6章 给水管网工程设计1

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1、6.1 设计用水量变化6.2 设计流量分配与管径设计6.3 泵站扬程与水塔高度设计6.4 设计流量分配与管径设计6.5 给水管网分区设计 居民区综合生活用水；居民区综合生活用水；工业企业生产用水和职工生活用水；工业企业生产用水和职工生活用水；浇洒道路和绿地用水：浇洒道路和绿地用水：管网漏损量；管网漏损量；未预见水量；未预见水量；消防用水消防用水。但不包括工业企业自备水源所供应的水量。但不包括工业企业自备水源所供应的水量。设计用水量应先分项计算，最后进行汇总。设计用水量应先分项计算，最后进行汇总。由于消防用水量是偶然发生的，不累计到设由于消防用水量是偶然发生的，不累计到设计总用水量，仅作为设计校

2、核使用。计总用水量，仅作为设计校核使用。单位产品用水量单位设备用水量示以每万元产值用水量表生产用水定额班人高温车间班人一般车间职工淋浴用水定额/60/40LL班人高温车间班人一般车间职工生活用水定额/35/25LL（3 3）消防用水消防用水：按：按建筑设计防火规范建筑设计防火规范执行执行 （4 4）其他用水其他用水 1 1）浇洒道路：）浇洒道路：1 12 L/m2 2 L/m2 次，每日次，每日2 23 32 2）绿化：）绿化：1.51.54 L/m2 d4 L/m2 d2 2最高日设计用水量计算最高日设计用水量计算QdQd)/(10003111dmNqQii数，人。水分区的计划用水人口设计年

3、限内城市各用人，高日综合生活用水定额城市各用水分区的最式中iiNdLq11 /（2 2）工业企业生产用水量）工业企业生产用水量)/(2232)1(dmiiiQfNq重复使用率。各工业企业生产用水数量，或产量，或生产设备元各工业企业产值，万）（单位生产设备单位产量或万元，产用水量定额，各工业企业最高日生式中iiifdNdmmmq /23332)/(1000)/(1000323231313232313133333333dmNqNqNqNqQdmNqNqQbbbbaaaabibiaiai或，人。最高日职工淋浴总人数各工业企业高温车间，人；最高日职工淋浴总人数各工业企业一般车间班；人职工淋浴用水量定额

4、，各工业企业高温车间班；人职工淋浴用水量定额，各工业企业一般车间；最高日职工总人数，人各工业企业高温车间；最高日职工总人数，人各工业企业一般车间班；人职工生活用水量定额，各工业企业高温车间班；人职工生活用水量定额，各工业企业一般车间式中2313231323132313 /60 /40 /35 /25 bbbbaaaaNNLqLqNNLqLq（4 4）浇洒道路和绿化用水量）浇洒道路和绿化用水量)/(10003444444dmNqfNqQbbaa。面积，城市最高日绿化用水；次次数，城市最高日浇洒道路；面积，城市最高日浇洒道路）；（，城市绿化用水量定额次）；（定额，城市浇洒道路用水量式中244242

5、424 /32 /mNdfmNdmLqmLqbaba（5 5）管网漏损量）管网漏损量dmQQQQQ/)(25.015.0343215（0.080.12（6 6）未预见水量）未预见水量Q6=0.080.12(Q1+Q2+Q3+Q4+Q5)（7 7）消防用水量（校核时使用）消防用水量（校核时使用）dmNqQffx/38）最高日设计用水量）最高日设计用水量 Qd=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6 (m/s)设计用水量应先分项计算，最后进行汇总。设计用水量应先分项计算，最后进行汇总。由于消防用水量是偶然发生的，不累计到设计总用由于消防用水量是偶然发生的，不累计到设计总用水量，仅作为设计校核使用。水量

6、，仅作为设计校核使用。6.1.2 6.1.2 设计用水量变化及调节计算设计用水量变化及调节计算2 2 泵站供水流量设计泵站供水流量设计（1）取水构筑物和水处理构筑物的设计流量）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匀地工作.原因原因是：是：1)流量稳定，有利于水处理构筑物运行和管理，保证出流量稳定，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；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，降低工程从造价方面，构筑物尺寸、设备容量降低，降低工程造价。造

7、价。TQQdI式中 水厂自用水系数，一般=1.051.1；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；泵站管理，可根据管网的压力来切换水泵泵站管理，可根据管网的压力来切换水泵 Q二泵二泵=Qh占最高日用水量的百分比间时43216518 20 22 2416141210862405%4.17%2.78%2）管网有流量调节设施）管网有流量调节设施 每小时供水量可以不等于用水量，但每小时供水量可以不等于用水量，但24h

8、24h总供水量等于总用总供水量等于总用 水量用水量；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：是根据用水量变化曲线拟定的，拟定时注意：供水曲线尽量接近于用水曲线，且分级数不宜超过三级；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。有利于选泵及水泵的合理搭配，适当留有发展余地。Q二泵二泵=Qmax供水设计的原则是：供水设计的原则是：1）设计供水总流量必须等于设计用水量设计供水总流量必须等于设计用水量，即：，即：Qs=Qh=(khQd)/

