《给水工程规划》PPT课件.ppt

第三章 城市给水工程系统规划,3-1 城市用水量的预测,城市用水分类生活用水 包括居民日常生活用水、工业企业职工生活用水、公共建筑用水生产用水 工业生产过程中的用水市政用水 包括道路保洁、绿化浇水、车辆 冲洗用水消防用水 扑灭火灾时的用水其它用水 包括水厂自身用水、管网漏水及其它未预见水量,城市用水量标准（定额）,居民生活用水量标准公共建筑用水量标准工业企业用水量标准 工业企业职工生活用水量标准 工业企业生产用水量标准市政用水量标准消防用水量标准未预见用水,指满足居民生活、工业生产所需的单位用水量,居民生活用水量标准,原：室外给水排水规范（GBJ13-86),公共建筑用水量标准,原：建筑给水排水设计规范（GBJ15-88),工业企业用水量标准,工业企业职工生活用水量标准,原：建筑给水排水设计规范（GBJ15-88)工业企业设计卫生标准规定(TJ36-79),工业用水,取水量,工业用水量,耗水量,排水量,再用水量,工业再用水率：指一定时间内，生产过程中使用的再用水量与总用水量之比,假定现阶段万元产值取水量为P0,再用水率为A0;规划年万元产值取水量为Pi，再用水率为Ai。每万元产值的总用水量基本稳定，则有：,工业企业生产用水量标准,市政用水量标准,街道洒水用水量标准 1.02.0升/米2.次，23次/日绿化浇水用水量 1.54.0升/米2.次，12次/日汽车冲洗用水量 小轿车250400升/辆.日；公共汽车、载重汽车400600升/辆.日,消防用水量标准,原：建筑设计防火规范（GBJ16-87),未预见用水量,室外给水排水设计规范规定，按最高日可用水量的1525计算,用水量的时间变化,日变化系数 Kd年最高日用水量/年平均日用水量 在规划设计年限中，用水量最多的一日用水量，称为最高日用水量，一般常用来确定给水设施的规模。一般特大城市Kd取1.11.2，大城市1.151.3，中小城市1.21.5。,时变化系数 Kh最高日最大时用水量/最高日平均时用水量 指最高日中最大一小时用水量与平均时用水量的比值。,日变化系数和时变化系数多用于由平均用水量推求最高用水量。,城市用水量预测方法,以过去的资料为依据，以今后的用水趋势、经济条件、人口变化、水资源情况、政策导向等为条件，对各种影响用水的条件作出合理的假定，通过一定的方法，求出预期用水量。,人均综合指标法,确定出规划期末人均用水量指标，根据规划确定的人口数，计算出用水总量。,确定城市单位用地的用水量指标后，根据规划的城市用地规模，推算出城市的总用水量。,单位用地指标法,线性回归法,在以往资料的基础上，建立用水量与时间的函数关系式，进而推求将来年份的用水量。,用水量Q,时间（年份）t,Qa+bt,线性回归示例,生长曲线法,城市用水量从历史的发展过程看，呈S曲线变化，模拟这种过程的数学曲线称为生长曲线,L-预测用水量上限,年递增率法,根据历年来的用水量的递增，并考虑经济发展的速度、选定用水的递增速率，再由现状推求规划用水量。,起始年份的实际用水量,用水年均增长率,预测年限,城市发展增量法,根据有关方法计算出新增城市建设部分的用水量，再加上现状的用水量，得到将来的城市用水总量。多用于近期建设预测。,分类求和法,按照城市用水性质的不同分类，根据相关资料，分别对城市各类用水进行预测，最后加和求得城市总的用水量。,居民生活用水公建用水工业企业生活用水,方法的选取,单位指标法（人口、用地面积、产值等）回归分析生长曲线城市发展增量法,总用水量,一种或几钟,分类求和法,详细规划中常用的预测方法,分类求和法,居住区最高日生活用水量Q1,N1规划期限内规划人口数；q1设计期限内采用的最高日用水量标准（升/人*日）。公共建筑生活用水量Q2,q2某类公共建筑生活用水量标准（升）N2该类公共建筑生活用水量单位的数量。,工业企业职工生活用水量Q3,q3工业企业生活用水量标准（升/人*班）Np每班职工数n每日班制工业企业职工淋浴用水量 Q4,q4工业企业职工淋浴用水量标准（升/人*班）N4工厂每班职工淋浴人数。,工业企业生产用水量Q5 等于同时使用的各类工业 企业或各生产车间用水量之和。