第6章管網(wǎng)水力計(jì)算

第6章管網(wǎng)水力計(jì)算6.1樹(shù)狀管網(wǎng)計(jì)算

6.2環(huán)狀網(wǎng)計(jì)算原理

6.3環(huán)狀網(wǎng)計(jì)算

6.4輸水管渠計(jì)算第6章管網(wǎng)水力計(jì)算

從供水起點(diǎn)到任一節(jié)點(diǎn)的水流路線只有一個(gè)，每一管段只有唯一確定的計(jì)算流量。

先計(jì)算對(duì)供水經(jīng)濟(jì)性影響最大的干管（管網(wǎng)起點(diǎn)到控制點(diǎn)的管線），再算支管。樹(shù)狀管網(wǎng)特點(diǎn)計(jì)算順序6.1樹(shù)狀管網(wǎng)計(jì)算確定各管段的流量；按經(jīng)濟(jì)流速求管徑和水頭損失;

選定一條干線，求干線總水頭損失和水泵揚(yáng)程、水塔高度，并計(jì)算出干線上各節(jié)點(diǎn)水壓計(jì)算支線水力坡度，由于支管起點(diǎn)和終點(diǎn)水壓均已知，支管計(jì)算按充分利用起點(diǎn)現(xiàn)有水壓條件選定管徑。計(jì)算過(guò)程確定各管段的流量；根據(jù)經(jīng)濟(jì)流速選取標(biāo)準(zhǔn)管徑；計(jì)算各管段的水頭損失；確定控制點(diǎn)；計(jì)算控制線路的總水頭損失，確定水泵揚(yáng)程或水塔高度；確定各支管可利用的剩余水頭；計(jì)算各支管的平均水力坡度，選定管徑。計(jì)算步驟某城市供水區(qū)用水人口5萬(wàn)人，最高日用水量定額為150Ｌ/(人·ｄ)，要求最小服務(wù)水頭為16ｍ。節(jié)點(diǎn)４接某工廠，工業(yè)用水量為400ｍ3/ｄ，兩班制，均勻使用。城市地形平坦，地面標(biāo)高為5.OOｍ。水泵水塔0123485672504503006002301902056501501．總用水量設(shè)計(jì)最高日生活用水量：

50000×0.15＝7500m3/d＝86.81L/s工業(yè)用水量：

400÷16＝25m3/h＝6.94L/s總水量為：

ΣQ＝86.81＋6.94＝93.75L/s2．管線總長(zhǎng)度：ΣL＝2425m，其中水塔到節(jié)點(diǎn)0的管段兩側(cè)無(wú)用戶不計(jì)入。3．比流量：

(93.75－6.94)÷2425＝0.0358L/s4．沿線流量：管段管段長(zhǎng)度（m）沿線流量（L/s）0～11～22～31～44～84～55～66～7300150250450650230190205300×0.0358＝10.74150×0.0358＝5.37250×0.0358＝8.95450×0.0358＝16.11650×0.0358＝23.27230×0.0358＝8.23190×0.0358＝6.80205×0.0358＝7.34合計(jì)242586.815．節(jié)點(diǎn)流量：節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)流量（L/s）0123456780.5×10.74＝5.370.5×(10.74+5.37+16.11)＝16.110.5×(5.37+8.95)＝7.160.5×8.95＝4.480.5×(16.11+23.27+8.23)＝23.800.5×(8.23+6.80)＝7.520.5×(6.80+7.34)＝7.070.5×7.34＝3.670.5×23.27＝11.63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～00～11～44～893.7588.3860.6311.630.750.700.860.664004003001001.270.561.753.95Σh＝7.53選定節(jié)點(diǎn)8為控制點(diǎn)，按經(jīng)濟(jì)流速確定管徑。7．支管水力計(jì)算：干管上各節(jié)點(diǎn)的水壓標(biāo)高:節(jié)點(diǎn)8:16.00+5.00=21.00m節(jié)點(diǎn)4：21.00+3.95=24.95m節(jié)點(diǎn)1：24.95+1.75=26.70m節(jié)點(diǎn)0：26.70+0.56=27.26m水塔：27.26+1.27=28.53m各支線的允許水力坡度:7．支管水力計(jì)算：管段起端水位（m）終端水位（m）允許水頭損失（m）管長(zhǎng)（m）平均水力坡度1～34～726.7024.9521.0021.005.703.954006250.014250.00632管段流量(L/s)管徑(mm)水力坡度水頭損失(m)1～22～34～55～66～711.644.4818.2610.743.67150(100)100200(150)1501000.006170.008290.003370.006310.005811.85(16.8)2.070.64(3.46)1.451.198．確定水塔高度和水泵揚(yáng)程:

