給水管網設計計算步驟

給水管網設計計算設計計算步驟確定供水方案給水管網定線設計流量計算〔用水定額、生活用水設計流量組成和計算、用水量預測〕沿線流量、節(jié)點流量計算流量分配，初選管徑〔水力計算〕平差計算計算所需揚程校核〔事故、消防和最大轉輸〕確定水泵分級工作，計算清水池容積生成設計文件〔設計說明書和圖紙〕4.1確定供水方案1．按水源的數目分類〔1〕單水源給水管網系統(tǒng)〔2〕多水源給水管網系統(tǒng)圖1.5多水源給水系統(tǒng)2．按系統(tǒng)構成方式分類〔1〕統(tǒng)一給水管網系統(tǒng)：同一管網按相同的壓力供給生活、生產、消防各類用水。系統(tǒng)簡單，投資較少，管理方便。適用在工業(yè)用水量占總水量比例小，地形平坦的地區(qū)。按水源數目不同可為單水源給水系統(tǒng)和多水源給水系統(tǒng)?！?〕分質給水系統(tǒng)：因用戶對水質的要求不同而分成兩個或兩個以上系統(tǒng)，分別供給各類用戶。可分為生活給水管網和生產給水管網等?？梢詮耐凰慈∷?，在同一水廠中經過不同的工藝和流程處理后，由彼此獨立的水泵、輸水管和管網，將不同水質的水供給各類用戶。如圖圖1.6分質給水系統(tǒng)

采用此種系統(tǒng)，可使城市水廠規(guī)模縮小，特別是可以節(jié)約大量藥劑費用和動力費用，但管道和設備增多，管理較復雜。適用在工業(yè)用水量占總水量比例大，水質要求不高的地區(qū)。

〔3〕分區(qū)給水系統(tǒng)將給水管網系統(tǒng)劃分為多個區(qū)域，各區(qū)域管網具有獨立的供水泵站，供水具有不同的水壓。分區(qū)給水管網系統(tǒng)可以降低平均供水壓力，防止局部水壓過高的現象，減少爆管的幾率和泵站能量的浪費。管網分區(qū)的方法有兩種：城鎮(zhèn)地形較平坦，功能分區(qū)較明顯或自然分隔而分區(qū)，如圖1-7所示：地形高差較大或輸水距離較長而分區(qū)，又有串聯分區(qū)和并聯分區(qū)兩類，圖1-8所示為并聯分區(qū)給水管網系統(tǒng)，圖1-9所示為串聯分區(qū)給水管網系統(tǒng)。圖1-7分區(qū)給水管網系統(tǒng)圖1-8并聯分區(qū)給水管網系統(tǒng)a-高區(qū)；b-低渠；1-凈水廠；2-水塔；圖1-9串聯分區(qū)給水管網系統(tǒng)a-高區(qū)；b-低區(qū)；1-凈水廠；2-水塔；3-加壓泵站3．按輸水方式分類〔1〕重力輸水：水源處地勢較高，清水池中的水依靠重力進入管網系統(tǒng)，無動力消耗，教經濟。〔2〕壓力輸水：依靠泵站加壓輸水。4.2給水管網定線1給水管網布置原那么與形式1．給水管網布置原那么〔1〕按照城市總體規(guī)劃，結合實際布置〔2〕主次明確〔3〕盡量縮短管線長度〔4〕協調好與其他管道關系〔5〕保證供水平安可靠〔6〕盡量減少拆遷，少占農田〔7〕施工、運行和維護方便〔8〕遠近期結合，留有開展余地2．給水管網布置根本形式〔1〕樹狀網：因形狀像樹而得名特點：●管線長度短，構造簡單，投資省●平安可靠性差●水力條件差，易產生“死水區(qū)〞，末端水流停滯影響水質適用：對供水平安可靠性要求不高的小城市和小型工業(yè)企業(yè)?！?〕環(huán)狀網：特點：●管線長度長，投資大●平安可靠性好●水力條件較好，不易產生“死水區(qū)〞，水錘危害輕。節(jié)點、管段、環(huán)、基環(huán)、大環(huán)適用：對供水平安可靠性要求較高的大、中城市和大型工業(yè)企業(yè)。通常做法初期建枝狀網，隨著城市的開展逐漸形成環(huán)重要地段建環(huán)狀網2輸水管渠定線1．特點〔1〕距離長〔2〕障礙物多，地形、地質復雜〔3〕易損壞，維修困難〔4〕一旦出現故障，易引起供水中斷2．原那么〔1〕盡量縮短管線長度，減少拆遷，少占農田〔2〕選擇最正確的地形和地質條件，盡量沿現有道路定線，以利施工和檢修〔3〕減少與鐵路、公路和河流的交叉〔4〕防止穿越滑坡、巖層、沼澤、高地下水位和河水淹沒沖刷地區(qū)3．輸水方式3給水管網定線〔1〕內容：定線：在平面上確定管線的位置和走向包括干管和連接管〔干管之間〕，不包括從干管到用戶的分配管和進戶管?！?〕管網定線要點●以滿足供水要求為前提，盡可能縮短管線長度；●干管延伸方向與管網的主導流向一致，主要取決于二級泵站到大用水戶、水塔的水流方向●沿管網的主導流向布置一條或數條干管●干管應從兩側用水量大的街道下經過〔雙側配水〕，減少單側配水的管線長度；●干管之間的間距根據街區(qū)情況，宜控制在500~800m左右，連接管間距宜控制在800~1000m左右；1〕分配管：敷設在每一街道或工廠車間的路邊，將干管中的水送到用戶和消火栓。直徑由消防流量決定〔防止火災時分配管中的水頭損失過大〕，最小管徑為100mm，大城市一般150mm~200mm。2〕進戶管：一般設一條，重要建筑設兩條，從不同方向引入?！?〕分配管、進戶管●干管一般沿城市規(guī)劃道路定線，盡量防止在高級路面或重要道路下通過；●管線在街道下的平面和高程位置，應符合城鎮(zhèn)或廠區(qū)管道的綜合設計要求。6．1設計用水量及其調節(jié)計算

