给水管网设计.pptx

6.1设计用水量计算最高日设计用水量（1）最高日设计用水量定额设计用水量定额是确定设计用水量的主要依据，应结合现状和规划资料并参照类似地区或企业的用水情况，确定用水量定额。居民生活用水定额和综合用水定额，结合给水专业规划和给水工程发展条件综合分析确定。1）居民生活用水城市居民生活用水量由城市人口、每人每日平均生活用水量和城市给水普及率等因素确定。我国幅员辽阔，各城市人均用水量有较大的差别。我国东南地区、沿海经济开发特区和旅游城市，用水量普遍高于水源缺乏及气候寒冷的地区。居民生活用水定额和综合生活用水定额可参照室外给水设计规范的规定。2）工业企业生产用水和生活用水设计年限内生产用水量的预测，可以按历年工业用水增长率以推算未来的水量，或根据单位工业产值的用水量、工业用水量增长率与工业产值的关系，或单位产值用水量与用水重复利用率的关系加以预测。工业企业的生产用水量标准，通常由企业的工艺部门提供。在估计工业企业生产用水量时，应按当地水源条件、工业发展情况、工业生产水平，预估将来可能达到的重复利用率。工业企业内工作人员生活用水量和淋浴用水量可按工业企业设计卫生标准。工作人员生活用水量应根据车间性质决定，一般车间采用每人每班25L，高温车间采用每人每班35L。工业企业内工作人员的淋浴用水量，可参照附录表2的规定，淋浴时间在下班后一小时内进行。第1页/共43页最高日设计用水量（续）3）消防用水消防用水量、水压和火灾延续时间等，应遵照建筑设计防火规范（GB 50016-2006）和高层民用建筑设计防火规范（GB 50045-95）等执行。城市或居住区的室外消防用水量，应按同时发生的火灾次数和一次灭火的用水量确定，见附录表4。工厂、仓库和民用建筑的室外消防用水量，可按同时发生火灾的次数和一次灭火的用水量确定，见附录表4和表5。4）其它用水浇洒道路和绿化用水量应根据路面种类、绿化面积、气候和土壤等条件确定。浇洒道路用水量一般为每平方米路面每次1.02.0L，每日23次。大面积绿化用水量可采用1.54.0L/（m2d）。城市的未预见水量和管网漏失水量可按最高日用水量的1525%合并计算，工业企业自备水厂的上述水量可根据工艺和设备情况确定。（2）最高日设计用水量计算最高日设计用水量应包括设计年限内所供应的全部用水：居住区综合生活用水，工业企业生产用水和职工生活用水，消防用水，浇洒道路和绿地用水以及未预见水量和管网漏失水量，但不包括工业自备水源所供应的水量。设计用水量应先分项计算，最后进行汇总。由于消防用水量是偶然发生的，不累计到设计总用水量中，仅作为设计校核使用。第2页/共43页最高日设计用水量（续1）1）城市最高日综合生活用水量（包括公共设施生活用水量）：式中 q1i 城市各分区的最高日综合生活用水量定额，L/(Capd)，见附录表1；N1i 设计年限内城市各用水分区的计划人口数，Cap；2）工业企业生产用水量：式中q2i各工业企业最高日生产用水量定额，m3/万元或m3/产量单位；B2i各工业企业产值（万元/d）或产量（产品单位/d；fi各工业企业生产用水重复利用率。3）工业企业职工的生活用水和淋浴用水量：式中q3ai各工业企业车间职工生活用水量定额，L/（Cap班）；Q3bi各工业企业车间职工淋浴用水量定额，L/（Cap班）；N3ai各工业企业车间最高日职工生活用水总人数，Cap；N3bi各工业企业车间最高日职工淋浴用水总人数，Cap。第3页/共43页最高日设计用水量（续2）4）浇洒道路和绿化用水量：式中q4a城市浇洒道路用水量定额，L/（m2次）；q4b城市绿化用水量定额，L/（m2d）；N4a城市最高日浇洒道路面积，m2；f4城市最高日浇洒道路次数；N4b城市最高日绿化用水面积，m2。5）未预见水量和管网漏失水量：6）消防用水量：式中q6消防用水量定额，L/s；f6同时火灾次数。7）最高日设计用水量：(6.7)（m3/d）第4页/共43页设计用水量变化及其调节计算（1）设计用水量变化规律最高日用水量的时变化系数：城市综合用水的时变化系数宜采用1.31.6；工业企业内工作人员的生活用水时变化系数为2.53.0，淋浴用水量按每班延续用水1小时确定变化系数；工业生产用水量一般变化不大，可以在最高日内各小时均匀分配。