第2章城市基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃(給水部分)

1、第2章城市基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃(給水部分)1 管網(wǎng)計(jì)算的課題 內(nèi) 求出所有管道的直徑、水頭損失。 重要性：管道工程的建設(shè)投資占整個(gè)給水系統(tǒng)總投資的 6080%，輸配水所需的動(dòng)力費(fèi)用占給水系統(tǒng)運(yùn)行總費(fèi)用的4070%。 給水管網(wǎng)的水力計(jì)算2 管網(wǎng)圖形及簡化 管網(wǎng)圖形： 管網(wǎng)圖形中每個(gè)節(jié)點(diǎn)通過一條或多條管段和其他節(jié)點(diǎn)相連接。如果舍去后，會(huì)破壞“圖”的連續(xù)性的管段，稱為聯(lián)系管段。聯(lián)系管段 節(jié)點(diǎn)：有集中流量進(jìn)出、管道合并或分叉以及邊界條件發(fā)生變化的地點(diǎn) 管段：兩個(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)之間的管道 管線：順序相連的若干管段 環(huán)：起點(diǎn)與終點(diǎn)重合的管線 基環(huán)：不包含其它環(huán)的環(huán) 大環(huán)：包含兩個(gè)或兩個(gè)以上基環(huán)的環(huán)管段基環(huán)節(jié)點(diǎn)管線大環(huán)管

2、網(wǎng)圖形 在保證計(jì)算結(jié)果接近實(shí)際情況的前提下，為方便計(jì)算可對(duì)管線進(jìn)行適度簡化。 忽略：管網(wǎng)中主要起聯(lián)絡(luò)作用的管段，由于正常運(yùn)行時(shí)流量很小，對(duì)水力條件的影響很小，計(jì)算時(shí)可以忽略。 分解：只有一條管段連接的兩個(gè)管網(wǎng)可分解成兩個(gè)管網(wǎng)進(jìn)行計(jì)算；管網(wǎng)末端水流方向確定的部分可分開計(jì)算；環(huán)狀網(wǎng)上接出的樹狀網(wǎng)分開計(jì)算。 節(jié)點(diǎn)合并：距離很近的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)計(jì)算時(shí)可視為一個(gè)節(jié)點(diǎn)。節(jié)點(diǎn)合并分解忽略沿線流量：供給管段兩側(cè)用戶所需流量。傳輸流量：給水管中流向下一管段，沒有在本管段被用戶取用的流量。集中流量：給水管網(wǎng)中大用戶的用水量3 沿線流量和節(jié)點(diǎn)流量比流量：將扣除了集中流量后的用水量，均勻分布在干管（用水面積）上，所得到的單

3、位長度（面積）上的流量，分別稱為長度比流量和面積比流量。為簡化計(jì)算，假定用水量均勻分布，并且用戶從管道節(jié)點(diǎn)處取水。設(shè)計(jì)流量分配與管徑設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)流量分配計(jì)算公園街坊街坊街坊街坊街坊街坊街坊街坊 沿線流量：干管有效長度與比流量的乘積。（2）面積比流量 假定沿線流量均勻分布在整個(gè)供水面積上。管線單位面積上的配水流量，稱為面積比流量，記作qmb。2、節(jié)點(diǎn)流量 （1）、沿線流量為什么要轉(zhuǎn)化為節(jié)點(diǎn)流量 由于管段沿線向外配水，所以沿著水流方向管段中的流量是減少的，根據(jù)管徑是由流量來決定的，所以管徑也應(yīng)該是逐漸減小的。理論上最經(jīng)濟(jì)的管段應(yīng)該是喇叭口形狀或者是階梯形狀的如下圖所示： 但是，實(shí)際的管段并沒有喇叭口形

4、狀的，管徑也是不連續(xù)的，所以，仔細(xì)去計(jì)算每一個(gè)沿線流出去的流量已經(jīng)沒有實(shí)際意義了。沿線流量只有當(dāng)其累積到一定量，足以引起管徑變化的時(shí)候計(jì)算起來才有實(shí)際意義。這樣，就可以不考慮實(shí)際沿線配水的情況，而把一定長度管段上的沿線流量用一個(gè)等效的流量來代替，即節(jié)點(diǎn)流量。 節(jié)點(diǎn)流量：沿線流量只有概念上的意義，在水力計(jì)算時(shí)應(yīng)將沿線流量按適當(dāng)比例分配到兩各節(jié)點(diǎn)，成為節(jié)點(diǎn)流量。qy+qttqyq1-()qy節(jié)點(diǎn)流量：從沿線流量計(jì)算得出的并且假設(shè)是在節(jié)點(diǎn)集中流出的流量。按照水力等效的原則，將沿線流量一分為二，分別加在管段兩端的節(jié)點(diǎn)上；集中流量可以直接加在所處的節(jié)點(diǎn)上；3沿線流量：管段編號(hào)管段計(jì)算總長度 （m） 比

