給水管網(wǎng)的設(shè)計(jì)計(jì)算課件

02一月20231第6章給水管網(wǎng)的設(shè)計(jì)計(jì)算18十二月20221第6章給水管網(wǎng)的設(shè)計(jì)計(jì)算設(shè)計(jì)計(jì)算步驟：①繪制計(jì)算草圖，對(duì)節(jié)點(diǎn)和管段順序編號(hào)，標(biāo)明管段長度和節(jié)點(diǎn)地形標(biāo)高（不要求）；②按最高日最高時(shí)計(jì)算比流量、沿線流量和節(jié)點(diǎn)流量；③對(duì)各管段擬定水流方向，進(jìn)行流量分配；④初步確定各管段的管徑和水頭損失；⑤進(jìn)行管網(wǎng)水力計(jì)算和技術(shù)經(jīng)濟(jì)計(jì)算（不要求）；⑥確定水塔高度和水泵揚(yáng)程；⑦根據(jù)管網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)的壓力和地形標(biāo)高，繪制等水壓線和自由水壓線圖（不要求）。設(shè)計(jì)計(jì)算步驟：6.2管網(wǎng)圖形及簡化管網(wǎng)計(jì)算中，城市管網(wǎng)現(xiàn)狀核算、現(xiàn)有管網(wǎng)擴(kuò)建計(jì)算最為常見。除新設(shè)計(jì)管網(wǎng)，定線和計(jì)算僅限于干管，對(duì)改建和擴(kuò)建管網(wǎng)往往適當(dāng)簡化，保留主要干管，略去次要、水力條件影響較小的管線。管網(wǎng)圖形簡化是在保證計(jì)算結(jié)果接近實(shí)際情況的前提下對(duì)管線進(jìn)行的簡化，這樣能減輕計(jì)算工作量。6.2管網(wǎng)圖形及簡化管段基環(huán)節(jié)點(diǎn)管線大環(huán)節(jié)點(diǎn)：有集中流量進(jìn)出、管道合并或分叉以及邊界條件發(fā)生變化的地點(diǎn)大環(huán)：包含兩個(gè)或兩個(gè)以上基環(huán)的環(huán)管段：兩個(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)之間的管道管線：順序相連的若干管段基環(huán)：不包含其它環(huán)的環(huán)環(huán)：起點(diǎn)與終點(diǎn)重合的管線管段基環(huán)節(jié)點(diǎn)管線大環(huán)節(jié)點(diǎn)：有集中流量進(jìn)出、管道合并或分叉以及管網(wǎng)圖形中每個(gè)節(jié)點(diǎn)通過一條或多條管段和其他節(jié)點(diǎn)相連接。如果舍去后，會(huì)破壞“圖”的連續(xù)性的管段，稱為聯(lián)系管段；會(huì)破壞“圖”的連續(xù)性的節(jié)點(diǎn)，稱為鉸點(diǎn)。鉸點(diǎn)聯(lián)系管段管網(wǎng)圖形中每個(gè)節(jié)點(diǎn)通過一條或多條管段和其他節(jié)點(diǎn)相連接

多水源管網(wǎng)，為計(jì)算方便，有時(shí)將兩個(gè)或多個(gè)水壓已定的水源節(jié)點(diǎn)（泵站、水塔等）用虛線和虛節(jié)點(diǎn)0連接起來，也形成環(huán)，因?qū)嶋H上并不存在，所以叫做虛環(huán)。多水源管網(wǎng)，為計(jì)算方便，有時(shí)將兩個(gè)或多個(gè)水壓已節(jié)點(diǎn)合并管段合并分解忽略管段合并：長度近似相等、彼此幾乎平行且相距很近的兩條管段計(jì)算時(shí)可合并。節(jié)點(diǎn)合并：距離很近的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)計(jì)算時(shí)可視為一個(gè)節(jié)點(diǎn)。分解：只有一條管段連接的兩個(gè)管網(wǎng)可分解成兩個(gè)管網(wǎng)；管網(wǎng)末端水流方向確定的部分可分開計(jì)算；環(huán)狀網(wǎng)上接出的樹狀網(wǎng)分開計(jì)算。忽略：管網(wǎng)中主要起聯(lián)絡(luò)作用的管段，由于正常運(yùn)行時(shí)流量很小，對(duì)水力條件影響很小，計(jì)算時(shí)可忽略。在保證計(jì)算結(jié)果接近實(shí)際情況的前提下，為方便計(jì)算可對(duì)管線進(jìn)行適度簡化。節(jié)點(diǎn)合并管段合并分解忽略管段合并：長度近似相等、彼此幾乎平行管網(wǎng)圖形及簡化經(jīng)分解、合并和省略等，管網(wǎng)由原來42個(gè)環(huán)減少到21環(huán)。管網(wǎng)圖形及簡化經(jīng)分解、合并和省略等，管網(wǎng)由原來42個(gè)環(huán)減少到6.3管段設(shè)計(jì)流量計(jì)算★管網(wǎng)計(jì)算時(shí)并不包括全部管線，而只計(jì)算經(jīng)過簡化后的干管網(wǎng)?！锔晒芫W(wǎng)的節(jié)點(diǎn)包括：

＊水源節(jié)點(diǎn)，如泵站、水塔或高位水池；

＊不同管徑或不同材質(zhì)的管線交接點(diǎn)；＊兩管段交點(diǎn)或集中向大用戶供水的點(diǎn)。★兩節(jié)點(diǎn)之間的管線稱為管段?！锕芏雾樞蜻B接形成管線。6.3管段設(shè)計(jì)流量計(jì)算★管網(wǎng)計(jì)算時(shí)并不包括全部管線，6.3.1沿線流量是指沿線分配給用戶的流量。工業(yè)企業(yè)給水管網(wǎng)，大量用水集中在少數(shù)車間，配水情況比較簡單。城市給水管網(wǎng)，沿管線配水，情況比較復(fù)雜。比流量法——假定小用水戶的流量沿線均勻分布。（1）長度比流量：為簡化計(jì)算而將除去大用戶集中流量以外的用水量均勻分配在全部有效干管長度上，由此計(jì)算的單位長度干管承擔(dān)的供水量。

城鎮(zhèn)中用水量標(biāo)準(zhǔn)不同的區(qū)域應(yīng)分別計(jì)算比流量。6.3.1沿線流量是指沿線分配給用戶的流量沿線流量ql

：干管有效長度與比流量的乘積。沿線流量ql：干管有效長度與比流量的乘積。（2）面積比流量假定沿線流量均勻分布在整個(gè)供水面積上。管線單位面積上的配水流量，稱為面積比流量，記作qm。則沿線流量為：（2）面積比流量則沿線流量為：每一管段所負(fù)擔(dān)的供水面積可按分角線法和對(duì)角線法劃分。街區(qū)長邊上管段，其兩側(cè)供水面積均為梯形。街區(qū)短邊上管段，其兩側(cè)供水面積均為三角形。分角線法對(duì)角線法每一管段所負(fù)擔(dān)的供水面積可按分角線法和對(duì)角線法注意：1）面積比流量考慮了沿線供水人數(shù)和用水量對(duì)管線配水的影響，計(jì)算結(jié)果更接近實(shí)際配水情況，但計(jì)算較麻煩。當(dāng)供水區(qū)域干管分布較均勻時(shí)，二者相差很小。這時(shí)，用長度比流量較好。2）當(dāng)供水區(qū)域內(nèi)各區(qū)衛(wèi)生設(shè)備或人口密度相差較大時(shí)，各區(qū)的比流量應(yīng)分別計(jì)算。3）同一管網(wǎng)，比流量的大小隨用水量變化而變化。各種工況下需分別計(jì)算。注意：

沿線流量沿管線分配，管段流量變化，難以確定管徑、水頭損失。沿線流量只有概念上的意義，在水力計(jì)算時(shí)必須將其轉(zhuǎn)化為從節(jié)點(diǎn)流出的流量，成為節(jié)點(diǎn)流量。這樣，沿管線不再有流量流出，管段流量不再變化。管網(wǎng)中除最末端管段外，其他任一管段流量都由兩部分組成，一部分是本管段沿程配水產(chǎn)生的流量，即沿線流量，另一部分是通過該管段輸送到下游管段的流量，稱為轉(zhuǎn)輸流量。

6.3.2節(jié)點(diǎn)流量沿線流量沿管線分配，管段流量變化，難以確定管徑沿線流量轉(zhuǎn)換成節(jié)點(diǎn)流量的原則：管段水頭損失相同。轉(zhuǎn)移到末端的沿線流量其余流量轉(zhuǎn)移到起端β—流量折算系數(shù)沿線流量轉(zhuǎn)換成節(jié)點(diǎn)流量的原則：管段水頭損失相同。轉(zhuǎn)移到末端的第6章給水管網(wǎng)的設(shè)計(jì)計(jì)算課件流量折算系數(shù)β只與有關(guān)管道沿線流量一份為二到兩個(gè)端點(diǎn)上，誤差工程上是允許的。流量折算系數(shù)β只與有關(guān)管道沿線流量一份為二到兩個(gè)端點(diǎn)例6-1

比流量、沿線流量和節(jié)點(diǎn)流量計(jì)算（教材P95）例6-1比流量、沿線流量和節(jié)點(diǎn)流量計(jì)算（教材P95）6.3.3管段計(jì)算流量

管段計(jì)算流量包括沿線流量和轉(zhuǎn)輸流量。必須按最高時(shí)用水量進(jìn)行流量分配，得出各管段流量后，才能據(jù)此流量確定管徑和進(jìn)行水力計(jì)算。求出節(jié)點(diǎn)流量后，就可以進(jìn)行管網(wǎng)的流量分配，分配到各管段的流量已經(jīng)包括了沿線流量和轉(zhuǎn)輸流量。6.3.3管段計(jì)算流量單水源樹狀管網(wǎng)的管段流量具有唯一性。任一管段的流量等于該管段以后（順?biāo)鞣较颍┧泄?jié)點(diǎn)流量的總和。泵站56385646273545286142733341217726234775單水源樹狀管網(wǎng)的管段流量具有唯一性。泵站5638564627

環(huán)狀網(wǎng)滿足連續(xù)性條件（流向任一節(jié)點(diǎn)的流量（為負(fù)）必須等于流離該節(jié)點(diǎn)的流量（為正）

