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1、广州大学 -土木工程学院第5章 管段流量、管径和水头损失5.1 管网计算的课题重要性：管道工程的建设投资占整个给水系统 总投资的 7080%，输配水所需的动力费用 占给水系统运行总费用的4070%。任务：确定管径（给水管网和输水管渠），水 头损失，水泵扬程和水塔高度。 校核：消防时，事故时，最大转输时校核。广州大学 -土木工程学院管网计算会遇到两类课题： 1管网设计计算（最高时）第一类课题 2管网复核计算（消防时、事故时及最大转输时等） 第二类课题第一类课题第二类课题已知条件 管网定线图、设计流量 管网定线图、设计流量 、管径 拟定内容 节点流量Qi、管段流量qij节点流量Qi、管段流量 qi
2、j计算内容 Dij、hij、hijhij、hij最终目的 Dij、Ht、Hp复核最高时确定的水泵 能否满足其他工况时Q 、H的要求广州大学 -土木工程学院管网计算步骤：绘制计算草图，对节点和管段顺序编号， 标明管段长度和节点地形标高； 按最高日最高时计算比流量、沿线流量和 节点流量； 对各管段拟定水流方向，进行流量分配； 初步确定各管段的管径和水头损失； 进行管网水力计算和技术经济计算； 确定水塔高度和水泵扬程； 根据管网各节点的压力和地形标高，绘制 等水压线和自由水压线图。广州大学 -土木工程学院1、节点：有集中流量进出、管道合并或分叉以及 边界条件发生变化的地点。分为a水源节点、b不同管径
3、管材 交接点、c两管段交点或大流量出入点，设节点数J。 2、管段：两个相邻节点之间的管道， 设管段数P。3、环：起点与终点重合的管线，设环数L。节点、管段、环的关系：一、 管网基本概念树状网： P=J-1 环状网：P=J+L-1 5.2 管网图形及简化广州大学 -土木工程学院节点、管段、环的关系：一、 管网基本概念树状网： P=J-1 环状网：P=J+L-1 00-11-22-33-44-51-62-73-81-92-103-119广州大学 -土木工程学院(17)2324管网图的节点与管段编号树状网： P=J-1 环状网：P=J+L-1 二、 管网基本概念广州大学 -土木工程学院节点的特征包括
4、构造属性、拓扑属性和水力属性三方面 a 节点的构造属性有： 1)节点高程、即节点所在地点附近的平均地面标高 2)节点位置，常用平面坐标(x，y)表示 b 节点的拓扑属性有： 1)与节点关联的管段及其方向；2)节点的度，即与节点关联的管段数，c 节点的水力属性有：1)节点流量，即从节点流入或流出系统的流量节点，负值表 水流入节点，单位常用m3s或L/s；2)节点水头，表示流过节点的单位重量的水流所具有的机械 能，一般采用与节点高程相同的高程体系，单位为m，对于非 满流，节点水头即管渠内水面高程；3)自由水头，仅对有压流，指节点水头高出地面高程的高度 ，单位为m。1、 节点广州大学 -土木工程学院
5、管段的特征包括构造属性、拓扑属性和水力属性三方面。a 管段的构造属性有：1)管段长度，简称管长，般以m为单位； 2)管段直径，一 般以m或mm为单位， 3)管段粗糙系数，表示管道内壁粗糙程 度，与管道材料有关； b 管段的拓扑属性有：1)管段方向，是一个设定的固定方向； 2)起端节点简称起 点； 3)终端节点，简称终点。c 管段的水力属性有：1)管段流量单位常用m3/h或Ls； 2)管段流速，常用单位 为ms; 3)管段扬程，单位常用m; 4)管段摩阻，表示管段对 水流阻力的大小； 5)管段压降，2、管段 广州大学 -土木工程学院a 基环：不包含其它环的环 b 大环：包含两个或两个以上基环的环
