给水排水管网系统复习题课件.ppt

1、给水排水管网系统给水排水管网系统总复习总复习给水排水系统由哪些子系统组成？各子系统包给水排水系统由哪些子系统组成？各子系统包含哪些设施含哪些设施?v原水取水系统包括：水源地、取水设施、提升设备和输水管渠等；v给水处理系统包括：各种采用物理化学生物等方法的水质处理设备和构筑物；v给水管网系统包括：输水管渠、配水管网、水压调节设施及水量调节设施等；v排水管网系统包括：污废水收集与输送管渠、水量调节池、提升泵等；v废水处理系统包括：各种采用物理化学、生物等方法的水质净化设备和构筑物；v排放和重复利用系统包括：废水收纳体和最终处置设施如排放口等。给水排水系统各部分流量是否相同？若不同，给水排水系统各部

2、分流量是否相同？若不同，是如何调节的？是如何调节的？v因为用水量和排水量是随时间变化的，所以各子系统一时间内流量不相同，一般是由一些构筑物或设施来调节，比如清水池调节给水处理流量与管网中的用水量之差，调节池和均合池用于调节排水官网流量和排水处理流量之差。给水排水管网系统分别由哪些部分组成？它们给水排水管网系统分别由哪些部分组成？它们的作用是什么？的作用是什么？v由给水管网系统和排水管网系统组成。v给水管网系统：输水管渠（作用：较长距离输水）、配水管网（作用：将较集中点的水量分配到整个供水区域）、水压调节设施（如泵站、减压阀，作用：保证用户用水点点的水压要求）、及水量调节设施（如清水池、水塔、高

3、位水池，作用：调节前后系统的水量之差）。v排水管网系统：废水收集设施（初步收集废水）排水管网（收集到的废水送至指定点）、水量调节池（调节前后系统水量之差）、提升泵站（保证一定压力使废水顺利流入指定点）、废水输水管渠（输送废水）和排放口（与接纳废水的水体连接）。何为排水系统体制？它们之间的不同点有哪些？何为排水系统体制？它们之间的不同点有哪些？v不同排除方式所形成的排水系统称排水体制，主要有合流制和分流制。v合流制排水系统又分：直排式和截流式，直排式是将混合的污水不经处理直接排入水体，现今已淘汰；截流式用于老城区改造，节约费用，混合的污水排入污水处理厂，水量较大时溢流部分直接排入水体，有一定污染

4、。v分流制排水系统，将污水、废水、雨水分开输送、处理、排放。对环境污染小，但造价相对合流式较高。大的城市一般采用混流制，即又有合流制又有分流制。给排水工程规划要遵循哪些原则？给排水工程规划要遵循哪些原则？v贯彻执行国家和地方相关政策和法规；v城镇及企业规划时应兼顾给排水工程；v给排水工程规划要服从城镇发展规划；v合理确定远近期规划与建设范围；v合理利用水资源和保护环境；v规划方案应尽可能经济和高效。给水管网布置的两种基本形式是什么？比较它给水管网布置的两种基本形式是什么？比较它们的优缺点。们的优缺点。v给水管网布置基本形式：v树状管网（优点：经济造价低；缺点：易受水锤破坏，水质（末端）安全性不

5、能保证，水压不易控制，用水保证率较差）v环状管网（优点：可减轻因水锤作用产生的危害，增加供水可靠性；缺点：造价较树状网高）给水管网定线时保证经济性和安全性的方法有给水管网定线时保证经济性和安全性的方法有哪些？哪些？v干管延伸方向应和二级泵站输水到水池、水塔、大用户的水流方向基本一致；干管和干管之间的连接管使管网形成了环状网；v干管一般按城市规划道路定线，但尽量避免在高级路面或重要道路下通过，以减小今后检修时的困难。排水管网布置的两种基本形式是什么？它们用排水管网布置的两种基本形式是什么？它们用于何种地形条件？于何种地形条件？v排水管网一般布置成树状网，基本形式为：平行式和正交式。v平行式，排水

