市规-给水-第2章-2

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1、第二讲 教学内容,2-5 给水管网的布置,一、布置要求 1、符合城市总体规划，并考虑供水的分期发展， 2、管网应布置在整个给水区域内，并保证用户 有足够的水量与水压 3、无论正常工作或发生故障，应保证不中断供水 4、定线时应选用短捷的线路，并便于施工与管理；经济上要使给水管道修建费最少。,1、树枝状管网-干管与支管的布置有如树干与树枝的关系 优点：管材省、投资少、构造简单； 缺点：供水可靠性较差，同时各支管尽端易造成死水，会恶化水质； 适合范围：地形狭长、用水量不大、用户分散的地区,2-5 给水管网的布置,2、环状管网 优点：供水安全可靠，可降低管网中的水头损失，节省动力，管径可稍小 缺点：管

2、线较长，投资较大 适用范围：大中城市给水系统，或供水要求较高且不能停水的管道系统。,2-5 给水管网的布置,环状管网,三、给水管网布置原则 1、给水管网组成 给水管网按管线作用的不同可分为干管、支管、配水管和接户管。 （1） 干管-输水到城市各用水地区，直径一般在100mm以上，在大城市为200mm以上。 （2）配水管把干管或支管送来的水送到接户管或消火栓的管道。 （3）接户管-连接配水管与用户的管道。,2-5 给水管网的布置,2、干管布置原则 干管布置的主要方向应按供水主要流向延伸，而供水流向取决于最大用水户或水塔等调节构筑物的位置。 为保证供水可靠，按照主要流向布置几条平行的干管，其间用连

3、通管连接，这些管线以最短的距离到达用水量大的主要用户。干管间距一般为500800m。,2-5 给水管网的布置,沿规划道路布置，尽量避免在重要道路下敷设。管线在道路下的平面位置和高程，应符合管网综合设计的要求。 应尽可能布置在高地，以保证用户附近配水管中有足够的压力。 干管的布置应考虑发展和分期建设的要求，留有余地。,2-5 给水管网的布置,三、自由水头 1、定义与作用 是指配水管中的压力高出地面的水柱高度，它能够使水送到建筑物最高用水点，而且还应保护取水龙头的放水压力 2、取值 一层建筑为10 m； 二层建筑为12 m； 三层以上每增加一层，自由水头增加4m,2-5 给水管网的布置,一、管段流

4、量计算 1、沿线流量 一部分是水量较大的集中流量，如工厂、机关及学校等大用户的流量-数量较少，容易计算。 另一部分是用水量比较小的分散配水，如配水管上沿线的居民生活用水用水量变化大，计算复杂。 计算方法：比流量法。,2-6 管段流量与管径确定,比流量分为长度比流量和面积比流量。 (1)长度比流量：是假定量q1、q2均匀分布在整个管线上时，单位长度管段上的流量。 Q 管网供水的总流量（L/s） Q 工业企业及其它大用水户的集中流量之和（L/s）； L 干管网的总计算长度（m）（不配水的管段不计；只有一侧配水的管段折半计）。,2-6 管段流量与管径确定,(2)面积比流量：在假定水量q1、q2均匀分

5、布在整个供水面积的情况下，单位供水面积上的流量 qmb-面积比流量 供水面积总和,2-6 管段流量与管径确定,(3)沿线流量计算(某一管段) Qy=qcbL （L/s） Qy=qmb （L/s）,2-6 管段流量与管径确定,2、节点流量 管网中每一管段的流量包括两部分:一是沿管段配给用户的沿线流量;另一部分是转输到下游管段的转输流量。 在一条管段中，转输流量是通过管段的不变流量，但沿线流量从管段始端逐渐减少，至末端为零。,2-6 管段流量与管径确定,AB管段起点A处的流量是转输流量Qzs 与沿线流量Qy 之和，而管段终点B的流量仅为Qzs 。 按流量的假定，沿线流量成直线变化。但是这样变化的流