5、流 量 (L/s.m) 沿 線 流 量 (L/s) 1-2 2-3 3-4 1-5 3-5 4-6 5-6 6-7 800 0.5600=300 0.5600=300 0.5600=300 800 800 600 500 0.03182 25.45 9.55 9.55 9.55 25.45 25.45 19.09 15.91 合 計(jì) 4400 140.004節(jié)點(diǎn)流量計(jì)算：各 管 段 節(jié) 點(diǎn) 流 量 計(jì) 算節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)連的管段節(jié) 點(diǎn) 流 量(L/s)集 中 流 量(L/s)節(jié)點(diǎn)總流量 (L/s)12345671-2 , 1-5 1-2 , 2-32-3 , 3-4 , 3-53-4 , 4-61-5

6、 , 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)=7.95 40 40 40 17.50 57.50 62.28 57.50 27.05 30.22 7.95合計(jì)140.0120.0260.0求比流量、沿線流量、節(jié)點(diǎn)流量求比流量、沿線流量、節(jié)點(diǎn)流量題：某城鎮(zhèn)最高時(shí)用水量為題：某城

7、鎮(zhèn)最高時(shí)用水量為Q=300L/s，其中工業(yè)用，其中工業(yè)用水量水量q=90L/s，集中從節(jié)點(diǎn)，集中從節(jié)點(diǎn)4取出。干管各管段長度取出。干管各管段長度(m)如圖所示。管段如圖所示。管段4-5、1-2、2-3為單側(cè)配水，為單側(cè)配水，其余為雙側(cè)配水，則管網(wǎng)比流量其余為雙側(cè)配水，則管網(wǎng)比流量qs為（），節(jié)點(diǎn)為（），節(jié)點(diǎn)4的節(jié)點(diǎn)流量的節(jié)點(diǎn)流量q4為（為（ ）。）。 45612800m800m800m600m800mQ=300L/s3400m7600m600m 管段管段4-5，1-2，2-3為單側(cè)配水，計(jì)算長度取實(shí)際長度的一半；其為單側(cè)配水，計(jì)算長度取實(shí)際長度的一半；其余管段為雙側(cè)配水，計(jì)算長度以實(shí)際長度計(jì)算

8、。管網(wǎng)總計(jì)算長度：余管段為雙側(cè)配水，計(jì)算長度以實(shí)際長度計(jì)算。管網(wǎng)總計(jì)算長度： 由管網(wǎng)總用水量求得比流量：由管網(wǎng)總用水量求得比流量： 沿線流量：沿線流量：ql1-4=qsl1-4=0.05600=30(L/s)；ql4-5=qsl4-5=0.05400=20(L/s)節(jié)點(diǎn)流量折算系數(shù)取節(jié)點(diǎn)流量折算系數(shù)取0.5，從而求得節(jié)點(diǎn)流量：，從而求得節(jié)點(diǎn)流量：q4=0.5(30+20)+90=115(L/s) 45612800m800m800m600m800mQ=300L/s3400m7600m600m(4)管段設(shè)計(jì)流量分配與初擬管徑管段設(shè)計(jì)流量分配泵站563856106273545286142733341

9、2177262347752134567891011b. 環(huán)狀網(wǎng) 環(huán)狀管網(wǎng)滿足連續(xù)性條件的流量分配方案可以有無數(shù)多種。 1510131218161714197612527148581912335913460249511135730102498管段直徑設(shè)計(jì)管段直徑設(shè)計(jì)管徑和設(shè)計(jì)流量的關(guān)系：管徑和設(shè)計(jì)流量的關(guān)系：D管段直徑，管段直徑，m； q 管段流量，管段流量，m3/s； v 流速，流速，m/s； A 水管斷面積，水管斷面積，m3。確定管徑必須先選定設(shè)計(jì)流速。確定管徑必須先選定設(shè)計(jì)流速。設(shè)計(jì)流速的確定設(shè)計(jì)流速的確定技術(shù)上：為防止水錘現(xiàn)象，技術(shù)上：為防止水錘現(xiàn)象，Vmax0.6m/s。 經(jīng)濟(jì)上：設(shè)計(jì)

