给水排水3

给水管网系统（输水与配水工程）重点：•管网定线•流量分配•管网平差•管网核算1）管网定义：配水给用户的管道系统。2）管线分类：•干管：输水至各用水地区•连接管：连通相邻干管的管线•分配管：从干管配给接户管与消火栓•接户管：从分配管接到用户去的管线第四章管网和输水管渠布置4.1管网布置形式二级泵站水塔干管连接管干管分配管3）管网布置形式树状网环状网（1）树状网优点：管线短，造价低缺点：可靠性差，末端水质量易变坏，有水锤危害适用于：a.可靠性要求不高的小城镇b.城市给水系统建设初期（先树状，后环状）（2）环状网优点：可靠性高，水锤危害小缺点：管线长，造价高实际管网：环状与树状结合城区（市中心）－环状郊区、次要地区－树状定线对象：一般只限于干管及干管间连接管。定线原则：经济、可靠、维修方便。•干管延伸方向应和二级泵站输水到水池、水塔、大用户的水流方向一致，从用水量较大街区通过→大管径管线短→经济•按主流方向以最短距离布置几条平行的干管，间距500-800m,用连接管连接（连接管间距为800－1000m）→可靠性↑•沿城市规划道路定线，尽量避免在高等级或重要道路下通过→便于检修4.2管网定线4.2.1城市管网•根据企业内的生产用水和生活用水对水质和水压的要求，两者可合用一个网，或分建两个网。•消防用水管网通常不单独设置，而和生活或生产给水管网合并。•生活用水：单独使用时，可为树状网。与消防用水合并的网，应为环状网。•生产用水：可靠性要求高时，环状网，个别距离较远的车间可用双管代替环状网；靠性要求低时，树状网。•大型企业的各车间用水量一般较大，不易划分干管与分配管，定线与计算时全部管线都要考虑。4.2.2工业企业管网1）输水管渠定义：从水源输送水厂，或从水厂输到相距较远的配水管网的管线（渠）。2）特点：沿线一般不接用户管，主要起转输水量的作用。4.2.3输水管渠定线3）输水管布置原则:•线路短。•减少拆迁，少占农田。•施工、检修方便：尽量沿道路定线；尽量避开穿越滑坡、沼泽、高地下水位地段；减少与铁路、公路、河道相交。•考虑重力管与压力管结合输水。4）保证供水安全措施•一条输水管＋水池（用水区附近）•二条输水管，并设连通管1、3-泵站；2、4-高位水池压力泵站重力管第五章管段流量、管径和水头损失5.1管网计算的课题计算对象：•新建管网•旧管网扩建或改建总体计算步骤：•按最高时用水量，求管径、水头损失、水泵扬程和水塔高度（设置水塔时）。•不同工况时的核算（消防、事故、最高转输时）。具体计算步骤：•求沿线流量与节点流量。•求管段计算流量（进行管段流量分配）。•确定各管段管径和水头损失。•进行管网水力计算或技术经济计算。•确定水泵扬程与水塔高度（设置水塔时）。5.2管网图形及简化管道合并时，管径需要换算。换算方法：合并后总流量与水头损失维持不变，据此计算当量管径。nmnmDqDq11mNnNmnmnmnDlkqDlkqDlkqlDkq2211LL11)(qDDqnm同理：22)(qDDqnm...→NnmNqDDq)(qqqqDDDDDDqNnmNnmnmLL2121])()()[(omnmnnmooNDNNDDDDDD)()(/21LL当并联管道直径相同时:1)()()(21nmNnmnmDDDDDDLnmnmNnmnmDDDD)()()(21LmnNinmiDD)(1【例题】:已知D1=400mm,D2＝300mm,求两管合并后的等效管径D。（水头损失按Hazen-Willianms公式计算）解：m=4.87,n=1.85287.4852.1852.167.10DCqh)(460)300400()(87.4852.1852.187.4852.187.41mmDDmnNinmi两个基本概念：1）节点：单位长度沿程水头损失发生明显变化的交接点。通常包括：•水源节点（泵站、水塔或高位水池）•不同管径或不同材质管线交接点•相交点（如T形、十字相交）•集中向大用户供水点2）管段：两节点间的管线5.3沿线流量和节点流量沿线流量：指供给管段两侧用户所需的流量。过于复杂！配水支管干管Q2Q1Q3Q4q1q2qqqqq34576干管配水情况5.3.1沿线流量1）长度比流量法假定：水流沿管线均匀流出。长度比流量：单位管线长度上的配水流量。沿线流量的简化计算方法：lqQqsqs=长度比流量，L/sm;Q=管网总用水量,L/s;∑q=大用户集中用水量总和,L/s;∑l=干管总有效长度，m：式中：•双侧配水，等于管道长度；•单侧配水，取管道长度的一半；•无配水，取零。注意：•当供水区域内各区卫生设备或人口密度相差较大时，各区的比流量应分别计算。•比流量的大小随用水量变化而变化，最高用水时与最大转输时的比流量应分别计算。根据长度比流量qs，可计算某管段i的沿线流量qi：qi=qslii管段的有效长度,m长度比流量法的优点：计算简便。缺点：精度低。适用于：干管分布比较均匀的管网。∑∑AqQqA假定：沿线流量均匀分布在整个供水面积上。供水面积总和qi=qAAi面积比流量：单位供水面积上的配水流量。根据面积比流量qA，可计算某管段i的沿线流量qi：i管段的供水面积2）面积比流量法面积比流量法的优点：计算精度高。缺点：计算复杂。适用于：干管分布不均匀的管网。Ai估算方法：45132管段流量：沿线流量＋转输流量折算方法：将渐变流折算成恒定流→管段水头损失不变。节点流量：据沿线流量折算得出，并假定在对应管段的两节点集中流出的流量。