6、干管与等高线平行，主干管与等高线基本垂直，适用于地形坡度很大的城市。v正交式，排水干管与等高线垂直相交，而主干管与等高线平行敷设，适用于地形平坦略向一边倾斜的城市。给水排水工程的年计算费用由哪些部分组成？给水排水工程的年计算费用由哪些部分组成？v在项目投资计算期内的建设投资费用和运行管理费用之和的年平均值。对于非满管流而言，管渠充满度越大过流能力对于非满管流而言，管渠充满度越大过流能力越大吗？为什么？越大吗？为什么？v不会越大，因为充满度是指管道中水深和管道直径的比值，过流能力是反应单位时间内此管道通过的流量，假设直径不变，水深一定范围增加，过流能力会加大，若超过一定范围，反而会阻碍管道过流能

7、力，过流能力会下降。为何要将给水排水管网模型化？通过哪两个步为何要将给水排水管网模型化？通过哪两个步骤进行模型化？骤进行模型化？v给排水管网是个复杂多变的管网系统，为便于规划、设计和运行管理，将其模型化，成为便于用图形和数据表达和分析的系统。v主要两个步骤是：简化、抽象。v简化原则：宏观等效原则、小误差原则。一般方法：1删除次要管线；v2当管线交叉点很近时合并为同一交叉点；v3将全开阀门去掉，将管线从全闭阀门处断开；v4并联的管线可以采用水力等效原则简化成单管线；v5大系统拆分成多个小系统。v附属设施简化：删除不影响全局水力特性的设施，将同一处的多个相同设施合并。模型化的给水排水管网由哪两类元

8、素构成？它模型化的给水排水管网由哪两类元素构成？它们各有什么特点和属性？们各有什么特点和属性？v管段和节点，管段特点：它只输送流量，不改变流量，但可以有能量变化。属性：构造属性：管段长度、管段直径、管段粗糙系数；拓扑属性：管段方向、起端节点、终端节点；水力属性：管段流量、管段流速、管段扬程、管段摩阻，管段压降。（管段是管线和泵站简化后的抽象形式，排水流量转到起端，沿线流量一分为二移到两端节点）v节点的特点：节点只能传递能量，不能改变水的能量，即节点上水的能量是唯一的。属性：构造属性：节点高程（节点地面标高），节点位置；拓扑属性：与节点关联的管段及其方向，节点的度（与节点关联的管段数）；水力属性

9、：节点流量，节点水头，自由水头。（节点是管线交叉点、端点或大流量出入点的抽象形式）节点流量和管段流量可以是负值吗？如果是负节点流量和管段流量可以是负值吗？如果是负值，代表什么意义？值，代表什么意义？v可以，一般以流出节点的方向为正，如果是负值，对于节点来说，它代表此流量流入节点，对于管段来说，此流量的流动方向与原假设管段的方向相反。图论中的图与几何图形有何不同？图论中的图与几何图形有何不同？v因管网图只是表示管网的拓扑关系，所以不必在意节点的位置、管段的长度等要素的构造属性，即管网图中的节点位置和管段长度等不必与实际情况相符，转折或弯曲的管段也可以画成直线，管段也可以拉长或缩短，只要节点和管段

10、的关联关系不变，而几何图形是如实反应的。给水管网水力分析的前提条件有哪些？为什么给水管网水力分析的前提条件有哪些？为什么必须已知至少一个节点的水头？必须已知至少一个节点的水头？v节点流量或压力必须有一个已知，管网中至少有一个定压节点。作为充分条件，要求管网中至少有一个定压节点，即管网基准点，若无，整个管网没有参照基准压力，管网压力无确定解。对于多定压节点管网，如果只用各节点流量连续性方程和各环流量方程可进行对于多定压节点管网，如果只用各节点流量连续性方程和各环流量方程可进行水力分析吗？为什么？进行虚环假设有何意义？为什么说虚环能量方程实际上水力分析吗？为什么？进行虚环假设有何意义？为什么说虚环

