1、附件B：畢業設計（論文）開題報告1、課題的目的及意義（含國內外的研究現狀分析或設計方案比較、選型分析等）課題目的隨著給水事業的飛速發展，給水廠及配套管網設計工作的重要性日漸凸顯，設計步驟的規范化建設和設計方法的創新性研究勢在必行。近年來，許多研究人員對給水工程的設計方法及技巧進行了多方面的研究探索，摸索出一些新的設計方法、開發出許多計算軟件，取得了一定的進展。因此本次畢業設計旨在通過獨立完成給水工程的設計計算及圖紙繪制等工作達到以下目的：（1）掌握城鎮給水處理廠及給水管網設計基本步驟，復習消化所學課程內容；（2）掌握給水處理廠各處理構筑物形式的選擇方法與工藝設計計算方法，給水處理廠平面布置與高

2、程設計的原則和方法，具備足夠的獨立設計能力；（3）掌握專業軟件及手繪設計與制圖的基本技能；（4）提高綜合運用所學理論知識、獨立分析和解決實際工程問題的能力。課題意義給水工程是為滿足城鄉居民及工業生產等用水需要的各項構筑物和輸配水管網組成的系統，包括取水構筑物、水處理構筑物、泵站、輸配水管渠及管網及調節構筑物五部分。其任務是自選定的水源取水，按照用戶對水質的需求對原水進行處理，將處理達標后的水量提升到要求的高度和供水壓力，最終將清水輸送至各用水點，以滿足國民經濟及社會發展的需要，部分多余的水量進入調節構筑物，以達到貯水和調節水量的目的。凈水廠是給水工程的核心部分，是控制、凈化水質的關鍵部位。其設

3、計內容包括處理工藝流程選擇、構筑物選型、運行參數選用、操作管理、監控水平確定及水廠總體布置等方面。通常情況下，給水管網在給水工程建設中所占投資較大，約占總投資的60唳80%昔誤！未找到引用源。，通過系統的合理設計及運行管理，可以有效節約工程投資，提高企業經濟效益和現代化科學技術水平。但值得一提的是，給水管網設計中涉及到的影響因素較多，如何最優地確定設計參數，使系統在滿足用戶要求的前提下，達到投資及運行費用最省是給水管網設計及管理人員所面臨的實際問題。本選題系重慶市某縣城供水工程設計，工程內容充實全面，難度適中，專業覆蓋面廣。通過本選題畢業設計，可進一步掌握給水系統方案選擇、流程組合，給水工程全

4、面系統的設計方法、表達方式等內容，對專業課程進行系統的實踐訓練。為將來從事本專業的工程設計、科研及運行管理等工作奠定堅實的基礎。國內外研究現狀分析國內研究現狀分析隨著社會的經濟技術的快速發展，我們國家的給水事業也有一定的發展，但是，多年來，我們只重視水廠建設和提高供水普及率，忽視了給水管網的科學管理、合理布局，使得管網處于無序發展狀態，導致管網缺口大、投資少、欠帳多，進而使我國城市管網壓力不平衡、事故發生率高、漏失嚴重、電耗多、“二次污染”嚴重以及產銷差異大1。即是一下三點。對于現行的給水管網提出了新的挑戰，用戶對供水安全性的要求提高，供水效益亟待提高，管網運行要求管網布局合理2。對于目前的給

5、水管網的問題，有兩種方式解決。城市管網的建模和進行分區都是目前有效的方式。第一種，城市管網的建模，有一下幾點理由：給水管網建模的可行，隨著遙測遠傳設備價格的下降，SCAD照統和優化調度系統和GPSGIS、MIS及OA等系統走向成熟，大型系統的控制和管理水平也有所提高；優化技術、模擬技術與計算機技術的發展，為模擬大型的動態變化的給水管網系統提供了條件3.國家政策支持，我國政府十分重視城市基礎設施建設。“十二五”期間對水務的總投資將超過19000億元。可以有效的建立給水管網的星系系統，如電子地圖維護管理、管網基礎資料維護管理、管網的查詢、統計、計算和分析、優化調度、管網的規劃設計、管網故障分析與處

