新给水管网6-10章

1、1（一）树状网特点（一）树状网特点 在不少情况下，是首先进行树状网的计算，有些环状在不少情况下，是首先进行树状网的计算，有些环状 网也连有树状网。网也连有树状网。一、管段流量的唯一性一、管段流量的唯一性 无论从二级泵站起顺水流方向推算或从控制点起向二无论从二级泵站起顺水流方向推算或从控制点起向二级泵站方向推算，只能得出唯一的管段流量，或者可级泵站方向推算，只能得出唯一的管段流量，或者可以说树状网以说树状网只有唯一的流量分配只有唯一的流量分配。6.1 6.1 树状网计算树状网计算2二二 、干线与支线的区分、干线与支线的区分干线干线：从二级泵站到控制点的管线。一般是起点（泵站、：从二级泵站到控制点

2、的管线。一般是起点（泵站、水塔）到控制点的管线，终点水压已定，而起点水压待求。水塔）到控制点的管线，终点水压已定，而起点水压待求。支线支线：起点的水压标高已知，而支线终点的水压标高等于：起点的水压标高已知，而支线终点的水压标高等于终点的地而标高与最小服务水头之和。终点的地而标高与最小服务水头之和。划分干线和支线的目的在于两者确定管径的方法不同：划分干线和支线的目的在于两者确定管径的方法不同：干线干线根据经济流速；根据经济流速；支线支线水力坡度水力坡度 充分利用两点压差充分利用两点压差Dvfi（一）树状网特点（一）树状网特点3（二）计算步骤（二）计算步骤6.1 6.1 树状网计算树状网计算4（一

3、）环状网水力特点（一）环状网水力特点环状网的管段流量具有多种分配方案，因此在经济流速确定的条件下，环状网的管段流量具有多种分配方案，因此在经济流速确定的条件下，即可求出管径。即可求出管径。对每个节点来说，满足，对于一个环顺时方向和逆时针方向水头损失代对每个节点来说，满足，对于一个环顺时方向和逆时针方向水头损失代数和为零。（实际上）数和为零。（实际上）h h顺顺=h=h逆逆=h=h，规定顺，规定顺+ +，逆，逆- -6.2 6.2 环状网计算原理环状网计算原理 56.2 6.2 环状网计算原理环状网计算原理 但是在计算上由于个别管段流量分配不合理，不能满足要求，也就是但是在计算上由于个别管段流量

4、分配不合理，不能满足要求，也就是顺时针和逆时针的水头损失不相等，而出现闭合差顺时针和逆时针的水头损失不相等，而出现闭合差h。h顺顺h逆逆=h0，顺时针方向管段的流量分配多了，顺时针方向管段的流量分配多了h顺顺h逆逆=h0，逆时针方向管段的流量分配多了，逆时针方向管段的流量分配多了为此，要进行流量调整，使得为此，要进行流量调整，使得h顺顺=h逆（逆（h=0），也就是满足每），也就是满足每环的能量方程特点：（条件）连续性方程，能量方程，只满足这两条环的能量方程特点：（条件）连续性方程，能量方程，只满足这两条件，件，管段流量才与实际相符管段流量才与实际相符。6（二）水力特点管网（二）水力特点管网平差

5、平差及意义及意义平差平差在初分流量，选定管径的基础上，为消除闭合差所进行的在初分流量，选定管径的基础上，为消除闭合差所进行的流量调整计算。也就是如果存在流量调整计算。也就是如果存在h h，就要对管段流量进行重新分，就要对管段流量进行重新分配，这种分配是在初分流量的基础上进行调整计算，使得配，这种分配是在初分流量的基础上进行调整计算，使得h h顺顺=h=h逆，逆，直到直到h=0h=06.2 6.2 环状网计算原理环状网计算原理76.2 6.2 环状网计算原理环状网计算原理通过管网平差，求出满足能量通过管网平差，求出满足能量方程的管段流量进而求出各管方程的管段流量进而求出各管段的水头损失，然后求出

6、扬程段的水头损失，然后求出扬程和塔高。和塔高。平差理论：解环方程，求出每平差理论：解环方程，求出每环的矫正流量。环的矫正流量。以四个环为例，求出以四个环为例，求出q（二）水力特点（二）水力特点管网平差及管网平差及意义意义8设：每管段第一分配的流量设：每管段第一分配的流量q q，每环产生的，每环产生的h h0 0，公式，公式h=sqh=sq2 2所谓平差理论就是通过各管段的流量调整来满足所谓平差理论就是通过各管段的流量调整来满足h=0h=0。如有。如有L L个环，就解个环，就解L L个环个环方程，求出各环方程，求出各环q q，于是管网平差就是求，于是管网平差就是求q q（使闭合差为零）。（使闭合

7、差为零）。 9（三）如何进行管网平差（三）如何进行管网平差管网平差有下面三种方法管网平差有下面三种方法（1）解环方程组法）解环方程组法 原理：原理：在初步分配流量的基础上，逐步调整管段流在初步分配流量的基础上，逐步调整管段流量以满足能量方程。量以满足能量方程。L个非线性的能量方程：个非线性的能量方程：0),(3211PqqqqF0),(3212PqqqqF0),(321PLqqqqF10初步分配的流量一般初步分配的流量一般不满足不满足能量方程：能量方程： 0),(00302011PqqqqF0),(00302012PqqqqF0),(0030201PLqqqqF11 初步分配流量与实际流量的的

