第2章城市基礎設施規(guī)劃(給水部分)

1、第2章城市基礎設施規(guī)劃(給水部分)1 管網計算的課題 內 求出所有管道的直徑、水頭損失。 重要性：管道工程的建設投資占整個給水系統(tǒng)總投資的 6080%，輸配水所需的動力費用占給水系統(tǒng)運行總費用的4070%。 給水管網的水力計算2 管網圖形及簡化 管網圖形： 管網圖形中每個節(jié)點通過一條或多條管段和其他節(jié)點相連接。如果舍去后，會破壞“圖”的連續(xù)性的管段，稱為聯系管段。聯系管段 節(jié)點：有集中流量進出、管道合并或分叉以及邊界條件發(fā)生變化的地點 管段：兩個相鄰節(jié)點之間的管道 管線：順序相連的若干管段 環(huán)：起點與終點重合的管線 基環(huán)：不包含其它環(huán)的環(huán) 大環(huán)：包含兩個或兩個以上基環(huán)的環(huán)管段基環(huán)節(jié)點管線大環(huán)管

2、網圖形 在保證計算結果接近實際情況的前提下，為方便計算可對管線進行適度簡化。 忽略：管網中主要起聯絡作用的管段，由于正常運行時流量很小，對水力條件的影響很小，計算時可以忽略。 分解：只有一條管段連接的兩個管網可分解成兩個管網進行計算；管網末端水流方向確定的部分可分開計算；環(huán)狀網上接出的樹狀網分開計算。 節(jié)點合并：距離很近的兩個節(jié)點計算時可視為一個節(jié)點。節(jié)點合并分解忽略沿線流量：供給管段兩側用戶所需流量。傳輸流量：給水管中流向下一管段，沒有在本管段被用戶取用的流量。集中流量：給水管網中大用戶的用水量3 沿線流量和節(jié)點流量比流量：將扣除了集中流量后的用水量，均勻分布在干管（用水面積）上，所得到的單

3、位長度（面積）上的流量，分別稱為長度比流量和面積比流量。為簡化計算，假定用水量均勻分布，并且用戶從管道節(jié)點處取水。設計流量分配與管徑設計節(jié)點流量分配計算公園街坊街坊街坊街坊街坊街坊街坊街坊 沿線流量：干管有效長度與比流量的乘積。（2）面積比流量 假定沿線流量均勻分布在整個供水面積上。管線單位面積上的配水流量，稱為面積比流量，記作qmb。2、節(jié)點流量 （1）、沿線流量為什么要轉化為節(jié)點流量 由于管段沿線向外配水，所以沿著水流方向管段中的流量是減少的，根據管徑是由流量來決定的，所以管徑也應該是逐漸減小的。理論上最經濟的管段應該是喇叭口形狀或者是階梯形狀的如下圖所示： 但是，實際的管段并沒有喇叭口形

4、狀的，管徑也是不連續(xù)的，所以，仔細去計算每一個沿線流出去的流量已經沒有實際意義了。沿線流量只有當其累積到一定量，足以引起管徑變化的時候計算起來才有實際意義。這樣，就可以不考慮實際沿線配水的情況，而把一定長度管段上的沿線流量用一個等效的流量來代替，即節(jié)點流量。 節(jié)點流量：沿線流量只有概念上的意義，在水力計算時應將沿線流量按適當比例分配到兩各節(jié)點，成為節(jié)點流量。qy+qttqyq1-()qy節(jié)點流量：從沿線流量計算得出的并且假設是在節(jié)點集中流出的流量。按照水力等效的原則，將沿線流量一分為二，分別加在管段兩端的節(jié)點上；集中流量可以直接加在所處的節(jié)點上；3沿線流量：管段編號管段計算總長度 （m） 比

5、流 量 (L/s.m) 沿 線 流 量 (L/s) 1-2 2-3 3-4 1-5 3-5 4-6 5-6 6-7 800 0.5600=300 0.5600=300 0.5600=300 800 800 600 500 0.03182 25.45 9.55 9.55 9.55 25.45 25.45 19.09 15.91 合 計 4400 140.004節(jié)點流量計算：各 管 段 節(jié) 點 流 量 計 算節(jié)點節(jié)點連的管段節(jié) 點 流 量(L/s)集 中 流 量(L/s)節(jié)點總流量 (L/s)12345671-2 , 1-5 1-2 , 2-32-3 , 3-4 , 3-53-4 , 4-61-5

6、 , 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 40 40 40 17.50 57.50 62.28 57.50 27.05 30.22 7.95合計140.0120.0260.0求比流量、沿線流量、節(jié)點流量求比流量、沿線流量、節(jié)點流量題：某城鎮(zhèn)最高時用水量為題：某城