）的流量分配方案可以有無數(shù)多種。每一方案所得的管徑也有差異，管網(wǎng)總造價(jià)也不相等。1510131218161714197612527148581912335913460249511135730102498環(huán)狀網(wǎng)滿足連續(xù)性條件（流向任一節(jié)點(diǎn)的流量（為負(fù)如果管段q1-2分配流量很大，q1-4很小，雖滿足：q1-2+q1-4=Q－q1，敷管費(fèi)用較經(jīng)濟(jì)，但供水安全性差。因當(dāng)管段1—2損壞時(shí)，全部流量必須在管段l—4中通過，使該管段水頭損失過大，從而影響整個(gè)管網(wǎng)供水量或水壓。環(huán)狀網(wǎng)流量分配q1q2q3Q如果管段q1-2分配流量很大，q1-4很小，使環(huán)狀網(wǎng)某些管段流量為零，即將環(huán)狀網(wǎng)改成樹狀網(wǎng)，才能得到最經(jīng)濟(jì)的流量分配，但樹狀網(wǎng)并不能保證可靠供水。環(huán)狀網(wǎng)流量分配時(shí)，應(yīng)同時(shí)照顧經(jīng)濟(jì)性和可靠性。經(jīng)濟(jì)性是指流量分配后得到的管徑，應(yīng)使一定年限內(nèi)的管網(wǎng)建造費(fèi)用和管理費(fèi)用為最小。可靠性是指能向用戶不間斷供水，并且保證應(yīng)有的水量、水壓和水質(zhì)。經(jīng)濟(jì)性和可靠性之間往往難以兼顧，一般只能在滿足可靠性的要求下，力求管網(wǎng)最為經(jīng)濟(jì)。使環(huán)狀網(wǎng)某些管段流量為零，即將環(huán)狀網(wǎng)改成樹狀網(wǎng)，才能得到最經(jīng)環(huán)狀網(wǎng)流量分配的方法和步驟：參照主導(dǎo)流向擬定各管段水流方向，并選定整個(gè)管網(wǎng)的控制點(diǎn)。為可靠供水，盡量使平行的主要干管分配相近的流量（防止某些管段負(fù)荷過重），連接管要少分配流量，滿足沿線配水為限（主要作用是干管損壞時(shí)轉(zhuǎn)輸流量）。此分配值是預(yù)分配，用來選擇管徑，真正值由平差結(jié)果定。環(huán)狀網(wǎng)流量分配的方法和步驟：管道直徑、管段計(jì)算流量和水流速度之間滿足以下關(guān)系：在確定的計(jì)算流量下，管道直徑是流速的函數(shù)：

從技術(shù)上考慮，水流的最大速度應(yīng)不超過2.5～3.0米/秒（防止水錘），最小速度不得小于0.6米/秒（防止沉積）。

從經(jīng)濟(jì)上考慮，較大的水流速度可減小管道直徑，降低工程造價(jià)；但水流速度大導(dǎo)致水頭損失增加，從而加大運(yùn)行動(dòng)力費(fèi)用。合理的流速應(yīng)該使在一定年限（投資償還期）內(nèi)管網(wǎng)造價(jià)與運(yùn)行費(fèi)用之和最小。6.4管徑計(jì)算管道直徑、管段計(jì)算流量和水流速度之間滿足以下關(guān)系：在確定的計(jì)設(shè)Wt為總費(fèi)用；C為管網(wǎng)造價(jià)，M1為年運(yùn)行電費(fèi)，M2為年折舊費(fèi)用（與管網(wǎng)造價(jià)有關(guān)，可按其百分?jǐn)?shù)表示，即p%C）；t為投資償還年限。則有：投資償還期內(nèi)的年度總費(fèi)用為：設(shè)Wt為總費(fèi)用；C為管網(wǎng)造價(jià)，M1為年運(yùn)行電DeM1VeWM1WVW0DW0年折算費(fèi)用與管徑、流速的關(guān)系一定年限t（投資償還期）內(nèi)，管網(wǎng)造價(jià)和經(jīng)營管理費(fèi)用之和為最小的流速，稱為經(jīng)濟(jì)流速，以此確定的管徑，稱為經(jīng)濟(jì)管徑。年運(yùn)行電費(fèi)造價(jià)和年折舊費(fèi)用DeM1VeWM1WVW0DW0年折算費(fèi)用與管徑、流速的關(guān)系

各城市的經(jīng)濟(jì)流速值應(yīng)按當(dāng)?shù)貤l件（如水管材料和價(jià)格、施工條件、電費(fèi)等）來確定，不能直接套用其他城市數(shù)據(jù)。另外，管網(wǎng)中各管段的經(jīng)濟(jì)流速也不一樣，因計(jì)算復(fù)雜，有時(shí)簡便應(yīng)用“界限流量表”確定經(jīng)濟(jì)管徑，見界限流量表。管徑/mm界限流量/L·s－1管徑/mm界限流量/L·s－1100＜9450130~1681509~15500168~23720015~28.5600237~35525028.5~45700355~49030045~68800490~68535068~96900685~82240096~1301000822~1120表6-3界限流量表各城市的經(jīng)濟(jì)流速值應(yīng)按當(dāng)?shù)貤l件（如水管材料和價(jià)管徑（mm）平均經(jīng)濟(jì)流速（m/s）D=100～400D≥4000.6～0.90.9～1.4由于實(shí)際管網(wǎng)的復(fù)雜性，加上情況不斷變化（如流量不斷增加，水管價(jià)格、電費(fèi)等也隨時(shí)變化），要從理論上計(jì)算管網(wǎng)造價(jià)和年管理費(fèi)用相當(dāng)復(fù)雜且有一定難度。

條件不具備時(shí)，也可采用由各地統(tǒng)計(jì)資料計(jì)算出的平均經(jīng)濟(jì)流速來確定近似經(jīng)濟(jì)管徑。表6-4平均經(jīng)濟(jì)流速管徑（mm）平均經(jīng)濟(jì)流速（m/s）D=100～4000.在使用各地區(qū)提供的經(jīng)濟(jì)流速或按平均經(jīng)濟(jì)流速確定管網(wǎng)管徑時(shí)，需考慮以下原則：1）一般大管徑可取較大的經(jīng)濟(jì)流速，小管徑可取較小的經(jīng)濟(jì)流速；2）首先定出管網(wǎng)所采用的最小管徑（由消防流量確定），按υe確定的管徑小于最小管徑時(shí)，一律采用最小管徑；3）連接管屬管網(wǎng)構(gòu)造管，應(yīng)注重安全可靠性，其管徑應(yīng)由管網(wǎng)構(gòu)造來確定，即按與它連接的次要干管管徑相當(dāng)或小一號(hào)確定；4）由管徑和管道比阻α關(guān)系可知，當(dāng)管徑較小時(shí)，管徑縮小或放大一號(hào)，水頭損失會(huì)大幅增減，而所需管材變化不多；相反，當(dāng)管徑較大時(shí)，管徑縮小或放大一號(hào)，水頭損失增減不很明顯，而所需管材變化較大。在使用各地區(qū)提供的經(jīng)濟(jì)流速或按平均經(jīng)濟(jì)流速確因此，對(duì)于管網(wǎng)起端的大口徑管道可按略高于平均經(jīng)濟(jì)流速來確定管徑，對(duì)于管網(wǎng)末端較小口徑的管道，可按略低于平均經(jīng)濟(jì)流速確定管徑，特別是對(duì)確定水泵揚(yáng)程影響較大的管段，適當(dāng)降低流速，使管徑放大一號(hào)，比較經(jīng)濟(jì)；5）管線造價(jià)（含管材價(jià)格、施工費(fèi)用等）較高而電價(jià)相對(duì)較低時(shí)，取較大的經(jīng)濟(jì)流速，反之取較小的經(jīng)濟(jì)流速。重力供水時(shí)，水源水位高于給水區(qū)所需水壓，兩者標(biāo)高差H可使水在管內(nèi)重力流動(dòng)。各管段經(jīng)濟(jì)管徑應(yīng)按輸水管和管網(wǎng)通過設(shè)計(jì)流量時(shí)，供水起點(diǎn)至控制點(diǎn)的水頭損失總和等于或略小于可利用的水頭來確定。因此，對(duì)于管網(wǎng)起端的大口徑管道可按略高于平均經(jīng)6.5樹狀管網(wǎng)水力計(jì)算計(jì)算步驟：確定各管段流量；根據(jù)經(jīng)濟(jì)流速選取標(biāo)準(zhǔn)管徑；計(jì)算各管段水頭損失；確定控制點(diǎn)；計(jì)算控制線路的總水頭損失，確定水泵揚(yáng)程或水塔高度；確定各支管可利用的剩余水頭；計(jì)算各支管的平均水力坡度，選定管徑。例6-2樹狀管網(wǎng)設(shè)計(jì)計(jì)算（教材P103）6.5樹狀管網(wǎng)水力計(jì)算計(jì)算步驟：例6-2樹狀管網(wǎng)設(shè)6.6.1管網(wǎng)計(jì)算基礎(chǔ)方程

目的：確定各水源節(jié)點(diǎn)供水量、各管段流量和管徑、全部節(jié)點(diǎn)的水壓。多水源環(huán)狀管網(wǎng)的管段數(shù)Ｐ、節(jié)點(diǎn)數(shù)Ｊ、基環(huán)數(shù)Ｌ和水源數(shù)Ｓ滿足列關(guān)系：Ｐ＝Ｊ+Ｌ-Ｓ單水源環(huán)狀管網(wǎng)：

Ｐ＝Ｊ+Ｌ-1樹狀管網(wǎng)：Ｐ＝Ｊ-16.6環(huán)狀管網(wǎng)水力計(jì)算6.6.1管網(wǎng)計(jì)算基礎(chǔ)方程多水源環(huán)狀管網(wǎng)的管段數(shù)Ｐ

管網(wǎng)水力計(jì)算時(shí)，節(jié)點(diǎn)流量、管段長度為已知，需要確定管道的直徑和流量，有2P（管段數(shù)）個(gè)未知數(shù)，利用經(jīng)濟(jì)流速確定流量與直徑的關(guān)系，實(shí)際上只要求解Ｐ個(gè)未知數(shù)。管網(wǎng)中水流必須符合：質(zhì)量守恒和能量守恒原理，即滿足連續(xù)方程和能量方程。獨(dú)立的連續(xù)性方程數(shù)為J-S個(gè)，獨(dú)立的能量方程數(shù)為Ｌ個(gè)，共計(jì)Ｐ個(gè)。管網(wǎng)水力計(jì)算時(shí)，節(jié)點(diǎn)流量、管段長度為已知，J-S個(gè)節(jié)點(diǎn)連續(xù)性方程：

qi為節(jié)點(diǎn)流量，qij為管段流量，離開節(jié)點(diǎn)為正，流向節(jié)點(diǎn)為負(fù)。Ｌ個(gè)基環(huán)能量方程：

hij為管段水頭損失，順時(shí)針方向?yàn)檎?，逆時(shí)針方向?yàn)樨?fù)。J-S個(gè)節(jié)點(diǎn)連續(xù)性方程：qi為節(jié)點(diǎn)流量，qi6.6.2管網(wǎng)計(jì)算方法分類在管網(wǎng)水力計(jì)算時(shí)，根據(jù)求解的未知數(shù)是管段流量還是水頭損失（或節(jié)點(diǎn)水壓）

，可以分為解環(huán)方程組、解節(jié)點(diǎn)方程組和解管段方程組三類。1、解環(huán)方程組：管網(wǎng)經(jīng)流量分配后，各節(jié)點(diǎn)已滿足連續(xù)性方程，可是由該流量求出的管段水頭損失，并不同時(shí)滿足