9、86.4 (L/S)(6.9)式中式中 Qs设计供水总流量，设计供水总流量，L/S。2）对于多水源给水系统，供水调节能力较强，一般不对于多水源给水系统，供水调节能力较强，一般不设水塔和高位水池，设计时直接使各水源供水泵站设水塔和高位水池，设计时直接使各水源供水泵站的设计流量之和等于最高时用水量。的设计流量之和等于最高时用水量。3）对于单水源给水系统，可以考虑管网中不设水塔）对于单水源给水系统，可以考虑管网中不设水塔（或高位水池）或者设置水塔（或位水池两个方案（或高位水池）或者设置水塔（或位水池两个方案 )当给水管网内不设水塔或高位水池时，供水泵站当给水管网内不设水塔或高位水池时，供水泵站 设计

10、供水量为最高时用水流量；设计供水量为最高时用水流量；)当给水管网内设置水塔或高位水池时，应先设计当给水管网内设置水塔或高位水池时，应先设计泵站供水曲线泵站供水曲线具体要求：a）泵站供水量一般分成高峰供水和低峰供一般分成高峰供水和低峰供水两级水两级，最多可分三级；b)泵站各级供水线尽可能接近用水曲线，尽可能接近用水曲线，以减小水塔或高位水池的调节容积；C)应注意每级能够选到合适水泵能够选到合适水泵，以及水泵机组合理搭配搭配；d)必须使泵站立24小时供水量之和与最高日小时供水量之和与最高日用水量相等用水量相等。通过供水设计，可确定各供水设施的设计流量。如对图如对图6.1所示例题，所示例题，当最高日

11、设计用水量为当最高日设计用水量为45000m/d时，时，若管网中不设水塔或高位水池时，供水泵站若管网中不设水塔或高位水池时，供水泵站设计供水流量为：设计供水流量为：450005.92%10003600=740L/s:若管网中设水塔或高位水池时，供水泵站设若管网中设水塔或高位水池时，供水泵站设计供水流量为：计供水流量为：450004.97%10003600=620L/s;水塔或高位水池的设计供水流量为：水塔或高位水池的设计供水流量为：45000(5.92-4.97)%10003600=120L/s:6 5 4 3 2 1 0 时间（时间（h）0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

12、 22 24 图图6.1 某市最高日用水量变化曲线某市最高日用水量变化曲线4.97%4.17%3.65%5.92%2.22%4.97%最高最高转输转输塔供塔供供水泵站供水曲线供水泵站供水曲线取水泵站供水曲取水泵站供水曲线线Kh=245.92/100=1.42用水曲线 水塔或高位水池的最大进水流量（水塔或高位水池的最大进水流量（2122点，称点，称为最高转输时）为：为最高转输时）为：45000(4.97-3.65)%10003600=165(L/s)（3）调节容积的计算调节容积的计算 取水和给水处理系统按日平均流量设计取水和给水处理系统按日平均流量设计（即每小（即每小时流量为日流量的时流量为日流

13、量的4.17%），供水泵站按用水流），供水泵站按用水流量工作（无水塔和高位水池时）或按接近用水流量工作（无水塔和高位水池时）或按接近用水流量的确量的确23级供水（有水塔和高位水池时），这使级供水（有水塔和高位水池时），这使给水处理系统与给水管网之间存在流量差。给水处理系统与给水管网之间存在流量差。图图6.1中两条虚线之间的差即为要调节的流量之差中两条虚线之间的差即为要调节的流量之差 当给水管网中设有水塔和高位水池时，则当给水管网中设有水塔和高位水池时，则要调节供水泵站供水流量与用水流量之差，要调节供水泵站供水流量与用水流量之差，其调节容积为：其调节容积为：W=Max（Q1-Q2）-Min(Q1

14、-Q2)(m)(6.10)例例6.2清水池和水塔调节容积计算，请自阅清水池和水塔调节容积计算，请自阅4.4.清水池和水塔容积计算清水池和水塔容积计算1 1）水塔的流量调节）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，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。其差额可由水塔来调节。2 2）清水池的流量调节）清水池的流量调节调节一、二级泵站供水量的差额调节一、二级泵站供水量的差额（2)2)水塔与清水池的容积计算水塔与清水池的容积计算4321WWWWW21WWW水塔和清水池的构造水塔和清水池的构造1.清水池清水池形状：圆形和矩形形状：圆形和矩形管道：进水管、出水管、溢流

15、管、放空管管道：进水管、出水管、溢流管、放空管注意：注意：一般设两个以上一般设两个以上选用时尽可能往标准图集上靠选用时尽可能往标准图集上靠 清水池构造图给水系统的水压关系给水系统的水压关系1.1.二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。塔及水塔在管网中的位置有关。ncsccphhhHZHttccnZHZHh0pttscnHZHHhhh6.2 6.2 设计流量分配与管径计算设计流量分配与管径计算管网计算会遇到两类课题：管网计算会遇到两类课题：1管网设计

