给水排水管道工程第7章 给水管网优化设计2
市政给排水管网的优化设计要点及措施分析
市政给排水管网的优化设计要点及措施分析市政给排水管网是一个重要的公共设施，其设计优化对城市环境、生态、经济等方面都有着深远的影响。
因此，对市政给排水管网进行优化设计，不仅可以提高其功能效率，还能够节约资源、保护环境，从而促进城市可持续发展。
以下是市政给排水管网的优化设计要点及措施分析。
一、优化管网规划在市政给排水管网的规划设计中，应综合考虑城市发展需要、土地利用、人口规模、水资源等因素，制定相应的管网规划方案。
具体的优化措施包括：1.优化管网布局：根据城市用水情况，采用靠近用水中心、配水压力低、交通便利等因素制定合理的给水管网布局方案。
2.优化管径选择：在管径选择上，应根据管网流量、水力坡度等因素选用合适的管径，避免出现管径过大或过小的情况，从而提高管网效率。
3.优化管网结构：采用多级供水、分级供水和集中供水等管网结构方式，实现供水平衡和减少对城市环境的影响，提高供水水质和安全性。
二、完善监测管理体系针对市政给排水管网的监测管理体系不完善等问题，应采用以下优化措施：1.加强数据采集与分析技术：通过监测分析技术，对管网运行数据进行及时、准确地采集和分析，为城市的供应水量、水质、流量、管网的水力状况等信息提供准确的依据。
2.优化监测评估标准：制定更为科学、完善的监测评估标准，加强对管网建设和运营管理的监测，发现和解决问题，保证市政给排水管网的运行安全和稳定性。
3.加强监测设施建设：建立更加完善、科学的监测设施，对管网的数据信息进行实时监测和录入，确保数据真实可靠，为各项管理决策提供科学依据。
三、提高设备水平市政给排水管网并非一个简单的设施，其内部涉及到多项复杂技术，对管网设备的效率要求较高。
以下是可以采取的优化措施：1.加强设备维护管理：对市政给排水设备定期进行检修和维护，确保设备的正常运行，降低设备故障率，提高设备的运行效率和安全性。
2.采取新技术，提高设备水平：例如采用水力学分析、管网流量预测分析等新技术，可有效降低设备运行的能耗，提高设备的运行效率。
市政给排水管网的优化设计要点及措施分析
市政给排水管网的优化设计要点及措施分析市政给排水管网的优化设计是为了提高城市给排水系统的运行效率和服务质量，确保市民的正常生活和城市的可持续发展。
以下是市政给排水管网优化设计的要点及措施分析：1. 管网结构优化：根据城市的用水特点、需求和发展规划，调整管网结构，合理设置主干管、支线管和小区管道，提高管网的整体运行效率和水力性能。
2. 网络设计模型建立：通过建立市政给排水管网设计模型，模拟和分析管网的水力情况，确定管径、坡度、流量等参数，以保证管网的稳定运行和水力条件的合理性。
3. 物料选择与管径设计：根据不同管道的应用需求和管线的物理特性，选择合适的材料，如玻璃钢管、钢筋混凝土管、聚乙烯管等，并根据流量和水质要求设计合适的管径，以提高管网的使用寿命和运行效率。
4. 引进智能化技术：利用现代信息技术，引进智能监控和管理系统，实时监测和分析管网的运行情况，及时发现和解决问题，提高维修和管理效率。
5. 水质保护与净化：加强对给排水管网水质的监测与管理，建立水质保护与净化设施，避免污水和异味的外溢，保护环境和居民的健康。
6. 排水收费及管理：建立合理的给排水收费制度，引导居民和企业合理用水、节约用水，同时加强对管网的日常管理和维护，保证管网的正常运行和服务质量。
7. 防止地质灾害：在设计管网路线时，要考虑地质条件，避免穿越地质灾害点，防止地质灾害对管网的破坏和影响。
8. 管网改造与扩建：根据城市的发展和人口增长情况，定期进行管网改造和扩建，提高管网的容量和服务覆盖范围，满足城市的给排水需求。
9. 联合供水与回收利用：与供水系统、污水处理系统等进行联合设计和管理，实现给排水资源的最大化利用和节约，提高水资源的利用率和可持续发展能力。
市政给排水管网的优化设计是一个复杂而关键的工作，需要结合城市规划、水资源、环境保护等各方面因素进行综合考虑，并进行科学分析和技术应用。
只有通过合理的优化设计和有效的管理措施，才能保证市政给排水系统的稳定运行和服务质量的提升。
7第七章给水管网优化设计
当
t时，
i1
8760q p hp
❖ 能量变化系数可以根据泵站扬水量和扬程的变 化曲线进行计算。假设：
▪ a)泵站扬水量与管网用水量同比例变化； ▪ b)在最高日最高时管网用水量和最低日最低
