给水管网工程设计(ppt 115页).ppt

第6章给水管网工程设计6.1设计用水量计算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6.5给水管网分区设计,第6章给水管网工程设计,设计内容和程序：（1）管网工程设计范围：城市总体管网：总体规划、干管设计；区域供水管网：城市区域、功能区域（工厂、居住、学校、）；单项管道工程；引水工程、输水工程、改扩建工程、；（2）设计用水量：满足最不利供水条件下用水需求；工程覆盖区域用水量需求和分布；用户用水量和区域用水量计算；节点用水量分布；,设计内容和程序（续）：（3）调节供水量与调节设施：清水池、水塔、调节水池、泵站、加压泵站；（4）管段设计确定管段直径；（5）设计方案水力分析和校核；（6）不同工况水力水质校核；（7）确定初步设计方案：管径、管材、流量、压力、泵站扬程、造价匡算、能量、成本、校核；（8）编制初步设计说明书：说明书、计算书；（9）施工图设计：详细设计管道定位、埋深、施工方法、费用概预算；（10）工程施工：工程招投标（工程施工、设备采购、材料采购）、工程监理、设备监理。,（1）管网定线（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,给水管网设计和计算的步骤,（6）定出各管段的计算流量树状网：管段流量等于其后管段各节点流量和环状网：根据一定原则先人为拟定（7）根据计算流量和经济流速，选取各管段的管径（8）根据流量和管径计算各管段压降（9）确定控制点，根据管道压降求出各节点水头和自由水压。树状网：根据流量直径计算压降。环状网：若各环内水头损失代数和（闭合差）超过规定值，进行水力平差，对流量进行调整，使各个环的闭合差达到规定的允许范围内。（6）（9）列水力分析计算表（10）确定水泵扬程和水塔高度,6.1设计用水量计算,6.1.1最高日设计用水量设计用水量居住区综合生活用水工业企业生产用水和职工生活用水浇洒道路和绿化用水未预见水量和管网漏失水量设计规范：室外给水设计规范工业企业设计卫生标准建筑设计防火规范高层民用建筑设计防火规范,（1）最高日设计用水量定额*建设部（1995）科研项目：“城市生活用水定额研究”成果；*数据来源：全国用水人口35%，全国市政供水量40%，约10万个数据；*室外给水设计规范GB50013-2006；*城市供水统计年鉴(19902001年)：555个城市用水资料；*用水定额划分为三个区；*城市规划法规定：特大城市人口在100万以上；大城市人口在100万以下，50万以上；中小城市人口在50万以下。,用水量预测,1）居民生活用水生活用水量规范定额,2）工业企业生产用水和生活用水,工业用水指标：单位产品用水量用途：冷却、空调、制造、加工、净化、洗涤；行业用水量指标规定：发电、冶金、化工、纺织、电子、机械、.；工业企业内工作人员生活用水量一般车间采用每人每班25L，高温车间采用每人每班35L。Kh=2.5-3.0工业企业工作人员淋浴用水量接触污染工种：60L/cap.班；一般工种：40L/cap.班；淋浴用水时间：每次下班后1小时内用水。节约用水：改进生产工艺、循环、重复利用。,3）消防用水：管网消防栓设计：“室外消防给水管道的最小直径不应小于100mm”和“室外消火栓的间距不应超过120m”；消防用水量计算：建筑设计防火规范(GB50016-2006)、高层民用建筑设计防火规范(GB50045-95)2005版。,4）市政用水：浇洒道路用水：2.0-3.0L/(m2d)计算；浇洒绿化1.0-3.0L/(m2d)。5）管网漏水：最高日用水量的10%-12%计算。6）未预见水量：最高日用水量的8%12%。【注：5）6）1525】用水量变化系数：日变化系数宜采用Kd=1.1-1.5；时变化系数宜采用Kh=1.3-1.6。,1）城市最高日综合用水量q1i-城市各用水分区的最高日综合生活用水量定额，L/（cap.d)N1i-设计年限内城市各用水分区的计划用水人口数，cap。