水泵揚(yáng)程需要根據(jù)水塔的水深、吸水井最低水位標(biāo)高、水泵吸水管路和壓水管水頭損失計(jì)算確定。原理：在初步分配流量的基礎(chǔ)上，逐步調(diào)整管段流量以滿足能量方程。L個(gè)非線性的能量方程：6.2環(huán)狀網(wǎng)計(jì)算原理6.2.1環(huán)方程組解法初步分配的流量一般不滿足能量方程：

初步分配流量與實(shí)際流量的的差額為Δqi，實(shí)際流量應(yīng)滿足能量方程：將函數(shù)在分配流量上展開(kāi)，并忽略高階微量：方程組的第一部分稱為閉合差：將閉合差項(xiàng)移到方程組的左邊，得到關(guān)于流量誤差（校正流量）的線性方程組：利用線性代數(shù)的多種方法可求解出校正流量。因?yàn)楹雎粤烁唠A項(xiàng)，得到的解仍然不能滿足能量方程，需要反復(fù)迭代求解，直到誤差小于允許誤差值——哈代-克羅斯法。哈代－克羅斯法平差P51原理：在初步擬訂壓力的基礎(chǔ)上，逐步調(diào)整節(jié)點(diǎn)水壓以滿足連續(xù)性方程。

6.2.2節(jié)點(diǎn)方程組解法節(jié)點(diǎn)流量應(yīng)該滿足連續(xù)性方程：Ｊ－Ｓ個(gè)連續(xù)性方程：一般表達(dá)式：初步擬定的水壓一般不滿足連續(xù)性方程：初步擬定水壓與實(shí)際水壓的差額為ΔＨ，實(shí)際水壓應(yīng)滿足連續(xù)性方程：將函數(shù)在分配流量上展開(kāi)，并忽略高階微量：方程組的第一部分稱為流量閉合差：將閉合差項(xiàng)移到方程組的右邊，得到關(guān)于水壓誤差（校正壓力）的線性方程組：求解步驟：根據(jù)已知節(jié)點(diǎn)（控制點(diǎn)和泵站）的水壓，初步確定其他各節(jié)點(diǎn)的水壓；根據(jù)流量與水頭損失的關(guān)系求出各管段的流量；計(jì)算各節(jié)點(diǎn)的不平衡流量；計(jì)算各節(jié)點(diǎn)的校正壓力；重復(fù)第2～4步直到校正壓力符合要求為止。具體步驟：對(duì)能量方程進(jìn)行線性化處理；給定流量初值并計(jì)算線性系數(shù)；解線性方程求出管段流量；根據(jù)所得流量計(jì)算線性系數(shù)并重新求解管段流量直到誤差符合要求。6.2.3管段方程組解法原理：直接聯(lián)立求解J-S個(gè)連續(xù)性方程和L個(gè)能量方程，求出P＝L+J-S個(gè)管段流量。連續(xù)性方程：Q1Q2Q3Q4Q5Q6能量方程：456321將非線形的能量方程轉(zhuǎn)化為線性方程：6.3環(huán)狀網(wǎng)平差方法

Q1Q2Q3Q4Q5Q64563211.哈代-克羅斯法

Q1Q2Q3Q4Q5Q6456321忽略相鄰環(huán)校正流量和二階微量的影響：校正流量的符號(hào)與水頭損失閉合差的符號(hào)相反步驟：根據(jù)連續(xù)性條件初步分配管段流量；計(jì)算各管段的水頭損失；以順時(shí)針?lè)较驗(yàn)檎鏁r(shí)針?lè)较驗(yàn)樨?fù)，計(jì)算各環(huán)的水頭損失閉合差；計(jì)算各管段的Sijqij和每一環(huán)的ΣSijqij；計(jì)算各環(huán)的校正流量；將管段流量加上校正流量重新計(jì)算水頭損失，直到最大閉合差小于允許誤差為止。手工計(jì)算時(shí)，每環(huán)閉合差要求小于0.5m，大環(huán)閉合差小于1.0m。電算時(shí)，閉合差的大小可以達(dá)到任何要求的精度，但可考慮采用0.01—0.05m。2.最大閉合差的環(huán)校正法