时用水量之间变化范围内，各种用水量出现 的几率相等。
于是可以推导出以下公式：
❖ 1)若泵站扬水至近处水塔或高位水池，扬程基 本不变(hpt≈hp)，即全部扬程为静扬程，则：
(hp0 / hp ) ' (1 hp0 / hp ) ''
泵站总扬程hp中用于满足地形高差和 用户用水压力需要的部分压力。
[例7.2]
❖ 某给水管网用水量日变化系数为Kd＝1.35，时 变化系数为Kh＝1.82，其供水泵站从清水池吸 水，清水池最低水位为76.20m。设计考虑两 种供水方案：方案一泵站供水到前置水塔，估 计水塔高度35.60m，水塔最大水深3.00m， 水塔所在点地面高程79.50m，估计泵站设计 扬程48.40m；方案二不设水塔，供水压力最 不利点地面高程为82.20m，用户最高居住建 筑5层，需要供水压力24mmH2O，最大供水 时的泵站设计扬程47.50m。试分别求两方案 的泵站能量变化系数。
❖ 所以，可得泵站能量变化系数：
24365
24365
24365
qpthpt
q
3 pt
qh3av[(2
Kz
)3
13
K
3 z
]
''
i 1
8760q p hp
i 1
8760q
3 p
i 1
8760K
q3 3
z hav(KzΒιβλιοθήκη 1)2K3 z
市政给排水管网的优化设计要点及措施分析
市政给排水管网的优化设计要点及措施分析市政给排水管网的优化设计是城市基础设施建设的重要组成部分，在城市化进程中发挥着至关重要的作用。
为了保证城市给排水系统的高效、安全和稳定运行，需要注意以下几个方面：1.管道布局优化一般来说，城市给排水管网建设需要考虑很多因素，如道路布局、土地利用、地形地势等，需要科学规划。
管道布局要考虑道路交通的流量、尽量避免关键用地、优化管道长度等，这样有利于降低给排水管道建设成本，同时也能减少管道阻力，提高城市给排水系统的运行效率。
2.管道材料选择在市政给排水管网建设过程中，要根据实际需要进行管材的选择。
不同的管材具有不同的特点和优缺点，例如，塑料管材具有耐腐蚀、使用寿命长、重量轻等优点，而铸铁管材则具有耐高温、承受压力能力强等优点。
因此，在选择管材时，需要根据实际使用情况进行评估和考虑。
3.泵站的布置和设备选择对于涉及管线的地区，如浅坑、低洼地带、建筑物内排水等需要进行泵站的布置。
泵站应根据周边环境确定适当的位置。
选择高效的排水泵、制作具有高效节能、自动化程度高的控制系统和监测系统，以提高泵站的运行效率和减少能源耗损。
此外，随着人工智能和大数据技术的不断发展，可以采用智能化管理系统，实现城市排水的实时监控。
4.防止管道堵塞和泄漏城市给排水管网是相对复杂的系统，由于机械故障、堵塞、清理不彻底等原因，管道内常有积液，如果处理不当，就会容易出现堵积、霉变、并且会产生难闻的异味。
为了避免出现这些问题，需要加强对管道的定期检查和维护，及时清理淤泥和污垢，防止管道堵塞，并及时修理泄漏问题，保证整个系统的运转。
总之，城市给排水系统的建设和管理需要综合考虑各个方面，不断完善和改进技术手段，以确保城市基础设施的优质、安全和稳定运行。
第7章-给水管网优化设计
g － 重力加速度，取9.81 m/s2 ；
qpt － 全年各小时流量，m3/s； hpt － 全年各小时扬程，m； ηt － 全年综合效率，为变压器、电机和传动效率之积； E － 最大时电价，元/KWh；qp － 最大时流量，m3/s； Hp － 最大时扬程，m；η － 泵站最大时综合效率； P——管网动力费用系数，元/(m3/s·m·a)，定义为：
Kz——管网用水量总变化系数，即： Kz=KdKh。
（2）泵站压力稳定管网能量变化系数 若泵站扬水至较远处且无地势高差，其扬程全部用于克服管道水头损失(hpt∝qpt2)， 则：
24365
24365
24365
qpthpt
q3pt
t 1
8760q p hp
t 1
8760q3p
t 1
q3 hav
能量变化系数γ：
（1）泵站输水至近处水塔或高位水池（前置水塔系统），扬程基本不变(hpt≈hp)， 则：
24365
24365
q pt hpt
q pt
t1
t1
1
1
8760q p hp 8760q p K d Kh K z
(7.17)பைடு நூலகம்
式中 Kd——管网用水量日变化系数；
Kh——管网用水量时变化系数；
[(2
Kz )3 ...13
8760K
q3 3
z hav
...
