给水管网工程设计

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1、*1Free template from 第第6 6章章 给水管网工程设计给水管网工程设计6.1 管段设计流量计算6.2 初拟管径6.3 管网平差6.4 管网水力计算6.5 输水管设计6.6 管网校核6.7 最大闭合差的环校正法和多水源管网平差6.8 设计成果整理 2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 qij 计算内容 Dij、hij、hijhij、hij最终目的

2、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361 管段设计流量计算1 1沿线流量沿线流量是指沿线分配给用户的流量。是指沿线分配给用户的流量。管网配水情况比较复杂，高峰流量各异。计算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时加以简化。比流量法，假定小用水户的流量沿线均匀分布。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。管线单位长假定水量沿管网长度均匀流出。管线单位长 度上的配水流量，称为长度比流量，记作度上的配水流量，称为长度比流量，记作q qcbcb。 4则每一计算管段沿线流量记作qy为：5（2

3、）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 qmb。 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qyqy为：为：6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。7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

4、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，各区的比流量应分别计算。大时，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。82、节点流量（1）、沿线流量为什么要转化为节点流 量9但是，实际的管段并没有喇叭口形状的，管径也是不连续的，所以，仔细 去计算每一个沿线流出去的流量已经没有实际意义了。沿线流量只有当其累积到 一定量，足以引起管径变化的时候计算起来才有实际意义。这样，就可以不考

5、虑 实际沿线配水的情况，而把一定长度管段上的沿线流量用一个等效的流量来代替 ，即节点流量。10（2）沿线流量如何转换成节点流量沿线流量划成节点流量公式沿线流量划成节点流量公式（3）沿线流量转换成节点流量的依据11假设沿线出流是均匀 的，则管道的任一断 面上的流量沿程水头损失12沿程水头损失将将 移至两端点，移至两端点， 分别为分别为管道内流量为管道内流量为13根据水力等效原则根据水力等效原则 14（2 2）、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：由沿线流量划成节点流量和该节点的集中流量由沿线流量划成节点流量和该节点的集中流量15【例题例题】某城市最高时总用

6、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/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。16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

7、干管比流配水干管比流 量量173沿线流量： 管段编号管段计算总长度（m）比 流 量(L/s.m)沿 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 4400 140.00各各 管管 段段 沿沿 线线 流流 量量 计计 算算 184节点流量计算： 各 管 段 节 点 流 量 计 算 节 点节点连的管段节 点 流 量(L/s)集 中 流 量 (L/s)节点总 流量 (L/s)12345671

8、-2 , 1-5 1-2 , 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140.00120.00260.00196.

9、2 初拟管径1 1、管段设计流量分配目的目的：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，每一节点必须满足节点流量要保持水流的连续性，每一节点必须满足节点流量的的平衡条件平衡条件：流入任一节点的流量等于流离该节点的流量，：流入任一节点的流量等于流离该节点的流量，若以流入为若以流入为“一一”，流离为，流离为“+”+”，则，则Q=0Q=0。a. a. 枝状网枝状网水流方向唯一，流量分配唯一，任一管段的水流方向唯一，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。流量等于以后所有节点流量总和。 2021b. 环状网 流量分配

10、有多种组合方案流量分配有多种组合方案 基本原则：满足供水可靠性前提下，兼顾经济性。基本原则：满足供水可靠性前提下，兼顾经济性。22方法和步骤方法和步骤： 确定控制点位置，管网主导流向；确定控制点位置，管网主导流向； 参照主导流向拟定各管段水流方向，以最短距离参照主导流向拟定各管段水流方向，以最短距离 供水到大用户或边远地区；供水到大用户或边远地区； 尽量使平行的主要干管分配相近的流量（防止某尽量使平行的主要干管分配相近的流量（防止某 些管段负荷过重），连接管要少分配流量，满足些管段负荷过重），连接管要少分配流量，满足 沿线配水为限（主要作用是干管损坏时转输流量沿线配水为限（主要作用是干管损坏时