6、 c 虚环：为了计算方便，将水源节点连接起来形成虚环，实际 上并不存在，即将多水源化为单水源。(17)23243、 环广州大学 -土木工程学院5.2 管网图形及简化1、管线简化的一般方法1)删除次要管线2)当管线交叉点很近时，可以将其合并为同一交叉点。3)待全开的阀门去掉，将管线从全闭阀门处切断。4)如管线包含不同的管材和规格，应采用水力等效原则将其等 效为单一管材和规格。5)并联的管线可以简化为单管线，其直径采用水力等效原则计 算。6)在可能的情况下，将大系统拆分为多个小系统，分别进行分 析计算。二、 管网图形及简化广州大学 -土木工程学院广州大学 -土木工程学院在保证计算结果接近实际情况的
7、前提下 ，为方便计算可对管线进行适度简化。忽略：管网中主要起联络作用的管段， 由于正常运行时流量很小，对水力条件的影 响很小，计算时可以忽略。分解：只有一条管段连接的两个管网可 分解成两个管网进行计算；管网末端水流方 向确定的部分可分开计算；环状网上接出的 树状网分开计算。节点合并：距离很近的两个节点计算时 可视为一个节点。2、管线简化具体做法广州大学 -土木工程学院管段合并：长度近似相等、彼此几乎 平行且相距很近的两条管段计算时可合 并。等效管段的比阻：等效管段的长度：广州大学 -土木工程学院节点 合并管段合并分解忽略广州大学 -土木工程学院5.3 沿线流量和节点流量5.3.1 沿线流量 沿
8、线流量沿线流量ql与集中流量与集中流量 qql：是指沿是指沿线线分配给用户的流量。分配给用户的流量。( (用户、浇路和绿化等用户、浇路和绿化等) ) q ：从管网中一个点取水，且用水流量较大的用户。（工业企业、从管网中一个点取水，且用水流量较大的用户。（工业企业、 事业单位、大型公共建筑）事业单位、大型公共建筑）管网配水情况比较复杂，高峰流量各异。计算时加以简化。比流管网配水情况比较复杂，高峰流量各异。计算时加以简化。比流量法，假定小用水户的流量沿线均匀分布。量法，假定小用水户的流量沿线均匀分布。（1 1）长度比流量）长度比流量假定水量沿管网长度均匀流出。管线单位长度上的配假定水量沿管网长度均
9、匀流出。管线单位长度上的配 水流量，称为长度比流量，记作水流量，称为长度比流量，记作q qs s。 广州大学 -土木工程学院则每一计算管段沿线流量记作ql为：广州大学 -土木工程学院（2）面积比流量假定沿线流量均匀分布在整个供水面积上。管线 单位面积上的配水流量，称为面积比流量，记作qA。 则每一计算管段则每一计算管段沿线流量沿线流量记作记作ql为：为：广州大学 -土木工程学院每一管段所负担的供水面积可按分角线法和对角每一管段所负担的供水面积可按分角线法和对角 线法划分。线法划分。广州大学 -土木工程学院注意：注意： 1 1）面积比流量考虑了沿线供水面积（人数）多少）面积比流量考虑了沿线供水面
10、积（人数）多少对管线配水的影响，计算结果更接近实际配水对管线配水的影响，计算结果更接近实际配水情况，但计算较麻烦。当供水区域的干管分布情况，但计算较麻烦。当供水区域的干管分布比较均匀时，二者相差很小。这时，用长度比比较均匀时，二者相差很小。这时，用长度比流量较好。流量较好。2 2）当供水区域内各区卫生设备或人口密度相差较当供水区域内各区卫生设备或人口密度相差较大时大时，各区的比流量应分别计算各区的比流量应分别计算。3 3）同一管网，比流量的大小随用水量变化而变化）同一管网，比流量的大小随用水量变化而变化。各种工况下需分别计算。各种工况下需分别计算。广州大学 -土木工程学院5.3.2 节点流量比
11、流量：为简为简 化计计算而将除去大用户户集中流量 以外的用水量均匀地分配在全部有效干管长长度上 ，由此计计算出的单单位长长度干管承担的供水量。城镇镇中用水量标标准不同的区域应应分别别 计计算比流量。广州大学 -土木工程学院公园街坊街坊街坊街坊街坊街坊街坊街坊广州大学 -土木工程学院管网中除最末端的管段外，其他任一管段 的流量都由两部分组成，一部分是本管段沿程 配水产生的流量，即沿线流量，另一部分是通 过该管段输送到下游管段的流量，称为转输流 量。广州大学 -土木工程学院节点流量：沿线流量只有概念上的意义，在水 力计算时应将沿线流量按适当比例分配到两个节点 ，成为节点流量。沿线流量转换成节点流量
