《乡镇供水》PPT课件.ppt

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1、乡镇给排水工程,主讲人：罗金耀武汉大学水利水电学院,水利部农水司“11.5”“三大任务”：1、大型灌区续建配套与节水改造2、农村人畜饮水解困3、大型泵站更新改造,第三章 水质与用水量规划,用水量规划的主要任务是为乡镇居民、企业、事业、商业、学校、乡镇管理等用水单位提供足够的水量，准确、合理地确定给水工程的规模，是供水系统的首要任务。,3.1 水质标准与规定一、水质标准,水源水质要求 生活饮用水水源水质标准 生活饮用水标准,乡镇供水水质标准 生活杂用水水质标准 饮用天然矿泉水水质标准,1、水源水质要求,地表水环境质量标准，应符合GB3838的要求；地下水作为供水出源时，应符合 GB/T 1484

2、8的要求。,注意：当水源水质不符合要求时，不宜作为供水水源。若限于条件需加以利用时，水源水质超标项目经自来水厂净化处理后，应达到本标准的要求。,2、生活饮用水水源水质标准,生活饮用水水源水质标准，应符合CJ 3020-93的要求。,3、生活饮用水标准,水质应符合国家标准（CJ/T 206-2005）。标准中有几项重要的指标，如感官性状和一般化学指标、毒理学指标、细菌学指标、放射性指标等。,表31 地表水环境质量标准（GB3838-2002,mg/L）,返回,地下水质量分类指标（一）,地下水质量分类指标（二）,地下水质量分类指标（三）,返回,表32 生活饮用水水源水质标准（CJ 3020-93）

3、,生活饮用水水源水质标准（CJ 3020-93）,返回,下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。GB 3838 地表水环境质量标准 GB 5750 生活饮用水标准检验法 GBT 14848 地下水质量标准 CJT 141城市供水 二氧化硅的测定 硅钼蓝分光光度法 CJT 142城市供水锑的测定 CJT 143城市供水钠、镁、钙的测定 离子色谱法 CJT 144城市供水 有机磷农药的测定 气相色谱法 CJT 145城市供水挥发性有机物的测定 CJT 146城市供水 酚类化合物的测定 液相色谱法 CJT 147城市供水 多环芳烃的测定 液

4、相色谱法 CJT 148城市供水粪性链球菌的测定 CJT 149城市供水亚硫酸盐还原厌氧菌(梭状芽胞杆菌)孢子的测定 CJT 150城市供水 致突变物的测定 鼠伤寒沙门氏菌哺乳动物微粒 体酶试验,城市供水水质标准 CJT 2062005,表33 城市供水水质标准 CJT 2062005,4、乡镇供水水质标准,乡镇供水水质标准，应符合CJ/T 206-2005的要求。乡镇供水水质监测，主要对水质进行常规和非常规项目的检验，包括微生物学指标、理化指标、毒理学指标、放射性指标等。,5、生活杂用水水质标准,生活杂用水主要包括厕所冲洗、洗车、街道扫除、道路清洗和乡镇绿化等，根据杂用水的不同用途，采用不同

5、的标准值。,6、饮用天然矿泉水水质标准,饮用天然矿泉水水质标准对水质的要求比较严格，除要符合饮用水的基本要求外，在矿物质含量、微量元素含量等也有指标。,表36 饮用天然矿泉水水质标准,返回,二、水质检验和监测,水质的检验方法应按 GB 5750、CJ/T 141 CJ/T 150 等标准执行；地表水水源水质监测，应按 GB 3838 有关规定执行；地下水水源水质监测，应按 GB/T 14848 有关规定执行；乡镇公共集中式供水企业应建立水质检验室，配备与供水规模和水质检验项目相适应的检验人员和仪器设备，并负责检验水源水、净化构筑物出水、出厂水和管网水的水质，必要时应抽样检验用户受水；自建设施供

6、水和单独供水单位应按本标准要求做水质检验。若限于条件，也可将部分项目委托具备相应资质的监测单位检验。,水质检验项目和检验频率，如下表：表37 水质检验项目和检验频率,表37 水质检验项目和检验频率,水质处理的例子,三、用水量规划,用水量规划的主要任务是为乡镇居民、企业、事业、商业、学校、乡镇管理等用水单位提供足够的水量，满足生活、生产、市政、消防等的用水要求，合理确定用水量，是确定供水系统及其建筑物规模的依据。,3.2 用水量标准1、居民生活用水量标准 我国为合理利用水资源，加强城市供水管理，促进城市居民合理用水、节约用水，保障水资源的可持续利用，科学地制定居民用水价格，制定了城市居民生活用水