L個(gè)環(huán)的能量方程，為此必須多次將各管段的流量反復(fù)調(diào)整，直到滿足能量方程，從而得出各管段的流量和水頭損失。環(huán)方程組解法原理：在初步分配流量的基礎(chǔ)上，逐步調(diào)整管段流量以滿足能量方程。6.6.2管網(wǎng)計(jì)算方法分類管網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)流量初分配（連續(xù)性方程滿足)，根據(jù)經(jīng)濟(jì)流速初擬管徑，但環(huán)內(nèi)正反兩個(gè)方向水頭損失不相等，其差值稱作閉合差。調(diào)整管段流量，減少閉合差到一定精度范圍的過程叫管網(wǎng)平差。

平差就是求解J—1個(gè)線性連續(xù)性方程組，和L個(gè)非線性能量方程組。以得出P個(gè)管段的流量。

手工計(jì)算時(shí)，每環(huán)閉合差要求小于0.5m，大環(huán)閉合差小于1.0m。電算時(shí)，閉合差的大小可以達(dá)到任何要求的精度，但可考慮采用0.01—0.05m。管網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)流量初分配（連續(xù)性方程滿足)，根據(jù)經(jīng)一般情況下，不能用直接法求解非線性能量方程組，而須用逐步近似法求解。解環(huán)方程有多種方法，現(xiàn)在最常用的解法是哈代—克羅斯法。環(huán)方程組解法特點(diǎn)：方程數(shù)目少；要求輸入的參數(shù)多；適合于手工平差。一般情況下，不能用直接法求解非線性能量方程組求解步驟：根據(jù)已知節(jié)點(diǎn)（控制點(diǎn)和泵站）水壓，初步確定其它各節(jié)點(diǎn)水壓；根據(jù)流量與水頭損失的關(guān)系求出各管段流量；2、解節(jié)點(diǎn)方程組：在假定每一節(jié)點(diǎn)水壓條件下，應(yīng)用連續(xù)性方程及管段壓降方程，計(jì)算每一節(jié)點(diǎn)水壓?？蓮娜我还芏蝺啥斯?jié)點(diǎn)的水壓差得出該管段的水頭損失，進(jìn)一步從流量和水頭損失關(guān)系算出管段流量。在J個(gè)節(jié)點(diǎn)中，必有一個(gè)節(jié)點(diǎn)的水壓是已知的（如控制點(diǎn)或水源點(diǎn)）。求解步驟：2、解節(jié)點(diǎn)方程組：在假定每一節(jié)點(diǎn)水壓求解步驟：③假定流向節(jié)點(diǎn)的流量為負(fù)，離開節(jié)點(diǎn)的流量為正，驗(yàn)算每一節(jié)點(diǎn)流量是否滿足連續(xù)性方程，如不等于零，則按下式求出校正水壓△Hi值；④除水壓已定節(jié)點(diǎn)外，按△Hi校正每一節(jié)點(diǎn)水壓，重復(fù)上列步驟計(jì)算，直到所有節(jié)點(diǎn)進(jìn)出流量代數(shù)和（節(jié)點(diǎn)流量閉合差）達(dá)到預(yù)定精度為止。節(jié)點(diǎn)方程組方法的特點(diǎn)：方程數(shù)目較多；要求輸入的參數(shù)較少；適合計(jì)算機(jī)進(jìn)行平差。求解步驟：3、解管段方程：應(yīng)用連續(xù)性方程和能量方程，求各管段流量和水頭損失，再根據(jù)已知節(jié)點(diǎn)水壓求其余各節(jié)點(diǎn)水壓。（直接聯(lián)立求解J-S個(gè)連續(xù)性方程和L個(gè)能量方程，求出P＝L+J-S個(gè)管段流量）。（略講）

解管段方程同解環(huán)方程的區(qū)別在于：解環(huán)方程，初分流量已滿足連續(xù)性方程，然后解能量方程，調(diào)整初分流量，得最終管段流量和水頭損失。而解管段方程，則是通過一定手段的簡化，直接同時(shí)解連續(xù)性方程（不初分流量）和能量方程，因此工作量大，需電算，但所得結(jié)果直接就是滿足要求的管段最終流量和水頭損失。3、解管段方程：應(yīng)用連續(xù)性方程和能量方程，求各管段流量和水頭具體步驟：①對(duì)能量方程進(jìn)行線性化處理；②給定流量初值并計(jì)算線性系數(shù)；③解線性方程求出管段流量；④根據(jù)所得流量計(jì)算線性系數(shù)并重新求解管段流量直到誤差符合要求。解管段方程組法特點(diǎn)：未知數(shù)多；要求初分流量；實(shí)際中應(yīng)用少。具體步驟：①對(duì)能量方程進(jìn)行線性化處理；①對(duì)能量方程進(jìn)行線性化處理；第6章給水管網(wǎng)的設(shè)計(jì)計(jì)算課件6.6.3環(huán)狀網(wǎng)平差方法1.哈代-克羅斯法或洛巴切夫法—提出了各環(huán)的管段流量用校正流量調(diào)整的迭代方法。Q1Q2Q3Q4Q5Q64563216.6.3環(huán)狀網(wǎng)平差方法Q1Q2Q3Q4Q5Q64563Q1Q2Q3Q4Q5Q6456321Q1Q2Q3Q4Q5Q6456321忽略相鄰環(huán)校正流量和二階微量的影響：校正流量的符號(hào)與水頭損失閉合差的符號(hào)相反。（6-21）忽略相鄰環(huán)校正流量和二階微量的影響：校正流量的符號(hào)與水頭損失步驟：根據(jù)連續(xù)性條件初步分配管段流量；計(jì)算各管段的水頭損失；以順時(shí)針方向?yàn)檎?，逆時(shí)針方向?yàn)樨?fù)，計(jì)算各環(huán)的水頭損失閉合差；計(jì)算各管段的Sijqij和每一環(huán)的ΣSijqij；計(jì)算各環(huán)的校正流量；將管段流量加上校正流量重新計(jì)算水頭損失，直到最大閉合差小于允許誤差為止。步驟：2.最大閉合差的環(huán)校正法管網(wǎng)平差過程中，任一環(huán)的校正流量都會(huì)對(duì)相鄰環(huán)產(chǎn)生影響。一般說來，閉合差越大校正流量越大，對(duì)鄰環(huán)的影響也就越大。管網(wǎng)計(jì)算過程中，在每次迭代時(shí)，可對(duì)管網(wǎng)中的各環(huán)同時(shí)進(jìn)行校正流量，但也可以只對(duì)管網(wǎng)中閉合差最大的一部分環(huán)進(jìn)行校正，稱為最大閉合差的環(huán)校正法。采用此法可以減少平差工作量。2.最大閉合差的環(huán)校正法最大閉合差的環(huán)校正法步驟：首先求得各環(huán)閉合差大小和方向；然后選擇閉合差大的一個(gè)環(huán)或?qū)㈤]合差較大且方向相同的相鄰基環(huán)連成大環(huán)。平差時(shí)只須計(jì)算在大環(huán)上的各管段。對(duì)大環(huán)進(jìn)行平差，通過平差后，和大環(huán)異號(hào)的各鄰環(huán)，閉合差會(huì)同時(shí)相應(yīng)減小。大環(huán)選擇的注意事項(xiàng)決不能將閉合差方向不同的幾個(gè)基環(huán)連成大環(huán)，否則計(jì)算過程中會(huì)出現(xiàn)和大環(huán)閉合差相反的基環(huán)其閉合差反而增大，致使計(jì)算不能收斂。最大閉合差的環(huán)校正法步驟：大環(huán)閉合差等于構(gòu)成該大環(huán)各基環(huán)閉合差⊿h的代數(shù)和。Ⅲ大環(huán)閉合差等于構(gòu)成該大環(huán)各基環(huán)閉合差⊿h的代數(shù)和。Ⅲ如圖，環(huán)Ⅰ和環(huán)Ⅱ的閉合差方向相同：為降低Ⅰ、Ⅱ的閉合差，分別對(duì)環(huán)Ⅰ和環(huán)Ⅱ引入校正流量和，使環(huán)Ⅰ和環(huán)Ⅱ的閉合差減小。但公共管段2~5由于相互抵消作用，使環(huán)Ⅰ和環(huán)Ⅱ的閉合差降低幅度減小，平差效率較低。

若考慮對(duì)Ⅰ、Ⅱ構(gòu)成的大環(huán)Ⅲ校正，則多環(huán)受益，平差效果好。如圖，環(huán)Ⅰ和環(huán)Ⅱ的閉合差方向相同：為降低Ⅰ、Ⅱ的閉如環(huán)Ⅰ和環(huán)Ⅱ的閉合差方向相反。若采用大環(huán)平差，則與大環(huán)閉合差同號(hào)的環(huán)Ⅰ閉合差隨之降低，與大環(huán)異號(hào)的環(huán)Ⅱ閉合差絕對(duì)值反而增大。因此，相鄰基環(huán)閉合差異號(hào)時(shí)，不宜做大環(huán)平差。如環(huán)Ⅰ和環(huán)Ⅱ的閉合差方向相反。若若只對(duì)環(huán)Ⅰ進(jìn)行平差，則環(huán)Ⅱ閉合差絕對(duì)值也減少。因此，相鄰各基環(huán)閉合差異號(hào)時(shí)，宜選擇其中閉合差較大的環(huán)進(jìn)行平差，不僅該環(huán)本身閉合差減小，與其異號(hào)且相鄰的基環(huán)閉合差也隨之降低，從而一環(huán)平差，多環(huán)受益，計(jì)算工作量較逐環(huán)平差方法為少。如第一次校正并不能使各環(huán)的閉合差達(dá)到要求，可按第一次計(jì)算后的閉合差重新選擇閉合差較大的一個(gè)環(huán)或幾個(gè)環(huán)連成的大環(huán)繼續(xù)計(jì)算，直到滿足要求為止。若分別對(duì)環(huán)Ⅰ、環(huán)Ⅱ進(jìn)行平差，可加速兩環(huán)閉合差的絕對(duì)值減小，平差效果較好。若只對(duì)環(huán)Ⅰ進(jìn)行平差，則環(huán)Ⅱ閉合差絕對(duì)值也減少6.6.4管網(wǎng)核算

管網(wǎng)管徑和水泵揚(yáng)程是按設(shè)計(jì)年限內(nèi)最高日最高時(shí)用水量（不包括消防流量）和正常水壓要求設(shè)計(jì)的。這樣的管徑和水泵能否滿足其他特殊情況（消防時(shí)、最大轉(zhuǎn)輸、事故時(shí)）下的要求，需進(jìn)行其它用水量條件下的核算—管網(wǎng)校核。

1.消防時(shí)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，所需自由水頭較小，但由于水頭損失增大，水泵揚(yáng)程不一定符合要求。6.6.4管網(wǎng)核算管網(wǎng)管徑和水泵揚(yáng)程是按設(shè)消防校核方法：

