城市基础设施规划第2章-城市基础设施规划(给水部分)2.ppt

1、1 1 管网计算的课题管网计算的课题 内内 容：容：求出所有管道的直径、水头损求出所有管道的直径、水头损失。失。重要性：重要性：管道工程的建设投资占整个给管道工程的建设投资占整个给水系统总投资的水系统总投资的 6080%，输配水所需，输配水所需的动力费用占给水系统运行总费用的的动力费用占给水系统运行总费用的4070%。给水管网的水力计算给水管网的水力计算2 2 管网图形及简化管网图形及简化 管网图形：管网图形：管网图形中每个节点通过一条或多条管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，会破坏段和其他节点相连接。如果舍去后，会破坏“图图”的连续性的管段，称为的连续性的管段

2、，称为联系管段联系管段。联系管联系管段段 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管网图形管网图形 在保证计算结果接近实际情况的前提下，为在保证计算结果接近实际情况的前提下，为方便计算可对管线进行适度简化。

3、方便计算可对管线进行适度简化。忽略：忽略：管网中主要起联络作用的管段，由于管网中主要起联络作用的管段，由于正常运行时流量很小，对水力条件的影响很小，正常运行时流量很小，对水力条件的影响很小，计算时可以忽略。计算时可以忽略。分解：分解：只有一条管段连接的两个管网可分解只有一条管段连接的两个管网可分解成两个管网进行计算；管网末端水流方向确定的成两个管网进行计算；管网末端水流方向确定的部分可分开计算；环状网上接出的树状网分开计部分可分开计算；环状网上接出的树状网分开计算。算。节点合并：节点合并：距离很近的两个节点计算时可视距离很近的两个节点计算时可视为一个节点。为一个节点。节点节点合并合并分解分解忽

4、略忽略沿线流量：供给沿线流量：供给管段两侧用户所管段两侧用户所需流量。需流量。传输流量：给水传输流量：给水管中流向下一管管中流向下一管段，没有在本管段，没有在本管段被用户取用的段被用户取用的流量。流量。集中流量：给水集中流量：给水管网中大用户的管网中大用户的用水量用水量3 3 沿线流量和节点流量沿线流量和节点流量比流量：将扣除了集比流量：将扣除了集中流量后的用水量，中流量后的用水量，均匀分布在干管（用均匀分布在干管（用水面积）上，所得到水面积）上，所得到的单位长度（面积）的单位长度（面积）上的流量，分别称为上的流量，分别称为长度比流量和面积比长度比流量和面积比流量。流量。为简化计算，假定用为简

5、化计算，假定用水量均匀分布，并且水量均匀分布，并且用户从管道节点处取用户从管道节点处取水。水。设计流量分配与管径设计设计流量分配与管径设计节点流量分配计算节点流量分配计算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干管有效长度与比流量的乘积。乘积。（2）面积比流量 假定沿线流量均匀分布在整个供水面积上。管线单位面积上的配水流量，称为面积比流量，记作qmb。2、节点流量（1）、沿线流量为什么要转化为节点流量 由于管段沿线向外配水，所以沿着水流方向管段中的流量是减少由于管段沿线向外配水，所以沿着水流方向管段中的流量是减少的，根

6、据管径是由流量来决定的，所以管径也应该是逐渐减小的。理的，根据管径是由流量来决定的，所以管径也应该是逐渐减小的。理论上最经济的管段应该是喇叭口形状或者是阶梯形状的如下图所示：论上最经济的管段应该是喇叭口形状或者是阶梯形状的如下图所示：但是，实际的管段并没有喇叭口形状的，管径也是不连续的，所以，但是，实际的管段并没有喇叭口形状的，管径也是不连续的，所以，仔细去计算每一个沿线流出去的流量已经没有实际意义了。沿线流量只仔细去计算每一个沿线流出去的流量已经没有实际意义了。沿线流量只有当其累积到一定量，足以引起管径变化的时候计算起来才有实际意义。有当其累积到一定量，足以引起管径变化的时候计算起来才有实际

