《給水管網(wǎng)水力計(jì)算》課件

給水管網(wǎng)水力計(jì)算水力計(jì)算是給水管網(wǎng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，用于確定管網(wǎng)的水力特性，例如流量、壓力、流速和能量損失。這些計(jì)算對(duì)確保給水系統(tǒng)有效運(yùn)行至關(guān)重要，并滿足用戶的供水需求。課程導(dǎo)入生活中的供水干凈安全的水資源，是現(xiàn)代社會(huì)的基礎(chǔ)設(shè)施，是保證城市居民生活和城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要保障。復(fù)雜的水管網(wǎng)城市供水系統(tǒng)涉及復(fù)雜的管網(wǎng)系統(tǒng)，需要專業(yè)知識(shí)和技術(shù)才能進(jìn)行設(shè)計(jì)和管理。緒論給水管網(wǎng)水力計(jì)算是水力學(xué)在給水工程中的應(yīng)用。水力學(xué)研究流體在靜止和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的規(guī)律。給水管網(wǎng)水力計(jì)算就是運(yùn)用水力學(xué)原理，對(duì)給水管網(wǎng)進(jìn)行計(jì)算和分析，以確保水資源的有效利用和供水質(zhì)量的穩(wěn)定性。本課程旨在幫助學(xué)生掌握給水管網(wǎng)水力計(jì)算的基本理論和方法，并能運(yùn)用這些方法解決實(shí)際工程問題。課程內(nèi)容涵蓋了給水管網(wǎng)概述、管道水力計(jì)算基礎(chǔ)、管網(wǎng)水頭計(jì)算方法、管網(wǎng)設(shè)計(jì)實(shí)例等方面。給水管網(wǎng)概述1復(fù)雜系統(tǒng)給水管網(wǎng)是由各種管道、閥門、水泵、水箱等組成的一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)。2供水保障它的主要功能是將水源輸送到各個(gè)用戶，為居民生活、工業(yè)生產(chǎn)提供水源保障。3水力計(jì)算重要準(zhǔn)確進(jìn)行給水管網(wǎng)的水力計(jì)算對(duì)保證供水安全、提高供水效率至關(guān)重要。管道水力計(jì)算基礎(chǔ)流量管道流量是單位時(shí)間內(nèi)流經(jīng)管道的水量，單位為立方米每秒(m3/s)。流速流速是指水流在管道中的速度，單位為米每秒(m/s)。壓力壓力是水流對(duì)管道壁施加的力，單位為帕斯卡(Pa)。管道特性管道長(zhǎng)度、直徑、材質(zhì)等影響水流流動(dòng)阻力，進(jìn)而影響壓力損失。管道阻力計(jì)算管道阻力定義管道阻力是指流體在管道中流動(dòng)時(shí)，由于流體與管壁之間摩擦產(chǎn)生的阻力，導(dǎo)致流體能量損失。阻力系數(shù)計(jì)算阻力系數(shù)是管道阻力的一個(gè)重要參數(shù)，它反映了管道阻力的程度。阻力系數(shù)可以通過公式計(jì)算，也可以通過查表獲得。阻力損失計(jì)算根據(jù)阻力系數(shù)和流體流量、管徑、管長(zhǎng)等參數(shù)，可以計(jì)算出管道阻力損失。影響因素分析管道阻力會(huì)受到多種因素的影響，包括流體性質(zhì)、管道材質(zhì)、管道直徑、管道長(zhǎng)度、管道彎頭等。管網(wǎng)基本參數(shù)確定管網(wǎng)基本參數(shù)確定是管網(wǎng)水力計(jì)算的基礎(chǔ)，影響著計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。確定基本參數(shù)需要考慮多個(gè)因素，包括：供水區(qū)域人口規(guī)模用水量和用水需求變化規(guī)律水源供水能力和水質(zhì)管道材質(zhì)和管徑水泵性能和水壓水龍頭和閥門的種類合理的管網(wǎng)基本參數(shù)設(shè)置可以提高管網(wǎng)運(yùn)行效率，降低供水成本，保證水質(zhì)安全。管網(wǎng)水頭計(jì)算方法給水管網(wǎng)水頭計(jì)算是管網(wǎng)設(shè)計(jì)和運(yùn)行管理的重要環(huán)節(jié)，對(duì)保證供水安全、節(jié)約用水資源具有重要意義。常用的管網(wǎng)水頭計(jì)算方法主要有以下幾種：1水力模型法利用水力模型進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)2節(jié)點(diǎn)法基于節(jié)點(diǎn)流量和壓力平衡3管段法考慮管段水頭損失4數(shù)值計(jì)算法利用計(jì)算機(jī)程序進(jìn)行求解水力模型法是通過搭建物理模型進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，但成本較高，效率較低。