市政用水量Q6,q6、q6 分别为街道洒水和绿地浇水用水量标准（升/米2*次）和（升/米2*日）,、,分别为街道洒水和绿地浇水面积（米2）n6每日街道洒水次数。,未预见水量（包括管网漏失水量），一般按以上各项和的1020计算。则最高日用水量为 Q=K(Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6)(米3/日)最高日平均时用水量为 Q0=Q/24(米3/小时)加上水厂自身用水量510，取水构筑物的设计取水量为 Qp（1.051.10）Q/24(米3/小时),最高日最高时用水量为QmaxKh Q/24(米3/小时)Kh城市用水量时变化系数。设计管网时，按最高时用水量计算 qmaxQmax/3.6（升/秒）,某一区新规划区，第一期规划人口10万，居住区室内卫生设备齐全，区内公建配套齐全；区内有一7000名工人的企业，实行两班制，每班3500人，无热车间，每班500人淋浴，车间生产轻度污染身体，生产每日耗水3000立方米。不考虑市政用水和消防用水，未预见水量按18计，请计算该区的最高日用水量和管网的设计流量。,解：题中给出了比较详细的资料，考虑采用分类求和法。查表选取综合生活用水定额300L/人*d。则,工业企业职工生活用水量，查表取值,工业企业职工淋浴用水量，查表取值,工业企业生产用水，由题知,未预见水量按18考虑，则最高日用水量为 Q=(1+0.18)（Q1+Q2+Q3+Q4+Q5）=1.18（30000+175+40+3000）39193.7m3/d,最高日平均用水量为 Qc=Q/24=1633 m3/h 取时变化系数Kh2.0，则最高时用水量为 Qmax=QcKh=3266 m3/h,qmax=907(L/S),总体规划中常用的预测方法（1）,规划人口数 人均综合用水量指标 规划期末城市总用水量,人均综合指标法,城市给水工程规划规范GB 50282 98,注:1.特大城市指市区和近郊区非农业人口100万及以上的城市；大城市指市区和近郊区非农业人口50万及以上不满100万的城市；中等城市指市区和近郊区非农业人口20万及以上不满50万的城市；小城市指市区和近郊区非农业人口不满20万的城市。2一区包括:贵州、四川、湖北、湖南、江西、浙江、福建、广东、广西、海南、上海、云南、江苏、安徽、重庆；二区包括:黑龙江、吉林、辽宁、北京、天津、河北、山西、河南、山东、宁夏、陕西、内蒙古河套以东和甘肃黄河以东的地区；三区包括:新疆、青海、西藏、内蒙古河套以西和甘肃黄河以西的地区。3.经济特区及其他有特殊情况的城市，应根据用水实际情况，用水指标可酌情增城(下同)。4.用水人口为城市总体规划确定的规划人口数(下同)。5.本表指标为规划期最高日用水量指标(下同)。6.本表指标已包括管网漏失水量。,规划建设用地面积 单位建设用地综合用水量指标 规划期末城市总用水量,单位用地指标法,注：本表指标已包括管网损失水量,总体规划中常用的预测方法（2）,分类加和法,1 城市居住用地用水量应根据城市特点、居民生活水平等因素确定。,注：1、本表指标已包括管网漏失水量。2、用地代号引用现行国家标准城市用地分类与规划建设用地标准(GBJ137)(下同)。,2 城市公共设施用地用水量应根据城市规模、经济发展状况和商贸繁荣程度以及公共设施的类别、规模等因素确定。,单位公共设施用地用水量指标（万m3/(km2d）,注：本表指标已包括管网漏失水量。,3 城市工业用地用水量应根据产业结构、主体产业、生产规模及技术先进程度等因素确定。,单位工业用地用水量指标（万m3/(km2.d）,注：本表指标包括了工业用地中职工生活用水及管网漏失水量。,4 城市其他用地用水量指标。单位其他用地用水量指标（万m3/(km2d）,注：本表指标已包括管网漏失水量,总体规划中常用的预测方法（3）,年递增率法 线性回归法,用水量预测应注意的问题,水量预测应充分考虑各种因素的影响。城市经济发展水平、区域分布、水资源丰富程度、基础设施配套情况、生活习惯、水价、工业结构等都会对用水量产生影响。应注意城市流动人口和城市的自备水源用户用水量。城市给水工程规划规范中的指标适用年限为2015年，做近期规划时应酌情减少，远期规划可适当增加。