培训-供水管网水力模型课件.ppt

1、供水管网水力模型供水管网水力模型 Tel：139 5531 6938 Email：主要内容主要内容 1、管网水力模型建立背景、管网水力模型建立背景 2、管网系统组成及各部分流量关系、管网系统组成及各部分流量关系 3、管网模型化、管网模型化 4、管网水力学基本方程、管网水力学基本方程 5、管网水力特性的计算机模型、管网水力特性的计算机模型存在问题：供水管网中实际水流状态，复杂和多存在问题：供水管网中实际水流状态，复杂和多变，难以分析预测。变，难以分析预测。建立作用：有助于管理人员详细了解管网，在各建立作用：有助于管理人员详细了解管网，在各种情况下的运行状态。种情况下的运行状态。基本原理：通过点线

2、组成的网络模拟真实管网，基本原理：通过点线组成的网络模拟真实管网，求解管网基本方程组确定管网每一个组成部分的参求解管网基本方程组确定管网每一个组成部分的参数。数。 建立有效的供水管网水力模型非常重要。建立有效的供水管网水力模型非常重要。1 供水管网水力模型建立背景供水管网水力模型建立背景计算机建立的水力模型计算机建立的水力模型2 供水管网系统组成供水管网系统组成给水系统给水系统：保证用水对象获得所需：保证用水对象获得所需水质、水压和水水质、水压和水量量的一整套构筑物、设备和管路系统的总和。由的一整套构筑物、设备和管路系统的总和。由取取水工程、净水工程和输配水工程所水工程、净水工程和输配水工程所

3、组成。组成。用水对象用水对象：生产设备、生活设施、消防设备：生产设备、生活设施、消防设备构筑物构筑物：取水头部、絮凝池、沉淀池、滤池、清水：取水头部、絮凝池、沉淀池、滤池、清水池、水泵房、水塔池、水泵房、水塔设备设备：加压设备、控制设备、计量设备：加压设备、控制设备、计量设备管路系统管路系统：输水管、配水管网：输水管、配水管网 取水系统取水系统给水处理系统给水处理系统给水管网系统给水管网系统实线实线排水管网系统排水管网系统虚线虚线废水处理系统废水处理系统排放系统排放系统城镇给排水系统示意图城镇给排水系统示意图水水 源源取取 水水 构构 筑筑 物物一一 级级 泵泵 站站净净 水水 构构 筑筑 物

4、物清清 水水 池池二二 级级 泵泵 站站输输 配配 水水 管管 网网用用 户户水水 塔塔高地水池高地水池供水管网系统组成供水管网系统组成取水：取水：管井、取水头部、取水构筑物；管井、取水头部、取水构筑物； 能够获得足够的水量；能够获得足够的水量；净水：净水：絮凝池、沉淀池、滤池；絮凝池、沉淀池、滤池； 保证水量、去除影响使用的杂质；保证水量、去除影响使用的杂质；加压：加压：深井泵站、一泵站、二泵站、中途泵站；深井泵站、一泵站、二泵站、中途泵站； 保证水量、提供适当的压力；保证水量、提供适当的压力；输送：输送：输水管、配水管网、明渠；输水管、配水管网、明渠； 形成水流通道，维持合理的流速；形成水

5、流通道，维持合理的流速；调节：调节：清水池、水塔、高地水池、屋顶水箱；清水池、水塔、高地水池、屋顶水箱； 调节取水、净水与用水之间的数量差异，调节取水、净水与用水之间的数量差异， 储备事故及消防用水。储备事故及消防用水。供水管网系统各组成部分的作用供水管网系统各组成部分的作用供水管网系统各部分的流量关系供水管网系统各部分的流量关系清水池用于调清水池用于调节给水处理厂节给水处理厂处理水量与二处理水量与二级泵站供水量级泵站供水量之差之差水塔用于调节二级泵水塔用于调节二级泵站供水量与站供水量与用户用水量之差用户用水量之差水厂自用水量一般是用户水厂自用水量一般是用户总用水量的总用水量的5%10%主要包

6、括主要包括管网系统布置形式管网系统布置形式管网拓扑结构模型化管网拓扑结构模型化管网模型元素概化管网模型元素概化管段中流量的分配管段中流量的分配3 供水管网系统模型化供水管网系统模型化3.1 3.1 管网系统布置形式管网系统布置形式 根据管网的布置形式，可分为树状管网和根据管网的布置形式，可分为树状管网和环状管网。环状管网。 树状管网树状管网投资较省，但供水安全性较差；投资较省，但供水安全性较差； 环状管网环状管网投资明显高于树状管网，但增加投资明显高于树状管网，但增加了供水的可靠性。了供水的可靠性。 一般在城镇建设的初期采用树状管网，随一般在城镇建设的初期采用树状管网，随着城镇的发展逐渐连成环