K3]
(Kz
1)2 K z3
1
实际情况下，可以采用加权平均法近似计算能量变化系数，即：
(7.18)
(hp0 / hp ) (1 hp0 / hp ) (7.19)
(7.4) (7.5)
(a bDi ci )2
简述给排水管网的优化设计
简述给排水管网的优化设计摘要：伴随我国城市化进程的发展，大规模的城市基础设施建设和改造工程逐年累加，给排水管网的设计改造也凸显其重要性。
给排水系统担负着城市输配水、防汛排涝、污水收集输送的重任，是重要的城市基础设施。
如何利用现有的基础设施，并结合未来城市的发展规划和趋势，在给排水管网方面开展进一步的优化设计是当今从业者需要重点关注和研究的问题。
给排水管网的工作效率直接影响着大众的生活质量，因此提升管网给排水能力具有较高的现实意义。
关键词：给排水管网；设计；对策1.给排水管网的应用现状与存在的问题1.1选材与材料优化问题在给排水管网设计的初期阶段，对于所使用的管网管材的选择必须进行预先调研，结合给排水管网设计和规划的使用年限，选择最为稳妥的设计和施工方案。
给排水系统使用时间较长，往往面临着严重老化和管道渗漏的问题。
早期的给排水管网常用灰口铸铁管和镀锌钢管为主要选材，这类材质在经历长时间的地下运行和使用后极易造成渗漏。
根据相关的给排水工程建设和施工标准要求，供水管线主管道上的覆土厚度至少在1.2m以上。
然而，在城市后续的发展和路政施工中，极易因上方道路规划改变而使覆土厚度降低，导致管线出现破裂或渗漏。
1.2管网设计未充分考虑突发事件常见的因给排水管网设计管理不当而造成严重后果的突发事件主要有污染、泄洪和爆管三种类型。
当前阶段的给排水管网系统在设计管理方面对于以上突发事件的处理能力十分有限。
其一，地下管网的布置情况不够明确。
在完成路面的修复施工后，大量的工程数据资料没有得到妥善保存。
在经过较长时间的使用后，如果出现突发情况，就很难明确找到相应管线的具体位置。
其二，对于排涝期间水源恶化严重的问题，如果污水污染了供水管道，将必须以大面积停水作为补偿代价。
最后，对于极端天气导致的城市排水不畅，会造成路面的大量积水，可能危害社会公众的人身财产安全。
2.给水管网优化设计的注意事项2.1计算水力所谓的计算水力就是指确定一天或者一段时间内所需要的水量变化，确定消耗水量的最大值。
给水排水管网工程优化方案
给水排水管网工程优化方案一、当前水排水管网存在的问题1.老化管道部分地区的水排水管网建设年代较长，管道老化严重，存在渗漏、破损等问题，使得供水质量下降，同时也增加了维护成本。
2.管网布局不合理部分地区的管网布局不合理，管道连接不方便，容易发生管网调度不畅的情况，导致供水不稳定。
3.设施陈旧水排水管网设施陈旧，设备维护困难，由于外部环境的影响，水质不易保证安全。
4.管理不规范管网管理不规范，缺乏科学化管理手段，使得管网运行效率低下。
二、优化方案1.更新管道对已经老化的管道进行更新，改用新型材料，提高管道的韧性和抗腐蚀性，降低维护成本，同时减少渗漏和破损的可能性。
2.重新规划布局对不合理的管网布局进行重新规划，优化管道连接方式，增加汇水口和分水口，改善管网调度，提高供水的稳定性。
3.更新设施更新管网设施，使用新型设备和技术，提高水质和供水效率，减少出现问题的可能性。
4.科学管理实施科学化管理手段，如物联网技术、大数据分析等，实现对管网的实时监控和运行数据分析，及时发现问题并进行处理，提高管网运行效率。
三、优化方案的实施1.更新管道在管线更新过程中，可以采用替换老化管道的方式进行改造，也可以采用局部修复的方式切实寻找和消除管道漏点、管道内壁缓慢渗漏或渗漏，使用新型材料进行表面封闭或原位粘结材料修复，进而提升管道的使用寿命。
此外，可以采用全浸热镀锌、、高压钢塑管等耐腐蚀的新型材料，以提高管道的抗腐蚀能力，降低维护成本。
2.重新规划布局重新规划布局的方式可以通过建设新的调节水厂和储水设施，完善调度终端，增加管网的调度能力和供水的稳定性。
3.更新设施更新设施可以逐步更新水泵、调度设备，采用先进的水处理技术，如反渗透、臭氧等技术，提高水质和供水效率，同时减少出现问题的可能性。
