生活給水設(shè)計秒流量的概率計算方法

1、生活給水設(shè)計秒流量的概率計算方法生活用水設(shè)計秒流量反映了給水排水系統(tǒng)瞬時高峰用水規(guī)律的設(shè)計流量。以L/s計。用于確定給水管管徑和排水管管徑，計算給水管系的水頭損失和排水管道的坡度、充滿度，以及選用水泵等。世界各國進(jìn)行了不少水量方面的研究，并制定出各自室內(nèi)給水管道流量的計算方法。室內(nèi)給水管道流量的計算方法有平方根法、概率理論法。目前，國外應(yīng)用的方法皆以概率為理論基礎(chǔ)，概率計算是所有新的設(shè)計方法的基礎(chǔ)。國外不僅早已建立了以概率理論為基礎(chǔ)的秒流量計算式，而且在近幾十年來，對用水工況進(jìn)行了長期的大量的研究，至今己獲得足夠的可以更完善地加工整理設(shè)計秒流量計算方法的資料，這對我國設(shè)計秒流量計算方法的改進(jìn)具

2、有重要的參考價值。雖然許多國家均采用概率方法為基礎(chǔ)，但由于對數(shù)據(jù)的選取以及處理方式不同，所產(chǎn)生的方法不同，以美國的亨特概率方法和俄羅斯的概率方法為代表。2 概率計算方法2.1 亨特概率方法2.1.1 亨特概率法的建立 1亨特概率法由美國的亨特（Roy B.Hunter）于1924年提出，并在1940年以后發(fā)展成熟，得到承認(rèn)。其基本原理是將系統(tǒng)中衛(wèi)生器具的使用看作一個隨機(jī)變量，各種衛(wèi)生器具的使用是獨立的，使用中不存在相互聯(lián)系，可用二項分布的數(shù)學(xué)模型來描述秒流量這一隨機(jī)變量。假定某給水管段上連接有n個衛(wèi)生器具，各個器具的開啟和關(guān)閉相互獨立，每個器具的額定流量為q0，則通過該計算管段的最大給水設(shè)計秒

3、流量為q0n，最小給水流量為0，任意時刻通過該管段的給水秒流量q（0qq0）。設(shè)計系統(tǒng)應(yīng)降低管材耗量，并保證不間斷供水，以滿足用水高峰時的用水量。假設(shè)用水高峰時每個衛(wèi)生器具的使用概率為p，則不被使用的概率為（1-p），那么在用水高峰時，n個衛(wèi)生器具中有i個同時使用的概率為：（2-1）亨特的定義，對根據(jù)于只有一種 衛(wèi)生器具構(gòu)成單一系統(tǒng)，表示如下：（2-2）其中：Pm至多有m個器具同時的概率值；m 衛(wèi)生器具同時使用個數(shù)設(shè)計值；p用水高峰期單個衛(wèi)生器具的使用概率；n管段連接的衛(wèi)生器具數(shù)；Pr供水保證值，在亨特概率方法中采用0.99。由上式可以得知，在供水保證值Pr給出的情況下，可得在總衛(wèi)生器具n個中

4、，同時起作用的衛(wèi)生器具數(shù)目r的值。由上式（2-2）知，n個衛(wèi)生器具中有r個作用，r是0到n的任意數(shù)，把r從0到n的概率全部想加起來可得：（2-3）其中：式中符號同前。利用（式2.2）在已知N，P的條件下，可求出滿足Pm0.99的m值。衛(wèi)生器具同時使用個數(shù)設(shè)計值的概念與設(shè)計秒流量的概念想對應(yīng)的計算管段的設(shè)計秒流量為：qg=q0 m式中 qg計算管段的設(shè)計秒流量，L/S；q0單個衛(wèi)生器具的額定秒流量，L/S。2.1.2亨特法特點1）亨特概率法計算設(shè)計秒流量時全面考慮了影響 用水量的多種因素。能夠較準(zhǔn)確的反映客觀用水情況，計算結(jié)果符合實際情況。2）具有較成熟的配套設(shè)計圖表，使用方便快速。3）設(shè)計秒流

5、量較現(xiàn)行規(guī)范公式計算結(jié)果小。4）應(yīng)用范圍很小5）該法對于正常使用的情況，即不同類型衛(wèi)生器具的同時使用上不合理。2.2 俄羅斯（現(xiàn)行）概率法2.2.1 俄羅斯法原理俄羅斯現(xiàn)行設(shè)計秒流量概率法計算公式是以蘇聯(lián)科學(xué)技術(shù)副博士紹賓斯基( . . )方法為基礎(chǔ)建立起來的。從1966 年到1975 年間,紹賓斯基對各類建筑物的設(shè)計秒流量計算方法進(jìn)行了有重大價值的研究,他對單個衛(wèi)生器具、單幢建筑物以及整個小區(qū)給水系統(tǒng)的工況進(jìn)行了深入分析,并對大量日用水量積分曲線進(jìn)行分析研究,得到能夠描述各種形式日用水量積分曲線的通用關(guān)系式,最終建立了不僅能描述用水高峰期,而且也能描述一晝夜內(nèi)其它時間用水情況的數(shù)學(xué)模型。22