7、状管网。在城市的中着城镇的发展逐渐连成环状管网。在城市的中心布置成环状管网，郊区布置成树状管网。心布置成环状管网，郊区布置成树状管网。泵站泵站树树 状状 管管 网网泵站泵站环环 状状 管管 网网供水管网的布置要求供水管网的布置要求 1按照城市规划平面图布置管网，布置时按照城市规划平面图布置管网，布置时应考虑给水系统分期建设的可能，并留有充应考虑给水系统分期建设的可能，并留有充分的发展余地；分的发展余地； 2管网布置必须保证供水安全可靠，当局管网布置必须保证供水安全可靠，当局部管网发生事故时，断水范围应减到最小；部管网发生事故时，断水范围应减到最小； 3管线遍布在整个给水区内，保证用户有管线遍布

8、在整个给水区内，保证用户有足够的水量和水压；足够的水量和水压； 4力求以最短距离敷设管线，以降低管网力求以最短距离敷设管线，以降低管网造价和供水能量费用。造价和供水能量费用。3.2 3.2 管网拓扑结构模型化管网拓扑结构模型化 管网模型：管网模型：将给水排水管网工程实体简化和抽象为用将给水排水管网工程实体简化和抽象为用管段和节点两管段和节点两类元素类元素图形和数据表达的系统，称为给水排水管网模型。图形和数据表达的系统，称为给水排水管网模型。管网模型分类：管网模型分类：拓扑模型、水力模型、水质模型、运行管理模型。拓扑模型、水力模型、水质模型、运行管理模型。管网模型内容：管网模型内容：管网拓扑关系

9、和水力、水质特性。管网拓扑关系和水力、水质特性。模型理论基础：模型理论基础：数学、水力学、化学、生物学。数学、水力学、化学、生物学。 管网图简化o 某市管网全图某市管网全图o 管网局部图管网局部图o 管网简化图管网简化图管网图形及简化管网图形及简化 管网图形：管网图形：根据图论的基本原理，图由根据图论的基本原理，图由“弧弧”和和“顶点顶点”两部分组成。给水管网的几何图形可两部分组成。给水管网的几何图形可以抽象地认为是由管段和节点构成的有向图，如以抽象地认为是由管段和节点构成的有向图，如将管段看成将管段看成“弧弧”，节点看成，节点看成“顶点顶点”，则管网，则管网本身也是一种本身也是一种“图图”。

10、 管网图形中每个节点通过一条或多条管段和管网图形中每个节点通过一条或多条管段和其他节点相连接。如果舍去后，会破坏其他节点相连接。如果舍去后，会破坏“图图”的的连续性的管段，称为连续性的管段，称为联系管段联系管段。去除后会破坏。去除后会破坏“图图”的连续性的节点，称为的连续性的节点，称为铰点铰点。铰点铰点联系管段联系管段 节点：节点：有集中流量进出、管道合并或有集中流量进出、管道合并或分叉以及边界条件发生变化的地点分叉以及边界条件发生变化的地点 管段：管段：两个相邻节点之间的管道两个相邻节点之间的管道 管线：管线：顺序相连的若干管段顺序相连的若干管段 环：环：起点与终点重合的管线起点与终点重合的

11、管线 基环：基环：不包含其它环的环不包含其它环的环 大环：大环：包含两个或两个以上基环的环包含两个或两个以上基环的环管段管段基环基环节点节点管线管线大环大环（1 1）简化原则）简化原则 1 1）宏观等效原则。保持其功能，各元素之间的关系不变。）宏观等效原则。保持其功能，各元素之间的关系不变。 2 2）小误差原则。简化模型与实际系统的误差在一定允许范）小误差原则。简化模型与实际系统的误差在一定允许范围，满足工程上的要求。围，满足工程上的要求。（2 2）管线简化一般方法）管线简化一般方法 1 1）删除次要管线，保留主干管线和干管线。）删除次要管线，保留主干管线和干管线。 2 2）相近交叉点合并，减

12、少管线的数目。）相近交叉点合并，减少管线的数目。 3) 3) 删除全开阀门，保留调节阀、减压阀等。删除全开阀门，保留调节阀、减压阀等。 4 4）串联、并联管线水力等效合并。）串联、并联管线水力等效合并。 5 5）大系统拆分为多个小系统，分别计算。）大系统拆分为多个小系统，分别计算。管网简化图例管网简化图例节点节点合并合并管段合并管段合并分解分解忽略忽略 在保证计算结果接近实际在保证计算结果接近实际情况的前提下，为方便计算情况的前提下，为方便计算可对管线进行适度简化。可对管线进行适度简化。 分解：分解：只有一条管段连只有一条管段连接的两个管网可分解成两个接的两个管网可分解成两个管网进行计算；管网