11、能量方程实际上就是定压节点间路径能量方程？就是定压节点间路径能量方程？v不行，如果有多个定压节点，按两个压力同时计算，很容易引起矛盾，进行虚环假设，可以将多定压节点转化为单定压节点，可以利用流量的连续性和环能量方程最终得出个管段的水力特性。虚环能量方程是根据虚定压节点和原各实际定压节点组成的环，来列能量方程的，即定压节点间的路径能量方程。比较一下解环方程和解节点方程方法的未知数数目，比较一下解环方程和解节点方程方法的未知数数目，一般情况下哪种方法未知数更多？解节点方程虽然未一般情况下哪种方法未知数更多？解节点方程虽然未知数多，但仍被广泛采用，为什么？知数多，但仍被广泛采用，为什么？v一般情况下

12、，解节点方程未知数更多，因为现实中，管网的水力计算常常要确定水塔的高度，管道流量也未知，解节点方程先求个节点流量闭合差，从而校正压力，管网的水力计算和水塔高度确定结果也较为精确，所以仍被广泛使用。单定压节点树状管网水力分析计算有何特点？单定压节点树状管网水力分析计算有何特点？为什么说其他计算比较简单？为什么说其他计算比较简单？v树状管网水力计算的特点：单定压节点一确定，管段的流量是唯一的，与管段流量对应的管段水头损失、管段流速及节点压力可以一次性计算得到，所以说计算比较简单。为什么说哈代为什么说哈代克罗斯平差算法是水力分析最克罗斯平差算法是水力分析最简单方法？它也是最高效的方法吗？简单方法？它

13、也是最高效的方法吗？v它对牛顿拉夫森算法进行了改进，可以算是水力分析最简单的方法，也是最高效的方法，原因是它的3点改进：v1、改各环平差为每次只平差一个环，v2、优先平差闭合差较大的环，3、改自然环平差为回路（大环）平差。为什么说平差的过程实际上是闭合差在管网中传递且相互抵消为什么说平差的过程实际上是闭合差在管网中传递且相互抵消的过程？对于解环方程时的环水头闭合差是如此，对于解节点的过程？对于解环方程时的环水头闭合差是如此，对于解节点方程时的节点流量闭合差也是如此吗？方程时的节点流量闭合差也是如此吗？v解节点方程时，根据拟定的节点水头算出各管段压降和流量，接着求出每个节点的流量闭合差，从而校正

14、压力，实质上也是使环能量的平衡的过程。为什么说最高日和最高时用水量都是平均流量为什么说最高日和最高时用水量都是平均流量的概念，它们分别是什么时间内的平均流量？的概念，它们分别是什么时间内的平均流量？计算它们有何意义？计算它们有何意义？v因为用水量随季节和生活习惯等因素变化而变化，具有随机性，最高日和最高时用水量一般按定额乘以人数来定，定额和人数是综合各种影响因素或统计得出，所以它们都是平均流量的概念，最高日用水量是用水量最多一年内，用水量最多一天内的平均流量，最高时用水量是用水量最多的一年内，用水量最多一天中，用水量最大的一小时内的平均用水量。计算它们可以为选泵提供依据，以及确定管网的管段直径

15、。设计时为什么要分析用水量的变化？在设计时为什么要分析用水量的变化？在1小时小时时段内实际用水量是否保持不变？为什么在计时段内实际用水量是否保持不变？为什么在计算时不考虑算时不考虑1小时时段内的流量变化？小时时段内的流量变化？v因为用水量是随时变化的，泵站供水不会随时改变，泵站供水与用户用水不可能随时一致，所以要分析用水量变化，为设计泵站和调节构筑物的设计提供依据。不是，1小时段内流量是变化的，只是1小时的水量变化对于影响泵的设计数据来说可以忽略不计，所以不考虑1小时内的流量变化。你能证明调节容积计算公式吗？为什么被调节的两个你能证明调节容积计算公式吗？为什么被调节的两个流量在一个变化周期内的

