給排水管道第6章

1、第6章 給水管網(wǎng)的設計計算n6.1 概述n6.2 管網(wǎng)圖形的性質與簡化n6.3 管段設計流量計算n6.4 管徑計算n6.5 枝狀管網(wǎng)水力計算n6.6 環(huán)狀管網(wǎng)水力計算n6.7 輸水管水力計算n6.8 給水管網(wǎng)優(yōu)化設計n6.9 給水管道的敷設n6.10 給水管道工程圖6.1 概述概述 給水管網(wǎng)設計計算的任務：給水管網(wǎng)設計計算的任務：在最高時用水情況下，計算各管段的流量；確定各管段的管徑和水頭損失；確定水泵揚程和水塔高度。并在特殊用水情況下，對管網(wǎng)管徑和水泵揚程進行校核。 管網(wǎng)的正確設計和經(jīng)濟計算在給水工程的設計中是很重要。因為輸、配水管網(wǎng)的造價占總造價的7080%。在有關管網(wǎng)的計算中常涉及到兩類

2、課題兩類課題：1、設計課題在管網(wǎng)定線后：也就是按照最高用水時的流量求出各節(jié)點流量，進行流量的分配，求出管段流量；再根據(jù)所要求的管內流速，求出管徑，再求出水頭損失，然后根據(jù)控制點的位置，求出水泵揚程和水塔高度。2、核算課題在管徑確定后：目的在于確定其他情況下的管網(wǎng)水頭損失大?。ㄏ罆r、最大轉輸時、事故時）。校核按最高用水時計算確定的管徑和水泵能否滿足需要。6.2 管網(wǎng)圖形的性質與簡化管網(wǎng)圖形的性質與簡化1、管網(wǎng)圖形的性質給水管網(wǎng)是由管段和節(jié)點構成的有向圖。管網(wǎng)圖形中每個節(jié)點通過一條或多條管段與其他節(jié)點相連接。（1）節(jié)點 配水源節(jié)點；不同管徑或不同材質的交接點；管網(wǎng)中管段的交匯點或集中向大用戶供水

3、的點，因管中流量發(fā)生變化，也是節(jié)點。u虛節(jié)點：多水源管網(wǎng)6.2 管網(wǎng)圖形的性質與簡化管網(wǎng)圖形的性質與簡化（2）管段兩個節(jié)點之間的管道，如管段23.（3）管線管段順序連接形成，如管線123478（4）環(huán)起點和終點重合的管線，如34763構成環(huán)。在一個環(huán)中不包含其他環(huán)時，稱為基環(huán)。幾個基環(huán)合成大環(huán)。對于多水源管網(wǎng)，為計算方便，將有2個或2個以上水壓一定的水源節(jié)點（泵站、水塔等）用虛管線與虛節(jié)點連接，形成的環(huán)，稱虛環(huán)。虛環(huán)數(shù)等于水源數(shù)減少1，或等于虛管段數(shù)減1。節(jié)點數(shù)節(jié)點數(shù)J、管段數(shù)、管段數(shù)P和環(huán)數(shù)和環(huán)數(shù)L的關系：的關系：P=J+L-12、管網(wǎng)圖形的簡化（1）簡化目的及原則目的：簡化計算。原則：保證

4、計算結果接近于實際情況。（2）簡化方法分解只有一條管線連接的兩個管網(wǎng)，可以把連接管線斷開，分解成為兩個獨立的管網(wǎng)；有兩條管線連接的分支管網(wǎng)，若其位于管網(wǎng)的末端且連接管線的流向和流量可以確定時，也可以進行分解；管網(wǎng)分解后即可分別計算。2、管網(wǎng)圖形的簡化（2）簡化方法合并管徑較小、相互平行且靠近的管線可考慮合并。如管線交叉點很近時，可以將其合并為同一交叉點。相近交叉點合并后可以減少管線數(shù)目，使系統(tǒng)簡化。省略首先略去水力條件影響較小的管線，即省略管網(wǎng)中管徑相對較小的管線。管線省略后的計算結果是偏于安全的，但是由于流量集中，管徑增大，并不經(jīng)濟。圖6-2管網(wǎng)簡化6.3 管段設計流量計算管段設計流量計算管

