您的访问出错了(404错误)
很抱歉，您要访问的页面不存在。
1、请检查您输入的地址是否正确。
进行查找。
3、感谢您使用本站，3秒后自动跳转至网站首页您所在位置： &
&nbsp&&nbsp&nbsp&&nbsp
第八章污水管网的设计与计算重点讲述.doc 15页
本文档一共被下载：
次 ,您可全文免费在线阅读后下载本文档。
下载提示
1.本站不保证该用户上传的文档完整性，不预览、不比对内容而直接下载产生的反悔问题本站不予受理。
2.该文档所得收入(下载+内容+预览三)归上传者、原创者。
3.登录后可充值，立即自动返金币，充值渠道很便利
需要金币：350 &&
你可能关注的文档：
······
第八章污水管网的设计与计算8．1污水设计流量计算8．2管段设计流量计算8．3污水管道的水力计算8．4污水管道工程图污水管道系统的设计任务？1计算污水设计流量2污水管道的水力计算3确定污水管道的管径、设计坡度、埋深深度4确定管道在道路断面上的位置5污水提升泵站的设置与设计6污水管道的平面图与纵剖面图8.1污水设计流量的计算污水管道设计流量是污水管道及附属构筑物通过的最大流量，常以最大日最大时流量作为污水管道系统的设计流量，L/s8.1污水设计流量的计算8.1.1生活污水设计流量1.居民生活污水设计流量 Q1—居民生活污水设计流量（L/s)n--居民生活污水定额,居民每人每日所排出的平均污水量（L/人.d)N—设计人口数（人）KZ—生活污水总变化系数说明：我国现行《室外排水设计规范》规定，可按当地用水定额的80％～90％采用。对给排水系统完善的地区可按90％计，一般地区可按80％计。污水量的变化程度通常用变化系数表示：日变化系数（Kd）：最大日污水量与平均日污水量的比值时变化系数（Kh）：最大日最大时污水量与最大日平均时污水量的比值时变化系数（Kz）：最大日最大时污水量与平均日平均时污水量的比值KZ=KdKh根据污水定额计算得出的是污水平均日流量（而给水定额得出的是最高日用水量），污水管道计算要根据最高日最高时污水流量污水平均日流量L/s 5 15 40 70 100 200 500 ≥1000
KZ 2.3 2.0 1.8 1.7 1.6 1.5 1.4 1.3
8.1污水设计流量的计算8.1.1生活污水设计流量2.公共设施排水量q—各公共建筑最高日污水量标准（L/用水单位·d）N--各公共建筑用水单位数；3.工业企业生活污水和淋浴污水设计流量一般车间Kh为3.0，生活污水定额以25L/人.班计，淋浴污水定额以40L/人.班计热或污染严重车间Kh为2.5，生活污水定额以35L/人.班计，淋浴污水定额以60L/人.班计8.1污水设计流量的计算8.1.2工业废水设计流量工业废水设计流量m—每单位产品的废水量定额（L/单位产品）M—产品的平均日产量（单位产品/d）一般情况下，工业废水Kd可取1，某些行业废水Kh如下表：工业种类 冶金 化工 纺织 食品 皮革 造纸
时变化系数Kh 1.0~1.1 1.3~1.5 1.5~2.0 1.5~2.0 1.5~2.0 1.3~1.8
8.1污水设计流量的计算8.1.3城市污水管道系统设计总流量也可按照综合生活污水量计算其中n/--综合生活污水定额【例题】某工业区，居住区人口为4000人，居民生活污水定额（平均日）=80（L/人·d），工厂最大班职工人数1000人，其中热车间职工占25%，热车间70%职工淋浴，一般车间10%职工淋浴。求该工业区生活污水总设计流量。解：1.居住区生活污水设计流量2．工业企业的生活污水和淋浴污水设计流量 （L/s）8.2污水管段设计流量的计算8.2.1设计管段的划分设计管段：两个检查井之间的管段，如果采用的设计流量不变，且采用同样的管径和坡度，则称它为设计管段。划分设计管段：只是估计可以采用同样管径和坡度的连续管段，就可以划作一个设计管段。根据管道的平面布置图，凡有集中流量流入，有旁侧管接入的检查井均可作为设计管段的起止点。设计管段的起止点应依次编上号码。8.2.2设计管段的流量确定本段流量q1——是从本管段沿线街坊流来的污水量；转输流量q2——是从上游管段和旁侧管段流来的污水量；集中流量q3——是从工业企业或其它产生大量污水的公共建筑流来的污水量。每一管段的污水设计流量为本段流量、转输流量、集中流量之和，为了方便计算，通常假定本段流量是在起点检查井集中进入设计管段的。8.2污水管段设计流量的计算8.2.1设计管段的划分本段流量计算公式q1=FqsKZq1—设计管段的本段流量（L/s）F—设计管段服务的街坊面积（hm2）KZ—生活污水的总变化系数qs—生活污水比流量L/s.hm2n-生活污水定额或综合生活污水定额L/人.dρ—人口密度人/hm2与给水计算的区别1.计算管段设计流量时，给水是从后向前推算，而排水是从前向后推算2.生活或综合生活污水定额指的是污水平均日流量，而给水指的是最高时流量3.污水本段流量（沿线流量）即为计算使用流量，不用转换成节点流量8.3污水管道的水力计算8.3.1污水管道中污水流动的特点1.污水依靠管段两端的高差从高处流向低处，属于重力流
非满流2.污水中含有一定数量的悬浮物 遵循流体流动的规律3.设计时按照均匀流公式进行计算8.3污水管道的水力计算8.3.2污水管道水力计算的设计参数1.设计充满度h/D：在设计流量下，污水管道中的水深h与管道直径D的比值称为设计充满度（或水深比）。当h/D＝１时称为满流；当h/D＜1时称为不满流。污
正在加载中，请稍后...给排水管道工程--课件
给水排水管道系统第1章 给水排水管道系统概论 第2章 管网工程规划 第3章 水力计算基础 第4章 给水管道设计用水量 第5章 给水系统的工作状况 第6章 给水工程设计 第7章 给水管道材料与附件 第8章 污水管道系统的设计计算第9章 雨水管渠的设计计算第10章 排水管渠材料及附属构筑物 第11章 给水排水管道系统的技术管理和维护2
第一章给水排水管道系统概论1.1 给水排水系统的组成1.2 给水排水管道系统的功能与特点1.3 给水管网系统1.4 排水管道系统41.1 给水排水系统的组成1.1.1给水排水系统? 给水排水系统是为人们的生活、生产、市政和消防提供用 水和废水排除设施的总称。??给水排水系统的功能：向各种不同类别的用户供应满足不 同需求的水量和水质，同时承担用户排除废水的收集、输 送和处理，达到消除废水中污染物质对于人体健康和保护 环境的目的。 给水系统（water supply system）是保障城市居民、 工矿企业等用水的各项构筑物和输配水管网组成的系统。5? ? ? ??根据系统的性质不同有四种分类方法： 按水源种类：分为地表水（江河、湖泊、水库、海洋等） 和地下水（潜水、承压水、泉水等）给水系统； 按服务范围：可分为区域给水、城镇给水、工业给水和 建筑给水等系统； 按供水方式：分为自流系统（重力供水）、水泵供水系 统（加压供水）和两者相结合的混合供水系统； 按使用目的：可分为生活给水、生产给水和消防给水系 统。 废水收集、处理和排放工程设施，称为排水系统 （sewerage system）。 根据排水系统所接受的废水的性质和来源不同，废水可 分为生活污水、工业废水和雨水三类。 整个城市给水排水系统如图1.1 6取水设施给水处理设施城市给水输配居民生活用水 公共设施用水 市政用水 城市消防用水自 然 水企业给水输配工业用水自然降水 城市雨水管道 工业废 水处理体 排放 废水净化后的处置 回 用 废水深度处理 城市污水处理设施城 市 污 水 管 道灌溉农田再生成品水输配图1.1 城市给水排水系统71.1.2、给水排水系统应具有以下三项主 要功能： ? （1）水量保障。 ? （2）水质保障。 ? （3）水压保障。81.1.3、给水排水系统组成： ? （1）取水系统。 ? （2）给水处理系统。 ? （3）给水管网系统。 ? （4）排水管道系统。 ? （5）废水处理系统。 ? （6）废水排放系统。 ? （7）重复利用系统。 给水排水系统组成如图1.29河流图1-2 城镇给水排水系统示意图 1-取水系统；2-给水处理系统；3-给水管网系统； 4-排水管道系统；5-污水处理系统；6污水排放系统101.1.4、给水排水系统工作原理给水排水系统中的各组成部分在水量、水质和水压（能 量）上有着紧密的联系，必须正确认识和理解他们的相互关系 并有效地进行控制和运行调度管理，才能满足用户对水量、水 质、和水压的要求，达到水资源优化利用、降低生产运行成本、 满足生产要求、保证产品质量、方便人们生活、保护环境、防 止灾害等目标。111.1.4.1、给水排水系统的流量关系给水排水系统流量关系如图1-3所示河 流图1-3 给水排水系统流量关系示意图 1-取水系统；2-给水处理系统；3-清水池；4-给水管网系统；5-水塔 6-用户；7-排水管道系统；8-调节池；9-均和池；10-污水处理系统121.1.4.2、给水排水系统的水质关系给水排水系统的水质主要以各组成部分的水质标 准和变化过程来体现。 ? 作为城镇给水水源，其水质必须符合国家生活饮用水 水源水质标准 ? 生活饮用水必须达到国家生活饮用水水质卫生规范要 求，工业用水和其他用水必须达到有关行业水质标准 或用户特定的水质要求 ? 废水排放，其水质要求应按照国家废水排放水质标准 及废水排放受纳水体的承受能力确定131.1.4.3.给水排水系统的水压关系给水排水整个过程都与能量有关，在给水系统中 ： 全重力供水 一级加压供水 （当水厂地势较高 、水源地势较高 、 原水水质较好 ） 二级加压供水：这是目前采用最多的供水方式 多级加压供水：（一是长距离输水时需要多级加压提 升 ；大型给水系统 ）? ?? ?14在排水系统中 ： 排水系统一般靠地形高差按重力输水 ，特 殊情况下采用压力输水。 排水系统提升： ? 埋深较大的情况 ? 局部地势低的地方 排水系统提升有可能需要进行多次。151.2 给水排水管道系统的功能与特点1.2.1、给水排水管道系统的功能 ? 水量输送：即实现一定水量的位置迁移，满 足用水和排水的地点要求； ? 水量调节：即采用贮水措施解决供水、用水 与排水的水量不平均问题。 ? 水压调节：即采用加压和减压措施调节水的 压力，满足水输送、使用和排放的能量要求。161.2.2、给水排水管道系统的特点给水排水管道系统具有一般网络系统的 特点，即分散性（覆盖整个用水区域）、连 通性（各部分之间的水量、水压和水质紧密 关联且相互作用）、传输性（水量输送、能 量传递）、扩展性（可以向内部或外部扩展， 一般分多次建成）等。同时给水排水管道系 统又具有与一般网络系统不同的特点，如隐 蔽性强、外部干扰因素多、容易发生事故、 基建投资费用大、扩建改建频繁、运行管理 复杂等。171.3 给水管网系统1.3.1、给水管网系统的组成 给水管网系统一般是由输水管（渠）、配 水管网、水压调节设施（泵站、减压阀）及 水量调节设施（清水池、水塔、高位水池） 等构成。如图1-4所示。18河 流图1-4（a） 地表水源给水管道系统示意图 1-取水构筑物；2-一级泵站；3-水处理构筑物； 4-清水池；5-二级泵站；6-输水管；7-管网；8-水塔191.3.2、给水管网系统类型1．按水源的数目分类 （1）单水源给水管网系统 （2）多水源给水管网系统213 1图1.5 多水源给水系统202．按系统构成方式分类 （1）统一给水管网系统：同一管网按相同的压力供应生活、 生产、消防各类用水。 系统简单，投资较少，管理方便。适用在工业用水量占总水 量比例小，地形平坦的地区。按水源数目不同可为单水源给水 系统和多水源给水系统。 （2）分质给水系统：因用户对水质的要求不同而分成两个 或两个以上系统，分别供给各类用户。 可分为生活给水管网和生产给水管网等。 可以从同一水源取水，在同一水厂中经过不同的工艺和 流程处理后，由彼此独立的水泵、输水管和管网，将不同水 质的水供给各类用户。 如图3 2 1 4 6 1 2 6 5 4 35图1.6 分质给水系统 采用此种系统，可使城市水厂规模缩小，特别是可 以节约大量药剂费用和动力费用，但管道和设备增多， 管理较复杂。 适用在工业用水量占总水量比例大，水质要求不 高的地区。 22（3）分区给水系统将给水管网系统划分为多个区域，各区域管网具有 独立的供水泵站，供水具有不同的水压。分区给水管网 系统可以降低平均供水压力，避免局部水压过高的现象， 减少爆管的几率和泵站能量的浪费。 管网分区的方法有两种： ?城镇地形较平坦，功能分区较明显或自然分隔而分区， 如图1-7所示 ： ?地形高差较大或输水距离较长而分区，又有串联分区 和并联分区两类 ，图1-8所示为并联分区给水管网系统， 图1-9所示为串联分区给水管网系统。23河流图1-7 分区给水管网系统24河流图1-8 并联分区给水管网系统 a-高区；b-低渠；1-净水厂；2-水塔；25河流图1-9 串联分区给水管网系统 a-高区；b-低区；1-净水厂；2-水塔；3-加压泵站263．按输水方式分类（1）重力输水：水源处地势较高，清水池中的水依靠重力 进入管网系统，无动力消耗，教经济。（2）压力输水：依靠泵站加压输水。271.4 排水管道系统1.4.1、排水管道系统的组成 排水管道系统一般由废水收集设施、排水管 道、水量调节池、提升泵站、废水输水管 （渠）和排放口等组成。如图1-10所示。28河流图1-14 排水管道系统示意图 1-排水管道；2-水量调节池；3-提升泵站；4-输水管道（渠）；5-污水处理厂291.4.2、排水管网系统的体制排水系统的体制是指在一个地区内收集和输送 废水的方式，简称排水体制（制度）。 它有合流制和分流制两种基本方式。 1．合流制 所谓合流制是指用同一种管渠收集和输送生活 污水、工业废水和雨水的排水方式。 根据污水汇集后的处置方式不同，又可把合流制分为下列三种情况：30（１）直排式合流制： 管道系统的布置就近坡 向水体，分若干排出口，混合 的污水未经处理直接排入水体， 我国许多老城市的旧城区大多采用的是这种排水体制。特点：对水体污染严重，系统简单。 这种直排式合流制系统目前不宜采用。31（２）截流式合流制 ：这种系统是在沿河的岸边铺设一条截流干管，同时在截流干管上 设置溢流井，并在下游 设置污水处理厂。晴天和初降雨 时污水 污水处理厂 排入水体或再 利用溢流井 截流管 污水厂32当混合污水的流量&截流干管的输水能力，部分混合污水??? ? 水体 ?特点：比直排式有了较大的改 进，但在雨天时，仍有部溢流井分混合污水未经处理而直接排放，成为水体的污染 源而使水体遭受污染。上 游 合 流 管截 流 管溢 流 堰溢 流 管适用于对老城市的旧合流制 的改造33（３）完全合流制 是将污水和雨水合流于一条管渠，全部送往污水 处理厂进行处理。 特点: 卫生条件较好,在街道下，管道综合也比较方便，但工程量较大， 初期投资大，污水厂的 运行管理不便。 因此，采用者不多。污水厂342．分流制所谓分流制是指用不同管渠分别收集和输送生活污水、工业废水和雨水的排水方式。排除生活污水、工业废水的系统称为污水排水系统排除雨水的系统称为雨水排水系统。根据雨水的排除方式不同，分流制又分为下列两种情况：35（１）完全分流制 既有污水管道系统，又有雨水管渠系统生活污水 工业废水 雨水 污水排水系统 污水厂 排入水体或再 利用 排入水体雨水排水系统特点：比较符合环境保 护的要求，但对城市 管渠的一次性投资较 大。适用于新建城市。36污水厂（２）不完全分流制 这种体制只有污水排水系统， 没有完整的雨水排水系统。各 种污水通过污水排水系统送至 污水厂，经过处理后排 入水体；雨水沿道路边沟，地面明渠和小河，然后进入较污水厂大的水体。如城镇的地势适宜，不易积水时，或初建城镇和小区可采用 不完全分流制，先解决污水的排放问题，待城镇进一步发展后，再建雨水排水系统，完成完全分流制的排水系统。这样可以节省初期投资，有利于城镇的逐步发展。 37（3）半分流制： 既有污水排水 系统，又有雨水 排水系统。雨水跳跃井 初降雨水 后续雨水主干管 溢流井 污水厂污水厂排入水体或再 利用 排入水体 38雨水排水系统特点：可以更好地保护水4环境，但工程费用较大，目前使用不多。适用于 污染较严重地区。1 混合制 既有分流制，又有合流制， 1剖面3 1 2这种体制可称为混合制。393．排水体制的选择（1）从城市规划方面看： ? 合流制仅有一条管渠系统，对地下建筑相互间的矛盾较 小，占地少，施工方便。分流制管线多，对地下建筑的 竖向规划矛盾较大。（2）从环境保护方面看：? 直排式合流制不符合卫生要求，新建的城镇和小 区已不再采用； ? 完全合流制排水系统卫生条件较好，但工程量大， 初期投资大，污水厂的运行管理不便，特别是在 我国经济实力还不雄厚的城镇和地区，更是无法 采用； 40? 在老城市的改造中，常采用截流式合流制，充分利用原 有的排水设施，与直排式相比，减小了对环境的危害， 但仍有部分混合污水通过溢流井直接排入水体。? 分流制排水系统的管线多，但卫生条件好，有利于环 境保护，虽然初降雨水对水体有污染，但它比较灵活， 比较容易适应社会发展的需要，一般又能符合城镇卫 生的要求，所以在国内外得到推荐应用，而且也是城 镇排水系统体制发展的方向； ? 不完全分流制排水系统，初期投资少，有利于城镇建 设的分期发展，在新建城镇和小区可考虑采用这种体 制；半分流制卫生情况比较好，但管渠数量多，建造 费用高，一般仅在地面污染较严重的区域（如某些工 厂区等）采用。 41（3）从投资方面看：分流制比合流制高。合流制只敷设一条管渠，其管渠断面 尺寸与分流制的雨水管渠相差不大，管道总投资较分流制 低20%～40%，但合流制的泵站和污水厂却比分流制的造 价要高。由于管道工程的投资占给排水工程总投资的 70%～80%，所以总的投资分流制比合流制高。 如果是初建的城镇和小区，初期投资受到限制时，可以考虑采用不完全分流制，先建污水管道而后建雨水管道系统，以节省初期投资，有利于城镇发展，且工期短，见 效快，随着工程建设的发展，逐步建设雨水排水系统。42（4）从排水系统的管理上看： 合流制管道系统在晴天时只是部分流，流速较低，容易 产生沉淀，据经验，管中的沉淀物易被 暴雨水流冲走，这样以来合流制管道系统的维护管 理费用可以降低，但是，流入污水厂的水量变化较 大，污水厂运行管理复杂。分流制管道系统可以保证管内的流速，不致 发生沉淀，同时，污水厂的运行管理也易于控制。43排水系统体制的选择，应根据城镇和工业企业规划、当地 降雨情况和排放标准、原有排水设施、污水处理和利用情况、 地形和水体等条件，在满足环境保护的前提下，全面规划， 按近期设计，考虑远期发展，通过技术经济比较，综合考虑 而定。 ?新建的城镇和小区宜采用分流制和不完全分流制；? 老城镇可采用截流式合流制； ? 在干旱少雨地区；或街道较窄地下设施较多而修建 污水和雨水两条管线有困难的地区，也可考虑采用 合流制。44
第2章 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5给水排水管网工程规划规划原则和工作程序 技术经济分析方法 城市用水量预测计算 给水管网系统规划布置 排水管网系统规划布置462.1 规划原则和工作程序给水排水系统规划是城市总体规划工作的重要组成部分， 必须与城市总体规划相协调。 规划内容：① 给水水源； ② 给水处理厂； ③ 给水管网； ④ 排水管网； ⑤ 排水处理厂；⑥ 废水排放与利用。 规划任务：① 确定服务范围、规模 ② 水资源利用与保护措施 ③ 系统的组成与体系结构 ④ 主要构筑物位置 ⑤ 水处理工艺流程与水质保证措施 ⑥ 管网规划和干管定线 ⑦ 废水处置方案与环境影响评价 ⑧ 工程规划的技术经济比较47? 2.1.1 给水排水工程规划原则? （1） 执行相关政策、法规? （2） 服从城镇发展规划（以城市规划作为给排水系统 规划的依据）? （3） ? （5） ? （6） 合理确定远近期规划与建设范 合理利用水资源和保护环境 规划方案尽可能经济、高效 ? （4） 一般按远期规划、按近期设计和分期建设48? 2.1.2 规划工作程序? ? ? ? ? （1） 明确规划任务，确定规划编制依据 （2） 收集资料，现场勘察 （3） 确定用水定额，估算用水量和排水量 （4） 制定工程规划方案 （5）根据规划期限，提出分期实施规划的步 骤和措施 （6） 编制规划文件，绘制规划图纸，完成规 划成果文本492.2技术经济分析方法技术经济分析－是在满足工程建设目标的条件下 （技术上可行），计算方案的经济费用。?数学分析法：是将工程方案构成工程费用最小化数学 ? ? 模型，将工程费用作为函数，就工程技 ? ? 术要求作为约束条件，通过数学最优化 ? 技术经济分析法? 求解计算，使目标函数达到最远解。 ? ? ?方案比较法：通过多方案的比较，从有限个方案中需 ? ? 求经济效果最佳的方案。 ?502.2.1静态年计算费用法C W＝ ＋Y T 式中 W－年计算费用，元 / C－工程项目投资额，元； Y－年运行费，元 / a。T－投资偿还期，a，一般由项目的性质和投资来源情况确定；51方法简单，确定T比较困难，且此法不能反映资金的 时间价值因素，经济概念不够清晰。2.2.2动态年计算费用法动态年计算费用法－是针对不同时间的经济因素的变化，对项目在一定时期内发生的投资、运行成本等费用折 算成当前的现值作为经济比较的指标，称为折现计算。52? 投资资金的时间价值计算常采用复利法（ ）当资金的现值为P，利率为i%，则n年后的资金终值F为 1n F＝（ ＋i%）P 1（2）已知n年后的资金终值为F，则现值P为 P＝ ＝?F n （1＋i %） 式中?－折现系数 F将资金的终值折算为现值称为贴现，其相应的利率称为贴现率。53（3）当资金现值为P，利率为i %，设在n年内各年平均 分摊资金现金A，则各年分摊资金现值的计算方法如下 A 第一年：A1＝ （ ＋i %） 1 A 第二年：A2＝ 2 （ ＋i %） 1 A 第 n 年：An＝ n （ ＋i %） 154为保证资金现值P得到回收，则有：P＝? A1＋A2＋? An） （ ＋ A A A ? ? ＝? ? ＋ ??? 2 n （ ＋i %） （ ＋i %） 1 （ ＋i %） ? 1 ? 1 ?n （ ＋i %） ? 1 1 ? A n i % 1 i %） （＋55动态法更能反映项目经济效益的真实性。工程项目的年计算费用值为W＝?C＋Y＝ C＋Y T （1＋i %） ? 1i % 1＋i %） （T56【例】某给水工程项目建设投资为5800万元，年运行费用 为245万元，求：1）投资偿还期为20年的静态计算费用值； 2）利率为5.5%，还款期为20年的动态年费用值。【解】 静态年计算费用值为：C 5800 W＝ ＋Y＝ ＋245＝535万元 / a T 20动态年计算费用值为：W＝?C＋Y＝