应掌握城市用水的变化趋势。,2-3 城市给水水源规划,水资源：在现有技术条件下能够获得的，可作为人类生产资料或生活资料的天然水水源：生产、生活用水的来源,城市水源的种类,地下水源 包气带水、潜水、承压水、裂隙水、岩溶水、泉水地表水源 江河、湖泊、蓄水水库；海水其它水源 微咸水、雨水、再生水,包气带水,潜水,承压水、泉水,城市水源的选择,水量 天然河流 取水量河流枯水期可开采量 地下水 取水量可开采量水质 生活饮用水水源需满足生活饮用水源水质标准协调于其它用水的关系、结合城市的规划布局注意水源的防护与管理,地表水可开采量,地表水的水位每年均不相同，表示各年的水量亦不相同。常用某一高程的水位出现的频度来描述水位的变化规律。,排顺序：将收集到的各年洪水、枯水水位（或流量）按递减（求洪水水位或流量时）或递增（求枯水水位或流量时）顺序排列成表，并按顺序编号。,水位频率的计算方法(经验法）,2.算频率：用经验公式计算低于某一水位（或流量）出现的频率,P等于或大于某一水位（或流量）的频率。m水位或流量的编号。n观测水位（或流量）的总个数。,3.连曲线：以洪水、枯水位(或流量）为纵坐标，以频率为横坐标，在概率坐标纸上绘出频率曲线。,4.推求分析：将概率曲线延长，推求较小或较大频率的水位（或流量）值。此例中，将曲线延长，可得P=1%的最高洪水水位为337米。重现期 T1/P 因为是以年为单位统计的洪水水位，所以P=1%表示的是百年一遇的洪水水位为337米。,设计枯水流量按9097的保证率选取。河流较窄而流速小时，可取水量Qk=(0.30.5)Qs一般大河流中 Qk=0.15Qs 如果需要修建引水渠的Qk=0.25QsQk与Qp进行水量平衡分析。,地下水,地下水储量分为天然储量和调节储量天然储量又分为静储量和动储量静储量：又称永久储量，是指最低潜水面以下含水层中的水的体积Qg动储量：地下水在天然状态下的流量；在单位时间内，通过某一截面的地下水流量Qd调节流量：地下水最高水位与最低水位间含水层中所含水的体积Qt,开采储量：在开采期内，不使地下水水位连续下降或者水质变坏的条件下，从含水层中能取得的水量Qc 可包含动储量Qd、调节储量Qt和部分静流量Qg。但是静流量一般不动用，只有在可以很快补给的情况下才可以考虑动用。即Qc=Qd+Qt一般情况下 河谷冲击层 Qc=Qd 潜水盆地 Qc=QtQc与Qp进行水量平衡分析。,城市水源的保护,源头水及自然保护区 集中生活饮用水源地(包括各级保护区)可划分成一级保护区、二级保护区 或准保护区。渔业保护区 珍贵鱼类保护区、鱼虾产卵场以及一般鱼类保护区。风景游览区 分为与人体直接接触的游泳区及与人体非直接接触的娱乐用水区、一般景观用水区 工业用水区 可分为高级的工业用水、一般工业用水 农业用水 系粮食、蔬菜、果园等作物的取水区,水体功能划分,地表水域功能分类与水污染防治控制区及污水综合排放标准分级之关系,地表水环境质量标准基本项目标准限值 单位：mg/L,地表水环境质量标准基本项目标准限值 续表,地表水环境质量标准基本项目标准限值 续表,第二类污染物最高允许排放浓度（部分）(1997年12月31日之前建设的单位),生活饮用水水源水质标准,生活饮用水水源水质标准（续表）,生活饮用水水源水质标准（续表）,城市水源的保护（1）,地表水源取水点周围半径100米的水域 重点保护取水点上游1000米，下游100米严格保护取水点上游1000米以外，一般保护水厂等给水设施周围划定不小于10米的保护范围,城市水源的保护（2）,地下水源一级保护区 开采井周围二级保护区 影响开采井水源的保护区准保护区 二级保护区以外的主要补给区取水构筑物周围设置不小于30米的保护范围,我国水资源状况,缺水国家 人口占世界的22，而淡水量仅占世界的8%,是世界上13个缺水国家之一。分布极不均匀 缺水城市主要分布在华北、西北、胶东及沿海地区。情况不容乐观 我国城市日供水的缺口约占实际供水的1/4，4000多万城市人口受影响。