16、总和必须相等？流量在一个变化周期内的总和必须相等？v调节容积的公式实质上就是算出了两个系统最大的用水量之差，即调节池的容积，如清水池，最高日每小时给水供水量与供水泵站的供水量之差累加起来，累加的最大值加上累加的最小值的绝对值就是调节池的容积，也就推出了这个公式。因为这样才能保证实际提供的用水总量等于总的设计流量，满足系统的水量平衡。你认为要使节点设计流量分配比较合理，需要你认为要使节点设计流量分配比较合理，需要注意哪些问题？注意哪些问题？v1、分清和计算准确集中流量和沿线流量。（从管网中一个点取水且水量较大的归为集中流量，沿程用水小用户归为沿线流量）v2、集中流量是根据集中用户最高日用水量计算

17、及时变化系数计算，若该项用水最高时与管网用水最高时不同，则是当调小计算值。v3、计算完成后要校核所有集中流量和沿程流量之和是不是等于最高时流量，误差在规定范围内即可，否则可以调节集中或沿程流量使流量达到平衡。何为经济流速？它与哪些因素有关？为什么说平均经何为经济流速？它与哪些因素有关？为什么说平均经济流速是近似的经济流速？在设计管段直径时除了考济流速是近似的经济流速？在设计管段直径时除了考虑经济性外，还要考虑哪些因素？虑经济性外，还要考虑哪些因素？v一定年限内，管网造价和管理费用之和最低的流速。由于实际管网的复杂性，情况也在不断变化，从理论上计算管网造价和管理费用相复杂，条件不具备时，用当地资

18、料计算出的平均经济流速就是近似的经济流速。还要考虑管道技术问题，冲刷问题，避免水锤现象等等，满足小于最大设计流速和大于最低设计流速。在设计工况水力分析时为何要暂时删除泵站所在的管在设计工况水力分析时为何要暂时删除泵站所在的管段和假设控制点？如何找到真正的控制点？为何真正段和假设控制点？如何找到真正的控制点？为何真正的控制点是唯一的？的控制点是唯一的？v为了方便设计，一般算出压降就直接算管径，若不删除泵站管段，它也有损失和扬程，不便于管段设计和泵站设计，假设控制点是为了方便找到真的控制点，找到满足管网全部所需的节点服务水头压力，为泵站扬程设计提供依据。因为水力特性已知，只会有一个节点最先“触地”

19、，就是节点服务水头最难满足的点只一个，即控制点是惟一的。管网设计校核时泵站所在管段还要删除吗？你管网设计校核时泵站所在管段还要删除吗？你能说明在各种工况校核时，哪些节点是定压节能说明在各种工况校核时，哪些节点是定压节点，哪些节点是定流点？点，哪些节点是定流点？v可以不删除，管网的设计已初步完成，管径，水泵扬程都已知，校核时只要算出特定情况下所校核点的水压或水量是否满足要求即可。校核消防工况时，设置的最不利火灾节点为定流节点（算出它的压力是否能满足要求）；水塔转输流量校核时，水塔所在点定为定压节点（通过水力分析，得到该节点流量，判断是否满足水塔进行流量要求）；事故工况校核，一般采用水头校核法，所

20、校核点为定流点。（算各节点水头是否高于服务水头）污水量标定额一般如何确定，生活污水量计算污水量标定额一般如何确定，生活污水量计算方法与生活用水量计算方法有何不同？方法与生活用水量计算方法有何不同？v采用当地的用水定额结合建筑内部给水排水设施水平和排水系统普及程度等因素确定，按当地用水定额的80-90%计算。工业企业生活污水量标定额根据工艺特点确定，并与国家相关规定相协调。工业废水量定额一般以单位产值，数量或单位生产设备所排出的废水量表示。不同：在计算生活用水量时，采用最高日用水量定额和相应的时变化系数，而在计算生活污水量时，采用平均日污水量定额和相应的总变化系数。在污水管道设计时，管道底坡（简

