给水管网设计与计算教学PPT

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1、第四章 给水管网设计与计算(2） 重要性：管道工程的建设投资占整个给水系 统总投资的 6080%，输配水所需的动力 费用占给水系统运行总费用的4070%。 给水管网工程设计内容1）设计用水量、水量调节与设计流量计算； 2）管段设计，即确定管段直径； 3）设计工况水力分析； 4）泵站扬程与水塔高度计算； 5）非设计工况水力校核； 6）绘制施工图。7.1 给水管网系统规划布置给水管网布置原则 包括输水管渠和配水管网两大部分。（1）按照城市总体规划，结合当地实际情况布置，进行多方 案技术经济比较； （2）分清主次，现搞好输水管渠和主干管布置，然后布置一 般管线和设施； （3）尽量缩短管线长度，节约工

2、程投资与运行管理费用； （4）协调好与其他管道、电缆和道路等工程的关系； （5）保证供水具有安全性； （6）尽量减小拆迁，少占农田； （7）管渠的施工、运行和维护方便； （8）近远期结合，留有发展余地，考虑分期实施的可能性。给水管网布置基本形式根据管网的布置形式，可分为树状管网和环状管网。 给水管网布置基本形式树状管网：管径随所供用户的减少而降低，构造简 单，投资低，但安全性差，一般用于建设初期。环状管网：闭合的环，增加了管线的总长度，提高 了管线的安全性，投资明显高于树状管网，但大大 降低水锤，增加了供水的可靠性。 一般在城镇建设的初期采用树状管网，随着城镇的 发展逐渐连成环状管网。在城市的

3、中心布置成环状 管网，郊区布置成树状管网。输水管渠定线定义：从水源到水厂或水厂到相距较远管网 的管、渠叫做输水管渠。 特点：距离长，与河流、高地、交通路线等 的交叉较多。中途一般没有流量的流入与流 出。 形式：常用的有压力输水管渠和无压输水管 渠两种形式。输水管渠定线原则 必须与城市建设规划相结合，尽量缩短线路长度， 减少拆迁，少占农田，便于管渠施工和运行维护， 保证供水安全； 选线时，应选择最佳的地形和地质条件，尽量沿现 有道路定线，以便于施工和检修； 减少与铁路、公路和河流的交叉； 管线避免穿越滑坡、岩层、沼泽、高地下水位和河 水淹没与冲刷地区，以降低造价和便于管理； 尽可能重力输水 ;

4、路线的选择应考虑近远期结合和分期实施的可能。输水管渠流量要求输水管渠的设计流量，应按最高日平均时供水量 加自用水量确定。当长距离输水时，输水管渠的 设计流量应计入管渠漏失水量。水厂：Qn=aQd/T a:水厂自用水系数 管网：Q=KhQd/T Kh:时变化系数输水管渠条数 输水干管一般不宜少于两条，并且每隔一定距离设 连接管连通。当有安全贮水池或其他安全供水措施 时，也可修建一条输水干管。 输水干管和连通管管径及连通管根数，应按输水干 管任何一段发生保障时仍能通过事故用水量计算确 定。城镇的事故水量为设计水量的70%，工业企业 的事故水量按有关工艺要求确定。当负有消防给水 任务时，还应包括消防

5、水量。 输水方式水源低于给水区，设泵站；高于给水区，重力输水。 优先考虑重力输水，分明渠和暗渠。 重力管与压力管相结合。输水方式 无压输水通常以重力为输水动力，运行费用 较低，但管渠的布置受到地形的限制，管渠 的断面尺寸以及水流速度会受到水位落差的 影响，明渠输水过程中原水可能受到污染。 压力输水通常以水泵为动力，运行费用较高 ，但管道的布置相对来说比较自由，输水过 程中原水不会受到污染。布置的一般要求 输水管之间设立连通管 输水管最小坡度大于1：5D, 坡度小于1：1000，每隔0.5km1.0km设排气阀 重力输水管（渠）应设置检查井和通气孔，DN700以 上，小于200m一个； 管径70

6、0-1400mm，400m一 个。 重力输水管（渠），地面坡度较陡时，应在适当位置 设置跌水井。 压力输水管线，必要时设置消除水锤的措施。 压力输水管道上隆起点以及倒虹管的上、下游侧，一 般设排气阀。低凹处设置泄水管及泄水阀。给水管网定线 管网定线是指在供水区域内确定给水干管以 及干管之间的连接管的平面位置和走向，不 包括从干管到用户的分配管和接到用户的进 水管。 影响因素：城市平面布置，供水区域的地形 ，水源和调节水池位置，街区和用户特别是 大用户的分布，河流、铁路、桥梁的位置等 。给水管网定线原则 干管延伸方向应和二级泵站输水到水池、水塔、大 用户的水流方向一致。循水流方向，以最短的距离

7、布置一条或数条干管，干管应从用水量较大的街区 通过。 干管一般按城市规划道路定线，但尽量避免在高级 路面或重要道路下通过。管线在道路下的平面位置 和标高，应符合城市地下管线综合设计的要求，给 水管线和建筑物、铁路以及其它管道的水平净距， 均应符合有关规定。给水管网定线要求 管网可采用树状网和若干环组成的环状网相结合的 形式，管线大致均匀地分布于整个给水区。 干管的间距采用500800m。 连接管的间距可根据街区的大小考虑在800 1000m左右。 分配管直径至少为100mm，大城市采用150 200mm。 城镇生活饮用水的管网，严禁与非生活饮用水的管 网连接，也严禁与各单位自备的生活饮用水供水