13、末端水管网进行计算；管网末端水流方向确定的部分可分开计流方向确定的部分可分开计算；环状网上接出的树状网算；环状网上接出的树状网分开计算。分开计算。 忽略：忽略：管网中主要起联管网中主要起联络作用的管段，由于正常运络作用的管段，由于正常运行时流量很小，对水力条件行时流量很小，对水力条件的影响很小，计算时可以忽的影响很小，计算时可以忽略。略。 节点合并：节点合并：距离很近的距离很近的两个节点计算时可视为一个两个节点计算时可视为一个节点。节点。22121SSSSSd 管段合并：管段合并：长度近似相等、彼此几长度近似相等、彼此几乎平行且相距很近的两条管段计算时可乎平行且相距很近的两条管段计算时可合并。

14、合并。 等效管段的比阻：等效管段的比阻：等效管段的长度：等效管段的长度：21llll或o 所谓抽象，就是忽略所分析和处理对象的一些具体所谓抽象，就是忽略所分析和处理对象的一些具体特征，而将它们视为模型中的元素，只考虑它们的特征，而将它们视为模型中的元素，只考虑它们的拓扑关系和水力特性。拓扑关系和水力特性。o 经过简化的供水管网进一步抽象成为仅由经过简化的供水管网进一步抽象成为仅由管段管段和和节节点点两类元素组成的管网模型。两类元素组成的管网模型。管段和节点管段和节点管线和泵站等简化后的抽象形式，只输送水管线和泵站等简化后的抽象形式，只输送水量，量，不允许改变水量，但可以改变水的能量不允许改变水

15、量，但可以改变水的能量。 当管线中间有较大的集中流量时，应在集中流量点当管线中间有较大的集中流量时，应在集中流量点处划分管段，设置节点。处划分管段，设置节点。 泵站、减压阀、跌水井、非全开阀门泵站、减压阀、跌水井、非全开阀门等应设于管段等应设于管段上。上。管线交叉点、端点或大流量出入点的抽象形管线交叉点、端点或大流量出入点的抽象形式。式。水的能量唯一，但有流量的输入或输出水的能量唯一，但有流量的输入或输出。管段和节点流量的概化管段和节点流量的概化 比流量：比流量：为简化计算而将除去大用户集中为简化计算而将除去大用户集中流量以外的用水量均匀地分配在全部流量以外的用水量均匀地分配在全部有效干管有效

16、干管长度长度上，由此计算出的单位长度干管承担的供上，由此计算出的单位长度干管承担的供水量。水量。lqQqs 城镇中用水量标准不同的区域应分别计算城镇中用水量标准不同的区域应分别计算比流量。比流量。公园公园街坊街坊街坊街坊街坊街坊街坊街坊街坊街坊街坊街坊街坊街坊街坊街坊沿线流量：沿线流量：干管有效长度与比流量的乘积。干管有效长度与比流量的乘积。lqqsl 按管道长度计算的比流量不能反映供水人按管道长度计算的比流量不能反映供水人数和用水量的差别，可采用按面积计算比流量数和用水量的差别，可采用按面积计算比流量的方法。的方法。FqQqs管段和节点流量的概化管段和节点流量的概化 经过简化，经过简化，管网

17、中除最末端的管段外，其管网中除最末端的管段外，其他任一管段的流量都由两部分组成，一部分是他任一管段的流量都由两部分组成，一部分是本管段沿程配水产生的流量，即本管段沿程配水产生的流量，即沿线流量沿线流量，另，另一部分是通过该管段输送到下游管段的流量，一部分是通过该管段输送到下游管段的流量，称为称为转输流量转输流量。tlqq tqlqqsl节点流量：节点流量：沿线流量只有概念上的意义，在水力沿线流量只有概念上的意义，在水力计算时应计算时应将沿线流量按适当比例分配到两各节点将沿线流量按适当比例分配到两各节点，成为节点流量。沿线流量转换成节点流量的原则成为节点流量。沿线流量转换成节点流量的原则是管段的

18、水头损失相同。是管段的水头损失相同。tlqq tqlqlq1管段和节点流量的概化管段和节点流量的概化tlqq tqxdxLtxtlllqLxLxqqqqLLq222LxLqdxAqdxAdhlxLlqLAdhh02231222lltqLAqqLAh312312222;508. 05;528. 01;577. 005 . 0;501. 050;504. 010tlqq tqlqlq1集中流量处理：集中流量处理：tqqtqxLqLqqAxLAqxqqAttt22222211qqLxqqLxqqtttqqLxqqqqttt212概化后管段和节点的属性概化后管段和节点的属性 管段属性管段属性o 构造属

