给水排水管网系统.ppt

给水排水管网系统,第一章 给水排水管网系统概论1.1 给水排水系统的功能与组成给水排水系统是为人们的生活、生产和消防提供用水和排除废水的设施总称。重要性：人类文明进步和城市化聚集居住的产物 现代化城市最重要的基础设施之一 城市社会文明、经济发展和现代化建设的重 要标志,给排水系统,给排水系统功能关系示意图,给排水系统的功能,1.2给水排水系统的工作原理,给排水系统功能：水量保证、水质保证、水压保证各组成部分的水量水质水压有着紧密联系。1.2.1 给排水系统的流量关系 原水从给水水源进入系统后形成流量，然后顺序通过取水系统、给水处理系统、给水管网系统、用户、排水管网系统、排水处理系统，最后排放或复用，但各系统中的流量在同一时间内并不相等。,给排水系统的流量关系,水塔,取水系统,给水处理系统,给水管网系统,清水池,用户,均和池,排水处理系统,排放或者复用系统,排水管网系统,调节池,Q1,Q2,Q3,Q4,Q5,Q6,Q8,Q7,q1,q2,q3,q4,q5,q6,Add Your Text,1.2.2 给排水系统的水质关系,Add Your Text,给排水系统的三个水质变化过程,除此以外，由于管道材料的溶解、析出、结垢和微生物滋生等原因给水管网的水质也会发生变化。,1.2.3 给排水系统的水压关系,给水系统中水的输送方式,排水系统的输水方式,排水系统往往利用地形重力输水，只有当管道埋深太大时，采用排水泵站进行提升。处理厂所处地势较低时常采用重力流进入处理设施，但更多的情况下排水要经泵提升进处理设施，处理完后再次提升排放或复用。,1.3 给排水管网系统的功能与组成,1.3.1 给排水管道系统的功能与特点 给排水管道系统是给排水工程设施的重要组成部分，是由不同材料的管道和附属设施构成的输水网络。根据其功能可以分为给水管道系统和排水管道系统。,1.3 给排水管网系统的功能与组成1.3.1给排水管网系统的功能,给排水管道系统均应具有以下功能：水量输送：实现一定水量的位置迁移，满足用水与排水的地点要求；水量调节：采用储水措施解决供水、用水与排水的水量不平衡问题；水压调节：采用加压和减压调节措施调节的压力，满足水输送、使用和排放的能量要求。,1.3.2 给水管网系统的构成,给水管网系统,输水管渠,配水管网,水压调节设施,水量调节设施,给水管网系统,输水管道,输水管道的应用：,配水管网,配水管网主要由主干管、干管、支管、连接管、分配管等构成。配水管网中还需要安装消火栓、阀门（闸阀、排气阀、泄水阀等）和检测仪表（压力、流量、水质检测等）等附属设施，以保证消防供水和满足生产调度、故障处理、维护保养等管理需要。,减压设施用减压阀和节流孔板降低和稳定输配水系统局部的水压,泵站是输配水系统中的加压设施，一般由多台水泵并联组成,水压调节设施,给水泵站,减压阀门,水量调节设施,有清水池、水塔和高位水池等形式。其主要作用是调节供水与用水的流量差，也称调节构筑物。水量调节设施也可用于贮存备用水量，以保证消防、检修、停电和事故等情况下的用水，提高供水的安全可靠性。,水塔（水箱）,高地水池,给水管网系统的构成,1.3.3 排水管网系统的构成,排水管网系统,收集输送管渠,排水调节池,提升泵站,附属构筑物,1.3.2 给排水管道系统的构成排水管道系统的构成废水收集设施,排水管道系统的构成街道排水管网,排水管道系统的构成工厂排水管网系统,提升泵站,提升泵站,废水排放口,排水管网系统构成：,1.4 给排水管网系统的类型与体制,1.4.1 给水管道系统的类型按水源数目分类：（1）单水源给水管网系统（2）多水源给水管网系统按系统构成方式：（1）统一给水管网系统（2）分区给水管网系统按输水方式分类：（1）重力输水管网系统（2）压力输水管网系统,1.4.2 排水管道系统的体制,排水系统体制的概念：,生活污水、工业废水和雨水可以采用一个管渠 来排除，也可以采用两个或两个以上独立的管 渠来排除，污水的这种不同排除方式所形成的 排水系统，称为排水体制。,排水系统体制的分类：,合流制：将生活污水、工业废水和雨水混合在同一管道系统内排放的排水系统。（多出现在旧城）直排式和截流式,分流制：将生活污水、工业废水和雨水分别在两套或两套以上管道系统内排放的排水系统。完全分流制和非完全分流制,1.4.2 排水管道系统的体制,直排式合流制排水系统,特点：投资省、污染大、无污水厂适用：小污染、大水体、建设初期,1.4.2 排水管道系统的体制,截流式合流制排水系统,特点：投资较省、污染不大、有污水厂适用：干旱地区、旧城改建,1.4.2 排水管道系统的体制,完全分流制排水系统,特点：投资大、污染小、有污水厂适用：新建地区,1.4.2 排水管道系统的体制,不完全分流制排水系统,特点：投资较省、污染小、有污水厂适用：地形起伏且水系健全地区,城市排水体制选择,两个关键地形和水系三个目标治污、排涝、综合利用五个方面城市安全方面环境保护方面工程投资方面近远期关系方面运营管理方面,城市建设初期，根据情况，采用直排式合流制、截流式合流制、不完全分流制，逐步向完全分流制过渡。要因地制宜，一个城市有两种或两种以上的排水体制是很正常的。,1、给水系统由（）组成，这些组成部分是构成给水系统的基本组成，缺一不可。A、取水系统、水处理系统和泵站 B、水处理系统、输配水系统和管井C、取水系统、水处理系统和输配水系统D、取水系统、输配水系统和消毒设施2、以下关于排水体制说法不正确的是()。