第一章給水排水管道系統概論本章內容：1、給水排水系統的功能與組成2、給水管網系統的類型3、排水體制本章重點：1、給水管網系統的類型及其適用條件2、排水體制及其選擇第一節給水排水系統的組成給水排水系統是為人們的生活、生產、市政和消防提供用水和廢水排除設施的總稱。擔用戶排除廢水的收集、輸送和處理，達到消除廢水目的。給水系統(watersupplysystem)是保障城市、工礦企業等用水的各項構筑物和輸配水管網組成的系統。根據系統的性質不同有四種分類方法：按水源種類，分為地表水(江河、湖泊、水庫、海洋等)和地下水(潛水、承壓水、泉水等)給水系統；按服務范圍，可分為區域給水、城鎮給水、工業給水和建筑給水等系統；按供水方式可分為自流系統(重力供水)、水泵供水系統(加壓供水)和兩者相結合的混合供水系統；按使用目的，可分為生活給水、生產給水和消防給水系統。水四大類。三類。給水排水系統的功能和組成圖取水設施-給水處理設施-城市給水輸配·市政用水自然降水排放廢水凈化后的處置城市污水處理設施灌溉農田廢水深度處理一再生成品水輸配自然水體城市污水管道工業廢水處理回用給水排水系統除以上功能外，還應具有以下三項主要功能：(1)水量保障。築龍綢(2)水質保障。(3)水壓保障。給水排水系統組成：(1)取水系統。(2)給水處理系統。(3)給水管網系統。(4)排水管道系統。(5)廢水處理系統。(6)廢水排放系統。(7)重復利用系統。城鎮給水排水系統圖4-排水管道系統；5-污水處理系統；6污水排放系統二、給水排水系統工作原理給水排水系統流量關系如圖1-3所示，其中q,為給水處理系統自用水，q?為給水管網系統漏失水量；q?為給水管網系統水量調節，其流向根據水塔(或高位水池)進水或出水而變；q?為用戶使用后未排入排水系統的水量；qs為進入排水管網系統的降水或滲入的地下水；q?為排水管道水量調節，其流向根據調節池進水或出水而變化；q?為污水處理系統自耗水；q?為污水回用用水量。圖1-3給水排水系統流量關系示意圖1-取水系統；2-給水處理系統；3-清水池；4-給水管網系統；5-水塔6-用戶；7一排水管道系統；8-調節池；9一均和池；10-污水處理系統清水池是用來調節給水處理水量與管網中的用水量之差。調節池和均和池是用來調節排水管道和污水處理廠之間的流量差，排水調節池(均和池)還具有均和水質的作用，以降低因污染物隨時間變化造成的處理困難。2.給水排水系統的水質關系3.給水排水系統的水壓關系(1)全重力供水(4)多級加壓供水第二節給水排水管道系統的功能與特點●水量輸送●2.水量調節●3.水壓調節2、給水排水管道系統的功能與特點具有一般網絡的特點：如：分散性、擴展性等，同時又具有自身的特點，如隱蔽性。第三節給水管網系統3.1、給水管網系統的組成節設施(清水池、水塔、高位水池)等構成。如圖1-4(a)、1-4(b)所示。圖1-4(a)地表水源給水管道系統示意圖圖1-4(b)地下水源給水管道系統示意圖網系統三種類型。水管網系統兩種形式。位或小城鎮給水管網系統，多為單水源給水管網系統，系統簡單，管理方便。如圖1-5所示。築龍綢234(2)多水源給水管網系統：有多個水廠的清水池(清水庫)作為水源的給水管網系統，清水從不同的地點經輸水管進入管網，用戶的用水可以來源于不同的水廠。較大的給水管網系統，如中大城市甚至跨城鎮的給水管網系統，一般是多水源給水管網系統，如圖1-6所示。多水源給水管網系統的特點是：調度靈活、供水安全可靠(水源之間可以互補),就近給水，動力消耗較小；管網內水壓較均勻，便于分期發展，但隨著水源的增多，管理的復雜程度也相應提高。(1)分區給水管網系統管網分區的方法有兩種：一種是城鎮地形較平坦，功能分區較明顯或自然分隔而分區，如圖1-7所示，城鎮被河流分隔，兩岸工業和居民用水分別供給，自成給水系統，隨著城鎮發展，再考慮將管網相互溝通，成為多水源給水系統。另一種是因地形高差較大或輸水距離較長而分區，又有串聯分區和并聯分區兩類：采用串聯分區，設泵站加壓(或減壓措施)從某一區取水，向另一區供水；采用并聯分區，不同壓力要求的區域有不同泵站(或泵站中不同水泵)供水。大型管網系統可能既有串聯分區又有并聯分區，以便更加節約能量。圖1-8所示為并聯分區給水管網系統，圖1-9所示為串聯分區給水管網系統。築龍綱資科下蒙裁在抗龍同站(2)分壓給水管網系統：由于用戶對水壓的要求不同而分成兩個或兩個以上的系統給水，如圖1-10所示。符合用戶水質要求的水，由同一泵站內的不同揚程的水泵分別通過高壓、圖1-10分壓給水管網系統低壓輸水管網送往不同用戶。(2)分質給水管網系統：因用戶對水質的要求不同而分成兩個或兩個以上系統，分別供築龍綢(1)重力輸水管網系統第四節排水管道系統和排放口等組成。如圖1-14所示。圖1-14排水管道系統示意圖一個排水管道系統來排除，也可以采用兩個或兩個以上各自獨立的排水管道系統來排除。這排水系統的體制主要有合流制和分流制兩種基本方式。1.合流制排水系統將生活污水、工業廢水和雨水混合在同一管道(渠)系統內排放的排水系統稱為合流制排水系統。根據污水匯集后的處置方式不同，又可把合流制分為下(1)直排式合流制排水系統(3)完全合流制排水系統：2.分流制排水系統(2)不完全分流制排水系統：這種體制只有污水排水系統，沒有完整的雨水排水系統(圖1-22)。築龍綱還有一種情況稱為半分流制排水系統在一個城鎮中，有時既有分流制，又有合流制，這種體制可稱為混合制。合理地選擇排水體制，是城鎮和小區排水系統設計的重要問題，它不僅從根本上影響排水系統的設計、施工和維修管理，而且對城鎮和小區的規劃和環境保護影響深遠，同時也影響排水系統的工程總投資和初期投資。通常，排水體制的選擇，必須符合城鎮建設規劃，在滿足環境保護要求的前提下，根據當地的具體條件，通過技術經濟比較決定。從城鎮規劃方面看。從環境保護方面看。從投資方面看。從排水系統的管理上看。總的看來，排水系統體制的選擇，應根據城鎮和工業企業規劃、當地降雨情況、排放標準、原有排水設施、污水處理和利用情況、地形和水體條件等，在滿足環境保護要求的前提建的城鎮和小區宜采用分流制和不完全分流制；老城鎮的城區由于歷史原因，一般已采用合流制，要改造成完全分流制難度較大，故在同一城鎮內可采用不同的排水體制，舊城區可采用截流式合流制，易改建地區和新建的小區宜采用分流制或不完全分流制；在干旱少雨地區，或街道較窄地下設施較多而修建污水和雨水兩條管線有困難的地區，也可考慮采用完全合流制。本章內容：1、給水排水管道工程規劃原則與建設程序2、給水排水工程技術經濟分析3、給水排水管道的布置本章難點：給水排水管道的布置給水排水管道系統規劃是城市總體規劃工作的重要組系統的綜合優化功能和工程布局進行的專項規劃，是城市專業功能規劃的重要內容。一、給水排水工程規劃原則1.貫徹執行國家和地方的相關政策和法規在進行給水排水工程規劃時，必須認真貫徹執行國家及地方政府頒布的《城市規劃法》、2.給水排水工程規劃要服從城鎮總體規劃城鎮及工業區總體規劃中的設計規模、設計年限、功能分區布局、城鎮人口的發展、居住區的建筑層數和標準以及相應的水量、水質、水壓資料等，是給水排水工程規劃的主要依據。