最高日用水量的时变化曲线：最高日各小时用水量曲线图。图6.1某城市最高日用水量变化曲线(6.8)（m3/h）图6.1 中，最高时用水量为全天用水量的5.92%，时变化系数为1.42。若最高日用水量Qd=45000m3/d，则最高时用水量为：（m3/h）第5页/共43页设计用水量变化及其调节计算（续）（2）供水泵站供水流量设计 最高时供水来自一个或多个水厂，由供水泵站加压后送入管网。对于用水量变化较大时，需要在管网中设置水塔或高位水池，在供水低峰时将水量贮存起来，而在供水高峰时协同供水泵站供水，可以降低供水泵站设计规模和建设费用。供水管网设计的基本原则：1）供水管网设计流量须等于最高日最高时设计用水量，即：(6.9)（L/s）式中Qs最高日最高时设计用水量，L/s。2）当给水管网内不设水塔或高位水池时，各供水泵站设计流量之和等于最高时用水流量。3）当给水管网中设置水塔或高位水池时，应先设计泵站供水曲线，要求如下：a）管网供水泵站的设计供水量一般分二级，如高峰供水时段分一级一级，低峰供水时段分一级，最多也可分三级；b）泵站各级供水线尽量接近用水线，以减小水塔或高位水池的调节容积；c）分级供水时，水泵机组的合理搭配应满足用水量增长的需要；d）必须使泵站24小时供水量之和与最高日用水量相等。第6页/共43页设计用水量变化及其调节计算（续1）（3）调节容积计算图6.1中两条虚线之间的差即为需要调节的流量差，列于表6.4中的（2）、（3）两项。当给水管网中设有水塔或高位水池时，则要调节供水泵站供水流量与用水流量之差，如图6.1中泵站供水线（虚线）与用水线之间的差值，列于图6.4中的（3）、（4）两项。调节构筑物的功能是调节供水量与用水量之间的差值，其调节容积为：(6.9)（L/s）式中式中Q1、Q2-分别为分别为供水量与用水量供水量与用水量，m3/h。第7页/共43页调节容积计算表 表6.4第8页/共43页设计用水量变化及其调节计算（续2）（4）清水池和水塔容积设计 清水池中除了贮存调节用水量以外，还存放消防用水量和给水处理系统生产自用水量，因此，清水池设计有效容积为：(6.11)（m3）在在缺乏资料缺乏资料、不能进行水量调节计算的情况下，、不能进行水量调节计算的情况下，一般清水池容积可按最高日用水量一般清水池容积可按最高日用水量的的10%20%设计设计。工业用水可按生产上的要求确定清水池容积。工业用水可按生产上的要求确定清水池容积。式中 W1一清水池调节容积；W2一消防贮备水量，按2小时室外消防用水量计算；W3一给水处理系统生产自用水量，一般取最高日用水量的510%；W4一安全贮备水量。清水池应设计成相等容积的两只，如仅有一只，则应分格或采取适当措施，以便清洗或检修时不间断供水。水塔除了贮存调节用水量以外，还需贮存室内消防用水量，因此，水塔设计有效容积为：式中W1一水塔调节容积，m3；W2一室内消防贮备水量，m3，按10分钟室内消防用水量计算。第9页/共43页6.2设计流量分配与管径设计 节点设计流量分配计算（1）用水流量的分配 给水管网最高日最高时用水流量Qh是一个总流量，给水管网设计时须将这一流量分配到管网图的每条管段和各个节点上。分配原则如下：1）将用户分为两类：集中用户：从管网中一个点取得用水，且用水流量较大的用户。其用水流量称为集中流量，如工业企业、事业单位、大型公共建筑等用水均可以作为集中流量；分散用户：从管段沿线取得用水，且流量较小的用户，其用水流量称为沿线流量，如居民生活用水、浇路或绿化用水等。集中流量的取水点一般就是管网的节点，或者必须作为节点，沿线流量则认为是从管段的沿线供应。2）集中流量一般根据集中用水户最高日用水量及其时变化系数逐项计算，即：(6.13)式中 qni第i个集中用水户的集中流量，L/s；Khi第i个集中用水户最高日用水量，m3/d；Qdi第i个集中用水户最高日用水量时变化系数。