8、系 统直接相连。 干管：输水功能，直径100mm以上，大城市 200mm以上 配水管最小管径要求：小城市75-100mm，中等 城市100-150mm，大城市150-200mm 管网水压（自由水头）：一层建筑10m,二层 12m，三层以上每层增加4m，一般控制最不利 点24m，较高建筑自设增压。城市给水管网布局城市给水管网敷设要求 敷设要求 一般在人行道或非机动车道下 一般深度1米左右 考虑冰冻线问题和地下水深度问题城市给水管网敷设要求 敷设要求 一般在人行道或非机动车道下 一般深度1米左右 考虑冰冻线问题和地下水深度问题 按照主流向平行布置干管 干管尽量避免重要道路下铺设 考虑分期建设和发展

9、余地城市给水管网管径测算 管径的计算与估算 总体规划阶段的管径估算 原水管道 水厂供水总管 给水干管 详细规划阶段的管径计算 枝状管网的管径计算 环状管网的管径计算城市给水管网管径测算 流量、流速与管径的关系 100mm3-6L/s 200mm18-30L/s 300mm50-70L/s 400mm110-160L/s 500mm200-280L/s 600mm280-380L/s 800mm500-630L/s 1000mm780-1100L/s城市消防给水管网规划 消防供水管网 独立的城市或小区消防供水管网 合用的消防供水管网 消防栓 最小的连接管径 水压的要求城市给水管网材料 管道材料

10、钢管或夹砂玻璃钢管 800 混凝土管 3001200 铸铁管 0.6m/s。经济上：设计流速小，管径大，管网造价增加；水头损失减小，水泵扬程降低，电费降低。一般设计流速采用优化方法求得。 合理的流速应该使 得在一定年限（投资偿还期）内管网造价与运行费 用之和最小。投资偿还资偿还 期内的年度总费总费 用为为： DeM1VeWM1WVW0DW0管径 （mm）平均经济经济 流速 （m/s） D=100400 D4000.60.9 0.91.4一定年限T年内管网造价和管理费用（主要是电费） 之和为最小的流速，称为经济流速。经济流速和经济管径和当地的管材价格、管线施工费 用、电价等有关。条件不具备时，可

11、参考：6.3 泵站扬程与水塔高度设计 设计流量经济流速管径确定压降确定 控制点确定泵站扬程和水塔高度确定 树枝状管网设计流量不会因管径选择不同而改变； 环状网中，管径根据初次流量分配确定，管网流量 按管网水力特性进行分配。设计工况水力分析设计工况即最高日最高时用水工况。管段流量和节 点水头最大，用于确定泵站扬程和水塔高度。水力分析：确定设计工况时管道流量、管内流速、 管道压降、节点水头和自由水压。水力分析前需进行预处理 1）泵站所在的管段暂时删除水力分析前提：水力特性必须已知。泵站水力特性未知，泵站设计流量合并到与之相关 联的节点中。（1）（2）（3）（4）（5）（6）（7）（8）1 9 8

12、7 6 5 4 3 2 Q7Q3Q2Q1Q4Q5Q6Q8q1,h1q6,h6q5,h5q2,h2q3,h3q7,h7q8,h8q9,h9q4,h4节点（7）为清水池，管段1上设有泵站，将管段1删除， 其流量合并到节点（7）和（1）：（1）（2）（3）（4）（5）（6）（7）（8）9 8 7 6 5 4 3 2 Q7+q1Q3Q2Q1-q1Q4Q5Q6Q8q6,h6q5,h5q2,h2q3,h3q7,h7q8,h8q9,h9q4,h42）假设控制点水力分析前提，管网中必须有一个定压节点。节点服务水头：节点地面高程加上节点处用户的最 低供水压力。规定：一层楼10m，二层楼12m，以后每增一层， 压

13、力增加4m。控制点：给水管网中压力最难满足的节点，其节点 水头可作为定压节点。控制点的选择 一般离泵站最远，地势最高的节点为控制点 。 可先随意假定，水力分析完成后，通过节点 自由水压比较，找到真正的控制点。例6.5 某给水管网如图所示，水源、泵站和水塔位置标于图中 ，节点设计流量、管段长度、管段设计流量等数据也标注于图 中，节点地面标高及自由水压要求见表。 1）设计管段直径； 2）进行设计工况水力分析； 3）确定控制点。（2）（3）（4）（6）（7）（8）H1=12.00（1）清水池水塔（5）13209490859073606 5 427035502650-194.3520.7751.171

14、4.5535.0382.3327.65-37.15 -194.3532.4689.989.96.2722.6354.875.0037.15泵站管网设计工况水力分析节点编号12345678地面标高(m)13.618.819.12232.218.317.317.5要求自由水压(m)/24.02824/282824服务水头(m)/42.847.146/46.345.341.5给水管网设计节点数据解 1）管段直径设计（如下表）经济流速选择考虑管段编号123456789设计流量(L/s)194.3589.96.2737.1589.932.4622.6354.875经济流速(m/s)110.20.8110

15、.70.90.6计算管径(mm)352338/172338203203279103设计管径(mm)300*2300200200*2300200200300100给水管网设计数据2）设计工况水力分析 将管段1暂时删除，管段流量并到节点（2）上的 Q2=-194.35+14.55=-179.8（L/s） 假定节点（8）为控制点 水头损失采用海曾-威廉公式CW=110管段或节点编号23456789管段流量(L/s)81.088.7737.1598.7221.1425.1363.692.5管内流速(m/s)1.150.280.591.40.670.80.90.32管段压降(m)3.860.380.752.821.241.762.240.97节点水头(m)47.5743.7143.2644.0444.7142.4741.5/地面标高（m）18.819.12232.218.317.317.5/自由水压（m）28.7724.6121.26/24.6125.1724/要求自由水压242824282824设计工况水力分析计算结果3）确定控制点节点编号12345678节点水头(m)/47.5743.7143.2644.0444