6、量，难于计算管径和水头损失，因此为了计算方便还应进一步简化。,2-6 管段流量与管径确定,简化方法就是引入一个不变的流量，称为计算流量 ，使它产生的水头损失与变流量所产生的水头损失是一样的。 （L/s） -折减系数，其值为0.5 。,2-6 管段流量与管径确定,这样只须将管段沿线流量平分于始末两端即可，即节点流量qn （L/s） （L/s）,2-6 管段流量与管径确定,管网中每个节点的集中流量将等于该节点所有连接管段的沿线流量之和的一半，即 （L/s） 求得管网各节点流量后，管网计算上便只有集中于节点的流量，而管段的计算流量 （L/s）,2-6 管段流量与管径确定,案例 某城市最高时总用水量为

7、284.7 L/s，其中集中供工业用水量为189.2 L/s。干管各管段名称及长度（单位：m）如图所示。管段4-5,1-2, 2-3单边配水，其余为两边配水，试求： (1) 干管的比流量； (2) 各管段的沿线流量； (3) 各节点流量,2-6 管段流量与管径确定,解： (1)干管总计算长度,2-6 管段流量与管径确定,干管的比流量 各管段的沿线流量计算、沿线流量转化为节点流量计算，详见下表。,2-6 管段流量与管径确定,各管段沿线流量计算,各管段节点流量计算,3、管段的计算流量 遵循 连续方程，即流向任一节点的全部流量(+)等于从该节点流出的流量(-)，即流入等于流出。 (1)枝状管网：根据

8、连续方程，从枝状管网供水终点的节点流量开始，向上游推算各管段的流量。,2-6 管段流量与管径确定,(2)环状管网 须同时满足以下三个条件 连续性方程与水力条件 水流以最短的途径流向用户； 几条主要干管应大致均匀分配流量，以防一主要干管发生事故时，仍能供给用户一定的流量。,2-6 管段流量与管径确定,二、管径确定 据 Q = V 和 = d2 /4 得 管径的尺寸不仅与流量有关，还与选取的流速有关。故管网计算中，流速的选择是先决条件。在管网中，为防止产生水锤引起的破坏作用，最高流速为2.53.0m/s。为防止管内泥沙沉积，流速最低不得小于0.6m/s。,2-6 管段流量与管径确定,经济流速Ve

9、：管道建造费用与年经营费用之和最小时所对应的流速。 在规划设计中，用控制每公里管段的水头损失值（一般为5 m/km 左右）的计算法来确定经济管径。如缺乏资料，则可参考以下经验值：,2-6 管段流量与管径确定,一、均匀流与非均匀流 1、均匀流 水流断面的大小与形状沿程不发生变化，各过水断面上流速相等 2、非均匀流：不符合均匀流条件的水流,2-7 管道水力学基础知识,二、层流与紊流 由于流速的不同，水流呈现出层流与紊流两种流态。判别标准为雷诺数Re Re-雷诺数 v-管中流速(mm/s) d-管径(mm) -流体的运动粘度(mm2/s),2-7 管道水力学基础知识,2-7 管道水力学基础知识,Re

10、 2300 层流 Re 2300 紊流,三、水流断面几何要素 1、水流断面面积 2、湿周 固体边界被液体所浸湿的边壁周长 3、水力半径R 对于圆管，,2-7 管道水力学基础知识,一、水流阻力与水头损失 1、定义：水头损失指单位重量流体的机械能损失 （1） 沿程阻力和沿程水头损失 沿程阻力主要发生于全部流程的摩擦阻力，克服这一阻力而引起的能量损失称为沿程水头损失，用 表示。 （2）局部阻力和局部水头损失 水流因边界的改变而引起断面流速分布发生急聚的变化而产生的阻力称为局部阻力。相应的水头损失称为局部水头损失，用 表示。,2-8 给水管网水力计算,2、公式 （1）沿程水头损失 hf 对于圆管 hf

11、 = i l 其中 i水力坡度 l-管段长度 m,2-8 给水管网水力计算,对于旧钢管和铸铁管，i 取值如下： ( i 1.2m/s) ( i 1.2m/s),2-8 给水管网水力计算,2-7 管道水力学基础知识,有时，用流量代替流速，即用比阻A来求水头损失，此时,其实，k 为修正系数。,hf = i l =,(2) 局部水头损失,2-8 给水管网水力计算,二、管网水力计算 1、管网设计与计算步骤 在平面图上进行干管布置（定线），管网的布置形式可能是环状网或树枝状网，也可能是两者混合 按照输水线路最短的原则，定出各管段的水流方向 定出干管的总计算长度及各管段的计算长度,2-8 给水管网水力计算

