第六章-给水管网工程设计课件

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；1（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。26.1设计用水量及其调节计算

6.1.1最高日设计用水量计算

设计用水量＝综合生活用水＋工业企业生产用水和生活用水

+消防用水（设计校核用）＋市政道路浇洒、绿化、环境

+未预计水量及管网漏失水量

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》

31、最高日设计用水量定额如缺乏实际用水量资料，可参考：

1)《室外给水设计规范》（GB50013-2006）；

2)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；

3)《城市供水统计年鉴》：全国城市用水资料；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。41）居民生活用水－用水量定额（设计规范）居民生活用水量定额：城镇居民每人每日平均生活用水量。综合生活用水定额：居民生活用水量+公共设施生活用水量。公共建筑内的生活用水量，应按现行的《建筑给水排水设计规范》执行。生活用水量定额受生活习惯、气候、水资源、经济因素、居住条件等因素影响。5居民生活用水量规范定额6居民生活用水量调查

7综合居民生活用水量调查8城市综合人均用水量

92）工业企业生产用水和生活用水

工业用水指标：万元产值用水量/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。

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。103）消防用水：

－消防用水量计算：城市、居住区、工厂、仓库和民用建筑的室外消防用水量按同一时间内的火灾次数和一次灭火用水量确定。－工厂、建筑物室外消防用水量：（建筑设计防火规范）——按建筑面积、容积、耐火等级计算；－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”；消防用水是指在发生火灾的情况下用于灭火所需的水量。

按《建筑设计防火规范》(GBJ16)、《高层民用建筑设计防火规范》(GB50045)执行114）市政用水：

浇洒道路用水：2.0-3.0L/d·m2计算；浇洒绿

化1.5-4.0L/d·m2。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）管网漏水＋6）未预见水量

＝15－25％（综合生活用水+工业企业生产生活用水+市政绿化用水）122．最高日设计用水量计算Qd（1）城市最高日综合生活用水量（包括公共设施生活用水量）（2）工业企业生产用水量13（3）工业企业职工生活用水和淋浴用水量

14（4）浇洒道路和绿化用水量（5）未预见水量和管网漏失量15（6）消防用水量（校核时使用）最高日设计用水量

算出城市最高日用水量Qd之后，再根据时变化系数求出最高时用水量。Qhmax

＝

Kh×Qd/24

用水量变化系数：

日变化系数宜采用1.1-1.5；

时变化系数宜采用1.3-1.6。166.1.2设计用水量变化及其调节计算1、用水量变化规律：变化系数和变化曲线下图Kh＝Qhmax/Qhav＝5.92/4.17=1.42172、泵站供水流量设计

二级泵站的工作情况（与管网中是否设置水塔或高地水池有关）

1）管网中无水塔或高地水池

●任何时刻供水量等于用水量：Q二泵＝KhQd/86.4＝Qhmax

；●为使水泵高效工作使用大小搭配的多台水泵来适应用水量的变化；

2）管网有对置水塔或高地水池

●

每小时供水量可以不等于用水量，但24h总供水量等于总用水量；●

二级泵站的工作是按照设计供水曲线进行，设计供水曲线是根据用水量变化曲线拟定的，拟定时注意：供水曲线尽量接近于用水曲线，且分级数不宜超过三级，一般各级供水量可取相应时段用水量的平均值；注意每级能选到合适的水泵，以及有利于水泵的合理搭配，适当留有发展余地。Q二泵=Q分级供水线max＝Qhmax－Q水塔

183、清水池或水塔调节容积：调节容积计算Q1、Q2―表示要调节的两个流量，m3/h。194、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＋安全储备水量水塔设计有效容积

＝水塔调节水量＋室内消防用水量

缺乏资料时，清水池调节容积按最高日用水量的10%～20%估算。水塔的调节容积按最高日用水量的2.5%～6%估算。206.2

设计流量分配与管径设计

6.2.1

节点设计流量分配计算

1、用水流量的分配

1）用户分类：

－集中用水户：大用户。用水流量称为集中流量。工业企业、事业单位、大型公共建筑。单独设置节点。

－分散用水户：管段沿线分散用水，称为沿线流量。如居民生活用水、浇路或绿化用水等。用水量折算到交叉节点。

2）集中流量时变化系数（用水模式）

213）沿线流量：是指沿线分配给用户的流量。管网实际配水情况比较复杂，高峰流量各异。计算时加以简化。计算时简化采用比流量法，假定小用水户的流量沿线均匀分布。（1）长度比流量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，记作ql。22则每一计算管段沿线流量记作qmi为：23（2）面积比流量