第10页/共43页6.2设计流量分配与管径设计 节点设计流量分配计算（续）3）沿线流量一般按管段长度分配，或按配水管段的供水面积分配计算，即：(6.15)式中qmi各管段沿线流量，L/s；lmi各管段沿线配水长度，m；ql按管段配水长度分配沿线流量 的比流量，L/（sm）；Ai各管段供水面积，m2；qA按管段供水面积分配沿线流量 的比流量，L/（sm2）。(6.14)或图6.2管段供水面积计算示意图 管段配水长度不一定是实际管段长度，两侧无用水的配水长度为零，单侧用水的配水长度取其实际长度的50%。管段的供水面积计算如图6.2所示。第11页/共43页第12页/共43页第13页/共43页第14页/共43页第15页/共43页第16页/共43页6.2设计流量分配与管径设计 节点设计流量分配计算（续1）4）所有集中流量和沿线流量计算完后，应核算流量平衡，即：(6.15)式中N管网图的节点总数；Qj节点j的节点设计流量，L/s；qmj最高时位于节点j的集中流量，L/s；qsj位于节点j的（泵站或水塔）供水设计流量，L/s；qmi最高时管段i的沿线流量，L/s；Sj节点j的关联集，即与节点j关联的所有管段编号的集合。(6.16)如果存在误差，则应检查计算过程中的误差，可以直接调整某些项集中流量和沿线流量，使流量达到平衡。（2）节点设计流量计算 基本假设：即所有流量只能从节点处流出或流入。供水泵站或水塔的供水流量也应从节点处进入系统，但应作为负流量。节点设计流量是最高时用水集中流量、沿线流量（转移后）和供水设计流量之和，假定流出节点为正向，则用下式计算：第17页/共43页6.2设计流量分配与管径设计 管段设计流量分配计算（1）树状管网管段流量分配计算 树状管网的管段设计流量可以利用节点流量连续性方程组计算，管段数为M=N-1，节点流量连续性方程共N-1个，可以求解M个未知管段设计流量。（亦可用5.2节的逆推法）。(6.15)（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，有很大的自由度，关系到管网设计的经济性和供水可靠性。当某条管段出现事故时，其它管段替代它输送流量的能力也不同。所以，管段设计流量分配要综合考虑管网经济性和供水可靠性。管段设计流量分配应遵循下列原则：1）从一个或多个水源（指供水泵站或水塔等）出发，使供水流量沿较短距离输送到整个管网的所有节点上（目的性）；2）在两个或两个以上方向分配设计流量时，要向主要供水方向（如通向密集用水区或大用户的管段）分配较多的流量，不能出现逆向流（经济性）；3）应确定两条或两条以上平行的主要供水方向，应在各平行供水方向上分配相接近的流量，当主要供水方向上管段损坏时，流量可通过其他管段供给（可靠性）。第18页/共43页6.2设计流量分配与管径设计（续）【例6.3-6.4】某单水源给水系统，其给水管网布置定线后，经过简化，得如图6.3所示管网图，管网中设置水塔，各管段长度和配水长度见表6.5，最高时用水流量为231.50L/s，其中集中用水流量见表6.6，用水量变化曲线及泵站供水曲线设计参照图6.1。试进行设计用水量计算、节点流量分配和管段流量分配。图6.5管段设计流量分配结果 图6.4节点设计流量计算结果图6.3某城市给水管网图 第19页/共43页6.2设计流量分配与管径设计 管段直径设计管径与设计流量的关系为：(6.19)所以，(6.20)式中D管段直径，m；q管段设计流量，m3/s；A管段过水断面面积，m2；v设计流速，m/s。管网最大设计流速2.53.0m，最小设计流速0.6m。设计流速一般采用优化方法求得，在数学上表现为求一定年限T年（称为投资偿还期）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，以此确定的管径称为经济管径。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：其中每年的运行管理费用一般分两项计算：式中Y1管网每年折旧和大修费用；Y2管网年运行费用，主要考虑年运行总电费；p管网年折旧和大修费率（）。第20页/共43页6.2设计流量分配与管径设计 管段直径设计（续）由式(6.21a)和式(6.21b)得：式中C和Y2都与管径和设计流速有关，前者随着管径的增加或设计流速的减小而增加，后者则随着管径的增加或设计流速的减小而减小，如图6.6和图6.7所示。