第六章給水管網(wǎng)設計與計算

第四章給水管網(wǎng)設計與計算(2）管網(wǎng)計算步驟1、求沿線流量和節(jié)點流量；2、求管段計算流量；3、確定各管段的管徑和水頭損失；4、進行管網(wǎng)水力計算和技術經(jīng)濟計算；5、確定水塔高度和水泵揚程。4.2設計流量分配與管徑設計用水流量分配為進行給水管網(wǎng)的細部設計，必須將總流量分配到系統(tǒng)中去，也就是將最高日用水流量分配到每條管段和各個節(jié)點上去。集中流量：從一個點取得用水，用水量較大的用戶。分散流量：沿線眾多小用戶用水，情況復雜。4.2.1節(jié)點設計流量分配計算集中流量：qni—各集中用水戶的集中流量，L/s；Qdi—各集中用水戶最高日用水量，m3/d；Khi—時變化系數(shù)。根據(jù)實際管網(wǎng)流量變化情況設計管網(wǎng)非常復雜，加以簡化。提出比流量，沿線流量，節(jié)點流量的概念。比流量：為簡化計算而將除去大用戶集中流量以外的用水量均勻地分配在全部有效干管長度上，由此計算出的單位長度干管承擔的供水量。長度比流量：面積比流量：沿線流量：干管有效長度與比流量的乘積。l:管段配水長度，不一定等于實際管長。無配水的輸水管，配水長度為零；單側配水，為實際管長的一半。公園街坊街坊街坊街坊街坊街坊街坊街坊節(jié)點流量：從沿線流量計算得出的并且假設是在節(jié)點集中流出的流量。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)點上；集中流量可以直接加在所處的節(jié)點上；供水泵站或水塔的供水流量也應從節(jié)點處進入管網(wǎng)系統(tǒng)例5-1圖5-6所示管網(wǎng)，給水區(qū)的范圍如虛線所示，比流量為qs，求各節(jié)點的流量。因管段8-9單側供水，求求節(jié)點流量時時，將管段配配水長度按一一半計算。解:以節(jié)點3、5、8、9為例，節(jié)點流流量如下：例：某城鎮(zhèn)給水環(huán)環(huán)狀網(wǎng)布置如如圖所示，全全城最高日最最高時總用水水量315m3/h，其中包括工廠廠用水量50m3/h，管段6～8和8～9均只在單側有有用戶。計算算最高日最高高時單位管長長比流量、沿沿線流量和節(jié)節(jié)點流量。14295水廠7863工廠880640710540520620520560580920890解：工廠的的集中流量作作為在其附近近的節(jié)點4配出。管段6～8和8～9均只在單側有有用戶。各管管段配水長度度如表所示。。全部配水干管管總計算長度度為6690m，該管網(wǎng)最高高日最高時的的總用水量為為：Q-∑q=(315-50)×1000/3600=73.6(L/s)管長比流量qs為：Qs=73.6/6690=0.011(L/s.m)表5-1某城鎮(zhèn)管網(wǎng)各各管段最高日日最高時沿線線流量管段編號管段長度(m)管段計算長度(m)沿線流量(L/s)水廠－3620－－1-24904905.391-48808809.682-58908909.794-55205205.722-35305305.833-692092010.135-65405405.944-764064070.53.197-87107107.818-9560560×0.53.08合計669073.60節(jié)點編號連接管段編號連接管段沿線流量之和(L/s)節(jié)點流量（L/s)11-2,1-45.39+9.68=15.077.5421-2,2-3,2-55.39+5.83+9.79=21.0110.5132-3,3-6,水廠-35.83+10.13+0=15.967.9841-4,4-5,4-79.68+5.72+7.04=22.4411.22＋13.89表5-2某城鎮(zhèn)管網(wǎng)最最高日最高時時各節(jié)點流量量1427.5495水廠7863工廠（13.89）10.7210.517.989.6311.227.421.54880640710540520620520560580920890例6.3p128管段設計流量量分配計算管段設計流量量是確定管段段直徑的主要要依據(jù)。