6、.2.2 設(shè)計秒流量計算筆者深入研究俄羅斯規(guī)范及其它大量俄羅斯相關(guān)文獻(xiàn),總結(jié)出使用該方法計算秒流量的要點: (1) 確定用水單位的類型及用水單位數(shù)量U 。(2) 確定衛(wèi)生器具總數(shù)N 及計算管段上的衛(wèi)生器具數(shù)Nj 。(3) 確定衛(wèi)生器具配水龍頭(器具) 的額定秒流量q0 ,俄羅斯對各類用戶和各種衛(wèi)生器具的用水量進(jìn)行了大量實測,并在此基礎(chǔ)上對實測數(shù)據(jù)進(jìn)行了數(shù)學(xué)加工得到q0 值。確定出了各種用水器具的q0 值;確定出了各類用水單位的各種器具的q0 值;對于不同類型用水單位的各種器具有下式:式中 Ni 每組用水單位衛(wèi)生器具數(shù)量;pi 每組用水單位衛(wèi)生器具使用概率;q0 i 每組用水單位配水龍頭的秒流量

7、,根據(jù)俄羅斯規(guī)范附錄3 選取。(4) 確定用水高峰期衛(wèi)生器具使用概率p 。在一座建筑物或一組不考慮U/ N 值變化的建筑中所有用水單位為同一類型時,其使用概率為: 式中 qh , u 個用水單位最大小時用水定額,L/ h。在一組不同功能的建筑物中有各種不同類型的用水單位時,其使用概率為:(5) 確定管網(wǎng)計算管段上設(shè)計秒流量qg = 5 q0 a式中 q0 單個衛(wèi)生器具的秒流量,L/ s ;a與計算管段上所連接衛(wèi)生器具總數(shù)N以及衛(wèi)生器具使用概率p 有關(guān)的系數(shù),根據(jù)俄羅斯規(guī)范附錄4 選取。在俄羅斯規(guī)范附錄4 中給出了在各種q0 、N和p 條件下確定給水秒流量qg 的線算圖,可供設(shè)計時使用。42.2

8、.3 俄羅斯法特點1）該法對規(guī)范公式存在的問題有很好的解決，具有自己的特點。2) 采用國際上普遍采用的概率方法計算，符合用水的實際情況。3）計算數(shù)表使用于各類建筑，包括建筑內(nèi)部及居住小區(qū)。4）不同類型建筑的用水特點在用水概率上表現(xiàn)出來，用水概率又取決于用水定額，用水人數(shù)n，用水時間t，時變化系數(shù)及衛(wèi)生器具設(shè)置等因素，符合實際情況。5） 安全可靠，經(jīng)濟(jì)合理，使用方便。2.3 兩種概率方法比較42.3.1 相同點亨特概率法與俄羅斯概率法具有下述共同點:(1)運用概率理論計算設(shè)計秒流量，提出衛(wèi)生器具使用概率和給水保證率概念，二者對用水高峰期衛(wèi)生器具使用概率的定義相同，即p=t/T (T為用水高峰期內(nèi)

9、一段時間間隔;t為在T時間間隔內(nèi)衛(wèi)生器具累計使用時間);(2)既適用于室內(nèi)又適用于城市小區(qū)給水管網(wǎng)設(shè)計秒流量的計算。2.3.2 不同點亨特概率法與俄羅斯概率法雖然都以概率理論為基礎(chǔ)建立公式，但二者在計算方法及計算結(jié)果上都有明顯的不同，具體分析如下: 1、單個衛(wèi)生器其使用概率P的確定方法俄羅斯概率法的用水器具使用概率計算式，是通過大量實測數(shù)據(jù)得到的各種類型水用戶的小時用水定額(穩(wěn)定的數(shù)學(xué)期望值)來計算P值，直接反映了用水概率P(或設(shè)計秒流量qg)與單位器具負(fù)荷人數(shù)No及單個衛(wèi)生器具秒流量qo之間的關(guān)系。而就我們目前所掌握的資料可知，亨特概率法需要實際測試得到各類水用戶用水概率P的數(shù)據(jù)，不能直接反

10、映出用水定額、單位器具負(fù)荷人數(shù)及單個衛(wèi)生器具秒流量復(fù)雜的變化對用水概率P(或設(shè)計秒流量qg)的影響。2、保證率pm的設(shè)定值亨特在建立公式時選取Pm=0.99，使用至今;而餓羅斯卻是由許多學(xué)者經(jīng)過一系列深入研究分析，最后確定取Pm=1.997,因此可以看出俄羅斯概率法比亨特概率法更嚴(yán)謹(jǐn)。3、計算結(jié)果比較計算可知，對于同一給水系統(tǒng)，亨特概率法與俄羅斯概率法計算結(jié)果不同。主要表現(xiàn)在三個方面:（1）給水保證率，亨特概率法低于俄羅斯概率法;（2）計算結(jié)果，亨特概率法小于俄羅斯概率法;（3）亨特概率法用二項分布模型描述用水情況，計算出的衛(wèi)生器具同時使設(shè)計值m是整數(shù)。在用水概率P和衛(wèi)生器具數(shù)量N變化不大時，不能體現(xiàn)出設(shè)計秒流量qg的差別。而俄羅斯概率法并非完全按照二項分布和泊松分布公式進(jìn)行計算，而是又考慮了其它多種實際因素的影響，計算出的衛(wèi)生器具同時使用設(shè)計值m是小數(shù)，能反映出設(shè)計秒流量qg的微小變化。3 結(jié)論（1） 概率法不僅適用于室內(nèi)給水系統(tǒng),也適用于城市小區(qū)給水管網(wǎng)設(shè)計秒流量的計算,而且對住宅及各類公共建筑具有良好通用性。 （2）對于大型的生活或熱水供應(yīng)系統(tǒng),綜合考慮各種因素,用概率法計算設(shè)計秒流量,可以減小管徑,降低成本,節(jié)約能源,減少電能、熱能的消耗。（