第6章 给水管网工程设计

第6章 给水管网工程设计,6.1 设计用水量及其调节计算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 管网设计校核,本章主要内容,给水管网计算会遇到两类课题：,1 管网设计计算（最高时）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）第二类课题,6.1 设计用水量及其调节计算,1 最高日设计用水量定额,一、最高日设计用水量,（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。书附表1,（2）工业企业,1）生产用水定额,2)职工生活、淋浴用水定额,（3）消防用水：按建筑设计防火规范执行。书附表3，4，5,（4）市政用水,1）浇洒道路：12L/m2次，每日23次 2）绿化：1.54L/m2d,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）,二、设计用水量变化及其调节计算,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。,图 6.1,2.供水泵站供水流量确定,供水泵站设计的原则：（1）总供水量总用水量（2）多水源给水系统：水泵工作组合多，使泵站设计流量之和管网最高时用水量（3）单水源给水系统：方案一：不设水塔，泵站设计流量之和管网最高时用水量方案二：设水塔或高位水池，泵站采用分级供水，一般分两级，高、低峰供水时段各一级，各级供水量取相应时段用水量的平均值。,设水塔时，泵站分高、低峰时段两极供水：,【例题】,不设水塔时，泵站设计流量Qd 5.92,如图6.1,供水高峰期，泵站设计流量Qd 4.97,供水低峰期，泵站设计流量Qd 2.22,3调节容积计算,给水处理系统,供水泵站,管网,清水池,水塔（高位水池）,容积如何计算？,（1）清水池的容积,（2）水塔的容积,62 设计流量分配与管径设计,一、节点流量分配计算,1.集中流量,即从管网中一个点取得用水，且用水流量较大的用户的用水流量。,集中流量的计算：,L/s,Qdi各集中用水户最高日用水量，m3/dKhi时变化系数,2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，一般按管段配水长度或按配水管段的供水面积分配计算，即比流量法，假定小用水户的流量沿线均匀分布。,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ql。,（1）长度比流量,则每一计算管段沿线流量记作qmi为：,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qA。,则每一计算管段沿线流量记作qmi为：,（2）面积比流量,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。,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。,注意：,（1）集中流量可直接加到所处节点上（2）沿线流量一分为二分别加到两端节点上（3）供水泵站或水塔的供水流量也要计入节点流量，并且作为负流量,3节点流量,Qj节点j的节点流量,L/sQnj最高时位于节点j的集中流量, L/sQsj位于节点j的（泵站或水塔）供水设计流量， L/s,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。,【例题】,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,二、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。,注意：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，即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”，流出为“+”，则Q=0。,1. 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。,如图：,2. 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。,如图：红色数值为流量分配的一种方案,三、管段直径设计,设计流速有规定：Vmax=2.53.0m/s Vmin=0.6m/s,V小，造价高，水损hf小，扬程小，电费低 V大，造价低，水损hf大，扬程大，电费高,造价+管理运行费（电）最小的V,经济流速,据V经 D,设计流速有规定：Vmax=2.53.0m/s Vmin=0.6m/s,V小，造价高，水损hf小，扬程小，电费低 V大，造价低，水损hf大，扬程大，电费高,设计流速有规定：Vmax=2.53.0m/s Vmin=0.6m/s,V小，造价高，水损hf小，扬程小，电费低 V大，造价低，水损hf大，扬程大，电费高,设计流速有规定：Vmax=2.53.0m/s Vmin=0.6m/s,设计流速有规定：Vmax=2.53.0m/s Vmin=0.6m/s,V小，造价高，水损hf小，扬程小，电费低 V大，造价低，水损hf大，扬程大，电费高,设计流速有规定：Vmax=2.53.0m/s Vmin=0.6m/s,设计流速有规定：Vmax=2.53.0m/s Vmin=0.6m/s,V小，造价高，水损hf小，扬程小，电费低 V大，造价低，水损hf大，扬程大，电费高,设计流速有规定：Vmax=2.53.0m/s Vmin=0.6m/s,V小，造价高，水损hf小，扬程小，电费低 V大，造价低，水损hf大，扬程大，电费高,设计流速有规定：Vmax=2.53.0m/s Vmin=0.6m/s,造价+管理运行费（电）最小的V,V小，造价高，水损hf小，扬程小，电费低 V大，造价低，水损hf大，扬程大，电费高,设计流速有规定：Vmax=2.53.0m/s Vmin=0.6m/s,造价+管理运行费（电）最小的V,V小，造价高，水损hf小，扬程小，电费低 