（1）首先根據(jù)城鎮(zhèn)和各類建筑的規(guī)模和現(xiàn)行的《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》確定同一時(shí)間發(fā)生火災(zāi)的次數(shù)以及一次滅火用水量（消防流量）。（2）把消防流量作為集中流量加在相應(yīng)節(jié)點(diǎn)中；（如按消防要求同時(shí)一處失火，則放在控制點(diǎn)，有兩處或兩處以上失火，一處放在控制點(diǎn)，其它設(shè)在離二級(jí)泵站較遠(yuǎn)或靠近大用戶的節(jié)點(diǎn)處，其余節(jié)點(diǎn)仍按最高用水時(shí)的節(jié)點(diǎn)流量。）（3）以最高日最高時(shí)用水量確定的管徑為基礎(chǔ)，按最高時(shí)用水量另加消防流量進(jìn)行流量分配；（4）進(jìn)行管網(wǎng)平差，求消防管段流量和水頭損失；（5）計(jì)算消防時(shí)所需水泵揚(yáng)程。（自由水壓不低于10mH2O）消防校核方法：消防校核結(jié)果雖然消防時(shí)比最高時(shí)所需服務(wù)水頭小得多，但因通過管網(wǎng)流量增大，各管段水頭損失相應(yīng)增加，按最高時(shí)確定的水泵揚(yáng)程有可能不滿足消防需要。若：消防時(shí)需要的水泵揚(yáng)程小于最高時(shí)水泵揚(yáng)程，則設(shè)計(jì)不需調(diào)整；消防時(shí)需要的水泵揚(yáng)程略大于最高時(shí)確定的水泵揚(yáng)程，可放大管網(wǎng)末端個(gè)別管徑；消防時(shí)需要的水泵揚(yáng)程遠(yuǎn)大于最高時(shí)確定的水泵揚(yáng)程，專設(shè)消防泵。消防校核結(jié)果2.事故時(shí)

管網(wǎng)主要管段發(fā)生損壞時(shí)，必須及時(shí)檢修，在檢修時(shí)間內(nèi)供水量允許減少，但設(shè)計(jì)水壓一般不應(yīng)降低。事故時(shí)管網(wǎng)供水流量與最高時(shí)設(shè)計(jì)流量之比，稱為事故流量降落比，用R表示。城鎮(zhèn)的事故流量降落比R一般不低于70%，即管網(wǎng)中任一管段在檢修過程中，系統(tǒng)的供水量都不應(yīng)小于最高用水時(shí)的70%。事故校核的方法校核時(shí)，水力計(jì)算過程與最高時(shí)相同，只是管網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)流量應(yīng)按事故時(shí)用戶對(duì)供水的要求確定。（事故時(shí)節(jié)點(diǎn)流量等于70％最大小時(shí)節(jié)點(diǎn)流量）。2.事故時(shí)事故校核的結(jié)果經(jīng)校核后不符合要求時(shí)，可以增加平行主干管或埋設(shè)雙管，或放大某些連通管管徑，或重新選擇水泵。也可從技術(shù)上采取措施，如加強(qiáng)當(dāng)?shù)亟o水管理部門的檢修力量，縮短損壞管段修復(fù)時(shí)間；重要的和不允許斷水的用戶，可以采用貯備用水的保障措施。事故校核的結(jié)果3.最大轉(zhuǎn)輸時(shí)設(shè)對(duì)置水塔的管網(wǎng)，在最高用水時(shí)由泵站和水塔同時(shí)向管網(wǎng)供水，但在一天內(nèi)泵站送水量大于用水量的時(shí)段內(nèi)，多余的水經(jīng)過管網(wǎng)送入水塔貯存，水泵揚(yáng)程必須能供水到水塔水柜中最高水位。

核算時(shí)節(jié)點(diǎn)流量須按最大轉(zhuǎn)輸時(shí)的用水量求出。

最大轉(zhuǎn)輸時(shí)節(jié)點(diǎn)流量=最大轉(zhuǎn)輸時(shí)用水量×最高用水時(shí)該節(jié)點(diǎn)的流量/最高時(shí)用水量校核不滿足要求時(shí)，應(yīng)適當(dāng)放大從泵站到水塔最短供水路線上管段的管徑。3.最大轉(zhuǎn)輸時(shí)二泵站供水曲線用水曲線024681012141618202224最高用水時(shí)最大轉(zhuǎn)輸時(shí)二泵站供水曲線用水曲線024等水壓線圖繪制6.6.5管網(wǎng)計(jì)算結(jié)果的整理1.管網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)水壓標(biāo)高和自由水壓計(jì)算

起點(diǎn)水壓未知的管網(wǎng)，應(yīng)先由控制點(diǎn)所要求的水壓標(biāo)高依次推出各節(jié)點(diǎn)的水壓標(biāo)高和自由水壓，計(jì)算方法同樹狀管網(wǎng)。由于存在閉合差，即⊿h≠0，利用不同管線水頭損失所求得的同一節(jié)點(diǎn)的水壓值常不同，但差異較小，不影響選泵，可不必調(diào)整。

起點(diǎn)水壓已定的管網(wǎng)，無論何種情況，均從起點(diǎn)開始，按該點(diǎn)現(xiàn)有水壓值推算到各節(jié)點(diǎn)，并核算各節(jié)點(diǎn)的自由水壓是否滿足要求。經(jīng)上述計(jì)算得出的各節(jié)點(diǎn)水壓標(biāo)高、自由水壓及該節(jié)點(diǎn)處的地形標(biāo)高，按一定格式（p118）寫在相應(yīng)管網(wǎng)平面圖的節(jié)點(diǎn)旁。等水壓線圖繪制6.6.5管網(wǎng)計(jì)算結(jié)果的整理第6章給水管網(wǎng)的設(shè)計(jì)計(jì)算課件2.繪制管網(wǎng)水壓線圖

管網(wǎng)水壓線圖分等水壓線圖和等自由水壓線圖兩種，其繪制方法與繪制地形等高線圖相似。各節(jié)點(diǎn)水壓確定后，即可在管網(wǎng)平面圖上用插值法按比例繪出等水壓線。也可從節(jié)點(diǎn)水壓減去地面標(biāo)高得出各節(jié)點(diǎn)的自由水壓，在管網(wǎng)平面圖上繪出等自由水壓線。管網(wǎng)等水壓線圖2.繪制管網(wǎng)水壓線圖管網(wǎng)等水壓線圖

整個(gè)管網(wǎng)的水壓線最好均勻分布。如某一地區(qū)水壓線過密，表示該處管網(wǎng)負(fù)荷過大，所選管徑偏小。水壓線密集程度可作為今后放大管徑或增敷管線的依據(jù)。管網(wǎng)等自由水壓線圖可直觀反映整個(gè)供水區(qū)內(nèi)高、低壓區(qū)的分布情況和服務(wù)水壓偏低的程度。因此，管網(wǎng)水壓線圖對(duì)供水企業(yè)的管理和管網(wǎng)改造有很好的參考價(jià)值。

管網(wǎng)等水壓線圖整個(gè)管網(wǎng)的水壓線最好均勻分布。如某一地區(qū)水壓線6.6.6多水源管網(wǎng)平差許多大中城市，由于用水量增長，逐步發(fā)展為多水源(泵站、水塔、高地水池等)給水系統(tǒng)。多水源管網(wǎng)計(jì)算原理雖和單水源相同，但有其特點(diǎn)。因這時(shí)每一水源的供水量，隨著供水區(qū)用水量、水源的水壓以及管網(wǎng)中的水頭損失而變化（如對(duì)置水塔系統(tǒng)中的水塔，其供水區(qū)用水量越大，水源水壓越小，管網(wǎng)水頭損失越大，其供水范圍就越?。瑥亩嬖诟魉粗g的流量分配問題。應(yīng)用虛環(huán)概念，可將多水源管網(wǎng)轉(zhuǎn)化為單水源管網(wǎng)。虛環(huán)—用虛線將各水源與虛節(jié)點(diǎn)連接成環(huán)。然后運(yùn)用解環(huán)方程組的方法進(jìn)行求解。6.6.6多水源管網(wǎng)平差許多大中城市，由于泵站水塔0Qth=－水塔水位高度Qph=－水泵揚(yáng)程虛節(jié)點(diǎn)虛管段泵站水塔0Qth=－水塔水位高度Qph=－水泵揚(yáng)程虛節(jié)點(diǎn)虛管如圖，虛環(huán)由虛節(jié)點(diǎn)0、該點(diǎn)到泵站和水塔的虛管段、以及泵站到水塔之間的實(shí)管段(例如泵站—1—2—3—4—5—6—7—水塔的管段)組成。

虛管段中沒有流量，不考慮摩阻。只表示按某一基準(zhǔn)面算起的水泵揚(yáng)程或水塔水壓。兩水源時(shí)可形成一個(gè)虛環(huán)，同理，三水源時(shí)可構(gòu)成兩個(gè)虛環(huán)，因此虛環(huán)數(shù)等于水源數(shù)(包括泵站、水塔等)減一。如圖，虛環(huán)由虛節(jié)點(diǎn)0、該點(diǎn)到泵站和水塔的虛管對(duì)置水塔最高用水時(shí)：管網(wǎng)由泵站和水塔同時(shí)供給。兩者有各自的供水區(qū)，在供水區(qū)分界線上水壓最低，如圖，從管網(wǎng)計(jì)算結(jié)果可得出，兩水源的供水分界線經(jīng)過8、12、5等節(jié)點(diǎn)，如虛線所示。虛節(jié)點(diǎn)0位置可任意選定，其水壓可假設(shè)為零。從虛節(jié)點(diǎn)流向泵站的流量Qp為泵站供水量。在最高用水時(shí)，QT為水塔供水量。最高用水時(shí)虛節(jié)點(diǎn)0流量平衡條件：

Qp+QT=∑QQp—最高用水時(shí)泵站供水量，L/s；QT—最高用水時(shí)水塔供水量，L/s；∑Q—最高用水時(shí)管網(wǎng)用水量，L/s。對(duì)置水塔最高用水時(shí)：管網(wǎng)由泵站和水塔同時(shí)供給。最高用水時(shí)虛環(huán)水頭損失平衡水壓H的符號(hào)規(guī)定：流向虛節(jié)點(diǎn)的管段，水壓為正（因虛節(jié)點(diǎn)水壓為0，所以h水源—0

=H水源－H0=H水源），流離虛節(jié)點(diǎn)的管段，水壓為負(fù)（因虛節(jié)點(diǎn)水壓為0，所以h0—水源=H0－H水源=－H水源），因此最高用水時(shí)由泵站供水的虛管段，

h0—泵站=H0－Hp=－Hp，水壓H的符號(hào)常為負(fù)；最高用水時(shí)，由水塔供水的虛管段，

h0—水塔=H0－Ht=－Ht，水壓H的符號(hào)也常為負(fù)。水頭損失仍是順時(shí)針為正，逆時(shí)針為負(fù)。最高用水時(shí)虛環(huán)水頭損失平衡最高用水時(shí)虛環(huán)水頭損失平衡條件為：

