第6章-城市輸配水管網(wǎng) 6課時

第六章

城市輸配水管網(wǎng)6.1.1管網(wǎng)布置形式給水管網(wǎng)的布置應(yīng)滿足一下要求：按照城市規(guī)劃平面圖布置管網(wǎng)，布置時應(yīng)考慮給水系統(tǒng)分期建設(shè)的可能，并留有充分的發(fā)展余地；管網(wǎng)布置必須保證供水安全可靠，當(dāng)局部管網(wǎng)發(fā)生事故時，斷水范圍應(yīng)減到最小；管線遍布在整個給水區(qū)內(nèi)，保證用戶有足夠的水量和水壓；力求以最短距離敷設(shè)管線，以降低管網(wǎng)造價和供水能量費用。管網(wǎng)布置形式給水管網(wǎng)兩種基本形式：樹狀網(wǎng)、環(huán)狀網(wǎng)樹狀網(wǎng)樹狀網(wǎng)一般適用于小城市和小型工礦企業(yè)，這類管網(wǎng)從水廠泵站或水塔到用戶的管線布置成樹枝狀。樹狀網(wǎng)的供水可靠性較差，因為管網(wǎng)中任一段管線損壞時，在該管段以后的所有管線就會斷水。樹狀網(wǎng)的末端，因用水量已經(jīng)很小，管中的水流緩慢，甚至停滯不流動，因此水質(zhì)容易變壞，有出現(xiàn)渾水和紅水的可能。樹狀網(wǎng)中水錘作用損壞管線較嚴(yán)重。管網(wǎng)布置形式給水管網(wǎng)兩種基本形式：樹狀網(wǎng)、環(huán)狀網(wǎng)環(huán)狀網(wǎng)環(huán)狀網(wǎng)中，管線連接成環(huán)狀，當(dāng)任一段管線損壞時，可以關(guān)閉附近的閥門使和其余管線隔開，然后進行檢修，水還可從另外管線供應(yīng)用戶，斷水的地區(qū)可以縮小，從而供水可靠性增加。環(huán)狀網(wǎng)還可以大大減輕因水錘作用產(chǎn)生的危害。但是環(huán)狀網(wǎng)的造價明顯地比樹狀網(wǎng)為高。6.1.2管網(wǎng)定線城市管網(wǎng)城市給水管網(wǎng)定線：是指在地形平面圖上確定管線的走向和位置。定線時一般只限于管網(wǎng)的干管以及干管之間的連接管，不包括從干管到用戶的分配管和接到用戶的進水管。干管，管徑較大，用以輸水到各地區(qū)。分配管，作用是從干管取水供給用戶和消火拴。管徑較小。常由城市消防流量決定所需最小的管徑。城市管網(wǎng)定線城市管網(wǎng)定線考慮的要點：干管延伸方向應(yīng)和二級泵站輸水到水池、水塔、大用戶的水流方向一致。循水流方向，以最短的距離布置一條或數(shù)條干管，干管位置應(yīng)從用水量較大的街區(qū)通過。干管的間距，可根據(jù)街區(qū)情況，采用500—800m。從經(jīng)濟上來說，給水管網(wǎng)的布置采用一條干管接出許多支管，形成樹狀網(wǎng)，費用最省，但從供水可靠性著想，以布置幾條接近平行的干管并形成環(huán)狀網(wǎng)為宜。城市管網(wǎng)定線干管和干管之間的連接管使管網(wǎng)形成了環(huán)狀網(wǎng)。連接管的作用：在局部管線損壞時，可以通過它重新分配流量，從面縮小斷水范圍，較可靠地保證供水。連接管的間距：可根據(jù)街區(qū)的大小考慮在800—1000m左右。干管一般按城市規(guī)劃道路定線，但盡量避免在高級路面或重要道路下通過，以減小今后檢修時的困難。管線在道路下的平面位置和標(biāo)高，應(yīng)符合城市或廠區(qū)地下管線綜合設(shè)計的要求，給水管線和建筑物、鐵路以及其它管道的水平凈距，均應(yīng)參照有關(guān)規(guī)定。城市管網(wǎng)定線管網(wǎng)中還須安排的其他管線和附屬設(shè)備：分配管：在供水范圍內(nèi)的道路下把干管的水送到用戶和消火栓的管道。