5、段設計流量的計算目的：通過經(jīng)濟流速或水壓差選擇管徑，進行管網(wǎng)水力計算。1、沿線流量城市給水管網(wǎng)的干管和分配管上，承接了許多用戶：工廠、機關、學校、醫(yī)院、賓館等大用戶，稱為集中流量集中流量；數(shù)量很多，但用水量較小的居民用水、澆灑道路或綠化用水，稱沿線流量沿線流量。6.3 管段設計流量計算管段設計流量計算2、比流量復雜的用配水情況分為分散和集中兩類，按這種分配情況很難計算管網(wǎng)，也是不必要的，原因是：用水量經(jīng)常變化；出水位置也不固定，即使固定，其間距又不均勻。因此，實際在管網(wǎng)進行設計計算時，往往加以簡化：假定用水量均勻分布在全部干管上，據(jù)此算出的單位長度管線的流量，稱為比流量。（1）長度比流量（2）

6、面積比流量AQQqiA不配水：計算長度為零的一半單側配水：取管道實長雙側配水：取管道實長。，配水干管計算總長度；流量的總和，管網(wǎng)中大用水戶集中；量，管網(wǎng)總最高時設計流式中mLslqslQmslLqQqihihs / / / 則每一計算管段則每一計算管段沿線流量沿線流量記作記作q qs s為：為：。該管段的計算長度，式中m )/( iisylsllqq（2 2）面積比流量）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，稱為面積上的配水流量，稱為面積比流量面積比流量，記作，記作q qA A。積總和，需沿線配水的供水面式22

7、 / mAmslAqQqihA。積，該管段負擔的供水面式中2m A )/( iiAyslAqq圖6-4供水面積劃分a) 對角線法b) 分角線法3、沿線流量的求定干管有效長度與比流量的乘積，為沿線流量沿線流量。iAyisyAqqLqq或4、節(jié)點流量管網(wǎng)中任一管段的流量，包括兩部分兩部分：一部分是本管段沿程配水產(chǎn)生的流量，即沿線流量沿線流量qy，流量大小沿程線性減小，到管段末端等于零；另一部分是通過該管段輸送到下游管段的流量，稱為轉輸流量轉輸流量qzs。轉輸流量沿程不變，進一步簡化，以變化的沿線流量折算為管段兩端節(jié)點流出的流量，即為節(jié)點流量。即管網(wǎng)中任一節(jié)點的節(jié)點流量即管網(wǎng)中任一節(jié)點的節(jié)點流量qi

8、，等于與，等于與該節(jié)點相連該節(jié)點相連各管段的沿線流量總和的一半各管段的沿線流量總和的一半。http:/ qi節(jié)點i的節(jié)點流量（L/s）； qij連接在節(jié)點i上的各管段流量（L/s）。（1）樹狀管網(wǎng)從水源到控制點，供水方向確定，因此各管段的流量等于該管段以后（順水流方向）所有節(jié)點流量之和。因此樹狀管網(wǎng)具有流量分配唯一性。0ijiqq（2）環(huán)狀管網(wǎng)滿足節(jié)點流量連續(xù)性方程，即對于節(jié)點而言，流向節(jié)點和流出節(jié)點的流量相等。環(huán)狀管網(wǎng)流量分配不具有唯一性。（3）多水源管網(wǎng)（4）流量分配合理性問題 由于環(huán)狀管網(wǎng)每一管段的流量分配是不唯一的，可以有多種分法。每種分配方法都有對應的管徑。管徑的不同，對于總長度相同

9、的管道來說，造價是不同的。因此環(huán)狀管網(wǎng)的流量分配直接影響管網(wǎng)工程的造價。而且往往造價問題和供水安全性是矛盾的。因此從安全性和經(jīng)濟性兩方面考慮，環(huán)狀網(wǎng)沒有最經(jīng)濟的流量分配，只有分配流量后才能得出經(jīng)濟管徑。合理性是指保證管網(wǎng)供水的可靠性前提下，進行流量分配。6.4 管徑計算管徑計算管徑管徑/mm界限流量界限流量/Ls 1管徑管徑/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 樹狀管網(wǎng)水力計算樹狀管網(wǎng)水力計算6.6 環(huán)狀管網(wǎng)水力計算環(huán)狀管網(wǎng)水力計算6.6.1環(huán)狀管網(wǎng)水力計算步驟6.6.2環(huán)狀管網(wǎng)計算的理論6.6.3環(huán)狀管網(wǎng)平差方法6.6.4管網(wǎng)核算6.6.5管網(wǎng)計算結果的整理6.6.6多水源管網(wǎng)平差6.6.1環(huán)狀管網(wǎng)水力計算步驟（1) 按城鎮(zhèn)管網(wǎng)布置圖，繪制計算草圖，對節(jié)點和管段順序編號，并標明管段長度和節(jié)點地形標高。（2) 按最高日最高時最高日最高時用水量計算節(jié)點流量，并在節(jié)點旁引出箭頭，注明節(jié)點流量。（3) 在管網(wǎng)計算草圖上，將最高用水時由二級泵站和水塔供入管網(wǎng)的流量(指對置水塔的管網(wǎng))，沿各節(jié)點進行流量預分配流量預分配，定出各管段的