6、理、歷史資料管理、系統維護管理、辦公自動化管理4。可以分析給水管網的供水、流向和爆管和關閥等情況，還可以進行動態調度的模擬2。與此同時對于管網模型的建立還存在一些挑戰3:模型的動態模擬缺乏長效性：由于我國城市發展迅速給水管網不斷擴展用水量布局不斷變化，管網的拓撲結構、節點流量不斷更新。而目前所建的模型還不能適應主要參數不斷變化的狀態模型的動態模擬缺乏長效性對其推廣應用造成一定影響模型指導城市供求區塊化亟待研究：隨著城市的擴張，供水范圍增加，必然要實行區塊化供水，實行區塊化供水是降低電耗、降低漏耗、提高供水效益的重要途徑，這已被國內外少數城市的實踐所驗證。對于如何使用給水管網模型指導城市供水區塊

7、化的問題.還需進行深入研究。管網水質分析的復雜性：我圍建設部對36個重點城市的調查發現。從管網到水龍頭的水質合格率降低了10。目前對管網水質的分析及事故追蹤還未得到很好的解決管網水力水質模型是水力模型的延伸。這是一個非常復雜的課題.也未得到較好的解決。利用GIS技術對城市給排水管網進行管理，在國內正處于起步及開始快速發展階段，北京、廣州、深圳、中山、清遠、福州等城市已使用該類信息系統進行管理。第二種，對管網進行分區。要保證對于山地城市的管網的合理建造和安全運行，都是很大的挑戰，山地城市依山而建，山地城市因山地地貌特征，用地緊張，人口密度較高，氣候水文條件特殊等原因。6山地城市給水管網與平原城市

8、有較大的區別，首先是高差大，管網整體耗能，低區管道壓力大，易爆管，其次管網延伸很長，可靠性低，相對于平原城市，基建投資大。為了更合理的布置山地城市，很多學者也對城市管網的布置發表了自己的看法，有的學者根據自己的經驗，7談到，山地城市有適宜重力流輸水的條件，充分利用水高位差，選擇最短的路線，若重力輸水管線地形高差較大時，應在適當位置跌水井或減壓閥；如需要加壓輸水時，當水源和給水區高差很大時，可將壓力輸水管分成幾級，每級有單獨的泵站，組成多級輸水系統，至于加壓泵站的位置、增壓方式和增壓級數，應通過技術經濟比較確定。對于山地城市的管網分區的經濟比選，王圃，楊其文等8建立了分區優化的模型，分區供水優化

9、模型的目標式是管網造價年折算值、二泵站年平均動力費用、中途加壓泵站年動力費用、中途加壓泵站的設備投資費用和土建投資費用之和的最小值，模型的約束條件是水力約束條件，水源力量約束，節點的壓力約束、中途加壓泵站揚程非負約束和管徑規格要求約束。學者對模型進行分析，發現需要解決的兩個問題是管網參數(Dij，Hi)優化問題和泵站揚程(Z,H)優化問題，計算方法采用分層協調求解算法7。對于分區，除了一般概念的管網并聯和串聯分區之外，還有一種新概念的分區，是將現有的管網系統改造成若干區域，實現分區供水，實施區域管理，就好像是一個專業的學生分為幾個班來管理一樣，這種分區為了保證供水的安全性，各個區域都有應急管道

10、連接。分區使得管網的供水管和配水管都功能明確，各區域進水點少。10分區的好處是給水管網系統發展規劃。可掌握各個區域的水量，易計算分配水量、布置管道、計算管徑等；明確各管路的功能及重要性，便于提出舊管道的改建方案。控制水壓。根據安裝在區域邊界和區域末梢的儀表數據，調整進水管線上的控制閥，可方便準確地控制壓力，均衡管網水壓，實現管網低壓供水，從而減少漏失量并節省能耗。控制水質。余氯是管網水質的主要控制指標，通過余氯監測儀可了解區域內余氯含量，通過區域內加氯可均衡管網余氯含量；當管道清洗后恢復使用時可能會導致濁度增加，分區可將其控制在某一區域；當管網受“二次污染”時，易于追查水質變化的原因，減小影響