7、意义。这样，就可以不考虑实际沿线配水的情况，而把一定长度管段上的沿线这样，就可以不考虑实际沿线配水的情况，而把一定长度管段上的沿线流量用一个等效的流量来代替，即节点流量。流量用一个等效的流量来代替，即节点流量。节点流量：节点流量：沿线流量只有概念上的意沿线流量只有概念上的意义，在水力计算时应将沿线流量按适当比义，在水力计算时应将沿线流量按适当比例分配到两各节点例分配到两各节点，成为节点流量。成为节点流量。qy+qttqyq1-()qy节点流量节点流量：从沿线流量计算得出的并且假设从沿线流量计算得出的并且假设是在节点集中流出的流量。是在节点集中流出的流量。按照水力等效的原则，按照水力等效的原则，

8、将沿线流量一分为二，将沿线流量一分为二，分别加在管段两端的节点上分别加在管段两端的节点上；集中流量可以直接加在所处的节点上；集中流量可以直接加在所处的节点上；yiqq5.0居住区居住区居住区绿地居住区工厂工厂居住区Q=2 6 0 L/s1 7.5 02 7.0 56 0 05 7.56 2.2 83 0.2 27.9 58008008006 0 06 0 06 0 034216575 7.5500)(4400 500600 8003600)600(6000.5 5.05.0 5.0 5176645321433251mLLLLLLLLL+-msllqQqicb-/0.03182440012026

9、0 3沿线流量：)/(sllqqicby管段编号管段计算总长度 （m）比 流 量 (L/s.m)沿 线 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 计 4400 140.004节点流量计算：)/(q5.0Q jzslqyjd+各各 管管 段段 节节 点点 流流 量量 计计 算算节点节点连的管段节 点 流 量(L/s)集 中 流 量(L/s)节点

10、总流量(L/s)12345671-2,1-5 1-2,2-32-3,3-4,3-53-4,4-61-5,3-5,5-64-6,5-6,7-66-70.5(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 4040 40 40 17.50 57.50 62.28 57.50 27.05 30.22 7.95合计140.0120.0260.

11、0求比流量、沿线流量、节点流量求比流量、沿线流量、节点流量题：某城镇最高时用水量为题：某城镇最高时用水量为Q=300L/s，其中工，其中工业用水量业用水量q=90L/s，集中从节点，集中从节点4取出。干管取出。干管各管段长度各管段长度(m)如图所示。管段如图所示。管段4-5、1-2、2-3为单侧配水，其余为双侧配水，则管网比流量为单侧配水，其余为双侧配水，则管网比流量qs为（），节点为（），节点4的节点流量的节点流量q4为（为（）。）。45612800m800m800m600m800mQ=300L/s3400m7600m600m 管段管段4-5，1-2，2-3为单侧配水，计算长度取实际长度的为

12、单侧配水，计算长度取实际长度的一半；其余管段为双侧配水，计算长度以实际长度计算。管一半；其余管段为双侧配水，计算长度以实际长度计算。管网总计算长度：网总计算长度：由管网总用水量求得比流量：由管网总用水量求得比流量：沿线流量：沿线流量：ql1-4=qsl1-4=0.05600=30(L/s)；ql4-5=qsl4-5=0.05400=20(L/s)节点流量折算系数取节点流量折算系数取0.5，从而求得节点流量：，从而求得节点流量：q4=0.5(30+20)+90=115(L/s)(42004008003600380021m+45612800m800m800m600m800mQ=300L/s3400

13、m7600m600m(4)(4)管段设计流量分配与初拟管径管段设计流量分配与初拟管径管段设计流量分配管段设计流量分配泵站泵站563856106273545286142733341217726234775二级泵站5443554QQqQq+-11854332QQQQQq+-2134567891011b.b.环状网环状网 环状管网满足连续性条件的流量分配方环状管网满足连续性条件的流量分配方案可以有无数多种。案可以有无数多种。1510131218161714197612527148581912335913460249511135730102498管段直径设计管段直径设计管径和设计流量的关系：管径和设计

