给水排水管网系统

1、1任课教师：梁建军任课教师：梁建军20072007年年3 3月月20 绪论绪论p0.1 给水系统组成及任务给水系统组成及任务 p0.2 管网系统在给水系统的地位管网系统在给水系统的地位p0.3 管网系统主要内容管网系统主要内容p0.4 本课程的目的本课程的目的30.1 给水系统组成及任务给水系统组成及任务系统组成系统组成主要设施主要设施取水取水泵房、取水头部等净水水厂输水输水管道配水管网系统任务：任务：向用户（公共、个人）供应充足的水量和安全的水质，包括居民家庭生活和卫生用水、工矿企业生产和生活用水、公用（机关、学校等）建筑用水、部分市政用水、消防用水。同时要满足水量、水质、水压的要求。4取水

2、取水输水输水从江河湖泊取水配水到用户净水净水处理原水达到使用标准要求0.2 管网在给水系统中的地位管网在给水系统中的地位配水配水浑水输水清水输水地位：地位：1.联系工程与对象之间的通道和纽带2.投资大：管网投资一般占系统总投资的70因此，管网的优化设计和建设历来受到建设、管理和运营部门的高度重视。50.3 管网系统主要内容管网系统主要内容工程规划水力学基 础管网模型水力分析工程设计系统概论优化设计运行调度和水质控制管道材料和附件管理和维护功能与组成系统工作原理系统类型与体制原则与工作程序技术经济分析用水量预测规划布置水流特征管渠水损计算水力等效简化泵及泵站水力特性模型化模型拓扑特性模型水力特性

3、模型矩阵表示水力分析基础树状网水力分析环方程水力分析节点方程水力分析设计用水量及调节计算流量分配与管径设计泵站扬程与水塔高度设计管网设计校核优化设计数学模型环状网管段流量分配定流量管网优化输水管优化调度任务及系统组成SCADA系统优化调度数学方法水质控制及评价管道材料管网附件附属构筑物档案管理监测与检漏防腐与修复60.4 本课程目的本课程目的掌握给水管网的基础理论和设计应用，具备独立进行管网规划和掌握给水管网的基础理论和设计应用，具备独立进行管网规划和设计的能力。同时使同学们了解本领域的最新技术及发展方法、设计的能力。同时使同学们了解本领域的最新技术及发展方法、新技术的需求和研究方向新技术的需

4、求和研究方向。7第第1章章 给水管网系统概论给水管网系统概论q1.1 给水系统的组成及功能给水系统的组成及功能q1.2 给水系统工作原理给水系统工作原理q1.3 给水管网系统的功能及组成给水管网系统的功能及组成q1.4 给水管网类型给水管网类型81.1 给水系统组成及功能给水系统组成及功能p给水系统给水系统:定义：为人们的生活、生产及消防提供用水的系统的总称。功能：为不同类别的用户提供满足水质、水量及水压需要的用水。组成：p给水用途分类：给水用途分类：生活用水：各类生活活动中直接使用的水。包括居民生活用水、公共设施用水、工业企业生活用水工业生产用水：工业生产过程中满足生产工艺和产品质量要求的用

5、水。可分为产品用水、工艺用水、辅助用水。市政和消防用水:城镇或工业企业内道路浇洒、绿化、公共清洁和消防用水91.2 给水系统工作原理给水系统工作原理p给水系统各部分之间流量关系给水系统各部分之间流量关系基本概念 系统自用水（R1）、漏失水量（R2）、调节水量u一城市Qd2.0万吨/日，试确定取、净、输、配各设施流量大小如何确定？1取水 2净水 3浑水输水管 4清水输水管 5管网 清水池、水塔p给水系统水质关系给水系统水质关系水质标准 原水、给水水质变化：给水处理、用户用水p给水系统的水压关系给水系统的水压关系压力水头：位能与压能之和压力方式：全重力、一级加压、二级加压、多级加压101.3 给水