－Hp+∑hp－∑ht－(－Ht)=0

或：Hp－∑hp+∑ht－Ht=0

Hp—最高用水時(shí)泵站水壓，m；∑hp—從泵站到分界線上控制點(diǎn)的任一條管線的總水頭損失，m；∑ht—從水塔到分界線上控制點(diǎn)的任一條管線的總水頭損失，m；Ht—水塔的水位標(biāo)高，m。最高用水時(shí)虛環(huán)水頭損失平衡條件為：最大轉(zhuǎn)輸時(shí)虛節(jié)點(diǎn)的流量平衡：

Qp’=Qt’+∑Q’Qp’—最大轉(zhuǎn)輸時(shí)泵站供水量，L/s；Qt’—最大轉(zhuǎn)輸時(shí)進(jìn)入水塔的流量，L/s；∑Q’—最大轉(zhuǎn)輸時(shí)管網(wǎng)用水量，L/s。Qp’最大轉(zhuǎn)輸時(shí)虛節(jié)點(diǎn)的流量平衡：Qp’最大轉(zhuǎn)輸時(shí)虛環(huán)水頭損失平衡

水壓H的符號(hào)規(guī)定：流向虛節(jié)點(diǎn)的管段，水壓為正（因虛節(jié)點(diǎn)水壓為0，所以h水源—0=H水源－H0=H水源），流離虛節(jié)點(diǎn)的管段，水壓為負(fù)（因虛節(jié)點(diǎn)水壓為0，所以h0—水源=H0－H水源=－H水源），因此最大轉(zhuǎn)輸水時(shí)由泵站供水的虛管段，

h0—泵站=H0－Hp’=－Hp’，水壓H的符號(hào)常為負(fù)；由水塔供水的虛管段，

h水塔—0=Ht’－H0=Ht’，水壓H的符號(hào)為正。在應(yīng)用能量方程式，水頭損失仍是順時(shí)針為正，逆時(shí)針為負(fù)。Qp’最大轉(zhuǎn)輸時(shí)虛環(huán)水頭損失平衡Qp’多水源環(huán)狀網(wǎng)計(jì)算包括J+S－1個(gè)節(jié)點(diǎn)連續(xù)性方程，L個(gè)實(shí)環(huán)和S－1個(gè)虛環(huán)能量方程，S為水源數(shù)。管網(wǎng)計(jì)算時(shí)，虛環(huán)和實(shí)環(huán)看作一個(gè)整體，即不分虛環(huán)和實(shí)環(huán)同時(shí)計(jì)算。閉合差和校正流量的計(jì)算方法和單水源管網(wǎng)相同。Qp’最大轉(zhuǎn)輸時(shí)虛環(huán)水頭損失平衡條件：－Hp’+∑h’+Ht’=0Hp’－∑h’－Ht’=0

Hp’—最大轉(zhuǎn)輸時(shí)泵站水壓，m；∑h’—最大轉(zhuǎn)輸時(shí)從泵站到水塔的水頭損失，m；Ht’—最大轉(zhuǎn)輸時(shí)水塔的水位標(biāo)高，m。多水源環(huán)狀網(wǎng)計(jì)算包括J+S－1個(gè)節(jié)點(diǎn)連續(xù)性方程，L個(gè)實(shí)環(huán)和例6-3環(huán)狀管網(wǎng)設(shè)計(jì)計(jì)算（教材P122）多水源管網(wǎng)計(jì)算結(jié)果應(yīng)滿足下列條件：進(jìn)出每一節(jié)點(diǎn)的流量(包括虛流量)總和等于零，即滿足連續(xù)性方程qi+∑qij＝0；每環(huán)(包括虛環(huán))各管段的水頭損失代數(shù)和為零，即滿足能量方程∑sijqijn＝0

；各水源供水至分界線處的水壓應(yīng)相同（Hp－∑hp=Ht－∑ht），即從各水源到分界線上控制點(diǎn)的沿線水頭損失之差（

∑hp－∑ht

）應(yīng)等于水源的水壓差（

Hp－Ht

），∑hp－∑ht=Hp－Ht例6-3環(huán)狀管網(wǎng)設(shè)計(jì)計(jì)算（教材P122）多水源管網(wǎng)計(jì)算原水輸水管（渠）清水輸水管

6.7輸水管（渠）計(jì)算主要內(nèi)容：1、輸水方案；2、輸水管形式；3、輸水管尺寸；4、連接管數(shù)量輸水管渠計(jì)算的任務(wù)：確定管徑和水頭損失。原水輸水管（渠）6.7輸水管（渠）計(jì)算主要內(nèi)容：1、輸水1、輸水方案輸水管必須保證不間斷輸水平行敷設(shè)兩條；

敷設(shè)一條輸水管，另外設(shè)置一定容量的蓄水池；對(duì)允許間斷供水或多水源管網(wǎng)，可只設(shè)一條輸水管。2、輸水管形式（1）壓力輸水管渠（通常用得最多，輸水量大時(shí)可采用輸水渠。常用于高地水源或水泵供水）。（2）無壓輸水管渠（非滿流水管或暗渠）單位長度造價(jià)較壓力管渠低，但定線時(shí)，為利用與水力坡度相接近的地形，不得不延長路線，因此，建造費(fèi)用相應(yīng)增加。（3）加壓與重力相結(jié)合（地形復(fù)雜地區(qū)常用）。（4）明渠（人工開挖的河槽，一般用于遠(yuǎn)距離輸送大量水）。1、輸水方案3、輸水管尺寸重力輸水管由可利用水頭來確定管徑；壓力輸水管按照經(jīng)濟(jì)流速或經(jīng)濟(jì)管徑選取。4、連接管數(shù)量

以重力供水時(shí)的壓力輸水管為例水源在高地（如取用蓄水庫水時(shí)），若水源水位和水廠內(nèi)處理構(gòu)筑物水位高差足夠，可用重力向水廠輸水。3、輸水管尺寸設(shè)計(jì)時(shí)，水源輸水量Q和終端要求的水壓（Zm+H0）已知，可資用水頭為H=Z－(Zm+H0）(用以克服輸水管的水頭損失）。據(jù)此選定管渠材料、大小和平行工作的管線數(shù)。水源水位標(biāo)高設(shè)計(jì)時(shí)，水源輸水量Q和終端要求的水壓（Z若在輸水管上等距離設(shè)置m條連接管，輸水管被分成m+1段，則正常工作情況下水頭損失為：式中：s—每一管段的摩阻；s0—輸水系統(tǒng)的總摩阻。假設(shè)輸水系統(tǒng)總流量為Q，平行管線（管徑、管長和管材均相同）數(shù)為n，則每條輸水管流量為Q/n，如圖：若在輸水管上等距離設(shè)置m條連接管，輸水管被分成m現(xiàn)假設(shè)任一管段損壞時(shí)（如圖），流量降低為Qa，若忽略連接管水頭損失（因其長度和輸水管相比很短），則此時(shí)輸水管系統(tǒng)的水頭損失為：可得事故時(shí)和正常工作時(shí)的流量比R：現(xiàn)假設(shè)任一管段損壞時(shí)（如圖），流量降低為Qa，取不同m、n值時(shí)的R值n當(dāng)m為下列值時(shí)的R值0123420.50.630.710.760.7930.670.780.840.870.8940.750.850.890.910.93設(shè)計(jì)時(shí)可以根據(jù)供水可靠度要求選擇不同的n和m值。要保證70%的設(shè)計(jì)流量，需要平行布置4條輸水管。取不同m、n值時(shí)的R值n當(dāng)m為下列值時(shí)的R值0123420管網(wǎng)計(jì)算時(shí)的水泵特性方程水泵高效區(qū)流量與揚(yáng)程的關(guān)系可用二次曲線模擬：12水泵供水的壓力輸水管管網(wǎng)計(jì)算時(shí)的水泵特性方程12水泵供水的壓力輸水管水泵供水時(shí)的實(shí)際流量，應(yīng)由水泵特性曲線Hp＝f(Q)和輸水管特性曲線H0+∑h＝f(Q)求出。下圖表示水泵特性曲線Q—Hp和輸水管特性曲線Q—∑h聯(lián)合工作情況，I為輸水管正常工作時(shí)Q—∑h特性曲線，Ⅱ?yàn)槭鹿蕰r(shí)。

當(dāng)輸水管任一段損壞時(shí)，阻力增大，曲線交點(diǎn)從正常工作時(shí)的b點(diǎn)移到a點(diǎn)，與a點(diǎn)相應(yīng)的橫坐標(biāo)即為事故流量Qa。bⅠⅡaQaQQ-Hp水泵供水時(shí)的實(shí)際流量，應(yīng)由水泵特性曲線bⅠⅡaQaQQ-Hps1s2Q2Q1Qs1s2Q2Q1Q當(dāng)量摩阻當(dāng)量摩阻第6章給水管網(wǎng)的設(shè)計(jì)計(jì)算課件網(wǎng)前水塔：對(duì)置水塔：網(wǎng)前水塔：對(duì)置水塔：例：某城市從水源泵站到水廠敷設(shè)兩條鑄鐵輸水管，每條輸水管長12400m，管徑分別為250mm和300mm，水泵特性曲線方程為：泵站內(nèi)管線的摩阻為：假定DN300mm輸水管的一段損壞，試求事故流量為70%設(shè)計(jì)水量時(shí)的分段數(shù)以及正常時(shí)和事故時(shí)的流量比。解：查舍維列夫比阻值：管徑為250mm和300mm的輸水管摩阻分別為：例：某城市從水源泵站到水廠敷設(shè)兩條鑄鐵輸水管，每條輸水管長1兩條輸水管的當(dāng)量摩阻為：分段數(shù)為：

設(shè)分成4段，即n=4，得事故時(shí)流量等于：兩條輸水管的當(dāng)量摩阻為：分段數(shù)為：設(shè)分成4段，即n=正常時(shí)流量為：事故時(shí)和正常工作時(shí)的流量比為:大于規(guī)定的要求。正常時(shí)流量為：事故時(shí)和正常工作時(shí)的流量比為:大于規(guī)定的6.8給水管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)（略）

6.9給水管道的敷設(shè)1、管道埋設(shè)深度（1）、覆土厚度——管道外壁頂部到地面的距離；《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》第3.3.6條：管頂最小覆土厚度，應(yīng)根據(jù)外部荷載，管材強(qiáng)度和土的冰凍情況等條件，結(jié)合當(dāng)?shù)芈窆芙?jīng)驗(yàn)確定。在車行道下，一般不宜小于0.7m（金屬）；1.0~1.2m（非金屬）。注解：當(dāng)土的冰凍線很淺，且管道保證不受外部荷載損壞時(shí)，其覆土厚度可酌情減小。地面6.8給水管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)（略）地面冰凍地區(qū)，還需考慮土壤的冰凍深度。一般管底在冰凍線以下的最小距離：管徑D<300mm時(shí)，為D+200mm;