14、流量的关系：D管段直径，管段直径，m；q 管段流量，管段流量，m3/s；v 流速，流速，m/s；A 水管断面积，水管断面积，m3。确定管径必须先选定设计流速。确定管径必须先选定设计流速。vqDvDAvq442设计流速的确定设计流速的确定技术上：技术上：为防止水锤现象，为防止水锤现象，Vmax0.6m/s。经济上：经济上：设计流速小，管径大，管网造价增加；设计流速小，管径大，管网造价增加；水头损失减小，水泵扬程降低，电费降低。水头损失减小，水泵扬程降低，电费降低。一般设计流速采用优化方法求得。一般设计流速采用优化方法求得。合理的流速应该使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

15、费得在一定年限（投资偿还期）内管网造价与运行费用之和最小。用之和最小。水锤水锤是在突然是在突然停电停电或者在或者在阀门阀门关闭太快时关闭太快时,由于压力水流的由于压力水流的惯性惯性,产生水流产生水流冲击波冲击波,就象就象锤子锤子敲打一样敲打一样,所所以叫水锤。以叫水锤。管径管径（mm）平均经济流速平均经济流速（m/s）D=100400 D4000.60.9 0.91.4一定年限一定年限T T年内管网造价和管理费用（主要是电费）年内管网造价和管理费用（主要是电费）之和为最小的流速，称为之和为最小的流速，称为经济流速经济流速。经济流速和经济管径和当地的管材价格、管线施工费经济流速和经济管径和当地的

16、管材价格、管线施工费用、电价等有关。用、电价等有关。条件不具备时，可参考：条件不具备时，可参考：在使用各地区提供的经济流速或按平均经济流速确定管网管在使用各地区提供的经济流速或按平均经济流速确定管网管径时，需考虑以下原则：径时，需考虑以下原则：1）一般大管径可取较大的经济流速，小管径可取较小的经）一般大管径可取较大的经济流速，小管径可取较小的经济流速；济流速；2）连接管属于管网的构造管，应注重安全可靠性，其管径）连接管属于管网的构造管，应注重安全可靠性，其管径应由管网构造来确定，即按与它连接的次要干管管径相当或应由管网构造来确定，即按与它连接的次要干管管径相当或小一号确定；小一号确定；3）一般

17、对于管网起端的大口径管道可按略高于平均经济流）一般对于管网起端的大口径管道可按略高于平均经济流速来确定管径，对于管网末端较小口径的管道，可按略低于速来确定管径，对于管网末端较小口径的管道，可按略低于平均经济流速确定管径，平均经济流速确定管径，4）管线造价（含管材价格、施工费用等）较高而电价相对）管线造价（含管材价格、施工费用等）较高而电价相对较低时，取较大的经济流速，反之取较小的经济流速。较低时，取较大的经济流速，反之取较小的经济流速。某城市供水区用水人口某城市供水区用水人口5 5万人，最高日用万人，最高日用水量定水量定额为额为150150/(/(人人)，要求最小服务水头为，要求最小服务水头为

18、1616。节点接某工厂，工业用水量为节点接某工厂，工业用水量为4004003 3/，两班，两班制，均匀使用。城市地制，均匀使用。城市地形平坦，地面标高为形平坦，地面标高为5.OO5.OO。进行干管及支管水力计算（求比流量、沿线流量、进行干管及支管水力计算（求比流量、沿线流量、节点流量、节点流量、管径及水头损失管径及水头损失。）。）水泵水泵水塔水塔012348567250450300600230190205650150枝状网水力计算枝状网水力计算1 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/