分配管直徑至少100mm，大城市采用150—200mm，主要原因是通過消防流量時，分配管中的水頭損失不致過大，以免火災(zāi)地區(qū)的水壓過低。房屋進水管：從分配管接出，將水接到用戶的管道。一般建筑物用一條進水管，用水要求較高的建筑物或建筑物群，有時在不同部位接入兩條或數(shù)條進水管，以增加供水的可靠性。工業(yè)企業(yè)管網(wǎng)定線在同一工業(yè)企業(yè)內(nèi)，往往根據(jù)水質(zhì)和水壓要求，分別布置管網(wǎng)，形成分質(zhì)、分壓的管網(wǎng)系統(tǒng)。消防用水管網(wǎng)通常不單獨設(shè)置，而是由生活或生產(chǎn)給水管網(wǎng)供給消防用水。工業(yè)企業(yè)管網(wǎng)定線工業(yè)企業(yè)生活用水管網(wǎng)布置形式生活用水管網(wǎng)不供給消防用水時，可為樹狀網(wǎng)；生活和消防合并的管網(wǎng)，應(yīng)為環(huán)狀網(wǎng)。工業(yè)企業(yè)管網(wǎng)定線工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)用水管網(wǎng)可按照生產(chǎn)工藝對給水可靠性的要求，采用樹狀網(wǎng)、環(huán)狀網(wǎng)或兩者相結(jié)合的形式。不能斷水的企業(yè)，生產(chǎn)用水管網(wǎng)必須是環(huán)狀網(wǎng)，到個別距離較遠(yuǎn)的車間可用雙管代替環(huán)狀網(wǎng)。大多數(shù)情況下，生產(chǎn)用水管網(wǎng)是環(huán)狀網(wǎng)、雙管和樹狀網(wǎng)的結(jié)合形式。大型工業(yè)企業(yè)的各車間用水量一般較大，所以生產(chǎn)用水管網(wǎng)不象城市管網(wǎng)那樣易于劃分干管和分配管，定線和計算時全部管線都要加以考慮。6.1.3輸水管渠定線輸水管渠：分從水源到水廠或從水廠到相距較遠(yuǎn)管網(wǎng)的管、渠。當(dāng)水源、水廠和給水區(qū)的位置相近時，輸水管渠的定線問題不突出。遠(yuǎn)距離輸水管渠，定線就比較復(fù)雜。輸水管渠的形式：壓力輸水管渠和無壓輸水管渠。遠(yuǎn)距離輸水時，用的較多的是壓力輸水管渠，特別是輸水管。輸水管渠定線有地形圖時應(yīng)先在圖上初步選定幾種可能的定線方案，然后到現(xiàn)場沿線踏勘了解，從投資、施工、管理等方面，對各種方案進行技術(shù)經(jīng)濟比較后再作決定。缺乏地形圖需在踏勘選線的基礎(chǔ)上，進行地形測量，繪出地形圖，然后在圖上確定管線位置。輸水管渠定線輸水管渠定線原則：必須與城市建設(shè)規(guī)劃相結(jié)合、盡量縮短線路長度，減少拆遷，少占農(nóng)田，便于管渠施工和運行維護，保證供水安全；選線時，應(yīng)選擇最佳的地形和地質(zhì)條件，盡量沿現(xiàn)有道路定線、以便施工和檢修；減少與鐵路、公路和河流的交叉；管線避免穿越滑坡、巖層、沼澤、高地下水位和河水淹沒與沖刷地區(qū)，以降低造價和便于管理。輸水管渠定線當(dāng)輸水管渠定線時，經(jīng)常會遇到山嘴、山谷、山岳等障礙物以及穿越河流和干溝等。這時應(yīng)考慮：在山嘴地段是繞過山嘴還是開鑿山嘴；在山谷地段是延長路線通過還是用倒虹管；遇獨山時是從遠(yuǎn)處統(tǒng)過還是開鑿隧洞通過；穿越河流或干溝時是用過河管還是倒虹管等。輸水管渠定線路線選定后，接下來要考慮采用單管渠輸水還是雙管渠輸水，管線上應(yīng)布置哪些附屬構(gòu)筑物，以及輸水管的排氣和檢修放空等問題。為保證安全供水，可以用一條輸水管渠而在用水區(qū)附近建造水池進行流量調(diào)節(jié)，或者采用兩條輸水管渠。