设计中可采用由各地统计资料计算出的平均经济流速来确定经济管径，见表6.8。图6.6年折算费用和管径的关系 图6.7年折算费用和流速的关系 第21页/共43页6.2设计流量分配与管径设计 管段直径设计（续1）选取经济流速和确定管径时，可以考虑以下原则：1）大管径大管径可可取取较较大的经济流速大的经济流速，小管径小管径可可取较小的经济流速取较小的经济流速（详见第（详见第7章）；章）；2）从供水泵站到控制点（即供水压力要求较难满足的节点，可能有多个）的管线上）从供水泵站到控制点（即供水压力要求较难满足的节点，可能有多个）的管线上的管段可取较小的经济流速，输水管取较小的经济流速；的管段可取较小的经济流速，输水管取较小的经济流速；3）管线造价（含管材价格、施工费用等）较高而电价相对较低时取较大的经济流速，）管线造价（含管材价格、施工费用等）较高而电价相对较低时取较大的经济流速，反之取较小的经济流速；反之取较小的经济流速；4）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；）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；5）根据）根据经济流速计算出的管径经济流速计算出的管径如果如果不符合市售标准管径时不符合市售标准管径时，可以，可以选用相近的标准管选用相近的标准管径径，或按表，或按表7.8所列界限管径选取标准管径；所列界限管径选取标准管径；6）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）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，因为这些管段可能需要输送较大的转输流量；放大，因为这些管段可能需要输送较大的转输流量；7）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）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，在未连成环状网且输水未端没有保证供水可靠性的贮水设施时，应采用平水管，在未连成环状网且输水未端没有保证供水可靠性的贮水设施时，应采用平行双条管道，每条管道直径按设计流量的行双条管道，每条管道直径按设计流量的50%确定。另对于较长距离的输水管，确定。另对于较长距离的输水管，中间应设置两处以上的连通管（即将输水管分为三段以上），并安装切换阀门，中间应设置两处以上的连通管（即将输水管分为三段以上），并安装切换阀门，保证事故时能够实现局部隔离，保证达到规范要求的保证事故时能够实现局部隔离，保证达到规范要求的70%以上供水量要求。以上供水量要求。第22页/共43页6.3泵站扬程与水塔高度设计 目的：确定泵站设计和水塔设计的依据。设计工况水力分析给水管网的设计工况即最高日最高时用水工况，对此工况进行水力分析所得到的管段流量和节点水头等一般都是最大值，由此确定的泵站扬程和水塔高度通常是最安全的。但是，在泵站扬程和水塔高度未确定前，对设计工况的水力分析条件尚不满足，需要进行预处理。（1）泵站所在管段的暂时删除 在泵站未设计之前，泵站的水力特性是未知的，其所在管段水力特性也是未知的。为了进行水力分析，应暂时将该管段从管网中删除，与之相关的管段能量方程也暂时不考虑。以图6.8所示管网为例，节点（7）为清水池，管段1上设有泵站，可将管段1从管网中暂时删除，其流量合并到节点（7）和（1），如图6.9所示。图6.8某给水管网模型图6.9 给水管网中管段的暂时删除 第23页/共43页6.3泵站扬程与水塔高度设计 设计工况水力分析（续）（2）假设控制点 按照管网水力分析的前提条件，管网中必须至少有一个定压节点，才能使恒定流方程组可解。必须引入管网供水压力条件。在管网中所有节点水头均为未知的情况下，恒定流基本方程组无确定解主要指的是节点水头无确定解，管段流量仍然是有解的，因而管段的压降也是确定的，节点水头的相对值是确定的。