,“水不久将成为一场深刻的社会危机”国际人口组织报告,城市水资源开发利用的过程,自由开发阶段 城市总用水量远低于城市的极限用水量水资源基本平衡到制约利用阶段 用水量上已经逐步接近水资源的极限综合开发利用水资源阶段 新的水源开发成本越来越高，迫使人们开始合理利用水和重复利用水,城市缺水问题,资源性缺水 水资源绝对数量不足水质性缺水 由于污染而导致缺少合格用水工程性缺水 给水工程设施不足而导致供水不足,解决城市缺水的对策,充分利用当地水资源外地调水加强污水的处理回用开发海水利用雨水,制定合理的用水政策（水价调控）使用节水设备分质供水,开源,节流,污水的回用,比长距离调水便宜比淡化海水经济既节约了水资源，也减少了环境污染,第四节 城市给水工程设施规划,给水系统布置形式,统一给水系统 按照生活用水水质要求，由同一套管网供给生活、生产等用水,统一给水系统建设费用低、管理简单没能充分体现节约用水适用于中小城镇、开发区，各用户对水质要求差别不大，地形较平坦的地区,分质给水系统,取水构筑物从同一水源或不同水源取水，经过不同程度的净化，用不同的管道，分别将不同水质的水供给给各用户,分质给水系统可分开工业用水和生活用水，也可分开生活用水中的饮用水和非饮用水可以使城市的水资源优质优用，减少处理费用，节约用水建设费用增加，管理系统复杂适用于水资源紧缺的新区,目前发达国家基本都已实行质供水可饮用水系统拧开水龙头就可以喝；低品质水、回用水或海水作为非饮用水，另设管网供应，用于园林绿化、清洗车辆、冲洗厕所、喷洒道路以及工业冷却。设立非饮用水系统的着眼点在于节约水资源及降低水处理费用。国内现有的一些分质供水系统，如上海的桃浦工业区工业用水系统、青岛的城市污水回用、香港特别行政区的海水冲厕系统等，实际与国外的做法并无形式及内容上的差别。,分区给水系统,将给水系统分为几个区，每个区有泵站和管网，管网之间有适当的联系（通常使通过泵站联系）,分区给水系统使管网中水压分布比较均匀，避免地势较低或靠近水厂部分的管道内水压过大，减少漏水量和减少泵站能量的浪费会增加管道和泵站的建造和管理费用适用于给水区域较大，地形起伏较大及远距离输水的情况,并联分区，由同一泵站内的高压和低压水泵分别给低压区和高压区供水串连分区，整个管网都由低压泵站供水，高压区用水再由高压泵站加压,并联分区，只有一个泵站，管理方便，供水安全；增加了高压输水管道的长度；适用于沿河岸发展且宽度较小的城市（高压区离水源较近）。,串联分区，减少了输水管道的重复建设，泵站扬程较小，压力小；泵站多，管理复杂；适用于垂直河流方向发展、供水区域狭长的城市（高压区离水源较远）。,循环给水系统,工业用水的循环生活用水中的洗涤用水，用于冲洗厕所、道路保洁、绿地浇灌,循环给水系统，包括中水系统，可以提高对水资源的重复利用，减少污水的排放量；增加建设费用；适用于水资源贫乏的地区。,区域性给水系统,在几个工业区或城镇的上游统一取水、统一供水,区域性给水系统，能充分发挥规模效益，降低成本，避免下游城市因上游城市的污染而得不到清洁的水源；需要多城市协调，输水管较长；适用于同一流域的城市密集区域。,取水工程设施规划,地下水取水构筑物 管井 大口井 辐射井 渗渠,取水构筑物,地表取水构筑物固定式移动式,地下取水构筑物,地下取水构筑物,固定式岸边取水构筑物,固定式岸边取水构筑物,移动式岸边取水构筑物,取水口位置的选择,一般位于城镇的上游河段。水库取水口应在水库淤积区以外，靠近大坝湖泊取水口应离开支流汇入口和藻类集中区，接近湖泊出口处海水取水口应避免风浪,河流取水口应避开回水区和死水区一般选择在主流稳定河床，水深不小于2.53.0m弯曲河段，宜设在河流的凹岸,河流取水口应避开支流影响，在汇入口下游400m以外，在分叉口上游500m以上,取水口应位于丁坝上游，岸边式距坝前浅滩150200m,丁坝的布置,丁坝是一种间断性的有重点的护岸型式，具有调整水流作用，在一定条件下常为一些河堤除险加固时所采用。