16、计算（最高时）管网设计计算（最高时）第一类课题第一类课题2管网复核计算（消防时、事故时及最大转输时等）管网复核计算（消防时、事故时及最大转输时等）第二类课题第二类课题第一类课题第一类课题第二类课题第二类课题已知条件已知条件 管网定线图、设计流量管网定线图、设计流量 管网定线图、设计流管网定线图、设计流量、管径量、管径 拟定内容拟定内容 节点流量节点流量Qi、管段流量、管段流量qij节点流量节点流量Qi、管段流量、管段流量qij计算内容计算内容 Dij、hij、hijhij、hij最终目的最终目的 Dij、Ht、Hp复核最高时确定的水复核最高时确定的水泵能否满足其他工况泵能否满足其他工况时时Q、

17、H的要求的要求6.2.2 6.2.2 节点设计流量分配计算节点设计流量分配计算不配水：计算长度为零的一半单侧配水：取管道实长双侧配水：取管道实长。，配水干管计算总长度；流量的总和，管网中大用水户集中；量，管网总最高时设计流式中mlslqslQmsllqQqihihcb /则每一计算管段则每一计算管段沿线流量沿线流量记作记作q qy y为：为：。该管段的计算长度，式中m )/(iicbylsllqq（2 2）面积比流量）面积比流量 假定沿线流量均匀分布在整个供水面积上。管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，称为线单位面积上的配水流量，称为面积比流量面积比流量，记作，记

18、作q qmbmb。积总和，需沿线配水的供水面式22 /mmslqQqihmb沿线流量沿线流量。积，该管段负担的供水面式中2m A )/(iimbyslAqq451322 2、节点流量、节点流量（1）沿线流量为什么要转化为节点流量）沿线流量为什么要转化为节点流量 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，就可以不到一定

19、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。来代替，即节点流量。（2）沿线流量如何转换成节点流量）沿线流量如何转换成节点流量)/(q5.0Q islqyj（3）沿线流量转换成节点流量的依据）沿线流量转换成节点流量的依据假设沿线出流是均匀假设沿线出流是均匀的，则管道的任一断的，则管道的任一断面上的流量面上的流量qtlq21+tqqttqtqx)(xllqqqltx沿程水头损失沿程水头损失llmntnltmnltflqdnqq

20、qkdxdqlxlqkh011)1()()(ltxqqq沿程水头损失沿程水头损失llmntnltmnltflqdnqqqkdxdqlxlqkh011)1()()(lq+l（1-）qlqlq+tqtqqlqtllqq,)1(lqdnqqqkldqqkhlmntnltmnltf)1()()(11577.005.03122，管网末端，管网起端，）（，代入上式，得，令ltltltqqqqfqqnliqq5.0,5.0,一般)/(q5.0Q islqyj居住区居住区居住区绿地居住区工厂工厂居住区Q=260L/s17.5027.0560057.562.2830.227.958008008006006006

21、00342165757.5500)(4400 500600 8003600)600(6000.5 5.05.0 5.0 5176645321433251mLLLLLLLLLmsllqQqihcb/0.031824400120260 3 3沿线流量：沿线流量：)/(sllqqicby管段编号管段编号管段计算总长管段计算总长度度 （m）比比 流流 量量 (L/s.m)沿沿 线线 流流 量量 (L/s)1-2 2-3 3-4 1-5 3-5 4-6 5-6 6-7 800 0.5 5600=300600=300 0.5 5600=300600=300 0.5 5600=300600=300 800

22、800 800 800 600 600 500 500 0.03182 25.45 9.55 9.55 9.55 25.45 25.45 19.09 15.91 合合 计计 4400 140.004 4节点流量计算：节点流量计算：)/(q5.0Q islqyj各各 管管 段段 节节 点点 流流 量量 计计 算算节节点点节点连的管段节点连的管段节节 点点 流流 量量(L/s)(L/s)集集 中中 流流 量量(L/s)节点总节点总流量流量 (L/s)1 12 23 34 45 56 67 71-2,1-5 1-2,1-5 1-2,2-31-2,2-32-3,3-4,3-52-3,3-4,3-53-

23、4,4-63-4,4-61-5,3-5,5-61-5,3-5,5-64-6,5-6,7-64-6,5-6,7-66-76-70.5(25.45+9.55)=17.500.5(25.45+9.55)=17.500.5(25.45+9.55)=17.500.5(25.45+9.55)=17.500.5(9.55+9.55+25.45)=22.280.5(9.55+9.55+25.45)=22.280.5(25.45+9.55)=17.500.5(25.45+9.55)=17.500.5(9.55+25.45+19.09)=27.050.5(9.55+25.45+19.09)=27.050.5(25

24、.45+19.09+15.91)=30.220.5(25.45+19.09+15.91)=30.220.5(15.91)=7.950.5(15.91)=7.95 4040 40 40 40 40 17.5017.50 57.50 57.50 62.28 62.28 57.50 57.50 27.05 27.05 30.22 30.22 7.95 7.95合合计计140.00140.00120.00120.00260.00260.006.2 6.2 初拟管径初拟管径管段设计流量分配管段设计流量分配二级泵站5443554QQqQq11854332QQQQQqb.环状网1）体现供水的目的性，）体现供