V大，造价低，水损hf大，扬程大，电费高,设计流速有规定：Vmax=2.53.0m/s Vmin=0.6m/s,经济流速,造价+管理运行费（电）最小的V,V小，造价高，水损hf小，扬程小，电费低 V大，造价低，水损hf大，扬程大，电费高,设计流速有规定：Vmax=2.53.0m/s Vmin=0.6m/s,设计流速有规定：Vmax=2.53.0m/s Vmin=0.6m/s,V小，造价高，水损hf小，扬程小，电费低 V大，造价低，水损hf大，扬程大，电费高,设计流速有规定：Vmax=2.53.0m/s Vmin=0.6m/s,V小，造价高，水损hf小，扬程小，电费低 V大，造价低，水损hf大，扬程大，电费高,设计流速有规定：Vmax=2.53.0m/s Vmin=0.6m/s,造价+管理运行费（电）最小的V,V小，造价高，水损hf小，扬程小，电费低 V大，造价低，水损hf大，扬程大，电费高,设计流速有规定：Vmax=2.53.0m/s Vmin=0.6m/s,造价+管理运行费（电）最小的V,V小，造价高，水损hf小，扬程小，电费低 V大，造价低，水损hf大，扬程大，电费高,设计流速有规定：Vmax=2.53.0m/s Vmin=0.6m/s,经济流速,造价+管理运行费（电）最小的V,V小，造价高，水损hf小，扬程小，电费低 V大，造价低，水损hf大，扬程大，电费高,设计流速有规定：Vmax=2.53.0m/s Vmin=0.6m/s,经济流速,造价+管理运行费（电）最小的V,V小，造价高，水损hf小，扬程小，电费低 V大，造价低，水损hf大，扬程大，电费高,设计流速有规定：Vmax=2.53.0m/s Vmin=0.6m/s,设计流速有规定：Vmax=2.53.0m/s Vmin=0.6m/s,V小，造价高，水损hf小，扬程小，电费低 V大，造价低，水损hf大，扬程大，电费高,设计流速有规定：Vmax=2.53.0m/s Vmin=0.6m/s,V小，造价高，水损hf小，扬程小，电费低 V大，造价低，水损hf大，扬程大，电费高,设计流速有规定：Vmax=2.53.0m/s Vmin=0.6m/s,造价+管理运行费（电）最小的V,V小，造价高，水损hf小，扬程小，电费低 V大，造价低，水损hf大，扬程大，电费高,设计流速有规定：Vmax=2.53.0m/s Vmin=0.6m/s,设计流速有规定：Vmax=2.53.0m/s Vmin=0.6m/s,V小，造价高，水损hf小，扬程小，电费低 V大，造价低，水损hf大，扬程大，电费高,设计流速有规定：Vmax=2.53.0m/s Vmin=0.6m/s,设计流速有规定：Vmax=2.53.0m/s Vmin=0.6m/s,V小，造价高，水损hf小，扬程小，电费低 V大，造价低，水损hf大，扬程大，电费高,V小，造价高，水损hf小，扬程小，电费低 V大，造价低，水损hf大，扬程大，电费高,设计流速有规定：Vmax=2.53.0m/s Vmin=0.6m/s,V小，造价高，水损hf小，扬程小，电费低 V大，造价低，水损hf大，扬程大，电费高,设计流速有规定：Vmax=2.53.0m/s Vmin=0.6m/s,V小，造价高，水损hf小，扬程小，电费低 V大，造价低，水损hf大，扬程大，电费高,设计流速有规定：Vmax=2.53.0m/s Vmin=0.6m/s,造价+管理运行费（电）最小的V,V小，造价高，水损hf小，扬程小，电费低 V大，造价低，水损hf大，扬程大，电费高,设计流速有规定：Vmax=2.53.0m/s Vmin=0.6m/s,造价+管理运行费（电）最小的V,设计流速有规定：Vmax=2.53.0m/s Vmin=0.6m/s,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。,方法和步骤,第五章学到水力分析时，水泵扬程hp和水塔高度HT已告知，实际工程中，这两者均未知，需要通过对设计工况进行水力分析后确定hp和HT。,63 泵站扬程与水塔高度设计,一、设计工况水力分析,1.泵站所在管段的暂时删除,提出问题：,泵站所在的管段，由于泵站的水力特性未知，故该管段水力特性未知。怎么办？,解决方法：,在水力分析时，先删除该管段，其管段流量已确定，应将其合并到与之相关联的节点上。这种方法不改变原管网的水力特性。如图 6.2,图 6.2,水力分析时必须至少有一个定压节点，但此时清水池（水位已知）与管网分离，水塔高度未知，故没有一个定压节点，因此只能求出各节点水头的相对值，不能确定绝对值。怎么办？,2.假设控制点,提出问题：,解决方法：,先弄清两个概念：,控制点可任意假设为一个节点，水力分析后，通过比较节点自由水头与服务水头，找到用水压力最难满足的节点（即自由水头 服务水头，且差值最大的节点），用差值调整所有的节点水头，即把所有求出的节点自由水头加上此差值，则所有节点的服务水头均可满足。,节点服务水头：节点地面高程与节点处用户最低供水压力之和。,控制点：给水管网用水压力最难满足的节点。,二、泵站扬程设计,有了扬程hpi和流量qi，即可选泵。,（m）,注：选泵的扬程要略高于泵站设计扬程。,三、水塔高度设计,（m）,水塔所在节点水头,水塔所在地面高程,水塔高度,校核目的,64 管网设计校核,这里主要校核三种特殊工况条件：消防工况、水塔转输工况、事故工况.,校核特殊工况条件下能否满足供水流量和水压要求。,校核方法,水头校核法,流量校核法,1.消防工况校核,发生火灾时，管网中流量增大，水头损失增大，会使节点水头减小，那么发生火灾处节点水头是否满足灭火所需要的服务水头？,提出问题,校核时，按最不利情况（即最高时用水量+消防流量）进行，要求节点服务水头只需要满足灭火处节点的灭火服务水头（我国要求：10米自由水压），不必满足正常用水服务水头。,解决方法,具体步骤（水头校核法）：,（1）把消防流量加在相关节点（常是最不利火灾点，考虑一处火灾时，即为控制点）上，节点流量发生改变。（2）重新进行水力分析（注：分配管段流量时，消防流量尽量加在主干管上）。（3）得到各节点水头，判断是否满足火灾处节点Hj10m。（4）满足则校核结束，若不满足，应放大个别管段直径，或设专用消防泵。放大个别管段直径后，应重复（2）（3）步骤。,对置