给水管网设计课件

第6章给水管网工程设计§

6.1设计用水量计算§6.2设计流量分配与管径设计§

6.3泵站扬程与水塔高度设计§

6.4管网设计校核§

6.5给水管网分区设计第6章给水管网工程设计设计内容和程序：（1）管网工程设计范围：城市总体管网：总体规划、干管设计；区域供水管网：城市区域、功能区域（工厂、居住、学校、…）；单项管道工程；引水工程、输水工程、改扩建工程、…；（2）设计用水量：满足最不利供水条件下用水需求；工程覆盖区域用水量需求和分布；用户用水量和区域用水量计算；节点用水量分布；（3）调节供水量与调节设施：清水池、水塔、调节水池、泵站、加压泵站；（4）管段设计——确定管段直径；（5）设计方案水力分析和校核；（6）不同工况水力水质校核；（7）确定初步设计方案：管径、管材、流量、压力、泵站扬程、造价匡算、能量、成本、校核；（8）编制初步设计说明书：说明书、计算书；（9）施工图设计：详细设计－管道定位、埋深、施工方法、费用概预算；（10）工程施工：工程招投标（工程施工、设备采购、材料采购）、工程监理、设备监理。（1）管网定线（2）计算干管的总长度（3）计算干管的比流量（4）计算干管的沿线流量（5）计算干管的节点流量给水管网设计和计算的步骤（6）定出各管段的计算流量

树状网：管段流量等于其后管段各节点流量和环状网：根据一定原则先人为拟定（7）根据计算流量和经济流速，选取各管段的管径（8）根据流量和管径计算各管段压降（9）确定控制点，根据管道压降求出各节点水头和自由水压。树状网：根据流量直径计算压降。环状网：若各环内水头损失代数和（闭合差）超过规定值，进行水力平差，对流量进行调整，使各个环的闭合差达到规定的允许范围内。（6）~（9）列水力分析计算表（10）确定水泵扬程和水塔高度6.1设计用水量计算

6.1.1最高日设计用水量

设计用水量＝居住区综合生活用水＋工业企业生产用水和职工生活用水

＋浇洒道路和绿化用水

＋未预见水量＋管网漏失水量

设计规范：

《室外给水设计规范》《工业企业设计卫生标准》《建筑设计防火规范》《高层民用建筑设计防火规范》（1）最高日设计用水量定额*建设部（1995）科研项目：“城市生活用水定额研究”成果；*数据来源：全国用水人口35%，全国市政供水量40%，约10万个数据；*

《室外给水设计规范》GB50013-2006；*《城市供水统计年鉴》(1990～2001年)：555个城市用水资料；*用水定额划分为三个区；*城市规划法规定：特大城市－人口在100万以上；大城市－人口在100万以下，50万以上；中小城市－人口在50万以下。

用水量预测1）居民生活用水－生活用水量规范定额2）工业企业生产用水和生活用水工业用水指标：－－单位产品用水量

用途：冷却、空调、制造、加工、净化、洗涤；行业用水量指标规定：发电、冶金、化工、、纺织、电子、机械、….；工业企业内工作人员生活用水量一般车间采用每人每班25L，高温车间采用每人每班35L。Kh=2.5-3.0工业企业工作人员淋浴用水量接触污染工种：60L/cap.班；一般工种：40L/cap.班；淋浴用水时间：每次下班后1小时内用水。节约用水：改进生产工艺、循环、重复利用。3）消防用水：－管网消防栓设计：“室外消防给水管道的最小直径不应小于100mm”和“室外消火栓的间距不应超过120m”

；

－消防用水量计算：《建筑设计防火规范》(GB50016-2006)、《高层民用建筑设计防火规范》(GB50045-95)2005版。4）市政用水：

浇洒道路用水：2.0-3.0L/(m2·d)计算；浇洒绿化1.0-3.0L/(m2·d)。5）管网漏水：最高日用水量的10%-12%计算。6）未预见水量：最高日用水量的8%-12%。【注：(5）＋6）＝15－25％】（旧）用水量变化系数：日变化系数宜采用Kd=1.1-1.5；时变化系数宜采用Kh=1.3-1.6

。（2）最高日设计用水量计算最高日设计用水量应包括设计年限内所供应的全部用水：居住区综合生活用水，工业企业生产用水和职工生活用水，消防用水，浇洒道路和绿地用水以及未预见水量和管网漏失水量，但不包括工业自备水源所供应的水量。设计用水量应先分项计算，最后进行汇总。

由于消防用水量是偶然发生的，不累计到设计总用水量中，仅作为设计校核使用。1）城市最高日综合用水量q1i----城市各用水分区的最高日综合生活用水量定额，L/（cap.d)N1i----设计年限内城市各用水分区的计划用水人口数，cap。（2）最高日设计用水量计算2）工业企业生产用水量q2i——各工业企业最高日生产用水量定额，[m3/万元、m3/产量单位或m3/（生产设备单位.d）]；N2i——各工业企业产值，[万元/d，或产量，产品单位/d，或生产设备数量，生产设备单位]；fi——各工业企业生产用水重复利用率。3)工企业职工生活用水量Q3

Q3=1/1000∑n3i(N3i’q3i’

+N3i”q3i”)(m3/d)

式中：n3i——

某车间或工厂每日班别；N3i’、N3i”

——分别为相应车间或工厂一般及高温车间岗位最大班的职工人数，人；q3i’、q3i”——分别为相应岗位职工的生活用水定额，L/人.班;4）工企业职工淋浴用水量Q4

Q4=1/1000∑n4i(N4i’q4i’

+N4i”q4i”)(m3/d)

式中：n4i——

某车间或工厂每日班别；

N4i’、N4i”

——分别为相应车间或工厂一般及高温车间岗位每班的职工淋浴人数，人；

q4i’、q4i”——分别为相应岗位职工的淋浴用水定额，L/人.班。

工企业用水总量为Q2+Q3+Q45）浇洒道路和大面积绿化用水量q5a——城市浇洒道路用水量定额，L/(m2.d.次)；q5b——城市大面积绿化用水量定额，L/(m2.d)；N5a——城市最高日浇洒道路面积，m2；f5