4.科学管理在管网实施物联网技术和大数据分析的基础上，可以实现对管网的实时监控和运行数据分析，及时发现问题并进行处理，提高管网运行效率。
给水管网优化设计方法
（4）对管网进行平差计算，计算年费用折算值，以降低年费用为目标，循 环（3）、（4）步骤。
根据贺忆等人的工作，已完成一套综合平差计算、平差后误差分析、节点水压计算和 年费用折算值计算的通用程序。 程序的输入参数有：初分流量 q、合适的选管区间 GJ、管径 D、管长 GC、节点高程 JG、 表示管网拓扑关系的 LG、KL 矩阵。 程序的输出参数有：平差后各管段流量 q 及水头损失 h、各环闭合差 Dh、各节点水压 H、平差后各节点流量平衡方程的误差分析 EPS、年费用折算值 W。 存储所求的年费用折算值，返回第（3）步。若新求得的年费用折算值 W比存储值小， 则替换存储值，否则保留原 W 值。循环 N 次之后，结束寻优计算，读出存储值，即为所求 得的最小年费用折算值，相应的管径即为最优管径。
随机优化法的求解过程
可根据公式求出管径的精确值，参考市面上管材的规格型号，可得出管网中各管段的可选管径区 间。以球墨铸铁管为例，目前市面上球墨铸铁管的规格型号有：
若一根管段求出的管径精确值为 383.25mm，则其可选管径的上限值为 DN400，下限值为 DN350。
随机优化法的求解过程
（3）决定一组管径的初始值及搜索寻优的管径变化方式；
多次增量优化法的寻优原理
多次增量优化法的寻优原理与增量优化法相同，详见 前述。
将多次增量优化法引入管网优化设计问题
根据初分流量的结果和合理的经济流速取值，可对每根管段确定一个合适的管径区间，如下图所 示：
多次增量优化法的求解过程
对具体的管网设计优化问题，多次增量优化法的求解过程主要有四个核心步骤：
市政工程识图与构造第七章给水排水工程图
1 ： 25 ～ 1 ： 200 ，视构筑物的大小及复杂程度 而定。
对于初步设计可取较小比例；施工图设计则宜
取较大比例。
22:24:40
《工程制图》
58
（2）图线
绘制净水构筑物的图线，一般有池体的 内外轮廓线、附属设备的外形线、管道 的外径线及中心线、长度起迄的尺寸线、 建筑材料的图例线等。 由于图样中所画的内容有主次之分，因 此图线的线型及宽度要有所区分，不宜 一样粗细。
单法兰直 管 弯折管
闸阀井 总压水管
图7-20 取水泵房平面图
22:24:40 《工程制图》 40
图7-21 取水泵房剖面图
22:24:40 《工程制图》 41
7.7 净水构筑物工艺图 7.7.1 快滤池的工艺构造和流程
7.7.2 工艺图的比例和图线
7.7.3 工艺图的尺寸标注
7.7.4 详图
22:24:40 《工程制图》 36
7.6 水泵房设备图
22:24:40
《工程制图》
37
图7-20 取水泵房平面图
22:24:40 《工程制图》 38
双法兰三 单法兰偏 双法兰异 直管 吸水管 防水套管 单法兰直管 闸阀 通管 水泵和电机 心异径管 径管 Βιβλιοθήκη 阀图7-20 取水泵房平面图
22:24:40 《工程制图》 39
22:24:40
《工程制图》
59
（2）图线
1 ）双线画的大直径管道，单线画的小直径管道， 其图线宽度为中粗线。
2 ）构筑物的附属设备及构件的轮廓线，池体的 内外轮廓线及剖面轮廓线等，其图线宽度为中 线。 3 ）视图及剖面图中的中心线、尺寸线、图例线、 引出线等，其图线宽度为细线。
给水排水管道系统第七章给水管网优化设计
给水排水管道系统第七章给水管网优化设计第七章给水管网优化设计7.1 给水管网优化设计数学模型7.1.1 目标函数的组成给水管网优化设计的目标是降低管网年费用折算值。
年费用折算值就是管网建设投资偿还期内的管网建设投资费用和运行管理费用之和的年平均值。
7.1.2 管网造价计算管网造价只考虑各管段的管道造价。