管網(wǎng)平差過(guò)程中，任一環(huán)的校正流量都會(huì)對(duì)相鄰環(huán)產(chǎn)生影響。一般說(shuō)來(lái)，閉合差越大校正流量越大，對(duì)鄰環(huán)的影響也就越大。值得注意的是，對(duì)閉合差方向相同的鄰環(huán)會(huì)加大其閉合差，對(duì)閉合差方向相反的相鄰環(huán)則會(huì)縮小閉合差。最大閉合差校正法就是在每次平差時(shí)選擇閉合差最大的環(huán)進(jìn)行平差。最大閉合差不一定是基環(huán)的閉合差。步驟：平差第一步求出各環(huán)閉合差將Δh方向相同的環(huán)中間聯(lián)通管去掉連成大環(huán)大環(huán)平差，小環(huán)降直到要求的精度。3.多水源管網(wǎng)平差

多水源給水管網(wǎng)的平差，只需將S個(gè)水源節(jié)點(diǎn)用一個(gè)虛節(jié)點(diǎn)相連接，構(gòu)成一個(gè)含有Ｓ-1個(gè)虛環(huán)的單水源給水系統(tǒng)。水源節(jié)點(diǎn)與虛節(jié)點(diǎn)相連接的管段稱為虛管段，虛管段中的流量等于水源節(jié)點(diǎn)的供水量，管段流量方向是從虛節(jié)點(diǎn)流向水源節(jié)點(diǎn)。虛管段的水頭損失等于各水源節(jié)點(diǎn)水壓，方向是水源節(jié)點(diǎn)指向虛節(jié)點(diǎn)。泵站水塔0Qth=－水塔水位高度Qph=－水泵揚(yáng)程

兩種情況：最大用水時(shí)管網(wǎng)用水由泵站和水塔同時(shí)供給，多水源管網(wǎng)兩者有各自的供水區(qū)，在供水區(qū)的分界線上水壓最低。最大轉(zhuǎn)輸時(shí)．單水源管網(wǎng)在一天內(nèi)有若干小時(shí)因二級(jí)泵站供水量大于用水量，多余的水通過(guò)管網(wǎng)轉(zhuǎn)輸入水塔貯存，不存在供水分界線。最大轉(zhuǎn)輸時(shí)虛環(huán)平差目的:求各水源的供水量

最高用水時(shí)虛節(jié)點(diǎn)流量平衡的條件水頭損失平衡條件最大轉(zhuǎn)輸時(shí)虛節(jié)點(diǎn)流量平衡條件水頭損失平衡條件4.管網(wǎng)計(jì)算時(shí)的水泵特性方程水泵高效區(qū)的流量與揚(yáng)程之間的關(guān)系可用二次曲線模擬：121325.管網(wǎng)核算①消防時(shí)根據(jù)城鎮(zhèn)和各類建筑的規(guī)模，確定同一時(shí)間發(fā)生的火災(zāi)次數(shù)以及一次滅火用水量。按照滿足最不利條件的原則，將著火點(diǎn)放在控制點(diǎn)及遠(yuǎn)離泵站的大用戶處。發(fā)生火災(zāi)時(shí)，所需自由水頭較小，但由于水頭損失增大，水泵揚(yáng)程不一定符合要求，必要時(shí)應(yīng)增設(shè)消防水泵。②最大轉(zhuǎn)輸時(shí)設(shè)置對(duì)置水塔的給水系統(tǒng)，在最大用水小時(shí)由水泵和水塔同時(shí)供水，水塔的高度必定高于控制點(diǎn)的自由水頭，當(dāng)出現(xiàn)最大轉(zhuǎn)輸流量時(shí)，水泵必須能供水到水塔。③事故時(shí)管網(wǎng)中任一管段在檢修過(guò)程中，系統(tǒng)的供水量都不應(yīng)小于最高用水時(shí)的70%。二泵站供水曲線用水曲線024681012141618202224最大用水小時(shí)最大轉(zhuǎn)輸小時(shí)6.3.5管網(wǎng)的核算條件目的