引入两个概念：节点服务水头即节点地面高程加上节点所连接用户的最低供水压力。对于城镇给水管网，设计规范规定了最低供水压力指标，即一层楼用户为10米，二层楼用户为12米，以后每增加一层，用水压力增加4米，如表6.9所列。对于工业给水管网或其它给水管网，可参照相关标准确定最低供水压力。控制点即给水管网用水压力最难满足的节点。在引入管网供水压力条件后，控制点的节点水头可以确定，作为定压节点。第24页/共43页6.3泵站扬程与水塔高度设计 【例6.5】某给水管网如图6.10所示，水源、泵站和水塔位置标于图中，节点设计流量、管段长度、管段设计流量等数据也标注于图中，节点地面标高及自由水压要求见表6.10。（1）设计管段直径（标准管径为100 mm、200 mm、300 mm、400 mm、500mm）；（2）进行设计工况水力分析；（3）确定控制点。【解】（1）管段直径设计管段经济流速采用见表6.11第3行，管段1、4为输水管，采用并行双管。根据经济流速计算管径后，选取标准管径，见表中第5行。图6.10管网设计工况水力分析第25页/共43页6.3泵站扬程与水塔高度设计 （2）设计工况水力分析将管段1暂时删除，其管段流量并到节点（2），得Q2=-194.35+14.55=-179.8（L/s），假定节点8为控制点，即H8=41.50m。采用哈代克罗斯法平差，允许闭合差0.1m，海曾-威廉系数CW=110，结果见表6.12。第26页/共43页6.3泵站扬程与水塔高度设计 （2）设计工况水力分析将管段1暂时删除，其管段流量并到节点（2），得Q2=-194.35+14.55=-179.8（L/s），假定节点8为控制点，即H8=41.50m。采用哈代克罗斯法平差，允许闭合差0.1m，海曾-威廉系数CW=110，结果见表6.12。第27页/共43页6.3泵站扬程与水塔高度设计 （3）确定控制点前已假定节点（8）为控制点，但水力分析后，节点（3）、（4）、（6）和（7）的用水压力要求不能满足，说明真正的控制点不是节点（8），而是节点（3），最大差额为3.39m，所有节点水头加上此值，可使节点压力全部满足要求。计算过程见表6.13。第28页/共43页6.3泵站扬程与水塔高度设计 泵站扬程设计泵站扬程可以直接根据其所在管段的水力特性确定。设泵站位于管段，该管段起端节点水头为HFi，终端节点水头为HTi，该管段管道沿程水头损失为hfi，管道局部水头损失为hmi，则泵站扬程可用下式计算：(6.23)忽略局部水头损失，则上式可以写成：(6.24)水塔高度设计设水塔所在节点水头为Hj，地面高程为Zj，即水塔高度为：(6.25)上式所确定的水塔高度应作为水塔水柜的最低水位离地面的高度，在转输（水塔进水）时，水塔高度还应加上水柜设计有效水深。第29页/共43页6.4管网设计校核 给水管网按最高日最高时用水流量进行设计，管段管径、水泵扬程和水塔高度等一般都能满足供水要求，但如管网出现事故造成部分管段损坏，管网提供消防灭火流量，管网向水塔转输流量等情况，必须对它们相应的工况进行水力分析，校核管网在这些工况条件下能否满足供水流量与水压要求。通过校核，有时需要修改管网中个别管段直径，也可能需要另选合适的水泵或改变水塔的高度等。由于供水流量和压力是紧密联系的，所以，校核指标同时包括供水流量和压力要求两个方面。（1）消防工况校核给水管网的最高日最高时设计流量未计入消防流量，当火灾发生时，由于消防流量比较大，需要按最高时节点用水量加上消防流量的工况进行消防校核，服务水头只要求满足灭火服务水头（10m水柱），而不必满足正常用水的服务水头。当考虑两处或两处以上同时火灾时，另外几处分别放在离供水泵站较远、靠近大用户、居民密集区或重要的工业企业附近的节点上。对于未发生火灾的节点，其节点流量与最高时相同。虽然消防时比最高时用水时所需服务水头低，但因消防时通过管网的流量增大，各管段的水头损失相应增加，可能需要放大个别管段的直径，以减小水头损失。如果最高用水时和消防时的水泵扬程相差很大，须设专用消防水泵。