7.1.3 泵站年运行电费计算管网中泵站年运行电费为管网中所有泵站年运行电费之和，泵站年运行电费按全年个小时运行电费累计计算；7.1.4 约束条件（1）水力约束条件（2）节点水头约束条件（3）供水可靠性和管段设计流量非负约束条件（4）非负约束条件7.1.5 给水管网优化设计数学模型7.2 环状网管段设计流量分配的近似优化7.2.1 管段设计流量分配优化数学模型管段设计流量分配优化涉及到管网输水经济性和供水可靠性。
管网经济性目标函数：管网安全性目标函数：7.2.2 管段设计流量分配近似优化计算管网优化数学模型是一个凸规划问题，其目标函数的极值就是最小值。
只要找到一种能够使目标函数值逐步减小的方法，就能获得其最小值解。
管段设计流量分配近似优化算法与管网水头平差算法相似。
7.3 已定设计流量下的管网优化计算7.3.1 已定设计流量下的管网优化数学模型7.3.2 不设泵站管网节点水头优化当管网不设泵站是，管网年费用折算值只随该节点水头的变化而变化。
7.3.3 设置泵站管网节点水头优化泵站的优化属于管段局部优化问题。
作为设泵站的方案，泵站扬程越大，则管径可以越小，反之，泵站扬程越小，管径越大，前者使电费增加，管网造价降低，后者使电费降低，但管网造价提高，其间必有一个平衡点，此点的电费与造价综合费用——即管段年费用折算值最小。
7.3.4 对节点水头优化解的几点讨论（1）虚流量的分布规律：对所有节点虚流量之总和必为零。
（2）上控制点：这些节点水头进一步提高还可以使管网年费用折算值降低，但节点水头受到了上限约束，技术上不允许再提高了。
给水排水管网系统
程和管径。 b) 当不能确认管段上时候需要设置泵站时，首先要确定是
设泵站经济还是不设经济，在确认了要设泵站后，再计 算泵站扬程和管径。 c) 将上面两个问题统一起来，可假设每条可能要设泵站的 管段上都设泵站，扬程为hpi ，优化结果如果hpi 0 ，说 明应该设泵站，且得到了最优化扬程，如果 hpi 0 说明 不需要设泵站。
1
hi
n
qi
Dim f qin
Si
Pi qi
1
hi Si
n
Piqi，不设泵站
1
hi Si
n
Piqi，设置泵站
设置泵站管网节点水头优化
定义：qˆi Piqi qˆi称为管段的临界虚流量，也是管段最大虚流量， 当管段虚流量达到临界值时不允许再增加，管段虚流量为确定值， 它不在随管段压降而变化， 对应的管径为：
优化设计的方法
❖ 1，枚举法 ❖ 2，线性规划法 ❖ 3，非线性规划法 ❖ 4，遗传算法 ❖ 5，模拟退火法
枚举法
❖ 枚举法需要存储每一管段所有可能用到的标准管径，形成 标准管径解空间，再进行逐个试算。此方法所需存储的空 间大，计算效率很低，只能解决管段数量很少的管网优化 问题。1985年，Gessler依据一定的经验提出缩小管径解 空间的方法，这样虽相对降低了计算量，但不能保证最优 解就在缩减后的解空间内。1990年，Loubser等又提出了 缩减解空间的一些原则，计算量仍很大，优化结果不很理 想。
设置泵站管网节点水头优化
❖ 4，公式推导：
h
k qin Dim
li
D
1
(kqinlh1) m
给水排水管网系统（第三版）答案
给水排水管网系统（第三版）答案给水排水管网系统第一章给水排水管网系统概论1、给排水系统功能有哪些？请分类说明。
①水量保障向指定用水点及时可靠提供满足用户需求的用水量，将排出的废水与雨收集输送到指定地点；②水质保障向指定用水点提供符合质量要求的水及按有关水质标准将废水排入受纳水体；③水压保障为用户提供符合标准的用水压力，同时使排水系统具有足够的高程和压力，顺利排水；2、给水的用途有哪几类？分別列举各类用水实例。
有生活用水、工业生产用水和市政消防用水。
生活用水有：居民生活用水（如家里的饮用、洗涤用水）、公共设施用水（如学校、医院用水）、工业企业生活用水（如企业区工人饮用、洗涤用水）；工业生产用水有：产品用水（如制作酸奶饮料的用水）、工艺用水（如水作为溶剂）、辅助用水（如冷却锅炉用水）；市政消防用水有道路清洗、绿化浇灌、公共清洁卫生和消防用水。
3、废水有哪些类型？分别列举各类用水实例。
按所接纳废水的来源分：生活污水、工业废水和雨水。