管徑D=300mm~600mm時(shí)，為0.75Dmm；

管徑D>600mm時(shí)，為0.5D。（2）、埋設(shè)深度—管道內(nèi)壁底部到地面的距離。2、管道的基礎(chǔ)

作用—防止管道只支在幾個(gè)點(diǎn)上。

分類—天然基礎(chǔ)（土壤耐壓力較高，地下水位較低）、沙基礎(chǔ)（巖石或半巖石地基中，鋪墊100mm以上的中砂或粗砂）、混凝土基礎(chǔ)（土壤松軟地基，抗壓強(qiáng)度不小于C8（8MPa

））。C10C15C20C25C30C35C40C45C50特殊混凝土C60—C80冰凍地區(qū)，還需考慮土壤的冰凍深度。C10C15C20C6.10給水管道工程圖（一般了解）設(shè)計(jì)成果主要是用設(shè)計(jì)圖紙來體現(xiàn)的。課程設(shè)計(jì)：給水管網(wǎng)平面圖（要標(biāo)明管長、管徑）、等水壓線圖。實(shí)際工程設(shè)計(jì)：給水管網(wǎng)總平面圖、帶狀圖、等水壓線圖、管道縱剖面圖、節(jié)點(diǎn)詳圖。

給水管網(wǎng)總平面圖——反映管網(wǎng)整體布置及其相互連接關(guān)系。較小工程的給水管網(wǎng)總平面圖和帶狀圖可以合并。6.10給水管道工程圖（一般了解）管道施工圖管道帶狀平面圖—截取地形圖的一部分，圖中地形、地貌的標(biāo)注方法與相同比例的地形圖一致。圖的寬度根據(jù)標(biāo)明管道相對(duì)位置的需要而定，一般為30~100m范圍內(nèi)。縱斷面圖—反映管道埋設(shè)情況的主要技術(shù)資料之一。以水平距離為橫軸，高程為縱軸（比例為橫軸的5~20倍）。大樣圖—節(jié)點(diǎn)圖，有時(shí)也稱“大樣”圖，是表明建筑構(gòu)造細(xì)部的圖，與什么構(gòu)件連接的，怎么連接的，每個(gè)構(gòu)件的材料、尺寸，甚至有的細(xì)到每個(gè)螺栓等等。節(jié)點(diǎn)圖很常用，特別用于指導(dǎo)施工方法等。管道施工圖02一月202397第6章給水管網(wǎng)的設(shè)計(jì)計(jì)算18十二月20221第6章給水管網(wǎng)的設(shè)計(jì)計(jì)算設(shè)計(jì)計(jì)算步驟：①繪制計(jì)算草圖，對(duì)節(jié)點(diǎn)和管段順序編號(hào)，標(biāo)明管段長度和節(jié)點(diǎn)地形標(biāo)高（不要求）；②按最高日最高時(shí)計(jì)算比流量、沿線流量和節(jié)點(diǎn)流量；③對(duì)各管段擬定水流方向，進(jìn)行流量分配；④初步確定各管段的管徑和水頭損失；⑤進(jìn)行管網(wǎng)水力計(jì)算和技術(shù)經(jīng)濟(jì)計(jì)算（不要求）；⑥確定水塔高度和水泵揚(yáng)程；⑦根據(jù)管網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)的壓力和地形標(biāo)高，繪制等水壓線和自由水壓線圖（不要求）。設(shè)計(jì)計(jì)算步驟：6.2管網(wǎng)圖形及簡化管網(wǎng)計(jì)算中，城市管網(wǎng)現(xiàn)狀核算、現(xiàn)有管網(wǎng)擴(kuò)建計(jì)算最為常見。除新設(shè)計(jì)管網(wǎng)，定線和計(jì)算僅限于干管，對(duì)改建和擴(kuò)建管網(wǎng)往往適當(dāng)簡化，保留主要干管，略去次要、水力條件影響較小的管線。管網(wǎng)圖形簡化是在保證計(jì)算結(jié)果接近實(shí)際情況的前提下對(duì)管線進(jìn)行的簡化，這樣能減輕計(jì)算工作量。6.2管網(wǎng)圖形及簡化管段基環(huán)節(jié)點(diǎn)管線大環(huán)節(jié)點(diǎn)：有集中流量進(jìn)出、管道合并或分叉以及邊界條件發(fā)生變化的地點(diǎn)大環(huán)：包含兩個(gè)或兩個(gè)以上基環(huán)的環(huán)管段：兩個(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)之間的管道管線：順序相連的若干管段基環(huán)：不包含其它環(huán)的環(huán)環(huán)：起點(diǎn)與終點(diǎn)重合的管線管段基環(huán)節(jié)點(diǎn)管線大環(huán)節(jié)點(diǎn)：有集中流量進(jìn)出、管道合并或分叉以及管網(wǎng)圖形中每個(gè)節(jié)點(diǎn)通過一條或多條管段和其他節(jié)點(diǎn)相連接。如果舍去后，會(huì)破壞“圖”的連續(xù)性的管段，稱為聯(lián)系管段；會(huì)破壞“圖”的連續(xù)性的節(jié)點(diǎn)，稱為鉸點(diǎn)。鉸點(diǎn)聯(lián)系管段管網(wǎng)圖形中每個(gè)節(jié)點(diǎn)通過一條或多條管段和其他節(jié)點(diǎn)相連接

多水源管網(wǎng)，為計(jì)算方便，有時(shí)將兩個(gè)或多個(gè)水壓已定的水源節(jié)點(diǎn)（泵站、水塔等）用虛線和虛節(jié)點(diǎn)0連接起來，也形成環(huán)，因?qū)嶋H上并不存在，所以叫做虛環(huán)。多水源管網(wǎng)，為計(jì)算方便，有時(shí)將兩個(gè)或多個(gè)水壓已節(jié)點(diǎn)合并管段合并分解忽略管段合并：長度近似相等、彼此幾乎平行且相距很近的兩條管段計(jì)算時(shí)可合并。節(jié)點(diǎn)合并：距離很近的兩個(gè)節(jié)點(diǎn)計(jì)算時(shí)可視為一個(gè)節(jié)點(diǎn)。分解：只有一條管段連接的兩個(gè)管網(wǎng)可分解成兩個(gè)管網(wǎng)；管網(wǎng)末端水流方向確定的部分可分開計(jì)算；環(huán)狀網(wǎng)上接出的樹狀網(wǎng)分開計(jì)算。忽略：管網(wǎng)中主要起聯(lián)絡(luò)作用的管段，由于正常運(yùn)行時(shí)流量很小，對(duì)水力條件影響很小，計(jì)算時(shí)可忽略。在保證計(jì)算結(jié)果接近實(shí)際情況的前提下，為方便計(jì)算可對(duì)管線進(jìn)行適度簡化。節(jié)點(diǎn)合并管段合并分解忽略管段合并：長度近似相等、彼此幾乎平行管網(wǎng)圖形及簡化經(jīng)分解、合并和省略等，管網(wǎng)由原來42個(gè)環(huán)減少到21環(huán)。管網(wǎng)圖形及簡化經(jīng)分解、合并和省略等，管網(wǎng)由原來42個(gè)環(huán)減少到6.3管段設(shè)計(jì)流量計(jì)算★管網(wǎng)計(jì)算時(shí)并不包括全部管線，而只計(jì)算經(jīng)過簡化后的干管網(wǎng)?！锔晒芫W(wǎng)的節(jié)點(diǎn)包括：

＊水源節(jié)點(diǎn)，如泵站、水塔或高位水池；

＊不同管徑或不同材質(zhì)的管線交接點(diǎn)；＊兩管段交點(diǎn)或集中向大用戶供水的點(diǎn)?！飪晒?jié)點(diǎn)之間的管線稱為管段。★管段順序連接形成管線。6.3管段設(shè)計(jì)流量計(jì)算★管網(wǎng)計(jì)算時(shí)并不包括全部管線，6.3.1沿線流量是指沿線分配給用戶的流量。工業(yè)企業(yè)給水管網(wǎng)，大量用水集中在少數(shù)車間，配水情況比較簡單。城市給水管網(wǎng)，沿管線配水，情況比較復(fù)雜。比流量法——假定小用水戶的流量沿線均勻分布。（1）長度比流量：為簡化計(jì)算而將除去大用戶集中流量以外的用水量均勻分配在全部有效干管長度上，由此計(jì)算的單位長度干管承擔(dān)的供水量。

城鎮(zhèn)中用水量標(biāo)準(zhǔn)不同的區(qū)域應(yīng)分別計(jì)算比流量。6.3.1沿線流量是指沿線分配給用戶的流量沿線流量ql

：干管有效長度與比流量的乘積。沿線流量ql：干管有效長度與比流量的乘積。（2）面積比流量假定沿線流量均勻分布在整個(gè)供水面積上。管線單位面積上的配水流量，稱為面積比流量，記作qm。則沿線流量為：（2）面積比流量則沿線流量為：每一管段所負(fù)擔(dān)的供水面積可按分角線法和對(duì)角線法劃分。街區(qū)長邊上管段，其兩側(cè)供水面積均為梯形。街區(qū)短邊上管段，其兩側(cè)供水面積均為三角形。分角線法對(duì)角線法每一管段所負(fù)擔(dān)的供水面積可按分角線法和對(duì)角線法注意：1）面積比流量考慮了沿線供水人數(shù)和用水量對(duì)管線配水的影響，計(jì)算結(jié)果更接近實(shí)際配水情況，但計(jì)算較麻煩。當(dāng)供水區(qū)域干管分布較均勻時(shí)，二者相差很小。這時(shí)，用長度比流量較好。2）當(dāng)供水區(qū)域內(nèi)各區(qū)衛(wèi)生設(shè)備或人口密度相差較大時(shí)，各區(qū)的比流量應(yīng)分別計(jì)算。3）同一管網(wǎng)，比流量的大小隨用水量變化而變化。各種工況下需分別計(jì)算。注意：

沿線流量沿管線分配，管段流量變化，難以確定管徑、水頭損失。沿線流量只有概念上的意義，在水力計(jì)算時(shí)必須將其轉(zhuǎn)化為從節(jié)點(diǎn)流出的流量，成為節(jié)點(diǎn)流量。這樣，沿管線不再有流量流出，管段流量不再變化。管網(wǎng)中除最末端管段外，其他任一管段流量都由兩部分組成，一部分是本管段沿程配水產(chǎn)生的流量，即沿線流量，另一部分是通過該管段輸送到下游管段的流量，稱為轉(zhuǎn)輸流量。