19、s 86.81L/s 工业用水量：工业用水量：400400161625m25m3 3/h/h6.94L/s 6.94L/s 总水量为：总水量为：QQ86.8186.816.946.9493.75L/s 93.75L/s 2 2管线总长度：管线总长度：LL2425m2425m，其中水塔，其中水塔到节点到节点0 0的管段两侧无用户不计入。的管段两侧无用户不计入。3 3比流量：比流量：(93.75(93.756.94)6.94)242524250.0358L/s0.0358L/s4 4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）01 12 23 14 48 45

20、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合计合计242586.815 5节点流量：节点流量：节点节点节点流量（节点流量（L/s）0 1 2 3 4 5 6 7 80.510.745.37 0.5(10.74+5.37+16.11)16.11 0.5(5.37+8.95)7.16 0.58.954.48 0.5(16.11+23.27+8.

21、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合计合计86.8193.7593.7588.3888.3860.6360.6311.6311.634.484.4811.6411.643.673.6710.7410.7418.2618.26水泵水泵水塔水塔0 01 12 23 34 48 85 56 67 72502504504503003006006002302301901902052056506501501503.673.6711.6311.634.484.487.167.1623.80+6.94

22、23.80+6.947.077.077.527.5216.1116.115.375.376 6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0 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 选定节点选定节点8 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（可以先确定管径，核算流速是否在（可以先确定管径，核算流速是否在经济流速范围内）。经济流速范围内）。7 7支管水力计算：支管

23、水力计算：管段管段流量流量(L/s)管径管径(mm)水头损失水头损失(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 1）管网定线）管网定线（2 2）计算干管的总长度）计算干管的总长度（3 3）计算干管的比流量）计算干管的比流量（4 4）计算干管的沿线流量）计算干管的沿线流量（5 5）计算干管的节点流量）计算干管的节点流量（6 6）定出各管段的计算流量）定出各管段的计算流量 树状网：管段流量等于其后管段各节点流量和树状网：管段流量等于其后管段各节点流量和 环状网：根据一

24、定原则先人为拟定环状网：根据一定原则先人为拟定lqQqs-lqqslltqq5.0总结：给水管网设计和计算的步骤总结：给水管网设计和计算的步骤（7）根据计算流量和经济流速，选取各管段的管径）根据计算流量和经济流速，选取各管段的管径（8）根据流量和管径计算各管段压降）根据流量和管径计算各管段压降（9）确定控制点，根据管道压降求出各节点水头和）确定控制点，根据管道压降求出各节点水头和自由水压。自由水压。环状管网计算的理论和步骤环状管网计算的理论和步骤环状管网计算的基本水力条件环状管网计算的基本水力条件（1 1）节点流量平衡条件节点流量平衡条件 流入某节点的流量等于流离该节点的流量，流入为流入某节点

25、的流量等于流离该节点的流量，流入为，流离为，流离为 （2 2）闭合环路内水头损失平衡条件闭合环路内水头损失平衡条件 环状网水力计算环状网水力计算环状管网任一闭合环路内，水流为顺时针环状管网任一闭合环路内，水流为顺时针方向的各管段水头损失之和应等于水流为方向的各管段水头损失之和应等于水流为逆时针方向的各管段水头损失之和。逆时针方向的各管段水头损失之和。若规定顺时针方向的各管段水头损失为正，若规定顺时针方向的各管段水头损失为正，逆时针为负，则在任一闭合环路内各管段逆时针为负，则在任一闭合环路内各管段水头损失的代数和等于零，即：水头损失的代数和等于零，即：0hij041211+-qqQ0241414

26、1254545425252522212121-+-qLAqLAqLAqLA连续性方程：连续性方程：Q Q1 1Q Q2 2Q Q3 3Q Q4 4Q Q5 5Q Q6 621-q32-q63-q52-q41-q54-q65-q能量方程：能量方程：4 45 56 63 32 21 105232212+-qqqQ063323+-qqQ054414+-qqQ06554525-qqqQ02323232252525226565652636363-+-qLAqLAqLAqLA环状管网平差的基本知识环状管网平差的基本知识管网流量预分配时，不一定满足能量方程。须求管网流量预分配时，不一定满足能量方程。须求出各