6、管网系统的功能及组成给水管网系统的功能及组成o功能功能水量输送水量调节水压调节o特点特点 分散性、连通性、传输性、扩展性、隐蔽性o系统构成系统构成 参见教材输水管渠配水管网水压调节设施（泵站、减压阀）水量调节设施（清水池、水塔、高位水池）111.4 给水管网系统类型给水管网系统类型o按水源数目分类按水源数目分类 单水源、多水源o按构成方式分类按构成方式分类 统一给水管网、分区给水管网（串联、并联）o按输水方式分类按输水方式分类 重力输水、压力输水12第第2章章 给水管网工程规划给水管网工程规划o2.1 规划内容与层次规划内容与层次o2.2 规划原则及工作程序规划原则及工作程序o2.3 技术经济

7、分析方法技术经济分析方法o2.4 用水量预测计算用水量预测计算o2.5 规划布置规划布置132.1 规划内容与层次规划内容与层次p规划内容规划内容确定服务范围与建设规模确定水资源综合利用与保护措施确定主要构筑物位置确定工艺流程及水质保证措施管网规划和干管布置与定线其它p规划层次规划层次总体规划 以城市总体规划为依据，从本工程系统提出对城市发展目标和总体布局的调整意见和建议，制定本系统主要的技术政策、规定和实施措施分区规划 提出调整意见和建议基础上，布置本系统在本分区内的主体设施和工程管网，制定针对本分区的技术规定和实施措施详细规划 提出调整意见和建议基础上，具体布置本详规范围所有的室外工程设施

8、和工程管线，提出相应的工程建设技术要求和实施措施142.2 规划原则及工作程序规划原则及工作程序o规划原则规划原则贯彻国家和地方相关政策与法规城镇或工业企业规划要兼顾给排水工程给排水规划要服从城镇发展规划合理确定近远期规划与建设范围合理利用水资源及保护环境规划方案尽可能经济和高效p工作程序工作程序明确任务，确定规划编制依据收集资料，现场踏勘合理确定用水定额制定规划方案提出分期实施步骤和措施编制规划文件152.3 技术经济分析方法技术经济分析方法o技术经济分析目的和方法技术经济分析目的和方法目的：找到技术和经济最佳结合点方法：数学模型法和方案比较法p静态年计算费用法静态年计算费用法优点：计算简便

9、缺点：未反映资金的时间价值，不符合经济规律计算公式p动态年费用计算法动态年费用计算法针对不同时间经济因素的变化，对项目一定时期发生的投资、运行成本折算成当前现值进行比较的方法YCWT1162.3 技术经济分析方法技术经济分析方法优点：能反映项目经济效益的真实性缺点：计算比较复杂计算公式： 预备公式： 推导公式：现值为P，利率为i，n年内平均分摊资金现金A 第一年 第二年 第三年 则为保证现值P回收：PiFn%)1 ( FiPn%)1 (%)1 (1iAA22%)1 (iAAnniAA%)1 ( ).(21nAAAPPiiiAnn1%)1 (%)1%(172.4 用水量预测计算用水量预测计算o组

10、成组成规划期内由城市给水工程统一供给的居民生活用水、工业用水、公共设施用水及其它用水规划期内由城市给水工程统一供给外的所有用水量总和。p用水量及其变化用水量及其变化用水量组成：综合生活用水量、工业企业生产用水量和工作人员生活用水量、消防用水量、市政用水量、未预见水量及管网漏失水量用水量表示 平均日用水量、最高日用水量、最高日平均时用水量、最高日最大时用水量用水量变化系数及变化曲线 日变化系数Kd 时变化系数Kh182.4 用水量预测计算用水量预测计算o预测方法预测方法分类估算法单位面积法人均综合指标法年递增率法线性回归法生长曲线法p用水量变化系数用水量变化系数192.5 规划布置规划布置o布置

11、原则与形式布置原则与形式布置原则 参见教材布置形式 树状、环状p输水管渠定线输水管渠定线p给水管网定线给水管网定线20给水管网定线给水管网定线o城市管网城市管网内容：在地形平面图上确定管线的走向和位置。一般仅限于干管及联络管，不包括分配管和进户管。影响因素：城市平面布置、供水区地形、水源和调节水池位置、街区和用户分布、河流铁路桥梁等位置布置要点:(1)干管延伸方向;(2)干管间距500-800m（3）连接管作用、间距800-1000；（4）定线，避免高级路面，注意管线综合（5）保证均匀的分布于街区；（6）附属设备 消火栓及管径 重要建筑两条进水管。21给水管网定线给水管网定线o工业企业管网工业