21、称管道坡度）在污水管道设计时，管道底坡（简称管道坡度）与水力坡度是等同的吗？为什么？与水力坡度是等同的吗？为什么？v是的，污水流一般是无压力管，此时水力坡度是表示单位长度的水头损失，在污水中也就是水的位能损失，也就是单位距离的落差，即坡度，所以这种情况它们两者相等。污水管的起点埋深如何确定？在没有确定管径污水管的起点埋深如何确定？在没有确定管径前，起点埋深一定能确定吗？前，起点埋深一定能确定吗？v根据3个因素决定：防止管道内污水冰冻和因土壤冰冻膨胀而损坏管道(一般管底在冰冻线以上0.15m)，防止地面荷载而破坏管道（车行道下最小覆土厚度不宜小于0.7m），满足街区污水连接的要求（污水出户连接管

22、最小埋深0.5-0.7m，支管最小埋深0.6-0.7m），不一定，从3个因素出发得到3个不同的管底埋深或覆土厚度，最大值即是。污水管网中管段是如何划分的？何谓本段流量？污水管网中管段是如何划分的？何谓本段流量？v在工程上，将连接用户的污水管道称为连接管，将主要承担污水输送功能的大型管道称为污水干管（主干管和干管），连接管和输送干管之间的管道称污水支管。从管段沿线街坊流来的污水量称本段流量。v（在设计计算中，将污水管网中流量和管道敷设坡度不变的一段管道称为管段，将该管段的上游端汇入污水流量和该管段的收集污水量作为管段的输水流量，包括本段流量，转输流量，集中流量（本段集中，转输集中）v（污水管网中

23、分计算管道和不计算管段，当设计污水流量小于一定值时，已经选管径的选择余地，可以不通过计算直接采用最小管径，则为不计算管段。）在污水管道衔接的各种方法中，哪种方法在什在污水管道衔接的各种方法中，哪种方法在什么情况下会使下游管段埋深最大？么情况下会使下游管段埋深最大？v管顶平接（衔接方式：水面平接埋深不变；管顶平接埋深增加，管底平接管径变小（设计流量逐段增加，设计管径也应逐段增大，但当坡度小的管道接到坡度大的管道时，管径可以减小，范围不得超过50-100mm）如果在污水管道设计中要考虑从经济性因素，如果在污水管道设计中要考虑从经济性因素，那么平坦或反坡地区与较大坡度地区哪一个更那么平坦或反坡地区与

24、较大坡度地区哪一个更容易考虑？为什么？容易考虑？为什么？v较大坡度地区，因为较大坡度的话，管径的坡度可以按地面坡度和相关标准于地面平行铺设，降低了埋深成本，较为经济。暴雨强度与哪些因素有关？为什么降雨历时越暴雨强度与哪些因素有关？为什么降雨历时越短、重现期越长，暴雨强度越大？短、重现期越长，暴雨强度越大？v暴雨强度是单位时间内单位面积上的降雨量，即降雨量在该时间段内的增量除以该时间长度，所以降雨历时越短，暴雨强度越大。重现期越长，经验频率就越小，暴雨强度就会越大。折减系数的含义是什么？为什么计算雨水管道设计流折减系数的含义是什么？为什么计算雨水管道设计流量时，考虑折减系数？量时，考虑折减系数？

25、v含义是管道内水的容积占管道总容积的比例，因为实际雨水管道中的水流并非一直是满管流，各管段中的“洪峰”流量不会同时出现，当有一根管道出现时，其上游的管道也许就不会出现，而且沿线流量不是集中接入管道的，是分散接入，下游节点处可能出现满管流的状态，所以计算雨水管道设计流量时，考虑折减系数。为什么污水管道的设计流量在没有确定管径前为什么污水管道的设计流量在没有确定管径前可以计算出来，而雨水管道不能？可以计算出来，而雨水管道不能？v污水管道设计流量是根据本段流量、转输流量和集中流量之和计算的，在没有确定管径前就可以计算出来，而雨水管道设计流量要知道暴雨强度，也就是要知道集水时间，集水时间一部分是地面集