3.近遠期規劃與建設相結合給水排水工程一般可按遠期規劃，而按近期規劃進行設計和分期建設。4.要合理利用水資源和保護環境6.規劃方案盡可能經濟和高效二、給水排水工程規劃與建設程序1.給水排水工程規劃的主要依據和內容給水排水工程規劃應以批準的當地城鎮(地區)總體規劃為主要依據。給水排水工程規劃包括給水水源規劃、給水處理廠規劃、給水管網規劃、排水管道規劃、污水處理廠規劃和廢水排放與利用規劃等內容。規劃工作的主要任務是：(1)確定給水排水系統的服務范圍和建設規模；(2)確定水資源綜合利用與保護措施；(3)確定系統的組成與體系結構；(4)確定給水排水主要構筑物的位置；(5)確定給水處理及污水處理的工藝流程與水質保證措施；(6)進行給水排水管網規劃和干管布置與定線；(7)確定污水的處置方案及其環境影響評價；(8)進行給水排水工程規劃的技術經濟比較，包括經濟、環境和社會效益分析。給水排水工程規劃應以規劃文本和說明書的形式進行表達。一般近期按5~10年進行規劃，遠期按10~20年進行規劃。2.規劃設計基礎資料的調查(1)城鎮總體規劃資料的收集：工業布局、人口規劃、公共設施、地下構筑(2)踏勘：按現狀圖對建設現場進行實際勘探，了解現狀與城市規劃的概貌，如流域的高程、坡度、坡向、建筑、道路、水資源及水環境概貌等內容，以便對工程作大體上的估計，并醞釀規劃設計方案。(3)測量：測定規劃設計流域面積、分水線、等高線、道路交叉點高程、高地和低地的高程、控制點高程。(4)給水和排水資料的收集：用水量標準、衛生設備情況、工業給水量和工業污水量以及水質情況、現有給水排水系統的情況等資料的收集。(5)氣象資料的收集：風向、風速、氣溫(平均氣溫、極端最高氣溫和極端最低氣溫)、空氣濕度、降雨量或當地的雨量公式等資料的收集。(6)水文、地質資料的調查：水體分布、河流流量、流向、水位、潮汐、地下水位、水源的水質、水體環境現狀及綜合利用規劃，以及土質、冰凍深度、土壤承載力和地震等級等資料的調查。3.給水排水工程建設程序給水排水工程建設程序分可為以下幾個步驟：(1)提出項目建議書(2)進行可行性研究(4)組織施工(5)竣工驗收、交付使用給水排水管道工程的規劃設計可分為三個階段(初步設計、技術設計、施工圖設計)或兩個階段(初步設計或擴大初步設計和施工圖設計)進行。第二節給水排水工程技術經濟分析方法技術分析的方法主要有數學分析法和方案比較法。在給水排水工程項目中，通常采工程項目的年計算費用值來表達，即年平均費用值最低的工程方案為最佳方案。其分析方法有靜態分析法和動態分析法兩種。一、靜態分析法C——工程項目投資額，元；T——投資償還期，a,一般由項目的性質和投資來源情況確定；二、動態分析法投資資金的時間價值計算通常采用復利法，常用的計算公式如下：1.當資金的現值為p,利率為i%,則n年后的資金終值F為：2.因此，當已知資金的終值為F,則現值P為：α——折現系數。將資金的終值折算為現值稱為貼現，其相應的利率稱為貼現率。3.當資金現值為P,利率為i%,設在n年內各年平均分攤資金現金A,則各年分攤資金現值的計算方法如下：第n年：為保證資金現值P得到回收，則有：亦即：式中θ——資金回收系數，表示資金現金在n年內每年平均分攤的份額。由此可見，動態法計算工程費用更能反映項目經濟效益的真實性。因此，工程項目的年計算費用即為上述的年平均分攤資金額與項目年運行費用之和，即：【例2-1】某排水工程項目建設投資為8800萬元，年運轉費用為260萬元/年，求：(1)投資償還期為20年的靜態年計算費用值；(2)利率為5.58%,還款期為20年的動態年計算費用值。【解】(1)靜態年計算費用值為：(2)動態年計算費用值：第三節給水管網系統規劃布置一、給水管網布置原則給水管網的規劃布置應符合下列基本原則：1.按照城市總體規劃，結合當地實際情況布置給水管網，并進行多方案技術經濟比較；2.管線應均勻地分布在整個給水區域內，保證用戶有足夠的水量和水壓，并保持輸送的水質不受污染；3.力求以最短距離敷設管線，并盡量減少穿越障礙物等4.必須保證供水安全可靠6.管渠的施工、運行和維護方便；7.規劃布置時應遠近期相結合，考慮分期建設的可能性，并留有充分的發展余地。給水管網的規劃布置主要受給水區域下列因素影響：地形起伏情況；天然或人為障礙物及其位置；街道情況及其用戶的分布情況，尤其是大用戶的位置；水源、水塔、水池的位置二、給水管網布置的基本形式樹狀管網環狀管網三、給水管網定線給水管網定線是指在地形平面圖上確定管線的位置和走向。1.城鎮給水管網定線時干管的延伸方向應于水流方向基本一致。干管位置應從用水量較大的街區通過。干管的間距，一般為500~800m左右，連接管之間的間距一般在800～1000m左右。干管一般按城鎮規劃道路定線，盡量避免在高級路面或重要道路下通過，給水管線與構筑物、鐵路以及其它管道的水平凈距，均應參照有關規定。為了保證給水管網的正常運行以及消防和管網的維修管理工作，管網上必須安裝各種必要的附件，如閥門、消防栓、排氣閥和泄水閥等。閥門是控制水流、調節流量和水壓的重要設備，閥門的布置應能滿足故障管段的切斷需要，其位置可結合連接管或重要支管的節點位在干管的高處應裝設排氣閥，在管線低處和兩閥門之間的低處，應裝設泄水管。2.工業企業管網第四節排水管道系統規劃布置一、排水管道系統布置原則1.按照城市總體規劃，結合當地實際情況布置排水管道，并對多方案進行技術經濟比較；5.規劃時要考慮到使管渠的施工、運行和維護方便；建航資科下蒙就在筑龍網1.城鎮排水管道系統的布置形式32.區域排水系統應遵循以下原則選定污水廠和出水口的位置。(2)出水口不應設回水區，以防回水區的污染。(4)污水廠應設在城鎮夏季主導風向的下風向，并與城鎮、工礦企業以及郊區居民點保3.污水管道的布置與定線污水管道平面布置，一般按主干管、干管、支管的順序進行。污水干管一般沿城鎮道路敷設，不宜設在交通繁忙的快車道下和狹窄的道路卜，也不宜設在無道路的空地上，而通常設在污水量較大或地下管線較少一側的人行道、綠化帶或慢車道下。道路寬度超過40米時，可考慮在道路兩側各設一條污水管，以減少連接支管的數目以及與其他管道的交叉，并便于施工、檢修和維護管理。污水干管最好以排放大量工業廢水的工廠(或污水最大的公共建筑)為起端，除了能較快發揮效用外，還能保證良好的水力條污水支管的平面布置取決于地形及街區建筑特征，并應便于用戶接管排水。低邊式布置；周邊式；穿坊式布置。4.確定污水管道系統的控制點和泵站的設置地點控制點是指在污水排水區域內，對管道系統的埋深起控制作用的點。5.確定污水管道在街道下的具體位置污水管道與建筑物應有一定間距，與生活給水管道交叉時，應敷設在生活給水管的下面。管線綜合規劃時，所有地下管線都應盡量設置在人行道、非機動車輛和綠化帶下，只有在不得已時，才考慮將埋深大，維修次數較小的污水、雨水管道布置在機動車道下。若各種管線布置時發生沖突，處理的原則是：未建讓已建的，臨時性管讓永久性管，小管讓大管，有壓管讓無壓管，可彎管讓不可彎管。