生活污水：居民生活所造成的废水和工业企业中的生活污水，如洗菜水、冲厕产生的水；工业废水：如乳制废水；雨水：如下雪、下雨产生的水。
4、给水排水系统由哪些子系统组成？各子系统包含哪些设施。
①原水取水系统包括：水源地、取水设施、提升设备和输水管渠等；②给水处理系统包括：各种采用物理化学生物等方法的水质处理设备和构筑物；③给水官网系统包括：输水管渠、配水管网、水压调节设施及水量调节设施等；④排水管网系统包括：污废水收集与输送管渠、水量调节池、提升泵等；⑤废水处理系统包括：各种采用物理化学、生物等方法的水质净化设备和构筑物；⑥排放和重复利用系统包括：废水收纳体和最终处置设施如排放口等。
5、给水排水系统各部分流量是否相同？若不同，是如何调节的？因为用水量和排水量是随时间变化的，所以各子系统一时间内流量不相同，一般是由一些构筑物或设施来调节，比如清水池调节给水处理流量与管网中的用水量之差，调节池和均合池用于调节排水官网流量和排水处理流量之差。
第7章-给水管网优化设计
3 pt
24365
8760 q3 p
q
t 1
3 hav
[(2 K z )3 ... 13 ... K 3 ]
3 8760K z3qhav
( K z 1) 2 1 3 Kz
(7.18)
实际情况下，可以采用加权平均法近似计算能量变化系数，即：
(hp0 / hp ) (1 hp0 / hp )
第7章 给水管网优化设计
7.1
管网造价计算 C=a+bDα
(7.1)
管道单位长度造价与管道直径有关，可以表示为：
C——管道单位长度造价，元/m； D——管段直径，m； a、b、α——管道单位长度造价公式统计参数。 管道单位长度的造价包括管材、配件与附件等的材料费和施工费。 根据中国建筑工业出版社《给水排水设计手册》（第 10 册）（ 2000 年 8 月第二版） “给水管道工程估算指标”，不同材料给水管道单位长度造价如表7.1所示。
给水管网优化设计计算必须满足管网水力条件和设计规范要求等，数学表达式如下： (1）水力约束条件
H Fi HTi hi h fi hpi
is j
i 1,2,3,, M
( q ) Q
i
j
0
j 1,2,3, , N
即给水管网恒定流方程组，其中：
kqin h fi m li Di
i 1,2,3,, M
j 1,2,3,, N
(2）节点水头约束条件：
H min j H j H max j
式中 Hmaxj——节点j最小允许水头（m），按不出现负压条件确定：
H min j
Z j H uj Z j
市政工程识图与构造第七章给水排水工程图
a)给水管网
b)排水管网
图7-12 室外管网平面布置图
小区管网总平面布置图
中粗实线
中粗虚线
中粗点划线
图7-14 街道的管网总平面布置图
7.4.3 管道纵剖面图
➢ 管道纵剖面图显示路面起伏、管道敷设的坡度、 管道埋深和管道交接等情况。
➢ 管道纵剖面图包括： • 管道、检查井、地层的纵剖面图 • 该管道的各项设计数据
（4）设计数据
❖ 该干管的设计项目名称，列表绘于剖面图的下 方。应注意不同管段之间设计数据的变化。
❖ 管道平面示意图只画出该干管、检查井和交叉 管道的位置，以便与剖面图对应。
（5）土层构造
为显示土层的构造情况，在纵剖面图上绘出有 代表性的钻井位置和土层的构造剖面。
图中绘出了1、2号两个钻井的位置。
（1）内容 （2）比例 （3）管道剖面 （4）设计数据 （5）土层构造 （6）线型
图7-15 街道污水干管纵剖面图
（1）纵剖面图的内容
内容有：管道、检查井、地层的纵剖面图和该 干管的各项设计数据。
前者用剖面图表示，后者则在管道剖面图的下 方的表格分项列出。
最下方画出管道的平面示意图，以便于剖面图 对应。
排水管的起端、两管相交点和转 折点均要设置检查井。两检查井 之间的管道应是直18线。
15
从上流开始，按主次对检查井进 行顺序编号，在图上用箭头表示 水流方向。
可直接在布置图中标注管道和检 查井的管径、坡度、流向。
图7-13 某校区管网总平面布置图
（3）标注 应标注每一管段检查井处的各方向管道的管内底标高。 室外管道宜标注绝对标高。