25、水的目的性，从水源或多个水源出发进行从水源或多个水源出发进行管段流量分配，使供水流量沿较短的距离扩散到整管段流量分配，使供水流量沿较短的距离扩散到整个管网的所有节点上去；个管网的所有节点上去；2）体现供水的经济性，）体现供水的经济性，向主要供水方向（如通向密向主要供水方向（如通向密集用水区或用水大户）分配较多的流量，向次要供集用水区或用水大户）分配较多的流量，向次要供水方向分配较少的流量，特别注意不能逆向流水方向分配较少的流量，特别注意不能逆向流3）体现供水的可靠性，）体现供水的可靠性，应确定两条或两条以上平行应确定两条或两条以上平行的主要供水方向，并且应在各平行供水方向分配相的主要供水方向，

26、并且应在各平行供水方向分配相接近的较大流量，垂直主要供水方向的管段上也要接近的较大流量，垂直主要供水方向的管段上也要分配一定的流量分配一定的流量2 2、初拟管径、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。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：在设计中，各管段的管径按下式计算：qD4式中式中 q为为管段流量，管段流量，m3/s；V为管内流速，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。由上式可知，管径不但和管段流

27、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。因此，确定管径时必须先选定流速。)为防水锤现象出现事故，为防水锤现象出现事故，最大设计流最大设计流2.52.53m/s3m/s；)在输送浑浊的原水时在输送浑浊的原水时，为避免原水中悬浮物沉淀为避免原水中悬浮物沉淀，最最低设计流速低设计流速0.6m/s0.6m/s)如果如果V V取小，则取小，则D D大，管网造价增加，但大，管网造价增加，但h hf f 减少，减少，水泵水泵H Hp p可可降低，节约电费；降低，节约电费；)如果如果V V取大，则取大，则D D小，管网造价减少，但小，管网造价减少，但h hf f增加，增加，水泵水泵H Hp

28、p需增大，多用电费。需增大，多用电费。因此需要用优化法求得因此需要用优化法求得V或或D最优解最优解，在数学上归纳为求，在数学上归纳为求 一定年限下内管网造价和管理费用之和为最小的流速，一定年限下内管网造价和管理费用之和为最小的流速，称为称为经济流速经济流速，以此确定的管径称为，以此确定的管径称为经济管径经济管径 各城市的经济流速值应按当地条件，如水管材料和价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，须随管数据。另外，管网中各管段的经济流速也不一样，

29、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，有时简便地应用量的比例等决定。因为计算复杂，有时简便地应用“界限界限流量表流量表”确定经济管径，见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，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

30、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，见平均经济流速来确定管径，得出的是近似经济管径，见平均经济流速表流速表 管径管径/mm界限流量界限流量/Ls 1管径管径/mm界限流量界限流量/Ls 110094501301681509155001682372001528.560023735525028.545700355490300456880049068535068969006858224009613010008221120 界界 限限 流流 量量 表表 平平

31、 均均 经经 济济 流流 速速 表表管径管径/mm平均经济流速平均经济流速e/Ls 1D=1004000.60.9D4000.91.4 8）重要的输水管，及未设贮水池的树状）重要的输水管，及未设贮水池的树状网应采用平行双线管道，每管直径按网应采用平行双线管道，每管直径按Q设设的的50%确定确定，较长时应设置两处以上的，较长时应设置两处以上的连通管，并配切阀门，保证事故段能够连通管，并配切阀门，保证事故段能够隔离，隔离，达达70%以上以上。如图：。如图：平行双线管道平行双线管道Q设设70%6.3 泵站扬程与水塔高度设计泵站扬程与水塔高度设计 由Qj qi分 Di qi计 hi Hp6.3.1 设

32、计工况水力分析设计工况水力分析 给水管网的设计工况：给水管网的设计工况：即最高日最高时用水工况，即最高日最高时用水工况，对此工况进行水力分析所得到的对此工况进行水力分析所得到的管段流量和节点水管段流量和节点水头一般都是最大值，用它们确定泵站扬程和水塔高头一般都是最大值，用它们确定泵站扬程和水塔高度通常是最安全的。度通常是最安全的。但在泵站扬程和水塔高度未确但在泵站扬程和水塔高度未确定前，对设计工况下的水力分析有两个前提不满足定前，对设计工况下的水力分析有两个前提不满足连续连续V经经连、能连、能已经解决已经解决如何进行？如何进行？泵站所在管段的水力特性未知，管网中没有泵站所在管段的水力特性未知，

33、管网中没有定压节点，因此，需要进行预处理。定压节点，因此，需要进行预处理。（1）删除泵站所在管段）删除泵站所在管段 泵站尚未设计，其扬程泵站尚未设计，其扬程Hp和和内阻内阻Sp尚属未尚属未知所以其管段水力特性未知，为了进行管网知所以其管段水力特性未知，为了进行管网水力分析，必须水力分析，必须暂时将该管段从管网中删除暂时将该管段从管网中删除 但是，此管段的流量（即泵站的设计流量）但是，此管段的流量（即泵站的设计流量）已知，必须将已知，必须将该管段流量合并到与之相关联该管段流量合并到与之相关联的节点上的节点上，以保持管网的水力等效。，以保持管网的水力等效。见下例：见下例：如图6.8以图6.9与其等