四、雨水管渠系統布置雨水管渠規劃布置的主要內容有：確定排水流域與排水方式，進行雨水管渠的定線；確定雨水泵房、雨水調節池、雨水排放口的位置。雨水管渠系統的布置2.根據街區及道路規劃布置雨水管道。道路邊溝最好低于相鄰街區地面標高，盡量利用道路兩側邊溝排除地面徑流。雨水管渠應平行與道路敷設，宜布置在人行道或草地下，不宜設在交通量大的干道下。當路寬大于40m時，應考慮在道路兩側分別設置雨水管道。雨水干管的平面和豎向布置應考慮與其它地下管線和構筑物在相交處相互協調，以滿足其最小凈距的要求。3.合理布置雨水口，保證路面雨水順暢排除。雨水口的布置應根據地形和匯水面積確定，以使雨水不至漫過路口。一般在道路交叉口的匯水點、低洼地段均應設置于水口。此外，在道路上每隔25～50m也應設置雨水口。道路交叉口雨水口的布置見圖2-9所示。4.采用明渠和暗渠相結合的形式。5.出水口的設置。6.調蓄水體的布置。7.排洪溝的設置。第三章給水排水管道系統水力計算基礎本章內容：1、水頭損失計算2、無壓圓管的水力計算3、水力等效簡化本章難點：無壓圓管的水力計算進行水力計算前首先要進行流態的判別。判別流態的標準采用臨界雷諾數Rek,臨界雷諾數大都穩定在2000左右，當計算出的雷諾數Re小于2000時，一般為層流，當Re大于4000時，一般為紊流，當Re介于2000到4000之間時，水流狀態不穩定，屬于過渡流態。紊流流態又分為三個阻力特征區：紊流光滑區、紊流過渡區及紊流粗糙管區。無壓流或重力流給水管道基本上采用有壓流輸水方式，而排水管道大都采用無壓流輸水方式。從水流斷面形式看，在給水排水管道中采用圓管最多三、恒定流與非恒定流築龍綢當管道在局部有交匯、轉彎與變截面時，管內流動為非均勻流。均勻流的管道對水沿程不變，水流的水頭損失可以采用沿程水頭損失築龍綢 (mH?O),簡寫為米(m)。水頭分為位置水頭、壓力水頭和流速水頭三種形式。位置水頭位置水頭和壓力水頭屬于勢能，它們二者的和稱為測壓管水頭，流速水頭屬于動能。流體在流動過程中，三種形式的水頭(機械能)總是處于不斷轉換之中。給水排水管道中的測壓管水頭較之流速水頭一般大得多，在水力計算中，流速水頭往往可以忽略不計。實際流體存在粘滯性，因此在流動中，流體受固定界面的影響(包括摩擦與限制作用),導致斷面的流速不均勻，相鄰流層間產生切應力，即流動阻力。流體克服阻力所消耗的機械能，稱為水頭損失。當流體受固定邊界限制做均勻流動(如斷面大小，流動方向沿流程不變的流動)時，流動阻力中只有沿程不變的切應力，稱沿程阻力。由沿程阻力所引起的水頭損失稱為沿程水頭損失。當流體的固定邊界發生突然變化，引起流速分布或方向發生變化，從而集中發生在較短范圍的阻力稱為局部阻力。由局部阻力所引起的水頭損失稱為局部水頭損失。在給水排水管道中，由于管道長度較大，沿程水頭損失一般遠遠大于局部水頭損失，所以在進行管道水力計算時，一般忽略局部水頭損失，或將局部阻力轉換成等效長度的管道沿程水頭損失進行計算。一、沿程水頭損失計算管渠的沿程水頭損失常用謝才公式計算，其形式為：v—過水斷面平均流速，m/s;C—謝才系數；(D為圓管直徑);λ-沿程阻力系數，沿程阻力系數或謝才系數與水流流態有關，一般只能采用經驗公式或半經驗公式計算。目zen-Williams)公式、柯爾勃洛克一懷特(Colebrook-White)公式和巴甫洛夫斯基(H·H·NaBn0BCKnǔ)等公式，其中，國內常用的是舍維列夫公式和巴甫洛夫斯基公式。(1)舍維列夫公式舍維列夫公式根據他對舊鑄鐵管和舊鋼管的水力實驗(水溫10℃),提出了計算紊流過渡區的經驗公式。當v≥1.2m/s時將(3-3)、(3-4)式代入(3-2)式分別得：(2)海曾-威廉公式海曾-威廉公式適用于較光滑的圓管滿管紊流計算：Cw—海曾-威廉粗糙系數，其值見表3-1;其余符號意義同(3-2)式。海曾-威廉粗糙系數C值表3-1管道材料C管道材料塑料管新鑄鐵管、涂瀝青或水泥的鑄鐵管石棉水泥管使用5年的鑄鐵管、焊接鋼管混凝土管、焊接鋼管、木管使用10年的鑄鐵管、焊接鋼管水泥襯里管使用20年的鑄鐵管陶土管使用30年的鑄鐵管將式(3-7)代入式(3-2)得：(3)柯爾勃洛克-懷特公式柯爾勃洛克-懷特公式適用于各種紊流：e—管壁當量粗糙度，m,由實驗確定，常用管材的e值見表3-2。該式適用范圍廣，是計算精度最高的公式之一，但運算較復雜，為便于應用，可簡化為直接計算的形式：管渠材料光滑平均粗糙玻璃0鋼、PVC或AC有覆蓋的鋼鍍鋅鋼管、陶土管鑄鐵管或水泥襯里預應力混凝土管或木管鉚接鋼管36臟的污水管道或結瘤的給水主管線6毛砌石頭或土渠(4)巴甫洛夫斯基公式y=2.5√n,-0.13-0.75√R(Jn,-將(3-11)式代入(3-2)式得：表3-3管渠材料管渠材料n鑄鐵管、陶土管漿砌磚渠道混凝土管、鋼筋混凝土管漿砌塊石渠道水泥砂漿抹面渠道干砌塊石渠道石棉水泥管、鋼管土明渠(帶或不帶草皮)(5)曼寧(Manning)公式n—粗糙系數，與(3-12)式中n?相同，見表3-3。將(3-13)式代入(3-1)得：二、局部水頭損失計算局部水頭損失用下式計算：3—局部阻力系數，見表3-4。根據經驗，室外給水排水管網中的局部水頭損失一般不超過沿程水頭損失的5%,因和沿程水頭損失相比很小，所以在管網水力計算中，常忽略局部水頭損失的影響，不會造成大的計算誤差。配件、附件或設施3配件、附件或設施3全開閘閥90°彎頭50%開啟閘閥45°彎頭截止閥三通轉彎全開蝶閥三通直流第三節無壓圓管的水力計算所謂無壓圓管，是指非滿流的圓形管道。在環境工程和給及無壓涵管中的流動等。這是因為它們既是水力最優斷面，又具有制作方便、受力性能好等特點。由于這類管道內的流動都具有自由液面，所以常用明渠均勻流的基本公式對其進行計算。圓形斷面無壓均勻流的過水斷面如圖3-1所示。設其管徑為d水深為h,定義,α稱為充滿度，所對應的圓心角θ稱為充滿角。由幾何關系可得各水力要素過水斷面面積：為便于計算，表3-5列出不同充滿度時圓形管道過水斷面面積A和水力半徑R的值。不同充滿度時圓形管道過水斷面積A和水力半徑R的值(表中d以m計)表3-5充滿度α過水斷面積A(m2)水力半徑(R)充滿度α過水斷面積A(m2)水力半徑(R)dddddddddddddddddd為了避免上述各式繁復的數學運算，在實際工作中，常用預先制作好的圖表來進行計算，(見《給水排水設計手冊》)。下面介紹計算圖表的制作及其使用方法。為了使圖表在應用上更具有普遍意義，能適用于不同管徑、不同粗糙系數的情況，特引入一些無量綱數來表示圖形的坐標。分別表示滿流時的流量、流速、謝才系數、水力半徑；以Q、vC、R分別表示不同充滿度時的流量、流速、謝才系數、水力半徑。令：根據式(3-21)和式(3-22),只要有一個α值，就可求得對應的A和B值。根據它們的關系即可繪制出關系曲線，如圖3-2所示。a=h/dA=f?/(a)B=f?/(a)d從圖3-2中可看出：1.087倍；1.16倍。加得更多，以致水力半徑R相比之下反而降低，所以過流量有所減少。在進行無壓管道的水力計算時，還要遵從一些有關規定。