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2给水管网设计


第2章 给水管网设计
2.1 给水管网布置
2.1.1 给水管网布置原则和形式 2.1.2 输水管渠定线 2.1.3 给水管网定线

2.2 设计用水量
2.2.1 2.2.2 2.2.3 2.2.4 用水量标准 用水量变化系数 设计用水量计算 用水量调节计算

2.3 给水管网水力计算
2.3.1 管段流量、管径和水头损失计算 2.3.2 水泵扬程计算 2.3.3 树状管网水力计算 2.3.4 环状管网水力计算 2.3.5 给水管网设计校核

第2章 给水管网设计

2.1 给水管网布置 2.1.1 给水管网布置原则和形式 一、给水管网布置原则:
按照城市规划平面布置管网; 管网布置必须保证供水安全可靠; 管线遍布整个给水区内,保证用户有足够的水量和水压; 力求以最短距离敷设管线,降低管网造价和供水能量费用。

二、给水管网布置形式:
树状网 ——适用于小城镇和大型工矿企业。供水管线
短,节省投资;但供水可靠性差,管网末端水 质易变坏。

环状网 ——供水可靠,大大减轻因水锤作用产生的危
害;但造价高。

第2章 给水管网设计

2.1 给水管网布置 2.1.2 输水管渠定线 输水管渠定线:
——选择和确定输水管渠线路的走向和具体位置。 选择和确定输水管渠线路的走向和具体位置。 选择和确定输水管渠线路的走向和具体位置

输水管渠定线的基本原则: 输水管渠供水方式:
水源低于给水区; 水源低于给水区 压力供水 ——水源低于给水区;远距离输水

重力供水 ——水源高于给水区;比较经济,优先考虑。 水源高于给水区; 水源高于给水区 比较经济,优先考虑。

第2章 给水管网设计

2.1 给水管网布置 2.1.3 给水管网定线 城镇给水管网定线时考虑要点:
干管延伸方向和二级泵站输水到水池、水塔、 干管延伸方向和二级泵站输水到水池、水塔、大用 户的水流方向一致。循水流的方向, 户的水流方向一致。循水流的方向,以最段距离布置 一条或数条干管,并从用水量大的街区通过。 一条或数条干管,并从用水量大的街区通过。干管间 距根据街区情况采用500 800米 500距根据街区情况采用500-800米。 干管与干管之间布置连接管使管网形成环状网。 干管与干管之间布置连接管使管网形成环状网。连 接管的作用在于局部管线损害时缩小断水范围, 接管的作用在于局部管线损害时缩小断水范围,间距 根据街区的大小考虑在800 1000米 800根据街区的大小考虑在800-1000米。 在供水范围内的道路下敷设分配管, 在供水范围内的道路下敷设分配管,以便把干管的 水送到用户和消火栓。 水送到用户和消火栓。中小城市或地区管网中分配管 直径至少为100mm 大城市采用150 200mm。 100mm, 150直径至少为100mm,大城市采用150-200mm。

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2.2 设计用水量 2.2.1 用水量标准 一、设计用水量的组成
(1)综合生活用水。包括居民生活用水和公共建筑 综合生活用水。 用水,前者是指城市中居民的饮用、烹调、洗涤、 用水,前者是指城市中居民的饮用、烹调、洗涤、冲 洗澡等日常生活用水; 厕、洗澡等日常生活用水;公共建筑用水包括娱乐场 宾馆、浴室、商场、学校和机关办公楼等用水。 所、宾馆、浴室、商场、学校和机关办公楼等用水。 (2)工业企业生产用水和工作人员生活用水 (3)消防用水 (4)浇洒道路和绿地用水 (5)未预计水量及管网漏失水量

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2.2 设计用水量 2.2.1 用水量标准 二、设计用水量的表示和作用
(1)平均日用水量:规划年限内,用水量最多的一年 平均日用水量:规划年限内, 的日平均用水量;该值一般作为水资源规划和确定城市 的日平均用水量;该值一般作为水资源规划和确定城市 污水量的依据。 污水量的依据。 (2)最高日用水量:用水量最多一年内,用水量最多 最高日用水量:用水量最多一年内, 一日的总用水量;该值一般作为给水取水与水处理工程 一日的总用水量;该值一般作为给水取水与水处理工程 规划和设计的依据。 规划和设计的依据。 (3)最高日平均时用水量:最高日用水的每小时平均 最高日平均时用水量: 用水量,实际上是对最高日用水量进行了单位换算。 用水量,实际上是对最高日用水量进行了单位换算。 (4)最高日最高时用水量:用水量最多的一年内,用 最高日最高时用水量:用水量最多的一年内, 水量最高日中,用水量最大的一个小时的总用水量; 水量最高日中,用水量最大的一个小时的总用水量;该 值一般作为给水管网规划与设计的依据 给水管网规划与设计的依据。 值一般作为给水管网规划与设计的依据。

