给水排水管道系统设计与计算

长度比流 量
qs
Q qj
l
l / m•s
每个管段的沿线流量怎样计算？
假设二：将均匀配出的沿线流量按一定比例折算成 节点流量。
(3) 节点流量(qi)

节点流量是从沿线流量折算得出的并且假设是在节点 集中流出的流量。 q8 q5 q2 2 1 3 qj 9 6 q9 q6 q3 4 q10 q7 q4
2、给水系统各组成部分的设计流量
明确几个概念： (1) 最高日用水量
在设计年限内，用水最多一天的水量称为最高日用水量。
(2) 最高时用水量 一天内用水最多的一小时的水量称为最高时用水量。 (3) 平均时用水量 一天内平均一小时用水量称为平均时用水量。
2、给水系统各组成部分的设计流量
取 水 构 筑 物 一 级 泵 站 清 水 池 二 级 泵 站
管段设计流量
＝ 本段流量
＋ 转输流量
＋ 集中流量
q4
4 q5 5 q5-1 Q5-1
q6
6 Q4-5 q7 7 q1－2
q8
8 q9 9
污水支管 污水干管
qj
1
Q1-2
污水主干管
2
Q2-3
3
q4，q5 ——街坊生活污水经支管流入检查井的生活污水量； qj ——集中流量； Q4-5、Q5-1、Q1-2的流量？
③ 便于管道的清通和养护管理；
3、污水管道系统的水力计算
(2) 设计流度 与设计流量、设计充满度向对应的水流平均速度称为设 计流速。
① 流速过小，污水流动缓慢，污水中的悬浮物容易沉积 在管道中。
② 流速过大，可能会对管壁产生冲刷，损坏管道，缩短 了管道的使用寿命。 ③ 设计流速应该在最大和最小设计流速之间。 ④ 最小设计流速是保证管道内不致发生沉积的流速，规 定为0.6m/s。 ⑤ 最大设计流速是保证管道不被冲刷损坏的流速，与管 道材料有关；金属管最大设计流速为10m/s，非金属 管的最大设计流速为5m/s。
绿地 居住区
4
756 居住区
5
756 居住区
6
820 756 1 工厂
820 756 2 绿地
820
3
(1)干管的比流量
L 0.5 756 3 756 820 3 4350m
qs
284.7 189.2 0.0219L / sm 4350
(2)1-2和1-4管段的沿线流量
练习
解：1．配水干管计算总长度
L 0.5L15 0.5L23 0.5L34 L12 L35 L46 L67 L15
0.5 (600 600 600) 3 800 600 500 4400 (m)
2．配水干管比流量
8
节点 编号
qv
III
qj
9 10

IV
6 7

图示为4个环的 环状管网； 两个节点之间 的管线称为管 段；
5
I
Q-总流量
II
3 4
2
输水管
1
(1) 沿线流量(qv)

沿线流量是指供给该管段两侧用户所需流量； 沿线流量大小不等；
(2) 集中流量(qj)