節(jié)點(diǎn)法和管段法是傳統(tǒng)的水頭計(jì)算方法，相對(duì)簡(jiǎn)單易懂，但準(zhǔn)確性受限。數(shù)值計(jì)算法利用計(jì)算機(jī)程序進(jìn)行求解，效率高，精度高，是目前應(yīng)用較為廣泛的方法。循環(huán)給水管網(wǎng)計(jì)算1確定計(jì)算目標(biāo)明確計(jì)算目的和范圍2建立管網(wǎng)模型包括管線、節(jié)點(diǎn)、水源等3設(shè)定邊界條件水源流量、水壓等4進(jìn)行水力計(jì)算采用節(jié)點(diǎn)法或管路法循環(huán)給水管網(wǎng)計(jì)算是管網(wǎng)水力計(jì)算的重要組成部分。它通過分析管網(wǎng)的水頭損失、流速等參數(shù)，評(píng)估管網(wǎng)的供水能力。分支給水管網(wǎng)計(jì)算1節(jié)點(diǎn)水頭計(jì)算首先，需要確定每個(gè)節(jié)點(diǎn)的水頭，包括水壓和水位。2流量分配根據(jù)節(jié)點(diǎn)水頭和管網(wǎng)阻力，計(jì)算各分支管道的流量分配。3水頭損失最后，計(jì)算各分支管道的總水頭損失，評(píng)估管網(wǎng)的供水能力。管網(wǎng)最大流速計(jì)算最大流速是管網(wǎng)運(yùn)行中重要的指標(biāo)，它決定著管道的安全性和效率。最大流速過高會(huì)造成管道水錘、管壁磨損、水力損失增大等問題，影響管網(wǎng)運(yùn)行安全和效率。計(jì)算公式Vmax=Q/A符號(hào)解釋Vmax：最大流速，Q：流量，A：管道截面積管網(wǎng)最小流速計(jì)算最小流速是指管網(wǎng)中水流速度的最低值，通常情況下，為了防止管網(wǎng)中水流停滯，避免水質(zhì)惡化，需要保證管網(wǎng)的最小流速。最小流速的計(jì)算方法，通常需要根據(jù)管網(wǎng)的實(shí)際情況，結(jié)合水質(zhì)要求、管道材質(zhì)、水溫等因素進(jìn)行綜合考慮。0.2m/s一般情況下，最小流速應(yīng)不低于0.2m/s0.5m/s對(duì)于一些特殊的管網(wǎng)，例如，供水管網(wǎng)中可能需要更高的最小流速，例如0.5m/s管網(wǎng)壓力計(jì)算計(jì)算方法計(jì)算公式應(yīng)用場(chǎng)景水頭損失法H=hf+hL計(jì)算管網(wǎng)中各點(diǎn)的壓力節(jié)點(diǎn)法Q=K*ΔH計(jì)算管網(wǎng)中各節(jié)點(diǎn)的流量水力平衡法∑Q=0,∑H=0計(jì)算管網(wǎng)中各管段的流量和壓力管網(wǎng)水頭損失計(jì)算管網(wǎng)水頭損失是指水流在管網(wǎng)中流動(dòng)時(shí)，由于摩擦阻力和局部阻力造成的能量損失。水頭損失計(jì)算是管網(wǎng)水力計(jì)算的核心內(nèi)容之一，是確定管網(wǎng)流量、壓力、水頭等參數(shù)的重要基礎(chǔ)。水頭損失計(jì)算方法主要有以下幾種：達(dá)西-魏斯巴赫公式謝齊公式哈根-泊肅葉公式曼寧公式水頭損失計(jì)算結(jié)果會(huì)影響管網(wǎng)的供水能力、壓力和水質(zhì)，因此需要認(rèn)真進(jìn)行計(jì)算。管徑選擇計(jì)算1流量需求根據(jù)用水量確定流量需求，如居民用水、工業(yè)用水等。2流速限制根據(jù)管材類型、水質(zhì)要求，確定流速范圍。3水頭損失根據(jù)管長(zhǎng)、管材阻力系數(shù)，計(jì)算水頭損失。4管徑選擇根據(jù)流量、流速、水頭損失，選擇合適的管徑。管徑選擇是水力計(jì)算中重要的步驟，確保管網(wǎng)正常運(yùn)行。管網(wǎng)供水能力計(jì)算計(jì)算供水管網(wǎng)的最大供水能力，確保滿足用戶需求，避免出現(xiàn)供水不足的問題。100%水量平衡通過水量平衡方程，計(jì)算管網(wǎng)的總供水量。100M流量計(jì)算根據(jù)管網(wǎng)的流量，確定各個(gè)管段的供水能力。100kPa壓力計(jì)算通過壓力計(jì)算，確保管網(wǎng)的壓力能夠滿足用戶需求。10%水頭損失考慮管網(wǎng)的水頭損失，確保供水能力滿足用戶需求。供水管網(wǎng)設(shè)計(jì)實(shí)例實(shí)際供水管網(wǎng)設(shè)計(jì)需要考慮多種因素，包括人口密度、用水量、地形地貌、水源條件等。設(shè)計(jì)過程涉及管網(wǎng)布局、管徑選擇、水頭損失計(jì)算、壓力控制等。