12、企业管网特点：用水集中、水质差别大、用水变化系数小布置要点（1）生产、生活用水合并与分建问题；（2）不同车间或工艺生产用水合并与分建问题；（3）消防管网通常合建（与生产或生活）（4）管网形式选择（环状、枝状与双管）22第第3章章 给水管网的水力学基础给水管网的水力学基础o3.1 水流特征水流特征o3.2 水头损失计算水头损失计算o3.3 管道的水力等效简化管道的水力等效简化o3.4 泵与泵站水力特性泵与泵站水力特性233.1 水流特征水流特征o流态特征流态特征层流、紊流、过渡流判别 Re 20004000给水管道Re 一般在3之间紊流阻力特征区：阻力平方区（ 1.75次方）、过渡区（ 1.75

13、2次方之间）、光滑区（1.75次方）流速与阻力特征区关系：0.6-1.5m/s为阻力平方区与过渡区之间界限，0.1m/s以下为过渡区与光滑区的流速界限。给排水管道通常流速为0.5-2.5m/s之间，大家可以自己判别一下。p恒定流与非恒定流恒定流与非恒定流p均匀流与非均匀流均匀流与非均匀流243.2 水头损失计算水头损失计算o沿程水头损失计算沿程水头损失计算谢才公式 达西公式（仅用于圆管满流）舍维列夫公式（旧铸铁管和旧钢管满流）海曾威廉公式公式（较光滑的圆管满流）柯尔勃洛克怀特公式（各种紊流，适用性和精度较高）巴普罗夫斯基公式（明渠和非满流排水管道）曼宁公式（巴普罗夫斯基特例，明渠或较粗糙管道）

14、o沿程水头损失计算公式的比较与选用沿程水头损失计算公式的比较与选用lRCvhf22gvDlhf22253.2 水头损失计算水头损失计算o局部水头损失计算局部水头损失计算o水头损失公式的指数形式水头损失公式的指数形式沿程沿程局部局部水头损失之和水头损失之和gvhm22lDkqhmnflqhnfnffqsh nmmqsh nmfmfgqsshhh)(263.3 管道的水力等效简化管道的水力等效简化o引言引言:水力等效原则水力等效原则o串联或并联管道的简化串联或并联管道的简化o沿线均匀出流的简化沿线均匀出流的简化o局部水头损失计算的简化局部水头损失计算的简化27串联或并联管道的简化串联或并联管道的简

15、化o串联管道简化串联管道简化o并联管道简化并联管道简化nimiinmndlkqdlkq1mnimiidld111mNnNmnmnmndlkqdlkqdlkqdlkq2211mnNinmidd)(1imndNd)(28沿途均匀出流简化沿途均匀出流简化o目的：便于计算管径和水头损失目的：便于计算管径和水头损失o原理：水力等效原理：水力等效o折算系数折算系数任意断面流量沿程水头损失折算后水力等效简化 令 ltxqlxlqqlqdnqqqkdxdqlxlqkhlmntnltlmltf) 1()()(110ldaqqklqdnqqqkhmnltlmntnltf)() 1()(11ltqqn，2312a2

16、9局部水头损失的简化局部水头损失的简化o原理：水力等效简化原理：水力等效简化ddlRCvgDvlgv22222228CgDDld30第第4章章 给水管网模型给水管网模型o4.1 管网的模型化管网的模型化o4.2 沿线流量和节点流量沿线流量和节点流量o4.3 管段计算流量管段计算流量o4.4 管径计算管径计算o4.5 管网计算基础方程管网计算基础方程31管网简化管网简化o管网模型化概念：简化与抽象，便于用图形和数据分析表达管网模型化概念：简化与抽象，便于用图形和数据分析表达o管网简化管网简化简化原则：宏观等效原则 小误差原则管网简化方法：（1）删除次要管线（2）管线交叉点较近时可合并（3）全开阀