（ ＋5.5%） ? 1 1 ? 0.084 ? 5800 ? 245 ? 730.34万元 / a575.5% 1＋5.5%） （202.3城市用水量预测计算? 是决定水资源使用量、建设规模、投资额的依据 。? 包括：① 城市给水工程统一供给的部分 ②城市给水工程统一供给以外的所有用水量 的总和582.3.1用水量及其变化一、 用水量的表示 （1）城市用水量包括： 1) 2) 3) 4) 5) 综合生活用水量，包括居民生活用水和公共设施用水 工业企业生产用水量和工作人员生活用水量 消防用水量 市政用水量，主要指浇洒道路和绿地用水量 未预见水量及给水管网漏失水量。59（2）表示方法 1) 最高日用水量Qd：用水量最多一年内，用水量最多一天的用水量。m3/d 2) 最高日平均时用水量Qd/24，m3/h 3) 平均日用水量Qad：用水量最多一年内平均每天的用水量 4) 最高时用水量Qh：用水量最多一年内，用水量最多一天中，用水量最大的一小时的用水量。60二、 用水量变化的表示（1）用水量变化系数 1) 日变化系数Kd 一般日变化系数Kd 为1.1～2.0 2) 时变化系数Kh （2）用水量变化曲线Kh ? Qh Qd / 24Qd 表示一天24小时的变化情况 Qh ? Kh 24612.3.2（1）城市用水量预测计算分类估算法 按照用水的性质分类（生活、生产等）→确定用水 量 标 准 → 确 定 各 自 用 水 量 → 总 用 水 量 DDDD用于设计阶段 （2） 单位面积法 根据城市用水区域面积估算用水量104m3/km2 d （3） 人均综合指标法城市人口平均总用水量称为人均综合用水量。62（4）年递增率法（指数曲线的外推模型）Qa ? Qo (1 ? ? ) t(m 3 / d )式中 Qo－起始年份平均日用水量，m 3 / d Qa－起始年份后第t年的平均日用水量，m 3 / d?－用水量年平均增长率，％t－年数，a63（5）线性回归法（一元线性回归模型）Qa ? Qo＋?Q ? t (m 3 / d )式中 ?Q －日平均用水量的年平均增量，根据历史数据回归计算求得，m 3 / d（6）生长曲线法642.42．4．1给水管网系统规划布置给水管网布置原则与形式1．给水管网布置原则（1）按照城市总体规划，结合实际布置（2）主次明确（3）尽量缩短管线长度 （4）协调好与其他管道关系（5）保证供水安全可靠（6）尽量减少拆迁，少占农田（7）施工、运行和维护方便（8）远近期结合，留有发展余地652．给水管网布置基本形式 （1）树状网： 特点：●管线长度短，构造简单，投资省 ●安全可靠性差二级泵站●水力条件差，易产生“死水区”，末端水流停滞影响水质 适用：对供水安全可靠性要求不高的小城市和小型工业企业。66（2）环状网： 特点：●管线长度长，投资大●安全可靠性好●水力条件较好，不易产生“死水区”，水 锤 危害轻。二级泵站适用：对供水安全可靠性要求较高的大、中城市和 大型工业企业。672．4．21．特点 （1）距离长输水管渠定线（2）障碍物多，地形、地质复杂 （3）易损坏，维修困难 （4）一旦出现故障，易引起供水中断2．原则 （1）尽量缩短管线长度，减少拆迁，少占农田 （2）选择最佳的地形和地质条件，尽量沿现有道路定线， 以利施工和检修 （3）减少与铁路、公路和河流的交叉 （4）避免穿越滑坡、岩层、沼泽、高地下水位和河水淹没 冲刷地区 683．输水方式?重力输水 ? ?压力输水 ?混合输水：重力输水与压力输水结合 ??单管输水：一条输水管 ? 调节池 ? ?双管输水：两条输水管，中间加设连接管692. 4. 3 给水管网定线干管 分配管 二级泵站 连接管 干管 水塔（1）内容：包括干管和连接管（干管之间），不包括从干管到用户的分配管和进户管。70（2）管网定线要点 ● 以满足供水要求为前提，尽可能缩短管线长度；● 干管延伸方向与管网的主导流向一致，主要取决于二级泵站到大用水户、水塔的水流方向 ● 沿管网的主导流向布置一条或数条干管 减少单侧配水的管线长度； ● 干管之间的间距根据街区情况，宜控制在500~800m 左右，连接管间距宜控制在800~1000m左右；71● 干管应从两侧用水量大的街道下经过（双侧配水），● 干管一般沿城市规划道路定线，尽量避免在高级路面 或重要道路下通过； ● 管线在街道下的平面和高程位置，应符合城镇或厂区 管道的综合设计要求。 （3）分配管、进户管1）分配管： 敷设在每一街道或工厂车间的路边，将干管中的水送到用户和消火栓。直径由消防流量决定（防止火灾时分配管中的水头2）进户管：一般设一条，重要建筑设两条，从不同方向引入。 72损失过大），最小管径为100mm，大城市一般150mm~200mm。2．5排水管网系统规划布置2．5．1 排水管网布置原则与形式 1．排水管网布置原则 （1）按照城市总体规划，结合实际布置 （2）先确定排水区域和排水体制，然后布置排水管网，按从主干管到干管到支管的顺序进行布置；（3）充分利用地形，采用重力流排除污水和雨水，并使管线最短和埋深最小；（4）协调好与其他管道关系 （5）施工、运行和维护方便 （6）远近期结合，留有发展余地732．排水管网布置形式排水管网一般布置成树状网，根据地形、竖向规划、污水厂的位置、土壤条件、河流情况以及污水种类和污染程度等分为多种形式，以地形为主要考虑因素的布置形式有以下几种：74(1) 正交式： 在地势向水体适当倾 斜的地区，各排水流域的 干管可以最短距离沿与水 体垂直相交的方向布置。 特点： 干管长度短，管径小，较经济，污水排出也迅 速。由于污水未经处理就直接排放，会使水体遭受 严重污染，影响环境。适用：雨水排水系统。75(2) 截流式：沿河岸再敷设主干管， 并将各干管的污水截流 送至污水厂，是正交式 发展的结果。污水厂特点：减轻水体污染，保护环境。 适用：分流制污水排水系统。76（3）平行式：在地势向河流方向有较大倾斜的地区，可使干管与等高线及河道基本上平行，主干管与等高线及河道成一倾斜角敷污水厂设。特点：保证干管较好的水力条件，避免因干管坡 度过大以至于管内流速过大，使管道受到严重冲 刷或跌水井过多。 适用：地形坡度大的地区。77(4) 分区式：在地势高低相差很大的地区，当污水不能靠重力流至污水厂污水厂时采用。分别在高地区和低地区敷设独立的管道 系统。高地区的污水靠重力 流直接流入污水厂，而低地 区的污水用水泵抽送至高地 区干管或污水厂。泵站优点：能充分利用地形排水，节省电力。适用：个别阶梯地形或起伏很大的地区。78(5) 分散式： 当城镇中央部分地势高，且向周围倾斜，四周又有多处排 水出路时，各排水流域的干管 常采用辐射状布置，各排水流域具有独立的排水系统。特点： 干管长度短，管径小，管道埋深浅，便于污水灌 溉等，但污水厂和泵站（如需设置时）的数量将增 多。适用：在地势平坦的大城市79(6) 环绕式： 可沿四周布置主干管， 将各干管的污水截流送 往污水厂集中处理，这 样就由分散式发展成环 绕式布置。污水厂特点：污水厂和泵站（如需设置时）的数量少。基建投资和运行管理费用小。802．5．2 污水管网布置主要内容包括：? 确定排水区界，划分排水流域； ? 选定污水厂和出水口的位置； ? 进行污水管道系统的定线； ? 确定需要抽升区域的泵站位置； ? 确定管道在街道上的位置等。一般按主干管、干管、支管的顺序进行布置。811．确定排水区界、划分排水流域排水区界是污水排水系统设置的界限。它是根据城 市规划的设计规模确定的。 在排水区界内，一般根据地形划分为若干个排水流域。（1）在丘陵和地形起伏的地区：流域的分界线与地形的 分水线基本一致，由分水线所围成的地区即为一个 排水流域。 （2）在地形平坦无明显分水线的地区：可按面积的大小 划分，使各流域的管道系统合理分担排水面积，并 使干管在最大合理埋深的情况下，各流域的绝大部 分污水能自流排出。82每一个排水流域内，可布置若干条干管，根据流域地 势标明水流方向和污水需要抽升的地区。 2．选定污水厂和出水口位置现代化的城市，需将各排水流域的污水通过主干管输 送到污水厂，经处理后再排放，以保护受纳水体。在污水 管道系统的布置时，应遵循如下原则选定污水厂和出水口 的位置。 （1）出水口应位于城市河流下游。当城市采用地表水源时，应位于取水构筑物下游，并保持100 m以上的 距离。（2）出水口不应设在回水区，以防止回水污染。（3）污水厂要位于河流下游，并与出水口尽量靠近，以减少排放渠道的长度。83（4）污水厂应设在城市夏季主导风向的下风向，并与城 市、工矿企业和农村居民点保持300 m以上的卫生防 护距离。 （5）污水厂应设在地质条件较好，不受雨洪水威胁的地 方，并有扩建的余地。 3．污水管道定线 在城市规划平面图上确定污水管道的位置和走向，称 为污水管道系统的定线。 主要原则：采用重力流排除污水和雨水，尽可能在管线最 短和埋深较小的情况下，让最大区域的污水能 自流排出。 影响因素：城市地形、竖向规划、排水体制、污水厂和出 水口位置、水文地质、道路宽度、大出水户位置等。84（1）主干管 ● 地形平坦或略有坡度，主干管一般平行于等高线 布置，在地势较低处，沿河岸边敷设，以便于收 集干管来水。 ● 地形较陡，主干管可与等高线垂直，这样布置主 干管坡度较大，但可设置数量不多的跌水井，使干管的水力条件改善，避免受到严重冲刷。● 避开地质条件差的地区85（2）干管 ● 尽量设在地势较低处，以便支管顺坡排水；● 地形平坦或略有坡度，干管与等高线垂直（减小埋 深） ● 地形较陡，干管与等高线平行（减少跌水井数量）● 一般沿城市街道布置。通常设置在污水量较大、地下管线较少、地势较低一侧的人行道、绿化带或慢车道下，并与街道平行。当街道宽度&40m，可考虑在街两侧设两条污水管，以减少连接支管的长度和 数量。86（3）支管 布置形式有： 1）低边式： 当街坊面积取决于地形和街坊建筑特征，并应便于用户接管排水。较小而街坊内污水又采用集中出 水方式时，支管 敷设在服务街坊 较低侧的街道下。87(a)2）周边式（围坊式） 3）穿坊式 当街坊或小区已按规划确定， 当街坊面积较 其内部的污水管网已按建筑物需 大且地势平坦时， 要设计，组成一个系统时，可将 宜在街坊四周的街 该系统穿过其它街坊，并与所穿 道下敷设支管。 街坊的污水管网相连。884．泵站位置 （1）中途泵站：当管道的埋深超过最大允许埋深时， 应设置泵站以提高下游管道的管位；（干管或主干管中途）（2）局部泵站：地形复杂的城市，往往需要将地势较 低处的污水抽升至地势较高地区的污 水管道中；（局部低洼地区） （3）总泵站（或终点泵站）：污水管道系统终点的埋深一般都很大，而污水厂的第一个处理构筑物一般埋深较浅，或设在地面以上，这就需要将管道系统输送来的污水抽升到第一个处理构筑物中。（污水厂起端）894．泵站位置 （1）中途泵站：当管道的埋深超过最大允许埋深时， 应设置泵站以提高下游管道的管位；（干管或主干管中途）（2）局部泵站：地形复杂的城市，往往需要将地势较 低处的污水抽升至地势较高地区的污 水管道中；（局部低洼地区） （3）总泵站（或终点泵站）：污水管道系统终点的埋深一般都很大，而污水厂的第一个处理构筑物一般埋深较浅，或设在地面以上，这就需要将管道系统输送来的污水抽升到第一个处理构筑物中。（污水厂起端）90泵站设置的具体位置，应综合考虑环境卫生、地 质、电源和施工条件等因素，并征得规划、环保、城 建部门的同意。5．确定污水管道在街道下的具体位置 在城市街道下常有各种管线，如给水管、污水管、雨水管、煤气管、热力管、电力电缆、电讯电缆等。此外，街道下还可能有地铁、地下人行横道、工业隧道等地下设施。这就需要在各单项管道工程规划的基础上， 以利施工和维护管理。91综合规划，统筹考虑，合理安排各种管线在空间的位置，由于污水管道为重力流管道，其埋深大，连接支 管多，使用过程中难免渗漏损坏。所有这些都增加了 污水管道的施工和维修难度，还会对附近建筑物和构 筑物的基础造成危害，甚至污染生活饮用水。 