集中流量是指供给某大用户(如工厂)所需流量；
2、污水管道系统的设计流量
(3) 设计管段的流量确定
每一设计管段的污水设计流量包括三种流量：
本段流量——从本段沿线街坊流来的污水量。
① 通常假定本段流量是在起点检查井集中进入设计 管段的。
② 本段流量等于本段服务面积上的全部污水量。
2、污水管道系统的设计流量
转输流量——从上游管段和旁侧管段流来的污水 量。 集中流量——从工业企业或其他大型公共设施溜 来的污水量。
三、污水管道系统的设计内容
1、管道系统的布置和定线； 2、设计流量计算； 3、确定管道直径和坡度；
√
4、管道埋设深度；
5、污水提升泵站的设计；
6、污水管道的平面图和剖面图；
四、污水管道系统的设计流量
1、城市污水量的组成
(1) 城市居民生活污水量；
(2) 工业废水量（纳入城市污水管渠的部分，有部分工业企业产 生的废水先经过处理后再进入城市污水管道系统）； (3) 少量渗入城市污水管道的地下水；
4400
比流量 (L/s.m) 0.03182
沿线流量 (L/s) 25.45 9.55 9.55 9.55 25.45 25.45 19.09 15.91
140.00
4．节点流量计算
节 点 1 2 节点连的管段 1-2 , 1-5 1-2 , 2-3 节 点 流 量(L/s) 0.5(25.45+9.55)=17.50 0.5(25.45+9.55)=17.50 40
2、污水管道系统的设计流量
(1) 污水管道系统通常按设计年限内的最高日最高时污水 量计算。 (2) 设计管段的划分 凡采用同一设计流量、同一管径、同一坡度的两个检 查井之间的连续管段，称为设计管段。 不需要把每个检查井都作为设计管段的起始点，将采 用相同管径和坡度的连续管段可以作为一个设计管段。
1 2
集 中 流 量 (L/s) 节点总 流量 (L/s)
17.50 57.50
3
4 5 6 7 合 计
2-3 , 3-4 , 3-5
3-4 , 4-6 1-5 , 3-5 , 5-6 4-6 , 5-6 , 7-6 6-7
0.5(9.55+9.55+25.45)=22.28
0.5(25.45+9.55)=17.50 0.5(9.55+25.45+19.09)=27.05 0.5(25.45+19.09+15.91)=30.22 0.5(15.91)=7.95 140.00
3
4
1
流量校核：全部节点流量之和等于管网设计 的总流量。

Q qi
计算例题
某城镇最高时总用水量为284.7L/s，其中集中工业用水量 为189.2L/s（从节点1和2流出，分别为94.6L/s）。干管各 管段编号及长度如图所示，管段4-5、1-2、2-3为单侧供水， 其余为双侧供水。计算(1)干管的比流量； (2)1-2和4-1管 段的沿线流量；(3)节点1的流量。
8 5
10 7
管网中任一点的节点流量(qi)
集中流量也并入节点流量中。

无集中流量时：任意一个节点流量等于与该节点 相连的各管段的沿线流量总和的一半。


包括两部分：该节点的集中流量和沿线流量 折算成的节点流量
8 5
q8
q5 q2 2
qj 9 6
q9
q6 q3
10 7
q10
q7 q4
q8的节点流量？ q9的节点流量？
qs Qh qi
l
260 120 4400 0.03182 l / s m
3．沿线流量
管段编号
1-2 2-3 3-4 1-5 3-5 4-6 5-6 6-7
合 计
管段计算总长度 （ m） 800 0.5×600=300 0.5×600=300 0.5×600=300 800 800 600 500
Q qv q j
2、管网中管段设计流量的计算

由于管段的沿线流量大小不等，计算比较复杂，因此 在实际的设计中对管网流量进行简化。
假设一：将非均匀配出的沿线流量简化为均匀配出 的沿线流量，即小用户的流量均匀分布在全部 干管上。——称作比流量法。
8 9
长度比流量法
比 流 量 法
假定沿线流量均匀分布在全部配水干管上，管线 单位长度上的配水流量称为长度比流量，qs 面积比流量法
(1) 设计充满度 污水管道规定非满流的原因：
① 污水流量时刻在变化，很难精确计算，而且雨水或地 下水可能渗入污水管道，因此有必要保留一部分空间；
② 污水管道内沉积的污泥由于厌氧作用会产生一些有害 气体如甲烷、硫化氢等；另外，污水中含有汽油、石 油等易燃液体时，容易产生爆炸性气体，所以要留有 一定空间通风；
给水处 理厂
配水管 网
(1) 采用最高日平均时用水量的构筑物：取水构筑物、一级 泵站、原水输水管、给水厂
取 水 构 筑 物
一 级 泵 站
给水处 理厂
清 水 池
二 级 泵 站
配水管 网
(2) 二级泵站