8、差额为初步分配流量与实际流量的的差额为q，实际流量应满足能量方程：，实际流量应满足能量方程：0),(03032021011PPqqqqqqqqF0),(03032021012PPqqqqqqqqF0),(0303202101PPLqqqqqqqqF12将函数在分配流量上展开，并忽略高阶微量：将函数在分配流量上展开，并忽略高阶微量：0)(),(1221111002011PPPqqFqqFqqFqqqF0)(),(2222112002012PPPqqFqqFqqFqqqF0)(),(221100201PPLLLPLqqFqqFqqFqqq,(hqqqqFP20030201

9、2),(hqqqqFPLPLhqqqqF),(0030201 方程组左边的第一部分即为我们初分流方程组左边的第一部分即为我们初分流量时环内正反两个方向水头损失差，称为闭量时环内正反两个方向水头损失差，称为闭合差：合差：14 将闭合差项移到方程组的左边，得到关将闭合差项移到方程组的左边，得到关于流量误差（校正流量）的线性方程组：于流量误差（校正流量）的线性方程组：11221111hqqFqqFqqFPP22222112hqqFqqFqqFPPLPPLLLhqqFqqFqqF221115 利用线性代数的多种方法可求解出校正流量。因为利用线性代数的多种方法可求解出校正流量。因为忽略了高阶项，得到的解

10、仍然不能满足能量方程，需要反忽略了高阶项，得到的解仍然不能满足能量方程，需要反复迭代求解，直到误差小于允许误差值。复迭代求解，直到误差小于允许误差值。 环方程组解法特点环方程组解法特点 ： 方程数目少方程数目少 要求输入的参数的多要求输入的参数的多 适合于手工平差适合于手工平差16（2）解节点方程组法）解节点方程组法 原理：在初步拟订节点压力的基础上，逐原理：在初步拟订节点压力的基础上，逐步调整节点水压以满足连续性方程。步调整节点水压以满足连续性方程。 节点流量应该满足节点流量应该满足连续性方程连续性方程：0ijiqQ021212121jijiijiijijijiHHHHSQhhSQ2ijij

11、ijqSh ijijijijhhSq212117012112111kkkHHHHSQ022122122kkkHHHHSQ02121,kSJkSJkSJSJHHHHSQ1个连续性方程：个连续性方程：18一般表达式：一般表达式：0),(3211SJHHHH0),(3212SJHHHH0),(321SJSJHHHH19初步拟定的水压一般不满足连续性方程：初步拟定的水压一般不满足连续性方程： 0),(3211SJHHHH0),(3212SJHHHH0),(321SJSJHHHH20 初步拟定水压与实际水压的差额为初步拟定水压与实际水压的差额为，实际水压应满足连续性方程：实际水压应满足连续性方程：0),

12、(02021011SJSJHHHHHH0),(02021012SJSJHHHHHH0),(0202101SJSJSJHHHHHH21将函数在初拟压力上展开，并忽略高阶微量：将函数在初拟压力上展开，并忽略高阶微量：0)(),(1221111002011SJSJSJHHHHHHHHH0)(),(2222112002012SJSJSJHHHHHHHHH0)(),(221100201SJSJSJSJSJSJSJHHHHHHHHH22100302011),(qHHHHSJ方程组的第一部分称为流量闭合差：方程组的第一部分称为流量闭合差：200302012),(qHHHHSJSJSJSJqHHHH),(00

13、3020123 将闭合差项移到方程组的右边，得到关将闭合差项移到方程组的右边，得到关于水压误差（校正压力）的线性方程组：于水压误差（校正压力）的线性方程组：11221111qHHHHHHSJSJ22222112qHHHHHHSJSJSJSJSJSJSJSJqHHHHHH221124求解步骤：求解步骤： 根据已知节点（控制点和泵站）的水压，初步确定其根据已知节点（控制点和泵站）的水压，初步确定其他各节点的水压；他各节点的水压； 根据流量与水头损失的关系求出各管段的流量；根据流量与水头损失的关系求出各管段的流量； 计算各节点的不平衡流量；计算各节点的不平衡流量； 计算各节点的校正压力；计算各节点的

14、校正压力；重复第重复第24步直到校正压力符合要求为止。步直到校正压力符合要求为止。节点方程组方法的特点：节点方程组方法的特点： 方程数目较多方程数目较多 要求输入的参数较少要求输入的参数较少适合于计算机进行平差适合于计算机进行平差25（3）解管段方程组法）解管段方程组法 原理：直接联立求解原理：直接联立求解 J- -1 个个连续性方程连续性方程和和 L 个能量方程，求出个能量方程，求出 PL+ +J- -1 个管段流个管段流量。量。具体步骤：具体步骤： 对能量方程进行线性化处理；对能量方程进行线性化处理； 给定流量初值并计算线性系数；给定流量初值并计算线性系数； 解线性方程求出管段流量；解线性

15、方程求出管段流量；根据所得流量计算线性系数并重新求解管段根据所得流量计算线性系数并重新求解管段流量直到误差符合要求。流量直到误差符合要求。26041211qqQ02414141254545425252522212121qLAqLAqLAqLA连续性方程：连续性方程：Q Q1 1Q Q2 2Q Q3 3Q Q4 4Q Q5 5Q Q6 621q32q63q52q41q54q65q能量方程：能量方程：4 45 56 63 32 21 105232212qqqQ063323qqQ054414qqQ06554525qqqQ02323232252525226565652636363qLAqLAqLAqL

16、A27将非线形的能量方程转化为线性方程：将非线形的能量方程转化为线性方程：041414141545454545252525221212121qqLAqqLAqqLAqqLA032323232525252526565656563636363qqLAqqLAqqLAqqLA04141545452522121qRqRqRqR03232525265656363qRqRqRqR2814121Qqq2523221Qqqq36332Qqq45441Qqq5655452Qqqq04141545452522121qRqRqRqR03232525265656363qRqRqRqR解管段方程组法特点：解管段方程组法