——城市最高日浇洒道路次数N5b——城市最高日大面积绿化用水面积，m2。

6）管网漏失水量

Q6=（0.10~0.12）（Q1+Q2+Q3+Q4+Q5）据调查，城市供水管网漏失率为21.4％左右，一些北方地区城市供水管网漏失率甚至达到40％（平顶山），已远远超过12％的国家控制标准。（北京17%）（国外7%）

7）未预见水量

Q7=（0.08~0.12）（Q1+Q2+Q3+Q4+Q5）（m3/d)指在给水设计中对难以遇见的因素（如规划的变化及流动人口用水等）而预留的水量。8）消防用水量Q8=q8f8

(L/s)q8——消防用水量定额，L/s；f8

——同时火灾次数。9）最高日设计用水量

Qd=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6+Q7（m3/d)

例6.1例3-1我国华北某地一工业区，规划居住人口10万人，用水普及率预计为100%，，其中老市区人口8.2万，新市区人口1.8万；老市区房屋卫生设备较差，最高日生活用水量定额采用190L/（cap.d），新市区房屋卫生设备比较先进和齐全，最高日综合生活用水量定额采用205L/（cap.d），该工业区内设有职工医院、饭店、招待所、学校、娱乐商业等公共建筑。居住区（包括公共建筑）生活用水量变化规律与现在某市实际统计资料相似，见表3-1第（2）项所示，工业区有两个企业：甲企业有职工9000人，分三班工作（0、8、16时），每班3000人，无一般车间，每班下班后需淋浴；乙企业有7000人，分两班制（8、16时），每班3500人，无高温车间，每班有2400人淋浴，车间生产轻度污染身体。生产用水量：甲企业每日24000m3，均匀使用，乙企业每日6000m3，集中在上班后前4小时内均匀内使用。城市浇洒道路面积为4.5hm2，用水定额采用1.5L/（m2.次）每天浇洒1次，大面积绿化面积6.0hm2，用水定额采用2.0L/（m2.d），试计算该工业区一下各项用水量：（1）最高日设计用水量及逐时用水量；（2）最高日平均时和最高时设计用水量；（3）消防时所需总用水量。解：一、工业区最高日设计用水量及逐时用水量计算（一）生活用水量计算1.居住区综合生活用水量计算：根据表3-1第（2）项逐时变化系数计算居住区（包括公共建）的各小时用水量列于表3-1第（3）项内。2.工业企业职工生活用水量职工生活用水量标准采用：高温车间为35L/（人.班）；一般车间为25L/（人.班）。则甲、乙企业职工生活用水量按式（3-6）计算：将图中的变化系数，按班制分配于表3-1中的（4）（8）项，甲企业高温车间生活用水量按（4）项变化系数计算，各小时用水量列于表3-1第（5）项；乙企业一般车间生活用水量按第（8）项变化系数计算，各小时用水量列于表3-1第（9）项。3.工业企业职工淋浴用水量职工淋浴用水量标准，高温污染车间为60L/（人.班），一般车间为40L/（人.班），则甲、乙企业职工淋浴用水量按式（3-7）计算：淋浴时间在下班后一小时内使用，甲、乙企业分别列于表3-1中第（6）（10）项（二）工业企业生产用水量计算甲企业小时均匀使用，则平均每小时用水量为1000m3；乙企业在上班后4小时内使用，按两班制计算，平均每小时用水量为750m3；分别列于表3-1的第（7）（11）项。（三）市政用水量计算考虑到供水的安全可靠性，在设计时市政用水量一般放在用水高峰时段，市政用水量列于表3-1中第（12）项（四）未预见水量及管网漏失水量计算未预见水量及管网漏失水量计算按上述各项用水量总和的20%计入，则：（按新规范分别计算）取发生在每小时的未预见水量基本上随用水量的增加而增加。权衡考虑诸因素，未预见及管网漏失水量24h均匀分配，较为经济合理，见表3-1第（13）项因此，该工业区最高日设计用水量可按式二、最高日平均时和最高时设计用水量计算（一）最高日平均时设计用水量，按式（3-11）计算：（二）最高日最高时设计用水量，由表3-1第（14）项查出：最高用水时发生在8~9时，占最高日设计用水量的百分数为，则：三、工业区所需消防用水量该工业区在规划年限内的人口为10万人，参照国家现行《建筑设计防火规范》，确定消防用水量为35L/s，同时发生火灾次数为2次。则该工业区所需消防总流量，按式（3-13）计算：

设计该工业区给水系统时作为消防校核计算的依据。6.1.2设计用水量变化及其调节计算（1）设计用水量变化规律的确定1）《室外给水设计规范》规定，城市供水中，时变化系数、日变化系数应根据城市性质、城市规模、国民经济与社会发展和成熟供水系统并结合现状供水曲线和日用水变化分析确定；在缺乏实际用水资料的情况下，最高日城市综合用水的时变化系数宜采用1.3~1.6，日变化系数宜采用1.1~1.5，个别小城镇可适当加大。