輸水管渠條數(shù)主要根據(jù)輸水量、事故時需保證的用水量、輸水管渠長度、當(dāng)?shù)赜袩o其他水源和用水量增長情況而定。供水不許間斷時，輸水管渠一般不宜少于兩條。當(dāng)輸水量小、輸水管長、或有其他水源可以利用時，可考慮單管渠輸水另加調(diào)節(jié)水池的方案。輸水管渠定線輸水管渠的輸水方式：第一類是水源低于給水區(qū)，例如取用江河水時。需要采用泵站加壓輸水，根據(jù)地形高差、管線長度和水管承壓能力等情況、有時需在輸水途中再設(shè)置加壓泵站；第二類是水源位置高于給水區(qū)，例如取用蓄水庫水時，有可能采用重力管渠輸水。根據(jù)水源和給水區(qū)的地形高差及地形變化，輸水管渠可以是重力式或壓力式。遠(yuǎn)距離輸水時，地形往往有起有伏，采用壓力式的較多。輸水管渠定線遠(yuǎn)距離輸水時，一般情況往往是加壓和重力輸水兩者的結(jié)合形式。有時雖然水源低于給水區(qū)，但個別地段也可借重力自流輸水；水源高于給水區(qū)時，個別地段也有可能采用加壓輸水。輸水管渠定線為避免輸水管渠局部損壞時，輸水量降低過多，可在平行的2條或3條輸水管渠之間設(shè)置連接管，并裝置必要的閥門，以縮小事故檢修時的斷水范圍。輸水管的最小坡度應(yīng)大于1：5D，D為管徑，以mm計。輸水管線坡度小于1：1000時，應(yīng)每隔0.5—1km裝置排氣閥。即使在平坦地區(qū)，埋管時也應(yīng)人為地做成上升和下降的坡度，以便在管坡頂點設(shè)排氣閥，管坡低處設(shè)泄水閥。排氣閥一般以每公里設(shè)一個為宜，在管線起伏處應(yīng)適當(dāng)增設(shè)。管線埋設(shè)應(yīng)按當(dāng)?shù)貤l件決定，在嚴(yán)寒地區(qū)敷設(shè)的管線應(yīng)注意防止冰凍。第二節(jié)管段流量計算管網(wǎng)計算時并不包括全部管線，而是只計算經(jīng)過簡化后的干管網(wǎng)。干管網(wǎng)的節(jié)點包括：水源節(jié)點，如泵站、水塔或高位水池；不同管徑或不同材質(zhì)的管線交接點；兩管段交點或集中向大用戶供水的點。兩節(jié)點之間的管線稱為管段。管段順序連接形成管線。沿線流量和節(jié)點流量起點和終點重合的管線稱為管網(wǎng)的環(huán)。環(huán)中不含其它環(huán)，稱為基環(huán)。幾個基環(huán)合成的環(huán)，稱為大環(huán)。多水源的管網(wǎng)，為了計算方便，有時將兩個或多個水壓已定的水源節(jié)點（泵站、水塔等）用虛線和虛節(jié)點0連接起來，也形成環(huán)，因?qū)嶋H上并不存在，所以叫做虛環(huán)。沿線流量和節(jié)點流量沿線流量：是指供給該管段兩側(cè)用戶所需流量。節(jié)點流量：是從沿線流量折算得出的并且假設(shè)是在節(jié)點集中流出的流量。沿線流量工業(yè)企業(yè)給水管網(wǎng)，大量用水集中在少數(shù)車間，配水情況比較簡單。城市給水管線，沿管線配水，情況比較復(fù)雜。假定用水量均勻分布在全部干管上。比流量：干管線單位長度的流量。沿線流量比流量計算沿線流量沿線最高用水時和最大轉(zhuǎn)輸時的比流量不同，所以在管網(wǎng)計算時須分別計算。城市內(nèi)人口密度或房屋衛(wèi)生設(shè)備條件不同的地區(qū)，也應(yīng)該根據(jù)各區(qū)的用水量和干管線長度，分別計算其比流量，以得出比較接近實際用水的結(jié)果。沿線流量的計算：整個管網(wǎng)的沿線流量總和∑q1，等于qs∑l?！苢sl值等于管網(wǎng)供給的總用水量減去大用戶集中用水量，即等于Q－∑q。