17、特点： 未知数多未知数多 要求初分流量要求初分流量实际中应用少实际中应用少29（一）哈代克罗斯法（一）哈代克罗斯法一一 计算特点计算特点q q不仅与本环的不仅与本环的q q有关，还和邻环的（公共管段的）有关。有关，还和邻环的（公共管段的）有关。 如在水头损失与流量不是平方关系时如在水头损失与流量不是平方关系时哈代克罗斯法是求校正流量的近似方法。但工作可以简化不少，不影响精度要哈代克罗斯法是求校正流量的近似方法。但工作可以简化不少，不影响精度要求。目前的管网平差程序仍是基于此方法。求。目前的管网平差程序仍是基于此方法。 6.3 6.3 环状网计算环状网计算30二应用步骤二应用步骤哈代克罗斯法可用

18、下列步骤：哈代克罗斯法可用下列步骤：1 1 根据设计流量（最高时平均秒流量，最高根据设计流量（最高时平均秒流量，最高时加消防的秒流量）进行流量分配时加消防的秒流量）进行流量分配2 2 根据经济流速确定管径根据经济流速确定管径3 3 计算各环各管段的最初水头损失，求出闭计算各环各管段的最初水头损失，求出闭合差合差4 4 由由h h，求各环的，求各环的q q5 5 进行管段流量的初次调整进行管段流量的初次调整6 6 对公共则有两个校正流量（本环、邻环）对公共则有两个校正流量（本环、邻环）邻环的邻环的q q在本环与邻环符号相反。在本环与邻环符号相反。7 7 在初次调整后的管段流量是基础，再求各在初次

19、调整后的管段流量是基础，再求各环的环的h h，直到小环，直到小环0.5m0.5m，大环，大环1.0m1.0m为止。为止。对电算精度可任取，一般考虑对电算精度可任取，一般考虑0.010.05m0.010.05m6.3 6.3 环状网计算环状网计算31（二）简化法（二）简化法在哈代克罗斯法基础上，简化管网的管段计算（减少环数）在哈代克罗斯法基础上，简化管网的管段计算（减少环数）h外=h+h将两环视为一环进行平差，两小环的将两环视为一环进行平差，两小环的h h也会随之减小。也会随之减小。简化法简化法把闭合差方向相同的环合为一环进行平差。把闭合差方向相同的环合为一环进行平差。32如图两个小环闭合差反向

20、相同，只平其中一环，另一环也会增大闭合差。如图两个小环闭合差反向相同，只平其中一环，另一环也会增大闭合差。如如环引入校正流量环引入校正流量qq33 某城市供水区最高日最高时供水量为某城市供水区最高日最高时供水量为0.09375m3/s0.09375m3/s，要求最，要求最小服务水头为小服务水头为157kPa(15.7m)157kPa(15.7m)。节点。节点4 4接某工厂，工业用水接某工厂，工业用水量为量为400 m3/d400 m3/d，两班制，均匀使用。城市地形平坦，地面，两班制，均匀使用。城市地形平坦，地面标高为标高为5.00m5.00m，管网布置见图，试求水塔高度和水泵扬程。，管网布置

21、见图，试求水塔高度和水泵扬程。水塔0123456780.093756000.005373000.016110.007164506500.030740.007520.007070.00367L（m）q（m3/s）（m3/s）0.004480.0116334（三）多水源管网平差计算（三）多水源管网平差计算引：上面讨论的内容都是单水源管网。但是诸多城镇引：上面讨论的内容都是单水源管网。但是诸多城镇由于用水量的增加，往往会发展多水源给水系统（地由于用水量的增加，往往会发展多水源给水系统（地面水、地下水、双水泵、水塔、高位水池等）面水、地下水、双水泵、水塔、高位水池等）6.3 6.3 环状网计算环状网计

22、算35一一 、虚环平差法（化多水源为单水源）、虚环平差法（化多水源为单水源）1 1 虚环的概念虚环的概念所谓虚环就是将各水源于各水源流量的交汇点连接成的环，它包括虚管段和所谓虚环就是将各水源于各水源流量的交汇点连接成的环，它包括虚管段和实管段。实管段。虚节点虚节点O O，虚管段，虚管段OBOB，OAOA，虚环数，虚环数= =水源数水源数1 1，这样把多水源管网，这样把多水源管网看成只从虚节点看成只从虚节点O O供水的单水源管网。供水的单水源管网。o362 平衡条件平衡条件 虚节点虚节点，也就是虚节点的供水量为多水源供水量，也就是虚节点的供水量为多水源供水量之和。之和。 水头损失水头损失，也就是

23、各管段（包括虚管段）水头损，也就是各管段（包括虚管段）水头损失代数和为零。失代数和为零。水泵压力，水塔高度，符号取决于虚流量的方向。水泵压力，水塔高度，符号取决于虚流量的方向。虚虚管段不计摩阻管段不计摩阻，只是泵站、水塔与虚节点的水压，只是泵站、水塔与虚节点的水压差。差。o373 3 计算方法计算方法在平差时，虚环和实环看成一个整体，一起计算（如上面讲述的单水源平差一在平差时，虚环和实环看成一个整体，一起计算（如上面讲述的单水源平差一样），为求出虚管段的水泵压力，要知水泵的特性方程。样），为求出虚管段的水泵压力，要知水泵的特性方程。 Hp水泵扬程 Hb水泵流量为零时的扬程 s水泵摩阻 Q水泵流