,桥梁上游0.51.0km或下游1.0km以外码头100m以外排污口下游1000m上游150m以外取水构筑物设计最高水位按100年一遇频率，枯水流量保证率9097，枯水水位保证率9099,取水口位置的选择,常规处理工艺流程,给水处理设施规划,混凝（絮凝）借助混凝剂，使水中的胶体和悬浮物质形 成较大颗粒的绒体（矾花）,混凝 借助混凝剂，使水中的胶体和悬浮物质形 成较大颗粒的绒体（矾花）,沉淀 使矾花在重力作用下与水体分离,沉淀 使矾花在重力作用下与水体分离,澄清池 是絮凝和沉淀综合于一体的构筑物,澄清池 是絮凝和沉淀综合于一体的构筑物,过滤 通过虑料层的吸附、筛虑、沉淀作用，截留水中的杂质,消毒 加夜氯、漂白粉，杀死水中病菌软化和除铁、锰 降低水中Ca、Mg、Fe、Mn离子的含量,原水,混合,絮凝沉淀池,滤池,清水池,二级泵房,用户,澄清池,消毒剂,地表水常规处理工艺流程,地表水一次净化工艺流程,高浊度水处理工艺流程,受污染水源工艺流程(一),受污染水源工艺流程(二),水厂的选址,安全 工程地质条件好 不受洪水威胁 较好的环境卫生条件经济 交通方便，靠近电源考虑近远期发展 与用水区和取水构筑物距离合适,城市给水管网,城市给水管网包括输水管渠、配水管网、泵站、水塔或高地水池,输水管渠的布置,输水管渠指从水源到水厂，或者从水厂到配水管网的管道或渠道,条数 一般至少设两条 或者一条输水管加配安全储水池,采用n根相同管 径的输水管并联,采用m根连接管每隔一定 距离连接平行的输水管并 将其均分为m+1段,Q,l,l,l,设置两条或多条输水管时，须在管道之间设联通管 连通管配合阀门，保证任何一段输水管发生故障时还可以通过70以上的设计流量,输水管的规划布置,合理选择有压管和重力管压力管 需要加压设备 暗管 用于地形起伏比较大的情况重力管 经济方便 可为暗管或明渠（原水输水管）应优先考虑,给水管网,将输水管送来的水配送给城市用户，可分为干管、分配管、接户管,干管 输水和为沿线用户供水 管经200mm分配管 将干管来水配给接户管和消防栓 75200mm接户管 从分配管到建筑 管经=20mm,布置形式,树状管网安全性差，易引起水质变化，造价较低用于小城镇或小城镇建设初期、用户分散地区、城市的小区和街坊内部,布置形式,环状管网 可靠性好，管线长度有所增加。一般城市管网为环状与树状结合布置,管网布置原则,干管主要方向按供水的主要流向延伸干管宜位于交通量不大的道路下，并尽可能位于高程较高处考虑水压、水量的要求，合理增设加压泵站和水量调节构筑物（水塔、高地水池）保证饮用水水质清洁，避免饮用水与其它管网相连接,布置示例（1）,布置示例（2）,布置示例（3）,管段流量、管径和水头损失,第一节 管网计算的课题,新建和扩建的城市管网按最高时用水量Qh计算，据此求出所有管段的直径、水头损失、水泵扬程和水塔高度(当设置水塔时)。并在此管径基础上，按其它用水情况，如消防时、事故时、对置水塔系统在最高转输时各管段的流量和水头损失，从而可以知道按最高用水时确定的管径和水泵扬程能否满足其它用水时的水量和水压要求。,管网计算的课题,管网计算步骤求沿线流量和节点流量；求管段计算流量；确定各管段的管径和水头损失；进行管网水力计算或技术经济计算；确定水塔高度和水泵扬程。,第二节 管网图形及简化,在管网计算中，城市管网的现状核算以及现有管网的扩建计算最为常见。除了新设计的管网，因定线和计算仅限于干管而不是全部管线的情况外，对改建和扩建的管网往往将实际的管网适当加以简化，保留主要的干管，略去一些次要的、水力条件影响较小的管线。但简化后的管网基本上能反映实际用水情况，使计算工作量可以减轻。管网图形简化是在保证计算结果接近实际情况的前提下，对管线进行的简化。,管网图形及简化,管网图形简化可分为分解、合并、省略分解：只由一条管线连接的两管网，都可以把连接管线断开，分解成为两个独立的管网。由两条管线连接的分支管网，如它位于管网的末端且连接管线的流向和流量可以确定，也可进行分解，管网经分解后即可分别计算。合并：管径较小、相互平行且靠近的管线可考虑合并。省略：管线省略时，首先是略去水力条件影响较小的管线，也就是省略管网中管径相对较小的管线，管线省略后的计算结果是偏于安全的。,管网图形及简化,第三节 沿线流量和节点流量,管网计算时并不包括全部管线，而是只计算经过简化后的干管网。干管网的节点包括：水源节点，如泵站、水塔或高位水池；不同管径或不同材质的管线交接点；两管段交点或集中向大用户供水的点。两节点之间的管线称为管段。