A、通常情况下选择排水体制时需要考虑的最主要因素是环境保护要求B、工业企业内部一般采用分流制排水体制C、新建城区一般采用合流制排水系统D、从环境保护角度出发应该选择分流制排水系统,3、统一给水系统的供水水质必须符合现行的（）A、生活饮用水卫生标准 B、工业生产用水水质标准C、消防用水水质标准 D、市政用水水质标准4、下面关于合流制、分流制排水系统的各自优缺点的叙述，不正确的是()A、分流制排水系统能较好地控制和防止水体污染 B、合流制排水系统，截流主干管尺寸很大，污水厂容量增加很多，排水系统建设费用较分流制增高 C、分流制排水系统，初雨径流未加处理就直接排入水体，对城市水体也会造成污染 D、分流制排水系统，需要两套管道系统，排水系统建设费用大于合流制,第2章 给水排水管网工程规划,2.1 给水排水规划原则和工作程序2.2 城市用水量预测计算2.3 给水管网系统规划布置2.4 排水管网系统规划布置2.5 技术经济分析方法,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：给水水源；给水处理厂；给水管网；排水管网；排水处理厂；废水排放与利用。,规划任务：确定服务范围、规模 水资源利用与保护措施 系统的组成与体系结构 主要构筑物位置 水处理工艺流程与水质保证措施 管网规划和干管定线 废水处置方案与环境影响评价 工程规划的技术经济比较,2.1 规划原则和工作程序,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）合理确定远近期规划，一般按远期规划、按近期设计和分期建设（5）合理利用水资源和保护环境（6）规划方案尽可能经济、高效,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,2.2 城市用水量预测计算 规划用水量是决定水资源使用量、建设规模、投资额的依据。城市用水量包括：城市给水工程统一供给的部分 城市给水工程统一供给以外的所有用水量的总和,2.2.1 用水量及其变化一、用水量的表示（1）城市用水量包括：1)综合生活用水量，包括居民生活用水和公共设施用水2)工业企业生产用水量和工作人员生活用水量3)消防用水量4)市政用水量，主要指浇洒道路和绿地用水量5)未预见水量及给水管网漏失水量。,（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。,（2）用水量变化曲线 表示一天24小时的变化情况,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1.12.0 2)时变化系数Kh,2.2.2 城市用水量预测计算（1）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 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。,（4）年递增率法（指数曲线的外推模型）,（5）线性回归法（一元线性回归模型）,（6）生长曲线法,2.3 给水管网系统规划布置,231 给水管网布置原则与形式,1给水管网布置原则（自己看，了解）（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,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。,（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。,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。,232 输水管渠定线,1特点（1）距离长（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（自己看，了解）（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,3输水方式,2.3.3 给水管网定线,（1）内容：在地形平面图上确定管线的走向和位置。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。,（2）管网定线要点（自己看，熟悉）,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 干管应从两侧用水量大的街道下经过（双侧配水），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500800m左右，连接管间距宜控制在8001000m左右；,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损失过大），最小管径为100mm，大城市一般150mm200mm。2）进户管：一般设一条，重要建筑设两条，从不同方向引入。,（3）分配管、进户管,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。,24 排水管网系统规划布置251 排水管网布置原则与形式1排水管网布置原则（自己看，了解）（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,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：,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。,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。,特点：减轻水体污染，保护环境。适用：截流式合流制。