24、量为了求Hp要求出每种泵的Hb与s，在水泵（实际工作台数）特性曲线上的高效段内，找两点H1Q1，H2Q2，代入。38如果是几台泵并联工作时，应求出并联后的特性曲线，求如果是几台泵并联工作时，应求出并联后的特性曲线，求Hb与与s。所以，虚管段的水泵压力所以，虚管段的水泵压力Z+Hp Z吸水井水位吸水井水位至于水塔高度是个定值，是不可调的，在平差时是不变的。至于水塔高度是个定值，是不可调的，在平差时是不变的。应注意：二泵站到管网一般为两条输水管，取应注意：二泵站到管网一般为两条输水管，取Q/2计。计。Hp水泵扬程水泵扬程Hb水泵流量为零时的扬程水泵流量为零时的扬程 s水泵摩阻水泵摩阻 Q水泵流量水

25、泵流量o39二、多水源平差计算应满足的条件二、多水源平差计算应满足的条件1 进出节点的流量代数和为零（包括虚节点），进出节点的流量代数和为零（包括虚节点），连续性方程连续性方程2 每环各管段水头损失的代数和为零（包括虚环），每环各管段水头损失的代数和为零（包括虚环），能量方程能量方程3 各水源供水至各水源供水至分界线处的水压应相同分界线处的水压应相同，就是该从各水源到分界线上控制的水头，就是该从各水源到分界线上控制的水头损失之差等于水源的水压差。损失之差等于水源的水压差。对对新管网新管网可以直接分配流量，找分界线、平差，求出可以直接分配流量，找分界线、平差，求出Hp，Ht，不用虚环。，不用虚环

26、。（HB+ZB）=（HA+ZA）hA-B (式式1)（HB+ZB）=（HC+ZC）hC-B (式式2)（HA+ZA）（HC+ZC）=hC-BhA-B (式式3)水泵水泵水塔水塔40（四）等水压线图（四）等水压线图等水压线图等水压线图根据计算结果得到各节点的水压后，即可在管网平面图上用插根据计算结果得到各节点的水压后，即可在管网平面图上用插值法按比例绘出等水压线。也可从节点水压减去地面标高得出各节点的自由水压，值法按比例绘出等水压线。也可从节点水压减去地面标高得出各节点的自由水压，在管网平面图上绘出等自由水压线。在管网平面图上绘出等自由水压线。每个节点：水压标高、地面标高、自由水头每个节点：水压

27、标高、地面标高、自由水头。对控制点对控制点9：自由水头已知：自由水头已知24m（五层），地面标高（五层），地面标高25m（已知），水压标高：（已知），水压标高：24+25=49m对对6节点：节点：49+h6-9=水压标高，水压标高水压标高，水压标高地面标高地面标高=自由水头自由水头所以各个节点都可求出这三个数，其中地面标高均为已知数。所以各个节点都可求出这三个数，其中地面标高均为已知数。然后在两个节点间的管段上找出整数字的点，进行连线，得水压线图。然后在两个节点间的管段上找出整数字的点，进行连线，得水压线图。二二 等水压线的意义作用：等水压线的意义作用：1 评价管网设计计算的合理程度评价管网设

28、计计算的合理程度2 反映出管径选择的合理程度反映出管径选择的合理程度3 反映出控制点的选择是否正确反映出控制点的选择是否正确41（五）管网的核算条件（五）管网的核算条件 管网的管径和水塔扬程，是按设计年限内管网的管径和水塔扬程，是按设计年限内最高日最高最高日最高时时的用水量决定，一般都能满足供水要求，但是有一些特的用水量决定，一般都能满足供水要求，但是有一些特殊情况，不一定能保证供水。如管网出现事故造成部分管殊情况，不一定能保证供水。如管网出现事故造成部分管段损坏，管网提供消防灭火流量，管网向水塔转输流量等段损坏，管网提供消防灭火流量，管网向水塔转输流量等情况，须进行其他用水量条件下的计算，以

29、确保经济合理情况，须进行其他用水量条件下的计算，以确保经济合理的供水。的供水。42通过校核，可能须将管网中的个别管子通过校核，可能须将管网中的个别管子管径放大管径放大，可能另加水泵，另选水泵，可能另加水泵，另选水泵，或者改变水塔高度。或者改变水塔高度。校核校核指标指标：供水流量和压力：供水流量和压力43校核校核方法方法：1）水头校核法水头校核法 假定供水流量要求可以满足，通过水力分析求假定供水流量要求可以满足，通过水力分析求出供水压力，校核其是否可以满足要求。出供水压力，校核其是否可以满足要求。2）流量校核法流量校核法 假定供水压力要求可以满足，通过水力分析求假定供水压力要求可以满足，通过水力

30、分析求出供水流量，校核其是否可以满足要求。出供水流量，校核其是否可以满足要求。44一一 、消防时校核、消防时校核给水管网的设计流量未计入消防流量，当火灾发生给水管网的设计流量未计入消防流量，当火灾发生在最高日最高时（当然这种几率很小），由于消防在最高日最高时（当然这种几率很小），由于消防流量比较大，一般用户的用水量肯定不能满足。但流量比较大，一般用户的用水量肯定不能满足。但消防工况时，管网以保证灭火为主，其它用户用水消防工况时，管网以保证灭火为主，其它用户用水可以不必考虑，但其他用户用水会影响消防用水。可以不必考虑，但其他用户用水会影响消防用水。所以，为了安全起见，按最不利情况所以，为了安全起