19、性：管长、直径、粗糙系数。构造属性：管长、直径、粗糙系数。o 拓扑属性：管段方向、起点、终点。拓扑属性：管段方向、起点、终点。o 水力属性：流量、流速、扬程、摩阻，压降。水力属性：流量、流速、扬程、摩阻，压降。 节点属性节点属性o 构造属性：高程、位置。构造属性：高程、位置。o 拓扑属性：与节点关联的管段及其方向、节点的度；拓扑属性：与节点关联的管段及其方向、节点的度；o 水力属性：节点流量、节点水头、自由水头。水力属性：节点流量、节点水头、自由水头。管网的流量分配就是确定管网中各管段的流管网的流量分配就是确定管网中各管段的流量，通过的流量即管段流量量，通过的流量即管段流量(计算流量计算流量)

20、。节点。节点流量求出后，就可进行管网的流量分配，依流量求出后，就可进行管网的流量分配，依此确定各管段的流量和管径。此确定各管段的流量和管径。计算流量计算流量(即流量分配即流量分配)，实际包括该管段两侧，实际包括该管段两侧的的沿线流量沿线流量和通过该管段输送到以后管段的和通过该管段输送到以后管段的转输流量转输流量。3.4 3.4 管段流量的分配管段流量的分配 树状管网的管段流量具有唯一性。树状管网的管段流量具有唯一性。泵站泵站56385646273545286142733341217726234775 环状管网环状管网满足连续性条件满足连续性条件的流量分配方的流量分配方案可以有无数多种。案可以有

21、无数多种。(经济性、可靠性）经济性、可靠性） 1510131218161714197612527148581912335913460249511135730102498 环状网流量分配步骤环状网流量分配步骤 1、按照管网的主要供水方向，初步拟定各管段的水、按照管网的主要供水方向，初步拟定各管段的水流方向，并选定整个管网的控制点。流方向，并选定整个管网的控制点。 2、为了可靠供水，从二级泵站到控制点之间选定几、为了可靠供水，从二级泵站到控制点之间选定几条主要的平行干管线，这些平衡干管中尽可能均匀地条主要的平行干管线，这些平衡干管中尽可能均匀地分配流量，并且符合水流连续性，即节点流量平衡。分配流量

22、，并且符合水流连续性，即节点流量平衡。 3、和干管线垂直的连接管，可分配较少的流量。原、和干管线垂直的连接管，可分配较少的流量。原因：主要作用是沟通平行干管之间的流量，有时起部因：主要作用是沟通平行干管之间的流量，有时起部分输水作用分输水作用,有时仅就近供水到用户，平时流量一般不有时仅就近供水到用户，平时流量一般不大，只有在干管损坏时才能转输较大的流量。大，只有在干管损坏时才能转输较大的流量。主要包括主要包括管段直径与水头损失计算管段直径与水头损失计算管网计算基础方程管网计算基础方程管网计算方法分类管网计算方法分类管网水力计算管网水力计算4 供水管网系统水力学基本方程供水管网系统水力学基本方程

23、vDq42vqD44.1 4.1 管径计算管径计算 管道直径、管段计算流量和水流速度之间满管道直径、管段计算流量和水流速度之间满足以下关系：足以下关系： 在确定的计算流量下，管道直径是流速的函在确定的计算流量下，管道直径是流速的函数：数： 从从技术上技术上考虑，水流的最大速度应不超过考虑，水流的最大速度应不超过2.53.0米米/秒（防止水锤），最小速度不得小秒（防止水锤），最小速度不得小于于0.6米米/秒（防止沉积）。秒（防止沉积）。 从从经济上经济上考虑，较大的水流速度可减小管考虑，较大的水流速度可减小管道直径，降低工程造价；但由于水流速度大而道直径，降低工程造价；但由于水流速度大而会导致水

24、头损失增加，从而加大运行的动力费会导致水头损失增加，从而加大运行的动力费用。合理的流速应该使得在一定年限（投资偿用。合理的流速应该使得在一定年限（投资偿还期）内管网造价与运行费用之和最小。还期）内管网造价与运行费用之和最小。4.1 4.1 管径计算管径计算)100()(121CpMtCMMtCWt11001MCpttWWt 设设Wt为总费用，为总费用，C为管网造价，为管网造价，M1为年度运为年度运行电费，行电费，M2为年折旧费用，为年折旧费用，t为投资偿还年限。为投资偿还年限。则有：则有：投资偿还期内的投资偿还期内的年度总费用年度总费用为：为：因因M2与管网造价有关，以管网造价的百分数计，与管