管段顺序连接形成管线。,沿线流量和节点流量,起点和终点重合的管线称为管网的环。环中不含其它环，称为基环。几个基环合成的环，称为大环。多水源的管网，为了计算方便，有时将两个或多个水压已定的水源节点（泵站、水塔等）用虚线和虚节点0连接起来，也形成环，因实际上并不存在，所以叫做虚环。,沿线流量和节点流量,沿线流量：是指供给该管段两侧用户所需流量。节点流量：是从沿线流量折算得出的并且假设是在节点集中流出的流量。,沿线流量,工业企业给水管网，大量用水集中在少数车间，配水情况比较简单。城市给水管线，沿管线配水，情况比较复杂。假定用水量均匀分布在全部干管上。比流量：干管线单位长度的流量。,沿线流量,比流量计算,沿线流量,沿线最高用水时和最大转输时的比流量不同，所以在管网计算时须分别计算。城市内人口密度或房屋卫生设备条件不同的地区，也应该根据各区的用水量和干管线长度，分别计算其比流量，以得出比较接近实际用水的结果。沿线流量的计算：,沿线流量,沿线按照用水量全部均匀分布在干管上的假定以求出比流量的方法，存在一定的缺陷。因为它忽视了沿线供水人数和用水量的差别，所以与各管段的实际配水量并不一致。为此提出另一种按该管段的供水面积决定比流量的计算方法。,节点流量,管网中任一管段的流量，由两部分组成：一部分是沿该管段长度L配水的沿线流量q1，另一部分是通过该管段输水到以后管段的转输流量qt.转输流量沿整个管段不变，而沿线流量由于管段沿线配水，所以管段中的流量顺水流方向逐渐减小，到管段末端只剩下转输流量。管段起端的流量等于转输流量qt加沿线流量q1，到末端只有转输流量qt，因此从管段起点到终点的流量是变化的。,节点流量,对于流量变化的管段，难以确定管径和水头损失，所以有必要将沿线流量转化成从节点流出的流量。这样，沿管线不再有流量流出，即管段中的流量不再沿管线变化，就可根据该流量确定管径。沿线流量化成节点流量的原理：是求出一个沿线不变的折算流量q，使它产生的水头损失等于实际上沿管线变化的流量qX产生的水头损失。q=qt+q1折算系数：是把沿线变化的流量折算成在管段两端节点流出的流量，即节点流量的系数。,节点流量,管网任一节点的节点流量为：qi=q1=0.5 q1任一节点i的节点流量qi等于与该节点相连各管段的沿线流量q1总和的一半。城市管网中，工业企业等大用户所需流量，可直接作为接入大用户节点的节点流量。工业企业内的生产用水管网，水量大的车间用水量也可直接作为节点流量。,第四节 管段计算流量,沿线任一管段的计算流量实际上包括该管段两侧的沿线流量和通过该管段输送到以后管段的转输流量。为了初步确定管段计算流量，必须按最大时用水量进行流量分配，得出各管段流量后，才能据此流量确定管径和进行水力计算。求出节点流量后，就可以进行管网的流量分配，分配到各管段的流量已经包括了沿线流量和转输流量。,管段计算流量,单水源树状管网流量分配任一管段的流量等于该管段以后（顺水流方向）所有节点流量的总和。如q3-4=q4+q5+q8+q9+q10树状网的流量分配比较简单，各管段的流量易于确定，并且每一管段只有唯一的流量值。,管段计算流量,环状网流量分配环状网的流量分配比较复杂。任一节点的流量包括该节点流量和流向以及流离该节点的几条管段流量。所以环状网流量分配时，不可能对每一管段得到唯一的流量值。分配流量时，必须保持每一节点的水流连续性，也就是流向任一节点的流量必须等于流离该节点的流量，以满足节点流量平衡的条件。,假定离开节点的流量为正，流向节点的流量为负。,管段计算流量,环状网流量分配以节点1为例：q1Q+q1-2+q1-4=0对节点1来说，即使进入管网的总流量Q和节点流量q1已知，各管段的流量，如q1-2，和q1-4等值，还可以有不同的分配，也就是有不同的管段流量。如果在分配流量时，对其中的一条，例如管段12分配很大的流量q1-2，而另一管段14分配很小的流量q1-4，因q1-2+q1-4仍等于Q q1，即保持水流的连续性，这时敷管费用虽然比较经济，但明显和安全供水产生矛盾。因为当流量很大的管段12损坏需要检修时，全部流量必须在管段l4中通过，使该管段的水头损失过大，从而影响到整个管网的供水量或水压。