给水管网设计计算步骤.ppt

给水管网设计计算,设计计算步骤确定供水方案给水管网定线设计流量计算（用水定额、生活用水设计流量组成和计算、用水量预测）沿线流量、节点流量计算流量分配，初选管径（水力计算）平差计算计算所需扬程校核（事故、消防和最大转输）确定水泵分级工作，计算清水池容积 生成设计文件（设计说明书和图纸）,4.1 确定供水方案,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,图1.5 多水源给水系统,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,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。,（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。,图1-7 分区给水管网系统,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；,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,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。,4.2 给水管网定线,1 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,2给水管网布置基本形式,（1）树状网：因形状像树而得名,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。节点、管段、环、基环、大环,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。,通常做法,初期建枝状网，随着城市的发展逐渐形成环重要地段建环状网,2 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（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,3 给水管网定线,（1）内容：定线：在平面上确定管线的位置和走向包括干管和连接管（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, 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。,61 设计用水量及其调节计算611 最高日设计用水量,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。,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）,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）,612 设计用水量变化及其调节计算,设计流量:最高日最高时流量最高日最高时流量=（最高日流量/24）Kz 但是由于各种流量并不是在同一时间达到最大流量，所以有必要分 别求各时段流量，然后相加。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 按平均考虑，淋浴用水发生在实际时段3 工业生产用水可均匀分配。4 浇洒道路和绿地发生在实际时段5 未预见水及漏失水按平均考虑,用水量变化曲线,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： 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）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。二、 用水量变化的表示,一般日变化系数Kd 1.12.02) 时变化系数Kh,（2）用水量变化曲线 表示一天24小时的变化情况,（1）用水量变化系数 1) 日变化系数Kd,2.3.2 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,第4节 二泵站分级工作及清水池、水塔调节容积计算,一、水的流程图,取水泵站,水厂,清水池,二泵站,配水管网,水塔,Q/24,Q/24,二、二泵站分级,二泵站的工作情况与管网中是否有调节构筑物有关（水塔、高地水池）1、若管网中无调节构筑物 二泵站设计流量=最高日最高时流量（大小泵搭配、变频调速）2、若管网中有调节构筑物 二泵站分级工作 二泵站设计流量=最大一级流量注意：分级数不宜过多（3级）各级供水线尽可能接近用水线分级时要考虑能否找到合适的泵,三、输水管设计流量,输水管：不向两边配水的管道，只起转输水的作用。取水到水厂的管段、二泵站到管网的管段取水到水厂的管段设计流量=最高日平均时流量二泵站到管网的管段设计流量跟管网中有无水塔有关无水塔时，二泵站到管网的管段设计流量=最高日最高时流量有水塔时跟水塔在管网中的位置有关前置水塔：二泵站到水塔按水泵最大级，水塔到管网按最高日最高时对置水塔：二泵站到管网按水泵最大级，水塔到管网按水塔供水量,水塔位置,前置水塔,管 网,水塔,二泵站,2、对置水塔,管 网,水塔,二泵站,四、水塔和清水池的调节作用,水塔是调节 和 之间的差值。清水池是调节 和 之间的差值。水塔的调节作用跟其在管网中的位置无关,五、水塔和清水池的容积计算,计算方法经验估算根据用水变化曲线推算,（2）水塔的容积,六、水塔和清水池的构造,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,清水池构造图,第5节 沿线流量与节点流量计算,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,由于管段沿线向外配水，所以沿着水流方向管段中的流量是减少的，根据管径是由流量来决定的，所以管径也应该是逐渐减小的。理论上最经济的管段应该是喇叭口形状或者是阶梯形状的如下图所示：,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节点流量,沿线流量划成节点流量公式,（3）沿线流量转换成节点流量的依据,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,（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,【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。,解：1配水干管计算总长度,2配水干管比流量,3沿线流量：,各 管 段 沿 线 流 量 计 算,4节点流量计算：,各 管 段 节 点 流 量 计 算,第6节 管段设计流量分配与初拟管径,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。,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。,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。,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：,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。,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。,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2.53.0m/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。,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