因此，污水管道与建筑物应有一定间距，与生活 给水管道交叉时，应敷设在生活给水管的下面。污水 管道与其它地下管线或构筑物的最小净距可参照附录10－1确定。92? 管线综合规划时，所有地下管线都应尽量设置在人行道、非机动车道和绿化带下，只有在不得已时，才考虑将埋深大，维修次数较少的污水、雨水管道布置在机动车道下。? 各种管线在平面上布置的次序一般是，从建筑规划线向道路中心线方向依次为：电力电缆―― 电讯电 缆―― 煤气管道 ―― 热力管道―― 给水管道―― 雨水管道―― 污水管道。? 若各种管线布置时发生冲突，处理的原则是：未建让已建的，临时让永久的，小管让大管，压力管让无压 管，可弯管让不可弯管。93? 在地下设施较多的地区或交通极为繁忙的街道下，应把污水管道与其它管线集中设置在隧道（管廊） 中，但雨水管道应设在隧道外，并与隧道平行敷设。942．5．3 雨水管网布置1．充分利用地形，就近排入水体（1）基本原则：雨水管渠应尽量利用自然地形坡度布置，要以最短的距离靠重力流将雨水排入附近的池塘、河流、湖泊等水体中。（2）当地形坡度较大时，雨水干管布置在地形低处或溪 谷线上；当地形平坦时，雨水干管布置在排水流域的中间，以便于支管接入，尽量扩大重力流排除雨水的范围。952．尽量避免设置雨水泵站 当地形平坦，且地面平均标高低于河流的洪水位标高时，需将管道适当集中，在出水口前设雨水泵站，经抽升后排入水体。尽可能使通过雨水泵站的流量减到最小，以节省泵站的工程造价和经常运行费用。 3．根据城市规划布置雨水管道? 通常应根据建筑物的分布，道路布置及街坊或小区内部的地形，出水口的位置等布置雨水管道，使街坊或 小区内大部分雨水以最短距离排入街道低侧的雨水管道。96? 雨水干管的平面和竖向布置应考虑与其它地下管线和构筑物在相交处相互协调，以满足其最小净距的要求。排水管道与其它管线（构筑物）的最小净距见附录10－1。市区内如有可利用的池塘、洼地等，可考虑雨水的调蓄。在有连接条件的地方，可考虑两个管 渠系统之间的连接。? 雨水管道应平行道路敷设，宜布置在人行道或绿化带下，不宜布置在快车道下，以免积水时影响交通或维修管道时破坏路面。当道路大于40 m时，应考虑在道路两侧分别设置雨水管道。974．采用明渠或暗管的选择 （1）暗管：在城市市区或厂区内，由于建筑密度高，交 通量大，一般采用暗管排除雨水。 特点----卫生条件好、不影响交通，造价高。 （2）明渠：在城市郊区，建筑密度较低，交通量较小的地 方，一般考虑采用明渠。特点---造价低；但明渠容易淤积，孳生蚊蝇，影响环境卫生，且明渠占地大，使道路的竖向规划 和横断面设计受限，桥涵费用也增加。 在地形平坦、埋设深度或出水口深度受限制的地区， 可采用暗渠（盖板渠）排除雨水985．合理布置雨水口，保证路面雨水顺畅排除 雨水口的布置应根据1地形和汇水面积确定，以使雨水不致漫过路口。2一般在道路交叉口的汇水点、低洼地段均应设置雨水口。此外，在道路上每隔25～50 m也应设 置雨水口。99此外，在道路路面上应尽可能利用道路边沟排 除雨水，为此，在每条雨水干管的起端，通常利用 道路边沟排除雨水，从而减少暗管长度约100～150m，降低了整个管渠工程的造价。1231006．雨水出水口的布置（1）分散出水口：当管道将雨水排入池塘或小河时，水位变化小，出水口构造简单，宜采用分散出水口。就近排放管线短、管径小，造价低。（2）集中出水口式： 当河流等水体的水位变化很大，管道的出水口 离常水位较远时，出水口的构造就复杂，因而造价 较高，此时宜采用集中出水口式布置形式。1017．排洪沟的设置 对于傍山建设的城市和厂矿企业，为了消除洪水 的影响，除在设计地区内部设置雨水管道外，尚应考虑在设计地区周围或超过设计地区设置排洪沟，以拦截从分水岭以内排泄下来的洪水，并将其引入附近水体，以保证城市和厂矿企业的安全。8．调蓄水体的设置可调节洪峰流量。102
第3章给水排水管网水力学基础3.1 给排水管网水流特征 3．2 管渠水头损失计算 3．3 非满流管渠水力计算3．4 管道的水力等效简化3.1给排水管网水流特征3．1．1 流态特征Re ?层流： ? 2000 ? ? 1.流态?过渡流 : 2000? Re ? 4000 ? Re （给排水管网一般按紊 流考虑） ?紊流： ? 4000 ?2 ?阻力平方区（粗糙管区 h ? v（管径D较大或管壁较粗糙） ） ? ? 2 2.紊流?过渡区 h ? v1.2～（管径D较小或管壁较光滑） ? ?水力光滑区 h ? v1.75 ?1053．1．2 恒定流与非恒定流 水量变化－非恒定流（复杂）－按恒定流计算 3．1．3 均匀流与非均匀流 水流参数往往随时间和空间变化－非均匀流1063．1．4 压力流与重力流 1．压力流：hf∝n、l、v；与H、I无关（压能 克服水流阻力） 2．重力流：靠水的位能克服 3．1．5 水流的水头与水头损失 水头是指单位重量的流体所具有的机械能。 H＝Z＋P/γ＋v2/2gv2 v2 Z ? ?? , 忽略 ? 2g 2g P107水头损失：流体克服流动阻力所消耗的? 机械能 ?沿程水头损失 ? ?局部水头损失 ?1083．2管渠水头损失计算3．2．1 沿程水头损失计算管渠沿程水头损失用谢才公式v ? C Rii?v2 C2Rh f ? il ?v2 C R2l(m)109圆管满流，沿程水头损失也可以用达西公式表示：l v hf ? ? D 2g 8g 式中 ?－沿程阻力系数，?＝ 2 C2( m)C、λ与水流流态有关，一般采用经验公式或半经验公式计算。常用：1101．舍维列夫公式适用：旧铸铁管和旧钢管满管紊流，水温100C0（给水管道计算）? 0.00214g ? D0.3 ? ??? ? 0..867? 0.3 ? ?1 ? ? ? 0.3 v ? ? ? Dv ? 1.2m/sv? 1.2m/s1112 ? 0.00107v l ? D1.3 ? hf ? ? 2 ? 0.000912v ? 0.867 ? 0.3 ?1 ? ? l ? v ? ? ? D1.3 2．海曾－威廉公式v ? 1.2m/sv? 1.2m/s适用：较光滑圆管满流紊流（给水管道）13.16 gD 0.13 ?＝ 1.852 0.148 Cw q 式中 q－流量，m 3 / s Cw－海曾－威廉粗糙系数112hf＝10.67q1.8521.852 4.87 Cw Dl3．柯尔勃洛克－怀特公式适用：各种紊流，是适应性和计算精度最高的公式C ? ? e C＝－17.71lg ? ? ? ? 14.8R 3.53 Re ? 2.51 ? ? e 或 ? ?2 lg ? ? ? ? ? 3.7 D Re ? ? 1113式中 Re －雷诺数， ＝ Re4vR??vD?，其中?是与水温有关的水动力粘度系数，m 2 / e－管壁当量粗糙度，m，由实验确定。 但此式需迭代计算，不便于应用，可以简化为 直接计算的形式： 4.462 ? ? e C＝－17.71 lg ? ? 0.875 ? ? 14.8 R Re ? 1 4.462 ? ? e 或 ＝－2 lg ? ? 0.875 ? ? ? 3.7 D Re ?1144. 巴甫洛夫斯基公式 适用：明渠流、非满流排水管道R C＝ nBy式中 y ? 2.5 nB ? 0.13 ? 0.75 R ( nB ? 0.10) nB ?巴甫洛夫斯基公式粗糙系数。 hf ? nB v R2 2 2 y ?1l1155．曼宁公式曼宁公式是巴甫洛夫斯基公式中y=1/6时的特例，适用于明渠或较粗糙的管道计算。C?6RnM式中 n M －曼宁粗糙系数，与巴甫洛夫斯基公式n B 相同。 hf ?2 nM v 2R 1.333l或h f ?2 10.29n M q 2D 5.333l1163．2．2 沿程水头损失计算公式的比较与选用? 巴甫洛夫斯基公式适用范围广，计算精度也较高， 特别是对于较粗糙的管道，管道水流状态仍保持较 准确的计算结果，最佳适用范围为1.0≤e≤5.0mm； 曼宁公式亦适用于较粗糙的管道，最佳适用范围为 0.5≤e≤4.0mm； 海曾－威廉公式则适用于较光滑的管道，特别是当 e≤0.25mm（CW≥130）时，该公式较其它公式有 较高的计算精度； 舍维列夫公式在1.0≤e≤1.5mm之间给出了令人满意 的结果，对旧金属管道较适用，但对管壁光滑或特 别粗糙的管道是不适用的。117? ??3．2．3 局部水头损失计算v hm ? ? 2g式中 hm――局部水头损失，m；2ξ――局部阻力系数。给水排水管网中局部水头损失一般不超过沿 程水头损失的5%，常忽略局部水头损失的影响， 不会造成大的计算误差。1183．2．4水头损失公式的指数形式 有利于管网理论分析，便于计算机程序设计。 1．沿程水头损失公式的指数形式为：hf ?kqnDmnl式中 k、n、m――指数公式参数； a――比阻，即单位管长的摩h f ? aq l h f ? s f qna 阻系数， ?k Dm;kl Dms f ― ―摩阻系数，s f ? al ?。1192．局部水头损失公式的指数形式为：hm ? s m qn式中 Sm――局部阻力系数；3．沿程水头损失与局部水头损失之和hg ? hm ? h f ? (sm ? s f )q ? s g q式中 Sg――管道阻力系数； s g。nn? sm ? s f1203．3 非满流管渠水力计算h 水力计算目的：确定 q、v、D、 、i之间的水力关系。 D 3．3．1非满流管渠水力计算公式1．非满流管渠水力计算公式D2 h D2 h h h ?1 A＝A（D，h / D）＝ cos (1 ? 2 ) ? (1 ? 2 ) (1 ? ) 4 D 2 D D D h h h D(1 ? 2 ) (1 ? ) D D D D R ? R（D，h / D）＝ ? h 4 ?1 2 cos (1 ? 2 ) D121谢才公式v ? C RI常用的均匀流基本公式有：曼宁公式C ?1 nMR1 / 6Q ?? ?v式中 Q ―― 流量（m3/s）； ω ―― 过水断面面积（m2） v ―― 流速（m/s）；1 v ? ?R ?I n2 31 2D h图9.2 充满度示意图水力半径（ｍ）； I ―― 水力坡度（即水面坡度，等于管底坡度）。R ――n ―― 管壁粗糙系数（见表）。122排水管渠粗糙系数表管渠类别 石棉水泥管、 钢管 木槽 陶土管、铸铁 管 混凝土管、钢 筋混凝土管 水泥砂浆抹面 渠道 粗糙系数 n 0.012 0.012～0.014 0.013 管渠类别 浆砌砖渠道 浆砌块石渠道 干砌块石渠道 土明渠 包括（带草皮 ） 粗糙系数 n 0.015 0.017 0.020～0.0250.013～0.0140.025～0.030123v? q?1 nM 1 nMR 3I 2 ?2 1211 nM 1R 3 (D, h/D)I 22 121AR 3 I 2 ?nMA(D, h/D) R 3 (D, h/D)I 2DD非满流管渠水力计算基本公式 v、q、D、h/D、I五个变量，已知三个，求另两 个。124简化： ? 水力计算表，按两个公式制成图表。简单，精度较差，且只适用于一种管材。? 借助满流水力计算公式并通过一定的比例变换进行计算。假设一条满流管渠与待计算的非满 流管渠具有相同的D和I，满流时，1 2 Ao ? ?D 4D Ro ? 4qo ?1 nM2 Ao Ro / 3 I 1 / 2vo ?1 nM2 Ro / 3 I 1 / 2125R ＝1 ? Ro2(1 ? 