最高日用水量的时变化曲线：最高日各小时用水量曲线图。图6.1某城市最高日用水量变化曲线

(6.8)（m3/h）图6.1中，最高时用水量为全天用水量的5.92%，时变化系数为1.42。若最高日用水量Qd=45000m3/d，则最高时用水量为：（m3/h）工业企业职工生活用水量时变化曲线平均时百分比=1/8=0.1252）工业企业内工作人员的生活用水时变化系数为2.5~3.0，淋浴用水量按每班延续用水1小时确定变化系数；3）工业生产用水量一般变化不大，可以在最高日个小时均匀分配。6.1.2设计用水量变化及其调节计算（2）泵站供水流量设计供水设计的原则：1）供水管网设计流量等于最高日最高时设计用水量；2）单水源给水系统，可以考虑不设水塔（或高位水池）或者设置水塔（或高位水池）两种方案。3）多水源给水系统，一般不需要在管网中设置水塔或高位水池进行水量调节；单水源给水系统不设水塔或高位水池，供水泵站设计供水流量为最高时用水量；设置水塔或高位水池，应设计泵站供水曲线。具体要求：泵站供水量一般分两级；泵站各级供水线尽量接近用水线，各级供水量取相应时段用水量的平均值；应注意每级能否选到合适水泵，以及水泵机组的合理搭配；必须使泵站24小时供水量之和与最高日用水量相等。例：二级供水第一级：从22点到5点，供水量2.22%；第二级：从5点到22点，供水量4.97%；总供水量：2.22%*7+4.97%*17=100%用水量变化曲线二级泵站设计供水线一级泵站供水线供水泵站、水塔或高位水池设计流量若最高日用水量为45000m3/d不设水塔或高位水池，供水泵站设计供水流量为：45000×5.92%×1000/3600=740(L/s)设置水塔或高位水池，供水泵站设计供水流量：45000×4.97%×1000/3600=620(L/s)水塔或高位水池的设计供水流量：45000×（5.92%-4.97%）×1000/3600=120(L/s)水塔或高位水池的最大进水流量（21-22点）：45000×（4.97%-3.65%）×1000/3600=165(L/s)清水池和水塔作用清水池：调节流量（调节水厂产水量和二泵供水量），贮存水量和保证氯消毒接触时间；水塔：调节流量（二泵供水量和用户用水量），贮存水量和保证管网水压。（3）调节容积计算用水量变化曲线二级泵站设计供水线一级泵站供水线二级泵站供水线越接近用水线，则水塔容积越小，清水池容积越大些。例6.2P126

用水量曲线（2）和二级泵站供水曲线（3）表达水塔或水池的流量调节作用，供水量高于用水量时，多余的水进入水塔或水池内贮存，相反，当供水量低于用水量时，则从水塔或高位水池流出以补泵站供水量的不足。

图6.1中两条虚线之间的差即为需要调节的流量差，列于表6.4中的（2）、（3）两项。当给水管网中设有水塔或高位水池时，则要调节供水泵站供水流量与用水流量之差，如图6.1中泵站供水线（虚线）与用水线之间的差值，列于图6.4中的（3）、（4）两项。调节构筑物的功能是调节供水量与用水量之间的差值。

（3）调节容积计算当管网中设置水塔时，第（2）列数据为Q2，第（3）列数据为Q3，第5列为调节流量Q2-Q3，第6列为调节流量累计值∑（Q2-Q3），其最大值为9.74，最小值为-3.89，调节容积为：9.74-(-3.89)=13.63（%）。当管网中不设水塔时，第（4）列数据为Q4，第7列为调节流量Q2-Q4，第8列为调节流量累计值∑（Q2-Q4），其最大值为10.40，最小值为-4.06，清水池调节容积为：10.40-(-4.06)=14.46（%）。水塔调节容积计算见表6.4中第9、10列，其中，第9列为调节流量Q3-Q4，第10列为调节流量累计值∑（Q3-Q4），其最大值为2.43，最小值为-1.78，水塔调节容积为：2.43-(-1.78)=4.21（%）。Q1、Q2――表示要调节的两个流量，m3/h。清水池或水塔

调节容积计算：累计100.00100.00100.00调节容积=13.63调节容积=14.46调节容积=4.21清水池和水塔的关系

若二泵供水曲线越接近用水曲线，必然远离水厂产水曲线，则V塔减小，但V清增加，极限下，V塔=0，V清最大。故清水池和水塔共同承担调节水量。1、因水塔单位造价大于清水池，调节容量尽量集中在清水池中，以节省造价；2、V调为Qd的百分数，Qd越大，V调越大；故大中城市，水量大，不经济，常不设水塔，但中小城市和工企业常设水塔，既可贮水，又可提高供水安全可靠性。（4）清水池和水塔容积设计

清水池设计有效容积＝调节用水量＋消防用水量＋水厂生产自用水量＋安全储备水量：

式中W1——调节容积，m3；W2——消防贮水量，m3；W3——水厂冲洗滤池和沉淀池排泥等生产用水，m3；W4——安全贮量，m3。水池容积清水池的有效容积，包括调节容积，消防贮水量和水厂自用水的调节量。（4）清水池和水塔容积设计

123“设计规范”第7.5.1条净水厂清水池的有效容积，应根据产水曲线、送水曲线、自用水量及消防储备水量等确定，并满足消毒接触时间的要求。当管网无调节构筑物时，在缺乏资料情况下，可按水厂最高日设计水量的10％～20％确定。

“图集说明”第3.1.2条有关内容：水深不宜过浅，一般可为3.5~4.5m。“设计规范”第7.5.3条清水池的池数或分格数不得少于2个，并能单独工作和分别泄空；在有特殊措施能保证供水要求时，亦可修建1个（应设超越清水池的管道）。清水池设计参数-关于水池容积、水深及尺寸24“图集说明”第3.1.2条有关内容：水池平面尺寸应根据所处场地条件及结构经济合理确定，应尽量减少占地面积。

W2=QxT（m3）

W2—消防贮量，，其中，Qx为室外消防总流量，m3/h，按现行《建筑设计防火规范》确定；T为消防历时，一般为2h；W4—安全贮量，m3，为避免清水池抽空，威胁供水安全，清水池可保留一定水深（0.5m）的容量作为安全贮量，若清水池有效水深为3.5~5.0m时，则W4=（1/6~1/7）（w1+w2+w3）（m3）清水池最低水位=地面标高-有效水深注：清水池内水面标高=地面标高，池顶高出地面，池顶加0.5-1.0米覆土（抗浮和保温）