7、鎮(zhèn)最高時用水量為Q=300L/s，其中工業(yè)用，其中工業(yè)用水量水量q=90L/s，集中從節(jié)點，集中從節(jié)點4取出。干管各管段長度取出。干管各管段長度(m)如圖所示。管段如圖所示。管段4-5、1-2、2-3為單側配水，為單側配水，其余為雙側配水，則管網比流量其余為雙側配水，則管網比流量qs為（），節(jié)點為（），節(jié)點4的節(jié)點流量的節(jié)點流量q4為（為（ ）。）。 45612800m800m800m600m800mQ=300L/s3400m7600m600m 管段管段4-5，1-2，2-3為單側配水，計算長度取實際長度的一半；其為單側配水，計算長度取實際長度的一半；其余管段為雙側配水，計算長度以實際長度計算

8、。管網總計算長度：余管段為雙側配水，計算長度以實際長度計算。管網總計算長度： 由管網總用水量求得比流量：由管網總用水量求得比流量： 沿線流量：沿線流量：ql1-4=qsl1-4=0.05600=30(L/s)；ql4-5=qsl4-5=0.05400=20(L/s)節(jié)點流量折算系數取節(jié)點流量折算系數取0.5，從而求得節(jié)點流量：，從而求得節(jié)點流量：q4=0.5(30+20)+90=115(L/s) 45612800m800m800m600m800mQ=300L/s3400m7600m600m(4)管段設計流量分配與初擬管徑管段設計流量分配泵站563856106273545286142733341

9、2177262347752134567891011b. 環(huán)狀網 環(huán)狀管網滿足連續(xù)性條件的流量分配方案可以有無數多種。 1510131218161714197612527148581912335913460249511135730102498管段直徑設計管段直徑設計管徑和設計流量的關系：管徑和設計流量的關系：D管段直徑，管段直徑，m； q 管段流量，管段流量，m3/s； v 流速，流速，m/s； A 水管斷面積，水管斷面積，m3。確定管徑必須先選定設計流速。確定管徑必須先選定設計流速。設計流速的確定設計流速的確定技術上：為防止水錘現象，技術上：為防止水錘現象，Vmax0.6m/s。 經濟上：設計

10、流速小，管徑大，管網造價增加；經濟上：設計流速小，管徑大，管網造價增加； 水頭損失減小，水泵揚程降低，電費降低。水頭損失減小，水泵揚程降低，電費降低。一般設計流速采用優(yōu)化方法求得。一般設計流速采用優(yōu)化方法求得。 合理的流速應該使得在合理的流速應該使得在一定年限（投資償還期）內管網造價與運行費用之和最小。一定年限（投資償還期）內管網造價與運行費用之和最小。水錘是在突然停電或者在閥門關閉太快時,由于壓力水流的慣性,產生水流沖擊波,就象錘子敲打一樣,所以叫水錘。管徑 （mm）平均經濟流速 （m/s）D=100400 D4000.60.9 0.91.4一定年限T年內管網造價和管理費用（主要是電費）之和

11、為最小的流速，稱為經濟流速。經濟流速和經濟管徑和當地的管材價格、管線施工費用、電價等有關。條件不具備時，可參考：在使用各地區(qū)提供的經濟流速或按平均經濟流速確定管網管徑時，需考慮以下原則：1）一般大管徑可取較大的經濟流速，小管徑可取較小的經濟流速；2）連接管屬于管網的構造管，應注重安全可靠性，其管徑應由管網構造來確定，即按與它連接的次要干管管徑相當或小一號確定；3）一般對于管網起端的大口徑管道可按略高于平均經濟流速來確定管徑，對于管網末端較小口徑的管道，可按略低于平均經濟流速確定管徑，4）管線造價（含管材價格、施工費用等）較高而電價相對較低時，取較大的經濟流速，反之取較小的經濟流速。 某城市供水

12、區(qū)用水人口5萬人，最高日用水量定額為150/(人)，要求最小服務水頭為16。節(jié)點接某工廠，工業(yè)用水量為4003/，兩班制，均勻使用。城市地形平坦，地面標高為5.OO。進行干管及支管水力計算（求比流量、沿線流量、節(jié)點流量、管徑及水頭損失。）水泵水塔012348567250450300600230190205650150枝狀網水力計算1總用水量 設計最高日生活用水量： 500000.157500m3/d86.81L/s 工業(yè)用水量： 4001625m3/h6.94L/s 總水量為： Q86.816.9493.75L/s 2管線總長度：L2425m，其中水塔到節(jié)點0的管段兩側無用戶不計入。 3比流量

13、： (93.756.94)24250.0358L/s4沿線流量：管段管段長度（m）沿線流量（L/s）01 12 23 14 48 45 56 67300 150 250 450 650 230 190 2053000.035810.74 1500.03585.37 2500.03588.95 4500.035816.11 6500.035823.27 2300.03588.23 1900.03586.80 2050.03587.34合計242586.815節(jié)點流量：節(jié)點節(jié)點流量（L/s）0 1 2 3 4 5 6 7 80.510.745.37 0.5(10.74+5.37+16.11)16.