6．1．1最高日設計用水量

一、用水量的表示〔1〕城市用水量包括：1)

綜合生活用水量，包括居民生活用水和公共設施用水2)

工業(yè)企業(yè)生產用水量和工作人員生活用水量3)

消防用水量4)

市政用水量，主要指澆灑道路和綠地用水量5)

未預見水量及給水管網漏失水量。1．最高日設計用水量定額〔1〕居民生活用水居民生活用水定額和綜合生活用水定額〔包括公共設施生活用水量〕見?室外給水設計標準?〔2〕工業(yè)企業(yè)1〕2)〔3〕消防用水：按?建筑設計防火標準?執(zhí)行〔4〕其他用水1〕澆灑道路：1～2L/m2·次，每日2～32〕綠化：1.5～4L/m2·d2．最高日設計用水量計算Qd〔1〕城市最高日綜合生活用水量〔包括公共設施生活用水量〕〔2〕工業(yè)企業(yè)生產用水量〔3〕工業(yè)企業(yè)職工生活用水和淋浴用水量〔4〕澆灑道路和綠化用水量最高日設計用水量〔5〕未預見水量和管網漏失量3．消防用水量〔校核時使用〕6．1．2設計用水量變化及其調節(jié)計算設計流量:最高日最高時流量最高日最高時流量=〔最高日流量/24〕×Kz但是由于各種流量并不是在同一時間到達最大流量，所以有必要分別求各時段流量，然后相加。1．設計用水量變化規(guī)律確實定可用變化系數〔粗略〕或變化曲線〔比較精確〕。無詳細資料時，可供參考?！?〕最高日城市綜合用水的時變化系數Kh宜采用1.3～1.6，日變化系數Kd1.1～1.5；2工業(yè)企業(yè)職工生活用水時變化系數為按平均考慮，淋浴用水發(fā)生在實際時段3工業(yè)生產用水可均勻分配。4澆灑道路和綠地發(fā)生在實際時段5未預見水及漏失水按平均考慮用水量變化曲線2.3城市用水量預測計算

是決定水資源使用量、建設規(guī)模、投資額的依據。包括：①城市給水工程統(tǒng)一供給的局部②城市給水工程統(tǒng)一供給以外的所有用水量的總和〔2〕表示方法1)

最高日用水量Qd：用水量最多一年內，用水量最多一天的用水量。m3/d2)

最高日平均時用水量Qd/24，m3/h3)

平均日用水量Qad：用水量最多一年內平均每天的用水量4)

最高時用水量Qh：用水量最多一年內，用水量最多一天中，用水量最大的一小時的用水量。二、用水量變化的表示

一般日變化系數Kd1.1～2.02)時變化系數Kh〔2〕用水量變化曲線表示一天24小時的變化情況〔1〕用水量變化系數1)日變化系數Kd2.3.2城市用水量預測計算〔1〕