10、流速小，管徑大，管網(wǎng)造價(jià)增加；經(jīng)濟(jì)上：設(shè)計(jì)流速小，管徑大，管網(wǎng)造價(jià)增加； 水頭損失減小，水泵揚(yáng)程降低，電費(fèi)降低。水頭損失減小，水泵揚(yáng)程降低，電費(fèi)降低。一般設(shè)計(jì)流速采用優(yōu)化方法求得。一般設(shè)計(jì)流速采用優(yōu)化方法求得。 合理的流速應(yīng)該使得在合理的流速應(yīng)該使得在一定年限（投資償還期）內(nèi)管網(wǎng)造價(jià)與運(yùn)行費(fèi)用之和最小。一定年限（投資償還期）內(nèi)管網(wǎng)造價(jià)與運(yùn)行費(fèi)用之和最小。水錘是在突然停電或者在閥門關(guān)閉太快時(shí),由于壓力水流的慣性,產(chǎn)生水流沖擊波,就象錘子敲打一樣,所以叫水錘。管徑 （mm）平均經(jīng)濟(jì)流速 （m/s）D=100400 D4000.60.9 0.91.4一定年限T年內(nèi)管網(wǎng)造價(jià)和管理費(fèi)用（主要是電費(fèi)）之和

11、為最小的流速，稱為經(jīng)濟(jì)流速。經(jīng)濟(jì)流速和經(jīng)濟(jì)管徑和當(dāng)?shù)氐墓懿膬r(jià)格、管線施工費(fèi)用、電價(jià)等有關(guān)。條件不具備時(shí)，可參考：在使用各地區(qū)提供的經(jīng)濟(jì)流速或按平均經(jīng)濟(jì)流速確定管網(wǎng)管徑時(shí)，需考慮以下原則：1）一般大管徑可取較大的經(jīng)濟(jì)流速，小管徑可取較小的經(jīng)濟(jì)流速；2）連接管屬于管網(wǎng)的構(gòu)造管，應(yīng)注重安全可靠性，其管徑應(yīng)由管網(wǎng)構(gòu)造來確定，即按與它連接的次要干管管徑相當(dāng)或小一號(hào)確定；3）一般對(duì)于管網(wǎng)起端的大口徑管道可按略高于平均經(jīng)濟(jì)流速來確定管徑，對(duì)于管網(wǎng)末端較小口徑的管道，可按略低于平均經(jīng)濟(jì)流速確定管徑，4）管線造價(jià)（含管材價(jià)格、施工費(fèi)用等）較高而電價(jià)相對(duì)較低時(shí)，取較大的經(jīng)濟(jì)流速，反之取較小的經(jīng)濟(jì)流速。 某城市供水

12、區(qū)用水人口5萬人，最高日用水量定額為150/(人)，要求最小服務(wù)水頭為16。節(jié)點(diǎn)接某工廠，工業(yè)用水量為4003/，兩班制，均勻使用。城市地形平坦，地面標(biāo)高為5.OO。進(jìn)行干管及支管水力計(jì)算（求比流量、沿線流量、節(jié)點(diǎn)流量、管徑及水頭損失。）水泵水塔012348567250450300600230190205650150枝狀網(wǎng)水力計(jì)算1總用水量 設(shè)計(jì)最高日生活用水量： 500000.157500m3/d86.81L/s 工業(yè)用水量： 4001625m3/h6.94L/s 總水量為： Q86.816.9493.75L/s 2管線總長度：L2425m，其中水塔到節(jié)點(diǎn)0的管段兩側(cè)無用戶不計(jì)入。 3比流量

13、： (93.756.94)24250.0358L/s4沿線流量：管段管段長度（m）沿線流量（L/s）01 12 23 14 48 45 56 67300 150 250 450 650 230 190 2053000.035810.74 1500.03585.37 2500.03588.95 4500.035816.11 6500.035823.27 2300.03588.23 1900.03586.80 2050.03587.34合計(jì)242586.815節(jié)點(diǎn)流量：節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)流量（L/s）0 1 2 3 4 5 6 7 80.510.745.37 0.5(10.74+5.37+16.11)16.