《室外排水設計規范》GB50101-2005中規定：(2)雨水管道和合流管道應按滿管流計算：[解]管徑d=600mm的污水管最大設計充滿度;由表3-5查A=0.6319d2=0.6319×0.62=0.2R=0.3017d=0.3017×0.6v=C√Ri=53.722×√0.181×0.0024=在水深h=0.7m時的流量Q和流速v。[解]根據圖3-2計算。首先計算滿流時的流量Qo和流速vo。v?=C?√Ri=61.1×√0.25×0.0由圖3-2查得，當α=0.7時，A=0.84,B=1.12,所以：流體具有自由表面，其重力作用下沿管渠的流動稱為非滿流。因為在自由水面上各點的非滿流管渠水力計算的目的，在于確定管渠的流量、流速、斷面尺寸、充滿度、坡度之間的水力關系。一、非滿流管渠水力計算公式非滿流管渠內的水流狀態基本上都處于阻力平方區，接近于均勻流，所以，在非滿流管渠的水力計算中一般都采用均勻流公式，其形式為：式(3-23)、(3-24)中的謝才系數C如采用曼寧公式計算，則可分別寫成：R—水力半徑(過水斷面積A與濕周x的比值：C—謝才系數或稱流速系數；n—粗糙系數。式(3-25)、(3-26)為非滿流管渠水力計算的基本公式。粗糙系數n的大小綜合反映了管渠壁面對水流阻力的大小，是管渠水力計算中的主要因素之一。管渠的粗糙系數n不僅與管渠表面材料有關，同時還和施工質量以及管渠修成以后的運行管理情況等因素有關。因而，粗糙系數n的確定要慎重。在實踐中，n值如選得偏大，即設于實際流速大于設計流速，還可能會引起管渠沖刷。反之，如n選得偏小，則過水能力就達不到設計要求，而且因實際流速小于設計流速，還會造成管渠淤積。通常所采用的各種管渠的粗糙系數見表3-3,或參照有關規范和設計手冊。二、非滿流管渠水力計算方法在非滿流管渠水力計算的基本公式中，有q、d、h、i和v共五個變量，已知其中任意三個，就可以求出另外兩個。由于計算公式的形式很復雜，所水力計算要繁雜得多，特別是在已知流量、流速等參數求其充滿度時，需要解非線性方程，手工計算非常困難。為此，必須找到手工計算的簡化方法。常用簡化計算方法如下：應用非滿流管渠水力計算的基本公式(3-25)和(3-26),制成相應的水力計算圖表，將水力計算過程簡化為查圖表的過程。這是《室外排水工程設計規范》和《給水排水設計手水力計算圖適用于混凝土及鋼筋混凝土管道，其粗糙系數n=0.014(也可制成不同粗糙系數的圖表)。每張圖適用于一個指定的管徑。圖上的縱座標表示坡度i,即是設計管道的管底坡度，橫座標表示流量Q,圖中的曲線分別表示流量、坡度、流速和充滿度間的關系。中任意兩個，就可由圖查出另外兩個。參見附錄8-1、設計手冊或其他有關書籍，這里不詳細介紹。假設：同一條滿流管道與待計算的非滿流管道具有相同的管徑d和水力坡度i,其過水斷面面積為Aa,水力半徑為Ro,通過流量為Q?,流速為vo。滿流管渠的Ao、R?、Q?、vo與非滿流時相應的A、R、Q、v存在一定的比例關系，且隨充滿度α=h/d的變化而變化。為方便計算，可根據上述關系預先制作成圖3-2和表3-5,供水力計算時采用，具體計築龍綢就資下蒙就在筑龍同為了計算方便，在給水排水管網水力計算過程化成為一種較簡單的形式。如多條管道串聯或并聯工作時，可以將其等效為單條管道；管道沿線分散的出流或者入流可以等效轉換為集中的出流或入流；泵站多臺水泵并聯工作可以等效為單臺水泵等。水力等效簡化原則是：經過簡化后，等效的管網對象與原來的實際對象具有相同的水力當兩條或兩條以上管道串聯使用時，設它們的長度和直徑分別為11,1?,…,1和d?,d?,…,dn。如圖3-3所示，則可以將它們等效為一條直徑為d,長度為1=1?+l?+…+I的管道。根據水力等效原則有：2.并聯當兩條或兩條以上管道并聯使用時，各并聯管道的長度1相等，設它們的直徑和流量分別為：如圖3-4所示，可以將它們等效為一條直徑為d長度為1的管道，輸送流量為：qq根據水力等效原則和式(3.27),有：當并聯管道直徑相同，即d?=d?=……=dx=d,時，則有：[例3-3]兩條相同直徑管道并聯使用，管徑分別為DN200、300、400、500、600、700、800、900、1000和1200mm,試計算等效管道直徑。計算結果見表3-6,如兩條DN500mm管道并聯，其等效管道直徑為：表3-6雙管并聯管道直徑y=0,代入上式得α=√1/3=0.57,而在管網起端的管道，轉輸流量遠大于沿線流量，y→0,流量折算系數α→0.50。由此表明，管道沿線出流的流量可以近似地一分為二，轉移到兩個端點上，由此造成的計算誤差在工程上是允許的。三、局部水頭損失計算的簡化在一些特殊情況下，局部水頭損失必須進行計算。為了簡化計算，可以將局部水頭損失等效于一定長度的管道(稱為當量管道長度)的沿程水頭損失，從而可以與沿程水頭損失合并計算。設某管道直徑為d,管道上的局部阻力設施的阻力系數為3,令其局部水頭損失與當量管道長度的沿程水頭損失相等，則有：[例3-4]已知某管道直徑d=800mm,管壁粗糙系數n=0.0013,管道上有2個4[解]查表3-4,該管道上總的局部阻力系數：采用曼寧公式計算謝才系數：求得當量管道長度為：就資科下裝在筑龍同第四章給水管道設計用水量1、設計用水量組成2、用水量變化3、用水量計算城市用水量計算是給水系統規劃和設計的主要內容之一，是決定給水系統中水資源的利用量、取水、水處理、泵站和管網等設施的工程建設規模和投資額的基本依據。設計用水量通常由下列各項組成：(1)綜合生活用水，包括居民生活用水和公共建筑及設施用水。前者指城市中居民的飲用、烹調、洗滌、沖廁、洗澡等日常生活用水，后者則包括娛樂場所、賓館、浴室、商業、學校和機關辦公樓等用水；(2)工業企業生產用水和職工生活用水；(3)消防用水；(4)澆灑道路和綠地用水等市政用水；(5)管網漏失水量及未預計水量。在確定設計用水量時，應根據各種供水對象的使用要求及發展規劃和現行用水定額，計算出相應的用水量，最后加以綜合作為設計的依據。用水量定額是指不同的用水對象在設計年限內達到的用水水平。一、生活用水定額生活用水定額指每人、每天的用水量，以L/(Cap·d)計。影響生活用水定額的因素很多，如當地的水資源和氣候條件、人民的生活水平、生活習慣、收費標準及辦法、管理水平、水質和水壓等因素有關。1.居民生活用水定額和綜合生活用水定額設計時應根據當地國民經濟、城市發展規劃和水資源充沛程度，在現有用水定額基礎上，結合給水專業規劃和給水工程發展條件綜合分析確定。如缺乏實際用水資料，則居民生活用水定額和綜合生活用水定額可參照現行《室外給水設計規范》的規定。2.公共建筑用水定額可參照現行《建筑給水排水設計規范》的規定。3.工業企業職工生活及淋浴用水定額築龍綢工業企業職工生活及淋浴用水定額是指工業企業職工在從事生產活動時所消費的生活及淋浴用水量，以L/(Cap·班)計，設計時可按《工業企業設計衛生標準》的規定。工作人員生活用水量應根據車間性質決定，一般車間采用每人每班25L,高溫車間采用每人每班35L。職工淋浴用水定額與車間特征有關，淋浴時間在下班后一小時內進行，二、工業企業生產用水定額工業生產用水一般是指工業企業在生產過程中的用水，包括直接冷卻水、工藝用水(產品用水、洗滌用水、直接冷卻水、鍋爐用水)、空調用水等方面。