求得節(jié)點流量量后，就可以以進行管網(wǎng)的的流量分配，，分配到各管管段的流量已已經(jīng)包括了沿沿線流量和轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)輸流量。1、單水源樹樹狀網(wǎng)樹狀管網(wǎng)的管管段流量具有有唯一性，每一管段的計計算流量等于于該管段后面面各節(jié)點流量量和大用戶集集中用水量之之和。泵站56385646273545286142733341217726234775環(huán)狀管網(wǎng)滿足連續(xù)性條條件的流量分配方方案可以有無無數(shù)多種。15101312181617141976125271485819123359134602495111357301024982、環(huán)狀網(wǎng)流量分配遵循循原則：(1)從水源或多個個水源出發(fā)進進行管段設計計流量計算，，按水流沿最短線路流流向節(jié)點的原則擬定水水流方向；(2)當向兩個或兩兩個以上方向向分配設計流流量時，要向向主要供水方向向或大用戶用用水分配較大大的流量，向次要用戶戶分配較少的的流量；(3)順主要供水方方向延伸的幾幾條平行干管所分分配的計算流流量應大致接接近；(4)每一節(jié)點滿足足進、出流量量平衡。例6.4p132管段直徑設計計管徑和設計流流量的關系：：D－管段直徑，，m；q－管段流量，，m3/s；v－流速，m/s；A－水管斷面積積，m3。確定管徑必須須先選定設計計流速。設計流速的確確定技術上：為防止水錘現(xiàn)現(xiàn)象，Vmax<2.5~3m/s；為避免沉積，，Vmin>0.6m/s。經(jīng)濟上：設計流速小，，管徑大，管管網(wǎng)造價增加加；水頭損失減小小，水泵揚程程降低，電費費降低。一般設計流速速采用優(yōu)化方方法求得。合合理的流速速應該使得在在一定年限（（投資償還期期）內(nèi)管網(wǎng)造造價與運行費費用之和最小小。投資償還期內(nèi)內(nèi)的年度總費費用為：DeM1VeWM1WVW0DW0管徑

（mm）平均經(jīng)濟流速

（m/s）D=100～400D≥4000.6～0.90.9～1.4一定年限T年內(nèi)管網(wǎng)造價價和管理費用用（主要是電電費）之和為為最小的流速速，稱為經(jīng)濟流速。經(jīng)濟流速和經(jīng)經(jīng)濟管徑和當當?shù)氐墓懿膬r價格、管線施施工費用、電電價等有關。。條件不具備時時，可參考：：選取經(jīng)濟流速速時考慮的原原則：p1346.3泵站揚程與水水塔高度設計計設計流量→經(jīng)經(jīng)濟流速→管管徑確定→壓壓降確定→控控制點確定→→泵站揚程和和水塔高度確確定樹枝狀管網(wǎng)設設計流量不會會因管徑選擇擇不同而改變變；環(huán)狀網(wǎng)中，管管徑根據(jù)初次次流量分配確確定，管網(wǎng)流量按管管網(wǎng)水力特性性進行分配。設計工況水力力分析設計工況即最最高日最高時時用水工況。。管段流量和和節(jié)點水頭最最大，用于確確定泵站揚程程和水塔高度度。水力分析：確確定設計工況況時管道流量量、管內(nèi)流速速、管道壓降降、節(jié)點水頭頭和自由水壓壓。水力分析前需需進行預處理理1）泵站所在的的管段暫時刪刪除水力分析前提提：水力特性性必須已知。。泵站水力特性性未知，泵站站設計流量合合并到與之相相關聯(lián)的節(jié)點點中。（1）（2）（3）（4）（5）（6）（7）（8）[1][9][8][7][6][5][4][3][2]Q7Q3Q2Q1Q4Q5Q6Q8q1,h1q6,h6q5,h5q2,h2q3,h3q7,h7q8,h8q9,h9q4,h4節(jié)點（7）為清水池，，管段[1]上設有泵站，，將管段[1]刪除，其流量量合并到節(jié)點點（7）和（1）：（1）（2）（3）（4）（5）（6）（7）（8）[9][8][7][6][5][4][3][2]Q7+q1Q3Q2Q1-q1Q4Q5Q6Q8q6,h6q5,h5q2,h2q3,h3q7,h7q8,h8q9,h9q4,h42）假設控制點點水力分析前提提，管網(wǎng)中必必須有一個定定壓節(jié)點。