12、,按最高日最高用水时的流量确定供水区内最大用水户的集中流量和可以假定为均匀分布的流量，根据已确定的输入管网总流量，求出比流量、各管段沿线流量和节点流量。 根据输入管网的总流量，作出整个管网的流量分配，此时应满足节点流量平衡的条件，并应考虑供水的可靠性和技术经济的合理性,2-8 给水管网水力计算,按初步水力分配的流量，根据经济流速，确实每一管段的管径。由于管网需要满足各种情况下的用水要求，确实管径时除满足经济流速外，还应以保证消防和发生事故用水来复核，使管网在特殊情况下仍能保持适当的水压和流量。,2-8 给水管网水力计算,由于初步流量分配不当，使环状管网的闭合环内水头损失不能满足 ，就产生了闭合

13、差 。为消除闭合差，须进行管网平差计算，将原有的流量分配逐一加以修正。 利用平差后各管段的水头损失和各点地形标高，算出水塔高度和水泵扬程，有时在管网平面图上还需要绘出等水压线。,2-8 给水管网水力计算,2、枝状管网水力计算 第一步： 从树枝状管网的节点流量计算出各管段流量,即从距泵站最远的末梢节点(最不利点)起,利用节点连续方程 的关系,逐个向二级泵站推过去,即可求出每管段的计算流量 。 第二步：根据经济流速选定管径。 第三步：由流量、管径、管长算出管段水头损失。 第四步：由地形高程和最不利点的自由水头，求出 各点的水压,2-8 给水管网水力计算,例：给出一树枝状管网布置，图中标明管段长度和

14、节点流量。各节点的自由水头要求不低于20m，各节点高程如下表所示。根据上述资料计算出各节点的水压。,（1） 在管网中选定最不利点，定出从最不利点到管网起点的计算干线（本例为VI-I），然后求出各管段的计算流量。 从节点IV开始，已知管段4-IV的流量为150L/s，再由节点4得管段3-4流量为 50+20+150+80=300 L/s 依次逐个管段推算计算流量。,（2）根据计算流量查铸铁管水力计算表选定管径d、水力坡度i，即可进行水头损失计算。 如管段4-IV的流量仅为150L/s，由水力计算表查得用450mm的管径，其水力坡度i为2.80mm/s，流速为0.94m/s，900m长的管段4-I

15、V的水头损失为,(3)有了各段的水头损失，即可计算各点的水压，这也要从最不利点IV开始，逐个向节点1计算。 IV点的高程为102.4m，自由水头要求为20m,所以这点的水压高程为： 102.4+20=122.4m 4-IV段的水头损失为2.52m,所以节点4的水压高程为 122.4+2.52=124.92m,但节点4的地面高程为102.25m，所以得节点4的自由水头为： 124.92-102.25=22.67m 以此类推，得各点水压，详见下表。,干管线水力计算,(4)下表为支管的水力计算，其步骤同上。计算时从干线连续点开始，逐渐向远处的节点计算. 例如 节点5的水压高程,是利用2号节点的水压高

16、程127.84减去管段2-5的水头损失2.52m得出125.32m，节点5的地面高程为102.21m,所以这点的自由水头为 125.32-102.21=23.11m 求出节点5点的数据后，即可进一步求出节点I和II的水压和自由水头。,支管线的水力计算,2、环状管网的水力计算 （1）环状管网的特点 环网的节点流量计算出来后，每个管段的流量却不能直接算出来。 故要加上水力条件 h=0 。 h 称为环状管网的闭合差，顺时间方向的为正，逆时间方向的为负。 注意：以上两个条件，对于管段多非常多的时候，工作量非常大，要借用计算机解决。,2-8 给水管网水力计算,（2）环状管网的平差计算 环网计算时，先假定各管段的流量分配，并满足Q =0 ；但初步分配的流量可能不能同时满足 h=0 。故要进行流量校正，使之