34、效 Q7Q7+q1Q1-q1q1Q11(1)(7)(7)图图6.8图图6.9（1）泵站泵站水塔水塔水塔水塔（2）假设一个控制点）假设一个控制点 由于泵站所在管段的暂时删除，水塔的高度由于泵站所在管段的暂时删除，水塔的高度还未确定，所以管网中没有已知节点水头的还未确定，所以管网中没有已知节点水头的节点，即无定时定压节点，暂无法用恒定流节点，即无定时定压节点，暂无法用恒定流基本方程组确定各节点水头值基本方程组确定各节点水头值 各节点的水头相对值是可以确定的，各节点的水头相对值是可以确定的，为便于为便于分析，可以任意假定某个分析，可以任意假定某个 节点为控制点，令其节点节点为控制点，令其节点 水头水

35、头H等于服务水头，如图等于服务水头，如图 H=Z地地+p/0.00Z地地HP/把假设的控制点作为定压节点。就可以进行水把假设的控制点作为定压节点。就可以进行水力分析，根据分析结果，找出用水压力最难得力分析，根据分析结果，找出用水压力最难得到满足的节点到满足的节点真正的控制点，并根据真正的真正的控制点，并根据真正的控制点的服务水头调整所有节点水头。控制点的服务水头调整所有节点水头。例例6.5图图6.10管网设计工况水力分析，管网设计工况水力分析，表表 已知管网节点数据已知管网节点数据节点号节点号2345678地面高地面高m13.618.819.122.032.218.317.317.5自由水压自

36、由水压m24.028.024.028.028.024.0服务水头服务水头m42.847.146.046.345.341.5（1）（2）（3）（4）（5）（6）（7）（8）123456789H1=12m清水池清水池水塔水塔-194.35-37.1514.5551.1720.7735.0382.3327.65图图6.10 管网设计管网设计工况水力分析工况水力分析管号管号123456789qi194.3589.906.2737.1589.9032.4622.6354.875.00V经经1.001.000.200.801.001.000.700.900.60D计计3523381723382032032

37、79103D设设30023002002002300200200300100表6.11 设计工况水力设计结果设计工况水力设计结果 真控制点水压不足：真控制点水压不足：43.71-47.10=-3.39m 各节点水压均加各节点水压均加3.39m,使真控制点使真控制点（3）自由水压满足自由水压满足28.00m的要求。的要求。管段/节点号23456789管段流量l/s81.088.7737.1598.7221.1425.1363.692.50管速m/s1.150.280.591.400.670.800.900.32管段压降m3.860.380.752.821.241.762.240.97节点水头47.

38、5750.6943.7147.1043.2646.6544.0147.4044.7148.1042.4745.8641.5044.89地面标高18.8019.1022.0032.2018.3017.3017.50自由水压 28.7732.1624.6128.0021.1624.6526.4129.8025.1728.5624.0027.39 6.3.2 泵站扬程设计泵站扬程设计完成了设计工况水力完成了设计工况水力设计后，泵站扬程可设计后，泵站扬程可以根据其所在館段的以根据其所在館段的水力特性确定：水力特性确定：如图：如图：hpi=(HTi-HFi)+(hfi+hmi)(6.24)0。00HFi

39、HTihpihfi2hfi1HTi-HFi 估算泵站内部的水头損失并选泵估算泵站内部的水头損失并选泵 一般水泵吸水管设计流速为一般水泵吸水管设计流速为1.22.0m/s,局部阻力系局部阻力系数可按数可按58考虑，沿程阻力忽略。考虑，沿程阻力忽略。hpm1=V2/2g=82.02/(2 9.8)=1.63m 水泵扬程水泵扬程Hp=hp1+hpm1=41.35+1.63=42.98m43m 按两台泵并联工作考虑，单台水泵流量为按两台泵并联工作考虑，单台水泵流量为 Qp=194.352=97.32(L/s)=349.8(t/h)350(t/h)查水泵样本，选取查水泵样本，选取250S39型水泵型水泵

40、3台，台，2用用1备备6.3.3 水塔高度设计水塔高度设计 设计工况水力分析已得水塔所在节点水头为设计工况水力分析已得水塔所在节点水头为Hj,，地面标高为地面标高为Zj，则水塔高度为则水塔高度为 HTj=Hj-Zj (m)(6.26)为安全起见，此式所确定的水塔高度应作为水为安全起见，此式所确定的水塔高度应作为水塔水柜的最低水位离地面的高程。塔水柜的最低水位离地面的高程。在考虑水塔转输（进水）时，水塔高度还应加在考虑水塔转输（进水）时，水塔高度还应加上水柜设计有效水深。上水柜设计有效水深。例例6。5所给数据和计算结果，水塔高度所给数据和计算结果，水塔高度 HTS=H5-Z5=47.40-32.