,（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。,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。,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。,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,(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。,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。,242 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。,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。,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。,（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。,（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,（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。,（3）支管 取决于地形和街坊建筑特征，并应便于用户接管排水。布置形式有：,1）低边式：当街坊面积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。,2）周边式（围坊式）,3）穿坊式 当街坊或小区已按规划确定，其内部的污水管网已按建筑物需要设计，组成一个系统时，可将该系统穿过其它街坊，并与所穿街坊的污水管网相连。,当街坊面积较大且地势平坦时，宜在街坊四周的街道下敷设支管。,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）,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，综合规划，统筹考虑，合理安排各种管线在空间的位置，以利施工和维护管理。,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101确定。,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。,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。,243 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。,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。,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101。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。,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,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地形和汇水面积确定，以使雨水不致漫过路口。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2550 m也应设置雨水口。,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100150 m，降低了整个管渠工程的造价。,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。,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。,2.5 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。,2.5.1 静态年计算费用法,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。2.5.2 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。,投资资金的时间价值计算常采用复利法,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,【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：,动态年计算费用值为：,1.输水干管一般不宜少于两条，当有安全贮水池或其他安全供水措施时，也可修建一条输水干管。输水干管和连通管管径及连通管根数，应按输水干管任何一段发生故障时仍能通过()计算确定。A.事故用水量B.全部设计用水量C.最大小时用水量 D.70平均小时用水量 2.城镇配水管网()设计成环状，当允许间断供水时，()设计为树枝状，但()考虑将来有连成环状管网的可能。A.宜；可；应B.应；宜；必须C.宜；可；必须D.