25、网造价有关，以管网造价的百分数计，100p 可表示为可表示为M2= CDeM1Cpt1001VeCpt1001WM1WVW0DW0管径管径 （mm）平均经济流速平均经济流速 （m/s）D=100400D4000.60.90.91.4经济流速经济流速: Q一定一定,在资金偿还期内在资金偿还期内,管网的造价和管网的造价和管理费用之和为最小时相应流速为管理费用之和为最小时相应流速为经济流速经济流速.经济管径经济管径: 如果如果Q一定一定,由经济流速制定的管径叫由经济流速制定的管径叫经济管径经济管径.经济流量经济流量:如果如果DN一定一定,由经济流速决定的管段通由经济流速决定的管段通过的流量叫过的流量

26、叫经济流量经济流量.在重力条件下在重力条件下, 把把H用完所得管径为经济管径用完所得管径为经济管径.DN(mm)100150200250300400V(m/s)0.840.941.091.231.271.43Q(L/s)6.5916.634.260.489.919.7DN(mm)4505006007008009001000V(m/s)1.491.591.791.811.912.002.0Q(L/s)236.9312.2506.1696.5960.11272.31641.5D-V-Q,以靠近为原则以靠近为原则22252282SQALQLQgDgVdLHHhjiijRJCV 流量和水头损失的关系：

27、流量和水头损失的关系：均匀流基本公式：均匀流基本公式：4.1 4.1 水头损失计算水头损失计算 舍维列夫公式（适用于旧铸铁管和旧钢管）舍维列夫公式（适用于旧铸铁管和旧钢管）时：当smV/2 . 13 . 1200107. 0DVJ 时：当smV/2 . 13 . 123 . 03 . 1200107. 0)867. 01 (000912. 0DVKVDVJ 巴甫洛夫斯基公式（适用于混凝土管、钢巴甫洛夫斯基公式（适用于混凝土管、钢筋混凝土管和渠道）筋混凝土管和渠道）yRnC1 对于混凝土管和钢筋混凝土给水管，当对于混凝土管和钢筋混凝土给水管，当0.01n0.04时，时，y值可采用值可采用1/6。

28、Rnny)10. 0(75. 013. 05 . 2 海曾海曾威廉公式威廉公式87. 4852. 1852. 167.10DCLQh 水管种类水管种类海曾海曾-威廉系数威廉系数C塑料管塑料管新铸铁管、涂沥青或水泥的铸铁管新铸铁管、涂沥青或水泥的铸铁管混凝土管、焊接钢管混凝土管、焊接钢管旧铸铁管和旧钢管旧铸铁管和旧钢管150130120100 柯尔勃洛克公式柯尔勃洛克公式)Re51. 271. 3lg(21Dk水管种类水管种类粗糙系数粗糙系数k（mm）涂沥青铸铁管涂沥青铸铁管涂水泥铸铁管涂水泥铸铁管涂沥青钢管涂沥青钢管镀锌钢管镀锌钢管石棉水泥管石棉水泥管离心法钢筋混凝土管离心法钢筋混凝土管塑料管

29、塑料管0.050.1250.500.050.1250.030.040.040.250.010.03目的：目的：确定各水源节点的供水量、各管段的流确定各水源节点的供水量、各管段的流量和管径、全部节点的水压。量和管径、全部节点的水压。 多水源环状管网的管段数多水源环状管网的管段数、节点数、节点数、基、基环数环数和水源数和水源数满足列关系：满足列关系： + +- - 单水源环状管网：单水源环状管网： + +-1 -1 树状管网：树状管网： -1 -1 4.2 4.2 管网计算基础方程管网计算基础方程 管网水力计算时，节点流量、管段长度为已管网水力计算时，节点流量、管段长度为已知，需要确定管道的直径和

30、流量，有知，需要确定管道的直径和流量，有2P2P个未知数，个未知数，利用经济流速确定流量与直径的关系，实际上只利用经济流速确定流量与直径的关系，实际上只要求解个未知数。要求解个未知数。 管网中的水流必须符合质量守恒和能量守管网中的水流必须符合质量守恒和能量守恒原理，即满足连续方程和能量方程。独立的连恒原理，即满足连续方程和能量方程。独立的连续性方程数为个，独立的能量方程数为续性方程数为个，独立的能量方程数为个，共计个。个，共计个。4.2 4.2 管网计算基础方程管网计算基础方程个节点连续性方程：个节点连续性方程：01ijiqq qi为节点流量，为节点流量，qij为管段流量，离开节点为为管段流量