清水池的消防贮量和安全贮量之和，一般均能满足氯消毒接触时间不小于30s的要求。

在资料、不能进行水量调节计算的情况下，一般清水池容积可按最高日用水量的10%~20%设计。工业用水可按生产上的要求确定清水池容积。

清水池应设计成相等容积的两只，如仅有一只，则应分格或采取适当措施，以便清洗或检修时不间断供水。水塔容积设计

水塔设计有效容积＝水塔调节水量＋室内消防用水量：

清水池的构造给水工程中，常用钢筋混凝土水池、预应力钢筋混凝土水池和砖石水池等。一般做成圆形或矩形。钢筋混凝土水池使用最广。当水池容积小于2500m3时，圆形经济，大于2500m3时矩形经济。水池应有单独的进水管和出水管，安装地点应保证池水的经常循环，一般从池一侧上部进水，从另一侧下部出水。此外，还应有溢水管、放空管、检修孔、导流墙、通风孔等。池顶覆土0.3~0.7m，以利于保温和抗浮。形式对比圆形清水池-在一定容量范围内，圆形水池具有耗材少，投资省等优点-但模板消耗较高，且平面布置中占地面积较大。矩形清水池-矩形水池施工方便，模板周转效率高，且布置紧凑。-矩形水池又分正方形和长方形两种，从等面积而论，正方形周边最短，用材少，当容量大于2000m3时，往往采用矩形水池

清水池构造图在同时贮存消防用水的水池，为避免平时取用消防用水，可采取图所示的各种措施（防止取用消防蓄水的措施）水塔的构造塔体:用于支撑水柜，常用钢筋混凝土、砖石或钢材建造或采用装配式和预应力钢筋混凝土结构。装配式水塔可以节约模板用量。塔体形状有圆筒形和支柱式。水塔的进水管和出水管可以合用，也可以分别单独设置。基础:可采用单独基础、条形基础和整体基础。常用的材料有砖石、混凝土、钢筋混凝土等。还设有一些附属设施，如为防雷电的避雷针、扶梯、平台、栏杆和照明设施等。给水管网计算步骤1、求沿线流量和节点流量；2、求管段计算流量；3、确定各管段的管径和水头损失；4、进行管网水力计算和技术经济计算；5、确定水泵扬程和水塔高度。6.2设计流量分配与管径设计(1)用水流量分配为进行给水管网的细部设计，必须将总流量分配到系统中去，也就是将最高日用水流量分配到每条管段和各个节点上去。6.2.1节点设计流量分配计算集中流量：从一个点取得用水，用水量较大的用户。其用水流量称为集中流量，如工业企业、事业单位、大型公共建筑等用水均可以作为集中流量；分散流量：从管段沿线取得用水，且流量较小的用户，其用水流量称为沿线流量，如居民生活用水、浇路或绿化用水等，情况复杂。集中流量：qni—各集中用水户的集中流量，L/s；Qdi—各集中用水户最高日用水量，m3/d；Khi—时变化系数。根据实际管网流量变化情况设计管网非常复杂，加以简化。提出比流量，沿线流量，节点流量的概念。比流量：为简化计算而将除去大用户集中流量以外的用水量均匀地分配在全部有效干管长度上，由此计算出的单位长度干管承担的供水量。长度比流量：面积比流量：沿线流量：干管有效长度与比流量的乘积。管段配水长度，不一定等于实际管长。无配水的输水管，配水长度为零；单侧配水，为实际管长的一半。公园街坊街坊街坊街坊街坊街坊街坊街坊(6.13)式中qmi―各管段沿线流量，L/s；Ai―各管段供水面积，m2；qA―按管段供水面积分配沿线流量的比流量，L/（s·m2）。图6.2管段供水面积计算示意图

注意事项比较

面积比流量因考虑了管线供水面积（人数）多少对管线配水流量的影响，故计算结果更接近实际配水情况，但计算复杂。当供水区域的干管分布比较均匀，管距大致相同时，两者计算结果相差很小。采用长度比流量简便。当供水区域内各区卫生设备情况或人口密度差异较大时，各区比流量应分别计算，且分区越多，计算结果越准确。同一管网，比流量大小随用水流量变化而变化。故管网在不同供水条件下的比流量需分别计算。所有集中流量和沿线流量计算完后，应核算流量平衡，即：(6.14)

如果存在误差，则应检查计算过程中的误差，可以直接调整某些项，使流量达到平衡。节点流量：从沿线流量计算得出的并且假设是在节点集中流出的流量。按照水力等效的原则，将沿线流量一分为二，分别加在管段两端的节点上；集中流量可以直接加在所处的节点上；供水泵站或水塔的供水流量也应从节点处进入管网系统例：所示管网，给水区的范围如虚线所示，比流量为qs，求各节点的流量。因管段8-9单侧供水，求节点流量时，将管段配水长度按一半计算。解:以节点3、5、8、9为例，节点流量如下：例：某城镇给水环状网布置如图所示，全城最高日最高时总用水量315m3/h，其中包括工厂用水量50m3/h，管段6～8和8～9均只在单侧有用户。计算最高日最高时单位管长比流量、沿线流量和节点流量。14295水厂7863工厂880640710540520620520560580920890解：工厂的集中流量作为在其附近的节点4配出。管段6～8和8～9均只在单侧有用户。各管段配水长度如表所示。全部配水干管总计算长度为6690m，该管网最高日最高时的总用水量为：

Q-∑q=(315-50)×1000/3600=73.6(L/s)

管长比流量qs为：

Qs=73.6/6690=0.011(L/s.m)某城镇管网各管段最高日最高时沿线流量管段编号管段长度(m)管段计算长度(m)沿线流量(L/s)水厂－3620－－1-24904905.391-48808809.682-58908909.794-55205205.722-35305305.833-692092010.135-65405405.944-764064070.53.197-87107107.818-9560560×0.53.08合计669073.60节点编号连接管段编号连接管段沿线流量之和(L/s)节点流量（L/s)11-2,1-45.39+9.68=15.077.5421-2,2-3,2-55.39+5.83+9.79=21.0110.5132-3,3-6,水厂-35.83+10.13+0=15.967.9841-4,4-5,4-79.68+5.72+7.04=22.4411.22＋13.89某城镇管网最高日最高时各节点流量1427.5495水厂7863工厂（13.89）10.7210.517.989.6311.227.421.54880640710540520620520560580920890