41、20=15.20m 在进行转输计算时取水塔的水头为在进行转输计算时取水塔的水头为 Zj+HTj+H6.4 6.4 管网校核管网校核1、管网校核的定义、管网校核的定义 从前面的设计过程可知，管网从前面的设计过程可知，管网的管径和水泵扬程，是按设计的管径和水泵扬程，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样的管径和水泵能否满足其他特殊情况特殊情况(消防时、最大转输、消防时、最大转输、事故时事故时)下的要求，就需进行其下的要求，就需进行其它用水量条件下的核算。它用水量条件下的核算。核算按最高日最高时流量

42、设计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殊情况下的要求的过程就叫作管网校核管网校核。2、管网校核的内容、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；消防校核消防校核1.消防校核的实质消防校核的实质 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，灭火期间短时间的生的，且火灾持续时间不长，灭火期间

43、短时间的断水或者流量减少居民能够接受）断水或者流量减少居民能够接受）消防校核的实质消防校核的实质是以最高日最高时流量另加消是以最高日最高时流量另加消防流量作为设计流量，按防流量作为设计流量，按10m的服务水头计算，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。防时候的要求。2.消防校核的方法：1）首先根据城市规模和现行的）首先根据城市规模和现行的建筑设计防火规范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；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）把消防流量作为集中流量加在相应节

44、点的节点流量中；量中；如如:按消防要求同时一处失火，则放在控制点，有两处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。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）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；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）进行管网平差，求出消防时的管段流量和水头

45、损失 5）计算消防时所需要的水泵扬程。（自由水压不低于）计算消防时所需要的水泵扬程。（自由水压不低于 10 mH2O）3.消防校核结果消防校核结果 虽然消防时比最高时所需的服务水头要小得虽然消防时比最高时所需的服务水头要小得多多,但因消防时通过管网流量增大，各管段的水头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：不满足消防时的需要。若：消防时需要的水泵扬程消防时需要的水泵扬程 小于小于 最高时确定的水泵最高时确定的水泵扬程扬程,则设计不需要调整；则设计不需要调整；消防时需要的水泵扬程消防时需

46、要的水泵扬程 略大于略大于 最高时确定的水最高时确定的水泵扬程，可放大管网末端个别管径；泵扬程，可放大管网末端个别管径；消防时需要的水泵扬程消防时需要的水泵扬程 远大于远大于 最高时确定的水最高时确定的水泵扬程，专设消防泵。泵扬程，专设消防泵。1.事故校核的实质事故校核的实质 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。表示。R的

47、取值根据供水要求确定，城镇的事故流量降落的取值根据供水要求确定，城镇的事故流量降落比比R一般不低于一般不低于70%。2.事故校核的方法事故校核的方法 校核时，水力计算过程跟最高时计算过校核时，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流量等于最高时各节点的节点流量乘上事故降落比故降落比R）3.事故校核的结果事故校核的结果 经过校核后不符合要求时，可以增加经过校核

48、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，可以采用贮备要的和不允许断水的用户，可以采用贮备用水的保障措施。用水的保障措施。最大转输校核最大转输校核1.最大转输校核的实质最大转输校核的实质最高时最高时转输时转输时 2.最大转输校核的方法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校核时，水力计算过

49、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，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：所以最大转输时各节点流量可按下式计算：izsziqkqiqzsk-最高用水时的节点流量，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，其值可按下式计算最大转输时节点流量折减系数，其值可按下式计算 式中式中 Qzy、Qh分别为最大转输时和分别为最大转输时和最高用水时管网总用水量，最高用水时管网总用水量，L/s；Qzi、

50、Q i 分别为最大转输时已确定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（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，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。流量、水头损失和所需要的水泵扬程。ihzizyzsQQQQk_3.最大转输校核的结果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。到水塔最短供水路线上管段的管径。设计成果整理设

51、计成果整理1、设计说明书、设计说明书 把整个设计计算的过程表述清楚。把整个设计计算的过程表述清楚。课程设计：要有单独的设计说明书，而且格式要符合规课程设计：要有单独的设计说明书，而且格式要符合规定定 实际工程设计：小工程可以没有单独的设计说明书，但实际工程设计：小工程可以没有单独的设计说明书，但必须有设计施工说明；较大的工程有设计说明书。必须有设计施工说明；较大的工程有设计说明书。2、设计图纸、设计图纸 设计成果主要是用设计图纸来体现的。设计成果主要是用设计图纸来体现的。课程设计：给水管网平面图、等水压线图。课程设计：给水管网平面图、等水压线图。给水管网平面图上要标明管长、管径。给水管网平面图