2h h h ) (1 ? ) D D D ＝f 1 ( h ) D h ?1 cos (1 ? 2 ) DA 1 h 2 h h h ＝ cos ?1 (1 ? 2 ) ? (1 ? 2 ) (1 ? )＝f 2 ( h ) D Ao ? D ? D D D q A R ? ( qo Ao Ro2 ?3 2 ) 3 ＝f 3(hD)? R v ? ＝f 4 ( h ) ＝? D v o ? Ro ? ? ?1263．3．2 非满流管渠水力计算方法1．常采用水力计算图或表进行计算水力计算图适用于混凝土及钢筋混凝土管道，其粗糙 系数 n＝0.014。每张图适用于一个指定的管径。图上的纵 座标表示坡度 I，即是设计管道的管底坡度，横座标表示 流量 Q，图中的曲线分别表示流量、坡度、流速和充满度 间的关系。当选定管材与管径后，在流量 Q、坡度 I、流速 v、充满度 h/D四个因素中，只要已知其中任意两个，就可由图查出另外两个。2.借助于满流水力计算公式并通过一定的比例变换进行计算。1273．4 管道的水力等效简化管网简化：利用水力等效简化原理水力等效简化原则：简化后，等效的管网对象与原来的实际对象具有相同的水力特性。1283．4．1 串联或并联管道的简化1．串联hf ? kq n kq n dm lN kq n l i l ? dm d im i ?1 1 N li d ? (l / )m d im i ?1??1292．并联n kq1 l kq l? ? dm d1m m n N d ? ( d in ) m i ?1 n n kq2 l d2m? ?? ?n kqN l dN m?当并联管道直径相同时d1 ? d 2 ? ?? ? d N ? d i d?n ( Nd im / n ) m?n (N ) m di1303．4．2 沿线均匀出流的简化 干管配水情况配水支管Q 1 q1 q 3 Q2 q2q5 q4Q3q7配水干管Q4q6图 14-1 干管配水情况131ql q x ? qt ? (l ? x) l沿程水头损失qt假设沿线出流是均匀 的，则管道的任一断 面上的流量qtqtq t + q l1x2qtl?x k ( qt ? ql ) n l (qt ? ql ) n ?1 ? qtn ?1 l hf ? ? dx ? k l 0 (n ? 1)d m ql dm132管道内流量为qt + ql　 ）（将 ql 移至两端点， 分别为 (1 ? ? )ql , ?ql1-qlqt +qlql qtqx ? qt ? ?ql沿程水头损失l?x k ( qt ? ql ) n l (qt ? ql ) n ?1 ? qtn ?1 l hf ? ? dx ? k l 0 (n ? 1)d m ql dm133根据水力等效原则(qt ? ?ql ) ( qt ? ql ) hf ? k l?k dm (n ? 1)d m qlnn ?1n ?1 ? qtlqt 1 2 令n ? 2，? ? ，代入上式，得? ? ? ? ? ? ? ? ql 3 ?管网起端，qt ?? ql，? ? ?，? ? 0.5 ? ? f（?） ? ?管网末端，qt ?? ql，? ? 0，? ? 0.577一般, ? ? 0.5,qi ? ? 0.5ql1340.5ql qt + qlqt +0.5ql0.5ql qt一般, ? ? 0.5,qi ? ? 0.5ql3．4．3 局部水头损失计算的简化 一般忽略，特殊情况下，局部水头损失必须 进行计算。135
第四章设计用水量4.1 最高日设计用水量 4．2 设计用水量变化1374.1 最高日设计用水量1．最高日设计用水量定额 （1）居民生活用水 居民生活用水定额和综合生活用水定额（包括 公共设施生活用水量）见《室外给水设计规范》 （2）工业企业?以每万元产值用水量表示 ? 1） 生产用水定额?单位设备用水量 ?单位产品用水量 ?1382)?一般车间25L / 人 ? 班 职工生活用水定额? ?高温车间35L / 人 ? 班?一般车间40 L / 人 ? 班 职工淋浴用水定额? ?高温车间60 L / 人 ? 班（3）消防用水：按《建筑设计防火规范》执行（4）其他用水 1）浇洒道路：1～2 L/m2 ?次，每日2～3 2）绿化：1.5～4 L/m2 ?d1392．最高日设计用水量计算Qd （1）城市最高日综合生活用水量（包括公共设施 生活用水量）q1i N1i Q1 ? ? 1000式中( m3 / d )q1i ― ―城市各用水分区的最高日综合生活用水定额，L / 人 ? d N1i ― ―设计年限内城市各用水分区的计划用水人口数，人。（2）工业企业生产用水量140Q2 ? ? q N (1? f ) (m3 / d ) 2i 2i i式中 q2i ― ―各工业企业最高日生产用水量定额，m3 / 万元，m3 / 单位产量或 m3 （单位生产设备 ? d） / N 2i ― ―各工业企业产值，万元 / d，或产量，或生产设备数量 fi ― ―各工业企业生产用水重复使用率。（3）工业企业职工生活用水和淋浴用水量q3ai N3ai ? q3bi N3bi Q3 ? ? ( m3 / d ) N3a1 ? q3a 2 N3a 2 ? q3b1N3b1 ? q3b 2 N3b 2 或Q3 ? ? 1000( m3 / d )141式中 q3a1 ― ―各工业企业一般车间职工生活用水量定额， L / 人 ? 班； 25 q3a 2 ― ―各工业企业高温车间职工生活用水量定额， L / 人 ? 班； 35 N3a1 ― ―各工业企业一般车间最高日职工总人数，人； N3a 2 ― ―各工业企业高温车间最高日职工总人数，人； q3b1 ― ―各工业企业一般车间职工淋浴用水量定额， L / 人 ? 班； 40 q3b 2 ― ―各工业企业高温车间职工淋浴用水量定额， L / 人 ? 班； 60 N3b1 ― ―各工业企业一般车间最高日职工淋浴总人数，人； N3b 2 ― ―各工业企业高温车间最高日职工淋浴总人数，人。（4）浇洒道路和绿化用水量q4a N 4a f 4 ? q4b N 4b Q4 ? ? 1000(m / d )1423式中q4a ― ―城市浇洒道路用水量定额，L（m 2 ? 次）； / q4b ― ―城市绿化用水量定额，L（m 2 ? d）； / N 4a ― ―城市最高日浇洒道路面积，m 2； f 4 ― ―城市最高日浇洒道路次数， ~ 3次 / d； 2 N 4b ― ―城市最高日绿化用水面积，m 2。（5）未预见水量和管网漏失量Q5 ? 0.15 ~ 0.25)(Q1 ? Q2 ? Q3 ? Q4 ) （ m3 / d最高日设计用水量Qd ? Q1 ? Q2 ? Q3 ? Q4 ? Q5 ? 1.15 ~ 1.25)(Q1 ? Q2 ? Q3 ? Q4 ) （ m3 / d1433．消防用水量（校核时使用） 3 Qx ? q f N f m / d式中 q f ― ―消防用水量定额，L / s； N f ― ―同时发生火灾次数。1444．2 设计用水量变化1．设计用水量变化规律的确定可用变化系数（粗略）或变化曲线（比较精确）。 无详细资料时，可供参考。 （1）最高日城市综合用水的时变化系数Kh宜采用 1.3～1.6，日变化系数Kd 1.1～1.5； （2）工业企业职工生活用水时变化系数为2.5～3.0。（3）工业生产用水可均匀分配。145
第5章给水系统的工作状况5.1 给水排水系统的流量关系5.2 清水池和水塔5.3 给水系统的水压关系5.1给水排水系统的流量关系1．取水构筑物和水处理构筑物的设计流量主要取决于一级泵站和水厂的工作情况，通常是连续均 匀地工作. 原因是： 1) 流量稳定，有利于水处理构筑物运行和管理，保证出 水水质，使水厂运行管理简单； 2) 从造价方面，构筑物尺寸、设备容量降低，降低工程造价。148QI ??QdT式中 α ――水厂自用水系数，一般α =1.05~1.1；T――每天工作小时数。 Qd――最高日设计用水量。 2．二级泵站的设计流量 二级泵站的工作情况（与管网中是否设置流量调节设施有关） 1）管网中无流量调节设施 ●任何时刻供水量等于用水量； ●为使水泵高效工作使用大小搭配的多台水泵来适应用水量 的变化； 149●泵站管理，可根据管网的压力来切换水泵 Q二泵=Qh占 最 高 日 用 水 量 的 百 分 比 6 5 4 3 2.78% 2 1 05% 4.17%2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 时间2）管网有流量调节设施 ● 每小时供水量可以不等于用水量，但24h总供水量等于总用 水量用水量； ● 二级泵站的工作是按照设计供水曲线进行，设计供水曲线 是根据用水量变化曲线拟定的，拟定时注意： 150?供水曲线尽量接近于用水曲线，且分级数不宜超过三级；有利于选泵及水泵的合理搭配，适当留有发展余地。?Q二泵=QⅡmax3 、输水管和配水管网151?? ? ?输水管和配水管网的计算流量均应按输配水系统在最 高日最高用水时工作情况确定，并与管网中有无水塔 (或高地水池)及其在管网中的位置有关。 当管网中无水塔时，泵站到管网的输水管和配水管网 都应以最高日最高时设计用水量作为设计流量。 管网起端设水塔时 (网前水塔)，泵站到水塔的输水管 直径应按泵站分级工作的最大一级供水流量计算，水 塔到管网的输水管和配水管网仍按最高时用水量计算。 管网末端设水塔时 (对置水塔或网后水塔)，因最高时 用水量必须从二级泵站和水塔同时向管网供水，泵站 到管网的输水管以泵站分级工作的最大一级供水流量 作为设计流量，水塔到管网的输水管流量按照水塔输 入管网的流量进行计算。1525.2清 水 池 和 水 塔5.2.1 清水池和水塔的调节作用1.水塔的流量调节 ? 二级泵站供水流量和用户用水流量不相等时， 其差额可由水塔来调节。2.清水池的流量调节 ? 调节一、二级泵站供水量的差额。1535.2.2 水塔与清水池的容积计算? 清水池和水塔的调节容积的计算，通常采用两 种方法：一种是根据24h供水量和用水量变化曲 线推算，一种是凭经验估算。 ? 清水池调节容积按最高日用水量的10%～20%估 算。水塔的调节容积按最高日用水量的2.5%～ 6%估算。154当有城市24小时的用水量变化的详细资料时， 清水池和水塔的调节容积可按连续相加法等方 法进行计算清水池中除了贮存调节用水以外， 还存放消防用水和水厂生产用水，因此，清水 池有效容积等于：W ? W1 ? W2 ? W3 ? W4式中 w1一清水池调节容积,m3； w2－消防贮水量，m3，按2h火灾延续时间计算； w3－水厂冲洗滤池和沉淀池排泥等生产用水，等于 最高日用水量的5％～10％； w4－安全贮水量。 155水塔除了贮存调节用水量以外，还需贮存室内消防用水 量。因此，水塔设计有效容积为:W ? W1 ? W2式中 w1－调节容积 w2－消防贮水量，按10min室内消防用水量计算。（5-4）1565.2.3水塔和清水池的构造1. 清水池 形状：圆形和矩形 管道：进水管、出水管、溢流管、放空管 注意： ? 一般设两个以上 ? 选用时尽可能往标准图集上靠157清水池构造图1585.3给水系统的水压关系城市给水管网需保持最小的自由水压为：1层10m，2 层12m，2层以上每层增加4m。5.3.1、二级泵站水泵扬程和水塔高度的确定 二级泵站水泵扬程和水塔的高度与管网中是否设置水 塔及水塔在管网中的位置有关。 1.无水塔管网H p ? Z c ? H c ? hs ? hc ? hn159式中 Zc －管网控制点c的地面标高和清水池最低水位的 高程差，m； Hc －控制点所需的最小服务水头，m； hs －吸水管中的水头损失，m； hc 、hn－输水管和管网中水头损失，m。?控制点是指整个给水系统中水压最不容易满足的地点 （又称最不利点），用以控制整个供水系统的水压， 一般情况下，控制点通常在系统的下列地点： （1）地形最高点； （2）距离供水起点最远点； （3）要求自由水压最高点。 1602.网前（前置）水塔管网Zt ? Ht ? Zc ? Hc ? hn3.网后（对置）水塔管网 可能有两种工作情况：161（1）在最高用水量时，管网用水由泵站和水塔同时供给， 两者各有自己的给水区，在给水区分界线上，水压最 低。水泵扬程可按无水塔管网的计算公式进行计算， 水塔高度的计算公式可按网前水塔的计算公式进行计 算。 （2）最大转输流量时 最大转输时水泵扬程的计算公式为：H p ' ? Zt ? Ht ? H0 ? hs '? hc '? hn '162