假定沿线流量均匀分布在整个供水面积上。管线单位面积上的配水流量，称为面积比流量，记作qA。

则每一计算管段沿线流量记作qmi为：24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。25注意：1）面积比流量考虑了沿线供水面积（人数）多少对管线配水的影响，计算结果更接近实际配水情况，但计算较麻烦。当供水区域的干管分布比较均匀时，二者相差很小。这时，用长度比流量较好。2）当供水区域内各区卫生设备或人口密度相差较大时，各区的比流量应分别计算。3）同一管网，比流量的大小随用水量变化而变化。各种工况下需分别计算。262、节点流量（1）沿线流量为什么要转化为节点流量？（2）沿线流量如何转换成节点流量沿线流量划成节点流量公式（3）节点流量计算公式节点流量包括三部分：由沿线流量划成节点流量、该节点的最高时集中流量和供水设计流量27【例题】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120L/s（分别在节点2、3、4集中出流40L/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。600600600600800800800500居住区居住区居住区居住区工厂工厂绿地居住区Q=260L/s（1）（2）（3）（4）（5）（6）（7）28解：1．配水干管计算总长度2．配水干管比流量29

3．沿线流量：

管段编号管段计算总长度（m）比

流

量

(L/s.m)沿

线

流

量

(L/s)

1-22-33-41-53-54-65-66-7

8000.5×600=300

0.5×600=3000.5×600=300800800600500

0.03182

25.459.559.559.5525.4525.4519.0915.91合

计

4400

140.00各管段沿线流量计算304．节点流量计算：

各管段节点流量计算节点节点连的管段节点流量(L/s)集中流量(L/s)节点总流量(L/s)12345671-2,1-51-2,2-32-3,3-4,3-53-4,4-61-5,3-5,5-64-6,5-6,7-66-70.5(25.45+9.55)=17.500.5(25.45+9.55)=17.500.5(9.55+9.55+25.45)=22.280.5(25.45+9.55)=17.500.5(9.55+25.45+19.09)=27.050.5(25.45+19.09+15.91)=30.220.5(15.91)=7.95

404040

17.5057.5062.2857.5027.0530.227.95合计140.00120260.00316.2.2

管段设计流量分配目的：确定各管段中的流量，进而确定管段直径。流量分配要保持水流的连续性，每一节点必须满足节点流量的平衡条件：流入任一节点的流量等于流离该节点的流量，若以流入为“一”，流离为“+”，则∑Q=0。a.枝状网

水流方向唯一，流量分配唯一，任一管段的流量等于以后所有节点流量总和。3233b.环状网流量分配可有多种组合方案。基本原则：满足供水可靠性前提下，兼顾经济性。在遇到要向两个或两个以上方向分配流量时，要向主要供水方向（如通向密集用水区或大用户的管段）分配较多的流量，特别要注意不能出现逆向流（即从远离水源的节点向靠近水源的节点流动）。34方法和步骤：确定控制点位置，管网主导流向；参照主导流向拟定各管段水流方向，以最短距离供水到大用户或边远地区；尽量使平行的主要干管分配相近的流量（防止某些管段负荷过重），连接管要少分配流量，满足沿线配水为限（主要作用是干管损坏时转输流量）各干管通过的流量沿主要流向逐渐减少，不要忽多忽少；可以起端开始或从末端，满足节点流量的平衡条件。

此时的分配值是预分配，用来选择管径，真正值由平差结果定。356.2.3管段直径设计确定管网中每一管段的直径是输水和配水系统设计计算的主要课题之一。管段的直径应按分配后的流量确定。在设计中，各管段的管径按下式计算：式中q为管段流量，m3/s；V为管内流速，m/s。由上式可知，管径不但和管段流量有关，而且还与流速有关。因此，确定管径时必须先选定流速。36

为了防止管网因水锤现象而损坏，在技术上最大设计流速限定在2.5～3.0m/s范围内；在输送浑浊的原水时，为了避免水中悬浮物质在水管内沉积，最低流速通常应大于0.60m/s，由此可见，在技术上允许的流速范围是较大的。因此，还需在上述流速范围内，根据当地的经济条件，考虑管网的造价和经营管理费用，来选定合适的流速。37