11、計算流量。（4) 根據(jù)所定出的各管段計算流量和經(jīng)濟流速，選取各管段的管徑管徑。（5) 計算各管段的水頭損失水頭損失h h及各個環(huán)內的水頭損失水頭損失代數(shù)和代數(shù)和h h。（6) 若h h超過規(guī)定值超過規(guī)定值(即出現(xiàn)閉合差h)，須進行管網(wǎng)平差，將預分配的流量進行校正，以使各個環(huán)的閉合差達到所規(guī)定的允許范圍之內。（7) 按控制點要求的最小服務水頭和從水泵到控制點管線的總水頭損失，求出水塔高度和水泵揚程。（8) 根據(jù)管網(wǎng)各節(jié)點的壓力和地形標高，繪制等水壓線和自由水壓線圖。6.6.1環(huán)狀管網(wǎng)水力計算步驟6.6.2環(huán)狀管網(wǎng)計算的理論1.環(huán)狀管網(wǎng)計算時，必須滿足下列基本水力條件(1) 連續(xù)性方程連續(xù)性方程(

12、又稱節(jié)點流量平衡條件)即對任一節(jié)點來說，流入該節(jié)點的流量必須等于流出該節(jié)點的流量。(2) 能量方程能量方程(又稱閉合環(huán)路內水頭損失平衡條件)即環(huán)狀管網(wǎng)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。6.6.2環(huán)狀管網(wǎng)計算的理論2.環(huán)狀管網(wǎng)計算的基本方法和原理(1) 解環(huán)方程組法該方法是以每環(huán)的校正流量為未知變量進行求解的方法。(2) 解節(jié)點方程組法該方法是以管網(wǎng)中各節(jié)點水壓值為未知數(shù)進行求解的一種方法。(3) 解管段方程組法該方法是以管網(wǎng)中各管段流量為未知數(shù)進行求解的一種方法。6.6.3環(huán)狀管網(wǎng)平差方法1.哈代-克羅斯法圖6-14兩環(huán)管網(wǎng)的流量調

13、整6.6.3環(huán)狀管網(wǎng)平差方法2.最大閉合差的環(huán)校正法45圖6-16閉合差方向相同的兩基環(huán)分析：分析：（1）若環(huán) ，環(huán)的閉合差方向相同閉合差方向相同，都是順時針方向，即 h 0, h 0 ，即大環(huán)的閉合差 h + h 0 ，也為順時針方向。圖6-17閉合差方向相反的兩基環(huán)6.6.4管網(wǎng)核算(1) 消防時消防時用水量的核算，是以最高時用水量確定的管徑為基礎，然后按最高時用水量另加消防流量進行流量分配，確定管段的計算流量，按最高時用水流量加消防流量及消防壓力進行核算。(2) 事故時管網(wǎng)主要管段發(fā)生損壞時，必須及時檢修，在檢修時間內供水量允許減少，但設計水壓一般不應降低。(3) 最大轉輸時設對置水塔的

14、管網(wǎng)，在最高用水時由泵站和水塔同時向管網(wǎng)供水，但在一天內抽水量大于用水量的時段內，多余的水經(jīng)過管網(wǎng)送入水塔儲存，因此，這種管網(wǎng)還應按最大轉輸流量來核算，以確定水泵能否將水送進水塔。（1）消防校核的實質 管網(wǎng)是按最高日最高時流量來設計的，這個流量并沒有包括消防流量。（城市火災不是經(jīng)常發(fā)生的，且火災持續(xù)時間不長，滅火期間短時間的斷水或者流量減少居民能夠接受） 消防校核的實質是以最高日最高時流量另加消防流量作為設計流量，按10m的服務水頭計算，校核按最高時流量確定的管徑和水泵能否滿足消防時候的要求。6.6.4管網(wǎng)核算消防時（2）消防校核的方法1）首先根據(jù)城市規(guī)模和現(xiàn)行的建筑設計防火規(guī)范確定同時發(fā)生的