6.3.2節(jié)點(diǎn)流量沿線流量沿管線分配，管段流量變化，難以確定管徑沿線流量轉(zhuǎn)換成節(jié)點(diǎn)流量的原則：管段水頭損失相同。轉(zhuǎn)移到末端的沿線流量其余流量轉(zhuǎn)移到起端β—流量折算系數(shù)沿線流量轉(zhuǎn)換成節(jié)點(diǎn)流量的原則：管段水頭損失相同。轉(zhuǎn)移到末端的第6章給水管網(wǎng)的設(shè)計(jì)計(jì)算課件流量折算系數(shù)β只與有關(guān)管道沿線流量一份為二到兩個(gè)端點(diǎn)上，誤差工程上是允許的。流量折算系數(shù)β只與有關(guān)管道沿線流量一份為二到兩個(gè)端點(diǎn)例6-1

比流量、沿線流量和節(jié)點(diǎn)流量計(jì)算（教材P95）例6-1比流量、沿線流量和節(jié)點(diǎn)流量計(jì)算（教材P95）6.3.3管段計(jì)算流量

管段計(jì)算流量包括沿線流量和轉(zhuǎn)輸流量。必須按最高時(shí)用水量進(jìn)行流量分配，得出各管段流量后，才能據(jù)此流量確定管徑和進(jìn)行水力計(jì)算。求出節(jié)點(diǎn)流量后，就可以進(jìn)行管網(wǎng)的流量分配，分配到各管段的流量已經(jīng)包括了沿線流量和轉(zhuǎn)輸流量。6.3.3管段計(jì)算流量單水源樹狀管網(wǎng)的管段流量具有唯一性。任一管段的流量等于該管段以后（順?biāo)鞣较颍┧泄?jié)點(diǎn)流量的總和。泵站56385646273545286142733341217726234775單水源樹狀管網(wǎng)的管段流量具有唯一性。泵站5638564627

環(huán)狀網(wǎng)滿足連續(xù)性條件（流向任一節(jié)點(diǎn)的流量（為負(fù)）必須等于流離該節(jié)點(diǎn)的流量（為正）

）的流量分配方案可以有無數(shù)多種。每一方案所得的管徑也有差異，管網(wǎng)總造價(jià)也不相等。1510131218161714197612527148581912335913460249511135730102498環(huán)狀網(wǎng)滿足連續(xù)性條件（流向任一節(jié)點(diǎn)的流量（為負(fù)如果管段q1-2分配流量很大，q1-4很小，雖滿足：q1-2+q1-4=Q－q1，敷管費(fèi)用較經(jīng)濟(jì)，但供水安全性差。因當(dāng)管段1—2損壞時(shí)，全部流量必須在管段l—4中通過，使該管段水頭損失過大，從而影響整個(gè)管網(wǎng)供水量或水壓。環(huán)狀網(wǎng)流量分配q1q2q3Q如果管段q1-2分配流量很大，q1-4很小，使環(huán)狀網(wǎng)某些管段流量為零，即將環(huán)狀網(wǎng)改成樹狀網(wǎng)，才能得到最經(jīng)濟(jì)的流量分配，但樹狀網(wǎng)并不能保證可靠供水。環(huán)狀網(wǎng)流量分配時(shí)，應(yīng)同時(shí)照顧經(jīng)濟(jì)性和可靠性。經(jīng)濟(jì)性是指流量分配后得到的管徑，應(yīng)使一定年限內(nèi)的管網(wǎng)建造費(fèi)用和管理費(fèi)用為最小?？煽啃允侵改芟蛴脩舨婚g斷供水，并且保證應(yīng)有的水量、水壓和水質(zhì)。經(jīng)濟(jì)性和可靠性之間往往難以兼顧，一般只能在滿足可靠性的要求下，力求管網(wǎng)最為經(jīng)濟(jì)。使環(huán)狀網(wǎng)某些管段流量為零，即將環(huán)狀網(wǎng)改成樹狀網(wǎng)，才能得到最經(jīng)環(huán)狀網(wǎng)流量分配的方法和步驟：參照主導(dǎo)流向擬定各管段水流方向，并選定整個(gè)管網(wǎng)的控制點(diǎn)。為可靠供水，盡量使平行的主要干管分配相近的流量（防止某些管段負(fù)荷過重），連接管要少分配流量，滿足沿線配水為限（主要作用是干管損壞時(shí)轉(zhuǎn)輸流量）。此分配值是預(yù)分配，用來選擇管徑，真正值由平差結(jié)果定。環(huán)狀網(wǎng)流量分配的方法和步驟：管道直徑、管段計(jì)算流量和水流速度之間滿足以下關(guān)系：在確定的計(jì)算流量下，管道直徑是流速的函數(shù)：

從技術(shù)上考慮，水流的最大速度應(yīng)不超過2.5～3.0米/秒（防止水錘），最小速度不得小于0.6米/秒（防止沉積）。

從經(jīng)濟(jì)上考慮，較大的水流速度可減小管道直徑，降低工程造價(jià)；但水流速度大導(dǎo)致水頭損失增加，從而加大運(yùn)行動(dòng)力費(fèi)用。合理的流速應(yīng)該使在一定年限（投資償還期）內(nèi)管網(wǎng)造價(jià)與運(yùn)行費(fèi)用之和最小。6.4管徑計(jì)算管道直徑、管段計(jì)算流量和水流速度之間滿足以下關(guān)系：在確定的計(jì)設(shè)Wt為總費(fèi)用；C為管網(wǎng)造價(jià)，M1為年運(yùn)行電費(fèi)，M2為年折舊費(fèi)用（與管網(wǎng)造價(jià)有關(guān)，可按其百分?jǐn)?shù)表示，即p%C）；t為投資償還年限。則有：投資償還期內(nèi)的年度總費(fèi)用為：設(shè)Wt為總費(fèi)用；C為管網(wǎng)造價(jià)，M1為年運(yùn)行電DeM1VeWM1WVW0DW0年折算費(fèi)用與管徑、流速的關(guān)系一定年限t（投資償還期）內(nèi)，管網(wǎng)造價(jià)和經(jīng)營管理費(fèi)用之和為最小的流速，稱為經(jīng)濟(jì)流速，以此確定的管徑，稱為經(jīng)濟(jì)管徑。年運(yùn)行電費(fèi)造價(jià)和年折舊費(fèi)用DeM1VeWM1WVW0DW0年折算費(fèi)用與管徑、流速的關(guān)系

各城市的經(jīng)濟(jì)流速值應(yīng)按當(dāng)?shù)貤l件（如水管材料和價(jià)格、施工條件、電費(fèi)等）來確定，不能直接套用其他城市數(shù)據(jù)。另外，管網(wǎng)中各管段的經(jīng)濟(jì)流速也不一樣，因計(jì)算復(fù)雜，有時(shí)簡便應(yīng)用“界限流量表”確定經(jīng)濟(jì)管徑，見界限流量表。管徑/mm界限流量/L·s－1管徑/mm界限流量/L·s－1100＜9450130~1681509~15500168~23720015~28.5600237~35525028.5~45700355~49030045~68800490~68535068~96900685~82240096~1301000822~1120表6-3界限流量表各城市的經(jīng)濟(jì)流速值應(yīng)按當(dāng)?shù)貤l件（如水管材料和價(jià)管徑（mm）平均經(jīng)濟(jì)流速（m/s）D=100～400D≥4000.6～0.90.9～1.4由于實(shí)際管網(wǎng)的復(fù)雜性，加上情況不斷變化（如流量不斷增加，水管價(jià)格、電費(fèi)等也隨時(shí)變化），要從理論上計(jì)算管網(wǎng)造價(jià)和年管理費(fèi)用相當(dāng)復(fù)雜且有一定難度。

條件不具備時(shí)，也可采用由各地統(tǒng)計(jì)資料計(jì)算出的平均經(jīng)濟(jì)流速來確定近似經(jīng)濟(jì)管徑。表6-4平均經(jīng)濟(jì)流速管徑（mm）平均經(jīng)濟(jì)流速（m/s）D=100～4000.在使用各地區(qū)提供的經(jīng)濟(jì)流速或按平均經(jīng)濟(jì)流速確定管網(wǎng)管徑時(shí)，需考慮以下原則：1）一般大管徑可取較大的經(jīng)濟(jì)流速，小管徑可取較小的經(jīng)濟(jì)流速；2）首先定出管網(wǎng)所采用的最小管徑（由消防流量確定），按υe確定的管徑小于最小管徑時(shí)，一律采用最小管徑；3）連接管屬管網(wǎng)構(gòu)造管，應(yīng)注重安全可靠性，其管徑應(yīng)由管網(wǎng)構(gòu)造來確定，即按與它連接的次要干管管徑相當(dāng)或小一號(hào)確定；4）由管徑和管道比阻α關(guān)系可知，當(dāng)管徑較小時(shí)，管徑縮小或放大一號(hào)，水頭損失會(huì)大幅增減，而所需管材變化不多；相反，當(dāng)管徑較大時(shí)，管徑縮小或放大一號(hào)，水頭損失增減不很明顯，而所需管材變化較大。在使用各地區(qū)提供的經(jīng)濟(jì)流速或按平均經(jīng)濟(jì)流速確因此，對(duì)于管網(wǎng)起端的大口徑管道可按略高于平均經(jīng)濟(jì)流速來確定管徑，對(duì)于管網(wǎng)末端較小口徑的管道，可按略低于平均經(jīng)濟(jì)流速確定管徑，特別是對(duì)確定水泵揚(yáng)程影響較大的管段，適當(dāng)降低流速，使管徑放大一號(hào)，比較經(jīng)濟(jì)；5）管線造價(jià)（含管材價(jià)格、施工費(fèi)用等）較高而電價(jià)相對(duì)較低時(shí)，取較大的經(jīng)濟(jì)流速，反之取較小的經(jīng)濟(jì)流速。重力供水時(shí)，水源水位高于給水區(qū)所需水壓，兩者標(biāo)高差H可使水在管內(nèi)重力流動(dòng)。各管段經(jīng)濟(jì)管徑應(yīng)按輸水管和管網(wǎng)通過設(shè)計(jì)流量時(shí)，供水起點(diǎn)至控制點(diǎn)的水頭損失總和等于或略小于可利用的水頭來確定。因此，對(duì)于管網(wǎng)起端的大口徑管道可按略高于平均經(jīng)6.5樹狀管網(wǎng)水力計(jì)算計(jì)算步驟：確定各管段流量；根據(jù)經(jīng)濟(jì)流速選取標(biāo)準(zhǔn)管徑；計(jì)算各管段水頭損失；確定控制點(diǎn)；計(jì)算控制線路的總水頭損失，確定水泵揚(yáng)程或水塔高度；確定各支管可利用的剩余水頭；計(jì)算各支管的平均水力坡度，選定管徑。例6-2樹狀管網(wǎng)設(shè)計(jì)計(jì)算（教材P103）6.5樹狀管網(wǎng)水力計(jì)算計(jì)算步驟：例6-2樹狀管網(wǎng)設(shè)6.6.1管網(wǎng)計(jì)算基礎(chǔ)方程