流速大，管径就会减小，管网造价降低，但水头损失明显增加，所需的水泵扬程将增大，从而使经营管理费（主要指电费）增大，同时流速过大，管内压力高，因水锤现象引起的破坏作用也随之增大。流速小，因管径增大，管网造价会增加。但因水头损失减小，可节约电费，使经营管理费降低。因此，管网造价和经营管理费（主要指电费）这两项经济因素是决定流速的关键。求一定年限t（称为投资偿还期）内，管网造价和经营管理费用之和为最小的流速，称为经济流速，以此来确定的管径，称为经济管径。从公式可以看出，流量一定时，管径与流速的平方根成反比。38设Wt为总费用，C为管网造价，Y1为年折旧费用，Y2为年度运行电费，T为投资偿还年限。则有：投资偿还期内的年度总费用为：39DeY2VeWY2WVW0DW0年折算费用和管径的关系年折算费用和流速的关系40管径/mm界限流量/L·s

－1管径/mm界限流量/L·s

－1100＜9450130~1681509~15500168~23720015~28.5600237~35525028.5~45700355~49030045~68800490~68535068~96900685~82240096~1301000822~1120界限流量表各城市的经济流速值应按当地条件，如水管材料和价格、施工条件、电费等来确定，不能直接套用其他城市的数据。另外，管网中各管段的经济流速也不一样，须随管网图形、该管段在管网中的位置、该管段流量和管网总流量的比例等决定。因为计算复杂，有时简便地应用“界限流量表”确定经济管径，见界限流量表。41平均经济流速表管径/mm平均经济流速υe/L·s

－1D=100～4000.6～0.9D≥4000.9～1.4由于实际管网的复杂性，加上情况在不断的变化，例如流量在不断增加，管网逐步扩展，诸多经济指标如水管价格、电费等也随时变化，要从理论上计算管网造价和年管理费用相当复杂且有一定难度。在条件不具备时，设计中也可采用由各地统计资料计算出的平均经济流速来确定管径，得出的是近似经济管径，见平均经济流速表42

在使用各地区提供的经济流速或按平均经济流速确定管网管径时，需考虑以下原则：

1）一般大管径可取较大的经济流速，小管径可取较小的经济流速；

2）管段设计流量占整个管网供水流量比例较小时取较大的经济流速，反之取较小的经济流速

3）首先定出管网所采用的最小管径（由消防流量确定），按υe确定的管径小于最小管径时，一律采用最小管径；从供水泵站到控制点的管线上的管段可取较小的经济流速，其余管段可取较大的经济流速；434）连接管属于管网的构造管，应注重安全可靠性，其管径应由管网构造来确定，即按与它连接的次要干管管径相当或小一号确定；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44

6）由管径和管道比阻α之间的关系可知，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；相反，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。因此，在确定管网管径时，一般对于管网起端的大口径管道可按略高于平均经济流速来确定管径，对于管网末端较小口径的管道，可按略低于平均经济流速确定管径，特别是对确定水泵扬程影响较大的管段，适当降低流速，使管径放大一号，比较经济；45

7）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。以上是指水泵供水时的经济管径确定方法，在求经济管径时，考虑了抽水所需的电费。重力供水时，由于水源水位高于给水区所需水压，两者的标高差H可使水在管内重力流动。此时，各管段的经济管径应按输水管和管网通过设计流量时，供水起点至控制点的水头损失总和等于或略小于可利用的水头来确定。466.3泵站扬程与水塔高度设计根据管段设计流量和经济流速选定管段后，应确定泵站的设计扬程和水塔高度，以便进行泵站选泵、泵站设计和水塔设计

环状管网的设计流量只起确定管径的作用，不能用于计算泵站的扬程和水塔高度，必须先通过水力分析求出设计工况下管段的实际工作流量（管网平差计算），然后才能确定泵站扬程和水塔高度。两个概念：

节点服务水头：节点地面高程加上节点所连接的用户所需的最低供水压力（自由水头、静压）。控制点：给水管网用水压力最难满足的节点。一般是管网最高最远的点。476.4管网设计校核1、管网校核的定义从前面的设计过程可知，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求来设计的。这样的管径和水泵能否满足其他特殊情况(消防时、最大转输、事故时)下的要求，就需进行其它用水量条件下的核算。核算按最高日最高时流量设计的管径和水泵能否满足其他特殊情况下的要求的过程就叫作管网校核。482、管网校核的内容消防校核：发生火灾的情况下；事故校核：管网前端主要干管发生事故的情况下；最大转输校核：设有对置水塔的管网最大转输的情况下；496.4.1消防校核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。50（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。（控制点自由水压不低于10mH2O）2、消防校核的方法51

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可能不满足消防时的需要。若：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；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；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。3、消防校核结果521、事故校核的实质管网主要管段发生损坏时（一般考虑靠近水泵站的主干管在最高时的情况），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