7、量标准（GB/T 50331-2002），见表31。该标准适用于确定城市居民生活用水量指标。乡镇居民生活用水量目前还没有专门的标准，在进行乡镇供水系统设计时，可参照该标准的规定，根据所处地区的类别执行。乡镇居民生活用水量指标的确定，除应执行本标准外，尚应符合国家现行有关标准的规定。,表31 城市居民生活用水量标准（GB/T 50331-2002）,表中调查的A、B、C三类用水户其定义为：A类系指室内有取水龙头，无卫生间等设施的居民用户；B类系指室内有上下水卫生设施的普通单元式住宅居民用户；C类系指室内有上下水洗浴等设施齐全的高档住宅用户。表中各列数据反映了不同用水设施和条件的三种类型，以及不同

8、时期、最近一年整体居民、典型户居民的用水状况，具有较强的代表性，既反映了历史情况又反映了当前的实际状况。,居民生活用水人均日用水量区域分类统计表,典型城市居民生活用水量调查表,其他城市居民生活用水调查情况为使标准值的确定既能符合居民生活用水的实际水平，又能清楚反映与世界发达国家水平的关系。在标准编制过程中，编制组成员查阅了许多国内外有关居民生活用水的资料。从调查资料情况看，欧洲国家用水水平和我国的现状情况基本一致；台北、香港用水消耗与多数沿海和南部经济发达城市水平相当；美国多数城市用水消耗水平比较高，反映了宽裕的用水水平。如几个国家有代表性的城市用水状况见下表。,2工业、企业（1）按万元产值：

9、根据工业企业的生产水平确定，一般按50300m3/万元。工业生产水平低的取大值，反之取小值。（2）按单位成品：单位成品用水量需按产品实际产量和用水量进行推算。若用此法计算，需对同等类型的工业企业进行实际测算。不同的生产性质、工艺水平、设备性能等，其用水量具有较大的差异。（3）生产职工用水量：一般为2535 l/人班，淋浴4060 l/人1h，时变系数2.53.0。工业企业职工用水量与冷、热车间、生产环境有关，冷车间、生产环境好的取小值，热车间、环境差的取大值。3公共建筑 公共建筑主要包括机关、学校、商店、集市、旅馆、医院、食堂、餐馆、浴室等人群聚集场所，公共建筑用水量较为复杂，准确计算十分困难

10、，一般可参考表32确定。,表32 公共建筑用水量,4消防用水表33为城（乡）镇居住区室外消防用水量，乡镇供水的消防用水量可参考选用。,表33 城（乡）镇居住区室外消防用水量,5市政用水 在城市或乡镇建设中，很少全面考虑市政建设用水量，准确定量考虑也比较困难，乡镇供水可按以下几个方面考虑：（1）市政建设：应该考虑市政建设的发展规模和速度，比如按每平方公里或每万人有多少处建筑工地和市政设施建设场所。建筑工地的人员按企业职工生活用水量计算，施工用水按实际用水量进行估算。（2）街道洒水：根据气候条件，按主要道路每天撒水12次，每次撒水11.5 l/m2次；（3）绿地：绿地、草皮等市政园林场所，可按12

11、 l/m2d撒水；6蓄、禽等用水量标准 对于牲畜，一般以大牲畜每日50l左右、小牲畜每日30l左右进行计算；对于集中圈养的家禽，可按35l/只d考虑。,3.2 乡镇供水用水量估算1经验预测 在没有任何依据或参考资料的情况下，可采用经验预测方法。根据乡镇发展情况，运用经验进行分析判断，做出乡镇供水用水量估计。此法任意性较大，可靠性较差。2统计分析法 若对过去若干年的乡镇用水量变化具有较详细的统计记载，可分析其用水量变化规律，则可以下式进行估算。Qn=Q0(1+Pn/100)n（31）式中，Pn用水量的多年平均变化率；Q0基准年的用水量；Qn n年后的估计用水量。3分项预估（1）按人口递增率、农村

12、人口城（乡）镇化水平进行预估；（2）按工业、副业增长率进行预估；（3）按市政建设、城（乡）镇化远期规划进行预估。预估递增率可参考3.2节的指标选用。,4、用水量详细计算 具体规划应计算供水系统最高日、最高时用水量，用于确定系统设计参数。(1)用水量变化 1）日变化系数全年内，每日的用水量不尽相同，因生活、气温影响：kd年最高日用水量/年平均日用水量（1.12.0）。2）时变化系数 kh日最高时用水量/平均时用水量（1.32.5）。3）用水量时变化曲线 此曲线为日Q（%）t（0-24h）关系，它有助于确定系统供水量变化。,(2)用水量计算1）城市日最高用水量 居住区 a)按人口数目（m3/d）(

13、3-2)式中，N1人数；q1设计最高日用水标准l/人d。b)按人口分布密度(m3/d)(3-3)式中，qi某区域居民最高日用水量定额（m3/pd）;Pi居住区人口密度（p/ha）i居住区面积（ha）,公共建筑（m3/d）式中，q2表32；N2用水单位数量。工业企业职工生活（m3/d）式中，n班制（24）。职工生活用水量根据车间性质，一般可取2535/人/班。,工业企业职工淋浴（m3/d）企业工作人员用水量，应根据车间卫生特点确定，一般可采用4060l/人/班，延续时间为一小时。工业企业生产用水量 同时工作各车间用水量之和。市政用水量 n6、n6洒水次数；s6、q6街道面积及标准；s6、q6 草