第6章给水管网工程设计6.1 管段设计流量计算6.2 初拟管径6.3 管网平差 6.4 管网水力计算 6.5 输水管设计 6.6 管网校核 6.7 最大闭合差的环校正法和多水源管网平差 6.8 设计成果整理164管网计算会遇到两类课题： 1．管网设计计算（最高时）――第一类课题 2．管网复核计算（消防时、事故时及最大转输时等）― ―第二类课题第一类课题 第二类课题已知条件 管网定线图、设计流量拟定内容 节点流量Qi、管段流量qij 计算内容 Dij、hij、∑hij管网定线图、设计流 量、管径 节点流量Qi、管段流 量qij hij、∑hij 复核最高时确定的水 泵能否满足其他工况 时Q、H的要求165最终目的 Dij、Ht、Hp6．1 管段设计流量计算1．沿线流量 是指沿线分配给用户的流量。管网配水情况比较复杂，高峰流量各异。计算时加以简化。比流量法，假定小用水户的流量沿线均匀分布。（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。166qcb ? 式中Qh ? ? qi?ll / s?m? qi ― ―管网中大用水户集中流量的总和，l / s；?双侧配水：取管道实长 ? l ― ―配水干管计算总长度，m。单侧配水：取管道实长的一半 ? ? ?不配水：计算长度为零 ?Qh ― ―管网总最高时设计流量，l / s；则每一计算管段沿线流量记作qy为：q y ? qcb ? li 式中(l / s)li ― ―该管段的计算长度，m。167（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。 Qh ? ? qi qmb ? l / s ? m2 ??式? ― ―需沿线配水的供水面积总和，m 2。 ?则每一计算管段沿线流量记作qy为：q y ? qmb ? Ai 式中(l / s)Ai ― ―该管段负担的供水面积，m 2。168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。41235169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。1702、节点流量（1）、沿线流量为什么要转化为节点流 量171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。172（2）沿线流量如何转换成节点流量沿线流量划成节点流量公式Q j ? 0.5? q y ? qi（3）沿线流量转换成节点流量的依据173ql q x ? qt ? (l ? x) l沿程水头损失qt假设沿线出流是均匀 的，则管道的任一断 面上的流量qtqtq t + q l1x2qtl?x k ( qt ? ql ) n l (qt ? ql ) n ?1 ? qtn ?1 l hf ? ? dx ? k l 0 (n ? 1)d m ql dm174管道内流量为qt + ql　 ）（将 ql 移至两端点， 分别为 (1 ? ? )ql , ?ql1-qlqt +qlql qtqx ? qt ? ?ql沿程水头损失l?x k ( qt ? ql ) n l (qt ? ql ) n ?1 ? qtn ?1 l hf ? ? dx ? k l 0 (n ? 1)d m ql dm175根据水力等效原则(qt ? ?ql ) ( qt ? ql ) hf ? k l?k dm (n ? 1)d m qlnn ?1n ?1 ? qtlqt 1 2 令n ? 2，? ? ，代入上式，得? ? ? ? ? ? ? ? ql 3 ?管网起端，qt ?? ql，? ? ?，? ? 0.5 ? ? f（?） ? ?管网末端，qt ?? ql，? ? 0，? ? 0.577一般, ? ? 0.5,qi ? ? 0.5ql176（2）、节点流量计算公式节点流量包括两部分： 由沿线流量划成节点流量和该节点的集中流量Q j ? 0.5? q y ? qi(l / s)177【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。178解：1．配水干管计算总长度? L ? 0.5L1?5 ? 0.5L2?3 ? 0.5L3?4 ? L1?2 ? L3?5 ? L4?6 ? L6?7 ? L1?5? 0.5 ? (600 ? 600 ? 600) ? 3 ? 800 ? 600 ? 500 ? 4400 (m)7.952．配水干管比流 量qcb ? ? Qh ? ? qi75006绿地 Q=260L/s 17.501 600 5居住区27.05 60030.22800800260 ? 120 4400 ? 0.03182 l / s ? m57.5 262.28 38004?l居住区居住区居住区居住区57.5工厂600工厂6001793．沿线流量：q y ? qcb ? li(l / s)各 管 段 沿 线 流 量 计 算管段编号 1-2 2-3 3-4 1-5 3-5 4-6 5-6 6-7合 计管段计算总长度 （m） 800 0.5×600=300 0.5×600=300 0.5×600=300 800 800 600 5004400比流量 (L/s.m) 0.03182沿线流量 (L/s) 25.45 9.55 9.55 9.55 25.45 25.45 19.09 15.91140.001804．节点流量计算：Q j ? 0.5? q y ? qi(l / s)各 管 段 节 点 流 量 计 算节 点 1 2 节点连的管段 1-2 , 1-5 1-2 , 2-3 节 点 流 量(L/s) 0.5(25.45+9.55)=17.50 0.5(25.45+9.55)=17.50 40集 中 流 量 (L/s) 节点总 流量 (L/s)17.50 57.5034 5 6 7 合 计2-3 , 3-4 , 3-53-4 , 4-6 1-5 , 3-5 , 5-6 4-6 , 5-6 , 7-6 6-70.5(9.55+9.55+25.45)=22.280.5(25.45+9.55)=17.50 0.5(9.55+25.45+19.09)=27.05 0.5(25.45+19.09+15.91)=30.22 0.5(15.91)=7.95 140.00404062.2857.50 27.05 30.22 7.95120.00 260.001816.2 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=0。a. 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。182二级泵站q 4 ? 5 ? Q5 q3 ? 4 ? Q4 ? Q5q2 ? 3 ? Q3 ? Q4 ? Q5 ? Q8 ? Q11183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。184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。1852、初拟管径确定管网中每一管段的直径是输水和配水系统设计计算 的主要课题之一。管段的直径应按分配后的流量确定。 在设计中，各管段的管径按下式计算：D ?4q??式中 q为管段流量，m3/s； V为管内流速，m/s。 由上式可知，管径不但和管段流量有关，而且还与流速有关。 因此，确定管径时必须先选定流速。 186为了防止管网因水锤现象而损坏，在技术上最大设计流速限定在 2.5～3.0m/s范围内；在输送浑浊的原水时，为了避免水中悬浮物质 在水管内沉积，最低流速通常应大于0.60m/s，由此可见，在技术上 允许的流速范围是较大的。因此，还需在上述流速范围内，根据当地 的经济条件，考虑管网的造价和经营管理费用，来选定合适的流速。从公式可以看出，流量一定时，管径与流速的平方根成反比。如果流 速选用的大一些，管径就会减小，相应的管网造价便可降低，但水头损 失明显增加，所需的水泵扬程将增大，从而使经营管理费（主要指电费） 增大，同时流速过大，管内压力高，因水锤现象引起的破坏作用也随之 增大。相反，若流速选用小一些，因管径增大，管网造价会增加。但因 水头损失减小，可节约电费，使经营管理费降低。因此，管网造价和经 营管理费（主要指电费）这两项经济因素是决定流速的关键。求一定年 限t（称为投资偿还期）内，管网造价和经营管理费用之和为最小的流速， 称为经济流速），以此来确定的管径，称为经济管径。187各城市的经济流速值应按当地条件，如水管材料和价 格、施工条件、电费等来确定，不能直接套用其他城市的 数据。另外，管网中各管段的经济流速也不一样，须随管 网图形、该管段在管网中的位置、该管段流量和管网总流 量的比例等决定。因为计算复杂，有时简便地应用“界限 流量表”确定经济管径，见界限流量表 。由于实际管网的复杂性，加上情况在不断的变化， 例如流量在不断增加，管网逐步扩展，诸多经济指标如 水管价格、电费等也随时变化，要从理论上计算管网造 价和年管理费用相当复杂且有一定难度。在条件不具备 时，设计中也可采用由各地统计资料计算出的平均经济 流速来确定管径，得出的是近似经济管径，见平均经济 流速表 188界限流量表 管径 /mm 界限流量 /L?－1 s 管径 /mm 界限流量 /L?－1 s100150 200 250 300 350 400＜99~15 15~28.5 28.5~45 45~68 68~96 96~130450500 600 700 800 900 1000130~168168~237 237~355 355~490 490~685 685~822 822~1120189平均经济流速表管径/mm D=100～400 D≥400平均经济流速υe/L?－1 s 0.6～0.9 0.9～1.4190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）首先定出管网所采用的最小管径（由消防流量确定），按υe确定的管径小于 最小管径时，一律采用最小管径； 3）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； 4）由管径和管道比阻α之间的关系可知，当管径较小时，管径缩小或放大一号， 水头损失会大幅度增减，而所需管材变化不多；相反，当管径较大时，管径缩 小或放大一号，水头损失增减不很明显，而所需管材变化较大。