒压供水基板，备有“变频泵固定方式”，“变频泵循环方式”两种模式。它将PID调节器和PLC可编程控制器等硬件集成在变频器控制基板上，通过设置指令代码实现PLC和PID等电控系统的功能，只要搭载配套的恒压供水单元，便可直接控制多个内置的电磁接触器工作，可构成最多7台电机(泵)的供水系统。这类设备虽微化了电路结构，降低了设备成本，但其输出接口的扩展功能缺乏灵活性，系统的动态性能和稳定性不高，与别的监控系统(如BA系统)和组态软件难以实现数据通信，并且限制了带负载的容量，因此在实际使用时其范围将会受到限制。
目前国内有不少公司在做变频恒压供水的工程，大多采用国外的变频器控制水泵的转速，水管管网压力的闭环调节及多台水泵的循环控制，有的采用可编程控制器(PLC)及相应的软件予以实现;有的采用单片机及相应的软件予以实现。但在系统的动态性能、稳定性能、抗扰性能以及开放性等多方面的综合技术指标来说，还远远没能达到所有用户的要求。艾默生电气公司和成都希望集团(森兰变频器)也推出恒压供水专用变频器(5.5kW-22kW)，无需外接PLC和PID调节器，可完成最多4台水泵的循环切换、定时起、停和定时循环。该变频器将压力闭环调节与循环逻辑控制功能集成在变频器内部实现，但其输出接口限制了带负载容量，同时操作不方便且不具有数据通信功能，因此只适用于小容量，控制要求不高的供水场所。
变频供水系统目前正在向集成化、维护操作简单化方向发展,在国内外，专门针对供水的变频器集成化越来越高，很多专用供水变频器集成了PLC 或PID，甚至将压力传感器也融入变频组件。同时维护操作也越来越简明显偏高，维护成本也高于国内产品。
目前国内有不少公司在从事进行变频恒压供水的研制推广，国产变频器主要采用进口元件组装或直接进口国外变频器，结合PLC 或PID调节器实现恒压供水，在小容量、控制要求的变频供水领域，国产变频器发展较快，并以其成本低廉的优势占领了相当部分小容量变频恒压供水市场。目前在国内外变频调速恒压供水控制系统的研究设计中，对于能适应不同的用水场合，结合现代控制技术、网络和通讯技术同时兼顾系统的电磁兼容性(EMC)，的变频恒压供水系统的水压闭环控制研究得不够。因此，有待于进一步研究改善变频恒压供水系统的性能，使其能被更好的应用于生活、生产实践。
三、本课题研究内容
1、 能够稳定提供8层楼房居民用水
2、 当供水泵低于一定压力时报警
3、 设计出供水泵到各楼层之间的检测和调节系统
4、 设计出恒压控制系统各组成部分
四、本课题研究方案
1、 功能及任务选取 这个设计的功能就是通过设计出的供水泵到各楼层之间的检测和调节系统以及恒压控制系统的各组成部分实现供水泵低于一定压力是报警的功能。最终任务就是能够稳定提供8层楼房居民正常用水。
2、 硬件 包括报警器（可以采用声音报警等）、压力传感器（检测元件的精度直接影响系统的控制质量。通常可以选用各种压力传感器检测管网压力。传统的压力传感器有利用弹性元件的，如电感压力传感器、电容压力传感器等。）、供水泵、电动机以及控制器。
3、 软件 可使用可编程控制器（PLC）对本控制系统进行编辑程序，实现对各硬件系统的控制与协调，实现所要求目标。
4、 通过所选的硬件和软件构造一个实用供水系统，达到低压及时报警和能够稳定提供8层楼房居民正常用水的目的。
五、研究目标、主要特色及工作进度：
研究目标：
通过设计出恒压控制系统各组成部分和供水泵到各楼层之间的检测和调节系统，实现当供水泵低于一定压力时报警，同时能够稳定提供8层楼房居民用水目的。
工作进度：
第1周至第2周 查阅相关资料 撰写开题报告
内容包括通过查阅图书和参考文献找出选题的依据和意义，查询国内外供水系统技术和控制技术的发展以及趋势，明确本课题的研究内容，设计出本课题的研究方案，再次明确研究目标和安排课题研究的进度
第3周至第5周撰写设计大纲
包括绪论 、摘要 、系统概述、系统设计可行性分析实现、控制系统、恒压供水系统等在内的各个组成部分
第7周至第9周设计电路和控制原理
通过参考资料设计出所需电路图，选择控制器，叙述控制器原理，绘出控制原理图等。
六、参考文献：
[1]王永华.现代电气控制及PLC应用技术·北京：北京航空航天大学出版社，20##年
[2]张万忠.可编程控制器入门与应用实例·北京：中国电力出版社，20##年
[3]周万珍、高鸿斌.PLC分析与设计应用·北京：电子工业出版社，20##年
[4]程周.可编程控制器原理与应用·北京：高等教育出版社20##年
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[10] 李关飞.变频器在恒压供水控制系统中的应用 变频器世界 20##年3月
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[12] 孔亮.基于PLC的变频器-拖四供水控制系统应用 可编程控制器与工厂自动化20##年10月
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[15] 陈新恩.变频调速恒压供水系统中的PID控制研究机床电器20##年
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七、指导老师意见：