工業企業生產用水定額通常采用以下三種表示方法：①以萬元產值用水量表示。②按單位產品用水量表示。③按每臺設備每天用水量表示。可參照有關工業用水量定額。生產用水量通常由企業的工藝部門提供。在缺乏資料時，可參考同類型企業用水指標。在估計工業企業生產用水量時，應按當地水源條件、工業發展情況、工業生產水平，預估將來可能達到的重復利用率。三、消防用水定額消防用水量、水壓和火災延續時間等，應按照現行的《建筑設計防火規范》及《高層民用建筑設計防火規范》等執行。澆灑道路和綠化用水量應根據路面種類、綠化面積、氣候和土壤等條件確定。澆灑道路用水量一般為每平方米路面每次1.0~2.0L,每日2~3次。大面積綠化用水量可采用1.第二節用水量變化用水量變化規律可以用變化系數或變化曲線表示，為了計算給水系統各組成部分的設計流量，必須給出最高日用水量的變化規律。一、變化系數的基本概念室外給水工程系統設計只需要考慮日與日、時與時之間的差別，即逐日逐時用水量變化情況。為了反映用水量逐日逐時的變化幅度大小，在給水工程中，引入了兩個重要的特征系數：日變化系數和時變化系數。在一年中，每天用水量的變化可以用日變化系數表示，即最高日用水量與平均日用水或2.時變化系數或式中在缺乏實際用水資料情況下，最高日城市綜合用水的時變化系數K?宜采用1.3~1.6,Ka,根據給水區的地理位置、氣候、生活習慣和室內給水排水設施完善程度，其值二、用水量變化曲線在設計給水系統時，除了求出設計年限內最高日用水量和最高日的最高一小時用水量外，還應知道24h時間(h)第三節用水量計算(2)工業企業職工的生活用水和淋浴用水量Q?計算2.工業企業生產用水量Q?計算式中q?,-各工業企業最高日生產用水量定額，m3/萬元、m3/產品單位或m3/(生產設備N?,一各工業企業產值，萬元/d,或產量，產品單位/d,或生產設備數量，生產設n-各工業企業生產用水重復利用率。3.市政用水量計算Q?計算除上述各種用水量外，未預見水量及管網漏失水量，一般按上述各項用水量之和的1.最高日平均時用水量為：2.最高日最高時設計用水量為：或式中k?-時變化系數；由于各種用水的最高時用水量并不一定同時發生，因此不能簡單將其疊加，一般是通過編制整個給水區域的逐時用水量計算表，從中求出各種用水按各自用水規律合并后的最高時用水量或時變化系數Kn,作為設計依據。三、消防用水量計算由于消防用水量是偶然發生的，不累計到設計總用水量中，所以消防用水量Q、僅作為給Q=Nq式中N、qx-分別為同時發生火災次數和一次滅火用水量，按國家現行《建筑設計防火規范》的規定確定。第五章給水系統的工作工況本章內容：1、給水系統的流量關系2、給水系統的水壓關系本章難點：清水池和水塔容積計算給水系統是由功能互不相同而且又彼此密切聯系的各組成部分連接而成，它們必須共同工作滿足用戶對給水的要求。因此，需從整體上對給水系統各組成部分的工作特點和它們在流量、壓力方面的關系進行分析，以便確定各構筑物、管道和設備的設計或運行參數。第一節給水系統的流量關系為了保證供水的可靠性，給水系統中所有構筑物都應以最高日設計用水量Q為基礎進行設計計算。但是，給水系統中各組成部分的工作特點不同，其設計流量也不同。一、取水構筑物、一級泵站和給水處理構筑物取水構筑物、一級泵站和水廠是連續、均勻地運行。原因是：①從水廠運行角度，流量流量將會比最高時流量有較大的降低，同時又能滿足最高日供水要求，這樣，取水和水處理系統的各項構筑物尺寸、設備容量及連接管直徑等都可以最大限度地縮小，從而降低工程造價。取水和水處理工程的各項構筑物、設備及其連接管道，以最高日平均時設計用水量加上水廠的自用水量作為設計流量，即：式中α-考慮水廠本身用水量系數，以供沉淀池排泥、濾池沖洗等用水。其值取決于水處理工藝、構筑物類型及原水水質等因素，一般在1.05～1.10之間；T一每日工作小時數。水處理構筑物不宜間歇工作，一般按24均勻工作考慮，只有夜間用水量很小的縣鎮、農村等才考慮一班或兩班制運轉。取用地下水若僅需在進入管網前消毒而無需其他處理時，一級泵站可直接將井水輸入管網，但為提高水泵的效率和延長井的使用年限，一般先將和式(5-1)不同的是，水廠本身用水量系數α為1。二、二級泵站就資科下蒙就在筑洞二級泵站的工作情況與管網中是否設置流量調節構筑物(水塔或高地水池等)有關。當管網中無流量調節構筑物時，任一小時的二級泵站供水量應等于用水量。這種情況下，二級泵站最大供水流量，應等于最高日最高時設計用水量；為使二級泵站在任何時候既能保證安全供水，又能在高效率下經濟運轉，設計二級泵站時，應根據用水量變化曲線選用多臺大小搭配的水泵(或采用改變水泵轉速的方式調節水泵裝置的工況)來適應用水量變化。實際運換成小泵(或降低水泵轉速);反之，應增開水泵或小泵換成大泵(或提高水泵轉速)。水泵切換(或改變轉速)均可自動控制。這種供水方式，完全通過二級泵站的工況調節來適應用水量的變化，使二級泵站供水曲線符合用戶用水曲線。目前，大中城市一般不設水塔，均采用此種供水方式。當管網內設有水塔或高地水池時，二級泵站分級供水。二級泵站的設計供水線應根據用水量變化曲線擬定。擬定時應注意以下幾點：①泵站各級供水線盡量接近的調節容積，但從泵站運轉管理的角度來說，分級數又不宜過多，一般不應多于3~5級。②分級供水時，應注意每級能否選到合適的水泵，以及水泵機組的合理搭配，并盡可能滿足目前和今后一段時間內用水量增長的需要。管網內設有水塔或高地水池時，由于它們能調節水泵供水和用水之間的流量差，因此二級泵站每小時的供水量可以不等于用水量。三、輸水管和配水管網輸水管和配水管網的計算流量均應按輸配水系統在最高日最高用水時工作情況確定，并與管網中有無水塔(或高地水池)及其在管網中的位置有關。當管網中無水塔時，泵站到管網的輸水管和配水管網都應以最高日最高時設計用水量Q,作為設計流量。管網起端設水塔時(網前水塔),泵站到水塔的輸水管直徑應按泵站分級工作的最大一級供水流量計算，水塔到管網的輸水管和配水管網仍按最高時用水量Q,計算。管網末端設水塔時(對置水塔或網后水塔),因最高時用水量必須從二級泵站和水塔同時向管網供水，泵站到管網的輸水管以泵站分級工作的最大一級供水流量作為設計流量，水塔到管網的輸水管流量按照水塔輸入管網的流量進行計算。類似于對置水塔。這兩種情況下的設計流量確定問題可參見前文所述。2.清水池的流量調節清水池和水塔的調節容積的計算，通常采用兩種方法：一種是根據2.4h供水量和用水用水量的10%~20%估算。水塔的調節容積，可按最高日用水量的2.5%～6%估算，城市用水量大時取低值。工業用水可按生產上的要求(調度、事故和消防)確定水塔調節容積。當有城市24小時的用水量變化的詳細資料時，清水池和水塔的調節容積可按連續相加法等方法進行計算水塔和清水池的調節容積計算見表5-1。表5-1時間用水量二級泵站供水量(%)一級泵站供水量(%)清水池調節容積(%)水塔調節無水塔時有水塔時累計清水池中除了貯存調節用水以外，還存放消防用水和水廠生產用水，因此，清水池有效容積等于：W?