,（2）最高日设计用水量计算,2）工业企业生产用水量,q2i各工业企业最高日生产用水量定额，m3/万元、m3/产量单位或m3/（生产设备单位.d）；N2i各工业企业产值，万元/d，或产量，产品单位/d，或生产设备数量，生产设备单位；fi各工业企业生产用水重复利用率。,3）工业企业职工的生活用水和淋浴用水,q3ai职工生活用水量定额，L/(cap.班）；q3bi职工淋浴用水量定额，L/(cap.班）；N3ai职工生活用水总人数，cap；N3bi职工淋浴用水总人数，cap。,4）浇洒道路和大面积绿化用水量,q4a城市浇洒道路用水量定额，L/(m2/d);q4b城市大面积绿化用水量定额，L/(m2.d)；N4a城市最高日浇洒道路面积，m2；f4城市最高日浇洒道路次数N4b城市最高日大面积绿化用水面积，m2。,5）未预见水量和管网漏失水量Q5=（0.150.25）（Q1+Q2+Q3+Q4）（m3/d),6）消防用水量Q6=q6f6(L/s)q6消防用水量定额，L/s；f6同时火灾次数。,7）最高日设计用水量Qd=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5（m3/d)例6.1p116,6.1.2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,1）室外给水设计规范规定，城市供水中，时变化系数、日变化系数应根据城市性质、城市规模、国民经济与社会发展和成熟供水系统并结合现状供水曲线和日用水变化分析确定；在缺乏实际用水资料的情况下，最高日城市综合用水的时变化系数宜采用1.31.6，日变化系数宜采用1.11.5，个别小城镇可适当加大。2）工业企业内工作人员的生活用水时变化系数为2.53.0，淋浴用水量按每班延续用水1小时确定变化系数；3）工业生产用水量一般变化不大，可以在最高日个小时均匀分配。,6.1.2设计用水量变化及其调节计算,用水量变化曲线KhQhmax/Qhav5.92/4.17=1.42,（1）设计用水量变化规律的确定,6.1.2设计用水量变化及其调节计算,（2）泵站供水流量设计,供水设计的原则：1）供水管网设计流量等于最高日最高时设计用水量；2）多水源给水系统，一般不需要在管网中设置水塔或高位水池进行水量调节；3）单水源给水系统，可以考虑不设水塔（或高位水池）或者设置水塔（或高位水池）两种方案。,单水源给水系统,不设水塔或高位水池，供水泵站设计供水流量为最高时用水量；设置水塔或高位水池，应设计泵站供水曲线。具体要求：泵站供水量一般分两级；泵站各级供水线尽量接近用水线，各级供水量取相应时段用水量的平均值；应注意每级能否选到合适水泵，以及水泵机组的合理搭配；必须使泵站24小时供水量之和与最高日用水量相等。,例：,二级供水第一级：从22点到5点，供水量2.22%；第二级：从5点到22点，供水量4.97%；总供水量：2.22%*7+4.97%*17=100%,用水量变化曲线,二级泵站设计供水线,一级泵站供水线,供水泵站、水塔或高位水池设计流量,若最高日用水量为45000m3/d不设水塔或高位水池，供水泵站设计供水流量为：450005.92%1000/3600=740(L/s)设置水塔或高位水池，供水泵站设计供水流量：450004.97%1000/3600=620(L/s)水塔或高位水池的设计供水流量：45000（5.92%-4.97%）1000/3600=120(L/s)水塔或高位水池的最大进水流量（21-22点）：45000（4.97%-3.65%）1000/3600=165(L/s),（三）调节容积计算,用水量变化曲线,二级泵站设计供水线,一级泵站供水线,二级泵站供水线越接近用水线，则水塔容积越小，清水池容积越大些。,例6.2P121,Q1、Q2表示要调节的两个流量，m3/h。,清水池或水塔调节容积计算：,累计100.00100.00100.00调节容积=13.63调节容积=14.46调节容积=4.21,（4）清水池和水塔容积设计,清水池设计有效容积调节用水量消防用水量水厂生产自用水量安全储备水量：水塔设计有效容积水塔调节水量室内消防用水量：,清水池构造图,管网计算步骤,1、求沿线流量和节点流量；2、求管段计算流量；3、确定各管段的管径和水头损失；4、进行管网水力计算和技术经济计算；5、确定水泵扬程和水塔高度。