核算按最高日最高時(shí)確定的管徑、水泵揚(yáng)程和水塔高度是否能滿足特殊用水時(shí)的用水要求。

方法

按最高日最高時(shí)確定的管徑按特殊用水時(shí)的條件進(jìn)行流量分配，求出此時(shí)的管段流量和水頭損失，驗(yàn)算按Qh確定的Hp、Ht是否滿足特殊用水時(shí)的要求。消防時(shí)

流量:

失火點(diǎn)的確定

失火點(diǎn)的數(shù)量和一次滅火用水量按《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》若只有一處失火設(shè)在控制點(diǎn)；若同時(shí)兩處失火控制點(diǎn)、離二泵較遠(yuǎn)或靠近大用戶的節(jié)點(diǎn)上水壓:按消防系統(tǒng)要求確定

如果按照最高時(shí)確定的水泵揚(yáng)程不能滿足消防需要，那么增大個(gè)別管段直徑，減小水頭損失。個(gè)別情況下，最高用水時(shí)和消防時(shí)的水泵揚(yáng)程相差很大，那么須設(shè)專用消防泵供消防時(shí)使用。事故時(shí)

流量：最大時(shí)的70％

水壓：滿足最不利點(diǎn)的要求(按建筑層確定的最小服務(wù)水頭）

核算事故時(shí)的水量和水壓是否滿足要求

最大轉(zhuǎn)輸時(shí)

最大轉(zhuǎn)輸時(shí)用水量

節(jié)點(diǎn)流量＝———————最高用水時(shí)該節(jié)點(diǎn)流量

最高時(shí)用水量

按照最大轉(zhuǎn)輸時(shí)的流量進(jìn)行分配和計(jì)算，方法和最高時(shí)一樣水壓：校核水泵揚(yáng)程（確定水泵能否將水送進(jìn)水塔）校核條件：

消防時(shí)節(jié)點(diǎn)流量等于最大用水小時(shí)節(jié)點(diǎn)流量加消防流量；水泵揚(yáng)程滿足最不利消火栓處水壓10mH2O；

最大轉(zhuǎn)輸時(shí)節(jié)點(diǎn)流量等于最大轉(zhuǎn)輸小時(shí)用水量與最大小時(shí)用水量之比乘以最大小時(shí)節(jié)點(diǎn)流量；水泵揚(yáng)程滿足水塔最高水位；

事故時(shí)節(jié)點(diǎn)流量等于70％最大小時(shí)節(jié)點(diǎn)流量；水泵揚(yáng)程滿足最小服務(wù)水頭。6.4輸水管（渠）計(jì)算1.重力供水——水位差H已知的壓力輸水管要求輸水量為Q，平行敷設(shè)直徑和長(zhǎng)度相同的輸水管線n條，則每條管線的流量為Q/n，當(dāng)一條管線損壞時(shí)，平行的輸水管線為n-１條，系統(tǒng)的輸水能力變成Q–Q/n，要保證70%的設(shè)計(jì)流量，需要平行布置四條輸水管。平行敷設(shè)兩條彼此獨(dú)立的輸水管：正常運(yùn)行事故運(yùn)行平行敷設(shè)兩條輸水管，等距離設(shè)置N條聯(lián)絡(luò)管段：正常運(yùn)行事故運(yùn)行不同聯(lián)絡(luò)管段數(shù)的事故流量2.水泵供水的輸水管Sd為輸水管的當(dāng)量摩阻輸水管特性曲線：水泵特性曲線：正常運(yùn)行流量：輸水管用n–1條連接管等分成n段，其中任一管段發(fā)生故障時(shí)：事故運(yùn)行流量：流量比為：解出分段數(shù)：6.5應(yīng)用計(jì)算機(jī)解管網(wǎng)問(wèn)題

首先對(duì)所需進(jìn)行計(jì)算的管網(wǎng)加以簡(jiǎn)化，然后對(duì)節(jié)點(diǎn)、管段和環(huán)進(jìn)行編號(hào)。標(biāo)明管段流量和節(jié)點(diǎn)流量的流