,管段计算流量,环状网可以有许多不同的流量分配方案，每一方案所得的管径也有差异，管网总造价也不相等。使环状网中某些管段的流量为零，即将环状网改成树状网，才能得到最经济的流量分配，但是树状网并不能保证可靠供水。环状网流量分配时，应同时照顾经济性和可靠性。经济性是指流量分配后得到的管径，应使一定年限内的管网建造费用和管理费用为最小。可靠性是指能向用户不间断地供水，并且保证应有的水量、水压和水质。经济性和可靠性之间往往难以兼顾，一般只能在满足可靠性的要求下，力求管网最为经济。,管段计算流量,环状网流量分配的步骤按照管网的主要供水方向，初步拟定各管段的水流方向并选定整个管网的控制点。控制点是管网正常工作时和事故时必须保证所需水压的点，一般选在给水区内离二级泵站最远或地形较高之处。为了可靠供水，从二级泵站到控制点之间选定几条主要的平行干管线，这些平行干管中尽可能均匀地分配流量，并且符合水流连续性即满足节点流量平衡的条件。这样，当其中一条干管损坏，流量由其它干管转输时，不会使这些干管中的流量增加过多。和干管线垂直的连接管，其作用主要是沟通平行干管之间的流量，有时起一些输水作用，有时只是就近供水到用户，平时流量一般不大，只有在干管损坏时才转输较大的流量，因此连接管中可分配较少的流量。,管段计算流量,多水源管网应由每一水源的供水量定出其大致供水范围，初步确定各水源的供水分界线；然后从各水源开始，循供水主流方向按每一节点符合qi+qij=0的条件，以及经济和安全供水的考虑，进行流量分配。位于分界线上各节点的流量，往往由几个水源同时供给。各水源供水范围内的全部节点流量加上分界线上由该水源供给的节点流量之和，应等于该水源的供水量。,第五节 管径计算,各管段的管径按下式计算,管径不但和管段流量有关，而且和流速的大小有关，因此要确定管径必须先选定流速。为了防止管网因水锤现象出现事故，最大设计流速不应超过2.53m/s；为了避免水中悬浮物质在水管内沉积，最低流速通常不得小于0.6m/s；因此，须在上述流速范围内，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。,管径计算,流量已定时，管径和流速的平方根成反比。流量相同时，如果流速取得小些，管径相应增大，此时管网造价增加，可是管段中的水头损失却相应减小，因此水泵所需扬程可以降低，经常的输水电费可以节约。如果流速用得大些，管径虽然减小，管网造价有所下降，但水头损失增大，因此水泵所需扬程势必增加、经常的电费势必增加。因此。一般采用优化方法求得流速或管径的最优解。在数学上表现为求一定年限t（称为投资偿还期）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，以此来确定管径。,管径计算,投资偿还期t年内的总费用及年折算费用,管径计算,环状管网造价C和管理费用M都和管径D有关。当流量已知时，则造价和管理费用与流速v有关，因此年折算费用既可以用流速v的函数也可以用管径D的函数表示。流量一定时，如管径D增大（v相应减小），则管网造价和折旧费增大,而电费减小。,管径计算,年折算费用W值随管径和流速的改变而变化，是一条下凹的曲线，相应于曲线最小纵坐标值的管径和流速，就是最经济的。经济管径为De，经济流速为ve。,管径计算,由于水管有标准管径，如200mm，250mm等，分档不多，按经济管径方法算出的不一定就是标准管径，这时可选用相近的标准管径。设计中也可采用平均经济流速（表51）来确定管径，得出的是近似经济管径。一般大管径可取较大的平均经济流速，小管径可取较小的平均经济流速。,管径计算,以上是指水泵供水时的经济管径确定方法，重力供水时，各管段的经济管径或经济流速，应按输水管渠和管网通过设计流量时的水头损失总和等于或略小于可以利用的标高差来确定。,第六节 水头损失计算,流量和水头损失的关系给水管网任一管段两端节点的水压和该管段水头损失之间有下列关系：hij=HiHj Hi、Hj从某一基准面算起的管段起端i和终端j的水压，m；hij管段ij的水头损失，m。在管网计算中，主要考虑沿程水头损失。至于局部水头损失，因和沿程水头损失相比很小，通常忽略不计。