26、水时间，还一部分是雨水在管道中留到设计断面的时间，所以设计流量前必须确定管径。下游雨水管道的设计流量可能比上游管道小吗？下游雨水管道的设计流量可能比上游管道小吗？为什么？如果出现这种情况怎么办？为什么？如果出现这种情况怎么办？v可能，随着计算管段数量的增加，集水面积就不断增大，但降雨强度则逐渐减小，就会出现这种情况，若出现这种情况，应设定下游管段计算流量等于其上游管段计算流量。为什么雨水和合流制排水管网的管渠要按满流为什么雨水和合流制排水管网的管渠要按满流设计？设计？v因为雨水和合流制排水管网的流量变化很大，平常时期的一般都满不了管，但是一旦到遇到暴雨或洪涝季节雨水量会暴涨，为了安全和能及时排

27、水等条件下，所以按满管流设计。什么情况下考虑采用合流制排水系统？合流制什么情况下考虑采用合流制排水系统？合流制管网设计有何特点？管网设计有何特点？v1、排水区域内有一处或多处水量充沛的水体，其流量和流速都足够大，一定量的混合污 水排入后污水排入后对水体造成的污染程度在允许范围以内。v2、街坊和接到的建设比较完善，必须采用暗埋管渠排除雨水，而街道横断面又窄，管渠 的设置位置受到限制时，可考虑选用合流制。v3、地面有一定的坡度倾向水体，当水体高水位时，岸边不受淹没。污水在中途不需要泵 站提升。v截流式合流管渠系统特点：1、管网布置应使所有服务面积上的生活污水、工业废水和雨 水都能合理地排入管渠，并

28、能以可能的最短距离坡向水体；2、沿水体岸边布置与水体平行 的截流干管，在截流干管的适当位置上设置溢流井，使超过截流干管设计输水能力的那部 分混合污水能顺利地通过溢流井就近排入水体；3、必须合理地确定溢流井的数目和位置，以便尽可能减少对水体的污染、减小截流干管的断面尺寸和缩短排放渠道的长度；4、在合 流制管网系统上游排水区域，雨水不能沿地面排泄，才考虑布置合流管网。合流制雨水管网溢流井上、下游管道的设计流合流制雨水管网溢流井上、下游管道的设计流量计算有何不同？如何合理确定截流倍数？量计算有何不同？如何合理确定截流倍数？v合流管和截流管中的雨水量与旱流污水量的比值称为截流倍数。v截流式合流制排水管

29、网中的溢流井上游管道设计流量与完全合流制的计算方法一致，设计 生活污水量、设计工业废水量和设计雨水量之和。下游管道的设计流量计算则与它不同，设计截流倍数加一乘以从溢流井截流的上游旱流日平均污水量、溢流井下游纳入的旱流污 水量和溢流井下游纳入的设计雨水量之和。v从环境保护的要求出发，为使水体少受污染，应采用较大的截流倍数，但也应该考虑经济 性和运行管理的安全可靠性，（当截流污水量相当于平均小时污水量的2.6-4.5倍时，从溢 流井流出来的混合污水中的污染物浓度将急剧减少，不再显著增加）并符合相关规范要求 和当地卫生主管部门的同意。一般取2.6-4.5比较经济合理。为什么管网水力分析时只有一个控制

30、点，而优化设计时则可能为什么管网水力分析时只有一个控制点，而优化设计时则可能有多个控制点？而且水力分析时的控制点只是下控制点，而优有多个控制点？而且水力分析时的控制点只是下控制点，而优化设计时的控制点既有下控制点，又有上控制点呢？化设计时的控制点既有下控制点，又有上控制点呢？v管网水力分析时，没有虚流量，分析时会使其只有一个定压节点，整个管网压力水头不同，只有一个点的压力最难满足，而且只要满足这个节点服务水头，其他的服务水头就能满足，所以只有一个下控制点，而优化设计时，是使多个目标最优，解数学模型，且要计算虚流量，多个水源点有多个，不利点可设置多个，所以优化时的控制点既有下控制点，又有上控制点。