52、上要标明管长、管径。实际工程设计：给水管网总平面图、带状图、等水实际工程设计：给水管网总平面图、带状图、等水压线图、管道纵剖面图、节点详图。压线图、管道纵剖面图、节点详图。给水管网总平面图反映出管网的整体布置及其相互给水管网总平面图反映出管网的整体布置及其相互连接关系，带状图具体体现管道在街道下面的具体位置。连接关系，带状图具体体现管道在街道下面的具体位置。较小的工程给水管网总平面图和带状图可以合并。较小的工程给水管网总平面图和带状图可以合并。等水压线图绘制等水压线图绘制1）管网各节点水压标高和自由水压计算）管网各节点水压标高和自由水压计算 起点水压未知的管网进行水压计算时，应首先选起点水压未

53、知的管网进行水压计算时，应首先选择管网的控制点，由控制点所要求的水压标高依次择管网的控制点，由控制点所要求的水压标高依次推出各节点的水压标高和自由水压，计算方法同枝推出各节点的水压标高和自由水压，计算方法同枝状管网。由于存在闭合差，即状管网。由于存在闭合差，即h0，利用不同管线，利用不同管线水头损失所求得的同一节点的水压值常不同，但差水头损失所求得的同一节点的水压值常不同，但差异较小，不影响选泵，可不必调整。异较小，不影响选泵，可不必调整。等水压线图绘制等水压线图绘制 对于起点水压已定的管网进行水压计算时，无论对于起点水压已定的管网进行水压计算时，无论何种情况，均从起点开始，按该点现有的水压值

54、推何种情况，均从起点开始，按该点现有的水压值推算到各节点，并核算各节点的自由水压是否满足要算到各节点，并核算各节点的自由水压是否满足要求。求。经上述计算得出的各节点水压标高、自由水压及经上述计算得出的各节点水压标高、自由水压及该节点处的地形标高，按一定格式写在相应管网平该节点处的地形标高，按一定格式写在相应管网平面图的节点旁。面图的节点旁。2）绘制管网水压线图绘制管网水压线图 管网水压线图分等水压线图和等自由水压线图两管网水压线图分等水压线图和等自由水压线图两种，其绘制方法与绘制地形等高线图相似。两节点间种，其绘制方法与绘制地形等高线图相似。两节点间管径无变化时，水压标高将沿管线的水流方向均匀

55、降管径无变化时，水压标高将沿管线的水流方向均匀降低，据此从已知水压点开始，按低，据此从已知水压点开始，按0.51.0 m的等高距的等高距（水压标高差）推算出各管段上的标高点。在管网平（水压标高差）推算出各管段上的标高点。在管网平面图，用插值法按比例用细实线连接相同的水压标高面图，用插值法按比例用细实线连接相同的水压标高点即可绘出等水压线图。点即可绘出等水压线图。水压线的疏密可反映出管线的负荷大小，整个管水压线的疏密可反映出管线的负荷大小，整个管网的水压线最好均匀分布。网的水压线最好均匀分布。如某一地区的水压线过密，表示该处管网的负荷如某一地区的水压线过密，表示该处管网的负荷过大，所选用的管径偏

56、小。水压线的密集程度可作为过大，所选用的管径偏小。水压线的密集程度可作为今后放大管径或增敷管线的依据。今后放大管径或增敷管线的依据。由等水压线图标高减去各点地面标高得自由水压，由等水压线图标高减去各点地面标高得自由水压，用细实线连接相同的自由水压即可绘出等自由水压线用细实线连接相同的自由水压即可绘出等自由水压线图。图。管网等自由水压线图可直观反映整个供水区域内管网等自由水压线图可直观反映整个供水区域内高、低压区的分布情况和服务水压偏低的程度。因此，高、低压区的分布情况和服务水压偏低的程度。因此，管网水压线图对供水企业的管理和管网改造有很好的管网水压线图对供水企业的管理和管网改造有很好的参考价值

57、。参考价值。6.5 给水管网分区设计给水管网分区设计1、目的、目的1）技术上：管线压力不至于过高，损坏管道）技术上：管线压力不至于过高，损坏管道 和附件以免；和附件以免；2）经济上：可以降低供水动力费用）经济上：可以降低供水动力费用2、适合情况：给水区域大、地形高差大、适合情况：给水区域大、地形高差大3、分区的基本形式，、分区的基本形式，并联分区并联分区和和串联分区串联分区6.5.1 分区给水系统分区给水系统 并联分区并联分区A、定义：由同一泵站内的低压和高压水泵分别供给、定义：由同一泵站内的低压和高压水泵分别供给 低区和高区用水的供水形式低区和高区用水的供水形式B、特点：比较安全可靠，各区水

58、泵集中在一个泵站、特点：比较安全可靠，各区水泵集中在一个泵站 内，管理方便；但增加了输水管道长度和造价内，管理方便；但增加了输水管道长度和造价串联分区串联分区A、定义：高、低区两区均有低区泵站供给，高区用、定义：高、低区两区均有低区泵站供给，高区用 水再由高区泵站增压的供水形式水再由高区泵站增压的供水形式B、特点：输水管道长度和造价较低，但设有多个泵站、特点：输水管道长度和造价较低，但设有多个泵站 管理不方便管理不方便泵站供水能量泵站供水能量E由以下三部分组成由以下三部分组成1）保证最小服务水头所需的能量）保证最小服务水头所需的能量2）克服水管摩阻所需的能量）克服水管摩阻所需的能量3）未利用的