[例题]

某城镇最高时总用水量为284.7L/s，其中集中供应工业用水量为189.2L/s。干管各管段编号及长度如图所示，管段4-5、1-2及2-3为单侧配水，其余为两侧配水。试求：（1）干管的比流量；（2）各管段的沿线流量；（3）各节点流量。

1000绿地756居住区

756

250

二泵45

居住区820居住区820居住区820居住区

756756

1

工厂

2绿地3

图

节点流量计算（单位：m）

[解]从整个城镇管网分布情况来看，干管的分布比较均匀，故按长度比流量法计算。1．配水干管计算长度：因二泵站-4为输水管，不参与配水，其计算长度为零，4-3、1-2、2-3管段为单侧配水，其计算长度按实际长度的一半计入，其余均为双侧配水管段，均按实际长度计入，则：

2．配水干管比流量

3．沿线流量：

管段1-2的沿线流量为：各管段的沿线流量计算见表。

管段编号管段长度（m）管段计算长度(m)比流量（L/(s.m)）沿线流量(L/s)1～27560.5×756＝378

0.02087.92～375605×756＝3787.91～4820820172～5820820173～6820820174～57560.5×756＝3787.85～675675615.76～72502505.2合计

460095.5各管段的沿线流量计算4.节点流量计算：如节点5的节点流量为：

各节点的节点流量计算节点连接管段节点流量(L/s)集中流量(L/s)节点总流量(L/s)11-4、1-20.5(17+7.9)＝24.9189.2214.121-2、2-5、2-30.5（7.9＋17＋7.9）＝16.4

16.432-3、3-60.5（7.9＋17）＝12.5

12.541-4、4-50.5（17＋7.8）＝12.4

12.454-5、2-5、5-60.5（7.8＋17+15.7）=20.3

20363-6、5-6、6-70.5（17＋15.7＋5.2）＝18.9

18.976-70.5×5.2＝2.6

2.6合计

95.5189.2284.7式中：

qnj__最高时位于j节点的集中流量（L/s)；

qsj__位于j节点的泵站或水塔的供水设计流量（L/s)；

qmi__最高时管段i节点的沿线流量（L/s)；

例6.3p130(2)节点设计流量计算6.2.2管段设计流量分配计算目的

确定管网中每一管段的计算流量，确定管段直径。

依据

节点流量平衡条件：

流入任一节点的流量必须等于流离该节点的流量。符号规定：流入节点的流量为负，流出为正。

公式

qi+Σqij=0式中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。

注意：求得节点流量后，根据节点流量连续性方程，进行管网的流量分配，分配到各管段的流量已经包括了沿线流量和转输流量。

1、单水源树状网

特点

单水源枝状管网，从配水源供水到任一节点仅一条线路（只有一个水流方向），故每一管段只有一个唯一确定的流量分配值。流量分配

单水源枝状管网，任何一个管段的计算流量等于该管段以后所有节点的节点流量和大用户集中用水量之和。

q4-7=q7q4-5=q5

q1-4=q4+q4-5+q4-6+q4-7=q4+q5+q6+q7

示例

泵站56385646273545286142733341217726234775

2、环状管网特点

(1）各管段的流量与以后的节点流量无直接关系；（2）从配水源流向任一节点的流量可从不同方向供给。故每一管段无唯一的流量分配值，而有多种组合。流量预分配的原则：经济性和可靠性。

流入1节点的流量q0-1=Q（泵站供水量），流离1节点的流量有q1、

q1-2、

q1-5和q1-7，

由公式得：-Q+q1+q1-2+q1-5+q1-7=0或Q-q1=q1-2+q1-5+q1-7Q-q1已知，q1-2、

q1-5和q1-7有多种组合。需人为假定各管段的流量分配值（流量预分配）。流量分配遵循原则：(1)从水源或多个水源出发进行管段设计流量计算，按水流沿最短线路流向节点的原则拟定水流方向；（目的性）

(2)当向两个或两个以上方向分配设计流量时，要向主要供水方向或大用户用水分配较大的流量，向次要用户分配较少的流量；不能出现逆向流（经济性）；(3)顺主要供水方向延伸的几条平行干管所分配的计算流量应大致接近；当主要供水方向上管段损坏时，流量可通过其他管段供给（可靠性）。(4)每一节点满足进、出流量平衡。

注意：（1）平行管线分配相近流量，以免主要管线损坏时，其余管线负荷过重，使管网流量减少过多；主要干管和次要干管汇合时，主要干管多分些；干管之间的连接管，不要分配过大流量。（2）各干管的流量沿主要流向逐渐减少。（3）流量预分配是为了用来选定管径，真正的流量由管网平差来定。【例6.3-6.4】某单水源给水系统，其给水管网布置定线后，经过简化，得如图6.3所示管网图，管网中设置水塔，各管段长度和配水长度见表6.5，最高时用水流量为231.50L/s，其中集中用水流量见表6.6，用水量变化曲线及泵站供水曲线设计参照图6.1。试进行设计用水量计算、节点流量分配和管段流量分配。

图6.5管段设计流量分配结果

图6.4节点设计流量计算结果图6.3某城市给水管网图

3、多水源管网流量分配原则与要求同单水源供水分界线

供水分界点：由两个或两个以上水源同时供水的节点。供水分界线：各供水分界点的连线。各水源供水流量

该水源供水范围内的全部节点流量加上分界线上由该水源供给的那部分节点流量之和。流量分配步骤

（1）确定各水源的大致供水范围，（2）初步划定供水分界线，（3）从各水源向供水分界方向逐节点流量分配。6.2.3管段直径设计管径和设计流量的关系：D－管段直径，m；

q－管段流量，m3/s；

v－流速，m/s；

A－水管断面积，m3。确定管径必须先选定设计流速。设计流速的确定技术上：为防止水锤现象，Vmax<2.5~3m/s；为避免沉积，Vmin>0.6m/s。

经济上：设计流速小，管径大，管网造价增加；水头损失减小，水泵扬程降低，电费降低。

若流速过大，管内压力较高，因水锤现象引起的破坏作用增大。

一般设计流速采用优化方法求得。合理的流速应该使得在一定年限（投资偿还期）内管网造价与运行费用之和最小。设管网一次性投资的总造价为C，每年的管理费用为Y，则管网每年的折算费用为：

