给水排水管道工程课件 第五章

C W Y （T为投资偿还期 ） T
其中每年的管理费用Y一般分为两部 分：一部分是管网每年的折旧和大修 费用Y1，另一部分是泵站的年运行费 用Y2。管网每年的折旧和大修费用Y1 与管网投资费用C成正比，设管网年折 旧和大修费为总投资的P/100，则管网 每年的折算费用可以表示为：
C C PC 1 P W Y1 Y2 Y2 W （ )C Y2 T T 100 T 100
但是，应该注意的是：单 侧供水时，将管段长度按 一半计算。
§5.4 管段计算流量
在确定了节点设汁流量后，接着要利 用节点流量连续性方程确定管段设计 流量，管段设计流量是确定管段直径 的主要依据。
即流入节点与流出节 点的流量相等，设流 入为负、流出为正， 则该节点所有流量和 为零。
逆推法：即任一 1、树状管网管段流量分配计算 管段的设计流量 等于该管段以后 （顺水流方向） 树状管网管段流量分配计算比较简单， 所有节点流量的 各节点设计流量全部确定后，管段设 总和
因此，只能在满足可靠性的前提下，力求管网最
经济。



1、节点流量平衡原则，即：节点处，流入节点 的流量和流出节点的流量和为0。 2、在管网图上确定主要的水流方向，使水流沿 最近的路线输送到大用户和边远地区，分配流量 时从水源开始逐步扩散到管网中所有的节点。 3、在遇到要向两个或两个以上方向分配设计流 量时，要向主要供水方向分配较多的流量，向次 要供水方向分配较少的流量。 4、应确定两条或两条以上的平行的主要供水方 向，并且应在各平行供水方向上分配相接近的较 大流量，以免一条损坏时其余干管可以承担70％ 以上的输配水任务。垂直方向的连接管上要分配 较少的流量，因为只有干管损坏时才转输较大的 流量，因此连接管中可以分配较少的流量。
根据水力等效原则和公式，则有：
经变换，有：
特别当并联管道直径相同时，有：
如果采用曼宁公式，则n＝2，m＝5.33，
DN150
DN150
DN195
双并联管径（mm） 等效管道直径（mm）
200 259
300 389
400 519
500 648
600 778
700 908
800 1037
也可以不用经济流速计算经济管径，可直 接参照“界限流量”（P92页表7-1）表确 定经济管径。
§5.5 管径计算
管径主要按照各管段分配后的流量来确定： D 2 q Av v 4
D
其中：D：管段直径，m q：管段设计流量，m2/s A：管段过水断面的面积，m2 v：设计流速，m/s
4q v
流速 vmax 2.5 ~ 3.0m / s （为了防止水锤）
vmin 0.6m / s （为了避免在管段内沉积杂质）
新建和扩建的城市管网按最高时用水 量计算，据此求出所有管段的直径、 水头损失、水泵扬程和水塔高度(当设 置水塔时)。并在此管径基础上，按其 它用水情况，如消防时、事故时、对 置水塔系统在最高转输时各管段的流 量和水头损失，从而校核按最高用水 时确定的管径和水泵扬程能否满足其 它用水时的水量和水压要求。
对于多水源管网，由每一个水源的供 水量定出其大致供水范围，初步确定 各水源的供水分界线，然后从各水源 开始，循供水方向按每一节点符合流 量平衡原则，以及经济和安全供水的 要求进行流量分配。
总结：
1）初步确定各水源的供水分界线； 2）确定主要的水流方向； 3）从水源开始逐步分配流量，如果混 合型管网先将好计算的树状网各管段 流量计算好。
计流量可以采用逆推法解出，例如：
2、环状管网管段流量分配计算
环状管网的管段设计流量分配比较复 杂．因为它不像树状管网那样，管段流量 分配方案是惟—的。环状管网的管段设汁 流量分配有很大的自由度
环状网可以有许多不同的流量分配方案，所以每
一方案所得到管径也不尽相同，因而造价也有所