14、地面积及其标准。街道洒水1-1.5 l/m2次；绿地1-2 l/m2d,考虑不可预见用水量不可预见用水量（包括管网损失），按城（乡）镇最高日用水量的1020%计。则城市最高日用水量为：Q=K(Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6)(m3/d)K为未预见用水量系数，1.11.2。2）城市最高日平均时用水量 QC=Q/243）取水构筑物水厂最高日平均时用水量水厂有自用水，考虑510%，则 Qp=(1.05-1.1)Qc,4）城市最高日最高时用水量Qmax=KhQC Qmax 最高日最高时用水量，m3/h；Kh时变系数一般绘制时变化曲线，城市Q1Q6不一定同时存在，不可简单直接相加。Qmax即为系统设

15、计依据。,给水管网的布置给水管网各管段的流量计算和管径的确定给水管网水力计算给水管网水泵扬程及水塔高度的设计给水泵站的设计给水管材及管道附属构筑物,第七章 给水管网的规划设计,一、给水管网的布置,根据给水管网在整个给水系统中的作用，可将它分为输水管和配水管网两部分。,1、输水管,一类是从水源到水厂或从水厂到配水管网的管线，因沿线一般不接用户管，主要起传输水量的作用；另一类是从配水管网接到个别大用水户去的管线，因沿线一般也不接用水管，所以，此管线也叫做输水管。此管通常称为主干管。,对输水管选择与布置应符合以下要求：,A、应能保证供水不间断，尽量使线路最短，土石方工程量最小，工程造价低，施工维护方

16、便，少占或不占农田。B、管线走向，有条件时最好沿现有道路或规划道路敷设。C、输水管应尽量避免穿越河谷、重要铁路、沼泽、工程地质不良的地段，以及洪水淹没的地区。D、选择线路时，应充分利用地形，优先考虑重力流输水或部分重力流输水。E、输水管线的条数（即单线或双线），应根据给水系统的重要性、输水量大小、分期建设的安排等因素，全面考虑确定。F、当采用两条输水管线时，为避免输水管线因某段损坏而使输水量减少过多，要求在管线之间设连通管相互联系，如图所示：,G、在输水管线的最高点上，一般应安装排气阀，在输水管线的低洼处，应设置泄水阀及泄水管。,2、配水管网,配水管网就是将输水管线送来的水，配给集镇用户的管道

17、系统。根据不同的配水作用，分为三类：干管作用：输水至集镇各用水地区，或为沿线用户供水 管径：一般集镇，100mm；大集镇，200mm 分配管（或称配水管）作用：把干管输送来的水，配给接户管和消火栓 管径：小集镇75100mm，中等集镇100150mm，大集镇150200mm 接户管（或称进户管）作用：从分配管接到用户的管线 管径：用户用水的多少而定,3、配水管网的布置形式,根据集镇规划、用户分布以及用户对用水的安全可靠性的要求程度等，分成为树状网和环状网两种形式。,树状网,管网布置呈树状向供水区延伸，管径随用水户的减少而逐步变小。优点：总长度较短，构造简单，投资较省。缺点：当管线某处发生漏水事

18、故需停水检修时，其后续各管线均要断水，安全可靠性差；树状网的末端管线，由于用水量的减少，管内水流减缓，用户不用水时，甚至停流，致使水质容易变坏。适用性：用水安全可靠性要求不高的小城镇和小型工业企业。,环状网,管网布置呈封闭环状。优点：当任意一段管线损坏时，可用闸门将它与其余管线隔开进行检修，而不影响其余管线的供水，因而是断水的地区便大为缩小；还可大大减轻因水锤现象所产生的危害缺点：由于管线总长度大大增加，故造价明显地比树状网为高。适用性：集镇中心地区,因此，给水管网的布置既要求安全供水，又要贯彻节约的原则。安全供水和节约投资之间难免会产生矛盾，要安全供水必须采用环状网，而要节约投资最好采用树状

19、网。只有既考虑供水的安全，又尽量以最短的线路敷设管道，方能使矛盾处到统一。所以，在布置管网时，应考虑分期建设的可能，即先按近期规划采用树状网，然后随着用水量的增长，再逐步增设管线构成环状网。,4、干管布置（定线）原则,A、主要方向应按供水主要流向延伸，而供水的流向则取决于最大用水户或水塔等调节构筑物的位置。B、通常为了保证供水可靠，按照主要流向布置几种平行的干管，其间并用连通管连接，这些管线以最短的距离到达用水量大的主要用户。C、干管一般按规划道路布置，尽量避免在高级路面或重要道路下敷设。管线在道路下的平面位置和高程应符合集镇地下管线综合设计的要求。D、干管应尽可能布置在高地，这样可以保证用户