管网内不设水塔或调节水库时：设计流量按最高日 最高时用水量计算，否则会出现供水不足的现象； 管网内设水塔或调节水库时：二级泵站根据用水量 变化情况分级供水（分级情况根据用水量变化曲线 确定）。此时二泵站的供水量与用水量之差由水塔 或水库调节。
3、污水管道系统的水力计算
目的——确定管径、管道坡度和埋设深度。
污水在管道中依靠管道两端的水面高差从高处流 向低处，一般为重力流。 明确污水管道水力计算的重要设计参数 (1) 设计充满度 在设计流量下，污水在管道中的水深(h)和管道直径(D) 的比值称为设计充满度，也叫水深比，计作
q12 qs L12 0.0219 (0.5 756) 8.3L / s
q14 qs L14 0.0219 820 18.0L / 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。
h
h/D=1时称为满流； h/D<1时称为非满流；
D
3、污水管道系统的水力计算
(1) 设计充满度 管道最大设计充满度的规定 管径(mm) 200~300 350~450 最大设计充满度 0.60 0.70
500~900
>1000
0.70
0.75
管道最小设计充满度：一般不小于0.5
3、污水管道系统的水力计算
40
40
62.28
57.50 27.05 30.22 7.95
120.00 260.00
(4) 流量分配

目的：确定各管段中的流量，进而确定管段直径。
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：流入任一节点的流量等于流 出该节点的流量，若以流入为“－”，流离为 “＋”，则∑Q=0。
3、污水管道系统的水力计算
(3) 最小管径 ① 管径过小，容易阻塞，从而增加管道的清通次数。 ② 采用较大管径可选用较小的设计坡度，从而减小管道 埋身，降低造价。 ③ 《室外排水规范》规定：污水在街坊和厂区的最小管 径为200mm，在街道下的最小管径为300mm。
树 状 网 流 量 分 配

二级泵站
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
水流方向唯一，流量分配唯一，任意管段的流量等于 该管段以后所有节点流量的总和。
(4) 流量分配——环状网

流量分配有多种组合方案（如节点3）。 基本原则：满足供水可靠性前提下，兼顾经济性。
(5) 管径计算

管网流量分配后，可按公式计算该管段的管径。
D
Qij
4Qij
v
—— i－j管段的管段流量，m3/s —— 管道流速，m/s —— 管道直径，m
v
D
3、给水管道系统的水力计算
管 道 系 统 定 线
初 步 流 量 分 配
确 定 管 径
计 算 水 头 损 失
确定各节点的水压 确定水泵的扬程 确定水塔等调节构筑物 的容积、高度等
思考题
1、给水系统中设计水量的组成？ 2、管网中不设水塔等水量调节构筑物时，输水管、 二泵站、配水管网的设计流量？ 3、对给水管网的流量进行简化的2个假设？ 4、怎样计算管网中各节点的流量？

取 水 构 筑 物
一 级 泵 站
给水处 理厂
清 水 池
二 级 泵 站
配水管 网
清水输水管
(3) 清水输水管道

管网内不设水塔或调节水库时：设计流量按最高日最 高时用水量计算；
管网内设水塔或调节水库时：设计流量按最高日最高 时用水量减去水塔输出的流量计算；

取 水 构 筑 物
一 级 泵 站
给水处 理厂
清 水 池
二 级 泵 站
配水 管网
(4) 配水管网

配水管网设计总流量按最高日最高时用水量计算。
三、配水管网的水力计算
1、配水管网水力计算的任务
(1) 计算管网中各管段的流量； (2) 确定各管段的管径、水头损失； (3) 确定水泵扬程、水塔高度；
2、管网中管段设计流量的计算

要确定各管段的设计流量，需首先确定各管段的沿线 流量和节点流量。
第3章 给水排水管道系统的设计
一、给水管道系统的设计内容
1、管道系统的布置和定线； 2、设计流量计算； 3、确定管道直径；
√
4、计算管道中的水头损失；
5、求出二级泵站的扬程及水塔高度；
6、水量调节构筑物的容积计算；
二、给水管道系统的设计流量
1、给水系统设计用水量的组成
(1) 城市居民生活用水量； (2) 工业企业生产用水和职工生活用水； (3) 浇洒道路和绿地等市政用水； (4) 消防用水量； (5) 管网漏失水量及未预计水量；