31、见，按最不利情况最高时加消防最高时加消防时的流量进行校核。但节点服务水头只要求满足火时的流量进行校核。但节点服务水头只要求满足火灾处节点的灭火服务水头，而不是满足正常用水的灾处节点的灭火服务水头，而不是满足正常用水的服务水头。服务水头。45一一 、消防时校核、消防时校核 当只考虑当只考虑一处灭火一处灭火时，消防流量一般加在时，消防流量一般加在控控制点制点（最不利火灾点）；（最不利火灾点）； 当考虑当考虑两处或以上两处或以上时，一处在时，一处在控制点控制点（最不（最不利点），另外几处放在离供水泵站利点），另外几处放在离供水泵站较远较远、靠、靠近近大用户大用户、居民密、居民密集区集区或或重要的工业

32、企业重要的工业企业附附近的节点上；近的节点上； 其余节点，其节点流量与最高时其余节点，其节点流量与最高时相同。相同。46一一 、消防时校核、消防时校核灭火处灭火处节点服务水头节点服务水头按照低压消防考虑，即按照低压消防考虑，即10m自自由水压由水压采用方法是采用方法是水头校核法：水头校核法：确定各节点流量，通过水利分析，得到各节点水头，确定各节点流量，通过水利分析，得到各节点水头，判断各灭火节点水头是否满足消防服务水头。判断各灭火节点水头是否满足消防服务水头。47一一 、消防时校核、消防时校核消防时：需服务水头小，流量较大消防时：需服务水头小，流量较大最高时：服务水头大，流量较消防时小。最高时

33、：服务水头大，流量较消防时小。流量大，管段水头损失较大，按照最高时确定流量大，管段水头损失较大，按照最高时确定的水泵扬程有可能不能满足消防时要求。的水泵扬程有可能不能满足消防时要求。措施：措施：放大个别管径放大个别管径，减小水头损失，减小水头损失如果最高时和消防时水泵扬程相差很大（多见于中如果最高时和消防时水泵扬程相差很大（多见于中小型管网），需要设小型管网），需要设专用消防泵专用消防泵。48二、水塔转输时校核二、水塔转输时校核最高用水时，水塔和泵站同时向管网供水，但在最高用水时，水塔和泵站同时向管网供水，但在一天内泵站供水量大于用水量的一段时间内，多一天内泵站供水量大于用水量的一段时间内，多

34、余的水经过管网送入水塔内储存，这种情况称为余的水经过管网送入水塔内储存，这种情况称为水塔转输工况，水塔转输工况，水塔水塔进水量最大进水量最大的情况称为的情况称为最大最大转输工况转输工况。（五）管网的核算（五）管网的核算49对于对于前置水塔前置水塔或者或者靠近泵站的网中水塔靠近泵站的网中水塔，转输进水，转输进水不不会出现问题会出现问题，只有当设置，只有当设置对置水塔对置水塔或者或者靠近供水末端靠近供水末端的网中水塔的网中水塔时时，由于离供水泵站较远，转输水流的水，由于离供水泵站较远，转输水流的水头损失大，水塔头损失大，水塔进水可能会出现问题进水可能会出现问题。所以，水塔转。所以，水塔转输时校核只

35、是对对置水塔以及靠近供水末端的网中水输时校核只是对对置水塔以及靠近供水末端的网中水塔管网的最大转输工况进行校核。塔管网的最大转输工况进行校核。二、水塔转输时校核二、水塔转输时校核50最大转输时间可以从用水量变化曲线和泵最大转输时间可以从用水量变化曲线和泵站供水曲线上查到。站供水曲线上查到。转输校核工况各节点按照最大转输时用水转输校核工况各节点按照最大转输时用水量求出，一般假定各节点流量随管网总用量求出，一般假定各节点流量随管网总用水量的变化成比例的增减，这时水量的变化成比例的增减，这时最大转输时的各节点流量最大转输时的各节点流量=（最大转输时（最大转输时管网总用水量管网总用水量/高时管网总用水

36、量）高时管网总用水量）最高最高用水时该节点的流量。用水时该节点的流量。二、水塔转输时校核二、水塔转输时校核51二、水塔转输时校核二、水塔转输时校核水塔转输校核水塔转输校核采用流量校核法。将水塔所在节采用流量校核法。将水塔所在节点作为定压节点，通过水力分析，得到各节点点作为定压节点，通过水力分析，得到各节点流量，判断是否满足水塔进入流量要求。流量，判断是否满足水塔进入流量要求。措施：校核措施：校核不满足不满足时，适当加大从泵站到水塔最短供水时，适当加大从泵站到水塔最短供水线路上管段的管径。线路上管段的管径。52三、事故时校核三、事故时校核国家有关规定，城市给水管网在事故时，必须保证国家有关规定，

37、城市给水管网在事故时，必须保证70%以上用水量，工业企业给水管网也应按照有以上用水量，工业企业给水管网也应按照有关规定确定事故时供水比例。关规定确定事故时供水比例。事故工况时节点流量事故工况时节点流量= 事故工况供水比例事故工况供水比例*最高时工况各节点流量。最高时工况各节点流量。53三、事故时校核三、事故时校核采用方法是采用方法是水头校核法。水头校核法。先从管网中删除事故管段，调低节点流量，通过水先从管网中删除事故管段，调低节点流量，通过水力分析，得到各节点水头，将它们与节点服务水头力分析，得到各节点水头，将它们与节点服务水头比较，全部高于服务水头为满足要求比较，全部高于服务水头为满足要求措

38、施：措施：校核不符合时校核不符合时1）可以增加平行干管条数或埋设双管）可以增加平行干管条数或埋设双管2）技术上采取措施，加强检修力量，缩短修复时间）技术上采取措施，加强检修力量，缩短修复时间3）重要的和不允许断水的用户，采取储备用水）重要的和不允许断水的用户，采取储备用水54（一）（一）概述概述 输水管渠在整个给水系统中是很重要的。输水管渠的输水管渠在整个给水系统中是很重要的。输水管渠的一般特点是距离长，和河流、高地、交通路线等的交一般特点是距离长，和河流、高地、交通路线等的交叉较多。叉较多。 输水管渠有多种形式，常用的有：输水管渠有多种形式，常用的有： 压力输水管渠压力输水管渠，高地水源或水