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2.2 设计用水量 2.2.1 用水量标准 三、用水量标准
用水量标准是指设计年限内达到的用水水平, 用水量标准是指设计年限内达到的用水水平,是 设计年限内达到的用水水平 给水管网设计的主要依据, 给水管网设计的主要依据,具体分为居民生活用水量 标准、生产用水量标准、 标准、生产用水量标准、消防用水量标准和其他用水 量标准。 量标准。 (1)居民生活用水量标准 居民生活用水定额和综合生活用水定额( 居民生活用水定额和综合生活用水定额(包括公 共设施生活用水量) 室外给水设计规范》 共设施生活用水量)见《室外给水设计规范》。 (2)公共建筑生活用水量 按现行的室内给水排水和热水供应设计规范确定。 按现行的室内给水排水和热水供应设计规范确定。

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2.2 设计用水量 2.2.1 用水量标准 三、用水量标准
(3)工业企业用水量标准 1)生产用水定额 每万元产值用水量 单位设备用水量 单位产品用水量

一般车间25L/人?班 2)职工生活用水定额 高温车间35L/人?班 一般车间40L/人?班 职工淋浴用水定额 高温车间60L/人?班

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2.2 设计用水量 2.2.1 用水量标准 三、用水量标准
(4)消防用水:按《建筑设计防火规范》执行 消防用水: 建筑设计防火规范》 (5)其他用水 1)浇洒道路:1~2 L/m2 ·次,每日2~3 浇洒道路: 次 每日2 2)绿化:1.5~4 L/m2 ·d 绿化:1.5~ d

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2.2 设计用水量 2.2.2 用水量变化系数
日变化系数Kd:最高日用水量与平均日用水量的比值。 日变化系数K 最高日用水量与平均日用水量的比值。 时变化系数Kh:最高日内, 时变化系数Kh:最高日内,最高时用水量与平均时用 Kh 水量的比值。 水量的比值。 确定方法: 确定方法: (1)城市最高日用水量变化曲线; 城市最高日用水量变化曲线; (2)经验参数: 经验参数:

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2.2 设计用水量 2.2.3 设计用水量计算
一、城市居住区最高日生活用水量

qNf Q1 = 1000

(m

3

/d

)

最高日生活用水标准, d); q——最高日生活用水标准,L/(cap ? d); 最高日生活用水标准 设计年限内规划人口数; N——设计年限内规划人口数; 设计年限内规划人口数 自来水普及率, f——自来水普及率,%。 自来水普及率 包括公共设施生活用水量) 城市最高日综合生活用水量(包括公共设施生活用水量)

qi N i f i Q1 = ∑ 1000

(m

3

/d

)

分别表示各区的最高日生活用水量标准、 qi、Ni、fi——分别表示各区的最高日生活用水量标准、 分别表示各区的最高日生活用水量标准 计划人口数和用水普及率

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2.2 设计用水量 2.2.3 设计用水量计算
二、工业企业职工生活用水和淋浴用水量

25 N a1 + 35 N a 2 + 40 N b1 + 60 N b 2 Q2 = ∑ 1000

(m

3

/d

)

25——各工业企业一般车间职工生活用水标准,25L/人?班, 各工业企业一般车间职工生活用水标准,25L/人 班 25 各工业企业一般车间职工生活用水标准 35——各工业企业高温车间职工生活用水标准,35L/人?班, 各工业企业高温车间职工生活用水标准,35L/人 班 35 各工业企业高温车间职工生活用水标准 各工业企业一般车间最高日职工总人数; Na1——各工业企业一般车间最高日职工总人数; 各工业企业一般车间最高日职工总人数 各工业企业高温车间最高日职工总人数; Na2——各工业企业高温车间最高日职工总人数; 各工业企业高温车间最高日职工总人数 40——各工业企业一般车间职工淋浴用水标准,40L/人?班, 各工业企业一般车间职工淋浴用水标准,40L/人 班 40 各工业企业一般车间职工淋浴用水标准 60——各工业企业高温车间职工淋浴用水标准,60L/人?班, 各工业企业高温车间职工淋浴用水标准,60L/人 班 60 各工业企业高温车间职工淋浴用水标准 各工业企业一般车间最高日职工总人数; Nb1——各工业企业一般车间最高日职工总人数; 各工业企业一般车间最高日职工总人数 各工业企业高温车间最高日职工总人数。 各工业企业高温车间最高日职工总人数 Nb2——各工业企业高温车间最高日职工总人数。