14、11 0.5(5.37+8.95) 7.16 0.58.954.48 0.5(16.11+23.27+8.23)23.80 0.5(8.23+6.80)7.52 0.5(6.80+7.34)7.07 0.57.343.67 0.523.2711.63合計(jì)86.8193.7588.3860.6311.634.4811.643.6710.7418.26水泵水塔0123485672504503006002301902056501503.6711.634.487.1623.80+6.947.077.5216.115.376干管水力計(jì)算：管段流量（L/s）流速（m/s）管徑（mm） 水頭損失（m）水塔0

15、 01 14 4893.75 88.38 60.63 11.630.75 0.70 0.86 0.66400 400 300 1001.27 0.56 1.75 3.95 h7.53 選定節(jié)點(diǎn)8為控制點(diǎn)，按經(jīng)濟(jì)流速確定管徑（可以先確定管徑，核算流速是否在經(jīng)濟(jì)流速范圍內(nèi)）。7支管水力計(jì)算：管段流量(L/s)管徑(mm)水頭損失(m)12 23 45 56 6711.64 4.48 18.26 10.74 3.67150 100 200150 1000.932.07 0.77 1.19 1.19（1）管網(wǎng)定線（2）計(jì)算干管的總長度（3）計(jì)算干管的比流量（4）計(jì)算干管的沿線流量（5）計(jì)算干管的節(jié)點(diǎn)流

16、量（6）定出各管段的計(jì)算流量 樹狀網(wǎng)：管段流量等于其后管段各節(jié)點(diǎn)流量和 環(huán)狀網(wǎng)：根據(jù)一定原則先人為擬定總結(jié)：給水管網(wǎng)設(shè)計(jì)和計(jì)算的步驟（7）根據(jù)計(jì)算流量和經(jīng)濟(jì)流速，選取各管段的管徑（8）根據(jù)流量和管徑計(jì)算各管段壓降（9）確定控制點(diǎn)，根據(jù)管道壓降求出各節(jié)點(diǎn)水頭和自由水壓。環(huán)狀管網(wǎng)計(jì)算的理論和步驟環(huán)狀管網(wǎng)計(jì)算的基本水力條件（1）節(jié)點(diǎn)流量平衡條件 流入某節(jié)點(diǎn)的流量等于流離該節(jié)點(diǎn)的流量，流入為，流離為 （2）閉合環(huán)路內(nèi)水頭損失平衡條件 環(huán)狀網(wǎng)水力計(jì)算環(huán)狀管網(wǎng)任一閉合環(huán)路內(nèi)，水流為順時(shí)針方向的各管段水頭損失之和應(yīng)等于水流為逆時(shí)針方向的各管段水頭損失之和。若規(guī)定順時(shí)針方向的各管段水頭損失為正，逆時(shí)針為負(fù)，則

17、在任一閉合環(huán)路內(nèi)各管段水頭損失的代數(shù)和等于零，即： 連續(xù)性方程：Q1Q2Q3Q4Q5Q621-q32-q63-q52-q41-q54-q65-q能量方程：456321環(huán)狀管網(wǎng)平差的基本知識(shí)管網(wǎng)流量預(yù)分配時(shí)，不一定滿足能量方程。須求出各管段的真實(shí)流量和水頭損失閉合差 若閉合環(huán)路內(nèi)順、逆時(shí)針兩個(gè)水流方向的管段水頭損失不相等，其差值為環(huán)路閉合差。記作h。符號(hào)意義 若閉合差為正，即 h0，說明水流順時(shí)針方向的各管段中所分配的流量大于實(shí)際流量值，而水流為逆時(shí)針方向各管段中所分配的流量小于實(shí)際流量值。管網(wǎng)平差 消除管網(wǎng)閉合差而進(jìn)行的流量調(diào)整計(jì)算的過程。調(diào)整方法 引入校正流量 q，即流量偏大的各管段中減去一

18、些流量，加在流量偏小的各管段中，且仍要滿足兩個(gè)條件。平差精度 電算時(shí)： h 0.010.05m；手算時(shí)： 基環(huán)閉合差 h 0.5m，大環(huán)閉合差 h 1.01.5m.環(huán)狀管網(wǎng)平差方法哈代.克羅斯法 校正流量計(jì)算公式： 14 0 7 0 1 0 2 0 1 00 3 0 4 0 1 ( ) 2 6 5 4 3 ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 231.某環(huán)狀管網(wǎng)流量（單位：L/s）分配如圖，平差計(jì)算顯示兩環(huán)的閉合差均超過要求限值，需要對(duì)流量進(jìn)行調(diào)整，若第環(huán)q1=2L/s，第環(huán)q2=3L/s，管段2-5校正后的流量為 。 解： 在圖中計(jì)算：方向相同則加,方向相反則減 q2-5(1) =70-2-3=65L/s136258471707030258080404020130IIIIII2圖示某環(huán)狀管網(wǎng)計(jì)算簡圖，管段內(nèi)流量為初次分配的流量，經(jīng)水力平差計(jì)算得各環(huán)的校正流量值分別為qI=+4.7L/s、qII=+1.4L/s、qIII= -2.3L/s，則管段3-4、4-5經(jīng)校正后的流量q3-4、