20、附近配水管中有足够的压力和减低干管内压力，以增加管道的安全。E、干管的布置应考虑发展和分期建设的要求，并留有作地。考虑以上原则，干管通常由一系列邻接的环组成，并且较均匀地分布在集镇整个供水区域。,水塔在管网起端，干管由水塔开始包围整个供水区，并用三条干管将水输送至最大与最远的用户A与B两点。,5、干管布置（定线）示例,a,b,当集镇的延伸方向垂直于连接管网输入点与水塔的干管时，如图所示，这时干管是连接输入点及水塔的a系列干管和沿给水区敷设的b系列干管组成。,c,干管由两个同心环状管内a组成，其间用径向管线c连接，而水则由两根输水管供给。,二、给水管网各管段的流量计算和管径的确定,确定各管段计算

21、流量的目的，在于依此来选取管径，进行水力计算。但要确定各管段的计算流量，需要先确定各管段的沿线流量和节点流量。,1、沿线流量的计算,从图中可以看出，在这段管线上，沿线配出的流量有分布较多的小用水量q1、q2、等，也有少数大用水量的集中流量Q1、Q2等。按照这样复杂多变的配水情况来计算管网是不是必要的，比较切实的办法是将此复杂的沿线配水情况加以简化。通常采用的简化方法是比流量法，该法有两种表现形式，长度比流量法和面积比流量法。,长度比流量法,假定q1、q2 这些用水量均匀分布在全部干管线上，则管线单位长度上的配水流量称为比流量，记为qcb,（升/秒米）,式中：Q管网总用水量（升/秒）；Qi工业企

22、业及其他大用水户的集中流量之和（升/秒）；L干管总长度（米）。计算时，不计穿越广场、公园等无建筑物地区的管线长度。对于沿河岸等地段所敷设的只有一侧配水的管线，其长度只按一半计算。对于人口密度不同的或房屋卫生设备条件不同的市内各区，也应根据其用水量和管线长度，分别相应调整比流量。有了比流量，就可求出各管段的沿线流量Qy可按下式算出：,Qy=qcbL（升/秒）L管段长度（米）,面积比流量法,假定q1、q2 这些用水量均匀分布在整个供水面积上，则单位面积上，则单位面积上的配水流量称为比流量，记为qmb，计算如下式：,（升/秒米）,式中：供水面积的总和（米2）,干管每一管段供水面积的划分，可按分角线法

23、或对角线法进行，如图：,（a）对角线法（b）分角线法,由面积比流量qmb，亦可计算出某一管段的沿线流量Qy，计算公式为：Qy=qmb（升/秒）式中 管段的供水面积（米2）,鉴于集镇供水面积大，用水量多，故用面积比流量法较之用长度比流量法要准确一些，但此法的计算颇麻烦。当供水区的干管分布比较均匀，管距大致相同时，似无必要采用面积比流量法，改用长度比流量法比较简便。,2、节点流量的计算,干管各管段的沿线流量已由比流量法来求出。但是，实际上管网每一管段的流量包括两部分：一部分是上述的沿管线配出的沿线流量；另一部分，则是转输到后续管线去的转输流量。在一条管段中，转输流量沿整个管段不变，沿线流量则因沿线

24、配水，流量沿程逐渐减小，到管段末端等于零，管段输配水情况如图：,图中AB管段起点A处的流量是转输流量Qzs与沿线流量Qy之和，而管段终点B的流量仅为Qzs。按照计算比流量的假定，Qy呈直线变化。,显然，这种沿线变化的流量，不便于用来确定管径和水头损失，还需对其作进一步简化。简化的方法是化渐变流为均匀流，全管段引用一个不变的流量，称为折算流量 Qf。,在图中使折算流量Qf所产生的水头损失和上图沿线变化的流量所产生的水头损失完全相同，从而得出管线折算流量Qf的计算公式为：,Qf=Qzs+Qy（升/秒）,式中 折减系数，其值在0.50.58之间。当管线的转输流量远大于沿线流量时，趋近0.5；反之，值

25、则趋近于0.58。实践中往往采用=0.5，以使计算更为简便，也不致引起过大的误差。,由此，将管段的沿线流量折算成节点流量，只需将该管段的沿线流量平半分配于管段始、末端的节点上，便得到节点流量(qn)的计算公式为（升/秒）,如图所示：,此图为某一管段沿线流量化为节点流量的分配图，此时该管段的折算流量为：（升/秒）,由上式可以看出，如果把沿线流量化成节点流量，便能大大简化管网的计算工作量，由此可知，管网中每个节点上假想的集中流量便等于与该节点相连的所有管线的沿线流量总和的一半，即,（升/秒）,求得各节点流量后，管网计算图上便只有集中于节点的流量（包括原有的集中流量）。而管段的计算流量为,（升/秒）