一水廠沖洗濾池和沉淀池排泥等生產用水，等于最高日用水量的5%~10%;W?-安全貯水量。清水池有效容積按上式計算時，尚需復核必要的消毒接觸時間(消毒時間不低于30分鐘)。清水池的個數一般不少于兩個，并能單獨工作和分別放空。如有特殊措施能保證供水要水塔除了貯存調節用水量以外，還需貯存室內消防用水量。因此，水塔設計有效容積為：式中w?一調節容積，m3;二、清水池和水塔的構造1.清水池的構造一般當水池容積小于2500m3時，以圓形較為經濟，大于2500m3以矩形較為經濟。圖5-2圓形鋼筋混凝土水池個清水池時，水廠應設超越管繞過清水池，以便清洗時仍可供水。2.水塔的構造鋼筋混凝土水塔主要由水柜(或水箱)、塔架、管道和基礎組成。(1)水柜(或水箱)(4)基礎第三節給水系統的水壓關系壓，即從地面算起的水壓。城市給水管網需保持最小的自由水壓為：1層10m,2層12m,2層以上每層增加4m。水泵揚程H,等于靜揚程和水頭損失之和：H,=Hs?+∑h水頭損失所以一級泵站的揚程為(圖5-3):H,=H?+h+hh一由最高日平均時供水量加水廠自用水量確定的吸水管路水頭損失，m;ha-由最高日平均時供水量加水廠自用水量確定的壓水管和泵站到絮凝池管線中的水1.無水塔管網築龍綢圖5-4無水塔管網的水壓線(又稱最不利點),用以控制整個供水系統的水壓，只要該點的壓力在最高用水量時可以達到最小服務水頭的要求，整個管網就不會存在低水壓區。該點對供水系統起點(泵站或的供水壓力要求最高，這一特征是判斷某點是不是控制點的基本準則。正確地分析確定系統的控制點非常重要，它是正確進行給水系統水壓分析的關鍵。一般情況下，控制點通常在系統的下列地點：(1)地形最高點；(2)距離供水起點最遠點；(3)要求自由水壓最高點。當然，若系統中某一地點能同時滿足上述條件，這一地點一定是控制點，但實際工程中，往往不是這樣，多數情況下只具備其中的一個或兩個條件，這時需選出幾個可能的地點通過分析比較才能確定。另外，選擇控制點時，應排除個別對水壓要求很高的特殊用戶(如高層建筑、工廠等),這些用戶對水壓的要求應自行加壓解決，對于同一管網系統，各種工況(最高時、消防時、最不利管段損壞時、最大轉輸時等)的控制點往往不是同一地點，需根據具體情況正確選定。水頭損失包括吸水管、壓水管、輸水管和管網等水頭損失之和。故無水塔時二級泵站揚式中Z.-管網控制點c的地面標高和清水池最低水位的高程差，m;h,-吸水管中的水頭損失，m;hg,h和h,都應按水泵最高時供水量計算。2.網前(前置)水塔管網對于網前(前置)水塔，當泵站供水量大于管網中用戶用水量時，多余的水量通過輸水管送至水塔中貯存，而在最高用水時，由泵站和水塔聯合向管網中用戶供水以滿足水量的需求。網前(前置)水塔的水壓線見圖5-5,由圖中的水壓關系，最高用水時的水壓平衡關系為：H-控制點要求的自由水壓，m;故水塔高度計算公式為：H,=H.+h,-(Z,-Z)從式5-9可以看出，建造水塔處的地面標高Z,越高，則水塔高度H,越低，造價越低，當圖5-5網前水塔管網的水壓線3.網后(對置)水塔管網對置水塔的給水系統。如圖5-6所示的對置水塔系統，可能有兩種工作情況：圖5-6對置水塔管網的水壓線(1)在最高用水量時，管網用水由泵站和水塔同時供給，兩者各有自己的給水區，在給水區分界線上，水壓最低。水泵揚程可按無水塔管網的計算公式(式5-7)進行計算，水塔高度的計算公式可按網前水塔的計算公式(式5-9)進行計算。(2)在一天內有若干小時因二級泵站供水量大于用水量，多余的水通過管網轉輸入水塔貯存，一般取最大一小時的轉輸流量作為管網設計校核的依據。最大轉輸時水泵揚程的計算公式為：H,'=Z,+H,+H?+h'+h'+h,'h,'hh,-最大轉輸時吸水管、輸水管和管網中水頭損失，m。h',h'和h,'都應按最大轉輸流量計算。這時需校核根據最高用水量確定的水泵揚程H,能否滿足最大轉輸時水泵揚程H,'。三、消防時的水壓關系二級泵站的揚程除了滿足最高用水的水壓外，還應滿足消防流量時的水壓要求。消防時管網通過的總流量按最高時設計用水量加消防流量(Q+Qx),管網的自由水壓值應保證不低于10mH?O進行核算，以確定按最高用水時確定的管徑和水泵揚程是否能適應這一工作情況的需要。根據兩種揚程的差別大小，有時需在泵站內設置專用的消防泵，或放大管網中個別管段的管徑以減少水頭損失而不用設專用消防泵。(一)教學要求1、了解相關的基本概念；2、熟練掌握給水管網的設計計算方法和步驟；(二)教學內容1、沿線流量和節點流量計算2、管段流量分配3、初擬管徑4、平差計算5、泵站揚程與水塔高度設計；6、管網校核；(三)重點：沿線流量和節點流量計算，環狀管網設計計算的理論、步驟及平差方法和管網第1節管段設計流量計算確定各管段的設計流量的目的，在于依此來選定管徑，進行管網水力計算。但要確定各管段的計算流量，需首先確定各管段的沿線流量和節點流量。一、管網圖形的簡化(一)簡化目的及原則在管網計算中，城市管網的現狀核算及舊管網的擴建計算最為常見。由于給水管線遍布在街道新設計的管網，因定線和計算僅限于干管網的情況外，對城鎮管網的現狀核算以及管網的擴建或改建往往需要將實際的管網加以簡化，保留主要的干管，略去一些次要的、水力條件影響較小的管線，使簡化后的管網基本上能反映實際用水情況，大大減輕計算工作量。通常管網越簡化，計算工作量(二)簡化方法在進行管網簡化時，應先對實際管網的管線情況進行充分了解和分析，然后采用分解、合并、省略等方法進行簡化。1.分解只有一條管線連接的兩個管網，可以把連接管線斷開，分解成為兩個獨立的管網；有兩條管線連接的分支管網，若其位于管網的末端且連接管線的流向和流量可以確定時，也可以進行分解；管網分解后即可分別計算。管徑較小、相互平行且靠近的管線可考慮合并。如管線交叉點很近時，可以將其合并為同一交阻力，管線交叉處往往用兩個三通代替四通(實際工程中很少使用四通),不必將兩個三築龍綱管線省略時，首先略去水力條件影響較小的管線，即省略管網中管徑相對較小的管線。管線省略后的計算結果是偏于安全的，但是由于流量集中，管徑增大，并不經濟。學校、醫院、賓館等大用戶，其用水流量稱為集中情況如圖6-3所示。從圖中可以看出，干管除供沿線兩旁為數較多的居民生活用水q?'、q?'、q?'等外，還要供給分配管流量q?、q?、q3等，還有可能給少數大用水戶供應集中流量Qi、Q?、Q?等。由于要。所以，為了計算方便，常采用簡化法——比流量法，即假定小用水戶的流量均勻分布在全部干管上。比流量法有長度比流量和面積比流量兩種。(一)長度比流量所謂長度比流量法是假定沿線流量qi'、qz'……均勻分布在全部配水干管上，則管線單位長度上的配水流量稱為長度比流量，記為qs[L/(s·m)]。q可按下式計算：∑L——-管網配水干管總計算長度，m;單側配水的管段(如沿河岸等地段敷設的只有一側供水條件下的比流量(如在最高用水時、消防時、最大轉輸時的比流量)長度比流量按用水量全部均勻分布在干管上的假定來求比流量，忽視了沿管線供水人數和用水量的差別，存在一定的缺陷。