21qtxdxqtqlqt+qlqt5.3.2节点流量lxlqqqltxlmnltdxDqlxlqkh0)(渐变流沿程水头损失：ltmntlllqlxlqdDqlxlqkql0)()(lqDnqqqktntnltm)1()(11lqqqtx均匀流沿程水头损失：将移至两端点，分别为lq+l（1-　）qlqlq+tqtqqlqtllqq,)1(管道内流量为lDqqkhmnlt)('折算系数根据水力等效原则：h’=hlqDnqqqklDqqklmlmlntntnt)1()()(11ltqq令，且取n=2577.005.0121)21(3122，，管网末端，，，管网起端，）（代入上式，得ltltqqqqf∴α＝0.5-0.577工程上，为简化计算，取α＝0.5→q=qt+1/2ql等效结果：ql分为两个1/2ql，分别在管段的始、末端集中流出。管网任一节点i的节点流量为：liqq5.0【例题】某城市最高时总用水量为260L/s，其中集中供应的工业用水量120L/s（分别在节点2、3、4集中出流40L/s）。各管段长度（单位为m）和节点编号见图。管段1-5、2-3、3-4为单侧供水，其余为双侧供水。试求：1）比流量；2）各管段的沿线流量；3）各节点流量。居住区居住区居住区绿地居住区工厂工厂居住区Q=260L/s17.5027.0560057.562.2830.227.95800800800600600600342165757.5500解：1）比流量计算配水干管计算总长度：)(44005006008003600)600(6000.55.05.05.07665645321433251mlllllllll干管比流量：)/(0.031824400120260msllqQqs2）各管段沿线流量计算)/(sllqqisi各管段沿线流量计算管段编号管段计算总长度（m）比流量(L/s.m)沿线流量(L/s)1-22-33-41-53-54-65-66-78000.5×600=3000.5×600=3000.5×600=3008008006005000.0318225.459.559.559.5525.4525.4519.0915.91合计4400140.003）节点流量计算liqq5.0节点节点连的管段节点流量(L/s)集中流量(L/s)节点总流量(L/s)12345671-2,1-51-2,2-32-3,3-4,3-53-4,4-61-5,3-5,5-64-6,5-6,7-66-70.5(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)=7.9540404017.5057.5062.2857.5027.0530.227.95合计140.00120.00260.001）目的：确定各管段中的流量，进而确定管段直径。2）流量分配原则：满足连续性方程（质量守恒），即流入任一节点的流量等于流离该节点的流量。5.4管段设计流量分配0ijiqq节点i的节点流量节点i到节点j的管段流量注意：流量带方向性，若规定流离为正，则流入为负。3）树状网特点：水流方向唯一，流量分配唯一，任一管段的流量等于以后所有节点流量总和。二级泵站5443554qqqqq11854332qqqqqqq1q2q3q4q5q6q7q89q9q10q11环状网流量分配方法：•拟定主流向，选定控制点（水压控制点－大用户、边远地区，或地形较高之处）。•按主流向布置几条平行干管，尽可能均配流量。•干管间用连接管连接，配小流量。•流量分配需满足连续性方程。4）环状网特点：流量分配有多种组合方案。基本原则：满足供水可靠性前提下，兼顾经济性。q1q2q3q4q5q6q7q8q9Q123456789658555254qqqqq节点5：21411lqqQ节点1：3252221qqqq节点2：63332qqq节点3：7454441qqqq节点4：9666365qqqq节点6：87774qqq节点7：9888587qqqq节点8：节点9：？此分配值是预分配，用来初步确定管径，实际值需进一步通过管网平差估算。5.5管径计算V4V2DAq式中：A－水管断面积，m2；D－管段直径，m;q－管段流速，m3/s;V－流速,m/s。V4qD技术上：Vmax=2.5-3.0m/s→防止严重水锤Vmin=0.6m/s→输送浑浊原水时，避免悬浮物沉积∴范围较大经济上：V↑→投资↓，但运行费用↑V↓→投资↑，但运行费用↓管径/mm平均经济流速Ve（m/s）D=100～4000.6～0.9D≥4000.9～1.4平均经济流速表5.6水头损失计算水头损失主要来自沿程损失，局部损失通常5%，可忽略不计。管网任一管段两节点的水压与该管段水头损失间关系：Hi-Hj=hij管段i-j的水头损失。从某一基准面算起的管段起端i与终端j的水压,m沿程水头损失计算公式有多种，室外给水设计规范（GB50013－2006）推荐了三种。1）塑料管：2V2gDlh式中：λ－沿程阻力系数；l－管段长度，m;D－管道内径，m;V－平均流速，m/s;g－重力加速度，m/s22）混凝土管（渠）及采用水泥砂浆内衬的金属管道yRnC1RClhi22V式中：i－单位长度水头损失（水力坡降）；C－谢才系数;R－水力半径，m。式中：n－管（渠）的粗糙系数；y－可按下式计算：)1.0(75.013.05.2nRny适用条件：04.0011.0;0.31.0nR管道计算时,y也可以取1/6,即按计算611RnC3）输配水管道、配上管网水力平差计算（适合不同的管材）87.4852.1852.167.10DCqlhih式中：q－设计流量，m3/s；Ch－海曾-威廉系数。A.Hazen