39、泵供水时采用这种形式；，高地水源或水泵供水时采用这种形式； 无压输水管渠无压输水管渠(非满流水管或暗渠非满流水管或暗渠)；明渠。；明渠。6.4 6.4 输水系统计算输水系统计算 55对输水管的对输水管的最基本要求是保证不间断输水最基本要求是保证不间断输水，多数用户特别是工，多数用户特别是工业企业不允许断水，甚至不允许减少水量。为此须平行敷设两业企业不允许断水，甚至不允许减少水量。为此须平行敷设两条输水管，如只埋设一条输水管，则应在管线终端建造贮水池条输水管，如只埋设一条输水管，则应在管线终端建造贮水池或其它安全供水措施。水池容积应保证供应输水管检修时间内或其它安全供水措施。水池容积应保证供应输

40、水管检修时间内的管网用水。的管网用水。一般说来，管线长、水压高、地形复杂、检修力量差、交通一般说来，管线长、水压高、地形复杂、检修力量差、交通不便时，应采用较大的水池容积。只在管网用水可以暂时中不便时，应采用较大的水池容积。只在管网用水可以暂时中断的情况下，才可只敷设一条输水管。远距离输水时，断的情况下，才可只敷设一条输水管。远距离输水时，应慎应慎重对待输水管的条数问题重对待输水管的条数问题。一般，根据给水系统的重要性、。一般，根据给水系统的重要性、断水可能性、管线长度、用水量发展情况、管网内有无调节断水可能性、管线长度、用水量发展情况、管网内有无调节水池及其容积大小等因素，确定输水管的条数。

41、水池及其容积大小等因素，确定输水管的条数。56重力（自流）压力输水管重力（自流）压力输水管水源在高地时（例如取用蓄水库水时），若水源水水源在高地时（例如取用蓄水库水时），若水源水位和水厂内处理构筑物水位的高差足够可利用水源位和水厂内处理构筑物水位的高差足够可利用水源水位，向水厂重力输水。水位，向水厂重力输水。 设计时，输水量设计时，输水量Q和位置水头和位置水头H为已知，据此选定水为已知，据此选定水管类型、管径和平行工作的管线数。管类型、管径和平行工作的管线数。 57以下研究重力供水时，由几条平行管线组成的以下研究重力供水时，由几条平行管线组成的压力输水管系压力输水管系统统，在事故时所能供应的流

42、量。，在事故时所能供应的流量。设水源水位标高为设水源水位标高为Z Z，输水管输水至网前水厂处理构筑物，其，输水管输水至网前水厂处理构筑物，其水位为水位为Z Z0 0，水位差：，水位差：H=ZH=ZZ Z0 0，称位置水头。该水头用以克服，称位置水头。该水头用以克服输水管的水头损失。输水管的水头损失。58假定输水量为假定输水量为QQ，平行的输水管线为，平行的输水管线为n n条，则每条管条，则每条管线的流量为线的流量为Q/nQ/n，设平行管线的直径和长度相同，则，设平行管线的直径和长度相同，则该系统的水头损失为：该系统的水头损失为： s每条管线的摩阻每条管线的摩阻59当一条管线损坏时，该系统中其余

43、当一条管线损坏时，该系统中其余n1条管线的水头损失为：（条管线的水头损失为：（n1条供水）条供水）Qa事故流量，因事故流量，因H已定，所以，已定，所以，h=ha=ZZ0，正常时和事故时的水头，正常时和事故时的水头损失都应等于位置水头，得出正常时和事故时的关系。损失都应等于位置水头，得出正常时和事故时的关系。nannnQNsQNs1QQNNQa1a a是流量比例系数是流量比例系数为了进一步提高供水可靠性，在平行管线之间用为了进一步提高供水可靠性，在平行管线之间用连接管连接管相连相连。这样做，当管线某处损坏时，无需整条管线全部。这样做，当管线某处损坏时，无需整条管线全部停止工作，而只须用阀门关闭损

44、坏的一段进行检修。停止工作，而只须用阀门关闭损坏的一段进行检修。60设平行管线数设平行管线数n，连接管段数，连接管段数m，则每根管被分成（，则每根管被分成（m+1）段（全）段（全部管段直径一样）。部管段直径一样）。正常工作时：正常工作时： 一段损坏时：一段损坏时：2222)1()(1(sQQnmsnQmsh222222) 1(1)1()(aaaaanQsQnsnmsnQsmnQsh如如m=0， 22,) 1(nssnssa222) 1(1) 1(nnmnmQQa由于由于h=ha， s每条管段的摩阻每条管段的摩阻61有水泵供水的压力输水管有水泵供水的压力输水管一一 水泵与输水管路联合工作的工况水

45、泵与输水管路联合工作的工况水泵性能曲线：水泵性能曲线：Hp=HbsQ2 管路系统特性曲线管路系统特性曲线：H=H0+（sp+sd）Q2H0静扬程（几何高）静扬程（几何高）sp泵站内部管线摩阻泵站内部管线摩阻sd两条输水管当量摩阻两条输水管当量摩阻62二二 网前水塔系统的输水管分段计算网前水塔系统的输水管分段计算输水管的损坏，只影响进入水塔的水量，直到水塔放空，输水管的损坏，只影响进入水塔的水量，直到水塔放空，才影响管网用水量。设两条长度相等才影响管网用水量。设两条长度相等, ,直径不同的输水管，直径不同的输水管，摩阻分别为摩阻分别为s s1 1，s s2 2。用连接分成。用连接分成n n段（段