本節(jié)將以一個(gè)典型住宅區(qū)供水管網(wǎng)設(shè)計(jì)為例，展示管網(wǎng)設(shè)計(jì)的基本流程和步驟。管網(wǎng)調(diào)度管理實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)管網(wǎng)運(yùn)行狀況，包括水壓、流量、水質(zhì)等關(guān)鍵參數(shù)。調(diào)度控制根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，及時(shí)調(diào)整管網(wǎng)運(yùn)行模式，優(yōu)化供水效率。應(yīng)急預(yù)案制定完善的應(yīng)急預(yù)案，應(yīng)對(duì)突發(fā)事件，保障供水安全。數(shù)據(jù)分析對(duì)管網(wǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，識(shí)別問題，改進(jìn)管理方法。管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)優(yōu)化目標(biāo)提高供水效率、降低能耗、減少水損、提升供水可靠性、降低運(yùn)行成本、改善水質(zhì)等。優(yōu)化方法水力模型模擬、遺傳算法、粒子群算法、模擬退火算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等。優(yōu)化內(nèi)容管網(wǎng)布局、管徑選擇、泵站配置、水質(zhì)控制、調(diào)度管理、水價(jià)機(jī)制等。管網(wǎng)分區(qū)供水分區(qū)供水將管網(wǎng)劃分為多個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域獨(dú)立供水，減少水壓損失和漏損。分區(qū)管理對(duì)每個(gè)區(qū)域的用水量、水壓等進(jìn)行獨(dú)立管理，提高供水效率。區(qū)域控制在每個(gè)區(qū)域設(shè)置閥門或控制系統(tǒng)，以便靈活控制水流，實(shí)現(xiàn)區(qū)域性調(diào)節(jié)。管網(wǎng)壓力調(diào)節(jié)控制閥門通過控制閥門的開閉程度，調(diào)節(jié)管網(wǎng)不同區(qū)域的壓力，保證供水壓力穩(wěn)定。增壓泵站利用增壓泵站提升水壓，彌補(bǔ)管網(wǎng)壓力不足，確保供水壓力達(dá)到要求。儲(chǔ)水池利用儲(chǔ)水池調(diào)節(jié)水量，確保水壓穩(wěn)定，避免因水量波動(dòng)導(dǎo)致水壓下降。水壓傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)管網(wǎng)水壓，及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常情況，并進(jìn)行相應(yīng)調(diào)節(jié)。管網(wǎng)水質(zhì)監(jiān)測(cè)水質(zhì)參數(shù)監(jiān)測(cè)監(jiān)測(cè)水質(zhì)指標(biāo)，如濁度、余氯、pH值、細(xì)菌總數(shù)等，確保水質(zhì)安全。實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與預(yù)警實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水質(zhì)變化，及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常情況，并發(fā)出預(yù)警信息，避免水質(zhì)污染事故發(fā)生。數(shù)據(jù)分析與評(píng)估對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，評(píng)估水質(zhì)狀況，并制定相應(yīng)的改善措施。管網(wǎng)漏損控制漏損監(jiān)測(cè)漏損監(jiān)測(cè)是管網(wǎng)漏損控制的關(guān)鍵，可以幫助確定漏損的發(fā)生位置、程度和類型。常用的漏損監(jiān)測(cè)方法包括流量監(jiān)測(cè)、壓力監(jiān)測(cè)和聲學(xué)監(jiān)測(cè)等。漏損修復(fù)漏損修復(fù)是降低管網(wǎng)漏損率的直接手段，包括漏點(diǎn)查找、漏點(diǎn)修復(fù)、管道更換等。管網(wǎng)維護(hù)定期維護(hù)和保養(yǎng)可以降低管網(wǎng)漏損風(fēng)險(xiǎn)，延長(zhǎng)管網(wǎng)使用壽命。