1 第六章 管网计算

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6.4 输水系统计算
（一）概述 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、交通路线等的交叉较多。输水管渠有多种形式，常用的 有：压力输水管渠，高地水源或水泵供水时采用这种形式；无压输水 管渠(非满流水管或暗渠)；明渠。对输水管的最基本要求是保证不间 断输水，因为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，应慎重 磺待输水管的条数问题。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、管网内有无调节水池及其容积大小等因 素，确定输水管的条数。
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6.2 环状网平差理论
（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，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数和为 零。（实际上）h顺=h逆=h，规定顺+，逆— 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，也就是顺时针和 逆时针的水头损失不等于，而出现闭合差△h。 h顺—h逆=△h＞0，顺时针方向管段的流量分配多了 h顺—h逆=—△h＜0，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h顺=h逆（△h=0），也就是满足每环的能量方程 3 特点：（条件），，只满足这两条件，管段流量才与实际相符。
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（五）管网的核算条件 管网的管径和水塔扬程，是按设计年限内最高日最高时的用水量决定，但是用 水量是经常变化的，为了核算所确定的管径和水泵能否满足不同工况下的要求（H、 Q），须进行其他用水量条件下的计算，以确保经济合理的供水。核算结果，可能 须将管网中的个别管子管径放大，可能另加水泵，另选水泵。 一 消防时 以最高用水时确定的管径为基础，按最高时加消防时的流量进行计算。过程同 最高时设计计算一样。在控制点加一个集中的消防流量（二处，另一处可加在大用 户附近），其余节点流量不变，这种管段中通过了消防流量，水头损失可增大，求 出H’p 二 转输时 适用对置水塔情况下，以便确定水泵能否将水通过整个管网转输到水塔上去。 这时节点流量应进行折算。 最大转输时的节点流量=（最大转输时用水量×最高用水时该节点的流量）/最高 时用水量 按最大转输时的流量进行分配计算，求H’p 三 事故时 最不利管段断水（首端），流量为设计用水量的70%。
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二 有连接管的输水要求（连接管对安全性的影响） 为了进一步提高供水可靠性，在平行管线之间用连接管相连。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坏的一段进行检修。 设平行管线数n，连接管段数m，则每根管被分成（m+1）段（全部管段直径一样）。 正常工作时：
Q m 1 h s (m 1)( ) 2 ( s 2 )Q 2 sQ 2 n n 一段损坏时： Qa 2 Qa 2 m 1 2 2 hn s( ) m s( ) [s 2 s ] Q s Q a a a n n 1 n (n 1) 2
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3 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 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H1—Q1，H2—Q2，代入。
对新管网可以直接分配流量，找分界线、平差，求出Hp，Ht，不用虚环。 （HB+ZB）=（HA+ZA）—∑hA-B （HB+ZB）=（HC+ZC）—∑hC-B （HA+ZA）—（HC+ZC）=∑hC-B—∑hA-B
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（四）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 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。每个节点：水压标高、地面标高、自由水头。 对控制点9：自由水头已知24m（五层），地面标高25m（已知），水压标高： 24+25=49m 对6节点：49+h6-9=水压标高，水压标高—地面标高=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。 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 等水压线的意义作用： 1 评价管网设计计算的合理程度 2 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
如在水头损失与流量不是平分关系时
，
这种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。
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二应用步骤 哈代克罗斯法可用下列步骤： 1 根据设计流量（最高时平均秒流量，最高时加消的秒流量）进行流量分配 2 根据经济流速确定管径 3 计算各环各管段的最初水头损失，求出闭合差 4 由△h，求各环的△q 5 进行管段流量的初次调整 6 对公共则有两个校正流量（本环、邻环）邻环的△q在本环与邻环符号相反。 7 在初次调整后的管段流量是基础，再求各环的△h，直到小环＜0.5m，大环＜ 1.0m为止。 对电算精度可任取，一般考虑0.01~0.05m 说明P59例
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（六）环状管网水力计算的几个问题 一 初分流量产生的每闭合差应小于1.5m 因为△q＜△h，而△q增加，越偏离经济流速 二 校正流量对公共管段的影响不允许忽略 特别：简化法平差，如在图上平，先注明 三 虚环平差法的应用 四 哈代克罗斯法的精确度 ＜0.5 ＜1 解△q是近似值， 五 1 等水压线图 2 校核计算 3 初分管段流量状况的变化 管段流向反向，供水分界线移动 六 根据平差结果求Hp，Ht 怎么求？控制点？ 七 管段摩阻问题 1 s值的人为改变（阀门的开启度） 2 s值的自然改变（通水能力，电耗） 3 扩建管网，实例
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6.2 环状网平差理论
设：每管段第一分配的流量q，每环产生的△h＞0，公式h=sq2