46、（n n1 1段连接管）段连接管）Q2Q1Q63?20210)()(QssHHQnsnsssHHdpaddpa21111sssdHaH输水管特性输水管特性方程方程64分两条：分两条：h1= s1（Q/2）2 （1） h2= s2（Q/2）2 （2） h1= h2=h （3）222211QshQsh（4 4）由由h= sdQ2 由（由（1）、（）、（2）得：）得：dshQ （5）（6）（4）65正常时工况：正常时工况：20)(QssHHdpHp=HHa662 2 事故时工况：事故时工况：210)(addpaQnsnsssHHHa事故和正常时流量比：事故和正常时流量比：分段数：分段数：本章是另一个

47、角度阐述管网的设计计算方法，它和平差方法一样，也属于水力计算的内容。管网的优化设计，应该考虑到4个方面保证供水所需的水量和水压水质安全可靠性(保证事故时水量)1.经济性。7.1 7.1 概述概述68管网技术经济计算：管网技术经济计算：经济性经济性为目标函数，其余为约束条件，建为目标函数，其余为约束条件，建立立目标函数目标函数和和约束条件约束条件的表达式，求出的表达式，求出最最优优的管径或水头损失。的管径或水头损失。管网问题是很复杂的，管网布置、调节水管网问题是很复杂的，管网布置、调节水池容积、泵站工作情况等都会影响技术经池容积、泵站工作情况等都会影响技术经济指标。济指标。69在进行技术经济计算

48、之前，事先在进行技术经济计算之前，事先必须必须完成下列工作：完成下列工作：确定水源位置确定水源位置完成管网布置完成管网布置拟定泵站工作方案拟定泵站工作方案选定控制点所需的最小服务水头选定控制点所需的最小服务水头算出沿线流量和节点流量等。算出沿线流量和节点流量等。主要主要影响经济指标的影响经济指标的因素因素：给水系统的选择，管网定线，多水源的数目及配水量的分配，给水系统的选择，管网定线，多水源的数目及配水量的分配，管网系统的工作情况，调节构筑物的大小及位置等。对此问题管网系统的工作情况，调节构筑物的大小及位置等。对此问题进行优化，须通过一系列的技术经济计算，进行各种方案的比进行优化，须通过一系列

49、的技术经济计算，进行各种方案的比较可确定较可确定1. 最优方案最优方案在技术上合理，在一定期限内使得管网造价费用在技术上合理，在一定期限内使得管网造价费用和管理费用之和为最小的方案。和管理费用之和为最小的方案。70管网管网总投资总投资包括：包括：管线费，泵站费，水塔，水池管线费，泵站费，水塔，水池管网造价，以管线费为主。管网造价，以管线费为主。它主要和管材、管径、长度、埋深等有关它主要和管材、管径、长度、埋深等有关2. 电费，维护费电费，维护费管理费，以电费为主。它主要以水头损失，管理费，以电费为主。它主要以水头损失，控制水压有关。控制水压有关。管网技术经济计算的管网技术经济计算的变量变量关系

50、：关系：变量变量：流量：流量q，水头损失，水头损失h，管径，管径d，管长，管长l，粗糙系数，粗糙系数Cf（q，h，d，l，C）=0q，l已知时，已知时，h，d可求）可求），若若q未知，未知，h，d很难求出，目前很难求出，目前没有经济流量的分配，只有近似的。管网技术经济计算没有经济流量的分配，只有近似的。管网技术经济计算前提条前提条件件：管网定线，流量分配：管网定线，流量分配，节点流量已知（用水量确定）。节点流量已知（用水量确定）。71717.2 7.2 管网年费用折算值管网年费用折算值 管网总投资费用管网总投资费用：Wt=C+tMC管网造价；管网造价； t投资偿还期（投资偿还期（15-20年）

51、；年）；M年管理费年管理费管网总投资的经济性通常用总投资费用管网总投资的经济性通常用总投资费用W的年折算值的年折算值来表示。即经济方程：来表示。即经济方程：7272分析经济方程中的参数：分析经济方程中的参数：C-管道单位长度造价（元管道单位长度造价（元/m）D-管段直径（管段直径（m）a,b,x-管道单位长度造价公式统计参数，管道单位长度造价公式统计参数，单位长度的造价查单位长度的造价查给水排水设计手册给水排水设计手册（第（第10册）册）M=M1+M2供水能量变化系数，供水能量变化系数，0.10.750.10.75Q Q进入管网总流量进入管网总流量H Hp p对应对应Q Q的水泵扬程的水泵扬程

52、H=HH=H0 0+h+hijijhhi i从管网起点到控制点任一条管线总水头损失。从管网起点到控制点任一条管线总水头损失。水泵效率，水泵效率，0.550.850.550.85H H0 0静扬程静扬程p p管网每年折旧和大修率管网每年折旧和大修率2.5-3.02.5-3.07373公式中右边第一项为管网全部管线的年费用折算值和折旧大修费用之公式中右边第一项为管网全部管线的年费用折算值和折旧大修费用之和；右边为供水动力费用，取决于流量和管网起点到控制点的任一管和；右边为供水动力费用，取决于流量和管网起点到控制点的任一管线的水头损失。经过简化，只取变量部分，令线的水头损失。经过简化，只取变量部分，