,6.2设计流量分配与管径设计,(1)用水流量分配为进行给水管网的细部设计，必须将总流量分配到系统中去，也就是将最高日用水流量分配到每条管段和各个节点上去。,6.2.1节点设计流量分配计算,集中流量：从一个点取得用水，用水量较大的用户。分散流量：沿线众多小用户用水，情况复杂。,6.2.1节点设计流量分配计算,集中流量：,qni各集中用水户的集中流量，L/s；Qdi各集中用水户最高日用水量，m3/d；Khi时变化系数。,根据实际管网流量变化情况设计管网非常复杂，加以简化。提出比流量，沿线流量，节点流量的概念。,比流量：为简化计算而将除去大用户集中流量以外的用水量均匀地分配在全部有效干管长度上，由此计算出的单位长度干管承担的供水量。长度比流量：面积比流量：,沿线流量：干管有效长度与比流量的乘积。,l:管段配水长度，不一定等于实际管长。无配水的输水管，配水长度为零；单侧配水，为实际管长的一半。,节点流量：从沿线流量计算得出的并且假设是在节点集中流出的流量。,按照水力等效的原则，将沿线流量一分为二，分别加在管段两端的节点上；集中流量可以直接加在所处的节点上；供水泵站或水塔的供水流量也应从节点处进入管网系统,例：所示管网，给水区的范围如虚线所示，比流量为qs，求各节点的流量。,因管段8-9单侧供水，求节点流量时，将管段配水长度按一半计算。,解:以节点3、5、8、9为例，节点流量如下：,例：某城镇给水环状网布置如图所示，全城最高日最高时总用水量315m3/h，其中包括工厂用水量50m3/h，管段68和89均只在单侧有用户。计算最高日最高时单位管长比流量、沿线流量和节点流量。,1,4,2,9,5,水厂,7,8,6,3,工厂,880,640,710,540,520,620,520,560,580,920,890,解：工厂的集中流量作为在其附近的节点4配出。管段68和89均只在单侧有用户。各管段配水长度如表所示。全部配水干管总计算长度为6690m，该管网最高日最高时的总用水量为：Q-q=(315-50)1000/3600=73.6(L/s)管长比流量qs为：Qs=73.6/6690=0.011(L/s.m),某城镇管网各管段最高日最高时沿线流量,某城镇管网最高日最高时各节点流量,1,4,2,7.54,9,5,水厂,7,8,6,3,工厂,（13.89）,10.72,10.51,7.98,9.63,11.22,7.42,1.54,880,640,710,540,520,620,520,560,580,920,890,例6.3p125,(2)节点设计流量计算,6.2.2管段设计流量分配计算,管段设计流量是确定管段直径的主要依据。求得节点流量后，就可以根据节点流量连续性方程，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。,1、单水源树状网树状管网的管段流量具有唯一性，每一管段的计算流量等于该管段后面各节点流量和大用户集中用水量之和。,8,6,14,27,33,3,4,12,17,7,26,2,34,77,5,环状管网满足连续性条件的流量分配方案可以有无数多种。,2、环状网,流量分配遵循原则：(1)从水源或多个水源出发进行管段设计流量计算，按水流沿最短线路流向节点的原则拟定水流方向；(2)当向两个或两个以上方向分配设计流量时，要向主要供水方向或大用户用水分配较大的流量，向次要用户分配较少的流量；(3)顺主要供水方向延伸的几条平行干管所分配的计算流量应大致接近；(4)每一节点满足进、出流量平衡。,例6.4p128,已知某城镇给水管网最高用水时流量Qh=200L/s。各节点流量（l/s）、各管段长度（m）见附图。试列表计算各管段的流量。,(2),(4),50l/s,(3),(5),200l/s,60l/s,30l/s,60l/s,练习环状管网水力计算,800,850,400,700,600,(1),1,2,3,6,4,5,6.2.3管段直径设计,管径和设计流量的关系：D管段直径，m；q管段流量，m3/s；v流速，m/s；A水管断面积，m3。