给排水管道第6章

1、第6章 给水管网的设计计算n6.1 概述n6.2 管网图形的性质与简化n6.3 管段设计流量计算n6.4 管径计算n6.5 枝状管网水力计算n6.6 环状管网水力计算n6.7 输水管水力计算n6.8 给水管网优化设计n6.9 给水管道的敷设n6.10 给水管道工程图6.1 概述概述 给水管网设计计算的任务：给水管网设计计算的任务：在最高时用水情况下，计算各管段的流量；确定各管段的管径和水头损失；确定水泵扬程和水塔高度。并在特殊用水情况下，对管网管径和水泵扬程进行校核。 管网的正确设计和经济计算在给水工程的设计中是很重要。因为输、配水管网的造价占总造价的7080%。在有关管网的计算中常涉及到两类

2、课题两类课题：1、设计课题在管网定线后：也就是按照最高用水时的流量求出各节点流量，进行流量的分配，求出管段流量；再根据所要求的管内流速，求出管径，再求出水头损失，然后根据控制点的位置，求出水泵扬程和水塔高度。2、核算课题在管径确定后：目的在于确定其他情况下的管网水头损失大小（消防时、最大转输时、事故时）。校核按最高用水时计算确定的管径和水泵能否满足需要。6.2 管网图形的性质与简化管网图形的性质与简化1、管网图形的性质给水管网是由管段和节点构成的有向图。管网图形中每个节点通过一条或多条管段与其他节点相连接。（1）节点 配水源节点；不同管径或不同材质的交接点；管网中管段的交汇点或集中向大用户供水

3、的点，因管中流量发生变化，也是节点。u虚节点：多水源管网6.2 管网图形的性质与简化管网图形的性质与简化（2）管段两个节点之间的管道，如管段23.（3）管线管段顺序连接形成，如管线123478（4）环起点和终点重合的管线，如34763构成环。在一个环中不包含其他环时，称为基环。几个基环合成大环。对于多水源管网，为计算方便，将有2个或2个以上水压一定的水源节点（泵站、水塔等）用虚管线与虚节点连接，形成的环，称虚环。虚环数等于水源数减少1，或等于虚管段数减1。节点数节点数J、管段数、管段数P和环数和环数L的关系：的关系：P=J+L-12、管网图形的简化（1）简化目的及原则目的：简化计算。原则：保证

4、计算结果接近于实际情况。（2）简化方法分解只有一条管线连接的两个管网，可以把连接管线断开，分解成为两个独立的管网；有两条管线连接的分支管网，若其位于管网的末端且连接管线的流向和流量可以确定时，也可以进行分解；管网分解后即可分别计算。2、管网图形的简化（2）简化方法合并管径较小、相互平行且靠近的管线可考虑合并。如管线交叉点很近时，可以将其合并为同一交叉点。相近交叉点合并后可以减少管线数目，使系统简化。省略首先略去水力条件影响较小的管线，即省略管网中管径相对较小的管线。管线省略后的计算结果是偏于安全的，但是由于流量集中，管径增大，并不经济。图6-2管网简化6.3 管段设计流量计算管段设计流量计算管

5、段设计流量的计算目的：通过经济流速或水压差选择管径，进行管网水力计算。1、沿线流量城市给水管网的干管和分配管上，承接了许多用户：工厂、机关、学校、医院、宾馆等大用户，称为集中流量集中流量；数量很多，但用水量较小的居民用水、浇洒道路或绿化用水，称沿线流量沿线流量。6.3 管段设计流量计算管段设计流量计算2、比流量复杂的用配水情况分为分散和集中两类，按这种分配情况很难计算管网，也是不必要的，原因是：用水量经常变化；出水位置也不固定，即使固定，其间距又不均匀。因此，实际在管网进行设计计算时，往往加以简化：假定用水量均匀分布在全部干管上，据此算出的单位长度管线的流量，称为比流量。（1）长度比流量（2）

6、面积比流量AQQqiA不配水：计算长度为零的一半单侧配水：取管道实长双侧配水：取管道实长。，配水干管计算总长度；流量的总和，管网中大用水户集中；量，管网总最高时设计流式中mLslqslQmslLqQqihihs / / / 则每一计算管段则每一计算管段沿线流量沿线流量记作记作q qs s为：为：。该管段的计算长度，式中m )/( iisylsllqq（2 2）面积比流量）面积比流量 假定沿线流量均匀分布在整个供水面积上。管线单位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，称为面积上的配水流量，称为面积比流量面积比流量，记作，记作q qA A。积总和，需沿线配水的供水面式22