12、的原则 是管段的水头损失相同，即沿线不变的折算流量q， 使其产生的水头损失等于实际管线变化的流量qx产 生的水头损失。广州大学 -土木工程学院实际管线变化的流量qx产生的水头损失。（1）广州大学 -土木工程学院折算流量q产生的水头损失。（2）广州大学 -土木工程学院节点流量计算公式节点流量计算公式节点流量包括两部分：节点流量包括两部分：由沿线流量划成由沿线流量划成节点流量节点流量和该节点的和该节点的集中流量集中流量广州大学 -土木工程学院例题：例题：某城市最高时总用水量为某城市最高时总用水量为260L/s260L/s，其中，其中集中供应的工业用水量集中供应的工业用水量120 L/s120 L/
13、s（分别在节点（分别在节点2 2、3 3、4 4集中出流集中出流40 L/s40 L/s）。各管段长度（单位）。各管段长度（单位为为m m）和节点编号见图。管段）和节点编号见图。管段1-51-5、2-32-3、3-43-4为为一侧供水，其余为双侧供水。试求：（一侧供水，其余为双侧供水。试求：（1 1）比流）比流量；（量；（2 2）各管段的沿线流量；（）各管段的沿线流量；（3 3）各节点流）各节点流量。量。5.3 沿线流量与节点流量广州大学 -土木工程学院解解：1 1配水干管计算总长度配水干管计算总长度2 2配水干管比流配水干管比流 量量广州大学 -土木工程学院3沿线流量： 管段编号管段计计算总
14、长总长 度（m）比 流 量(L/s.m)沿 线线 流 量(L/s)1-22-33-41-53-54-65-66-78000.5600=3000.5600=3000.5600=3008008006005000.03182 25.459.559.559.5525.45 25.4519.0915.91合 计计 4400 140.00各各 管管 段段 沿沿 线线 流流 量量 计计 算算 广州大学 -土木工程学院4节点流量计算： 各 管 段 节 点 流 量 计 算 节节 点节节点连连的管段节节 点 流 量(L/s)集 中 流 量 (L/s)节节点总总 流量 (L/s)12345671-2 , 1-5 1
15、-2 , 2-32-3 , 3-4 , 3-53-4 , 4-61-5 , 3-5 , 5-64-6 , 5-6 , 7-66-70.5(25.45+9.55)=17.500.5(25.45+9.55)=17.500.5(9.55+9.55+25.45)=22.280.5(25.45+9.55)=17.500.5(9.55+25.45+19.09)=27.050.5(25.45+19.09+15.91)=30.220.5(15.91)=7.9540404017.5057.5062.2857.5027.0530.227.95合 计计140.00120.00260.00广州大学 -土木工程学院5.
16、4 管段计算流量目的目的：确定各管段中的流量，进而确定管段直径。：确定各管段中的流量，进而确定管段直径。流量分配：流量分配：要保持水流的连续性，每一节点必须满要保持水流的连续性，每一节点必须满足节点流量的足节点流量的平衡条件平衡条件：流入任一节点的流量等于：流入任一节点的流量等于流离该节点的流量，若以流入为流离该节点的流量，若以流入为“一一”，流离为，流离为“+”+”，则，则Q=0Q=0。广州大学 -土木工程学院树状管网的管段流量具有唯一性，水流方向唯一，流量 分配唯一，任一管段的流量等于以后所有节点流量总和 。 。泵站5638564627354528614 2733341217726234775广州大学 -土木工程学院2. 环状网 流量分配有