因此，在确定 管网管径时，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，特 别是对确定水泵扬程影响较大的管段，适当降低流速，使管径放大一号，比较 经济； 5）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。 以上是指水泵供水时的经济管径确定方法，在求经济管径时，考虑了抽水所需 的电费。重力供水时，由于水源水位高于给水区所需水压，两者的标高差H可使 水在管内重力流动。此时，各管段的经济管径应按输水管和管网通过设计流量 时，供水起点至控制点的水头损失总和等于或略小于可利用的水头来确定。1916.3 管网平差6.3.1 什么叫管网平差上一节课已经根据管网各节点流量进行了流量的初分配，并且已经根据初分 配流量和经济流速初拟了管径。由于初分流量时是严格按照节点流量平衡来进行 的，所以连续性方程能够满足，但是能量方程就有可能不满足，即环内正反两个 方向的水头损失不相等。环内正反两个方向的水头损失之差称作闭合差。调整管 段流量，减少闭合差到一定精度范围的过程就叫管网平差连续性方程Qi ? ?qij ? 0能量方程?hij ? 01926.3.2 为什么要进行管网平差实际管网中的流量分配总是自动的满足连续性方程和 能量方程，如果初分流量不能满足能量方程，那只能说明 我们初分的流量在管网的实际流量中永远都不会发生，所 以就不能根据这个初分流量进行后面的水力计算。这就要 求对初分流量进行调整，使之符合实际情况。1936.3.3如何进行管网平差管网平差有下面3中方法 （1）解环方程组法 原理：在初步分配流量的基础上，逐步调整管段流 量以满足能量方程。L个非线性的能量方程：F1 (q1 , q2 , q3 ,?, qP ) ? 0F2 (q1 , q2 , q3 ,?, qP ) ? 0? FL (q1, q2 , q3 ,?, qP ) ? 0194初步分配的流量一般不满足能量方程：F1 (q , q , q ,?, q ) ? 00 1 0 2 0 3 0 PF2 (q , q , q ,?, q ) ? 00 1 0 2 0 3 0 P?FL (q , q , q ,?, q ) ? 00 1 0 2 0 3 0 P195初步分配流量与实际流量的的差额为 Δq，实际流量应满足能量方程：0 0 0 F1 (q10 ? ?q1, q2 ? ?q2 , q3 ? ?q3 ,?, qP ? ?qP ) ? 00 0 0 F2 (q10 ? ?q1, q2 ? ?q2 , q3 ? ?q3 ,?, qP ? ?qP ) ? 0?0 0 0 FL (q10 ? ?q1, q2 ? ?q2 , q3 ? ?q3 ,?, qP ? ?qP ) ? 0196将函数在分配流量上展开，并忽略高阶微量：?F1 ?F1 ?F1 F1 (q , q ,?, q ) ? ( ?q1 ? ?q2 ? ? ? ?qP ) ? 0 ?q1 ?q2 ?qP ?F2 ?F2 ?F2 0 0 0 F2 (q1 , q2 ,?, qP ) ? ( ?q1 ? ?q2 ? ? ? ?qP ) ? 0 ?q1 ?q2 ?qP ? ?FL ?FL ?FL 0 0 0 FL (q1 , q2 ,?, qP ) ? ( ?q1 ? ?q2 ? ? ? ?qP ) ? 0 ?q1 ?q2 ?qP0 1 0 2 0 P197方程组左边的第一部分即为我们初分流 量时环内正反两个方向水头损失差，称为闭 合差：F1 (q , q , q ,?, q ) ? ?h10 1 0 2 0 3 0 PF2 (q , q , q ,?, q ) ? ?h20 1 0 2 0 3 0 P?FL (q , q , q ,?, q ) ? ?hL0 1 0 2 0 3 0 P198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：?F1 ?F1 ?F1 ?q1 ? ?q2 ? ? ? ?qP ? ??h1 ?q1 ?q2 ?qP ?F2 ?F2 ?F2 ?q1 ? ?q2 ? ? ? ?qP ? ??h2 ?q1 ?q2 ?qP ?FL ?FL ?FL ?q1 ? ?q2 ? ? ? ?qP ? ??hL ?q1 ?q2 ?qP199?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，得到的解仍然不能满足能量方程，需要反 复迭代求解，直到误差小于允许误差值。环方程组解法特点 ：??方程数目少要求输入的参数的多适合于手工平差200（2）解节点方程组法 原理：在初步拟订节点压力的基础上，逐 步调整节点水压以满足连续性方程。 节点流量应该满足连续性方程：Qi ? ?qij ? 0hij ? S qQi ? ?S?1 2 ij2 ij ij?1 2q ?ij ? S?1 2 ij?1 2 ijh?1?1 2 ijhijjhijhij ? Qi ? ?SHi ? H j2?H ? H ? ? 0i201Ｊ－Ｓ个连续性方程：Q1 ? ?S Q2 ? ?S?1 2 1kH1 ? H k H2 ? Hk?12?H1 ? H k ? ? 0 ?H 2 ? H k ? ? 0?1 2?1 2 2k?12?QJ ? S ? ?S?1 2 J ? S ,kH J ?S ? H k?H J ? S ? H k ? ? 0202一般表达式：?1 ( H1, H 2 , H3 ,?, H J ?S ) ? 0?2 ( H1 , H 2 , H3 ,?, H J ?S ) ? 0? ? J ?S ( H1 , H 2 , H3 ,?, H J ?S ) ? 0203初步拟定的水压一般不满足连续性方程：?1 ( H1, H 2 , H3 ,?, H J ?S ) ? 0 ?2 ( H1 , H 2 , H3 ,?, H J ?S ) ? 0? ? J ?S ( H1 , H 2 , H3 ,?, H J ?S ) ? 0204初步拟定水压与实际水压的差额为ΔＨ， 实际水压应满足连续性方程：0 ?1 (H10 ? ?H1, H2 ? ?H2 ,?, H J0?S ? ?H J ?S ) ? 0 0 ?2 (H10 ? ?H1, H2 ? ?H2 ,?, H J0?S ? ?H J ?S ) ? 0?0 ?J ?S (H10 ? ?H1, H2 ? ?H2 ,?, H J0?S ? ?H J ?S ) ? 0205将函数在初拟压力上展开，并忽略高阶微量：??1 ??1 ??1 ?1 ( H , H ,?, H ) ? ( ?H1 ? ?H 2 ? ? ? ?H J ?S ) ? 0 ?H1 ?H 2 ?H J ?S ??2 ??2 ??2 0 0 0 ?2 ( H1 , H 2 ,?, H J ?S ) ? ( ?H1 ? ?H 2 ? ? ? ?H J ?S ) ? 0 ?H1 ?H 2 ?H J ?S0 1 0 2 0 J ?S??? J ?S ?? J ?S ?? J ?S ? J ?S (H , H 2 ,?, H ) ? ( ?H1 ? ?H 2 ? ? ? ?H J ?S ) ? 0 ?H1 ?H 2 ?H J ?S0 1 0 0 J ?S206方程组的第一部分称为流量闭合差：?1 (H , H , H ,?, H0 1 0 2 0 3 0 1 0 2 0 30 J ?S) ? ??q1 ) ? ??q2 ) ? ??qJ ?S?2 (H , H , H ,?, H?0 1 0 2 0 30 J ?S?J ?S (H , H , H ,?, H0 J ?S207将闭合差项移到方程组的右边，得到关 于水压误差（校正压力）的线性方程组：??1 ??1 ??1 ?H1 ? ?H 2 ? ? ? ?H J ?S ? ??q1 ?H1 ?H 2 ?H J ?S ??2 ??2 ??2 ?H1 ? ?H 2 ? ? ? ?H J ? S ? ??q2 ?H1 ?H 2 ?H J ?S??? J ?S ?? J ?S ?? J ?S ?H1 ? ?H 2 ? ? ? ?H J ?S ? ??qJ ?S ?H1 ?H 2 ?H J ?S208求解步骤： ① 根据已知节点（控制点和泵站）的水压，初步确定其 他各节点的水压； ② 根据流量与水头损失的关系求出各管段的流量； ③ 计算各节点的不平衡流量； ④ 计算各节点的校正压力； ⑤ 重复第2～4步直到校正压力符合要求为止。节点方程组方法的特点： ? 方程数目较多? 要求输入的参数较少适合于计算机进行平差 209（3）解管段方程组法 原理：直接联立求解 J-S 个连续性方程 和 L 个能量方程，求出 P＝L+J-S 个管段流 量。 具体步骤： ①对能量方程进行线性化处理； ②给定流量初值并计算线性系数； ③解线性方程求出管段流量； ④根据所得流量计算线性系数并重新求解管段 流量直到误差符合要求。210Q11Q2Q3连续性方程：q1? 22q2?33q1? 4Q44q2?5 q4?55q3?6 q5?66Q5Q6? Q1 ? q1?2 ? q1?4 ? 0 Q2 ? q1?2 ? q2?3 ? q2?5 ? 0 ? Q3 ? q2?3 ? q3?6 ? 0 Q4 ? q1?4 ? q4?5 ? 0Q5 ? q2?5 ? q4?5 ? q5?6 ? 0能量方程：2 4?5 4?5 4?5 2 2?5 2?5 2?5 2 1?4 1?4 1?4 2 2?3 2?3 2?3A L q ?A L q ?A L q ?A L q ?0 A L q ?A L q ?A L q ?A L q ?02 1?2 1?2 1?2 2 3?6 3?6 3?6 2 2?5 2?5 2?5 2 5?6 5?6 5?6211将非线形的能量方程转化为线性方程：? A1?2 L1?2 q1?2 ?q1?2 ? ? A2?5 L2?5q2?5 ?q2?5 ? ? A4?5 L4?5 q4?5 ?q4?5 ? ? A1?4 L1?4 q1?4 ?q1?4 ? 0 ? A3?6 L3?6 q3?6 ?q3?6 ? ? A5?6 L5?6 q5?6 ?q5?6 ? ? A2?5 L2?5 q2?5 ?q2?5 ? ? A2?3 L2?3q2?3 ?q2?3 ? 0R1?2q1?2 ? R2?5q2?5 ? R4?5q4?5 ? R1?4q1?4 ? 0 R3?6q3?6 ? R5?6q5?6 ? R2?5q2?5 ? R2?3q2?3 ? 0212q1?2 ? q1?4 ? Q1? q1?2 ? q2?3 ? q2?5 ? ?Q2q2?3 ? q3?6 ? Q3? q1?4 ? q4?5 ? ?Q4 ? q2?5 ? q4?5 ? q5?6 ? ?Q5R1?2q1?2 ? R2?5q2?5 ? R4?5q4?5 ? R1?4q1?4 ? 0 R3?6q3?6 ? R5?6q5?6 ? R2?5q2?5 ? R2?3q2?3 ? 0解管段方程组法特点： ? 未知数多? 要求初分流量实际中应用少 2133.4 哈代-克罗斯法Q11Q2Q3q1? 22 Q4 4q2?3 q2?553q1? 4Q5q3?6Q6 6q4?5q5?62 2 S1?2q12?2 ? S2?5q2?5 ? S1?4q12?4 ? S4?5q4?5 ? ?h? 2 2 2 2 S3?6q3?6 ? S5?6q5?6 ? S2?3q2?3 ? S2?5q2?5 ? ?h??214Q1 1q1? 