31、，离开节点为正，流向节点为负。正，流向节点为负。02ijiqq0SJijiqq4.2 4.2 管网计算基础方程管网计算基础方程个基环能量方程：个基环能量方程： 0Iijh hij为管段水头损失，顺时针方向为正，逆时为管段水头损失，顺时针方向为正，逆时针方向为负。针方向为负。 0IIijh 0Lijh4.2 4.2 管网计算基础方程管网计算基础方程 在管网水力计算时，根据求解的未知数是在管网水力计算时，根据求解的未知数是管段流量还是节点水压，可以分为解环方程、管段流量还是节点水压，可以分为解环方程、解节点方程和解管段方程三类。解节点方程和解管段方程三类。 解环方程：解环方程：管网经流量分配后，各

32、节点已管网经流量分配后，各节点已满足连续性方程，可是由该流量求出的管段水满足连续性方程，可是由该流量求出的管段水头损失，头损失， 并不同时满足并不同时满足L个环的能量方程，为个环的能量方程，为此必须多次将各管段的流量反复调整，直到满此必须多次将各管段的流量反复调整，直到满足能量方程，从而得出各管段的流量和水头损足能量方程，从而得出各管段的流量和水头损失。失。4.3 4.3 管网计算方法分类管网计算方法分类 解节点方程：解节点方程：在假定每一节点水压的条件下，在假定每一节点水压的条件下，应用连续性方程以及管段压降方程，通过计算求出应用连续性方程以及管段压降方程，通过计算求出每一节点的水压。节点水

33、压已知后，即可以从任一每一节点的水压。节点水压已知后，即可以从任一管段两端节点的水压差得出该管段的水头损失，进管段两端节点的水压差得出该管段的水头损失，进一步从流量和水头损失之间的关系算出管段流量。一步从流量和水头损失之间的关系算出管段流量。 解管段方程：解管段方程：应用连续性方程和能量方程，求应用连续性方程和能量方程，求得各管段流量和水头损失，再根据已知节点水压求得各管段流量和水头损失，再根据已知节点水压求出其余各节点水压。出其余各节点水压。4.3 4.3 管网计算方法分类管网计算方法分类4.4 4.4 树状管网水力计算树状管网水力计算计算步骤：计算步骤： 确定各管段的流量；确定各管段的流量

34、； 根据经济流速选取标准管径；根据经济流速选取标准管径； 计算各管段的水头损失；计算各管段的水头损失； 确定控制点；确定控制点； 计算控制线路的总水头损失，确定水泵扬程或计算控制线路的总水头损失，确定水泵扬程或水塔高度；水塔高度； 确定各支管可利用的剩余水头；确定各支管可利用的剩余水头；计算各支管的平均水力坡度，选定管径。计算各支管的平均水力坡度，选定管径。 某镇供水区用水人口某镇供水区用水人口5 5万人，最高日用水量定额万人，最高日用水量定额为为150150/(/(人人) )，要求最小服务水头为，要求最小服务水头为1616。节。节点接某工厂，工业用水量为点接某工厂，工业用水量为4004003

35、 3/ /，两班制，两班制，均匀使用。城市地形平坦，地面标高为均匀使用。城市地形平坦，地面标高为5.OO5.OO。水泵水泵水塔水塔0123485672504503006002301902056501501 1总用水量总用水量设计最高日生活用水量：设计最高日生活用水量： 50000500000.150.157500m7500m3 3/d/d86.81L/s86.81L/s工业用水量：工业用水量： 400400161625m25m3 3/h/h6.94L/s6.94L/s总水量为：总水量为： QQ86.8186.816.946.9493.75L/s93.75L/s2 2管线总长度：管线总长度：LL

36、2425m2425m，其中水塔到节点，其中水塔到节点0 0的管段两侧无用户的管段两侧无用户不计入。不计入。3 3比流量：比流量： (93.75(93.756.94)6.94)242524250.0358L/s0.0358L/s4沿线流量：沿线流量：管段管段管段长度（管段长度（m）沿线流量（沿线流量（L/s）01122314484556673001502504506502301902053000.035810.741500.03585.372500.03588.954500.035816.116500.035823.272300.03588.231900.03586.802050.03587.3

37、4合计合计242586.815节点流量：节点流量：节点节点节点流量（节点流量（L/s）0123456780.510.745.370.5(10.74+5.37+16.11)16.110.5(5.37+8.95) 7.160.58.954.480.5(16.11+23.27+8.23)23.800.5(8.23+6.80)7.520.5(6.80+7.34)7.070.57.343.670.523.2711.63合计合计86.8193.7588.3860.6311.634.4811.643.6710.7418.26水泵水泵水塔水塔0123485672504503006002301902056501