節(jié)點服務水頭頭：節(jié)點地面高高程加上節(jié)點點處用戶的最最低供水壓力力。規(guī)定：一層樓樓10m，二層樓12m，以后每增一一層，壓力增增加4m?？刂泣c：給水管網(wǎng)中中壓力最難滿滿足的節(jié)點，，其節(jié)點水頭頭可作為定壓壓節(jié)點?？刂泣c的選擇擇一般離泵站最最遠，地勢最最高的節(jié)點為為控制點?？上入S意假定定，水力分析析完成后，通通過節(jié)點自由由水壓比較，，找到真正的的控制點。例6.5某給水管網(wǎng)如如圖所示，水水源、泵站和和水塔位置標標于圖中，節(jié)節(jié)點設計流量量、管段長度度、管段設計計流量等數(shù)據(jù)據(jù)也標注于圖圖中，節(jié)點地地面標高及自自由水壓要求求見表。1）設計管段直直徑；2）進行設計工工況水力分析析；3）確定控制點點。（2）（3）（4）（6）（7）（8）H1=12.00（1）清水池水塔（5）[1]320[9]490[8]590[7]360[6][5][4]270[3]550[2]650-194.3520.7751.1714.5535.0382.3327.65-37.15-194.3532.4689.989.96.2722.6354.875.0037.15泵站管網(wǎng)設計工況況水力分析節(jié)點編號12345678地面標高(m)13.618.819.12232.218.317.317.5要求自由水壓(m)/24.02824/282824服務水頭(m)/42.847.146/46.345.341.5給水管網(wǎng)設計計節(jié)點數(shù)據(jù)[解]1）管段直徑設設計（如下表）經(jīng)濟流速選擇擇考慮管段編號123456789設計流量(L/s)194.3589.96.2737.1589.932.4622.6354.875經(jīng)濟流速(m/s)110.20.8110.70.90.6計算管徑(mm)352338計管徑(mm)300*2300200200*2300200200300100給水管網(wǎng)設計計數(shù)據(jù)2）設計工況水水力分析將管段[1]暫時刪除，管管段流量并到到節(jié)點（2）上的Q2=-194.35+14.55=-179.8（L/s）假定節(jié)點（8）為控制點水頭損失采用用海曾-威廉公式CW=110管段或節(jié)點編號23456789管段流量(L/s)81.088.7737.1598.7221.1425.1363.692.5管內(nèi)流速(m/s)1.150.280.591.40.670.80.90.32管段壓降(m)3.860.380.752.821.241.762.240.97節(jié)點水頭(m)47.5743.7143.2644.0444.7142.4741.5/地面標高（m）18.819.12232.218.317.317.5/自由水壓（m）28.7724.6121.26/24.6125.1724/要求自由水壓242824282824設計工況水力力分析計算結結果3）確定控制點點節(jié)點編號12345678節(jié)點水頭(m)/47.5743.7143.2644.0444.7142.4741.5服務水頭(m)/42.847.146/46.345.341.5供壓差額（m）/-4.773.392.74/1.592.830節(jié)點水頭調(diào)整(m)1250.6947.146.6547.448.145.8644.89自由水壓(m)/32.162824.65/29.828.5627.39節(jié)點（3）、（4）、（6）、（7）壓力無法滿滿足服務水頭頭要求，節(jié)點點（3）和要求自由由水壓差值最最大，所以控控制點為節(jié)點點（3），應根據(jù)節(jié)節(jié)點（3）自由水壓重重新進行水力力分析?？刂泣c確定與與節(jié)點水頭調(diào)調(diào)整泵站揚程設計計完成設計工況況水力分析后后，泵站揚程程可以根據(jù)所所在管段的水水力特性確定定。