目的：確定各水源節(jié)點(diǎn)供水量、各管段流量和管徑、全部節(jié)點(diǎn)的水壓。多水源環(huán)狀管網(wǎng)的管段數(shù)Ｐ、節(jié)點(diǎn)數(shù)Ｊ、基環(huán)數(shù)Ｌ和水源數(shù)Ｓ滿足列關(guān)系：Ｐ＝Ｊ+Ｌ-Ｓ單水源環(huán)狀管網(wǎng)：

Ｐ＝Ｊ+Ｌ-1樹狀管網(wǎng)：Ｐ＝Ｊ-16.6環(huán)狀管網(wǎng)水力計(jì)算6.6.1管網(wǎng)計(jì)算基礎(chǔ)方程多水源環(huán)狀管網(wǎng)的管段數(shù)Ｐ

管網(wǎng)水力計(jì)算時(shí)，節(jié)點(diǎn)流量、管段長度為已知，需要確定管道的直徑和流量，有2P（管段數(shù)）個(gè)未知數(shù)，利用經(jīng)濟(jì)流速確定流量與直徑的關(guān)系，實(shí)際上只要求解Ｐ個(gè)未知數(shù)。管網(wǎng)中水流必須符合：質(zhì)量守恒和能量守恒原理，即滿足連續(xù)方程和能量方程。獨(dú)立的連續(xù)性方程數(shù)為J-S個(gè)，獨(dú)立的能量方程數(shù)為Ｌ個(gè)，共計(jì)Ｐ個(gè)。管網(wǎng)水力計(jì)算時(shí)，節(jié)點(diǎn)流量、管段長度為已知，J-S個(gè)節(jié)點(diǎn)連續(xù)性方程：

qi為節(jié)點(diǎn)流量，qij為管段流量，離開節(jié)點(diǎn)為正，流向節(jié)點(diǎn)為負(fù)。Ｌ個(gè)基環(huán)能量方程：

hij為管段水頭損失，順時(shí)針方向?yàn)檎鏁r(shí)針方向?yàn)樨?fù)。J-S個(gè)節(jié)點(diǎn)連續(xù)性方程：qi為節(jié)點(diǎn)流量，qi6.6.2管網(wǎng)計(jì)算方法分類在管網(wǎng)水力計(jì)算時(shí)，根據(jù)求解的未知數(shù)是管段流量還是水頭損失（或節(jié)點(diǎn)水壓）

，可以分為解環(huán)方程組、解節(jié)點(diǎn)方程組和解管段方程組三類。1、解環(huán)方程組：管網(wǎng)經(jīng)流量分配后，各節(jié)點(diǎn)已滿足連續(xù)性方程，可是由該流量求出的管段水頭損失，并不同時(shí)滿足

L個(gè)環(huán)的能量方程，為此必須多次將各管段的流量反復(fù)調(diào)整，直到滿足能量方程，從而得出各管段的流量和水頭損失。環(huán)方程組解法原理：在初步分配流量的基礎(chǔ)上，逐步調(diào)整管段流量以滿足能量方程。6.6.2管網(wǎng)計(jì)算方法分類管網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)流量初分配（連續(xù)性方程滿足)，根據(jù)經(jīng)濟(jì)流速初擬管徑，但環(huán)內(nèi)正反兩個(gè)方向水頭損失不相等，其差值稱作閉合差。調(diào)整管段流量，減少閉合差到一定精度范圍的過程叫管網(wǎng)平差。

平差就是求解J—1個(gè)線性連續(xù)性方程組，和L個(gè)非線性能量方程組。以得出P個(gè)管段的流量。

手工計(jì)算時(shí)，每環(huán)閉合差要求小于0.5m，大環(huán)閉合差小于1.0m。電算時(shí)，閉合差的大小可以達(dá)到任何要求的精度，但可考慮采用0.01—0.05m。管網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)流量初分配（連續(xù)性方程滿足)，根據(jù)經(jīng)一般情況下，不能用直接法求解非線性能量方程組，而須用逐步近似法求解。解環(huán)方程有多種方法，現(xiàn)在最常用的解法是哈代—克羅斯法。環(huán)方程組解法特點(diǎn)：方程數(shù)目少；要求輸入的參數(shù)多；適合于手工平差。一般情況下，不能用直接法求解非線性能量方程組求解步驟：根據(jù)已知節(jié)點(diǎn)（控制點(diǎn)和泵站）水壓，初步確定其它各節(jié)點(diǎn)水壓；根據(jù)流量與水頭損失的關(guān)系求出各管段流量；2、解節(jié)點(diǎn)方程組：在假定每一節(jié)點(diǎn)水壓條件下，應(yīng)用連續(xù)性方程及管段壓降方程，計(jì)算每一節(jié)點(diǎn)水壓。可從任一管段兩端節(jié)點(diǎn)的水壓差得出該管段的水頭損失，進(jìn)一步從流量和水頭損失關(guān)系算出管段流量。在J個(gè)節(jié)點(diǎn)中，必有一個(gè)節(jié)點(diǎn)的水壓是已知的（如控制點(diǎn)或水源點(diǎn)）。求解步驟：2、解節(jié)點(diǎn)方程組：在假定每一節(jié)點(diǎn)水壓求解步驟：③假定流向節(jié)點(diǎn)的流量為負(fù)，離開節(jié)點(diǎn)的流量為正，驗(yàn)算每一節(jié)點(diǎn)流量是否滿足連續(xù)性方程，如不等于零，則按下式求出校正水壓△Hi值；④除水壓已定節(jié)點(diǎn)外，按△Hi校正每一節(jié)點(diǎn)水壓，重復(fù)上列步驟計(jì)算，直到所有節(jié)點(diǎn)進(jìn)出流量代數(shù)和（節(jié)點(diǎn)流量閉合差）達(dá)到預(yù)定精度為止。節(jié)點(diǎn)方程組方法的特點(diǎn)：方程數(shù)目較多；要求輸入的參數(shù)較少；適合計(jì)算機(jī)進(jìn)行平差。求解步驟：3、解管段方程：應(yīng)用連續(xù)性方程和能量方程，求各管段流量和水頭損失，再根據(jù)已知節(jié)點(diǎn)水壓求其余各節(jié)點(diǎn)水壓。（直接聯(lián)立求解J-S個(gè)連續(xù)性方程和L個(gè)能量方程，求出P＝L+J-S個(gè)管段流量）。（略講）

解管段方程同解環(huán)方程的區(qū)別在于：解環(huán)方程，初分流量已滿足連續(xù)性方程，然后解能量方程，調(diào)整初分流量，得最終管段流量和水頭損失。而解管段方程，則是通過一定手段的簡化，直接同時(shí)解連續(xù)性方程（不初分流量）和能量方程，因此工作量大，需電算，但所得結(jié)果直接就是滿足要求的管段最終流量和水頭損失。3、解管段方程：應(yīng)用連續(xù)性方程和能量方程，求各管段流量和水頭具體步驟：①對(duì)能量方程進(jìn)行線性化處理；②給定流量初值并計(jì)算線性系數(shù)；③解線性方程求出管段流量；④根據(jù)所得流量計(jì)算線性系數(shù)并重新求解管段流量直到誤差符合要求。解管段方程組法特點(diǎn)：未知數(shù)多；要求初分流量；實(shí)際中應(yīng)用少。具體步驟：①對(duì)能量方程進(jìn)行線性化處理；①對(duì)能量方程進(jìn)行線性化處理；第6章給水管網(wǎng)的設(shè)計(jì)計(jì)算課件6.6.3環(huán)狀網(wǎng)平差方法1.哈代-克羅斯法或洛巴切夫法—提出了各環(huán)的管段流量用校正流量調(diào)整的迭代方法。Q1Q2Q3Q4Q5Q64563216.6.3環(huán)狀網(wǎng)平差方法Q1Q2Q3Q4Q5Q64563Q1Q2Q3Q4Q5Q6456321Q1Q2Q3Q4Q5Q6456321忽略相鄰環(huán)校正流量和二階微量的影響：校正流量的符號(hào)與水頭損失閉合差的符號(hào)相反。（6-21）忽略相鄰環(huán)校正流量和二階微量的影響：校正流量的符號(hào)與水頭損失步驟：根據(jù)連續(xù)性條件初步分配管段流量；計(jì)算各管段的水頭損失；以順時(shí)針方向?yàn)檎?，逆時(shí)針方向?yàn)樨?fù)，計(jì)算各環(huán)的水頭損失閉合差；計(jì)算各管段的Sijqij和每一環(huán)的ΣSijqij；計(jì)算各環(huán)的校正流量；將管段流量加上校正流量重新計(jì)算水頭損失，直到最大閉合差小于允許誤差為止。步驟：2.最大閉合差的環(huán)校正法管網(wǎng)平差過程中，任一環(huán)的校正流量都會(huì)對(duì)相鄰環(huán)產(chǎn)生影響。一般說來，閉合差越大校正流量越大，對(duì)鄰環(huán)的影響也就越大。管網(wǎng)計(jì)算過程中，在每次迭代時(shí)，可對(duì)管網(wǎng)中的各環(huán)同時(shí)進(jìn)行校正流量，但也可以只對(duì)管網(wǎng)中閉合差最大的一部分環(huán)進(jìn)行校正，稱為最大閉合差的環(huán)校正法。采用此法可以減少平差工作量。2.最大閉合差的環(huán)校正法最大閉合差的環(huán)校正法步驟：首先求得各環(huán)閉合差大小和方向；然后選擇閉合差大的一個(gè)環(huán)或?qū)㈤]合差較大且方向相同的相鄰基環(huán)連成大環(huán)。平差時(shí)只須計(jì)算在大環(huán)上的各管段。對(duì)大環(huán)進(jìn)行平差，通過平差后，和大環(huán)異號(hào)的各鄰環(huán)，閉合差會(huì)同時(shí)相應(yīng)減小。大環(huán)選擇的注意事項(xiàng)決不能將閉合差方向不同的幾個(gè)基環(huán)連成大環(huán)，否則計(jì)算過程中會(huì)出現(xiàn)和大環(huán)閉合差相反的基環(huán)其閉合差反而增大，致使計(jì)算不能收斂。最大閉合差的環(huán)校正法步驟：大環(huán)閉合差等于構(gòu)成該大環(huán)各基環(huán)閉合差⊿h的代數(shù)和。Ⅲ大環(huán)閉合差等于構(gòu)成該大環(huán)各基環(huán)閉合差⊿h的代數(shù)和。Ⅲ如圖，環(huán)Ⅰ和環(huán)Ⅱ的閉合差方向相同：為降低Ⅰ、Ⅱ的閉合差，分別對(duì)環(huán)Ⅰ和環(huán)Ⅱ引入校正流量和，使環(huán)Ⅰ和環(huán)Ⅱ的閉合差減小。但公共管段2~5由于相互抵消作用，使環(huán)Ⅰ和環(huán)Ⅱ的閉合差降低幅度減小，平差效率較低。

若考慮對(duì)Ⅰ、Ⅱ構(gòu)成的大環(huán)Ⅲ校正，則多環(huán)受益，平差效果好。如圖，環(huán)Ⅰ和環(huán)Ⅱ的閉合差方向相同：