26、,（例题7-1）,3、管段计算流量,当运用折算流量法求出各个节点流量，并把大用水户的集中流量亦加于附近的节点上后，则所有各节点流量的总和，便是由二级泵站送来的总流量（即总供水量）。按照质量守恒原理，流向某节点的流量应等于从该节点流出的流量，即流进等于流出。如以流向节点的流量为正值，流离节点的流量为负值，则两者的代数和（以Q表示）应等于零，即Q=0。因此，用二级泵站送来的总流量沿各节点进行流量分配，所得出的每条管段所通过的流量，就是各管段的计算流量。确定此流量的，难易程度与采用的管网布置形式有关。,树状网管段流量的计算,树状网中从二级泵站到任一节点的来水方向只有一个，所以每一管段的计算流量容易确

27、定，如下图所示：,设二级泵站位于0点；q1和q2代表由沿线流量折算成的节点流量；Q1、Q2、Q3、Q4、Q5，代表大用水户的集中流量。由这些流量，根据 就可求出各管线的计算流量。,树状管网管段的计算流量表,4、环状网管段流量的计算,因为环状网由二级泵站供给每一节点的流量，可以从不同方向供给，所以，在进行流量分配时，就必须人为地拟定各管段的流量，但是，按照这样的方式来进行，每人所得的结果不会相同，为此，要求在分配量时，共同遵循以下原则：A、应在管网平面布置图上，事先拟定出主要的流向，并力求使水流沿最近线路，输送到大用水户和边远地区。B、在平行的干管中分配流量应大致相同，以免一条干管损坏时其余干管

28、负荷过重。C、分配流量时应满足上述的节点流量平衡条件，即在每个节点上满足Q=0。,如图所示：,按照最近路线输水的原则，拟定各管段的流向如图中箭头所示。至于节点流量的平衡条件，可取节点为例，根据各段中的流向，流进节点5的只有管段45的流量q4-5，从节点5流出的有管段流量q5-2、q5-8、q5-6及节点流量q5，流进和流出的流量须相等，因此应满足下列条件：Q=q4-5-q5-2-q5-8-q5=0,管段流量q4-5在分配节点4的流量时已确定，节点流量5为已知，所以其余三条管线中的流量q5-2、q5-8、q5-6须大体均匀分配。流量分配可以从管网起端如节点4开始，也可从终端如节点3、6、9等开始

29、，沿海一节点依次分配，满足Q=0的条件。分配到各条管段的流量，即为环状网各管段的计算流量。,5、管径的确定,管网中各管段的管径，是按最高时用水量确定的。当流量已定时，管径可按下式计算：,式中 d管段直径（米）；Q管段的计算流量（米3/秒）；流速（米/秒）。,可以看出，管径不但和管段流量有关，而且和流速的大小有关。如流速未定，则管径亦无法确定，因此还需选定流速。,技术上允许的流速范围：最高流速，限定在2.53.0米/秒的范围内；最低流速，应大于0.6米/秒,经济流速的确定，如下图：,管线管径的确定，要综合考虑管线的建造费用（即造价）和年经营经管理费用（主要是电费）这两个主要的经济因素。若以G表示

30、建造费用，以Y表示年经营管理费，t表示投资偿还期，则t年内的经营管理费用为tY，由此分别点绘出tYV或GV两根曲线，就可得出总费用最低（即建造费与经营管理费之和为最小）的流速，称为经济流速（V6）,影响经济流速的因素很多（如管材、施工条件、动力费用、投资偿还期等），主要归结为管网建造费用与经营管理费用两项，因此，必须按照当时当地的具体条件来确定。,6、经济管径的确定,不同流量有着与经济流速相适应的管径，称此管径为该流量的经济管径。当前在设计中，还有根据各集镇所采用的经济流速范围，用控制每公里管线的水头损失值（一般为5米/公里左右）的计算法来确经济管径。按照这种水头损失控制值确定经济流速时，其值

31、得出如下：d=100300毫米时，8=0.61.1米/秒；d=350600毫米时，8=1.11.6米/秒；d=6001000毫米时，8=1.62.1米/秒。,三、给水管网水力计算,进行管网水力计算的目的，是根据最高日最高时的设计用水量，求出管网中各管段的管径和水头损失。然后依此来确定二级泵站的水泵扬程或水塔高度，以满足各用户对水量和水压的要求。1、计算步骤：,（1）布置管网；（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）将大用水户的集中流量布置在附近的节点上。（7）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

32、点进行流量分配，定出各管段的计算流量。（8）根据所定出的各管段计算流量和当地的经济流速，选取各管段的管径。（9）计算各管段的水头损失值（h）。（10）进行环状网的水力平差。,注意：A、在步骤（9）中，h可采用给水排水设计手册管渠水力计算表来计算。此值求得后，对于树状网，便可根据最不利点的位置和用户对自由水头值的要求，算出二级泵站所需水泵的扬程或所需水塔的高度。对于环状网，若各个环内的水头损失代数和超过规定值（即出现闭合差h），则须增加下一步骤（10）。B、在步骤（10）中所谓的水力平差，就是将初分的各管段计算流量作出适当调整，以使各个环的闭合差达到所规定的允许范围之内。然后依次选出最不利的（即