27、管段的真实流量和水头损失出各管段的真实流量和水头损失闭合差闭合差 若闭合环路内顺、逆时针两个水流方向的管段若闭合环路内顺、逆时针两个水流方向的管段水头损失不相等，其差值为环路闭合差。记作水头损失不相等，其差值为环路闭合差。记作h h。符号意义符号意义 若闭合差为正，即若闭合差为正，即 h h0 0，说明水流顺时针，说明水流顺时针方向的各管段中所分配的流量大于实际流量值，方向的各管段中所分配的流量大于实际流量值，而水流为逆时针方向各管段中所分配的流量小于而水流为逆时针方向各管段中所分配的流量小于实际流量值。实际流量值。管网平差管网平差 消除管网闭合差而进行的流量调整计算的过程。消除管网闭合差而进

28、行的流量调整计算的过程。调整方法调整方法 引入校正流量引入校正流量 q q，即流量偏大的各管段中减去，即流量偏大的各管段中减去一些流量，加在流量偏小的各管段中，且仍要满一些流量，加在流量偏小的各管段中，且仍要满足两个条件。足两个条件。平差精度平差精度 电算时：电算时：h h 0.010.05m 0.010.05m；手算时：手算时：基环闭合差基环闭合差 h h 0.5m 0.5m，大环，大环闭合差闭合差 h h 1.01.5m.1.01.5m.环状管网平差方法环状管网平差方法哈代哈代.克罗斯法克罗斯法 校正流量计算公式：校正流量计算公式：-ijijkkqhhq2 14 0 7 0 1 0 2 0

29、 1 00 3 0 4 0 1 ()2 6 5 4 3 ()()()()()()231.某环状管网流量（单位：L/s）分配如图，平差计算显示两环的闭合差均超过要求限值，需要对流量进行调整，若第环q1=2L/s，第环q2=3L/s，管段2-5校正后的流量为 。解：在图中计算：方向相同则加,方向相反则减 q2-5(1)=70-2-3=65L/s136258471707030258080404020130IIIIII2图示某环状管网计算简图，管段内流量为初次分配的流图示某环状管网计算简图，管段内流量为初次分配的流量，经水力平差计算得各环的校正流量值分别为量，经水力平差计算得各环的校正流量值分别为qI

30、=+4.7L/s、qII=+1.4L/s、qIII=-2.3L/s，则管段，则管段3-4、4-5经校正后的流量经校正后的流量q3-4、q4-5应为何项应为何项?(A)q3-4=76.7L/s、q4-5=37.6L/s(B)q3-4=76.7L/s、q4-5=33.0L/s(C)q3-4=86.1L/s、q4-5=42.4L/s(D)q3-4=86.1L/s、q4-5=47.0L/s答答:q3-4=80-4.7+1.4=76.7L/s q4-5=40-4.7-2.3=33L/s给水管道的敷设给水管道的敷设 管道埋设深度 路面路面管管道道覆覆土土厚厚度度埋埋设设深深度度 非冰冻地区管道覆土厚度主要由非冰冻地区管道覆土厚度主要由外部荷外部荷载载、管道强度管道强度、管道交叉情况管道交叉情况及及土壤地基土壤地基等等因素决定。因素决定。金属管道的覆土厚度一般不小于金属管道的覆土厚度一般不小于0.7m0.7m。非金属管道的覆土厚度一般不小于非金属管道的覆土厚度一般不小于1.01.01.2m1.2m。管道基础的作用：使管道均匀承重，管道基础的作用：使管道均匀承重，防止管段下沉及破裂。防止管段下沉及破裂。管道基础的种类：管道基础的种类：天然基础天然基础、砂基砂基础础、混凝土基础混凝土基础。