确定管径必须先选定设计流速。,设计流速的确定,技术上：为防止水锤现象，Vmax0.6m/s。经济上：设计流速小，管径大，管网造价增加；水头损失减小，水泵扬程降低，电费降低。一般设计流速采用优化方法求得。合理的流速应该使得在一定年限（投资偿还期）内管网造价与运行费用之和最小。,投资偿还期内的年度总费用为：,一定年限T年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。经济流速和经济管径和当地的管材价格、管线施工费用、电价等有关。条件不具备时，可参考：,或参考P182输水管经济流速。选取经济流速时考虑的原则：p130,例6.5某给水管网如图所示，节点设计流量、管段长度、管段设计流量等数据也标注于图中。求：设计管段直径；,已知某城镇给水管网最高用水时流量Qh=200L/s。各节点流量（l/s）、各管段长度（m）见附图。经济管径可参考表1选取。试列表计算各管段的管径。,界限流量表,练习环状管网水力计算,(2),(4),50l/s,(3),(5),200l/s,60l/s,30l/s,60l/s,800,850,400,700,600,(1),1,2,3,6,4,5,6.3泵站扬程与水塔高度设计,设计流量经济流速管径确定压降确定控制点确定泵站扬程和水塔高度确定树枝状管网设计流量不会因管径选择不同而改变；环状网中，管径根据初次流量分配确定，管网流量按管网水力特性进行分配。,6.3.1设计工况水力分析,设计工况：即最高日最高时用水工况。管段流量和节点水头最大，用于确定泵站扬程和水塔高度。水力分析：确定设计工况时管道流量、管内流速、管道压降、节点水头和自由水压。水力分析前需进行预处理:1）泵站所在的管段暂时删除水力分析前提：水力特性必须已知。泵站水力特性未知，泵站设计流量合并到与之相关联的节点中。,（1）,（2）,（3）,（4）,（5）,（6）,（7）,（8）,1,9,8,7,6,5,4,3,2,Q7,Q3,Q2,Q1,Q4,Q5,Q6,Q8,q1,h1,q6,h6,q5,h5,q2,h2,q3,h3,q7,h7,q8,h8,q9,h9,q4,h4,节点（7）为清水池，管段1上设有泵站，将管段1删除，其流量合并到节点（7）和（1）：,（1）,（2）,（3）,（4）,（5）,（6）,（7）,（8）,9,8,7,6,5,4,3,2,Q7+q1,Q3,Q2,Q1-q1,Q4,Q5,Q6,Q8,q6,h6,q5,h5,q2,h2,q3,h3,q7,h7,q8,h8,q9,h9,q4,h4,2）假设控制点,水力分析前提，管网中必须有一个定压节点。节点服务水头：节点地面高程加上节点所连接用户的最低供水压力。【规定最低供水压力标准：一层楼10m，二层楼12m，以后每增一层，压力增加4m。H=120+40(n-2)kPa，其中n2】控制点：给水管网中压力最难满足的节点，其节点水头可作为定压节点。,控制点的选择,一般离泵站最远，地势最高的节点假定为控制点。假定控制点，其节点水头等于服务水头，则该节点成为定压节点。可先随意假定，水力分析完成后，通过节点水头与服务水头两者供压差额比较，找到真正的控制点。,例6.5某给水管网如图所示，水源、泵站和水塔位置标于图中，节点设计流量、管段长度、管段设计流量等数据也标注于图中，节点地面标高及自由水压要求见表。1）设计管段直径；2）进行设计工况水力分析；3）确定控制点。,（2）,（3）,（4）,（6）,（7）,（8）,H1=12.00（1）清水池,水塔（5）,1320,9490,8590,7360,6350,5330,4270,3550,2650,-194.35,20.77,51.17,14.55,35.03,82.33,27.65,-37.15,-194.35,32.46,89.9,89.9,6.27,22.63,54.87,5.00,37.15,泵站,管网设计工况水力分析,给水管网设计节点数据,解1）管段直径设计（如下表）经济流速选择考虑,给水管网设计数据,2）设计工况水力分析,将管段1暂时删除，管段流量并到节点（2）上的Q2=-194.35+14.55=-179.8（L/s）假定节点（8）为控制点水头损失采用海曾-威廉公式CW=110,设计工况水力分析计算结果,3）确定控制点,节点（3）、（4）、（6）、（7）压力无法满足服务水头要求，节点（3）和要求自由水压差值最大，所以真正控制点为节点（3），应根据节点（3）自由水压重新进行水力分析。