管网计算步骤

[5]
600
6.2.3 管段直径设计
管径和设计流量的Baidu Nhomakorabea系：
q Av D
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。
D
4
2
v
4q v
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，Vmax<2.5~3m/s； 为避免沉积，Vmin>0.6m/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。
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
6.2.1 节点设计流量分配计算 (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。
某城镇管网各管段最高日最高时沿线流量
管段编号 水厂－3 1-2 1-4 2-5 4-5 2-3 3-6 5-6 4-7 6-8 7-8 8-9 合计 管段长度(m) 管段计算长度(m) 沿线流量(L/s) 620 490 880 890 520 530 920 540 640 580 710 560 － 490 880 890 520 530 920 540 640 580×0.5 710 560×0.5 6690 － 5.39 9.68 9.79 5.72 5.83 10.13 5.94 7.04 3.19 7.81 3.08 73.60
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。
H1=12.00 （1）清水池 泵站 [1]320 [4]270 [2]650 （3） [3]550 水塔（5）
某城镇管网最高日最高时各节点流量
节点编号 1 2 3 4 连接管段编号 1-2,1-4 1-2,2-3,2-5 2-3,3-6,水厂-3 1-4,4-5,4-7 连接管段沿线流量之和(L/s) 5.39+9.68=15.07 5.39+5.83+9.79=21.01 5.83+10.13+0=15.96 9.68+5.72+7.04=22.44 节点流量（L/s) 7.54 10.51 7.98 11.22＋ 13.89
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： q Q q s
l
Q q 面积比流量： qs A
[5] （2） [2]650 （3） [3]550 （4）
37.15
89.9 89.9
（6） [8]590
51.17
[6]
6.27 32.46
（7）
20.77
[7]360
22.63
（8）
[9]490
35.03
54.87 2
89.9 1.00
82.33 4
37.15 0.80
5.00 5
89.9 1.00
[练习] 环状管网水力计算
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。 200l/s (1) [1] (2) 50l/s (3) 30l/s
800
700
[2] [4]
850
[6]
400
[3]
60l/s (4)
60l/s (5)
-194.35
-194.35 （2） 14.55
[5]
-37.15 （4） 37.15
89.9 51.17
350 [8]590
89.9
6.27 20.77 [6] 32.46 [7] 22.63
（7） 360 [9]490 （8）
330 （6）
35.03
54.87 82.33
5.00
27.65
管网设计工况水力分析
（7） （8） [4] （1） [2] （2） [3] （3）
Q7+q1 Q1-q1
[5] q5,h5 （4） [8]
Q q4,h4 8
q2,h2 Q2
[6] q6,h6 （5）
q3,h3
Q3
[7] q7,h7
[9]
（6）
Q4
q8,h8
Q5
q9,h9
Q6
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。
16
13
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。
203
200
279
300
103
100
[练习] 环状管网水力计算
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。 200l/s (1) [1] (2) 50l/s (3) 30l/s
800 700
[2] [4]
• 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。
H=120+40(n-2)kPa， 其中n≥2】
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。
850
[6]
400
[3]
60l/s (4)
60l/s
[5]
600
(5)
界限流量表
管径（mm) 100 150
5.8~17.5
200
17.5~31
250
31~48.5
300
48.5~71
350
71~111
计算流量（l/s) <5.8
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
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。
街坊 街坊 街坊 街坊 公园
ql qs l
街坊
街坊
街坊
街坊
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；
qi 0.5 ql
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。
解: 以节点3、5、8、9为例，节点流量如下：
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。
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6～8和8～9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。 工厂
投资偿还期内的年度总费用为：
C p 1 W Y C Y2 T T 100
W W W W Y2
1 p C t 100
1 p C t 100
Y2 0 De D 0 Ve
V
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：
6.2.1 节点设计流量分配计算
配水支管
Q 1 q1 q 3 Q2 q2
q5 q4
Q3
q7
配水干管
Q4
q6
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。
图 14-1 干管配水情况
K hi Qdi 集中流量： qni ( L / s) 86.4
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。
8 5 27 4 33 6 26 6 2 7 7 5 14 6 6 3 3 5
泵站
77 34
3 12
4
2 2
17
5
4
2、环状网
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。
134 59 57 33 30 17 58 14 12 13 19 14 11 60 19 24 8 10 18 5 9 12 27 24 12 9 7 6 5 8 10 15
1
490
2
530
水厂
3
620
工厂 （13.89） 11.22 880 640 7.42 4 520 10.51 7 10.72 710 890 5 540 9.63 7.98 920 6 580 8
7.54
1.54 9
560
(2) 节点设计流量计算
1 Q j qnj qsj qmi 2 j 1, 2,3, …，N
1
490
880
4
520
640
2
530 620
7
710
890
540
5
水厂
3
920
6 580 8 560
9
解： 工厂的集中流量作为在其附近的节点4配出。管段 6～8和8～9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)
管径 （mm） D=100～400 D≥400 平均经济流速 （m/s） 0.6～0.9 0.9～1.4
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； H =12.00
1
（1）清水池
泵站 [1]320 [4]270
水塔（5）
-37.15 -194.35 -194.35 14.55
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 5
（7）
（8）
[1] [4] [2] （2） [3] （3）
Q7
q1,h1
（1）
Q q4,h4 8
Q1
[5] q5,h5
q2,h2 Q2
[6] q6,h6
[8]
q3,h3
Q3
[7] q7,h7
Q4
（4）
q8,h8
Q5
（5）
[9]
q9,h9
Q6
（6）
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）：
给水管网设计节点数据
节点编号 地面标高(m) 要求自由水压(m) 服务水头(m) 1 13.6 / / 2 18.8 24.0 42.8 3 19.1 28 47.1 4 22 24 46 5 32.2 / / 6 18.3 28 46.3 7 17.3 28 45.3 8 17.5 24 41.5
27.65 6
32.46 1.00
管段编号 设计流量(L/s)
1
194.35
3
6.27 0.20
7
22.63 0.70
8
54.87 0.90
9
5.00 0.60
经济流速(m/s) 1.00
计算管径(mm) 352
设计管径(mm) 300*2
338
300
/
200
172
200*2
338
300
203
200