第2章 给水管网设计

2.2 设计用水量 2.2.3 设计用水量计算
三、浇洒道路和绿化用水量

qa N a f + qb N b Q3 = ∑ 1000

(m

3

/d

)

qa——城市浇洒道路用水量标准,L/(m2?次); 城市浇洒道路用水量标准, 城市浇洒道路用水量标准 次 城市最高日浇洒道路面积, Na——城市最高日浇洒道路面积,m2 ; 城市最高日浇洒道路面积 城市最高日浇洒道路次数, f——城市最高日浇洒道路次数,2-3次/d ; 城市最高日浇洒道路次数 城市绿化用水量标准, qb——城市绿化用水量标准,L/(m2?d); 城市绿化用水量标准 d 城市最高日绿化用水面积, 城市最高日绿化用水面积 Nb——城市最高日绿化用水面积,m2 。

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2.2 设计用水量 2.2.3 用水量标准
四、工业企业生产用水量

Q1 = ∑ qi N i (1 ? f i )

(m

3

/d

)

qi——各工业企业最高日生产用水标准,m3/万元, 各工业企业最高日生产用水标准, 万元, 各工业企业最高日生产用水标准 单位产量或m 单位生产设备; m3/单位产量或m3/单位生产设备; 各工业企业产值, /d, /d, Ni——各工业企业产值,万元/d,或产量/d, 各工业企业产值 万元/d 或产量/d 或生产设备/d; 或生产设备/d; /d 各工业企业用水重复利用率, fi——各工业企业用水重复利用率,%。 各工业企业用水重复利用率

第2章 给水管网设计

2.2 设计用水量 2.2.3 用水量标准
最高日设计用水量

Qd = (1.15 ~ 1.25)(Q1 + Q2 + Q3 + Q4 )
最高日最高时设计用水量

(m3 / d )

1.15-1.25 未预见水量和管网漏水量占最高日用水量的比例。 1.15-1.25——未预见水量和管网漏水量占最高日用水量的比例。 未预见水量和管网漏水量占最高日用水量的比例

1000 × K hQd K hQd Qh = = 24 × 3600 86.4

( L / s)

Kh——时变化系数 时变化系数 Qd——最高日设计用水量 最高日设计用水量

第2章 给水管网设计

2.2 设计用水量 2.2.4 用水量调节计算
一、给水管网流量关系 1、给水系统中所有构筑物均以最高日用水量为基础 计算; 计算; 2、取水构筑物、一级泵站、水厂以及水源到水厂的 取水构筑物、一级泵站、 输水管,按最高日的平均时流量加水厂自用水量计算。 输水管,按最高日的平均时流量加水厂自用水量计算。 3、二级泵站的设计流量,管网中有无调节水塔而定。 二级泵站的设计流量,管网中有无调节水塔而定。 若无调节水塔,二级泵站按最高日最高水用水量计算; 若无调节水塔,二级泵站按最高日最高水用水量计算; 若有调节水塔, 若有调节水塔,二级泵站按分级供水中最高级供水量 计算。

第2章 给水管网设计

2.2 设计用水量 2.2.4 用水量调节计算
二、调节构筑物调节容积计算方法 1、用水量变化曲线与供水曲线法
占 最 高 日 用 水 量 的 百 分 比
0 2 4 6 8 1 0 1 2 1 4 1 6 1 8 2 0 2 2 2 4 时 1 2 4 3 2 . 7 8 % 5 6 5 % 4 . 1 7 %

用水量变化曲线 一级泵站供水曲线 二级泵站供水曲线



2、经验计算法 清水池:按最高日用水量的10 20%估算; 10~ 清水池:按最高日用水量的10~20%估算; 水塔:生活给水系统中,如分级供水, 水塔:生活给水系统中,如分级供水,按最高日用水 量的2 估算;若均匀供水, 15%估算。 量的2~6%估算;若均匀供水,按8~15%估算。

第2章 给水管网设计

2.3 给水管网水力计算
管网计算会遇到两类课题: 管网计算会遇到两类课题: 1.管网设计计算(最高时)——第一类课题 管网设计计算(最高时) 第一类课题 2.管网复核计算(消防时、事故时及最大转输时等) 管网复核计算(消防时、事故时及最大转输时等) ——第二类课题 第二类课题
第一类课题 已知条件 管网定线图、设计流量 拟定内容 节点流量Qi、管段流量qij 计算内容 Dij、hij、∑hij 最终目的 Dij、Ht、Hp 第二类课题 管网定线图、设计流量、管径 管径 节点流量Qi、管段流量qij hij、∑hij 复核最高时确定的水泵能否满 足其他工况时Q、H的要求