沿線流量沿線按照用水量全部均勻分布在干管上的假定以求出比流量的方法，存在一定的缺陷。因為它忽視了沿線供水人數(shù)和用水量的差別，所以與各管段的實際配水量并不一致。為此提出另一種按該管段的供水面積決定比流量的計算方法。節(jié)點流量對于流量變化的管段，難以確定管徑和水頭損失，所以有必要將沿線流量轉(zhuǎn)化成從節(jié)點流出的流量。這樣，沿管線不再有流量流出，即管段中的流量不再沿管線變化，就可根據(jù)該流量確定管徑。沿線流量化成節(jié)點流量的原理：是求出一個沿線不變的折算流量q，使它產(chǎn)生的水頭損失等于實際上沿管線變化的流量qX產(chǎn)生的水頭損失。q=qt+αq1折算系數(shù)α：是把沿線變化的流量折算成在管段兩端節(jié)點流出的流量，即節(jié)點流量的系數(shù)。

節(jié)點流量管網(wǎng)中任一管段的流量，由兩部分組成：一部分是沿該管段長度L配水的沿線流量q1，另一部分是通過該管段輸水到以后管段的轉(zhuǎn)輸流量qt。轉(zhuǎn)輸流量沿整個管段不變，而沿線流量由于管段沿線配水，所以管段中的流量順?biāo)鞣较蛑饾u減小，到管段末端只剩下轉(zhuǎn)輸流量。管段起端的流量等于轉(zhuǎn)輸流量qt加沿線流量q1，到末端只有轉(zhuǎn)輸流量qt，因此從管段起點到終點的流量是變化的。節(jié)點流量管網(wǎng)任一節(jié)點的節(jié)點流量為：qi=α∑q1=0.5∑q1任一節(jié)點i的節(jié)點流量qi等于與該節(jié)點相連各管段的沿線流量q1總和的一半。城市管網(wǎng)中，工業(yè)企業(yè)等大用戶所需流量，可直接作為接入大用戶節(jié)點的節(jié)點流量。工業(yè)企業(yè)內(nèi)的生產(chǎn)用水管網(wǎng)，水量大的車間用水量也可直接作為節(jié)點流量。管段計算流量沿線任一管段的計算流量實際上包括該管段兩側(cè)的沿線流量和通過該管段輸送到以后管段的轉(zhuǎn)輸流量。為了初步確定管段計算流量，必須按最大時用水量進行流量分配，得出各管段流量后，才能據(jù)此流量確定管徑和進行水力計算。求出節(jié)點流量后，就可以進行管網(wǎng)的流量分配，分配到各管段的流量已經(jīng)包括了沿線流量和轉(zhuǎn)輸流量。管段計算流量單水源樹狀管網(wǎng)流量分配任一管段的流量等于該管段以后（順?biāo)鞣较颍┧泄?jié)點流量的總和。如q3-4=q4+q5+q8+q9+q10樹狀網(wǎng)的流量分配比較簡單，各管段的流量易于確定，并且每一管段只有唯一的流量值。管段計算流量環(huán)狀網(wǎng)流量分配環(huán)狀網(wǎng)的流量分配比較復(fù)雜。任一節(jié)點的流量包括該節(jié)點流量和流向以及流離該節(jié)點的幾條管段流量。所以環(huán)狀網(wǎng)流量分配時，不可能對每一管段得到唯一的流量值。分配流量時，必須保持每一節(jié)點的水流連續(xù)性，也就是流向任一節(jié)點的流量必須等于流離該節(jié)點的流量，以滿足節(jié)點流量平衡的條件。管段計算流量環(huán)狀網(wǎng)可以有許多不同的流量分配方案，每一方案所得的管徑也有差異，管網(wǎng)總造價也不相等。使環(huán)狀網(wǎng)中某些管段的流量為零，即將環(huán)狀網(wǎng)改成樹狀網(wǎng)，才能得到最經(jīng)濟的流量分配，但是樹狀網(wǎng)并不能保證可靠供水。環(huán)狀網(wǎng)流量分配時，應(yīng)同時照顧經(jīng)濟性和可靠性。經(jīng)濟性是指流量分配后得到的管徑，應(yīng)使一定年限內(nèi)的管網(wǎng)建造費用和管理費用為最小?？