,控制点确定与节点水头调整,6.3.2泵站扬程设计,完成设计工况水力分析后，泵站扬程可以根据所在管段的水力特性确定。泵站扬程计算公式：,Hfi泵站所在管段起端节点水头Hti终端节点水头hfi沿程水头损失hmi局部水头损失局部损失可忽略不计，上式也可写为：,（2）,（3）,（4）,（6）,（7）,（8）,H1=12.00（1）清水池,水塔（5）,1320,9490,8590,7360,6,5,4270,3550,2650,-194.35,20.77,51.17,14.55,35.03,82.33,27.65,-37.15,-194.35,32.46,89.9,89.9,6.27,22.63,54.87,5.00,37.15,泵站,管网设计工况水力分析,泵站扬程计算,例6.6采用例6.5数据，节点（1）处为清水池，最低设计水位标高为12m，试根据设计工况水力分析的结果，借1上泵站的设计扬程并选泵。,解水泵扬程为（忽略局部水头损失）：,考虑局部水头损失：水泵吸压水管道设计流速一般为1.22.0m/s，局部阻力系数可按5.08.0考虑，沿程水头损失忽略不计，泵站内部水头损失为：则水泵扬程应为：Hp=41.61+1.63，取44m；按2台水泵并联工作，单台水泵流量为：Qp=194.35/2=97.2(L/s)=349.8（t/h)，取350t/h。查水泵样本，选型。,6.3.3水塔高度设计,完成设计工况水力分析后，水塔高度=水塔节点水头-地面高程：,或,（1）管网定线（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）定出各管段的计算流量树状网：管段流量等于其后管段各节点流量和环状网：根据一定原则先人为拟定,总结：给水管网设计和计算的步骤,（7）根据计算流量和经济流速，选取各管段的管径（8）根据流量和管径计算各管段压降（9）确定控制点，根据管道压降求出各节点水头和自由水压。树状网：根据流量直径计算压降。环状网：若各环内水头损失代数和（闭合差）超过规定值，进行水力平差，对流量进行调整，使各个环的闭合差达到规定的允许范围内。（6）（9）列水力分析计算表（10）确定水泵扬程和水塔高度,某城市供水区用水人口5万人，最高日用水量定额为150/(人)，要求最小服务水头为16。节点接某工厂，工业用水量为4003/，两班制，均匀使用。城市地形平坦，地面标高为5.OO。,练习1树枝网水力计算,1总用水量设计最高日生活用水量：500000.157500m3/d86.81L/s工业用水量：4001625m3/h6.94L/s总水量为：Q86.816.9493.75L/s2管线总长度：L2425m，其中水塔到节点0的管段两侧无用户不计入。3比流量：(93.756.94)24250.0358L/s,4沿线流量：,5节点流量：,6干管水力计算：,选定节点8为控制点，按经济流速确定管径（可以先确定管径，核算流速是否在经济流速范围内）。,7支管水力计算：,8确定水塔高度,水泵扬程：需要根据水塔的水深、吸水井最低水位标高、水泵吸水管路和压水管水头损失计算确定。,练习2树枝网水力计算,已知树状网各管段长度，各节点流量和高程，设水厂供水水压按满足3层楼用水考虑，应满足自由水头He16m。水厂二级泵站泵轴高程Zp为42.08m，水泵吸程（吸水高度Hs吸水管水头损失hs）为4.0m，求二级水泵扬程。,1,7,6,5,4,3,2,5.6,680,5.4,16.6,6.2,15.8,5.3,11.1,600,710,620,580,640,520,水厂,某树枝网节点流量、管段长度,表5-6某树枝网各节点地表高程,解（1）管网定线（已知）（2）计算干管的总长度（略）（3）计算干管的比流量（略）（4）计算干管的沿线流量（略）（5）计算干管的节点流量（已知）（6）定出各管段的计算流量（7）根据计算流量和经济流速，选取各管段的管径（8）根据流量和管径计算各管段压降（9）确定4为控制点，根据管道压降求出各节点水头和自由水压。