分類估算法按照用水的性質分類〔生活、生產等〕→確定用水量標準→確定各自用水量→總用水量――――用于設計階段〔2〕

單位面積法根據城市用水區(qū)域面積估算用水量104m3/km2d〔3〕

人均綜合指標法城市人口平均總用水量稱為人均綜合用水量?！?〕年遞增率法〔指數曲線的外推模型〕

〔5〕線性回歸法〔一元線性回歸模型〕〔6〕生長曲線法第4節(jié)二泵站分級工作及清水池、水塔

調節(jié)容積計算一、水的流程圖取水泵站水廠清水池二泵站配水管網水塔Q/24Q/24二、二泵站分級二泵站的工作情況與管網中是否有調節(jié)構筑物有關〔水塔、高地水池〕1、假設管網中無調節(jié)構筑物二泵站設計流量=最高日最高時流量〔大小泵搭配、變頻調速〕2、假設管網中有調節(jié)構筑物二泵站分級工作二泵站設計流量=最大一級流量注意：分級數不宜過多〔3級〕各級供水線盡可能接近用水線分級時要考慮能否找到適宜的泵三、輸水管設計流量輸水管：不向兩邊配水的管道，只起轉輸水的作用。取水到水廠的管段、二泵站到管網的管段取水到水廠的管段設計流量=最高日平均時流量二泵站到管網的管段設計流量跟管網中有無水塔有關無水塔時，二泵站到管網的管段設計流量=最高日最高時流量有水塔時跟水塔在管網中的位置有關前置水塔：二泵站到水塔按水泵最大級，水塔到管網按最高日最高時對置水塔：二泵站到管網按水泵最大級，水塔到管網按水塔供水量水塔位置前置水塔管網水塔二泵站2、對置水塔管網水塔二泵站四、水塔和清水池的調節(jié)作用水塔是調節(jié)

和

之間的差值。清水池是調節(jié)

和

之間的差值。水塔的調節(jié)作用跟其在管網中的位置無關五、水塔和清水池的容積計算計算方法經驗估算根據用水變化曲線推算〔2〕水塔的容積六、水塔和清水池的構造清水池形狀：圓形和矩形管道：進水管、出水管、溢流管、放空管注意：一般設兩個以上選用時盡可能往標準圖集上靠清水池構造圖第5節(jié)沿線流量與節(jié)點流量計算1．沿線流量是指沿線分配給用戶的流量。管網配水情況比較復雜，頂峰流量各異。計算時加以簡化。比流量法，假定小用水戶的流量沿線均勻分布?！?〕長度比流量假定水量沿管網長度均勻流出。管線單位長度上的配水流量，稱為長度比流量，記作qcb。那么每一計算管段沿線流量記作qy為：〔2〕面積比流量假定沿線流量均勻分布在整個供水面積上。管線單位面積上的配水流量，稱為面積比流量，記作qmb。那么每一計算管段沿線流量記作qy為：每一管段所負擔的供水面積可按分角線法和對角線法劃分。注意：1〕面積比流量考慮了沿線供水面積〔人數〕多少對管線配水的影響，計算結果更接近實際配水情況，但計算較麻煩。當供水區(qū)域的干管分布比較均勻時，二者相差很小。這時，用長度比流量較好。2〕當供水區(qū)域內各區(qū)衛(wèi)生設備或人口密度相差較大時，各區(qū)的比流量應分別計算。3〕同一管網，比流量的大小隨用水量變化而變化。各種工況下需分別計算。2、節(jié)點流量〔1〕、沿線流量為什么要轉化為節(jié)點流量由于管段沿線向外配水，所以沿著水流方向管段中的流量是減少的，根據管徑是由流量來決定的，所以管徑也應該是逐漸減小的。理論上最經濟的管段應該是喇叭口形狀或者是階梯形狀的如以下圖所示：但是，實際的管段并沒有喇叭口形狀的，管徑也是不連續(xù)的，所以，仔細去計算每一個沿線流出去的流量已經沒有實際意義了。沿線流量只有當其累積到一定量，足以引起管徑變化的時候計算起來才有實際意義。這樣，就可以不考慮實際沿線配水的情況，而把一定長度管段上的沿線流量用一個等效的流量來代替，即節(jié)點流量?！?〕沿線流量如何轉換成節(jié)點流量沿線流量劃成節(jié)點流量公式〔3〕沿線流量轉換成節(jié)點流量的依據假設沿線出流是均勻的，那么管道的任一斷面上的流量沿程水頭損失沿程水頭損失將移至兩端點，分別為管道內流量為根據水力等效原那么〔2〕、節(jié)點流量計算公式節(jié)點流量包括兩局部：由沿線流量劃成節(jié)點流量和該節(jié)點的集中流量【例題】某城市最高時總用水量為260L/s，其中集中供給的工業(yè)用水量120L/s〔分別在節(jié)點2、3、4集中出流40L/s〕。各管段長度〔單位為m〕和節(jié)點編號見圖。管段1-5、2-3、3-4為一側供水，其余為雙側供水。試求：〔1〕比流量；〔2〕各管段的沿線流量；〔3〕各節(jié)點流量。解：1．配水干管計算總長度2．配水干管比流量