11、转输流量 ） 各干管通过的流量沿主要流向逐渐减少，不要忽各干管通过的流量沿主要流向逐渐减少，不要忽 多忽少；多忽少； 可以起端开始或从末端，满足节点流量的平衡条可以起端开始或从末端，满足节点流量的平衡条 件。件。 此分配值是预分配，用来选择管径，真正值由平差此分配值是预分配，用来选择管径，真正值由平差 结果定。结果定。 232、初拟管径确定管网中每一管段的直径是输水和配水系统设计计算 的主要课题之一。管段的直径应按分配后的流量确定。在设计中，各管段的管径按下式计算：式中 q为管段流量，m3/s； V为管内流速，m/s。 由上式可知，管径不但和管段流量有关，而且还与流速有关 。因此，确定管径时必

12、须先选定流速。24从公式可以看出，流量一定时，管径与流速的平方根成反比。如果流 速选用的大一些，管径就会减小，相应的管网造价便可降低，但水头损 失明显增加，所需的水泵扬程将增大，从而使经营管理费（主要指电费 ）增大，同时流速过大，管内压力高，因水锤现象引起的破坏作用也随 之增大。相反，若流速选用小一些，因管径增大，管网造价会增加。但 因水头损失减小，可节约电费，使经营管理费降低。因此，管网造价和 经营管理费（主要指电费）这两项经济因素是决定流速的关键。求一定 年限t（称为投资偿还期）内，管网造价和经营管理费用之和为最小的流 速，称为经济流速），以此来确定的管径，称为经济管径。为了防止管网因水锤

13、现象而损坏，在技术上最大设计流速限定在 2.53.0m/s范围内；在输送浑浊的原水时，为了避免水中悬浮物质 在水管内沉积，最低流速通常应大于0.60m/s，由此可见，在技术上 允许的流速范围是较大的。因此，还需在上述流速范围内，根据当地 的经济条件，考虑管网的造价和经营管理费用，来选定合适的流速。25各城市的经济流速值应按当地条件，如水管材料和价 格、施工条件、电费等来确定，不能直接套用其他城市的 数据。另外，管网中各管段的经济流速也不一样，须随管 网图形、该管段在管网中的位置、该管段流量和管网总流 量的比例等决定。因为计算复杂，有时简便地应用“界限流 量表”确定经济管径，见界限流量表 。由于

14、实际管网的复杂性，加上情况在不断的变化， 例如流量在不断增加，管网逐步扩展，诸多经济指标如 水管价格、电费等也随时变化，要从理论上计算管网造 价和年管理费用相当复杂且有一定难度。在条件不具备 时，设计中也可采用由各地统计资料计算出的平均经济 流速来确定管径，得出的是近似经济管径，见平均经济 流速表 26管径 /mm界限流量 /Ls 1管径 /mm界限流量 /Ls 110094501301681509155001682372001528.560023735525028.545700355490300456880049068535068969006858224009613010008221120界

15、 限 流 量 表 27平 均 经 济 流 速 表管径/mm平均经济流速e/Ls 1D=1004000.60.9D4000.91.428在使用各地区提供的经济流速或按平均经济流速确定管网管径时，需考虑以下原 则： 1）一般大管径可取较大的经济流速，小管径可取较小的经济流速； 2）首先定出管网所采用的最小管径（由消防流量确定），按e确定的管径小于 最小管径时，一律采用最小管径； 3）连接管属于管网的构造管，应注重安全可靠性，其管径应由管网构造来确定 ，即按与它连接的次要干管管径相当或小一号确定； 4）由管径和管道比阻之间的关系可知，当管径较小时，管径缩小或放大一号 ，水头损失会大幅度增减，而所需管

16、材变化不多；相反，当管径较大时，管径缩 小或放大一号，水头损失增减不很明显，而所需管材变化较大。因此，在确定管 网管径时，一般对于管网起端的大口径管道可按略高于平均经济流速来确定管径 ，对于管网末端较小口径的管道，可按略低于平均经济流速确定管径，特别是对 确定水泵扬程影响较大的管段，适当降低流速，使管径放大一号，比较经济； 5）管线造价（含管材价格、施工费用等）较高而电价相对较低时，取较大的经 济流速，反之取较小的经济流速。 以上是指水泵供水时的经济管径确定方法，在求经济管径时，考虑了抽水所需的 电费。重力供水时，由于水源水位高于给水区所需水压，两者的标高差H可使水 在管内重力流动。此时，各管段的经济管径应按输水管和管网通过设计流量时， 供水起点至控制点的水头损失总和等于或略小于可利用的水头来确定。296.3