其中每年的运行管理费用一般分两项计算：式中Y1—管网每年折旧和大修费用；

Y2―管网年运行费用，主要考虑年运行总电费；

p―管网年折旧和大修费率（％）。T——投资偿还期，年；式中C和Y2都与管径和设计流速有关，前者(C)随着管径的增加或设计流速的减小而增加，后者(Y2)则随着管径的增加或设计流速的减小而减小，如图6.6和6.7所示。图6.6年折算费用和管径的关系

图6.7年折算费用和流速的关系

管径

（mm）平均经济流速

（m/s）D=100～400D≥4000.6～0.90.9～1.4一定年限T年内管网造价和管理费用（主要是电费）之和为最小的流速，称为经济流速。经济流速和经济管径和当地的管材价格、管线施工费用、电价等有关。条件不具备时，可参考：选取经济流速和确定管径时，可以考虑以下原则：1）大管径可取较大的经济流速，小管径可取较小的经济流速；.管道比阻随管径变化情况：流体在单位长度上产生的流动阻力（摩擦阻力）

当管径较小时，管径缩小或放大一号，水头损失会大幅度增减，而所需管材变化不多；

当管径较大时，管径缩小或放大一号，水头损失增减不很明显，而所需管材变化较大；故管网起端的大口径管道可按略高于平均经济流速确定管径，而管网末端小口径管道可按略低于平均经济流速确定管径。2）从供水泵站到控制点（即供水压力要求较难满足的节点，可能有多个）的管线上的管段可取较小的经济流速，输水管取较小的经济流速；3）管线造价（含管材价格、施工费用等）较高而电价相对较低时取较大的经济流速，反之取较小的经济流速；4）重力供水时，各管段的经济管径或经济流速按充分利用地形高差来确定；5）根据经济流速计算出的管径如果不符合市售标准管径时，可以选用相近的标准管径，或按界限管径选取标准管径；6）在各水源或水塔供水的分界区域，管段设计流量可能特别小，选择管径时要适当放大，因为这些管段可能需要输送较大的转输流量；7）重要的输水管，如从水厂到用水区域的输水管，或向远离主管网大用户供水的输水管，在未连成环状网且输水末端没有保证供水可靠性的贮水设施时，应采用平行双条管道，每条管道直径按设计流量的50%确定。另对于较长距离的输水管，中间应设置两处以上的连通管（即将输水管分为三段以上），并安装切换阀门，保证事故时能够实现局部隔离，保证达到规范要求的70%以上供水量要求。注意1.先定出管网最小管径（由消防流量确定），按ve确定个管径小于最小管径时，一律采用最小管径；2.连接管属构造管，不应过多考虑经济性，而应注意安全可靠性，其管径由管网构造确定，即按与它所连接的次要干管管径相当或小一号确定。例6.5某给水管网如图所示，节点设计流量、管段长度、管段设计流量等数据标注于图中。

求：设计管段直径。（2）（3）（4）（6）（7）（8）H1=12.00（1）清水池水塔（5）[1]

320[9]490[8]590[7]360[6][5][4]270[3]550[2]650-194.3520.7751.1714.5535.0382.3327.65-37.15-194.3532.4689.989.96.2722.6354.875.0037.15泵站管段编号1（双管）234（双管）56789设计流量(L/s)194.3589.96.2737.1589.932.4622.6354.875.00经济流速(m/s)1.001.000.200.801.001.000.700.900.60计算管径(mm)352338计管径(mm)300*2300200200*2300200200300100已知某城镇给水管网最高用水时流量Qh=200L/s。各节点流量（L/s）、各管段长度（m）见附图。经济管径可参考表1选取。试列表计算各管段的管径。界限流量表1管径（mm)100150200250300350计算流量（l/s)<5.85.8~17.517.5~3131~48.548.5~7171~111[练习]环状管网水力计算(2)(4)50l/s(3)(5)200l/s60l/s30l/s60l/s800850400700600(1)[1][2][3][6][4][5]6.3泵站扬程与水塔高度设计设计流量→经济流速→管径确定→压降确定→控制点确定→泵站扬程和水塔高度确定；树枝状管网设计流量不会因管径选择不同而改变；环状网中，管径根据初次流量分配确定，管网流量按管网水力特性进行分配。6.3.1设计工况水力分析设计工况：即最高日最高时用水工况。管段流量和节点水头最大，用于确定泵站扬程和水塔高度。水力分析：确定设计工况时管道流量、管内流速、管道压降、节点水头和自由水压。水力分析前需进行预处理:1）泵站所在的管段暂时删除∵水力分析前提：水力特性必须已知。∴泵站水力特性未知，泵站设计流量合并到与之相关联的节点中。（1）（2）（3）（4）（5）（6）（7）（8）[1][9][8][7][6][5][4][3][2]Q7Q3Q2Q1Q4Q5Q6Q8q1,h1q6,h6q5,h5q2,h2q3,h3q7,h7q8,h8q9,h9q4,h4节点（7）为清水池，管段[1]上设有泵站，将管段[1]删除，其流量合并到节点（7）和（1）：（1）（2）（3）（4）（5）（6）（7）（8）[9][8][7][6][5][4][3][2]Q7+q1Q3Q2Q1-q1Q4Q5Q6Q8q6,h6q5,h5q2,h2q3,h3q7,h7q8,h8q9,h9q4,h42）假设控制点