所谓平差理论就是通过各管段的流量调整来满足△h=0。如有L个环，就解L个环 方程，求出各环△q，于是管网平差就是求△q（使闭合差为零）。
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6.3 环状网平差方法
（一）哈代克罗斯法 一 计算特点 1 不计相邻环的影响 2 表现形式 △q不仅与本环的△q有关，还和邻环的（公共管段的）有关。哈代克罗斯提出 不考虑通过邻环传过来的其他各环的校正流量的影响。
6.3 环状网平差方法
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6.3 环状网平差方法
（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）
△h外=△hⅠ+△hⅡ
这时，将两环视为一环进行平差，两小环的△h也会随之减小。 简化法——把闭合差方向相同的环合为一环进行平差。两小环可。这种方法可在8 图上进行，直观。
6.3 环状网平差方法
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s——每条管线的摩阻 当一条管线损坏时，该系统中其余n—1条管线的水头损失为：（n—1条供水）
Qn——事故流量（Q设70%） 因H已定，所以，h=hn（因为并联管路特点） 但系统的模组是不等的s不等于sn α——与根数关系，输水系统流量降落比 显然，当一条管线损坏时，Qa随α升高而提高，即流量降低值随平行管线n不同而不 同。n=2，α=0.5，即流量减少一半，n=5，α=0.8，即流量减少20%。 因为h=sQ2= saQa2=ha 所以，流量降低与摩阻的变化成正比。
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一 、虚环平差法（化多水源为单水源） 1 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，它包括虚管段和实 管段。。
虚节点O，虚管段OB，实管段OA，虚环数=水源数—1，这样把多水源管网看成 只从虚节点O供水的单水源管网。 2 平衡条件 虚节点，也就是虚节点的供水量为多水源供水量之和。 水头损失，也就是各管段（包括虚管段）水头损失代数和为零。 ——水泵压力，水塔高度，符号取决于虚流量的方向。虚管段不计摩阻，只是 泵站、水塔与虚节点的水压差。
6.2 环状网平差理论
（二） 水力特管网平差及意义 一 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流量调整 计算。 也就是如果存在△h，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h顺=h逆直到△h=0 二 意义（目的）：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 段的水头损失，然后求出扬程和塔高。 平差理论 解环方程，求出每环的矫正流量。 以两个环为例，求出q
v 支线——水力坡度 充分利用两点压差 i f D
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6.1 树状网计算
（二） 计算步骤 一 选定干线 以控制为干线末端到起点
最远C点不一定是控制点，而B点是控制点。 控制点：水压标高；地面标高；自由水压 地+自=水， 逆水流：水1+h=水2，水2—地2=自 二 求沿线流量节点流量，按条件分配流量 三 求出干线管径及各节点的水压 从控制点求h 四 根据干线计算结果求支线管径 五 求扬程 六 绘等水压线图
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Ⅰ环引入校正流量△qⅠ Ⅰ：△h’’Ⅰ=△h0Ⅰ—△h’Ⅰ Ⅱ：△h’’Ⅱ=△hⅡ+h’2-5(△qⅠ) 因此，在平差时，有时该环闭合差减小，另外邻环反而增大。
9百度文库
6.3 环状网平差方法
（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或多水源新管网计算的计算方法。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（地面水、地下水、 双水泵、水塔、高位水池等），或原来为多水源给水系统进行扩建，能否满 足自由水压。 提出问题：1 由单水源发展成双（多）水源，设新泵扬程（塔高），各水源应 如何 提供水量，原水泵能力能否满足要求。 2 水源数目不变，管网用水量增大，原水源能力能否满足要求（转 输） 核心——解决各水源的供水量的分配。
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6.4 输水系统计算
（二）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。设计时，输水量Q 和位置水头H为已知，据此选定水管类型、管径和平行工作的管线数。 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统，在事故时所 能供应的流量。设水源水位标高为Z，输水管输水至网前水厂处理构 筑物，其水位为Z0，水位差：H=Z—Z0。称位置水头。该水头用以克 服输水管的水头损失。 假定输水量为Q，平行的输水管线为n条，则每条管线的流量为 Q/n，设平 行管线的直径和长度相同，则该系统的水头损失为：
第六章 管网计算
6.1 树状网计算
（一） 树状网特点 在不少情况下，是首先进行树状网的计算，有些环状网也连有树状网。 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，或者可以说树状网只有唯一的流量分配。 二 、干线与支线的区分 干线：从二级泵站到控制点的管线。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。 支线：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。 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——根据经济流速
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s。 所以，虚管段的水泵压力Z+Hp Z——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。 应注意：二泵站到管网一般为两条输水管，取Q/2计。
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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），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），能量方程 3 各水源供水至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 损失之差等于水源的水压差。