7、 / mAmslAqQqihA。积，该管段负担的供水面式中2m A )/( iiAyslAqq图6-4供水面积划分a) 对角线法b) 分角线法3、沿线流量的求定干管有效长度与比流量的乘积，为沿线流量沿线流量。iAyisyAqqLqq或4、节点流量管网中任一管段的流量，包括两部分两部分：一部分是本管段沿程配水产生的流量，即沿线流量沿线流量qy，流量大小沿程线性减小，到管段末端等于零；另一部分是通过该管段输送到下游管段的流量，称为转输流量转输流量qzs。转输流量沿程不变，进一步简化，以变化的沿线流量折算为管段两端节点流出的流量，即为节点流量。即管网中任一节点的节点流量即管网中任一节点的节点流量qi

8、，等于与，等于与该节点相连该节点相连各管段的沿线流量总和的一半各管段的沿线流量总和的一半。http:/ qi节点i的节点流量（L/s）； qij连接在节点i上的各管段流量（L/s）。（1）树状管网从水源到控制点，供水方向确定，因此各管段的流量等于该管段以后（顺水流方向）所有节点流量之和。因此树状管网具有流量分配唯一性。0ijiqq（2）环状管网满足节点流量连续性方程，即对于节点而言，流向节点和流出节点的流量相等。环状管网流量分配不具有唯一性。（3）多水源管网（4）流量分配合理性问题 由于环状管网每一管段的流量分配是不唯一的，可以有多种分法。每种分配方法都有对应的管径。管径的不同，对于总长度相同

9、的管道来说，造价是不同的。因此环状管网的流量分配直接影响管网工程的造价。而且往往造价问题和供水安全性是矛盾的。因此从安全性和经济性两方面考虑，环状网没有最经济的流量分配，只有分配流量后才能得出经济管径。合理性是指保证管网供水的可靠性前提下，进行流量分配。6.4 管径计算管径计算管径管径/mm界限流量界限流量/Ls 1管径管径/mm界限流量界限流量/Ls 110094501301681509155001682372001528.560023735525028.545700355490300456880049068535068969006858224009613010008221120 界界 限限

10、 流流 量量 表表 6.5 树状管网水力计算树状管网水力计算6.6 环状管网水力计算环状管网水力计算6.6.1环状管网水力计算步骤6.6.2环状管网计算的理论6.6.3环状管网平差方法6.6.4管网核算6.6.5管网计算结果的整理6.6.6多水源管网平差6.6.1环状管网水力计算步骤（1) 按城镇管网布置图，绘制计算草图，对节点和管段顺序编号，并标明管段长度和节点地形标高。（2) 按最高日最高时最高日最高时用水量计算节点流量，并在节点旁引出箭头，注明节点流量。（3) 在管网计算草图上，将最高用水时由二级泵站和水塔供入管网的流量(指对置水塔的管网)，沿各节点进行流量预分配流量预分配，定出各管段的

11、计算流量。（4) 根据所定出的各管段计算流量和经济流速，选取各管段的管径管径。（5) 计算各管段的水头损失水头损失h h及各个环内的水头损失水头损失代数和代数和h h。（6) 若h h超过规定值超过规定值(即出现闭合差h)，须进行管网平差，将预分配的流量进行校正，以使各个环的闭合差达到所规定的允许范围之内。（7) 按控制点要求的最小服务水头和从水泵到控制点管线的总水头损失，求出水塔高度和水泵扬程。（8) 根据管网各节点的压力和地形标高，绘制等水压线和自由水压线图。6.6.1环状管网水力计算步骤6.6.2环状管网计算的理论1.环状管网计算时，必须满足下列基本水力条件(1) 连续性方程连续性方程(

12、又称节点流量平衡条件)即对任一节点来说，流入该节点的流量必须等于流出该节点的流量。(2) 能量方程能量方程(又称闭合环路内水头损失平衡条件)即环状管网任一闭合环路内，水流为顺时针方向的各管段水头损失之和应等于水流为逆时针方向的各管段水头损失之和。6.6.2环状管网计算的理论2.环状管网计算的基本方法和原理(1) 解环方程组法该方法是以每环的校正流量为未知变量进行求解的方法。(2) 解节点方程组法该方法是以管网中各节点水压值为未知数进行求解的一种方法。(3) 解管段方程组法该方法是以管网中各管段流量为未知数进行求解的一种方法。6.6.3环状管网平差方法1.哈代-克罗斯法图6-14两环管网的流量调