水力分析前提，管网中必须有一个定压节点。节点服务水头：节点地面高程加上节点所连接用户的最低供水压力。

【规定最低供水压力标准：一层楼10m，二层楼12m，以后每增一层，压力增加4m。

H=120+40(n-2)kPa，其中n≥2控制点：给水管网中压力最难满足的节点，其节点水头可作为定压节点。控制点的选择特点：地形最高点；要求自由水压最高点；距离供水起点最远点。假定控制点，其节点水头等于服务水头，则该节点成为定压节点。可先随意假定，水力分析完成后，通过节点水头与服务水头两者供压差额比较，找到真正的控制点。例6.5某给水管网如图所示，水源、泵站和水塔位置标于图中，节点设计流量、管段长度、管段设计流量等数据也标注于图中，节点地面标高及自由水压要求见表。

1）设计管段直径；

2）进行设计工况水力分析；

3）确定控制点。（2）（3）（4）（6）（7）（8）H1=12.00（1）清水池水塔（5）[1]

320[9]490[8]590[7]360[6]350[5]330[4]270[3]

550[2]

650-194.3520.7751.1714.5535.0382.3327.65-37.15-194.3532.4689.989.96.2722.6354.875.0037.15泵站管网设计工况水力分析节点编号12345678地面标高(m)13.618.819.12232.218.317.317.5要求自由水压(m)/242824/282824服务水头(m)/42.847.146/46.345.341.5给水管网设计节点数据[解]1）管段直径设计经济流速选择考虑管段编号123456789设计流量(L/s)194.3589.96.2737.1589.932.4622.6354.875.00经济流速(m/s)1.001.000.200.801.001.000.700.900.60计算管径(mm)352338计管径(mm)300*2300200200*2300200200300100给水管网设计数据2）设计工况水力分析将管段[1]暂时删除，管段流量并到节点（2）上的Q2=-194.35+14.55=-179.8（L/s）假定节点（8）为控制点水头损失采用海曾-威廉公式CW=110管段或节点编号23456789管段流量(L/s)81.088.7737.1598.7221.1425.1363.692.50管内流速(m/s)1.150.280.591.400.670.800.900.32管段压降(m)3.860.380.752.821.241.762.240.97节点水头(m)47.5743.7143.2644.0444.7142.4741.50/地面标高（m）18.8019.1022.0032.2018.3017.3017.50/自由水压（m）28.7724.6121.26/24.6125.1724/设计工况水力分析计算结果3）确定控制点节点编号12345678节点水头(m)/47.5743.7143.2644.0444.7142.4741.50服务水头(m)/42.8047.1046.00/46.345.3041.50供压差额（m）/-4.773.392.74/1.592.830.00节点水头调整(m)1250.9647.1046.6547.448.1045.8644.89地面标高（m）18.8019.1022.0032.2018.3017.3017.50自由水压(m)/32.1628.0024.65/29.8028.5627.39节点（3）、（4）、（6）、（7）压力无法满足服务水头要求，节点（3）和要求自由水压差值最大，所以真正控制点为节点（3），应根据节点（3）自由水压重新进行水力分析。控制点确定与节点水头调整6.3.2泵站扬程设计

完成设计工况水力分析后，泵站扬程可以根据所在管段的水力特性确定。泵站扬程计算公式：HFi——泵站所在管段起端节点水头HTi——终端节点水头hfi——沿程水头损失hmi——局部水头损失hn—泵站内部的水头损失（局+沿）局部损失可忽略不计，上式也可写为：（2）（3）（4）（6）（7）（8）H1=12.00（1）清水池水塔（5）[1]320[9]490[8]590[7]360[6][5][4]270[3]550[2]650-194.3520.7751.1714.5535.0382.3327.65-37.15-194.3532.4689.989.96.2722.6354.875.0037.15泵站管网设计工况水力分析泵站扬程计算[例6.6]采用例6.5数据，节点（1）处为清水池，最低设计水位标高为12m，试根据设计工况水力分析的结果，借[1]上泵站的设计扬程并选泵。[解]水泵扬程为（忽略局部水头损失）：考虑局部水头损失：水泵吸压水管道设计流速一般为1.2~2.0m/s，局部阻力系数可按5.0~8.0考虑，沿程水头损失忽略不计，泵站内部水头损失为：则水泵扬程应为：Hp=41.61+1.63，取44m；按2台水泵并联工作，单台水泵流量为：Qp=194.35/2=97.2(L/s)=349.8（t/h)，取350t/h。查水泵样本，选型。6.3.3水塔高度设计

完成设计工况水力分析后，水塔高度=水塔节点水头-地面高程：或（1）管网定线（2）计算干管的总长度（3）计算干管的比流量（4）计算干管的沿线流量（5）计算干管的节点流量（6）定出各管段的计算流量

树状网：管段流量等于其后管段各节点流量和。环状网：根据一定原则先人为拟定。总结：给水管网设计和计算的步骤（7）根据计算流量和经济流速，选取各管段的管径（8）根据流量和管径计算各管段压降（9）确定控制点，根据管道压降求出各节点水头和自由水压。树状网：根据流量直径计算压降。环状网：若各环内水头损失代数和（闭合差）超过规定值，进行水力平差，对流量进行调整，使各个环的闭合差达到规定的允许范围内。（6）~（9）列水力分析计算表（10）确定水泵扬程和水塔高度

某城市供水区用水人口5万人，最高日用水量定额为150Ｌ/(人·ｄ)，要求最小服务水头为16ｍ。节点４接某工厂，工业用水量为400ｍ3/ｄ，两班制，均匀使用。城市地形平坦，地面标高为5.OOｍ。水泵水塔012348567250450300600230190205650150[练习1]树枝网水力计算1．总用水量设计最高日生活用水量：