常用卫生器具安装详图，套用《国家建 筑标准设计图集》中的《给水排水标准 图集-排水设备及卫生器具安装》，不需 再另行绘制，只须在平面布置图与管网 轴测图中，注明所套用的卫生器具的详 图编号即可。
给排水系统的管网设计与优化方法
给排水系统的管网设计与优化方法给排水系统是建筑物中不可或缺的基础设施之一，它的设计与优化直接关系到建筑物的安全运行和环境保护。
在管网设计与优化中，需要考虑的因素包括水质、流量、水力特性以及排水效率等。
本文将介绍给排水系统的管网设计与优化方法，以提高系统的工作效率和节能减排。
一、管网设计1. 确定水质要求：根据工程的需要，确定给排水系统所需处理的水质要求，包括饮用水、工业用水等。
根据水质要求选择管材，以保证水质的安全和稳定。
2. 流量计算：根据建筑物的类型和功能，计算出给排水系统的水流量。
通过考虑每个设备、每个房间和每根管道的水流量来确定整体的管径设计，确保管网可以满足最大流量的要求。
3. 管径设计：根据流量计算结果，选择合适的管径。
通常情况下，较大的水流量需要更大的管径，而较小的水流量则可以选择较小的管径。
合理的管径设计可以降低系统的阻力，增加运行效率。
4. 布置方式：根据建筑物的布局和使用要求，合理安排给排水设备的布置，以便于设备之间的联通和使用。
注意给排水设备的位置，避免堵塞、滞流等问题。
5. 止回阀和排气阀的设置：在管网设计中，要合理设置止回阀和排气阀，以防止倒流和空气堆积。
这样可以确保系统的稳定工作和排水效率。
二、管网优化1. 降低系统阻力：通过合理的布置和优化管径设计，降低管网的阻力，减少能源损失。
可以采用降低管道长度、增加流体截面积等方法来减小管网的流阻。
2. 节能减排：在给排水系统中，运行泵站需要消耗大量的能源。
通过优化泵站的设计和控制策略，可以降低能耗和二氧化碳排放。
使用变频技术、平衡供水、减少压力损失等方法可以实现节能减排的目标。
3. 应用智能控制技术：利用现代智能控制技术，对给排水系统进行实时监测和控制，可以提高系统的运行效率和稳定性。
通过在线监测流量、压力等参数，及时调整管道的流量分配和泵站的运行状态，实现系统的优化控制。
4. 管网水力模拟：利用水力模拟软件，对给排水系统进行模拟分析，寻找系统中的瓶颈和问题，并提出相应的优化方案。
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• 给水管网优化设计数学模型： Min W = w i = [(
i =1 M M i =1
1 p )(a + bDi )li + Pi qi hpi ] + T 100 i = 1,2, ,M
S.t.
kqi n hpi H Fi H Ti = m li Di ( ±q i ) + Q j = 0 i sj H min j H j H max j qi qmin i Di 0 h pi 0
W wi hi ) = ( H j i hi Hj Sj
(7.44)
S j 为与j节点连接的管段集合。
+ 1 j = Fi = H j 1 j = Ti hi
W = Hj
j
Si
wi ( ± i h )
7.3.2－1
hi = H Fi HTi = kqin li Dim
近似优化流量分配计算
迭代迭代公式： q
计算收敛条件：
( j +1) i
7.2.1-4
= q i( j ) ± k(qj )
i Rk
q(k j ) eqopt
k = 1,2,3, , L
允许误差，m3/s，手工 计算可取eqopt=0.0001 m3/s，即0.1L/s； 计算机程序计算可取 eqopt=0.00001 m3/s， 即0.01L/s。
M M
7.2.1-1
p k qin / m / m )(a + b )li + Pi qi hpi ] /m li 100 h fi
/m
求极值原理： 计算结果：q1 = q2 = (- Ph /A) m/(nα-m) = q / 2； A-综合常数。 证明：
目标函数W是凹函数， 函数值是最大值!!!