33、各管段水头损失总和为最大）一条干管线路，算出二级泵站水泵扬程或水塔高度。C、最不利点（或称控制点）的问题，是出于对供水区内各用户的水压、水量安全可靠性的要求而提出的。此点位置一般选在距二级泵站最远的供水点上。但若集镇地形特殊，如下图所示的地形，则最不利点应是2点，而不是最远的4点。,2、树状管网的水力计算,树状管网水力计算的特点和方法，第一节已述及，现举一例题以加深对上一节的理解。（例题7-2）,3、环状管网的水力计算,对于环状网的计算，除满足各节点流量平衡方程式Q=0外，还应满足在任何一个封闭环路内，各管段水头损失的代数和（以h表示）等于零，即 h=0 该式就是环状网中任意一个环路的能量方程

34、式。在任何一个环内，如以顺时针水流方向的各管段水头损失为正值，以逆时针水流方向的各管段水头损失为负值，则两者的代数和应等于零。可是，在初步分配流量时，由于主观上的因素，是不可能同时满足各个环路h=0的条件，即h0，出现了环路闭合差h。为此，必须将各管段所分配的流量重新调整，以使各环路内的h逐渐趋近于零或满足Q=0的条件。这种为消除各环水头损失闭合差，所进行的流量高速计算，称为管网平差。,在平差计算中，关键问题是如何计算流量修正值（Q）,常用的简易方法哈代克罗斯法（通称哈代克罗斯平差法）。,此图为单环图示，流量Q从节点1流入环网，从节点2流出。假定流量Q分配在上环路为Q1，下环路为，Q1=0，Q

35、2=0。各方向所产生的水头损失，用海森一威廉公式计算，即 h=rQn式中 r、n均为常数，r与管段的管径、长度和材料有关，n值为1.85。,在管路中，当QQ+Q的变化时，其水头损失h也增加了h，所以 h+h=r(Q+Q)n,将右边用二项式定理展开，得,式中(Q)2与Q之比是极小的，故可将第三项及其以后各项均可略去，得 h+hrQn+rnQn-1Q,单环示例图中，由两根管段构成一个环时，Q0、Q0，为真实流量；Q1、Q1为假定流量；Q0的水头损失为h0；Q0的水头损失为h0；Q1的水头损失为h1；Q1的水头损失为h1。,一般，故需调整Q1和Q1，调整量为Q。调整后，；，这样Q1和Q2仍等于零。,

36、在单环的情况下：,由于，所以,对一个环，不论构成环的管段数目是多少，假定流量的修正值Q可用下式表示：,又因rQn-1=rQn/Q=h/Q的关系，所以,当用海森一威廉公式n=1.85时，则,为了简化计算，流量指数采用2时，则,上两个式子中的分子h与水流方向有关，若顺时针方向所产生的水头损失为正，逆时针方向所产生的水头损失为负，则h值（h值的代数和）即为水头损失闭合差h，也有符号，或正或负。其分母与水流方向无关。因此，上述流量修正值也可以用下式,或,求出的Q调整到各管段中去后，即为第一次修正后的流量值。直至试算到各环h=0，此时Q、h值为所求之真实量与水头损失。,注意：当管网由多环构成时，流量的修

37、正常相互影响，因此需要进行多次修正。,通常在平差中，当h/h在10%以下时，可以停止计算，即单环h0.5米，多环h1.5米，则认为符合要求。,（环状管网评差计算例子）,4、应用电子计算机计算管网,给水管网计算，绝大多数都是反复运算过程，电子计算机具有多次反复计算的优点，所以用在反复计算的近似解法是最适宜的。,在海森威廉公式：h=rQ1.85中，r=10.666-1.85d-4.87L式中 r为管段中单位流量的水头损失，又称阻抗；d管径（米）；L管长（米）。r是各管段的常数，首先计算r，随后假定流量，计算出h，以h=0来逐步检查计算的结果是否合乎要求。,在应用计算机计算时先画出流程图，根据流程图

38、编写程序，并调试使用，一般计算完毕后输出的内容包括：修正后的h最大值、管网编号、各管段编号、流量、水力坡度、水头损失等。,5、多水源管网的计算,当从几个水源同时供水，每一个水源输入管网的流量不仅取决于管网所需的流量，并随管段的阻抗和每个水源输入水压而异，这种管网的计算，应满足三个基本水力条件：（1）节点流量之和为零，即h=0；（2）闭合环路水头损失之和为零，即h=0；（3）由各水源至分界线上的节点间的水头损失之差应等于各水源的输入水压之差。,左图为一个多水源的管网，水由两个泵站A及B同时输入管网，此外还有一个水塔C，图中虚线表示最高用水时各水源供水的分界线P1、P2、P3。,按图7-27由泵站