15、火災次數(shù)和消防用水量；2）把消防流量作為集中流量加在相應節(jié)點的節(jié)點流量中；（如按消防要求同時一處失火，則放在控制點，有兩處或兩處以上失火，一處放在控制點，其他設定在離二級泵站較遠或靠近大用戶的節(jié)點處，其余節(jié)點仍按最高用水時的節(jié)點流量。）3）以最高日最高時用水量確定的管徑為基礎，將最高時用水量與消防流量相加后進行流量分配；4）進行管網(wǎng)平差，求出消防時的管段流量和水頭損失；5）計算消防時所需要的水泵揚程。（自由水壓不低于10 mH2O）6.6.4管網(wǎng)核算消防時（3）消防校核的結果雖然消防時比最高時所需的服務水頭要小得多,但因消防時通過管網(wǎng)流量增大，各管段的水頭損失相應增加，按最高時確定的水泵揚程有

16、可能不滿足消防時的需要。若：1）消防時需要的水泵揚程 小于 最高時確定的水泵揚程,則設計不需要調整；2）消防時需要的水泵揚程 略大于 最高時確定的水泵揚程，可放大管網(wǎng)末端個別管徑；3）消防時需要的水泵揚程 遠大于 最高時確定的水泵揚程，專設消防泵。6.6.4管網(wǎng)核算消防時（1）事故校核的實質管網(wǎng)主要管段發(fā)生損壞時，必須及時檢修，在檢修時間內供水量允許減少，但設計水壓一般不應降低。事故時管網(wǎng)供水流量與最高時設計流量之比，稱為事故流量降落比，用R表示。R的取值根據(jù)供水要求確定，城鎮(zhèn)的事故流量降落比R一般不低于70%。6.6.4管網(wǎng)核算事故時事故校核的實質事故校核的實質是管網(wǎng)前端主要管段發(fā)生損壞時，

17、原設計的管徑和水泵能否供應不小于最高時設計流量70%的流量。（2）事故校核的方法校核時，水力計算過程跟最高時計算過程相同，只是管網(wǎng)各節(jié)點的流量應按事故時用戶對供水的要求確定。（可按事故流量降落比統(tǒng)一折算，即事故時管網(wǎng)的節(jié)點流量等于最高時各節(jié)點的節(jié)點流量乘上事故降落比R）6.6.4管網(wǎng)核算事故時（3）事故校核的結果 經(jīng)過校核后不符合要求時，可以增加平行主干管或埋設雙管，或放大某些連通管的管徑，或重新選擇水泵。也可以從技術上采取措施，如加強當?shù)亟o水管理部門的檢修力量，縮短損壞管段修復時間；重要的和不允許斷水的用戶，可以采用貯備用水的保障措施。（1）最大轉輸時校核的實質6.6.4管網(wǎng)核算最大轉輸時最

18、高時最高時轉輸時轉輸時（2）最大轉輸校核的方法校核時，水力計算過程跟最高時計算過程相同，只是管網(wǎng)各節(jié)點的流量需按最大轉輸時管網(wǎng)各節(jié)點的實際用水量求出。因節(jié)點流量隨用水量的變化成比例地增減，所以最大轉輸時各節(jié)點流量可按下式計算：6.6.4管網(wǎng)核算最大轉輸時izsziqkqiqzsk-最高用水時的節(jié)點流量，L/s -最大轉輸時節(jié)點流量折減系數(shù)，其值可按下式計算 式中 Qzy、Qh分別為最大轉輸時和最高用水時管網(wǎng)總用水量，L/s； 節(jié)點流量確定后，按最大轉輸時的流量進行分配和管網(wǎng)平差，求出各管段的流量、水頭損失和所需要的水泵揚程。hzyzsQQk（3）最大轉輸校核的結果校核不滿足要求時，應適當放大從泵站到水塔最短供水路線上管段的管徑。6.6.4管網(wǎng)核算最大轉輸時1、標注計算成果2、管網(wǎng)各節(jié)點水壓標高和自由水壓計算 起點水壓未知的管網(wǎng)進行水壓計算時，應首先選擇管網(wǎng)的控制點，由控制點所要求的