第2章 给水管网设计

2.3 给水管网水力计算 2.3.1 管段流量、管径和水头损失计算
一、管段流量 1、沿线流量 、 是指沿线分配给用户的流量。 是指沿线分配给用户的流量。 管网配水情况比较复杂,高峰流量各异。 管网配水情况比较复杂,高峰流量各异。计算时加以 简化。比流量法,假定小用水户的流量沿线均匀分布。 简化。比流量法,假定小用水户的流量沿线均匀分布。

第2章 给水管网设计

2.3 给水管网水力计算 2.3.1 管段流量、管径和水头损失计算
(1)长度比流量 假定水量沿管网长度均匀流出。 假定水量沿管网长度均匀流出。管线单位长度上的 配水流量,称为长度比流量, 配水流量,称为长度比流量,记作 qs 。
qs = Q ?∑q

∑l

qs —— 长度比流量,L/(s m); 长度比流量,L/(s?m) m);
管网总流量,L/s; Q —— 管网总流量,L/s; 大用户集中用水量总和, ∑ q —— 大用户集中用水量总和, L/s ; 双侧配水: 双侧配水:取管道实长 单侧配水: 干管总长度, ∑ l —— 干管总长度,m。 单侧配水:取管道实长的一半 不配水: 不配水:计算长度为零

每一段计算管段的沿线流量: 每一段计算管段的沿线流量: ql = qs l

第2章 给水管网设计

2.3 给水管网水力计算 2.3.1 管段流量、管径和水头损失计算
(2)面积比流量 假定沿线流量均匀分布在整个供水面积上。 假定沿线流量均匀分布在整个供水面积上。管线单 位面积上的配水流量,称为面积比流量, 位面积上的配水流量,称为面积比流量,记作 q A 。
qA = Q ?∑q

∑A
4 3

每一管段所负 担的供水面积可按 分角线法和对角线 法划分。 法划分。

1

2

5

每一段计算管段的沿线流量: 每一段计算管段的沿线流量: ql = q A A

第2章 给水管网设计

2.3 给水管网水力计算 2.3.1 管段流量、管径和水头损失计算
2、节点流量 、 节点流量是从沿线流量折算得出的并且假设是在节 点集中流出的流量。 点集中流出的流量。 节点流量计算公式: 节点流量计算公式:

qi = α ∑ ql = 0.5∑ ql

【例题1】某城市最高时总用水量为260L/s,其中集中 供应的工业用水量120 L/s(分别在节点2、3、4集中出 流40 L/s)。各管段长度(单位为m)和节点编号见图。 管段1-5、2-3、3-4为一侧供水,其余为双侧供水。试 求:(1)比流量;(2)各管段的沿线流量;(3)各 节点流量。

第2章 给水管网设计

2.3 给水管网水力计算 2.3.1 管段流量、管径和水头损失计算
解:(1) 配水干管计算总长度

∑L = 0.5L1?5 + 0.5L2?3 + 0.5L3?4 + L1?2 + L3?5 + L4?6 + L6?7 + L1?5
= 0.5×(600 + 600 + 600) + 3×800 + 600 + 500 = 4400 (m)
绿地
600 7.95 7 500 6 800 4

居住区
27.05 600

(2) 配水干管比流量
qs = Qh ? ∑qi

Q=260L/s 17.50
1 5

30.22

800

260 ?120 = 4400 = 0.03182 L /(s ? m)

800

∑l

居住区

居住区

居住区

居住区

57.5 2

62.28 3

57.5

工厂

600

工厂

600

第2章 给水管网设计

2.3 给水管网水力计算 2.3.1 管段流量、管径和水头损失计算
(3) 沿线流量: 沿线流量:
管段编号 1-2 2-3 3-4 1-5 3-5 4-6 5-6 6-7 合 计

ql = qs ? li

(L / s)
沿线流量 (L/s) 25.45 9.55 9.55 9.55 25.45 25.45 19.09 15.91 140.00

各 管 段 沿 线 流 量 计 算 管段计算总长度 比流量 (L/s.m) (m) 800 0.5×600=300 0.5×600=300 0.5×600=300 800 800 600 500 4400 0.03182