因此計算出來的配水量可能和實際配水量假定沿線流量qi'、q?'……均勻分布在整個供水面積上，則單位面積上的配水流築龍綢干管每一管段所負擔的供水面積可按分角線或對角線的方法進行劃分，如圖6-4所示。在街圖6-4管距離大致相同的管網，用長度比流量法計算較為簡便。管網中任一管段的流量，包括兩部分：一部分是沿本管段均勻泄出供給各用戶的沿線流量qy,流為均勻流，既以變化的沿線流量折算為管段兩端節點流出的流量，即節點流量。全管段引用一個不變的流量，稱為折算流量，記為qf,使它產生的水頭損失與實際上沿線變化的流量產生的即管網中任一節點的節點流量q;等于與該節點相連各管段的沿線流量總和的一半。當整個給水區域內管網的比流量qc或qmb相同時，由式(6-4)、(6-5)可得節點流量計算式(6-7)的另一種表達形式：城市管網中，工企業等大用戶所需流量，可直接作為接入內的生產用水管網，水量大的車間用水量也可直接作為節點流量。這樣，管網圖上各節點的流量包括由沿線流量折算的節點流量和大用戶的集中流量。大用戶管網計算圖的各節點旁引出細實線箭頭，并在箭頭的前端注明該節點總流量的大小。iQ;——各節點的集中流量，L/s;四舍五入造成),可以直接調整某些項集中流量和節點流量，使流量達到平衡。[例題6-1]某城鎮最高時總用水量為284.7L/s,其中集中供應工業用水量為189.2L/s。干管各管段編號及長度如圖6-6所示，管段4-5、1-2及2-3為單側配水，其余為兩側配水。試求：(1)干管的比流量；(2)各管段的沿線流量；(3)各節點流量。泵泵站63[解]按長度比流量法計算。1.配水干管計算長度：因二泵站～4為輸水管，不參與配水，其計算長度為零，4~5、1~2、2~3管段為單側配水，其計算長度按實際長度的一半計入，其余均為雙側配水管段，均按實際長度計∑L=0.5×756m×3+756m+2.配水干管比流量：3.沿線流量：管段1-2的沿線流量為：各管段的沿線流量計算見表6-1。管段編號管段長度管段計算長度比流量沿線流量合計 一如節點5的節點流量為：各節點的節點流量計算見表6-2。表6-2節點連接管段節點流量集中流量節點總流量12—34—56 一合計 一14泵站6量也加于相應的節點上，則所有節點流量的總和，便是由二級泵站送來的總流量，(即總供水量)。按照質量守恒原理，每一節點必須滿足節點流量平衡條件：流入任一節點的流量必須等于流出該節點的流量，即流進等于流出。若規定流入節點的流量為負，流出節點為正，則上述平衡條件可表示為：qi—-連接在節點i上的各管段流量，L/s。依據式(6-11),用二級泵站送來的總流量沿各節點進行流量分配，所得出的各管段所通在單水源枝狀管網中，各管段的計算流量容易確定。從配水源(泵站或水塔等)供水到各節點只能沿一條管路通道，即管網中每一管段的水流方向和計算流量都是確定的。每一管段的計算流量等于該管段后面(順水流方向)所有節點流量和大用戶集中用水量之和。因此，對于枝狀管網，若任一管段發生事故，該管段以后地區就會斷水。如圖6-8所示的一枝狀管網，部分管段的計算流量為：q4~5=qs;q?-10=q10;對于環狀管網，各管段的計算流量不是唯一確定的。配水干管相互連接環通，環路中每一用戶所需水量可以沿兩條或兩條以上的管路供給，各環內每條配水管段的水流方向和流量值都是不確定的。如圖6-9中的1節點，圖中流入節點1的流量只有qo~1=Q(泵站供水流量),流出節點19對于節點1來說，流入管網的總流量Q和節點流量q?是已知的，但各管段的流量q?~2、q?~5、q?~7可以有不同的分配方法，也就是有不同的管段流量。為了確定各管段的計算流量，需人為地假定各管段的流量分配值稱為流量預分配，以此確定經濟管徑。在環狀管網流量預分配時，不僅要考慮經濟性(即一定年限內管網的工程總造價和管理費用最小),而且還要考慮可靠性問題(指能夠不間斷地向用戶供水，并保證應有的水量、水壓和水質),做到經濟性和2.參照管網主要流向擬定各管段的水流方向，使水流沿最近路線輸水到大用戶和邊遠3.根據管網中各管線的地位和功能來分配流量。盡量使平行的主要干管分配相近的流接管，主要是溝通平行干管之間的流量，有時起輸水作用，有時只是就近供水到用戶，平時4.分配流量時應滿足節點流量平衡條件，即在每個節點上滿足q,+∑q,=0。對于多水源管網，會出現由兩個或兩個以上水源同時供水的節點，這樣的節點叫供水分界點；各供水分界點的連線即為供水分界線；各水源供水流量應等于該水源供水范圍內的全部節點流量加上分界線上由該水源供給的那部分節點流量之和。因此，流量分配時，應首先按每一水源的供水量確定大致的供水范圍，初步劃定供水分界線，然后從各水源開始，向供水分界方向逐節點進行流量分配。環狀管網流量分配后得出的是各管段的計算流量，由此流量即可確定管徑，計算水頭損失，但環狀管網各管段計算流量的最后數值必須由平差計算結果來定出。確定管網中每一管段的直徑是輸水和配水系統設計計算的主要課題之一。管段的直徑應按分配后的流量確定。定流速。為了防止管網因水錘現象而損壞，在技術上最大設計流速限定在2.5～3.0m/s范圍內；在輸送渾濁的原水時，為了避免水中懸浮物質在水管內沉積，最低流速通常應大于0.60m的經濟條件，考慮管網的造價和經營管理費用，來選定合適的流速。就會減小，相應的管網造價便可降低，但水頭損失明顯增加，所需的水泵揚程將增大，從而使經營管理費(主要指電費)增大，同時流速過大，管內壓力高，因水錘現象引起的破壞作用也隨電費，使經營管理費降低。因此，管網造價和經營管理費(主要指電費)這兩項經濟因素是決定流速的關鍵。求一定年限t(稱為投資償還期)內，管網造價和經營管理費用之和為最小的流速，稱為經濟流速),以此來確定的管徑，稱為經濟管徑。若管網造價為C,每年的經營管理費用為M,包括電費M?和折舊、大修費M?,因M?和管網造價有關，故可按管網造價的百分數計，表示為p%C,那么在投資償還期t年內，,總費式中p——管網的折舊和大修率，以管網造價的百分比計。式(6-13)除以投資償還期t,則得年折算費用W:;總費用W曲線的最低點表示管網造價和經營管理費用之和為最小時的流速稱為經濟流速u。C能直接套用其他城市的數據。另外，管網中各管段的經濟流速也不一樣，須隨管網應用“界限流量表”確定經濟管徑。管徑界限流量管徑界限流量平均經濟流速表6-4管徑/mm在使用各地區提供的經濟流速或按平均經濟流速確定管網管徑時，需考慮以一-1)一般大管徑可取較大的經濟流速，小管徑可取較小的經濟流速；築龍綱2)首先定出管網所采用的最小管徑(由消防流量確定),按Ue確定的管徑小于5)管線造價(含管材價格、施工費用等)較高而電價相對較低時，取較大的經濟流速，第三節環狀管網計算的理論(1)連續性方程(又稱節點流量平衡條件)即對任一節點來說，流入該節點的流量必須若規定流出節點的流量為正，流入節點的流量為負，則任一節點的流量代數和等于零。如圖6-13,由并聯管路的基本公式可知，節點1至節點4之間均有下列關系成立：式中h~2-4管線1～2~4的水頭損失；h~3~4——管線1~3～4的水頭損失；H:、H?