22Q2q2?3Q3 3?qⅠq1? 44?qⅡQ5Q4?h q Ⅰ 2?5q4?55?hⅡ q5?66q3?6Q6S1?2 (q1?2 ? ?q? )2 ? S2?5 (q2?5 ? ?q? ? ?q?? )2 ? S1?4 (q1?4 ? ?q? )2 ? S4?5 (q4?5 ? ?q? )2 ? 0 S3?6 (q3?6 ? ?q?? )2 ? S5?6 (q5?6 ? ?q?? )2 ? S2?3 (q2?3 ? ?q?? )2 ? S2?5 (q2?5 ? ?q? ? ?q?? )2 ? 02152 S1?2 q12?2 ? 2S1?2 q1?2 ?qⅠ ? S1?2 ?qⅠ 2 2 2 ? S 2?5 q2?5 ? 2S 2?5 q2?5 ?qⅠ ? S 2?5 ?qⅠ ? 2S 2?5 q2?5 ?qⅡ ? 2S 2?5 ?qⅠ?qⅡ ? S 2?5 ?qⅡ 2 ? S1?4 q12?4 ? 2S1?4 q1?4 ?qⅠ ? S1?4 ?qⅠ 2 2 ? S 4?5 q4?5 ? 2S 4?5 q4?5 ?qⅠ ? S 4?5 ?qⅠ ? 0忽略相邻环校正流量和二阶微量的影响：?h? ? 2(S1?2q1?2 ? S2?5q2?5 ? S1?4q1?4 ? S4?5q4?5 )?q? ? 0?h? ?q? ? ? 2?( Sq)?校正流量的符号与水头损失闭合差的符号相反216步骤： ①根据连续性条件初步分配管段流量； ②计算各管段的水头损失； ③以顺时针方向为正，逆时针方向为负，计 算各环的水头损失闭合差； ④计算各管段的Sijqij和每一环的Σ Sijqij； ⑤计算各环的校正流量； ⑥将管段流量加上校正流量重新计算水头损 失，直到最大闭合差小于允许误差为止。2176.4 管网水力计算一、枝状管网水力计算枝状管网水力计算步骤： （1）按城镇管网布置图，绘制计算草图，对节点和管段顺序编号，并 标明管段长度和节点地形标高。 （2）按最高日最高时用水量计算节点流量，并在节点旁引出箭头，注 明节点流量。大用户的集中流量也标注在相应节点上。 （3）在管网计算草图上，从距二级泵站最远的管网末梢的节点开始， 按照任一管段中的流量等于其下游所有节点流量之和的关系，逐个 向二级泵站推算每个管段的流量。 （4）确定管网的最不利点（控制点），选定泵房到控制点的管线为干 线。有时控制点不明显，可初选几个点作为管网的控制点。218（5）根据管段流量和经济流速求出干线上各管段的管径和水头损失。 （6）按控制点要求的最小服务水头和从水泵到控制点管线的总水头 损失，求出水塔高度和水泵扬程。（若初选了几个点作为控制点， 则使二级泵站所需扬程最大的管路为干线，相应的点为控制点）。 （7）支管管径参照支管的水力坡度选定，即按充分利用起点水压的 条件来确定。 （8）根据管网各节点的压力和地形标高，绘制等水压线和自由水压 线图。219二、 环状管网水力计算（一）、环状管网水力计算步骤 1．按城镇管网布置图，绘制计算草图，对节点和管段顺序编号，并 标明管段长度和节点地形标高。 2．按最高日最高时用水量计算节点流量，并在节点旁引出箭头，注 明节点流量。大用户的集中流量也标注在相应节点上。 3．在管网计算草图上，将最高用水时由二级泵站和水塔供入管网的 流量（指对置水塔的管网），沿各节点进行流量预分配，定出各 管段的计算流量。 4．根据所定出的各管段计算流量和经济流速，选取各管段的管径。 5．计算各管段的水头损失h及各个环内的水头损失代数和∑h。 6．若∑h超过规定值（即出现闭合差Sh），须进行管网平差，将预 分配的流量进行校正，以使各个环的闭合差达到所规定的允许范 围之内。 7．按控制点要求的最小服务水头和从水泵到控制点管线的总水头损 失，求出水塔高度和水泵扬程。 8．根据管网各节点的压力和地形标高，绘制等水压线和自由水压线 图。2206.5主要内容:输水管设计1、输水方案2、输水管的形式 3、输水管尺寸 4、连接管数量221一、输水管 只起水的输送作用，不向两边配水的管道原水输水管（渠） 清水输水管河 流222二、输水方案输水管必须保证不间断输水 ?平行敷设两条， ? 敷设一条输水管，另外设置有一定容量的 蓄水池。 ? 对于允许间断供水或多水源供水的管网， 可以只设一条输水管。223三、输水管的形式1. 压力输水管渠 此种形式通常用得最多，当输水量大时可采用输水 渠。常用于高地水源或水泵供水。 2．无压输水管渠（非满流水管或暗渠） 无压输水管渠的单位长度造价较压力管渠低，但在 定线时，为利用与水力坡度相接近的地形，不得不延长 路线，因此，建造费用相应增加。重力无压输水管渠可 节约水泵输水所耗电费。 3．加压与重力相结合的输水系统 在地形复杂的地区常用加压与重力结合的输水方 式。 4．明渠 明渠是人工开挖的河槽，一般用于远距离输送大 量水。 224四、输水管尺寸重力输水管由可以利用的水头来确定管径压力输水管按照经济流速或经济管径选取。225五、连接管数量 ?以重力供水时的压力输水管为例 水源在高地时（如取用蓄水库水时），若水源水位和水 厂内第一个水处理构筑物之间有足够的水位高差克服两者 管道的水头损失时，可利用水源水位向水厂重力输水。 如图所示226假设输水系统的总流量为Q，平行管线（管径、管长和管 材均相同）数为n，则每条输水管的流量为Q/n，如图若在输水管上等距离地设置m条连接管，输水管被分成 m+1段，则正常工作情况下的水头损失为：Q 2 ? s(m ? 1) ? 2 h ? s(m ? 1)( ) ? ? Q ? s0Q2 n n2 ? ? ?式中 s：每一管段的摩阻 s0: 输水系统的总摩阻， 227现假设任一管段损坏时（如图），流量降低为Qa，若忽 略连接管的水头损失（因其长度和输水管相比很短），则此 时输水管系统的水头损失为：Qa 2 Qa 2 ? m ? s 2 2 ha ? s( ) m ? s( ) ? ?s 2 ? ? Qa ? saQ a 2 n n ?1 ? n ? (n ? 1)228可得出事故时和正常工作时的流量比 RQa R? ? Qs0 ? sa(m ? 1) s 2 n m 1 s 2 ?s 2 n (n ? 1)229取不同m、n值时的R值n 0 2 3 4 0.5 0.67 0.75 当m为下列值时的R值 1 0.63 0.78 0.85 2 0.71 0.84 0.89 3 0.76 0.87 0.91 4 0.79 0.89 0.93设计时可以根据供水可靠度的要求选择不同的n和m值 2306.6 管网校核1、管网校核的定义 从前面的设计过程可知，管网 的管径和水泵扬程，是按设计 年限内最高日最高时的用水量 和正常水压要求来设计的。这 样的管径和水泵能否满足其他 特殊情况(消防时、最大转输、 事故时)下的要求，就需进行其 它用水量条件下的核算。 核算按最高日最高时流量设计 的管径和水泵能否满足其他特 殊情况下的要求的过程就叫作 管网校核。 2312、管网校核的内容 ? 消防校核：发生火灾的情况下； ? 事故校核：管网前端主要干管发生事故的 情况下； ? 最大转输校核：设有对置水塔的管网最大 转输的情况下；2322.1 消防校核2.1.1消防校核的实质 管网是按最高日最高时流量来设计的，这个流 量并没有包括消防流量。（城市火灾不是经常发 生的，且火灾持续时间不长，灭火期间短时间的 断水或者流量减少居民能够接受） 消防校核的实质是以最高日最高时流量另加消 防流量作为设计流量，按10m的服务水头计算， 校核按最高时流量确定的管径和水泵能否满足消 防时候的要求。2332.1.2消防校核的方法：（1）首先根据城市规模和现行的《建筑设计防火规 范》确定同时发生的火灾次数和消防用水量； （2）把消防流量作为集中流量加在相应节点的节点 流量中；（如按消防要求同时一处失火，则放在控 制点，有两处或两处以上失火，一处放在控制点， 其他设定在离二级泵站较远或靠近大用户的节点处， 其余节点仍按最高用水时的节点流量。） （3）以最高日最高时用水量确定的管径为基础，将 最高时用水量与消防流量相加后进行流量分配； （4）进行管网平差，求出消防时的管段流量和水头损 失； （5）计算消防时所需要的水泵扬程。（自由水压不低 于10 mH2O） 2342.1.3消防校核结果虽然消防时比最高时所需的服务水头要小得 多,但因消防时通过管网流量增大，各管段的水头 损失相应增加，按最高时确定的水泵扬程有可能 不满足消防时的需要。若： ? 消防时需要的水泵扬程 小于 最高时确定的水泵 扬程,则设计不需要调整； ? 消防时需要的水泵扬程 略大于 最高时确定的水 泵扬程，可放大管网末端个别管径； ? 消防时需要的水泵扬程 远大于 最高时确定的水 泵扬程，专设消防泵。2352.2事故校核2.2.1事故校核的实质 管网主要管段发生损坏时，必须及时检修，在检修时间 内供水量允许减少，但设计水压一般不应降低。事故时管网 供水流量与最高时设计流量之比，称为事故流量降落比，用 R表示。R的取值根据供水要求确定，城镇的事故流量降落 比R一般不低于70%。事故校核的实质是管 网前端主要管段发生损坏 时，原设计的管径和水泵 能否供应不小于最高时设 计流量70%的流量。2362.2.2事故校核的方法 校核时，水力计算过程跟最高时计算过 程相同，只是管网各节点的流量应按事故 时用户对供水的要求确定。（可按事故流 量降落比统一折算，即事故时管网的节点 流量等于最高时各节点的节点流量乘上事 故降落比R）2372.2.3事故校核的结果 经过校核后不符合要求时，可以增加 平行主干管或埋设双管，或放大某些连通 管的管径，或重新选择水泵。也可以从技 术上采取措施，如加强当地给水管理部门 的检修力量，缩短损坏管段修复时间；重 要的和不允许断水的用户，可以采用贮备 用水的保障措施。2382.3.最大转输校核2.3.1最大转输校核的实质设对置水塔的管网，在最高用水时由泵站和水塔同时向管网供水，但在一天 内泵站送水量大于用水量的时段内，多余的水经过管网送入水塔贮存。最高时转输时最大转输校核的实质是校核设对置水塔的管网在发生最大转输流量时水泵 能否将水送到水塔水柜中最高水位。2392.3.2最大转输校核的方法 校核时，水力计算过程跟最高时计算过 程相同，只是管网各节点的流量需按最大 转输时管网各节点的实际用水量求出。因 节点流量随用水量的变化成比例地增减， 所以最大转输时各节点流量可按下式计算：qzi ? k zs qiqik zs---最高用水时的节点流量，L/s ---最大转输时节点流量折减系数，其值可按下式计算240k zs ?Q zy ?Q zi_Qh ?Qi_式中 Qzy、Qh分别为最大转输时和 最高用水时管网总用水量，L/s； Qzi、Q i 分别为最大转输时已确定 （常为集中流量）的节点流量和与之相 对应的最高用水时的节点流量，L/s。 节点流量确定后，按最大转输时的流 量进行分配和管网平差，求出各管段的 流量、水头损失和所需要的水泵扬程。2412.3.3最大转输校核的结果 校核不满足要求时，应适当放大从泵站 到水塔最短供水路线上管段的管径。2426.7 最大闭合差的环校正法和多水源管网平差1、最大闭合差的环校正法 管网计算过程中，在每次迭代时，可对管网中的各环 同时进行校正流量，但也可以只对管网中闭合差最大的一 部分环进行校正，称为最大闭合差的环校正法。采用此法 可以减少平差工作量。243由知，环Ⅰ、Ⅱ和其构成的大环Ⅲ(1-2-3-6-5-4-1)闭合差 之间的关系为:?hI ? ?hI ? h1~ 2 ? h2~5 ? h4~5 ? h1~