38、503.6711.634.487.1623.80+6.947.077.5216.115.376干管水力计算：干管水力计算：管段管段流量流量（L/s）流速流速（m/s）管径（管径（mm）水头损失（水头损失（m）水塔水塔001144893.7588.3860.6311.630.750.700.860.664004003001001.270.561.753.95h7.53 选定节点选定节点8为控制点，按经济流速确定为控制点，按经济流速确定管径。管径。7支管水力计算支管水力计算管段管段 起端水压起端水压（m）终端水压终端水压（m）允许水头损失允许水头损失（m）管长管长（m）平均水力平均水力坡度坡度13

39、4726.7024.9521.0021.005.703.954006250.014250.00632管段管段流量流量(L/s) 管径管径(mm) 水力坡度水力坡度水头损失水头损失(m)122345566711.644.4818.2610.743.67150(100)100200(150)1501000.006170.008290.003370.006310.005811.85(16.8)2.070.64(3.46)1.451.198确定水塔高度和水泵扬程确定水塔高度和水泵扬程)(53.2300. 553. 700. 500.16)(mZZhHHotot水泵扬程需要根据水塔的水深、吸水井最水泵扬

40、程需要根据水塔的水深、吸水井最低水位标高、水泵吸水管路和压水管水头损失低水位标高、水泵吸水管路和压水管水头损失计算确定。计算确定。 树状网中，当管网节点流量算出后，利用节点流量树状网中，当管网节点流量算出后，利用节点流量平衡关系就可把每个管段流量直接算出来，同时也确平衡关系就可把每个管段流量直接算出来，同时也确定了水流方向。树状网各管段均为串联管路，当个别定了水流方向。树状网各管段均为串联管路，当个别管的管径改变时，为了供给要求的水量，只须改变管管的管径改变时，为了供给要求的水量，只须改变管网始点的水压，而各管段的流量仍旧不变。网始点的水压，而各管段的流量仍旧不变。 环状网不同，当环状网已定，

41、节点流量的数值也已环状网不同，当环状网已定，节点流量的数值也已知时，为满足供水要求，通过管网各管段的流量可以知时，为满足供水要求，通过管网各管段的流量可以有许多流量分配的方案，这因为管网各环不仅包括串有许多流量分配的方案，这因为管网各环不仅包括串联管路，而且也有并联管路。如改变一条管段的管径，联管路，而且也有并联管路。如改变一条管段的管径，则所有管段的流量皆为未知数，但树网中仅管径为未则所有管段的流量皆为未知数，但树网中仅管径为未知数。为求出这些未知数，就要作出必要数目的方程知数。为求出这些未知数，就要作出必要数目的方程式。式。4.4 4.4 环状管网水力计算环状管网水力计算A、特点、特点:(

42、与树枝网比较与树枝网比较)1、水力条件、水力条件：枝：节点：枝：节点00iijQQq环：环：1 22 34 34 10hhhh1243+2、通过每管段的流量、通过每管段的流量无穷多解答无穷多解答环状网水力计算：环状网水力计算：Qi，Di（每一管段）（每一管段）设管段数为设管段数为P，未知数为，未知数为2P，L个环，个环，J个节点个节点须须2P个方程式：个方程式：P=L+J-1 由水力条件可列由水力条件可列P个方程式个方程式引入引入P个方程式：经济条件个方程式：经济条件 得得P个方程式个方程式0iWD数学上证明数学上证明:1)解解2P个方程式不可能求出经济流量分配和个方程式不可能求出经济流量分配

43、和经济管径经济管径,只有在流量已知时才可能求出经济只有在流量已知时才可能求出经济管径管径;2)只有把环状网改为树枝网只有把环状网改为树枝网,才会最经济才会最经济;3)在环状网计算前在环状网计算前,必须先进行人为流量分配必须先进行人为流量分配.B、流量分配、流量分配从经济安全的角度从经济安全的角度1、输水线路，选择最短的输水线路，决定每、输水线路，选择最短的输水线路，决定每一管段的水流方向；一管段的水流方向；2、干管间的流量分配尽可能接近，便于干管、干管间的流量分配尽可能接近，便于干管管径相接近；管径相接近；3、连接干管流量分配，当某一干管损坏时，、连接干管流量分配，当某一干管损坏时，经它转输时

44、不致引起过大的水头损失。经它转输时不致引起过大的水头损失。对置水塔给水管网对置水塔给水管网:1)最大用水小时流量分配最大用水小时流量分配,要考虑泵站、水塔要考虑泵站、水塔供水范围；供水范围；2）流量平衡：）流量平衡：0ijQiq（1）每一个节点：）每一个节点：（2）整个管网：）整个管网：22(TTjTPPjPQqQQqQ集中）集中）分界线上各点，一般由水塔、泵站同时供给。分界线上各点，一般由水塔、泵站同时供给。3）最大用水小时，最大转输小时都要进行）最大用水小时，最大转输小时都要进行流量分配流量分配C、步骤、步骤1、准备工作，求、准备工作，求Qd、Qh，定线，定线，ql、qj；2、决定每一管段