第30页/共43页6.4管网设计校核 （2）水塔转输工况校核水塔转输工况校核 当泵站供水量大于用水量时，多余的水进入水塔贮存，称为当泵站供水量大于用水量时，多余的水进入水塔贮存，称为水塔转输工况水塔转输工况，水塔进水流量最大时称为，水塔进水流量最大时称为最大转输工况最大转输工况。当设对置水塔时，由于它们离供水泵站较远，转输水流的水当设对置水塔时，由于它们离供水泵站较远，转输水流的水头损失大，水塔进水可能会遇到困难。水塔转输工况校核通常头损失大，水塔进水可能会遇到困难。水塔转输工况校核通常只是对对置水塔的最大转输工况进行校核。以便确定水泵能否只是对对置水塔的最大转输工况进行校核。以便确定水泵能否将水送进水塔，这时节点流量需按照最大转输时的流量求出。将水送进水塔，这时节点流量需按照最大转输时的流量求出。最大转输时的节点流量按照下式计算：最大转输时的节点流量按照下式计算：最大转输时节点流量最大转输时节点流量=（最大转输时用水量）（最大转输时用水量）/（最高时用水（最高时用水量）量）*最高用水时该节点的流量最高用水时该节点的流量第31页/共43页6.4管网设计校核 （3）事故工况校核 管网主要管线损坏时，供水能力降低。有关规范规定，城市给水管网在事故工况下，必须保证70%以上用水量。一般按最不利事故工况进行校核，即考虑靠近供水泵站的主干管在最高时损坏的情况。节点压力仍按设计时的服务水头要求，当事故抢修时间短，且断水造成损失小时，节点压力要求可以适当降低。节点流量按下式计算：事故工况时节点流量事故工况供水比例最高时节点流量 事故工况校核一般采用水头校核法，先从管网中删除事故管段，降低节点流量，通过水力分析，得到各节点压力，应全部满足服务水头要求。经过核算不符合要求时，可以增加平行主干管条数或埋设双管。也可以从技术上采取措施，如加强检修力量，缩短修复时间等；重要的和不允许断水的用户，可以采取贮备用水的保障措施。第32页/共43页6.5给水管网分区设计 图6.11(b)中，高、低两区用水均由低区泵站2供给，但高区用水再由高区泵站4增压，这种形式叫做串联分区。大城市的在管网中设加压泵站或水库泵站进行加压，也是串联分区的一种形式。分区给水系统 分区给水是根据城市地形特点将给水系统分成若干个区，每区有独立的泵站和管网等，但各区之间有适当的联系，以保证供水可靠性、经济性和灵活性。分区给水的目的是使管网水压不超过管道可以承受的压力，减少管网漏水量，降低供水动力费用。图6.11表示地形高差很大时采用的分区给水系统。图6.11(a)是由同一泵站内的低压和高压水泵分别供给低区和高区用水，这种形式称为并联分区，各区用水分别供给，比较安全可靠，管理方便，但增加了输水管长度和造价。第33页/共43页6.5给水管网分区设计 分区给水的能量分析 图6.13所示给水区，假设地形从泵站起均匀升高。水由泵站经输水管供水到管网，这时管网中水压以靠近泵站处为最高。设给水区的地形高差为Z，管网要求的最小服务水头为H，最高用水时管网的水头损失为h，则管网中最高水压等于:分区给水系统(续)图6.12表示远距离重力输水管，从水库A输水至水池B。为防止水管承受压力过高，将输水管适当分段，在分段处建造水池,以降低管网的水压。该输水管如不分段，部分管线所承受的压力很高，而在D点，又使管中出现负压，显然不合理。如将输水管分成3段，并在C和D处建造水池，则C点附近水管的工作压力有所下降，D点不会出现负压，大部分管线的静水压力将显著减小。这是一种重力给水分区系统。(6.26)除了控制点附近地区外，大部分区域管网水压高于实际所需水压，因此产生了能量浪费。第34页/共43页6.5给水管网分区设计 分区给水的能量分析（续）（1）输水管的输水能量分析采用分区给水的目的，是减小泵站的总功率，降低输水能量费用。以图6.14为例，各管段的流量qij和管径Dij随着与泵站(节点5)距离的增加而减小。未分区时泵站供水的能量等于:(6.28)式中，q4-5一泵站总供水量,L/s；Z1控制点地面高出泵站吸水井水面的高度，m；H1控制点所需最小服务水头；hij控制点到泵站总水头损失，m；水的密度,kg/L；g重力加速度，9.81m/s2。