煽啃允侵改芟蛴脩舨婚g斷地供水，并且保證應(yīng)有的水量、水壓和水質(zhì)。經(jīng)濟性和可靠性之間往往難以兼顧，一般只能在滿足可靠性的要求下，力求管網(wǎng)最為經(jīng)濟。管段計算流量環(huán)狀網(wǎng)流量分配的步驟按照管網(wǎng)的主要供水方向，初步擬定各管段的水流方向并選定整個管網(wǎng)的控制點?？刂泣c是管網(wǎng)正常工作時和事故時必須保證所需水壓的點，一般選在給水區(qū)內(nèi)離二級泵站最遠(yuǎn)或地形較高之處。為了可靠供水，從二級泵站到控制點之間選定幾條主要的平行干管線，這些平行干管中盡可能均勻地分配流量，并且符合水流連續(xù)性即滿足節(jié)點流量平衡的條件。這樣，當(dāng)其中一條干管損壞，流量由其它干管轉(zhuǎn)輸時，不會使這些干管中的流量增加過多。和干管線垂直的連接管，其作用主要是溝通平行干管之間的流量，有時起一些輸水作用，有時只是就近供水到用戶，平時流量一般不大，只有在干管損壞時才轉(zhuǎn)輸較大的流量，因此連接管中可分配較少的流量。管段計算流量多水源管網(wǎng)應(yīng)由每一水源的供水量定出其大致供水范圍，初步確定各水源的供水分界線；然后從各水源開始，循供水主流方向按每一節(jié)點符合qi+∑qij=0的條件，以及經(jīng)濟和安全供水的考慮，進行流量分配。位于分界線上各節(jié)點的流量，往往由幾個水源同時供給。各水源供水范圍內(nèi)的全部節(jié)點流量加上分界線上由該水源供給的節(jié)點流量之和，應(yīng)等于該水源的供水量。第三節(jié)管徑計算管徑不但和管段流量有關(guān)，而且和流速的大小有關(guān)，因此要確定管徑必須先選定流速。為了防止管網(wǎng)因水錘現(xiàn)象出現(xiàn)事故，最大設(shè)計流速不應(yīng)超過2.5~3m/s；為了避免水中懸浮物質(zhì)在水管內(nèi)沉積，最低流速通常不得小于0.6m/s；因此，須在上述流速范圍內(nèi)，根據(jù)當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟條件，考慮管網(wǎng)的造價和經(jīng)營管理費用，來選定合適的流速。管徑計算流量已定時，管徑和流速的平方根成反比。流量相同時，如果流速取得小些，管徑相應(yīng)增大，此時管網(wǎng)造價增加，可是管段中的水頭損失卻相應(yīng)減小，因此水泵所需揚程可以降低，經(jīng)常的輸水電費可以節(jié)約。如果流速用得大些，管徑雖然減小，管網(wǎng)造價有所下降，但水頭損失增大，因此水泵所需揚程勢必增加、經(jīng)常的電費勢必增加。因此。一般采用優(yōu)化方法求得流速或管徑的最優(yōu)解。在數(shù)學(xué)上表現(xiàn)為求一定年限t（稱為投資償還期）內(nèi)管網(wǎng)造價和管理費用（主要是電費）之和為最小的流速，稱為經(jīng)濟流速，以此來確定管徑。管徑計算環(huán)狀管網(wǎng)造價C和管理費用M都和管徑D有關(guān)。當(dāng)流量已知時，則造價和管理費用與流速v有關(guān)，因此年折算費用既可以用流速v的函數(shù)也可以用管徑D的函數(shù)表示。流量一定時，如管徑D增大（v相應(yīng)減?。?，則管網(wǎng)造價和折舊費增大,而電費減小。第四節(jié)管段水頭損失計算流量和水頭損失的關(guān)系給水管網(wǎng)任一管段兩端節(jié)點的水壓和該管段水頭損失之間有下列關(guān)系：

hij=Hi－HjHi、Hj——從某一基準(zhǔn)面算起的管段起端i和終端j的水壓，m；hij