45、流量，人为流量分配；、决定每一管段流量，人为流量分配；3、由已知的人为分配流量、由已知的人为分配流量Qi选择经济流速求选择经济流速求Di5、求水塔高度，水泵扬程，及每一节点的水压、求水塔高度，水泵扬程，及每一节点的水压高度高度6、根据每一节点的水压绘制等水压线、根据每一节点的水压绘制等水压线4、平差计算、平差计算0ihD、管径的决定：、管径的决定：1、一般由、一般由Qh分配流量决定；分配流量决定；2、对置水塔应以最大用水小时为主，同时最大转输、对置水塔应以最大用水小时为主，同时最大转输小时分配流量，选大的决定管径；小时分配流量，选大的决定管径；3、连接干管管径一般大于、连接干管管径一般大于10

46、0mm（通过消防流量）（通过消防流量）连接干管（连接干管（BC）管径小于对应同节点的干管（）管径小于对应同节点的干管（AB）管径小管径小23级（级（500-450-400-300）ABC根据环网水流的运动规律，能得到环网计算的两个根据环网水流的运动规律，能得到环网计算的两个基本条件，用以作出求解这些未知数的方程式。基本条件，用以作出求解这些未知数的方程式。 1、流入任一节点的各管段流量之和等于该节点流、流入任一节点的各管段流量之和等于该节点流出 的 各 管 段 流 量 之 和 再 加 上 节 点 流 量 。 即 ：出 的 各 管 段 流 量 之 和 再 加 上 节 点 流 量 。 即 ：Qi+

47、qij=0。 2、在环网的任一闭合环内各管段水头损失的代数、在环网的任一闭合环内各管段水头损失的代数和等于零。和等于零。20hs Qh环方程组解法（逐步近似法）环方程组解法（逐步近似法） 原理：原理：在初步分配流量确定的管径基础上，逐在初步分配流量确定的管径基础上，逐步调整管段流量以满足能量方程。步调整管段流量以满足能量方程。L个非线形的能量方程：个非线形的能量方程：0),(3211PqqqqF0),(3212PqqqqF0),(321PLqqqqF初步分配的流量一般不满足能量方程：初步分配的流量一般不满足能量方程： 0),(00302011PqqqqF0),(00302012PqqqqF0)

48、,(0030201PLqqqqF 初步分配流量与实际流量的的差额为初步分配流量与实际流量的的差额为q，实际流量应满足能量方程：，实际流量应满足能量方程：0),(03032021011PPqqqqqqqqF0),(03032021012PPqqqqqqqqF0),(0303202101PPLqqqqqqqqF将函数在分配流量上展开，并忽略高阶微量：将函数在分配流量上展开，并忽略高阶微量：0)(),(1221111002011PPPqqFqqFqqFqqqF0)(),(2222112002012PPPqqFqqFqqFqqqF0)(),(221100201PPLLLPLqqFqqFqqFqqqF1

49、00302011),(hqqqqFP200302012),(hqqqqFPLPLhqqqqF),(0030201方程组的第一部分称为闭合差：方程组的第一部分称为闭合差： 将闭合差项移到方程组的左边，得到关将闭合差项移到方程组的左边，得到关于流量误差（校正流量）的线性方程组：于流量误差（校正流量）的线性方程组：11221111hqqFqqFqqFPP22222112hqqFqqFqqFPPLPPLLLhqqFqqFqqF2211 利用线性代数的多种方法可求解利用线性代数的多种方法可求解出校正流量。因为忽略了高阶项，得出校正流量。因为忽略了高阶项，得到的解仍然不能满足能量方程，需要到的解仍然不能满

50、足能量方程，需要反复迭代反复迭代求解，直到误差小于允许误求解，直到误差小于允许误差值。差值。 环方程组解法（平差法，又称环方程组解法（平差法，又称哈代哈代- -克罗斯法）克罗斯法） hqSqSqSqS25454241412525222121 Q Q1 1Q Q2 2Q Q3 3Q Q4 4Q Q5 5Q Q6 621q32q63q52q41q54q65q4 45 56 63 32 21 1hqSqSqSqS25252232322656526363Q Q1 1Q Q2 2Q Q3 3Q Q4 4Q Q5 5Q Q6 621q32q63q52q41q54q65q4 45 56 63 32 21 1