13、整6.6.3环状管网平差方法2.最大闭合差的环校正法45图6-16闭合差方向相同的两基环分析：分析：（1）若环 ，环的闭合差方向相同闭合差方向相同，都是顺时针方向，即 h 0, h 0 ，即大环的闭合差 h + h 0 ，也为顺时针方向。图6-17闭合差方向相反的两基环6.6.4管网核算(1) 消防时消防时用水量的核算，是以最高时用水量确定的管径为基础，然后按最高时用水量另加消防流量进行流量分配，确定管段的计算流量，按最高时用水流量加消防流量及消防压力进行核算。(2) 事故时管网主要管段发生损坏时，必须及时检修，在检修时间内供水量允许减少，但设计水压一般不应降低。(3) 最大转输时设对置水塔的

14、管网，在最高用水时由泵站和水塔同时向管网供水，但在一天内抽水量大于用水量的时段内，多余的水经过管网送入水塔储存，因此，这种管网还应按最大转输流量来核算，以确定水泵能否将水送进水塔。（1）消防校核的实质 管网是按最高日最高时流量来设计的，这个流量并没有包括消防流量。（城市火灾不是经常发生的，且火灾持续时间不长，灭火期间短时间的断水或者流量减少居民能够接受） 消防校核的实质是以最高日最高时流量另加消防流量作为设计流量，按10m的服务水头计算，校核按最高时流量确定的管径和水泵能否满足消防时候的要求。6.6.4管网核算消防时（2）消防校核的方法1）首先根据城市规模和现行的建筑设计防火规范确定同时发生的

15、火灾次数和消防用水量；2）把消防流量作为集中流量加在相应节点的节点流量中；（如按消防要求同时一处失火，则放在控制点，有两处或两处以上失火，一处放在控制点，其他设定在离二级泵站较远或靠近大用户的节点处，其余节点仍按最高用水时的节点流量。）3）以最高日最高时用水量确定的管径为基础，将最高时用水量与消防流量相加后进行流量分配；4）进行管网平差，求出消防时的管段流量和水头损失；5）计算消防时所需要的水泵扬程。（自由水压不低于10 mH2O）6.6.4管网核算消防时（3）消防校核的结果虽然消防时比最高时所需的服务水头要小得多,但因消防时通过管网流量增大，各管段的水头损失相应增加，按最高时确定的水泵扬程有

16、可能不满足消防时的需要。若：1）消防时需要的水泵扬程 小于 最高时确定的水泵扬程,则设计不需要调整；2）消防时需要的水泵扬程 略大于 最高时确定的水泵扬程，可放大管网末端个别管径；3）消防时需要的水泵扬程 远大于 最高时确定的水泵扬程，专设消防泵。6.6.4管网核算消防时（1）事故校核的实质管网主要管段发生损坏时，必须及时检修，在检修时间内供水量允许减少，但设计水压一般不应降低。事故时管网供水流量与最高时设计流量之比，称为事故流量降落比，用R表示。R的取值根据供水要求确定，城镇的事故流量降落比R一般不低于70%。6.6.4管网核算事故时事故校核的实质事故校核的实质是管网前端主要管段发生损坏时，

17、原设计的管径和水泵能否供应不小于最高时设计流量70%的流量。（2）事故校核的方法校核时，水力计算过程跟最高时计算过程相同，只是管网各节点的流量应按事故时用户对供水的要求确定。（可按事故流量降落比统一折算，即事故时管网的节点流量等于最高时各节点的节点流量乘上事故降落比R）6.6.4管网核算事故时（3）事故校核的结果 经过校核后不符合要求时，可以增加平行主干管或埋设双管，或放大某些连通管的管径，或重新选择水泵。也可以从技术上采取措施，如加强当地给水管理部门的检修力量，缩短损坏管段修复时间；重要的和不允许断水的用户，可以采用贮备用水的保障措施。（1）最大转输时校核的实质6.6.4管网核算最大转输时最

18、高时最高时转输时转输时（2）最大转输校核的方法校核时，水力计算过程跟最高时计算过程相同，只是管网各节点的流量需按最大转输时管网各节点的实际用水量求出。因节点流量随用水量的变化成比例地增减，所以最大转输时各节点流量可按下式计算：6.6.4管网核算最大转输时izsziqkqiqzsk-最高用水时的节点流量，L/s -最大转输时节点流量折减系数，其值可按下式计算 式中 Qzy、Qh分别为最大转输时和最高用水时管网总用水量，L/s； 节点流量确定后，按最大转输时的流量进行分配和管网平差，求出各管段的流量、水头损失和所需要的水泵扬程。hzyzsQQk（3）最大转输校核的结果校核不满足要求时，应适当放大从泵站到水塔最短供水路线上管段的管径。6.6.4管网核算最大转输时1、标注计算成果2、管网各节点水压标高和自由水压计算 起点水压未知的管网进行水压计算时，应首先选择管网的控制点，由控制点所要求的