第2章 给水管网设计

2.3 给水管网水力计算 2.3.1 管段流量、管径和水头损失计算
(4) 节点流量计算: Qj = 0.5∑ql + qi 节点流量计算:
各 管 段 节 点 流 量 计 算 节 点 1 2 3 4 5 6 7 合 计 节点连的管段 1-2 , 1-5 1-2 , 2-3 2-3 , 3-4 , 3-5 3-4 , 4-6 1-5 , 3-5 , 5-6 4-6 , 5-6 , 7-6 6-7 节 点 流 量(L/s) 0.5(25.45+9.55)=17.50 0.5(25.45+9.55)=17.50 0.5(9.55+9.55+25.45)=22.28 0.5(25.45+9.55)=17.50 0.5(9.55+25.45+19.09)=27.05 0.5(25.45+19.09+15.91)=30.22 0.5(15.91)=7.95 140.00 120 40 40 40 集 中 流 量 (L/s) 节点总 流量 (L/s) 17.50 57.50 62.28 57.50 27.05 30.22 7.95 260.00

(L / s)

第2章 给水管网设计

2.3 给水管网水力计算 2.3.1 管段流量、管径和水头损失计算
3、管段的计算流量 、 (1)连续性方程 ) 在分配流量时,必须满足节点平衡的水力学条件, 在分配流量时,必须满足节点平衡的水力学条件, 即流向任一节点的全部流量等于从该节点流出的流量。 即流向任一节点的全部流量等于从该节点流出的流量。 即

∑q = 0

上式称为连续性方程。即流离节点的流量假定为正 上式称为连续性方程。 ),流向节点的流量假定为负 ),其代数和为零 (+),流向节点的流量假定为负(-),其代数和为零。 ),流向节点的流量假定为负( ),其代数和为零。

第2章 给水管网设计

2.3 给水管网水力计算 2.3.1 管段流量、管径和水头损失计算
(2)树状管网管段流量计算 ) 单水源的树状管网从水源(二级泵站、高地水池等) 单水源的树状管网从水源(二级泵站、高地水池等) 供水到各节点只有一个流向, 供水到各节点只有一个流向,每条管道的计算流量等于 该管道以后(顺水流方向)各节点流量的总和。 该管道以后(顺水流方向)各节点流量的总和。 特点:管段流量易于确定, 特点:管段流量易于确定,并且每一管段只有唯一 的流量值。 的流量值。
【例题2】水由二级泵站供出后,由管 网的一端输入,它的水流方向只有一个, 部分管段的流量计算如下: 管段3-4的流量为:q3?4 = q4 + q5 + q8 + q9 + q10 管段4-8的流量为: q4?8 = q8 + q9 + q10

第2章 给水管网设计

2.3 给水管网水力计算 2.3.1 管段流量、管径和水头损失计算
(3)环状管网管段流量计算 ) 特点:环状管网中的流量分配复杂, 特点:环状管网中的流量分配复杂,流向任一节点 的流量与流离该节点的流量通常不止一个, 的流量与流离该节点的流量通常不止一个,且每一管段 中的流量与其下端的节点流量没有一定的联系, 中的流量与其下端的节点流量没有一定的联系,不能象 树状管网一样通过节点流量代数和的方法确定管段流量。 树状管网一样通过节点流量代数和的方法确定管段流量。 而且,各管段的计算流量并不唯一。 而且,各管段的计算流量并不唯一。 初步确定环状管网管段流量的两个条件: 初步确定环状管网管段流量的两个条件: 应保证供给用户所需的水量; 应保证供给用户所需的水量; 应满足节点流量平衡条件, 应满足节点流量平衡条件,即 qi + ∑ qij = 0
节点i的节点流量 的节点流量, ; 式中 qi —— 节点 的节点流量,L/s; Σqij—— 从节点i到节点 的管段流量,L/s。 从节点 到节点j的管段流量, 。 到节点 的管段流量

第2章 给水管网设计

2.3 给水管网水力计算 2.3.1 管段流量、管径和水头损失计算
【例题2】以图中5-7的节点5为例 流离节点的流量有: 流向节点的流量有:

q5 , q5?6 , q5?8

q2 ? 5 , q 4 ? 5

由节点流量平衡条件有

q5 + q5?6 + q5?8 ? q2?5 ? q4?5 = 0
同理,节点1为 ? Q + q 1 + q 1? 2 + q 1? 4 = 0 Q ? q 1 = + q 1? 2 + q 1? 4

第2章 给水管网设计

2.3 给水管网水力计算 2.3.1 管段流量、管径和水头损失计算
初步确定环状网各管段流量的步骤: 初步确定环状网各管段流量的步骤: (1)按照最大日最大时的管网用水量,确定管网各节 )按照最大日最大时的管网用水量, 点的节点流量; 点的节点流量; (2)按照管网的主要供水方向, )按照管网的主要供水方向, 初步拟定各管段的水流方向; 初步拟定各管段的水流方向; (3)按节点流量平衡条件,依次 )按节点流量平衡条件, 分配个管段的流量, 分配个管段的流量,一般主要干 管分配较大的流量, 管分配较大的流量,分配管分配 较小的流量。 较小的流量。