泵站揚程程計算公式：：Hfi——泵站所在管段段起端節(jié)點水水頭Hti——終端節(jié)點水頭頭hfi——沿程水頭損失失hmi——局部水頭損失失局部損失可忽忽略不計，上上式也可寫為為：（2）（3）（4）（6）（7）（8）H1=12.00（1）清水池水塔（5）[1]320[9]490[8]590[7]360[6][5][4]270[3]550[2]650-194.3520.7751.1714.5535.0382.3327.65-37.15-194.3532.4689.989.96.2722.6354.875.0037.15泵站管網(wǎng)設計工況況水力分析泵站揚程計算算1[例6.6]采用例6.5數(shù)據(jù)，節(jié)點（（1）處為清水池池，最低設計計水位標高為為12m，試根據(jù)設計計工況水力分分析的結果，，借[1]上泵站的設計計揚程并選泵泵。[解]水泵揚程為（（忽略局部水頭頭損失）：考慮局部水頭頭損失：水泵吸壓水管管道設計流速速一般為1.2~2.0m/s，局部阻力系系數(shù)可按5.0~8.0考慮，沿程水水頭損失忽略略不計，泵站站內(nèi)部水頭損損失為：則水泵揚程應應為：Hp=41.35+1.63，取43m；按2臺水泵并聯(lián)工工作，單臺水水泵流量為：：Qp=194.35/2=97.2(m/s)=349.8（t/h)，取350t/h。查水泵樣本，，選型。（2）（3）（4）（6）（7）（8）H1=12.00（1）清水池水塔（5）[1]320[9]490[8]590[7]360[6][5][4]270[3]550[2]650-194.3520.7751.1714.5535.0382.3327.65-37.15-194.3532.4689.989.96.2722.6354.875.0037.15泵站管網(wǎng)設計工況況水力分析泵站揚程計算算2（1）管網(wǎng)定線（2）計算干管的的總長度（3）計算干管的的比流量（4）計算干管的的沿線流量（5）計算干管的的節(jié)點流量（6）定出各管段段的計算流量量樹狀網(wǎng)：管段段流量等于其其后管段各節(jié)節(jié)點流量和環(huán)狀網(wǎng)：根據(jù)據(jù)一定原則先先人為擬定總結：給水管管網(wǎng)設計和計計算的步驟（7）根據(jù)計算流流量和經(jīng)濟流流速，選取各各管段的管徑徑（8）根據(jù)流量和和管徑計算各各管段壓降（9）確定控制點點，根據(jù)管道道壓降求出各各節(jié)點水頭和和自由水壓。。樹狀網(wǎng)：根據(jù)據(jù)流量直徑計計算壓降。環(huán)狀網(wǎng)：若各各環(huán)內(nèi)水頭損損失代數(shù)和（（閉合差）超超過規(guī)定值，，進行水力平平差，對流量量進行調(diào)整，，使各個環(huán)的的閉合差達到到規(guī)定的允許許范圍內(nèi)。（6）~（9）列水力分析析計算表（10）確定水泵揚揚程和水塔高高度某城市供水區(qū)區(qū)用水人口5萬人，最高日日用水量定額為150Ｌ/(人·ｄ)，要求最小服服務水頭為16ｍ。節(jié)點４接接某工廠，工工業(yè)用水量為為400ｍ3/ｄ，兩班制，，均勻使用。。城市地形平坦，地面面標高為5.OOｍ。水泵水塔012348567250450300600230190205650150[練習1]樹枝網(wǎng)水力計計算1．總用水量設計最高日生生活用水量：：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．管線總總長度：：ΣL＝2425m，其中水水塔到節(jié)點0的管段兩兩側無用用戶不計計入。3．比流量量：(93.75－6.94)÷2425＝0.0358L/s4．沿線流流量：管段管段長度（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242586.815．節(jié)點流流量：節(jié)點節(jié)點流量（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．干管水水力計算算：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)點點8為控制點點，按經(jīng)經(jīng)濟流速速確定管管徑（可以先先確定管管徑，核核算流速速是否在在經(jīng)濟流流速范圍圍內(nèi)）。。