14、11 0.5(5.37+8.95) 7.16 0.58.954.48 0.5(16.11+23.27+8.23)23.80 0.5(8.23+6.80)7.52 0.5(6.80+7.34)7.07 0.57.343.67 0.523.2711.63合計86.8193.7588.3860.6311.634.4811.643.6710.7418.26水泵水塔0123485672504503006002301902056501503.6711.634.487.1623.80+6.947.077.5216.115.376干管水力計算：管段流量（L/s）流速（m/s）管徑（mm） 水頭損失（m）水塔0

15、 01 14 4893.75 88.38 60.63 11.630.75 0.70 0.86 0.66400 400 300 1001.27 0.56 1.75 3.95 h7.53 選定節(jié)點8為控制點，按經濟流速確定管徑（可以先確定管徑，核算流速是否在經濟流速范圍內）。7支管水力計算：管段流量(L/s)管徑(mm)水頭損失(m)12 23 45 56 6711.64 4.48 18.26 10.74 3.67150 100 200150 1000.932.07 0.77 1.19 1.19（1）管網定線（2）計算干管的總長度（3）計算干管的比流量（4）計算干管的沿線流量（5）計算干管的節(jié)點流

16、量（6）定出各管段的計算流量 樹狀網：管段流量等于其后管段各節(jié)點流量和 環(huán)狀網：根據一定原則先人為擬定總結：給水管網設計和計算的步驟（7）根據計算流量和經濟流速，選取各管段的管徑（8）根據流量和管徑計算各管段壓降（9）確定控制點，根據管道壓降求出各節(jié)點水頭和自由水壓。環(huán)狀管網計算的理論和步驟環(huán)狀管網計算的基本水力條件（1）節(jié)點流量平衡條件 流入某節(jié)點的流量等于流離該節(jié)點的流量，流入為，流離為 （2）閉合環(huán)路內水頭損失平衡條件 環(huán)狀網水力計算環(huán)狀管網任一閉合環(huán)路內，水流為順時針方向的各管段水頭損失之和應等于水流為逆時針方向的各管段水頭損失之和。若規(guī)定順時針方向的各管段水頭損失為正，逆時針為負，則

17、在任一閉合環(huán)路內各管段水頭損失的代數和等于零，即： 連續(xù)性方程：Q1Q2Q3Q4Q5Q621-q32-q63-q52-q41-q54-q65-q能量方程：456321環(huán)狀管網平差的基本知識管網流量預分配時，不一定滿足能量方程。須求出各管段的真實流量和水頭損失閉合差 若閉合環(huán)路內順、逆時針兩個水流方向的管段水頭損失不相等，其差值為環(huán)路閉合差。記作h。符號意義 若閉合差為正，即 h0，說明水流順時針方向的各管段中所分配的流量大于實際流量值，而水流為逆時針方向各管段中所分配的流量小于實際流量值。管網平差 消除管網閉合差而進行的流量調整計算的過程。調整方法 引入校正流量 q，即流量偏大的各管段中減去一

18、些流量，加在流量偏小的各管段中，且仍要滿足兩個條件。平差精度 電算時： h 0.010.05m；手算時： 基環(huán)閉合差 h 0.5m，大環(huán)閉合差 h 1.01.5m.環(huán)狀管網平差方法哈代.克羅斯法 校正流量計算公式： 14 0 7 0 1 0 2 0 1 00 3 0 4 0 1 ( ) 2 6 5 4 3 ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 231.某環(huán)狀管網流量（單位：L/s）分配如圖，平差計算顯示兩環(huán)的閉合差均超過要求限值，需要對流量進行調整，若第環(huán)q1=2L/s，第環(huán)q2=3L/s，管段2-5校正后的流量為 。 解： 在圖中計算：方向相同則加,方向相反則減 q2-5(1) =70-2-3=65L/s136258471707030258080404020130IIIIII2圖示某環(huán)狀管網計算簡圖，管段內流量為初次分配的流量，經水力平差計算得各環(huán)的校正流量值分別為qI=+4.7L/s、qII=+1.4L/s、qIII= -2.3L/s，則管段3-4、4-5經校正后的流量q3-4、