---—-分別為節點1和節點4的水壓標高值或測壓管水頭值(每2另由串聯管路的基本公式，得：2.環狀管網計算的基本方法和原理環狀管網計算時，節點流量、管段長度、管徑和阻力系管段的流量和水頭損失(或節點水壓)。求解時可采用解環方程組、解節點方程組和解管段方程組等3種方法。(1)解環方程組法(2)解節點方程組法(3)解管段方程組法三、環狀管網平差方法1.哈代一克羅斯法最早和應用廣泛的管網分析方法有哈代一克羅斯法和洛巴切夫，即每環中各管段的流量用△q修正的方法。現以圖6-14為例加以說明，各參數的符號仍規定：順時針方向為正，逆時針方向為負。管徑，計算出各管段的水頭損失h,和各環的水頭損失代數和Zh,,一般Zh,=△h≠0,不滿足水頭損失平衡條件，須引入校正流量△q以減小閉合差。校正流量可按下式估算確定：式中△q--—環路k的校正流量，L/s;Zs,|a.|—環路k內各管段的摩阻s=α,I,與相應管段流量q,的絕對值乘積之總環路k的各管段的水頭損失h,與相應管段流量q;之比的絕對值乘積之總(2)由計算各管段的水頭損失為負，計算該環內各管段的水頭損失代數和Zh°,如Zh,≠0,其差值即為第一次閉合差如△h?>0,說明順時針方向各管段中初步分配的流量多了些，逆時針方向管段中分配方向管段中分配的流量多了些。(4)計算每環內各管段的,按式(6-16)求出校正流量。如閉合差為正，校正流量(5)設圖上的校正流量△q符號以順時針方向為正，逆時針方向為負，凡是流向和校正的影響。+第四節、管網水力計算一、枝狀管網水力計算枝狀管網中的計算比較簡單，因為水從供水起點到任一節點的水流路線只有一個，每一管段也只有唯一確定的計算流量。因此，在枝狀管網計算中，應首先計算對供水經計算支管，此時支管起點及終點水壓均為已知，支管計算應按充分利用起端的現有水壓條件選定管徑，經濟流速不起主導作用，但需考慮技術上對流速的要求，若支管負擔消防任務，其管徑還應滿足消防要求。均與管網起點水壓未知時的支管相同。枝狀管網水力計算步驟：(1)按城鎮管網布置圖，繪制計算草圖，對節點和管段順序編號，并標明管段長度和節點地形標高。中流量也標注在相應節點上。(3)在管網計算草圖上，從距二級泵站最遠的管網末梢的節點開始，按照任一管段中的流量等于其下游所有節點流量之和的關系，逐個向二級泵站推算每個管段的流量。(4)確定管網的最不利點(控制點),選定泵房到控制點的管線為干線。有時控制點不明顯，可初選幾個點作為管網的控制點。(5)根據管段流量和經濟流速求出干線上各管段的管徑和水頭損失。(6)按控制點要求的最小服務水頭和從水泵到控制點管線的總水頭損失，求出水塔高度(8)根據管網各節點的壓力和地形標高，繪制等水壓線和自由水壓線圖。83%,時變化系數為1.6,要求達到的最小服務水頭為20m。管網布置見圖6-11。用水量較大的一工廠和一公共建筑集中流量分別為25.0L/s和17.4L/s,分別有管段3～4和7~856.0、56.1、55.7、56.0m。水塔處地面標高為57.4m,其他點的地形標高見表6-5,m8表6-5節點2367地形標高(m)1.計算節點流量1)最高日最高時流量：2)比流量：管段合計表6-7節點123 4—5—-—67-—--89—-合計由于各節點要求的自由水壓相同，根據地形和用水量情況，控制點選為節點9,干管定為1~2~6~9,其余為支管。3.編制干管和支管水力計算表格，見表6-8、6-9(1)、(2)、(3)、(4)項。表6-8標高/m管段管段長度流量管徑/流速水頭m標高906227185.確定各管段的計算流量即可得到各管段的計算流量：由9節點得q?-9=q?=12.67L/s由6節點得：q?-6=9?+96-9+q?+q?8=30.62L/s+12.67L/s+同理，可得其余各管段計算流量，計算結果分別列于表6-8、6-9中第(5)項。6.干管水力計算築龍綢(1)由各管段的計算流量，查鑄鐵管水力計算表，參照經濟流速，確定各管段的管的1000i及流速。管段6～9的計算流量12.67L/s,由鑄鐵管水力計算表查得：當管徑為125mm、150mm、200mm時，相應的流速分別1.04m/s、0.72m/s、0.40m/s。前已指出，當管徑D<400mm時，平均經濟流速為0.6～0.9m/s,所以管段6～9的管徑應確定為150mm,相應的1000i=7.20,u=0.73m/s。同理，可確定其余管段的管徑和相應的1000i和流速，其結果見表6-8中第(6)、(7)、(8)項。(2)根據h=i.L計算出各管段的水頭損失，即表6-8中第(9)項等于[同理，可計算出其余各管段的水頭損失，計算結果見表6-8中第(9)項。(3)計算干管各節點的水壓標高和自由水壓。因管段起端水壓標高H;和終端水壓標高H;于該管段的水頭損失hj存在下列關系：H,=H,+h,節點水壓標高H、自由水壓H?與該處地形標高Z存在下列關系：H?=H,-Z,由于控制點9節點要求的水壓標高為已知：H,=Z,+H?=56.0m+20m=76.0m因此，在本例中要從節點9開始，按式(6-12)和(5-13)逐個向供水起點推算：H?6=H?-Z?=80.32m-56.3m=24.02m同理，可得出干管上各節點的水壓標高和自由水壓。計算結果見表6-8中第(10)、(1由于干管上各節點的水壓已經確定，(見表6-8),即支管起點的水壓已定，因此支管各管段的經濟管徑選定必須滿足：從干管節點到該支管的控制點(常為支管的終點)的水頭損失之和應等于或小于干管上此節點的水壓標高與支管控制點所需的水壓標高之差。即按平均水力坡度確定管徑。但當支管由兩個或兩個以上管段串聯而成時，各管段水頭損失之和可有多種組合能滿足上述要求。現以支管6～7~8為例說明：首先計算支管6～7～8的平均允由q?~7=24.79L/s,查鑄鐵管水力計算表，參照允許1000i=4.4,得D?-7=200mm,相應的實際1000i=5.88,則：按式(6-13)、(6-14)計算7點得水壓標高和自由水壓：H,=H?-h?-7=8032n-2.06m=78.26m由節點7的水壓標高即可計算管段7-8的平均允許1000i為：D?8=200mm,相應的實際1000i=2.99,則：同理，可計算出節點8的水壓標高和自由水壓：H?=H,-h?=78.26m-2.09m=76.17mH?8=H?-Z?=76.17m-55.7m=20.47m按上述方法可計算出所有支管管段，計算結果見表6-9,圖6-12。4N50N503水塔8.4548.03-250450-2.94水塔8.459292566圖6-12枝狀管網計算表6-9段編號長度管段流量允許標高/m627682733335535428.確定水塔高度9.確定二級泵站所需的總揚程m,水塔水柜深度為4.5m,水泵至1點間的水頭損失為0.5m,則二級泵站所需總揚程為：Hp=Hsr+Zh+Zh,=57.4m+25.98m+4.5m-53.0二、環狀管網水力計算(一)、環狀管網水力計算步驟1.按城鎮管網布置圖，繪制計算草圖，對節點和管段順序編號，并標明管段長度和節點地形標高。2.按最高日最高時用水量計算節點流量，并在節點旁引出箭頭，注明節點流量。大