3．沿線流量：

管段編號管段計算總長度（m）比流量(L/s.m)沿線流量(L/s)1-22-33-41-53-54-65-66-78000.5×600=300

0.5×600=3000.5×600=3008008006005000.0318225.459.559.559.5525.4525.4519.0915.91合計4400140.00各管段沿線流量計算4．節(jié)點流量計算：

各管段節(jié)點流量計算

節(jié)點節(jié)點連的管段節(jié)點流量(L/s)集中流量(L/s)節(jié)點總流量(L/s)12345671-2,1-51-2,2-32-3,3-4,3-53-4,4-61-5,3-5,5-64-6,5-6,7-66-70.5(25.45+9.55)=17.500.5(25.45+9.55)=17.500.5(9.55+9.55+25.45)=22.280.5(25.45+9.55)=17.500.5(9.55+25.45+19.09)=27.050.5(25.45+19.09+15.91)=30.220.5(15.91)=7.95

404040

17.5057.5062.2857.5027.0530.227.95合計140.00120.00260.00第6節(jié)管段設計流量分配與初擬管徑1、管段設計流量分配目的：確定各管段中的流量，進而確定管段直徑。流量分配要保持水流的連續(xù)性，每一節(jié)點必須滿足節(jié)點流量的平衡條件：流入任一節(jié)點的流量等于流離該節(jié)點的流量，假設以流入為“一〞，流離為“+〞，那么∑Q=0。a.枝狀網水流方向唯一，流量分配唯一，任一管段的流量等于以后所有節(jié)點流量總和。b.環(huán)狀網

流量分配有多種組合方案根本原那么：滿足供水可靠性前提下，兼顧經濟性。方法和步驟：確定控制點位置，管網主導流向；參照主導流向擬定各管段水流方向，以最短距離供水到大用戶或遙遠地區(qū)；盡量使平行的主要干管分配相近的流量〔防止某些管段負荷過重〕，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轉輸流量〕各干管通過的流量沿主要流向逐漸減少，不要忽多忽少；可以起端開始或從末端，滿足節(jié)點流量的平衡條件。此分配值是預分配，用來選擇管徑，真正值由平差結果定。2、初擬管徑確定管網中每一管段的直徑是輸水和配水系統(tǒng)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。在設計中，各管段的管徑按下式計算：式中q為管段流量，m3/s；V為管內流速，m/s。由上式可知，管徑不但和管段流量有關，而且還與流速有關。因此，確定管徑時必須先選定流速。從公式可以看出，流量一定時，管徑與流速的平方根成反比。如果流速選用的大一些，管徑就會減小，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之增大。相反，假設流速選用小一些，因管徑增大，管網造價會增加。但因水頭損失減小，可節(jié)約電費，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〔稱為投資歸還期〕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。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，為了防止水中懸浮物質在水管內沉積，最低流速通常應大于0.60m/s，由此可見，在技術上允許的流速范圍是較大的。因此，還需在上述流速范圍內，根據當地的經濟條件，考慮管網的造價和經營管理費用，來選定適宜的流速。各城市的經濟流速值應按當地條件，如水管材料和價格、施工條件、電費等來確定，不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，須隨管網圖形、該管段在管網中的位置、該管段流量和管網總流量的比例等決定。因為計算復雜，有時簡便地應用“界限流量表〞確定經濟管徑，見界限流量表。由于實際管網的復雜性，加上情況在不斷的變化，例如流量在不斷增加，管網逐步擴展，諸多經濟指標如水管價格、電費等也隨時變化，要從理論上計算管網造價和年管理費用相當復雜且有一定難度。在條件不具備時，設計中也可采用由各地統(tǒng)計資料計算出的平均經濟流速來確定管徑，得出的是近似經濟管徑，見