17、门去除，全闭阀门处切断（4）管线包含不同的管材和规格，应水力等效为单一管材和规格（5）并联的管线可以间化为单管线（6）大系统拆分为小系统，分别计算附属设施简化方法：（1）删除不影响全局的附属设施（2）同一处的多个相同设施合并。管网简化管网模型化给水管网模型32管网的抽象管网的抽象p目的：表达为仅由管段和节点组成的管网模型p管段：（1）特征：输送水量而不改变水量，可以改变水的能量。 （2）属性：长度、直径、粗糙系数（构造属性）；管段方向、起点、终点（拓扑属性）；流量、流速、扬程、摩阻、压降（水力属性）p节点：（1）特征：管线交叉点、端点或大流量出入点；传递能量，不能改变水的能量，有流量的输入与输

18、出。 （2）属性：高程、位置（构造属性）；与节点相关的管段及其方向、节点的度（拓扑属性）；流量、水头、自由水头（水力属性）管网抽象管网模型化给水管网模型33管网模型标识管网模型标识p目的：便于分析与计算p内容：节点与管段的命名或编号，管段方向与节点流量设定。p节点和管段编号p管段方向设定p节点流量正负设定管网模型标识管网模型化给水管网模型344.2 沿线流量和节点流量沿线流量和节点流量o管网计算步骤管网计算步骤o基环、虚环概念基环、虚环概念o沿线流量沿线流量o节点流量节点流量o例题例题主要内容沿线及节点流量给水管网模型35管网计算步骤管网计算步骤o计算沿线流量和节点流量o计算管段流量o确定管段

19、的管径和水头损失o进行管网水力计算或技术经济计算o确定水塔高度和水泵扬程管网计算步骤沿线及节点流量给水管网模型36基环、虚环概念基环、虚环概念o例图o基环 简化后管网不含其它环的环，几个基环可以合成大环o虚环 多水源管网，为计算方便，将两个或多个水压一定的水源 节点（如泵站、水塔等）用虚线和虚节点连接而成的环。实际上并不存在。基环虚环概念沿线及节点流量给水管网模型37沿线流量沿线流量o沿线流量概念 供给该管段两侧用户所需流量o比流量采用目的（绘例图）：沿线用户较多，用水量经常变化，按实际计算十分复杂也没有必要，因此假定用水量均匀分布于干管，引入比流量概念。比流量概念：干管单位长度的流量比流量计

20、算：o沿线流量计算o按面积计算比流量沿线流量沿线及节点流量给水管网模型lqQqslqqsl38节点流量节点流量o概念：从沿线流量折算出并且假设在节点集中流出的流量。o管网流量组成：沿线流量和转输流量o沿线流量转化为节点流量目的：流量不断变化的管段，难以确定管径和水头损失，所以要将沿线流量转化为节点流量，管段中流量不在沿线变化，可以根据流量确定管径。o转化方法：折算系数ao计算公式节点流量沿线及节点流量给水管网模型lliqqaq5 . 039例题例题o参考给水工程（第四版）P34例题沿线及节点流量给水管网模型404.3管段计算流量管段计算流量o管段计算流量内容 管段两侧沿线流量和输送到后面管段的

21、转输流量计算流量内容管段计算流量给水管网模型41流量分配流量分配o目的 根据分配的流量确定管径，进行水力计算o枝状网 任一管段流量等于该管段以后（顺水流方向）所有节点流量之和。（例图）o环状网 任一节点流量平衡。o环状网流量分配步骤按照管网主要供水方向，初步拟定各管段水流方向，并选定管网控制点。为可靠供水，从二级泵站到控制点之间选定几条主要平行干管线，这些平行干管中尽可能均匀分配流量，并满足节点流量平衡条件。连接管分配较少的流量流量分配管段计算流量给水管网模型0ijiqq424.4管径计算管径计算o计算方法o流速范围选择最大流速：2.5-3.0m/s最小流速：0.6m/s计算方法管径计算给水管网模型vDq42vqD443平均经济流速平均经济流速o流速对投资和经常运行费用的影响流速增大 管径小，投资低