不同，在现有的管线造价指标下，只能得到近似 最优分配方案，而不是真正的最优方案，因为只 有将环状网中的部分管段流量变成零，即变成树 状网才是最优点，但这样又不满足可靠性条件，
注意：以上简化只是针对已有的管网
进行的，在新城区管网设计时仅仅考 虑了主干管和干管，所以在新城或新 铺管网设计时不能简化。
§5.3 沿线流量和节点流量
一、概念 1、节点：如P31图5—2所示的干管网，标有 1、2、3、…、8的称为节点，包括： (1)水源节点，如泵站、水塔或高位水池等； (2)不同管径或不同材质的管线交接点； (3)两管段交点或集中向大用户供水的点。 2、管段：两节点之间的管线称为管段，如 管段2—3，表示节点2和3之间的一段管线。
计算步骤是：
1、确定主干管或干管的走向和位置以及连接管的位置， 对于老城区旧管网改造，需要对其进行简化； 2、计算最高日用水量（对于配水管网都是按照最高日最 高时用水量计算的）； 3．对各管段沿线均匀出流简化，从而确定沿线流量和节 点流量； 4．求管段计算流量： 5．根据各管段的计算流量，确定各管段的管径和水头损 失； 6．进行管网水力计算或技术经济计算； 7．确定水塔高度和水泵扬程。 8、进行事故和消防以及最大转输时校核。
1 折算系数 ＝ 3
2
1 折算系数 ＝ 3
2
为了便于计算，通常采用 ＝0.5，即将沿 线流量折半作为管段两端点的节点流量， 在解决工程问题时，这种折算方法已经足 够精确。
任一节点的流量为与该节点相连个管段的沿线流量总和的一半。 即： qi q1 0.5 q1
则各管段的沿线流量就等于比流量乘该管 段的计算长度，即：
q ql l
但是，按照用水量全部均匀分布在干管上 以求出比和用水量的差别，所以 与各管段的实际配水量并不一致。
所以提出按照供水面积计算比流量的方法。 即： Q q qs A
4q D v
如何来确定流速，使管网造价和泵站 的运行费用和最小？这就需要用优化 设计的计算方法，求得流速或管径的 最优解。 在数学上表现为求一定年限T（设为投 资偿还期）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，由此来确定管径。
如果设管网一次性投资的总造价为C， 每年的管理费用为Y，则管网每年的 折算费用为：
5、沿线流量：是指供给该管段两侧用户所 需流量。 6、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。
二、沿线流量
为了计算方便，而定用水量均匀的分布在全 部干管上，由此计算出单位管线长度的流量， 即比流量
ql Q q
l
ql
Q q
l
Q：管网总用水量 q ：大用户集中用水总和 l ：干管总长度（计算长度），不包 括穿越广场、公园等无建筑物地区的 管线，另外，如果有一侧供水的配水 管线，长度按一半计算。
三、节点流量
管网中任一管段的流量都是有两部分组成： 一部分是沿该管段长度L配水的沿线流量q1， 另一部分是通过该管段输送到以后管段的转 输流量qt。转输流量沿整个管段不变，而沿线 流量由于管段沿线配水，所以管段中的流量 顺水流方向逐渐减小，到管段末端时只剩下 转输流量。
但是对于流量变化的管段，难以确定管段 的管径和水头损失，所以有必要将沿线流 量转化成从节点流出的流量，这样沿管线 不再有流量流出，即流量不再沿管线变化， 从而根据流量确定管径。
沿线流量转化成节点流量的原理是： 求出一个沿线不变的折算流量q， 使它产生的水头损失等于实际上沿 管线变化的流量qx产生的水头损失。 而原先沿程均匀分配的流量折算成 从管段起端和末端分别出流的节点 流量，可以计算出起端节点流量为 （1- ）q1，末端节点流量为 q1。

折算流量q产生的水头损失h’ 等于实际上沿 管线变化的流量qx产生的水头损失h，通过 计算可以得到折算流量q与qt/q1的比值有关 系，设qt/q1=γ ，则：