泵站供水能量E由以下三部分组成：1)保证最小服务水头所需的能量：(6.27)或2)克服水管摩阻所需的能量:(6.29)(6.30)第35页/共43页6.5给水管网分区设计 分区给水的能量分析（续1）3)未利用的能量，因各用水点的水压过剩而浪费的能量:(6.31)式中 Hi 过剩压力。单位时间内水泵的总能量等于上述三部分能量之和:未分区给水的能量利用率：(6.32)(6.33)E=E1+E2+E3 为了提高输水能量利用率，应该降低E3值。第36页/共43页6.5给水管网分区设计 分区给水的能量分析（续）（1）输水管的输水能量分析采用分区给水的目的，是减小泵站的总功率，降低输水能量费用。以图6.14为例，各管段的流量qij和管径Dij随着与泵站(节点5)距离的增加而减小。未分区时泵站供水的能量等于:(6.28)式中，q4-5一泵站总供水量,L/s；Z1控制点地面高出泵站吸水井水面的高度，m；H1控制点所需最小服务水头；hij控制点到泵站总水头损失，m；水的密度,kg/L；g重力加速度，9.81m/s2。泵站供水能量E由以下三部分组成：1)保证最小服务水头所需的能量：(6.27)或2)克服水管摩阻所需的能量:(6.29)(6.30)第37页/共43页6.5给水管网分区设计 分区给水的能量分析（续1）能量分配图：为了确定分区界线和各区泵站位置，可绘制能量分配图（图6.15）。绘图方法：将节点流量q1、q2、q3、q4等顺序按比例绘在横坐标上。计算各管段流量，如管段34流量q3-4=ql+q2+q3，泵站供水量q4-5=q1+q2+q3+q4等。纵坐标上按比例绘出各节点的地面标高Zi和所需最小服务水头Hi，得到若干以qi为底、Hi+Zi为高的矩形面积，这些面积的和等于保证最小服务水头所需的能量，即图中E1部分。为了供水到控制点1，泵站5的扬程应为:(6.34)式中，hij为泵站到控制点的水头损失总和，纵坐标总高度为H。泵站总能量为q4-5H，除了E1和E2外，其余部分面积E3就是浪费的能量。它等于以qi为底，过剩水压为高的矩形面积之和。第38页/共43页6.5给水管网分区设计 分区给水的能量分析（续2）假定在图6.14节点3处设加压泵站，将输水管分成两区，泵站5的扬程只须满足节点3处的最小服务水头，可从未分区时的H降低到H。此时过剩水压H3消失,H4减小，因而减小了一部分未利用的能量。减小值如图6.15中阴影部分面积所示，等于：图6.16为位于平地上的输水管线能量分配图。因沿线各点(013)的配水流量不均匀，从能量图上可以找出最大可能节约的能量为OAB3矩形面积。因此加压泵站可考虑设在节点3处，节点3将输水管分成两区。(6.35)（2）管网供水能量分析 如图6.11所示给水管网，假定地形从泵站起均匀升高，全区用水量均匀，要求最小服务水头相同。设管网的总水头损失为h，泵站吸水井水面和控制点地面高差为Z。未分区时，泵站的流量为Q，扬程为：(6.36)如果等分成为两区，则第1区管网的水泵扬程为：(6.37)第39页/共43页6.5给水管网分区设计 分区给水的能量分析（续3）等分成两区后，节约的能量为 ，如图6.17的阴影部分矩形面积所示，分成2区比不分区时最多可以节约1/4的供水能量。依此类推，当给水系统分成n区时，供水能量如下：1）串联分区：式中，E=QHp为未分区时供水所需总能量。2）并联分区时，各区的流量等于Q/n，分区后的供水能量为：无论串联分区（式6.38）或并联分区（式6.39），节省的供水能量相同。(6.40)(6.39)第40页/共43页6.5给水管网分区设计 分区给水的能量分析（续4）在分区给水设计时，城市地形是分区形式的重要影响因素。当城市狭长时，采用并联分区较宜，增加输水管长度不多，泵站可以集中管理，如图6.18(a)所示。与此相反，城市垂直于等高线方向延伸时，串联分区更为适宜，如图6.18(b)所示。水厂位置往往影响到分区形式，如图6.19(a)中，水厂靠近高区时，宜用并联分区。水厂远离高区时，采用串联分区较好，以免到高区的输水管过长，如图6.19(b)所示。在分区给水系统中，可以采用高地水池或水塔作为水量调节设备，水池标高应保证该区所需的水压。采用水塔或水池须通过方案比较后确定。第41页/共43页第6章 结束第42页/共43页感谢您的观看。第43页/共43页