应；宜；应,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32 管渠水头损失计算33 非满流管渠水力计算34 管道的水力等效简化,3.1 给排水管网水流特征,311 流态特征,312 恒定流与非恒定流,水量变化非恒定流（复杂）按恒定流计算,313 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,314 压力流与重力流,1压力流：hfn、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,315 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。HZP/v2/2g,水头损失：流体克服流动阻力所消耗的机械能,32 管渠水头损失计算,321 沿程水头损失计算,管渠沿程水头损失用谢才公式,圆管满流，沿程水头损失也可以用达西公式表示：,C、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：,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）,2海曾威廉公式,适用：较光滑圆管满流紊流（给水管道）,3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,4.巴甫洛夫斯基公式,适用：明渠流、非满流排水管道,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。,322 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1.0e5.0mm；曼宁公式亦适用于较粗糙的管道，最佳适用范围为0.5e4.0mm；海曾威廉公式则适用于较光滑的管道，特别是当e0.25mm时，该公式较其它公式有较高的计算精度；舍维列夫公式在1.0e1.5mm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。,323 局部水头损失计算,式中 hm局部水头损失，m；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。,324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：,式中 k、n、m指数公式参数；a比阻，即单位管长的摩 阻系数，,2局部水头损失公式的指数形式为：,3沿程水头损失与局部水头损失之和,式中 Sm局部阻力系数；,式中 Sg管道阻力系数；,。,33 非满流管渠水力计算,水力计算目的：确定,331非满流管渠水力计算公式,1非满流管渠水力计算公式,常用的均匀流基本公式有：,式中 Q 流量（m3/s）；过水断面面积（m2）v 流速（m/s）；R 水力半径（）；I 水力坡度（即水面坡度，等于管底坡度）。n 管壁粗糙系数（见表）。,排水管渠粗糙系数表,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。,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，,332 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 n0.014。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。,34 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。,341 串联或并联管道的简化,1串联,2并联,当并联管道直径相同时,342 沿线均匀出流的简化,干管配水情况,假设沿线出流是均匀的，则管道的任一断面上的流量,沿程水头损失,沿程水头损失,将 移至两端点，分别为,管道内流量为,根据水力等效原则,343 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。,4.1 设计用水量计算4.1.1最高日设计用水量4.1.2设计用水量变化4.1.3调节计算,第4章 给水管网工程设计,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 1）,4.1.1 最高日设计用水量,2),（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：12 L/m2 次，每日232）绿化：1.54 L/m2 d,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）,（2）工业企业生产用水量,（3）工业企业职工生活用水和淋浴用水量,（4）浇洒道路和绿化用水量,最高日设计用水量,（5）未预见水量和管网漏失量,3消防用水量（校核时使用）,例4.1（P116）,4.1.2 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 1.31.6，日变化系数Kd 1.11.5；（2）工业企业职工生活用水时变化系数为2.53.0。（3）工业生产用水可均匀分配。,4.1.3 调节计算,(一）给水系统的流量关系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。,取用地表水 取水构筑物、一级泵站和水厂等按最高日的平均时流量计算，即：Q=Qd/T(m3/h)考虑水厂本身用水量的系数，以供沉淀池排泥、滤池冲洗等用水，一般在1.051.10之间；T一级泵站每天工作小时数。大中城市水厂的一级泵站一般按三班制即T=24h均匀工作来考虑，以缩小构筑物规模和降低造价。