59、能量）未利用的能量6.5.2 分区给水的能量分析给水分区设计，城市给水分区设计，城市地形是决定分区形式的地形是决定分区形式的重要影响因素重要影响因素1）当城市狭长时，采用并联分区较宜）当城市狭长时，采用并联分区较宜2）城市垂直于等高线方向延伸时，串连分区）城市垂直于等高线方向延伸时，串连分区更为适宜更为适宜水厂的位置往往影响到分区的形式水厂的位置往往影响到分区的形式1）水厂靠近高区时，宜采用并联的形式）水厂靠近高区时，宜采用并联的形式2）水厂远离高区时，采用串连分区较好，避）水厂远离高区时，采用串连分区较好，避免高区的输水管线过长免高区的输水管线过长题：在给水区面积很大、地形高差显著或远距离输

60、题：在给水区面积很大、地形高差显著或远距离输水时，可考虑分区供水。分区供水可分为并联分水时，可考虑分区供水。分区供水可分为并联分区和串联分区两种基本形式，下列说法正确的是区和串联分区两种基本形式，下列说法正确的是（）。）。A.并联分区：供水安全，可靠，且水泵集中，管理方便并联分区：供水安全，可靠，且水泵集中，管理方便 B.并联分区：供水安全、可靠，且管网造价较低并联分区：供水安全、可靠，且管网造价较低 C.串联分区：供水安全、可靠，且管网造价较低串联分区：供水安全、可靠，且管网造价较低 D.串联分区：供水安全，可靠，且水泵集中，管理方便串联分区：供水安全，可靠，且水泵集中，管理方便 习题习题5

61、(3)列表计算Q4L/S管段号i管径Di（mm)管长 Li(m)摩阻siHFim第一次平差H4mhimqiL/sCi104501 10020031274.7925.5020(设)5.509.3889.216572 1501503256.0523.703.7025.7137.51973 10030046912.1928.308.309.1486.12688 44.51652.8631544(0)4440.0500.0445161.0452.86315 1020 1.0418.96HmHHHm 1.8524.8710.67100iiWiWsLCDC取4,/(),1.852niFiiiiiiihHH

62、qh s Cqnhn续表续表第二次平差H4mHimqiL/sCi10418.966.5410.3088.510514.7429.38933.347859.3410.0385.80309 49.73547.6614544(0)4440.0500.0497350.0560.0647.66145 1018.960.0618.90HmHHHm H1=25.50H4=?Q4=50.00l/S(1)(1)(3)(2)H2=23.70H3=28.30123200,100150,150300,100管段号管段号管长管长m,管径管径mm6.6 6.6 输水管设计输水管设计 主要内容主要内容:1、输水方案、输水方

63、案2、输水管的形式、输水管的形式3、输水管尺寸、输水管尺寸4、连接管数量、连接管数量一、输水管一、输水管只起水的输送作用，不向两边配水的管道只起水的输送作用，不向两边配水的管道河流原水输水管（渠）原水输水管（渠）清水输水管清水输水管 二、输水方案二、输水方案 输水管必须保证不间断输水输水管必须保证不间断输水平行敷设两条，平行敷设两条，敷设一条输水管，另外设置有一定容量的敷设一条输水管，另外设置有一定容量的蓄水池。蓄水池。对于允许间断供水或多水源供水的管网，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。可以只设一条输水管。三、输水管的形式三、输水管的形式1.压力输水管渠压力输水管渠 此

64、种形式通常用得最多，当输水量大时可采用输水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。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（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。节约水泵输水所耗电费。3加压与重力相结合的输水系统加压与重力相结合的输水系统 在地形复

65、杂的地区常用加压与重力结合的输水方式。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 明渠是人工开挖的河槽，一般用于远距离输送大量水明渠是人工开挖的河槽，一般用于远距离输送大量水四、输水管尺寸四、输水管尺寸重力输水管由可以利用的水头来确定管径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。压力输水管按照经济流速或经济管径选取。五、连接管数量五、连接管数量以重力供水时的压力输水管为例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厂内

66、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。管道的水头损失时，可利用水源水位向水厂重力输水。如图所示如图所示 假设输水系统的总流量为假设输水系统的总流量为Q，平行管线（管径、管长和管，平行管线（管径、管长和管材均相同）数为材均相同）数为n，则每条输水管的流量为，则每条输水管的流量为Q/n，如图，如图 若在输水管上等距离地设置若在输水管上等距离地设置m条连接管，输水管被分成条连接管，输水管被分成m+1段，则正常工作情况下的水头损失为：段，则正常工作情况下的水头损失为：22202(1)(1)()Qs mhs mQs Qnn式中式中 s：每一管段的摩阻：每一管段的摩阻 s0:输水系统的总摩阻，输水系统的总摩阻，现假设任一管段损坏时（如图），流量降低为现假设任一管段损坏时（如图），流量降低为Qa，若忽，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：时输水管系统的水头损失为：222222()()1(1)aaaaaaQQmshsmssQs Qnnnn 可得出事故