39、A、B经水压分界线的纵剖面纵图7-28，可以看出泵站A及B的扬程为：,泵站A HA=Zc+Hc-ZA-hA；泵站B HB=Zc+Hc-ZB-hB。,式中hA=h2 h1，为水塔C至分界线P1间及泵站A至P1间水头损失之差值；hB=h4 h3，为水塔至分界线P2间及泵站B至P2间水头损失之差值。,水塔的高度为：,式中 为分界点P1的自由水头（米）；为水塔至分界点P1的水头损失（米）；为分界点P1及水塔C处的高程,多水源管网的水力计算是较复杂的，计算时，先由用水量曲线与所拟定的供水量曲线确定水泵与水塔在最大用水时各应供给的流量，拟定各泵站的供水比例，然后再按上述的三条件算出各管段的流量分配以及hA

40、和hB，最后即可求得水泵扬程及水塔高度。,四、给水管网水泵扬程及水塔高度确定,确定给水管网所需的水泵扬程，一般来说，就是确定二级泵站中水泵的扬程。至于水塔高度的确定，须根据水塔不同的设置情况，分别计算。,1、无水塔的管网,管网内不设置水塔而由二级泵站直接供水时，水压线如图7-29所示：,图中的水压线标高均以清水池最低水位为基准面算起。由于输水管和管网中的水头损失，以致离泵站越远的地方水压下降越多，而地形越高之处，水压也低。所以二级泵站的扬程，应以离泵站远和地形高的地点为控制点来确定，用以控制整个管网的水压。,最小自由水压：为了用户使用上的需要，生活用水管网必须保证一定的水压，亦称最小自由水头（

41、从地面算起），其值根据给水区内的建筑物层数确定：一层为10米，二层12米，二层以上每加一层增加4米。,在最高用水量时，二级泵站的扬程应能保证控制点达到这种压力。因此，二级泵站的扬程为：,式中 Zc管网内控制点C的地面标高和清水池最低水位的高差，米；Hc控制点要求的自由水压，米；hs水泵吸水管中的水头损失，米；hc输水管中的水头损失，米；hn管网中的水头损失，米；hs、hc、hn均按最高时用水量算出。,2、网前水塔的管网,网前水塔管网的工作情况是，二级泵站供水到水塔，再经锭网到用户，水压线如图7-30所示。为了确定水泵扬程，须先求出水塔高度，即水塔的水柜底高出地面的高度。,水柜底的高度Ht，应保

42、证在最高用水量时，管网内控制点上具有所要求的自由水压，可按下式计算：,式中 Zt水塔处地面与清水池最低水位的高差，米；ht按最高时用水量计算的管网水头损失，米；,网前水塔的特点是，水塔高度需按设计年限内最高时用水最确定，在未达到设计流量之前，管网水压总是高于要求值，从而浪费了能量，并且当用水量超过设计值时，随着管网内水头损失的增大，又使边远地区的水压不足，因而，它对流量变动的适应性较差。,二级泵站的扬程，应保证供水至水塔：,式中 H0水柜的有效水深（米）；,3、对置水塔的管网,当集镇地形离二级泵站越远越升高时，水塔应放在管网末端，形成对置水塔的管网系统，其水压线如图7-31所示。由图中可看出，

43、在最高用水量时，由泵站和水塔同时向管网供水，两者有各自的供水区。在供水区的分界线上，如图7-31中C点，水压最低。,设想把对置水塔的给水系统分成两部分：一部分是从泵站到分界线上C点，在这部分范围内可看作是无水塔的管网，所以二级泵站的扬程可按无水塔管网的计算；另一部分是从水塔到分界上的C点，这部分类似于网前水塔的管网，水塔高度可按网前水塔的计算方法确定。,最大转输时流量 当泵站供水量大于用水量时，多余的水通过整个管网流入塔，流入水塔的流量称为转输流量。因一天内泵站供水量大于用水量的时间很多，一般取转输流量为最大时流量进行计算，以保证安全供水。称此流量为最大转输时流量。,最大转输时的水泵扬程为：,

44、4、网中水塔的管网,当集镇中心的地形较高或为了靠近大用户，水塔设置在管网中间，构成网中水塔的给水系统，这时水压线分布如图7-32所示。,根据网中水塔在管网中的位置，可有两种工作情况：如水塔靠近二级泵站，并且泵站供水量大于泵站和水塔间用户的用水量时，情况类似于网前水塔，不出现如图7-31所示的供水分界线；但当水塔离泵站较远，以致泵站供水量不够泵站和水塔间的用户使用时，必须由水塔供给一部分水量，这时情况类似于对置水塔，会出现供水分界线，整个管网的控制点可能在网中的C点，也可能在网后的B点。综上所述，网中水塔给水系统的水泵扬程和水塔高度的确定，应根据实际工作情况，参照网前水塔和对置水塔的有关公式计算