11、范圍。減小供水產銷差。區域計量是管網分區的主要目的，可有效減小供水產銷差，提高經濟效益。國外研究現狀分析對于水安全，國外的學者10-12是這么認為的，水安全是在可接受程度下水的質與量，能滿足健康、生命、生產以及生態需要，并確保人類和生態系統的健康；并可承受其對人類生命健康、自然生態環境以及社會經濟造成的危害和風險。水安全要素主要為：(1)水資源安全；(2)生態健康；(3)人類健康；(4)水基礎設施安全；(5)水治理。在關注水資源安全、生態健康、人類健康和水治理的時候的同時還應該關注著水基礎的安全。其中一方面就是給水管網的供水安全性，國外的的技術比中國快了很多。GIS是計算機科學同地學相結合的一

12、個產物，是一種基于地圖的管理信息系統。GIS技術主要包括數據庫管理系統(DRMs)和算機輔助設計(CAD)2個軟件技術，并附加對空間數據進行管理和分析的專用函數。DBM磋口CACa件的功能主要表現在能夠采用數字化的形式，采集和管理地理要素及其屬性數據，并通過建立拓撲關系去明確定義它們之間的空間聯系。它所擁有的圖形用戶界面(GUI)，允許用戶在可視化的地圖上顯示和操作數據。其信息處理的方式主要圖形方式，它直觀醒目，地理要素的分布及彼此之間的拓撲關系一目了然。GIS提供的專用函數可用來進行測量、坐標變換、圖像生成、屬性修改、新對象創建、曲線平滑處理、統計分析、拓撲疊加、地形表面操作、網絡分析等。另

13、外許多GIS產品還提供了強大的宏語13。針對給水管網的管理和運行調度，在國外特別是美國已普遍使用利用GIS技術來獲取和管理給水管網的空間信息和屬性信息，并通過地理建模來實現多種高級空間分析和提供決策支持。對于城市的分區，高差大，則有我們通常說的分區，分區確實對于給水管網的節能維護和運行有很多好處，國外也通常采用，對于經濟比選時建立的模型，其中一個子問題，管徑優化設計的問題，這個問題式是一個非線性混合整數規劃問題14，其解法有神經網絡法、模擬退火算法、遺傳算法等。對于新概念的“分區”國外起步于20世紀80年代，也有很多大城市采用此種分區，英國倫敦的給水管網被改造為16個區域，日本東京的管網由50

14、多個區域組成，大阪的管網有18個區域15。對于國外普遍應用這種分區主要原因還是地形，中國的大部分是山地，而美國多是平原，平原的管網高差不是很大，困難之處在于供水范圍較大，所以此種分區正好使用，應用也比較廣。在于對于這種分區不止用于新的城市建設中，還可以用于已建的管網改造。在城市擴張的過程中，供水管網的壓力不斷增大，如果采用統一的供水管網，供水可靠性提高，但是，這種管網必然會有高壓段，高壓段既耗能又傷害管材，還增加了爆管的可能性。所以在我國的平原城市，當供水范圍大時，可以采用這種方式。參考文獻：1 .陶其育，高金良，魯金波.城市給水管網實用優化分區探討與實踐J.給水排水.2007,33（z1）:

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18、achtoconbinatorialminimizationJ.IndAOYAMAdistributionblocksysteminOSAKAmunicipalwaterworkJ.WaterSupply,1999,(17)2、課題任務、重點研究內容、實現途徑課題任務：任務1:完成西南某山地城鎮供水工程設計（條件一）某縣城位于西南山地丘陵地區，烏江左岸。近年來城市建設快速發展，人口急劇增長，2010年縣城常駐人口萬人，2015年規劃人口10萬，2020年規劃人口13萬。水量快速增長導致供需矛盾日益突出。水源有距離城區10km的泉水（I類水體）和烏江（n類水體）縣城現有水廠及管網建于1970年代初，設施陳舊，制水水質差，管網老化，漏損率高，無法滿足水量及水質要求根據上級有關部門批準的設計任務書，在某城市進行供水工程建設。要求完成該供水工程設計。即取水工程、城區輸配水管網工程、凈水廠工程。設計應符合國家現行規