小型水厂的一级泵站才考虑一班或二班制运转即T=8h或即T=16h。,取用地下水若仅需在进入管网前消毒而无需其他处理时，一般先将水输送到地面水池，再经二级泵站将水池水输入管网。Q=Qd/T(m3/h)水厂本身用水量系数为1。,二级泵站、水塔（高地水池）、管网,二级泵站、从泵站到管网的输水管、管网和水塔等的计算流量，应按照用水量变化曲线和二级泵站工作曲线确定。二级泵站 二级泵站的计算流量与管网中是否设置水塔或高地水池有关。,二级泵站,管网内不设水塔的二级泵站 二级泵站应满足最高日最高时的用水量Qh要求，否则就会存在不同程度的供水不足现象。,二级泵站,管网内设有水塔或高地水池的二级泵站 二级泵站的设计供水线应根据用水量变化曲线拟定。拟定时应注意下述几点：泵站各级供水线尽量接近用水线，以减小水塔的调节容积，分级数一般不应多于三级，以便于水泵机组的运转管理，分级供水时，应注意每级能否选到合适的水泵，以及水泵机组的合理搭配，并尽可能满足目前和今后一段时间内用水量增长的需要。,二级泵站,管网内设有水塔或高地水池的二级泵站 管网内设有水塔或高地水池时，二级泵站每小时的供水量可以不等于用水量，但一天的泵站总供水量等于最高日用水量。,水塔和高地水池的作用,供水量高于用水量时，多余的水可进入水塔或高地水池内贮存；供水量低于用水量时，则从水塔流出以补水泵供水量的不足。如供水线和用水线越接近，则为了适应流量的变化，泵站工作的分级数或水泵机组数可能增加，但是水塔或高地水池的调节容积可以减小。,输水管、管网,无水塔和高地水池 输水管和管网按最高日最高时用水量确定管径。有网前水塔泵站到水塔的输水管管径：按泵站分级工作线的最大一级供水量计算。管网管径：按最高日最大时用水量确定。,输水管、管网,管网末端设水塔二级泵站到管网的输水管、水塔到管网的输水管管径：分别根据最高时从泵站和水塔输入管网的流量进行计算。管网管径：按最高日最高时用水量确定。,清水池,一级泵站通常均匀供水，而二级泵站一般为分级供水，所以一、二级泵站的每小时供水量并不相等。为了调节两泵站供水量的差额，必须在一、二级泵站之间建造清水池。,清水池,图中，实线2表示二级泵站工作线，虚线1表示一级泵站工作线。一级泵站供水量大于二级泵站供水量这段时间内，图中为20时到次日5时，多余水量在清水池中贮存；而在520时，因一级泵站供水量小于二级泵站，这段时间内需取用清水池中存水，以满足用水量的需要。但在一天内，贮存的水量刚好等于取用的水量。清水池所需调节容积=累计贮存水量B=累计取用水量A,3）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。,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：,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510；w4安全贮水量。,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:（5-4）式中 w1调节容积 w2消防贮水量，按10min室内消防用水量计算。例4.2P121,作业：习题1,1.管网内设有水塔或高地水池时，二级泵站每小时的供水量可以 用水量，但一天的泵站总供水量 最高日用水量。A等于，不等于 B不等于，不等于C等于，等于 D不等于，等于2.无水塔和高地水池输水管按 用水量确定管径，管网按 用水量确定管径。A.最高日最高时，最高日最高时B.最高日平均时，最高日最高时C.最高日平均时，最高日平均时D.最高日最高时，最高日平均时,3.有网前水塔泵站到水塔的输水管管径()管网管径()A.按泵站分级工作线的最大一级供水量计算,按最高日最大时用水量确定B.按最高日最大时用水量确定,按最高日最大时用水量确定C.按泵站分级工作线的最大一级供水量计算,按泵站分级工作线的最大一级供水量计算D.按泵站分级工作线的最小一级供水量计算,按泵站分级工作线的最大一级供水量计算,4.一级泵站通常（）供水，而二级泵站一般为（）供水，所以一、二级泵站的每小时供水量并不相等。为了调节两泵站供水量的差额，必须在一、二级泵站之间建造（）。A.分级，均匀，水塔B.均匀，分级，水塔C.分级，均匀，清水池D.均匀，分级，清水池,5.从水源至城镇水厂或工业企业自备水厂的输水管渠的设计流量，应按()确定。A.最高日平均时供水量B.最高日最大时供水量C.平均日平均时供水量加自用水量D.最高日平均时供水量加自用水量,4.2 设计流量分配与管径设计,管网的正确设计和经济计算在给排水工程的设计中是很重要的。因为管网的造价占总造价的7080%，在有关管网的计算中常会提到两类课题：（一）设计课题在管网定线后：Q时Q节Q分（管段）DhHp（Ht）也就是按最高用水时的流量求出各节点流量，进行流量的分配，求出管段流量，再根据所要求的管内流速，求出管径，而求出水头损失，然后根据控制点的位置，求出Hp，Ht。（二）核算课题在管径确定后：Q时Q节Q分（管段）hHp目的在于核算其他情况下（消防时、事故时及最大转输时等）的管网水头损失大小。按最高选出的泵扬程能否满足需要。,4.2.1 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。,则每一计算管段沿线流量记作qy为：,（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,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。,（2）沿线流量如何转换成