7．支管水水力計算算：管段起端水位（m）終端水位（m）允許水頭損失（m）管長（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．確定水水塔高度度水泵揚程程：需要要根據(jù)水水塔的水水深、吸吸水井最最低水位位標高、、水泵吸吸水管路路和壓水水管水頭頭損失計計算確定定。水泵水塔012348567250450300600230190205650150[練習2]樹枝網(wǎng)水水力計算算已知樹狀狀網(wǎng)各管管段長度度，各節(jié)節(jié)點流量量和高程程，設水水廠供水水水壓按按滿足3層樓用水水考慮，，應滿足足自由水水頭He＝16m。水廠二級級泵站泵泵軸高程程Zp為42.08m，水泵吸程程（吸水水高度Hs＋吸水管水水頭損失失hs）為4.0m，求二級水水泵揚程程。17654325.66805.416.66.215.85.311.1600710620580640520水廠圖5-13某樹枝網(wǎng)網(wǎng)節(jié)點流流量、管管段長度度節(jié)點編號地面高程(m)節(jié)點編號地面高程(m)142.95543.24243.81643.94343.88744.17444.69表5-6某樹枝網(wǎng)網(wǎng)各節(jié)點點地表高高程7[解]（1）管網(wǎng)定定線（已已知）（2）計算干干管的總總長度（（略）（3）計算干干管的比比流量（略）（4）計算干干管的沿沿線流量量（略）（5）計算干干管的節(jié)節(jié)點流量量（已知））（6）定出各各管段的的計算流流量（7）根據(jù)計計算流量量和經(jīng)濟濟流速，，選取各各管段的的管徑（8）根據(jù)流流量和管管徑計算算各管段段壓降（9）確定4為控制點點，根據(jù)據(jù)管道壓壓降求出出各節(jié)點點水頭和和自由水水壓。（6）-（9）見水力力計算表表管段或節(jié)點編號1234567管段流量(L/s)6649.328.26.25.65.35.4管徑管內(nèi)流速(m/s)0.931.010.910.8---管段壓降(m)3.164.263.8910.58---節(jié)點水頭(m)79.4275.1671.2716+44.69---地面標高（m）42.9543.8143.8844.69---自由水壓（m）36.4731.3527.3916---設計工況況水力分分析計算算結果節(jié)點（4）水頭=16+44.69節(jié)點（3）水頭=16+44.69+10.58=71.27自由水壓壓=71.27-43.88=27.39（10）二級泵泵站水泵泵揚程＝79.42-42.08＋3.16+4.0＝44.5（m)已知某城城鎮(zhèn)給水水管網(wǎng)最最高用水水時流量量Qh=200L/s。各節(jié)點流流量、各各管段長長度見附附圖，單單位分別別為：米米，升/秒。經(jīng)濟濟管徑可可參考表表1選取。試試列表計計算各管管段的管管徑和流流量。（（只要求求算到第第二次分分配各管管段的流流量，即即可結束束計算））。1350l/s24表1界限流量量表200l/s60l/s30l/s60l/s管徑（mm)100150200250300350計算流量（l/s)<5.85.8~17.517.5~3131~48.548.5~7171~111[練習3]環(huán)狀管網(wǎng)網(wǎng)水力計計算答：因為為分配初初始流量量有無數(shù)數(shù)各方案案，所以以該題要要求能正正確分配配初始流流量，確確定管徑徑，計算算各管段段水頭損損失，環(huán)環(huán)閉合差差和環(huán)校校正流量量，能正正確調(diào)整整各管段段的流量量。以下下為一個個例子：：1350l/s24200l/s60l/s30l/s60l/s7030803010環(huán)號管段管長(m)管徑(mm)Q(L/s)h(m)h/Q（sq)Q(L/s)11-2800300704.1340.05970-6.09=63.911-4850350-80-2.5990.032-80-6.09=-86.092-4400150101.9590.19610-6.09-1=2.913.4940.287-6.09112-3700200305.8