（6）-（9）见水力计算表,设计工况水力分析计算结果,节点（4）水头=16+44.69节点（3）水头=16+44.69+10.58=71.27自由水压=71.27-43.88=27.39（10）二级泵站水泵扬程79.42-42.083.16+4.044.5（m),已知某城镇给水管网最高用水时流量Qh=200L/s。各节点流量（l/s）、各管段长度（m）见附图。经济管径可参考表1选取。试列表计算各管段的管径和流量。（只要求算到第二次分配各管段的流量，即可结束计算）。,(1),(3),50l/s,(2),(4),界限流量表,200l/s,60l/s,30l/s,60l/s,练习3环状管网水力计算,800,850,400,700,600,答：因为分配初始流量有无数各方案，所以该题要求能正确分配初始流量，确定管径，计算各管段水头损失，环闭合差和环校正流量，能正确调整各管段的流量。以下为一个例子：,1,3,50l/s,2,4,200l/s,60l/s,30l/s,60l/s,70,30,80,30,10,6.4管网设计校核,从前面的设计过程可知，管网的管径和水泵扬程，是按设计年限内最高日最高时的用水量和正常水压要求来设计的。这样的管径和水泵能否满足其他特殊情况(消防时、最大转输、事故时)下的要求，就需进行其它用水量条件下的核算。核算按最高日最高时流量设计的管径和水泵能否满足其他特殊情况下的要求的过程就叫作管网校核。两种校核方法：水头校核法，流量校核法。校核工况包括：1）消防工况校核2）水塔转输工况校核3）事故工况校核,二泵站供水曲线,用水曲线,024681012141618202224,最大用水小时,最大转输小时,1消防校核,1.1消防校核的实质管网是按最高日最高时流量来设计的，这个流量并没有包括消防流量。（城市火灾不是经常发生的，且火灾持续时间不长，灭火期间短时间的断水或者流量减少居民能够接受）消防校核的实质是以最高日最高时流量另加消防流量作为设计流量，按10m的服务水头计算，校核按最高时流量确定的管径和水泵能否满足消防时候的要求。,1.2消防校核的方法：（1）首先根据城市规模和现行的建筑设计防火规范确定同时发生的火灾次数和消防用水量；（2）把消防流量作为集中流量加在相应节点的节点流量中；（如按消防要求同时一处失火，则放在控制点，有两处或两处以上失火，一处放在控制点，其他设定在离二级泵站较远或靠近大用户的节点处，其余节点仍按最高用水时的节点流量。）（3）以最高日最高时用水量确定的管径为基础，将最高时用水量与消防流量相加后进行流量分配；（4）进行管网平差，求出消防时的管段流量和水头损失；（5）计算消防时所需要的水泵扬程。（自由水压不低于10mH2O）,1.3消防校核结果虽然消防时比最高时所需的服务水头要小得多,但因消防时通过管网流量增大，各管段的水头损失相应增加，按最高时确定的水泵扬程有可能不满足消防时的需要。若：消防时需要的水泵扬程小于最高时确定的水泵扬程,则设计不需要调整；消防时需要的水泵扬程略大于最高时确定的水泵扬程，可放大管网末端个别管径；消防时需要的水泵扬程远大于最高时确定的水泵扬程，专设消防泵。,2最大转输校核,2.1最大转输校核的实质,设对置水塔的管网，在最高用水时由泵站和水塔同时向管网供水，但在一天内泵站送水量大于用水量的时段内，多余的水经过管网送入水塔贮存。,最大转输校核的实质是校核设对置水塔的管网在发生最大转输流量时水泵能否将水送到水塔水柜中最高水位。,最高时,转输时,2.2最大转输校核的方法校核时，水力计算过程跟最高时计算过程相同，只是管网各节点的流量需按最大转输时管网各节点的实际用水量求出。因节点流量随用水量的变化成比例地增减，所以最大转输时各节点流量可按下式计算：最大转输时节点流量等于最大转输小时用水量与最大小时用水量之比乘以最大小时节点流量；水泵扬程满足水塔最高水位；节点流量确定后，按最大转输时的流