第2章 给水管网设计

2.3 给水管网水力计算 2.3.1 管段流量、管径和水头损失计算
二、管径确定 1、管径计算公式 、 由水力学公式可知,流量、 由水力学公式可知,流量、流速和过水断面之间的 关系为

q = Av =

πD2
4

v

管段内通过的流量, 式中 q —— 管段内通过的流量,m3/s; ; A —— 水管断面积,m2; 水管断面积, v —— 管段内水的流速,m/s。 管段内水的流速, 。

各管段的管径计算公式为 各管段的管径计算公式为 管径计算公式

4q D= πv

第2章 给水管网设计

2.3 给水管网水力计算 2.3.1 管段流量、管径和水头损失计算
2、流速v的确定 流速v (1)为了防止管道出现水锤现象,限制最高流速在 为了防止管道出现水锤现象,限制最高流速在 2.5-3.0m/s; 2.5-3.0m/s; (2)为了避免管道内沉积杂质,最小流速不得小于 为了避免管道内沉积杂质, 0.6m/s; 0.6m/s; (3)在上述流速范围内,根据当地的经济条件,考 在上述流速范围内,根据当地的经济条件, 虑管网的造价和经营管理费用,采用经济流速 经济流速。 虑管网的造价和经营管理费用,采用经济流速。 经济流速: 经济流速:一定年限内管网造价和管理费用之 和为最小的流速。 和为最小的流速。

第2章 给水管网设计

2.3 给水管网水力计算 2.3.1 管段流量、管径和水头损失计算
在实际设计工作中由于管网各管段的流量不同, 在实际设计工作中由于管网各管段的流量不同,经 济流速值也不相同,因此一般采用平均经济流速, 济流速值也不相同,因此一般采用平均经济流速,见表 一般大管径取较大的平均流速, 5-4。一般大管径取较大的平均流速,小管径取较小的 平均流速。 平均流速。

第2章 给水管网设计

2.3 给水管网水力计算 2.3.1 管段流量、管径和水头损失计算
三、管段水头损失 圆管均匀流管段沿程水头损失的计算公式: 圆管均匀流管段沿程水头损失的计算公式:

h = il = alq = Sq
2

2

式中 i —— 单位管段长度的水头损失,或水力坡度, 单位管段长度的水头损失,或水力坡度,

i=

64 q2 π 2C 2 D 5

C —— 谢才系数,与水流流态有关,一般只能采用 谢才系数,与水流流态有关, 经验公式或半经验公式计算; 经验公式或半经验公式计算; 64 a —— 管道的比阻, = 2 2 5 ; 管道的比阻, a π C D
S S —— 水管的摩阻, = al 。 水管的摩阻,

第2章 给水管网设计

2.3 给水管网水力计算 2.3.2 水泵扬程计算
1、水泵扬程的计算方法: 、水泵扬程的计算方法: 水泵扬程等于静扬程和水头损失之和 静扬程和水头损失之和, 水泵扬程等于静扬程和水头损失之和,即
H p = H0 + ∑ h
式中 H0 —— 静扬程,一般由抽水条件确定; 静扬程,一般由抽水条件确定; Σh —— 水头损失和,主要包括水泵吸水管、压水管和 水头损失和,主要包括水泵吸水管、 泵站连接管线的水头损失。 泵站连接管线的水头损失。

第2章 给水管网设计

2.3 给水管网水力计算 2.3.2 水泵扬程计算
2、一级泵站水泵扬程确定 、

H p = H 0 + hs + H d

( m)

静扬程, 式中 H0 —— 静扬程,指水泵吸水井最低水位与水厂的前端 处理构筑物最高水位的高差, 处理构筑物最高水位的高差,m; hs, hd —— 由最高日平均时供水量加水厂自用水量确定的 水泵吸水管、压水管和泵站连接管线的水头损失。 水泵吸水管、压水管和泵站连接管线的水头损失。

第2章 给水管网设计

2.3 给水管网水力计算 2.3.2 水泵扬程计算
2、二级泵站水泵扬程确定 、 无水塔时水泵扬程

H p = Z c + H c + hs + hc + hn
Zc——管网控制点C的地面标高和清 管网控制点C Zc 管网控制点 水池最低水位的高程差, 水池最低水位的高程差,m; Hc——控制点所需的最小服务水头,m; 控制点所需的最小服务水头, Hc 控制点所需的最小服务水头 hs——水泵最高供水量确定的水泵 水泵最高供水量确定的水泵 hs 吸水管.水头损失, 吸水管.水头损失, m ; hn——水泵最高供水量确定输水管和管网中水头损失,m。 水泵最高供水量确定输水管和管网中水头损失, hc ,hn 水泵最高供水量确定输水管和管网中水头损失