近似优化流量分配计算
分配流量校正：
(0)
7.2.1-3
求极值原理： qk
=0
用初分配流量泰勒公式展开，舍去非线性项，经整理变 换，得：
ห้องสมุดไป่ตู้
Rk q(k 0 ) = i (0) 2 ( 1) [(q li ] i ) i Rk
± [(q
i (0)
) 1 l i ] k = 1,2,3, , L
i = 1,2, , M
j = 1,2, , N i = 1,2, , M
i = 1,2, , M
给水管网优化设计内容
1、管网规划布置－－管网定线： 依据城市规划和道路设计，按照给水距离最短原 则布置枝状管网－最小代价流理论应用；
按照供水安全性需求步骤环状管网（增加枝状管 网中的连接管，构成环路）； 2、管网管段流量分配： 1）枝状管网管道流量分配：节点用水量确定后， 管道流量即确定，存在唯一解； 2）环状管网管段流量分配：经济性＋安全性。 3、经济管径优化计算。
7.2 环状网管段设计流量分配的近似优化
两项内容： 1）多水源设计供水流量分配： 水资源布局、制水成本、供水成本等；管网 规划决定。 2）管段设计流量优化分配： 年供水费用经济性，供水系统安全性。由于 安全性尚没有确定性指标和理论体系，目前 仅讨论流量分配的近 似 优 化 方 法。
7.2.1
管段设计流量分配优化数学模 型
i =1
M M
i =1
1 p + )(a + bDi )l i + P i q i h pi ] T 100 i = 1,2, , M
S.t.
kq n i h H Fi H Ti = m li pi Di H min j H j H max j Di 0 ⎪⎩h pi 0
j = 1,2, , N
i = 1,2, , M i = 1,2, , M
可以证明，上述模型是一个凸规划问题，
目标函数极值是最小值。
7.3.2 不设泵站管网节点水头优化 （管网中节点压力与年费用的关系）
管网不设泵站，从中任取 一个节点，假设其它节点 水头不变，则管网年费用 折算值随着该节点水头变 化而变化，对目标函数求 偏导数可以得到两者变化 的关系：
【例7.3】某环状管网如图 7.4，管段长度及初分配设计 流量标于图中，进行管段设计 流量近似优化计算， 取β =1.5，χ =0.5，eqopt= 0.1L/s。
7.3 已定设计流量下的管网优化计算
7.3.1 优化管径数学模型： 未知量：管径、节点水头和泵站扬程。
Min W = w i = [(
j = 1,2,
j = 1,2,
,N
,N
i = 1,2,
i = 1,2, i = 1,2,
,M
,M ,M
经济管径模型
关于q或h的数学模 型转换：
h fi =
1/ m
kqin D
m i
li
i = 1,2,3,…, M
k qin / m 1/ m Di = 1/ m li h fi
1 Min W = wi = [( + i =1 i =1 T
M M
i = 1,2,3,…, M
p k qin / m / m )(a + b )li + Pi qi hpi ] /m li 100 h fi
/m
S.t.
kq in H Ti = m li h H Fi pi H Di H min j j H max j Di 0 hpi 0
• 树状管网：管段设计流量 可以由节点流量连续性方 程直接解出，只有唯一分 配方案；（最经济流量分 配） • 环状管网： • 管段流量优化分配---管 径、压力等优化计算的基 础条件。 • 优化流量分配＝经济性＋ 安全性。
管段流量优化分配
目标函数：
1 Min W = wi = [( + i =1 i =1 T
管段设计流量优化分配
定性目标函数： 1）经济性－年费用最低： 2）供水安全性－管段流量均 匀分配： 3）综合近似优化分配模型：
M
i =1
7.2.1-2
Min
(q
i =1
M
1
i
li )
2
i
Min
q
i =1
M
S.t.
± (q ) + Q = 0
i i i Sj
j = 1,2,3,…, N
定义： •管段虚流量－管段年费用折 算值随沿程水头损失减小而 增大的比率，元/(a· m)； •节点虚流量，为管网年费用 折算值随节点水头增加而增 大的比率，元/(a· m)。 •管段虚流量： •设：f