,水头损失计算,均匀流流速公式（谢才公式）,水头损失计算,水头损失计算,给水管的三种水流流态阻力平方区，此时比阻a值仅和管径及水管内壁粗糙度有关，而和Re数（雷诺数）无关，例如旧铸铁管和旧钢管在流速v1.2ms时或金属管内壁无特殊防腐措施时，就属于这种情况；过渡区，此时，比阻a值和管径、水管内壁粗糙度以及Re数有关，例如旧铸铁管和旧钢管在流速v1.2ms时，以及石棉水泥管在各种流速时的情况；水力光滑区，此时比阻a值和管径及Re数有关，但和水管内壁祖糙度无关，例如应用塑料管和玻璃管时。,水头损失计算,舍维列夫公式,计算旧铸铁管和旧钢管水力坡度i时，如流速v1.2m/s,则舍维列夫公式的比阻a=0.001736/D5.3值见表52。,水头损失计算,舍维列夫公式当水流在过渡区（v1.2m/s），应在表52的a值上乘以修正系数K，K值见表53。,水头损失计算,巴甫洛夫斯基公式适用于混凝土管、钢筋混凝土管和渠道的水头损失计算。,水头损失计算,巴甫洛夫斯基公式巴甫洛夫斯基公式中的比阻a值,水头损失计算,海曾威廉公式,水头损失计算,海曾威廉公式系数C值,水头损失计算,柯尔勃洛克公式,水头损失计算,柯尔勃洛克公式,第七节 管网计算基础方程,给水管网计算目的在于求出各水源节点（如泵站、水塔等）的供水量、各管段中的流量和管径以及全部节点的水压。环状网 管段数P、节点数J（包括泵站、水塔等水源节点）和环数L之间的关系：P=J+L1树状网 环数L=0，所以P=J1,管网计算基础方程,管网计算基础方程,管网计算时，节点流量qi=0.5 q1、管段长度l、管径D和阻力系数等为已知，需要求解的是管网各管段的流量qij（此处求解的是最终满足要求的管段流量而并非是初分流量）或水压Hi，所以P个管段就有P个未知数。因此环状网计算时必须列出P=J+L1个方程，才能求出P个流量。管网计算的原理是基于质量守恒和能量守恒，由此得出连续性方程和能量方程。,管网计算基础方程,连续性方程按照对任一节点来说，流向该节点的流量必须等于从该节点流出的流量。离开节点的流量为正，流向节点的流量为负。如管网有J个节点，只可以写出类似于式qi+qij=0的独立方程J1个。因为J个节点可以对应J个类似的方程，但其中任一方程可从其余J1个方程导出。,管网计算基础方程,能量方程表示管网每一环中各管段的水头损失总和等于零的关系。水流顺时针方向的管段水头损失为正，逆时针方向的为负。,管网计算基础方程,能量方程如水头损失用指数公式h=sqn表示，则能量方程还可以表示为：,管网计算基础方程,压降方程,第八节 管网计算方法分类,给水管网计算实质上是联立求解连续性方程、能量方程和管段压降方程。在管网水力计算时，根据求解的未知数是管段流量还是节点水压，可以分为解环方程、解节点方程和解管段方程三类，在具体求解过程中可采用不同的算法。,解环方程,管网经流量分配后，各节点初分流量已满足连续性方程，可是由该流量求出的管段水头损失，并不同时满足L个环的能量方程。为此必须多次将各管段的流量反复调整，直到满足能量方程，从而得出各管段的最终流量和水头损失。解环方程时，哈代克罗斯(Hardy Cross)法是其中常用的一种算法。由于环状网中，环数少于节点数和管段数，相应的以环方程数为最少，因而成为手工计算时的主要方法。,解节点方程,解节点方程是在假定每一节点水压的条件下，应用连续性方程以及管段压降方程，通过计算调整，求出每一节点的最终水压。节点的水压已知后，即可以从任一管段两端节点的水压差得出该管段的水头损失，进一步从流量和水头损失之间的关系算出管段流量。工程上常用的算法有哈代克罗斯法。解节点方程是应用计算机求解管网计算问题时，应用最广的一种算法。,解管段方程,该法是应用连续性方程和能量方程，求得各管段流量和水头损失，再根据已知节点水压求出其余各节点水压。需借助计算机才能快速求解。,解管段方程同解环方程的区别在于，解环方程，初分流量已满足连续性方程，然后解能量方程，调整初分流量，得最终管段流量和水头损失。而解管段方程，则是通过一定手段的简化上来就同时解连续性方程（不初分流量）和能量方程，因此工作量大，需电算，但所得结果直接就是满足要求的管段最终流量和水头损失。,