2、当管线交叉点很近时，可以将其合并为 同一交叉点：
3、如果管线包含不同的管材和规格，应采 用水力等效原则将其等效为单一管材和规 格。 对于不同管材和规格的管道，等效成同一 管材同一管径的一条管道的原则是等效前 后水头损失相同，即：
4、并联管段等效合并 管径较小、相互平行且靠近的管线可考虑 合并。并联的管线简化为单管线，其直径 采用水力等效原则计算。
Q：管网总用水量
q ：大用户集中用水总和
A ：供水服务面积
则，某管段的沿线流量为：
q qs A
A：该管段的服务面积 供水面积的划分方法是用等分角线法，如图所示：
对于干管分布比较均匀，干管间距 大致相同的管网，就没有必要采用 这种按面积计算比流量的方法，而 是采用按计算长度计算就足够了。
选取经济流速和确定管径时，还应 该考虑的原则：
1）大管径可取较大的经济流速，小管径 可取较小的经济流速；
2）重力供水时，各管段的经济管径或经济流 速按充分利用地形高差来确定； 3）根据经济流速计算出的管径如果不符合市 售标准管径时，可以选用相近的标准管径；
4）当管网有多个水源或设有对置水塔时，在 各水源或水塔供水的分界区域，管段设计 流量可能特别小，选择管径时要适当放大， 因为当各水源供水流量比例变化或水塔转 输(即进水)时，这些管段可能需要输送较大 的流量； 5）重要的输水管、如从水厂到用水区域的输 水管，或向远离主管网大用户供水的输水 管应采用双条管道，每条管道直径按设计 流量的50％确定。
§5.2 管网图形及简化
一、原因： 二、方法： 通常简化的方法有以下几种： 1、省略 2、节点合并 3、管材等效合并 4、并联管段等效合并 5、分解 6、附属设施简化
1、省略次要管线、保留主干管和干管。 次要管线是指管径较小的支管、配水管、 入户管等。
C W Y T
1 P W （ )C Y2 T 100
其中C和Y2都与管径和流速有关： D越大，C越大，而Y2越小 V越大，C越小，而Y2越大 用图直观的表示为：
因为管网总体造价和泵站运行费用的影 响因素比较多，如管材和电费等都随时 间变化，并不是一个固定不变的值，计 算比较复杂，所以如果条件不具备的话， 设计中也可以采用由各地统计资料计算 出的平均经济流速来定管径 。
900 1167
1000 1297
1200 1556
5、分解 只由一条管线连接的两管网，都可以把连 接管线断开，分解成为两个独立的管网。 由两条管线连接的分支管网，如它位于管 网的末端且连接管线的流向和流量可以确 定，例如单水源的管网，也可进行分解， 管网经分解后即可分别计算。
6、附属设施的简化 A、删除不影响全局水力特性的设施，如： 排气阀、泄水阀、消火栓等。 B、将同一处多个相同的设施合并，比如同 一处的多个水量调节设施合并，并联或串 联的水泵或泵站合并等
第五章 管段流量、管径和水头损失
主讲：张永举
本章主要内容：
§5.1 管网设计的课题 §5.2 管网图形及简化 §5.3 沿线流量和节点流量 §5.4 管段计算流量 §5.5 管径计算 §5.6 水头损失计算 §5.7管网计算基础方程 §5.8管网计算方法分类
§5.1 管网设计的课题
3、管线：管段顺序连接形成管线，如图中的管线 1—2—3—4—7—8是指从泵站到水塔的一条管线。 4、环：起点和终点重合的管线，称为管网的环，如 2—3—6—5—2，即图中的环I。因为环I中不合其它 环，所以称为基环。几个基环合成的环称为大环， 如环I、II合成的大环2—3—4—7—6—5—2就不再是 基环。对于多水源的管网，为了计算方便，有时将 两个或多个水压已定的水源节点(泵站、水塔等)用 虚线和虚节点0连接起来，也形成环，如图中的1－0 －8－7－4－3－2－1大环。