第2章 给水管网设计

2.3 给水管网水力计算 2.3.3 树状管网水力计算
计算步骤 第一步: 第一步:根据管网最大日最大时用水量和管网布置情 况计算管网比流量,并进一步确定各节点的节点流量。 况计算管网比流量,并进一步确定各节点的节点流量。 第二步:根据管网节点流量和各管段的相互联系,进 第二步:根据管网节点流量和各管段的相互联系, 行管网的流量分配确定各管段的计算流量。 行管网的流量分配确定各管段的计算流量。 第三步: 第三步:选定离二级泵站或水塔较远或地形较高的点 为控制点,控制点到二级泵站或水塔的管线为管网干 为控制点, 线,根据干线上各管段的管段计算流量和经济流速选 定其管径。 定其管径。

第2章 给水管网设计

2.3 给水管网水力计算 2.3.3 树状管网水力计算
第四步:控制点的地面标高加上该点的服务水头得控 第四步: 制点水压标高,在此基础上, 制点水压标高,在此基础上,加上各管段的水头损失 得到干管管线上各节点的水压标高。 得到干管管线上各节点的水压标高。 第五步:将干线上各管段的水头损失相加求出干线的 第五步: 总水头损失,确定水泵的设计扬程和水塔高度。 总水头损失,确定水泵的设计扬程和水塔高度。 第六步:计算支管线水力坡度, 第六步:计算支管线水力坡度,并参照此值和支管线 每一管段的流量选定各管段的管径。 每一管段的流量选定各管段的管径。

第2章 给水管网设计

2.3 给水管网水力计算 2.3.4 环状管网水力计算
一、环状管网的计算原理 环状管网的节点流量确定后,为了满足供水要求, 环状管网的节点流量确定后,为了满足供水要求, 通过管网各管段的流量可以有许多流量分配的方案 许多流量分配的方案, 通过管网各管段的流量可以有许多流量分配的方案,这 是因为管网各环不仅包括串联管路,还有并联管路。 是因为管网各环不仅包括串联管路,还有并联管路。 1、根据环状管网水流运动的规律,计算时应满足两个基 根据环状管网水流运动的规律, 本条件 (1)节点连续性方程:∑ q = 0 节点连续性方程: (2)环的能量方程 环的能量方程表示管网中每一个环中管段的水头 损失的代数和等于零的关系。一般规定,水流顺时针 方向流动的管段其水头损失为正,水流逆时针方向流 动的管段其水头损失为负。即 ∑ h = 0

第2章 给水管网设计

2.3 给水管网水力计算 2.3.4 环状管网水力计算
能量方程示例 对于第一个环:

h1~ 2 + h2~5 ? h4~5 ? h1~ 4 = 0
对于第二个环:

h2~3 + h3~ 6 ? h5~ 6 ? h2~ 5 = 0
环的能量方程表示为

S q +S q ?S q ?S q =0
n 12 12 n 25 25 n 45 45 n 14 14
n n n n S 23q23 + S36 q36 ? S56 q56 ? S 25 q25 = 0

第2章 给水管网设计

2.3 给水管网水力计算 2.3.4 环状管网水力计算
2、计算方法


初始分配流量


管段流量

各环的水头损失闭合差是 否满足精度要求

环的校正流量?q 调整环中各管段的初始流量

第2章 给水管网设计

2.3 给水管网水力计算 2.3.4 环状管网水力计算
初始流量校正方法示例 如图所示的两环管网已对各管段进 行了初始流量分配,方向如图, 行了初始流量分配,方向如图,大 不满足环的能量方程, 小qij,不满足环的能量方程,需进 行调整,已求得环Ⅰ 行调整,已求得环Ⅰ的校正流量 为正, 的校正流量Δq ΔqⅠ为正,环Ⅱ的校正流量ΔqⅡ为 负。当校正流量与管段流量的方向 相同时,则两者相加, 相同时,则两者相加,方向相反时 减去校正流量。 减去校正流量。
各管段校正后的流量如下表 管段 流量 1~2
q12+?qⅠ