45、。,5、设加压泵站的管网,随着给水区的扩大和用大量的增加，以致二级泵站的扬程不能满足用户的水压要求时，可在管网水压不足的地区设置加压泵站；当二级泵站的扬程提高后，引起泵站附近地区的压力远高于所需水压致使供水能量浪费很大时，可设加压泵站；当集镇管网延伸很长而地势又平坦，建造水塔的费用很高，甚至不能考虑时，或者由于用水量的增加，旧的水塔将将失去调节作用时，均可设置加压泵站。加压泵站的位置越靠近二级泵站，而二级泵站的扬程就越低，但这进所需加压的水量就越多。反之，加压泵站位置离二级泵站越远，虽然加压的水量少，但二级泵站的扬程降低不多。,6、消防时的管网水压,按照消防时的管网压力，可分为高压网和低压网两

46、种。高压网是消防时不仅保证应有的消防流量，并且有足够的水压，当从消火栓接出水龙带时，即能射流灭火。低压网是管网只保证消防时所需流量，而消防所需的水压则由消防车从消火栓取水自行加压来达到。根据规定，消防时管网自由水压不得低于10米。消防时的水压，按无水塔、网前水塔和对置水塔等情况分别计算。,A、无水塔的管网,消防时的管网水压,如图所示，消防时水泵所需扬程（假定在控制点C失火）等于：,B、网前水塔的管网,消防时的管网水压,根据消防时的自由水压和管网的水头损失，消防时的水压线可能比水塔水面高，也有可能低。消防水压线高于水塔时，水塔的进、出水阀必须在火警时及时关闭，以免水塔不断溢水而管网的水压无法提高

47、。如果消防时水压线低于水塔，则水塔仍可起流量调节作用，此时进、出水阀无需关闭。,C、对置水塔的管网,消防时的管网水压,假定着火地点在水塔附近，因为消防时所需水压低于最高用水量，所以水塔存水可供消防时使用。但因水塔容积小，很快就会放空，故消防水泵的选择与无水塔的管网消防时相同。消防时所需水泵扬程HP可能大于也可能小于最高用水时的水泵扬程HP。,从以上分析可见，管网应根据水塔的有无及其位置、管网形状、消防时的考虑等，按最高日最高时用水量和设计水压计算，并近下列情况核算：（1）消防进的情况，按最高时的生活、生产用水量（淋浴用水按15%计算，浇洒和洗刷用水可以不计）加消防用水量核算；（2）最大转输时（

48、只限于设置网中水塔或对置水塔的管网）的情况，按最大转输时的流量进行核算；（3）事故情况，即最不利管段损坏时的情况，按通过70%设计流量（包括消防用水量）进入核算。通过核算，最后定出管网所需的水泵扬程和水塔高度。,7、调节水塔及水池的容积计算,A、二级泵站与流量的关系,如果完全靠调节二级泵站的流量来适应 各种情况下的用水变化，会给运行管理带来困难，同时也不经济。因此，常需修建水塔和水池来调节水量，解决供水和用水量变化中的不平衡，使水泵的运行条件改善。以二级泵站为例，如选择几台组合运行的水泵，每种组合在一定的时间内供给一个固定的水量，这种供水方式称为分级供水。,图中用虚线表示出分2.78%和5%两

49、种供水情况，从05点钟每小时供水量为总用水量的2.78%，从520点钟每小时供水量为5%，从2024点钟每小时供水量为2.78%，两级的供水总量仍为100%。即：2.78(5+4)+515=100。,二级泵站的分级供水每小时的水量一般与每小时用水量不相等，此时多余的水量或不足的水量必须由水塔或高地水池来调节，如下图。,目前在大中集镇里一般不设置水塔，因为水塔造价高，容积过大很不经济。在大中集镇中往往采用调节水池和加压泵站或多水源集中调度，分级供水等办法解决供水与用水之间的不平衡。但是在小城镇、居民点和工业企业内，一般均还采用水塔。当集镇或工业区多丘陵，地形条件允许时；或城镇、工业区靠山，而高地

50、距用水区又较近时，可设置高地水池或对置高地水池。若地形条件合适，小型水厂建在山上，则清水池可兼作高地水池蓄水调节。,B、一级、二级泵站之间的流量关系,水厂中清水池也是一种水量调节设施，它位于一级泵站与二级泵站之间。一般地讲，一级泵站是均匀供水的，以保证水厂中净化构筑物的稳定运行，但二级泵站的供水量要满足用水量的要求。,水厂中清水池的调节容量计算，可参照图7-39中一级泵站供水曲线和二级泵站供水曲线，用水塔调节容量的方法来求得，其调节容量为b或a，即（6%-4.17%）1323.80%，或（4.17%-2%）1123.80%。,但清水池和水塔不一样，它除去调节水量外，还需增加：贮存一定的消防水量