第2章城市基础设施规划(给水部分)2概要.ppt

给水管网工程设计,1 管网计算的课题 内 容：求出所有管道的直径、水头损失 重要性：管道工程的建设投资占整个给水系统总投资的 60％～80%，输配水所需的动力费用占给水系统运行总费用的40％～70%给水管网的水力计算,2 管网图形及简化 管网图形： 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“图”的连续性的管段，称为联系管段节点：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 管段：两个相邻节点之间的管道 管线：顺序相连的若干管段 环：起点与终点重合的管线 基环：不包含其它环的环 大环：包含两个或两个以上基环的环,管网图形,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 忽略：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，计算时可以忽略 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部分可分开计算；环状网上接出的树状网分开计算 节点合并：距离很近的两个节点计算时可视为一个节点沿线流量：供给管段两侧用户所需流量 传输流量：给水管中流向下一管段，没有在本管段被用户取用的流量。

集中流量：给水管网中大用户的用水量,3 沿线流量和节点流量,比流量：将扣除了集中流量后的用水量，均匀分布在干管（用水面积）上，所得到的单位长度（面积）上的流量，分别称为长度比流量和面积比流量为简化计算，假定用水量均匀分布，并且用户从管道节点处取水设计流量分配与管径设计 节点流量分配计算,1．沿线流量,（1）长度比流量 假定水量沿管网长度均匀流出管线单位长度上的配水流量，称为长度比流量，记作qcb沿线流量：干管有效长度与比流量的乘积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则每一计算管段沿线流量记作qy为：,,每一管段所负担的供水面积可按分角线法和对角线法划分注意： 1）面积比流量考虑了沿线供水面积（人数）多少对管线配水的影响，计算结果更接近实际配水情况，但计算较麻烦当供水区域的干管分布比较均匀时，二者相差很小这时，用长度比流量较好 2）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 3）同一管网，比流量的大小随用水量变化而变化各种工况下需分别计算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：,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，即节点流量节点流量：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例分配到两各节点，成为节点流量节点流量：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按照水力等效的原则，将沿线流量一分为二，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；,,【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120 L/s（分别在节点2、3、4集中出流40 L/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为一侧供水，其余为双侧供水试求：（1）比流量；（2）各管段的沿线流量；（3）各节点流量解：1．配水干管计算总长度,,2．配水干管比流量,,3．沿线流量：,,,各 管 段 沿 线 流 量 计 算,4．节点流量计算：,各 管 段 节 点 流 量 计 算,求比流量、沿线流量、节点流量,题：某城镇最高时用水量为Q=300L/s，其中工业用水量q=90L/s，集中从节点4取出。

干管各管段长度(m)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qs为（），节点4的节点流量q4为（ ）管段4-5，1-2，2-3为单侧配水，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网总计算长度： 由管网总用水量求得比流量： 沿线流量： ql1-4=qs·l1-4=0.05×600=30(L/s)； ql4-5=qs·l4-5=0.05×400=20(L/s) 节点流量折算系数取0.5，从而求得节点流量： q4=0.5×(30+20)+90=115(L/s),,,(4)管段设计流量分配与初拟管径,1、管段设计流量分配 目的：确定各管段中的流量，进而确定管段直径 流量分配要保持水流的连续性，每一节点必须满足节点流量的平衡条件：流入任一节点的流量等于流离该节点的流量，若以流入为“一”，流离为“+”，则∑Q=0a. 枝状网 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8,6,14,27,33,77,5,,,,2,1,3,4,5,6,7,8,9,10,11,b. 环状网,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。

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方法和步骤： 确定控制点位置，管网主导流向； 参照主导流向拟定各管段水流方向，以最短距离供水到大用户或边远地区； 尽量使平行的主要干管分配相近的流量（防止某些管段负荷过重），连接管要少分配流量，满足沿线配水为限（主要作用是干管损坏时转输流量） 各干管通过的流量沿主要流向逐渐减少，不要忽多忽少； 可以起端开始或从末端，满足节点流量的平衡条件 此分配值是预分配，用来选择管径，真正值由平差结果定管段直径设计,管径和设计流量的关系： D－管段直径，m； q －管段流量，m3/s； v －流速，m/s； A －水管断面积，m3 确定管径必须先选定设计流速设计流速的确定,技术上：为防止水锤现象，Vmax0.6m/s 经济上：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 一般设计流速采用优化方法求得 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水锤是在突然停电或者在阀门关闭太快时,由于压力水流的惯性,产生水流冲击波,就象锤子敲打一样,所以叫水锤一定年限T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、管线施工费用、电价等有关 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； 3）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5万人，最高日用水量定额为150Ｌ/(人·ｄ)，要求最小服务水头为16ｍ节点４接某工厂，工业用水量为400ｍ3/ｄ，两班制，均匀使用城市地形平坦，地面标高为5.OOｍ进行干管及支管水力计算（求比流量、沿线流量、节点流量、管径及水头损失枝状网水力计算,1．总用水量 设计最高日生活用水量： 50000×0.15＝7500m3/d＝86.81L/s 工业用水量： 400÷16＝25m3/h＝6.94L/s 总水量为： ΣQ＝86.81＋6.94＝93.75L/s 2．管线总长度：ΣL＝2425m，其中水塔到节点0的管段两侧无用户不计入。

3．比流量： (93.75－6.94)÷2425＝0.0358L/s,4．沿线流量：,5．节点流量：,6．干管水力计算：,,选定节点8为控制点，按经济流速确定管径（可以先确定管径，核算流速是否在经济流速范围内）7．支管水力计算：,（1）管网定线 （2）计算干管的总长度 （3）计算干管的比流量 （4）计算干管的沿线流量 （5）计算干管的节点流量 （6）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 环状网：根据一定原则先人为拟定,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 （8）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自由水压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 （1）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－，流离为＋ （2）闭合环路内水头损失平衡条件,环状网水力计算,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，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：,连续性方程：,能量方程：,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。

须求出各管段的真实流量和水头损失 闭合差 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△h 符号意义 若闭合差为正，即 △h＞0，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，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管网平差 消除管网闭合差而进行的流量调整计算的过程 调整方法 引入校正流量△ q，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，且仍要满足两个条件 平差精度 电算时： ︱△h︱ ≤ 0.01~0.05m； 手算时： 基环闭合差 ︱ △h ︱ ≤ 0.5m，大环闭合差︱ △h ︱ ≤ 1.0~1.5m.,环状管网平差方法 哈代.克罗斯法 校正流量计算公式：,1.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Ⅰ环q1=－2L/s，第Ⅱ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/s,,2．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ΔqI=+4.7L/s、ΔqII=+1.4L/s、ΔqIII= -2.3L/s，则管段3-4、4-5经校正后的流量q3-4、q4-5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: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,管道埋设深度,,,,,,,,,路面,,管道,覆土厚度,埋设深度,,,,非冰冻地区管道覆土厚度主要由外部荷 载、管道强度、管道交叉情况及土壤地基等因素决定。

金属管道的覆土厚度一般不小于0.7m 非金属管道的覆土厚度一般不小于1.0～1.2m管道基础的作用：使管道均匀承重， 防止管段下沉及破裂 管道基础的种类：天然基础、砂基础、混凝土基础。