2 ~3
q23 + ?qⅡ

1 ~4
q14 -?qⅠ

4 ~5
q45-?qⅠ

2 ~5
q25 +?qⅠ+ ?qⅡ

5 ~6
q56 -?qⅡ

3 ~6
q36-?qⅡ

第2章 给水管网设计

2.3 给水管网水力计算 2.3.4 环状管网水力计算
哈代·克罗斯法 3、求解校正流量的方法——哈代 克罗斯法 求解校正流量的方法 哈代 这是一种忽略环与环之间相互影响的近似方法, 这是一种忽略环与环之间相互影响的近似方法,也 称为环状网平差方法, 称为环状网平差方法,需经多次平差才能完成环的水力 计算。 计算。 管网基环校正流量计算公式为 管网基环校正流量计算公式为 ?hi ?qi = ? 2∑ sij q ij
式中: 式中: 环内各管段水头损失代数和,称为环的闭合差; 环内各管段水头损失代数和 ?hi ——环内各管段水头损失代数和,称为环的闭合差; sij ——环内管段 ij 的摩阻; 环内管段 的摩阻; qij ——管段 ij 的分配流量。 管段 的分配流量。

注意: 的符号相反。 注意: ?qi 与闭合差 ?hi 的符号相反。

第2章 给水管网设计

2.3 给水管网水力计算 2.3.4 环状管网水力计算
二、环状管网的计算步骤 1、计算总用水量; 计算总用水量; 2、确定管段计算长度; 确定管段计算长度; 3、计算比流量,沿线流量和节点流量; 计算比流量,沿线流量和节点流量; 4、拟定各管段供水方向,按连续性方程进行管网流量 拟定各管段供水方向, 的初始分配; 的初始分配; 5、根据平均经济流速按初始分配的流量确定管径; 根据平均经济流速按初始分配的流量确定管径; 6、管网平差; 管网平差; 7、计算管段水头损失、节点水压、自由水头,绘制等 计算管段水头损失、节点水压、自由水头, 水压线,确定泵站扬程。 水压线,确定泵站扬程。

已知某城镇给水管网最高用水 时流量Q 时流量 h=200L/s。各节点流 。 各管段长度见图, 量、各管段长度见图,单位分 别位L/s, 。 别位 ,m。经济管径可参考 选取。 表1选取。试列表计算各管段的 选取 管径和流量。(只要求算到第 管径和流量。(只要求算到第 。( 二次分配各管道的流量, 二次分配各管道的流量,即可 结束计算)。 结束计算)。 表1 界限流量表
管径 界限流量 (mm) (L/s) ) ) 管径 界限流量 (mm) (L/s) ) ) 管径 界限流量 (mm) (L/s) ) )

100 150 200 250 300

<9 9~15 15~28.5 28.5~45 45~68

350 400 450 500 600

68~96 96~130 130~168 168~237 237~355

700 800 900 1000

355~490 490~685 685~822 822~1120

解:因为分配初始流量有无数个方案,所以该题要求能 因为分配初始流量有无数个方案, 正确分配初始流量,确定管径,计算各管段水头损失, 正确分配初始流量,确定管径,计算各管段水头损失, 环闭合差和环校正流量,能正确调整管段的流量。 环闭合差和环校正流量,能正确调整管段的流量。
环 管 号 段 q 管长 管径 (m) (mm)(L/s) 1000i

h

sq

q (L/s)
70-6.09=63.91 -80-6.09=-86.09 10-6.09=2.91

Ⅰ 1-2 800 1-4 850 2-4 400 Ⅱ 2-3 700 3-4 600 2-4 400

350 350 150 250 250 150

70 5.167 4.134 0.059 -80 3.058 -2.599 0.032 10 4.698 1.959 0.196 3.494 0.287 30 8.389 5.872 0.196 -30 8.389 -5.033 0.168 -10 4.898 -1.959 0.196

?q1 = ?6.09
30+1.0=31.0 -30+1.0=29.0

-10+1.0+6.09 =-2.91 -1.120 0.560 ?q2 = 1.0

第2章 给水管网设计

2.3 给水管网水力计算 2.3.5 给水管网设计校核
一、校核的目的 核算根据最高日最高时设计工况所确定的管径和 水泵,是否满足其他不利工况下的要求。 水泵,是否满足其他不利工况下的要求。 二、核算的条件 1、消防时的水量和水压要求 、 水量为最高时用水量加消防用水量, 水量为最高时用水量加消防用水量,水压要求满足最 不利点消防水压要求。 不利点消防水压要求。 2、转输时的流量和水压要求 、 节点流量随用水量的变化成比例地增减, 节点流量随用水量的变化成比例地增减,水压要求满 足水泵能否将水送入水塔。 足水泵能否将水送入水塔。 3、不利管段发生故障时的事故用水量和水压要求 、 水量按设计用水量的70%,水压要求满足控制点用户 水量按设计用水量的 , 水压要求。 水压要求。


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