53、令W W0 0=100W=100W，并取变量部分，并取变量部分，得年费用折算值或目标函数如下：得年费用折算值或目标函数如下：公式中公式中 表示表示Q Q为为1L/s1L/s，H Hp p为为1m1m时的每年电费时的每年电费（分）。（分）。7.2 7.2 管网年费用折算值管网年费用折算值 74重力供水重力供水ijijLbDtpW1000约束条件约束条件（1）连续性方程）连续性方程（2）能量方程）能量方程（3）管段流量应大于最小允许流速的流量）管段流量应大于最小允许流速的流量（4）任一点的自由水压应大于最小服务水头）任一点的自由水压应大于最小服务水头7575当管段的流量和管径一定时，水头损失值为当

54、管段的流量和管径一定时，水头损失值为年折算费用中的管径年折算费用中的管径D用水头损失公式表示，取用水头损失公式表示，取n=2,则年折算费用公式变为：则年折算费用公式变为：此公式是管网技术经济计算的基础公式此公式是管网技术经济计算的基础公式mijijnijijDlkqhijmmijmijmijmhPQlhqbktpW201007676（一）（一） 压力输水管的技术经济计算压力输水管的技术经济计算对目标函数求导并有：对目标函数求导并有：7.3 7.3 输水管的技术经济计算输水管的技术经济计算代入代入mijijnijijDlkqh到目标函数中，令到目标函数中，令整理后得到整理后得到77令经济因数：令

55、经济因数：则：则：若输水管全段无流量分出，则若输水管全段无流量分出，则Q=qi此外有极小值，有极小值，Di为为D经经7878（二）（二） 重力输水管的技术经济计算重力输水管的技术经济计算。重力输水管的优化设计就是在充分利用现有水压条件下（即输水管的总水头重力输水管的优化设计就是在充分利用现有水压条件下（即输水管的总水头损失等于可利用的水压损失等于可利用的水压H），求），求W0为最小值的水头损失或管径，可用拉格朗为最小值的水头损失或管径，可用拉格朗日条件极值法求解日条件极值法求解7.3 7.3 输水管的技术经济计算输水管的技术经济计算重力输水不存在动力费，省去动力费一项，重力输水不存在动力费，省

56、去动力费一项，代入代入7979i第第i段输水管的水力坡度。段输水管的水力坡度。一般，一般，n=2，m=5.33，=1.88080807.4 7.4 近似优化近似优化计算计算引：通过经济技术计算可求出在已知流量下的经济管径，但不一定引：通过经济技术计算可求出在已知流量下的经济管径，但不一定是市售的标准管径。是市售的标准管径。D100-500 D100-500 每档直径差每档直径差50mm50mm；D500D500以上，每当直径差以上，每当直径差100mm100mm。市售的标准管径不仅有相应的最经济流量，而且有界线流量，在界市售的标准管径不仅有相应的最经济流量，而且有界线流量，在界线流量范围内，用

57、这种管径都是最经济的。线流量范围内，用这种管径都是最经济的。确定界线流量的条件：相同长度的相邻标准管径通过统一流量时：确定界线流量的条件：相同长度的相邻标准管径通过统一流量时：年折算费用相等：年折算费用相等：8181一、标准管径的经济方程为（一、标准管径的经济方程为（n=2）设设Dn、Dn-1 两种标准管径，都通过流量两种标准管径，都通过流量q1时，折算费用分别为：时，折算费用分别为： 按相邻两档管径的年折算费用相等条件，即从按相邻两档管径的年折算费用相等条件，即从Ln-1Ln , Wn-1=Wn， 化简后得：化简后得： 即当流量为即当流量为q q1 1时，选用时，选用D Dn n，或，或D

58、D n-1 n-1管径都是经济的。在管径都是经济的。在q q1 1与与q q2 2间可用间可用D Dn n的标准管径的标准管径, ,因为城因为城市的管网造价、电费、用水规律和所用水头损失公式等均有不同，所以不同城市的界限流市的管网造价、电费、用水规律和所用水头损失公式等均有不同，所以不同城市的界限流量不问，决不能任意套用。即使同一城市，管网建造费用和动力费用等也有变化。因此，量不问，决不能任意套用。即使同一城市，管网建造费用和动力费用等也有变化。因此，必须根据当时当地的经济指标和所用水头损失公式，求出必须根据当时当地的经济指标和所用水头损失公式，求出E E、f f、a a等值，代入公式中确等值

59、，代入公式中确定界限流量。定界限流量。 8283第八八章 分区给水系统84 未分区时泵站供水能量的组成未分区时泵站供水能量的组成 44433221114333221113222111242iii33545443433232212141iijij2244433322211141iiii11ZHhhhZHgqZHhhZHgqZHhZHgqHgqEE3hgqhgqhgqhgqhgqEE2qHZgqHZgqHZgqHZgqHZgEE1过剩而浪费的能量，它是因各用水点水压）未利用的能量（能量）克服水管摩阻所需的（的能量保证最小服务水头所需85未分区时泵站供水能量的组成未分区时泵站供水能量的组成单位时间内

60、水泵的总能量等于上述三部分能量之和：单位时间内水泵的总能量等于上述三部分能量之和：E=E1+E2+E3E=E1+E2+E3总能量中只有保证最小服务水头的能量总能量中只有保证最小服务水头的能量E1E1得到有效利用。得到有效利用。由于给水系统设计时，泵站流量和控制点水压由于给水系统设计时，泵站流量和控制点水压Zi+HiZi+Hi已定已定, ,所以所以E1E1不能减小。不能减小。第二部分能量第二部分能量E2E2消耗于输水过程不可避免的水管摩阻。消耗于输水过程不可避免的水管摩阻。为了降低这部分能量，必须减小为了降低这部分能量，必须减小hijhij其措施是适当放大管径，其措施是适当放大管径，所以并不是一