定期清洗管道、更換老舊管道、加強(qiáng)防腐蝕等措施可以有效降低漏損率。管網(wǎng)檢測(cè)診斷11.視覺檢測(cè)利用攝像機(jī)、內(nèi)窺鏡等設(shè)備對(duì)管道內(nèi)部進(jìn)行檢查，直觀地觀察管道內(nèi)部情況，例如腐蝕、沉積物、裂縫等。22.非破壞性檢測(cè)利用聲波、射線等方法對(duì)管道進(jìn)行檢測(cè)，判斷管道的完整性、厚度、材質(zhì)等，無需破壞管道結(jié)構(gòu)。33.漏水檢測(cè)利用聲學(xué)儀器或其他技術(shù)方法查找管網(wǎng)漏水點(diǎn)，減少漏水量，提高供水效率。44.水質(zhì)檢測(cè)定期對(duì)管網(wǎng)水質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)，監(jiān)測(cè)水質(zhì)指標(biāo)，確保供水安全，符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。管網(wǎng)維修養(yǎng)護(hù)定期檢查定期檢查管網(wǎng)設(shè)施，例如管道、閥門、水表等，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并進(jìn)行維護(hù)。檢查內(nèi)容包括：管道腐蝕、漏水、破裂、閥門損壞、水表故障等。及時(shí)維修發(fā)現(xiàn)問題后，及時(shí)進(jìn)行維修或更換，防止問題擴(kuò)大，影響供水安全。維修工作應(yīng)由專業(yè)的維修人員進(jìn)行，使用合適的材料和技術(shù)，確保維修質(zhì)量?？茖W(xué)管理建立完善的管網(wǎng)維修養(yǎng)護(hù)制度，制定維修計(jì)劃，并定期進(jìn)行評(píng)估和調(diào)整。配備專業(yè)的維修隊(duì)伍，配備必要的工具和設(shè)備，確保維修工作的順利進(jìn)行。管網(wǎng)改造升級(jí)更換老化管道替換老化、破損管道，提升供水可靠性。優(yōu)化管網(wǎng)布局根據(jù)實(shí)際需求調(diào)整管徑和管線，提高供水效率。智能化管網(wǎng)管理引入智能監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和遠(yuǎn)程控制。管網(wǎng)設(shè)施保護(hù)定期檢查定期檢查管網(wǎng)設(shè)施，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理問題，避免故障發(fā)生。維護(hù)保養(yǎng)定期維護(hù)保養(yǎng)管網(wǎng)設(shè)施，延長(zhǎng)其使用壽命，提高供水安全性和可靠性。防腐蝕處理采取防腐蝕措施，保護(hù)管網(wǎng)設(shè)施免受腐蝕，延長(zhǎng)其使用壽命。安全管理加強(qiáng)安全管理，制定安全操作規(guī)程，提高管網(wǎng)設(shè)施運(yùn)行安全。管網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控管網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)管網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)，包括水壓、流量、水質(zhì)等指標(biāo)。系統(tǒng)將數(shù)據(jù)傳輸至監(jiān)控中心，實(shí)現(xiàn)對(duì)管網(wǎng)的遠(yuǎn)程管理和控制。通過遠(yuǎn)程監(jiān)控，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)管網(wǎng)問題，減少故障發(fā)生率，提高供水效率。給水管網(wǎng)問題分析漏損問題管網(wǎng)漏損會(huì)導(dǎo)致水資源浪費(fèi)，增加運(yùn)營(yíng)成本，影響供水安全。水壓?jiǎn)栴}水壓不足或過高都會(huì)影響用戶用水體驗(yàn)，甚至造成設(shè)施損壞。腐蝕問題管道腐蝕會(huì)降低管網(wǎng)使用壽命，造成漏水和水質(zhì)污染。水質(zhì)問題水質(zhì)污染會(huì)影響人體健康，需要采取措施進(jìn)行控制和處理。給水管網(wǎng)管理措施1定期維護(hù)定期檢查管網(wǎng)設(shè)施，及時(shí)維修損壞部位，防止漏水和管道腐蝕。2水質(zhì)監(jiān)測(cè)對(duì)水源、管網(wǎng)和用戶用水進(jìn)行水質(zhì)監(jiān)測(cè)，確保水質(zhì)安