50000×0.15＝7500m3/d＝86.81L/s工业用水量：

400÷16＝25m3/h＝6.94L/s总水量为：

ΣQ＝86.81＋6.94＝93.75L/s2．管线总长度：ΣL＝2425m，其中水塔到节点0的管段两侧无用户不计入。3．比流量：

(93.75－6.94)÷2425＝0.0358L/s4．沿线流量：管段管段长度（m）沿线流量（L/s）0～11～22～31～44～84～55～66～7300150250450650230190205300×0.0358＝10.74150×0.0358＝5.37250×0.0358＝8.95450×0.0358＝16.11650×0.0358＝23.27230×0.0358＝8.23190×0.0358＝6.80205×0.0358＝7.34合计242586.815．节点流量：节点节点流量（L/s）0123456780.5×10.74＝5.370.5×(10.74+5.37+16.11)＝16.110.5×(5.37+8.95)＝7.160.5×8.95＝4.480.5×(16.11+23.27+8.23)＝23.800.5×(8.23+6.80)＝7.520.5×(6.80+7.34)＝7.070.5×7.34＝3.670.5×23.27＝11.63合计86.8193.7588.3860.6311.634.4811.643.6710.7418.26水泵水塔0123485672504503006002301902056501503.6711.634.487.1623.80+6.947.077.5216.115.37水力计算：起点水压未知时干管计算按经济流速和流量选定管径。支管计算

支管起点和终点水压均已知，支管计算按充分利用起点现有水压条件选定管径，但需考虑技术上对流速的要求，若支管负担消防任务，管径还应满足消防要求。6．干管水力计算：管段流量（L/s）流速（m/s）管径（mm）水头损失（m）水塔～00～11～44～893.7588.3860.6311.630.750.700.860.664004003001001.270.561.753.95Σh＝7.53

选定节点8为控制点，按经济流速确定管径（可以先确定管径，核算流速是否在经济流速范围内）。7．支管水力计算：管径参照支管的水力坡度选定（按充分利用起点水压的条件来确定）。管段起端水位（m）终端水位（m）允许水头损失（m）管长（m）平均水力坡度1～34～726.7024.9521.0021.005.703.954006250.014250.00632管段流量(L/s)管径(mm)水力坡度水头损失(m)1～22～34～55～66～711.644.4818.2610.743.67150(100)100200(150)1501000.006170.008290.003370.006310.005811.85(16.8)2.070.64(3.46)1.451.191点水头H8+h48+h148．确定水塔高度水泵扬程：需要根据水塔的水深、吸水井最低水位标高、水泵吸水管路和压水管水头损失计算确定。水泵水塔012348567250450300600230190205650150已知某城镇给水管网最高用水时流量Qh=200L/s。各节点流量（l/s）、各管段长度（m）见附图。经济管径可参考表1选取。试列表计算各管段的管径和流量。（只要求算到第二次分配各管段的流量，即可结束计算）。(1)(3)50l/s(2)(4)界限流量表200l/s60l/s30l/s60l/s管径（mm)100150200250300350计算流量（l/s)<5.85.8~17.517.5~3131~48.548.5~7171~111[练习2]环状管网水力计算800850400700600答：因为分配初始流量有无数个方案，所以该题要求能正确分配初始流量，确定管径，计算各管段水头损失，环闭合差和环校正流量，能正确调整各管段的流量。以下为一个例子：1350l/s24200l/s60l/s30l/s60l/s7030803010环号管段管长(m)管径(mm)Q(L/s)h(m)h/Q（sq)Q(L/s)11-2800300704.1340.05970-6.09=63.911-4850350-80-2.5990.032-80-6.09=-86.092-4400150101.9590.19610-6.09-1=2.913.4940.287-6.09112-3700200305.8720.19630+1=313-4600200-30-5.0330.168-30+1=-292-4400150-10-1.9590.196-10+1+6.09=-2.91-1.120.561.0补充：一、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）按最高日最高时用水量计算节点流量，并在节点旁引出箭头，注明节点流量。大用户的集中流量也标注在相应节点上。（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，定出各管段的计算流量。（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。（5）计算各管段的水头损失h及各个环内的水头损失代数和∑h。（6）若∑h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。二、环状管网计算的理论

环状管网计算的基本水力条件1）节点流量平衡条件2）闭合环路内水头损失平衡条件

环状管网平差的基本知识

环状管网计算的方法节点流量平衡条件（连续性方程）内容

流入某节点的流量等于流离该节点的流量。符号规定

若规定流离节点的流量为正，流入为负，则任一节点的流量代数和等于零。qi+Σqij=0闭合环路内水头损失平衡条件(能量方程）内容

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。符号规定

若规定顺时针方向的各管段水头损失为正，逆时针为负，则在任一闭合环路内各管段水头损失的代数和等于零，即：Σhij=0实例证明

ⅰ由并联管路的基本公式知：

h1-2-4=h1-3-4=H1-H4式中:

h1-2-4—管线1-2-4的水头损失；h1-3-4—管线1-3-4的水头损失；H1、

H4—分别为节点1和节点4的水压标高或测压管水头（每一节点只有一个数值）。

实例证明

(如图6-13)ⅱ由串联管路的基本公式知：

h1-2-4=h1-2+

h2-4；

h1-3-4=h1-3+h3-4或h1-2+

h2-4-

h1-3-h3-4=0结论：管网流量预分配时，不一定满足能量方程。须求出各管段的真实流量和水头损失。环状管网平差的基本知识闭合差

若闭合环路内顺、逆时针两个水流方向的管段水头损失不相等，其差值为环路闭合差，记作⊿h。符号意义

若闭合差为正，即⊿h＞0，说明水流顺时针方向的各管段中所分配的流量大于实际流量值，而水流为逆时针方向各管段中所分配的流量小于实际流量值。环状管网平差的基本知识管网平差

消除管网闭合差而进行的流量调整计算的过程。调整方法

引入校正流量⊿q，即流量偏大的各管段中减去一些流量，加在流量偏小的各管段中，且仍要满足两个条件。平差精度

电算时，︱⊿h︱≤0.01~0.05m；手算时：基环闭合差︱⊿h︱≤0.5m，大环闭合差︱⊿h︱≤1.0~1.5m.

6.4管网设计校核

管网的管径和水泵扬程是按设计年限内最高日最高时的用水量和正常水压要因求来设计的。这样的管径和水泵能否满足其他特殊