给水管网的设计计算.pptx

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1、给水排水管道系统课件第6章 给水管网的设计计算 6.1 概 述 给水管网设计计算的任务:在最高用水情况下（1）计算各管段的流量，确定各管段的管径和水头损失;（2）确定水泵扬程和水塔高度。在特殊用水情况下，对管网管径和水泵扬程迸行校核。在管网计算中常会遇到两类课题:(1)设计计算 即按最高日最高时流量求出各节点流量后，进行流量分配，确定管网中各管段的管径及水头损失，再推算出给水管网系统的水压关系。第1页/共187页给水排水管道系统课件第6章 给水管网的设计计算(2)管网校核计算 在管网管径已知的前提下，按管网在各种用水情况下的工作流量，分别求出各节点的计算流量，确定各管段的流量和水头损失，分析计

2、算结果，得出管网在各种用水情况下的流量和水压，以此校核按最高时用水确定的水泵扬程。（消防时、最大转输时、事故时）供水起点水压未知供水起点水压已知新建管网已建管网第2页/共187页给水排水管道系统课件第6章 给水管网的设计计算 6.2 管网图形的性质与简化 给水管网是由管段和节点构成的有向图。管网图形中每个节点通过一条或多条管段与其他节点相连接。1、节点配水源节点，如泵站、水塔或高地水池等；不同管径或不同材质的交接点；管网中管段的交汇点或集中向大用户供水的点，因管中流量发生变化，也是节点。v虚节点：多水源管网第3页/共187页给水排水管道系统课件第6章 给水管网的设计计算 2、管段两个相邻节点之

3、间的管道称为管段，如管段23。3、管线管段顺序连接形成管线，如管线12347 8。4、环起点与终点重合的管线构成环，如34763构成环。在一个环中不包含其他环时，称为基环，如环、都是基环。几个基环合成的大环，如环、合成的大环2347652就不再是基环。第4页/共187页给水排水管道系统课件第6章 给水管网的设计计算 虚环 对于多水源管网，为了计算方便，将有两个或两个以上水压一定的水源节点(泵站、水塔等)用虚管线与虚节点连接时，也形成环，因实际上并不存在，故称为虚环。虚环数等于配水源数减一，或等于虚管段数减一。由多面体的欧拉定理，可导出平面管网图形的节点(包括虚节点O)数J、管段(包括虚管段)数

4、P和基环(包括虚环)数L之间的关系：P=J+L-1 (6-1)对于枝状管网，因环数L=0，故P=J-1即管段数等于节点数减一。第5页/共187页给水排水管道系统课件第6章 给水管网的设计计算 管网图形的简化1、简化目的及原则目的：减轻计算工作量 原则：保证计算结果接近于实际情况 2、简化方法(1)分解 只有一条管线连接的两个管网，可以把连接管线断开，分解成为两个独立的管网；有两条管线连接的分支管网，若其位于管网的末端且连接管线的流向和流量可以确定时，也可以进行分解；管网分解后即可分别计算。第6页/共187页给水排水管道系统课件第6章 给水管网的设计计算(2)合并管径较小、相互平行且靠近的管线可

5、考虑合并。如管线交叉点很近时，可以将其合并为同一交叉点。相近交叉点合并后可以减少管线数目，使系统简化。(3)省略 首先略去水力条件影响较小的管线，即省略管网中管径相对较小的管线。管线省略后的计算结果是偏于安全的，但是由于流量集中，管径增大，并不经济。第7页/共187页第8页/共187页给水排水管道系统课件第6章 给水管网的设计计算 第9页/共187页给水排水管道系统课件第6章 给水管网的设计计算 6.3 管段设计流量计算 管段的设计流量计算的目的：在于通过经济流速或水压差来选定管径，进行管网水力计算。管段的沿线流和节点流量 沿线流量 城市给水管网的干管和分配管上，承接了许多用户：工厂、机关、学

6、校、医院、宾馆等大用户，称为集中流量；数量很多，但用水量较小的居民用水、浇洒道路或绿化用水，称沿线流量。第10页/共187页给水排水管道系统课件第6章 给水管网的设计计算 第11页/共187页给水排水管道系统课件第6章 给水管网的设计计算 由于用水点多，用水量经常变化，按实际情况计算非常复杂，为计算方便，常采用简化法 比流量法。（假定小用水户的流量均匀分布在全部干管上）比流量法长度比流量法面积比流量法第12页/共187页给水排水管道系统课件第6章 给水管网的设计计算 1、长度比流量 长度比流量法：假定沿线流量 均匀分布在全部配水干管上。则管线单位长度上的配水流量称为长度比流量，记为 。可按下式

7、计算：第13页/共187页给水排水管道系统课件第6章 给水管网的设计计算 管网总用水量（L/s）;工业企业及其他大用户的集中流量之和（L/s）;管网配水干管总计算长度(m)。（l)单侧配水的管段按实际长度的一半计入；（2）双侧配水的管段，计算长度等于实际长度；（3）两侧不配水的管线长度不计。第14页/共187页给水排水管道系统课件第6章 给水管网的设计计算 2、面积比流量 面积比流量法：假定沿线流量 均匀分布在整个供水面积上，则单位面积上的配水流量称为面积比流量，记作 。给水区域内沿线配水的供水面积总和(m2)；其他符号同上。第15页/共187页给水排水管道系统课件第6章 给水管网的设计计算

8、干管每一管段所负担的供水面积划分方法：分角线法对角线法第16页/共187页给水排水管道系统课件第6章 给水管网的设计计算 由比流量 可计算出各管段的沿线配水流量即沿线流量，记作 ，则任一管段的沿线流量 可按下式计算：或式中 Li该管段的计算长度(m);Ai该管段所负担的供水面积(m2)。第17页/共187页给水排水管道系统课件第6章 给水管网的设计计算 管网中任一管段的流量，包括两部分:一部分是沿本管段均匀泄出供给各用户的沿线流量 ,流量 大小沿程线性减小，到管段末端等于零；另一部分是通过本管段流到下游管段的流量，沿程不发生变 化，称为转输流量 。进一步简化，以变化的沿线流量折算为管段两端节点

9、流出的流量，即节点流量。第18页/共187页给水排水管道系统课件第6章 给水管网的设计计算 因此管网任一节点的节点流量为：即管网中任一节点的节点流量 ，等于与该节点相连各管段的沿线流量总和的一半。第19页/共187页给水排水管道系统课件第6章 给水管网的设计计算 另一种表达形式：或 城市管网中，工业企业等大用户所需流量，可直接作为接入大用户节点的节点流量。则管网图上各节点的流量包括由沿线流量折算的节点流量和大用户的集中流量。即第20页/共187页给水排水管道系统课件第6章 给水管网的设计计算 在计算完节点设计流量后，应验证流量平衡，即 式中 管网总用水量（L/s)；各节点的集中流量（L/s)；

10、各节点的节点流量（L/s)。第21页/共187页给水排水管道系统课件第6章 给水管网的设计计算【例6-1】某城镇最高时总用水量为284.7 L/s，其中集中供应工业用水量为189.2 L/s。干管各管段编号及长度如图6-6所示，管段45、12及23为单侧配水，其余为两侧配水。试求:(1)干管的比流量；(2)各管段的沿线流量；(3)各节点流量。第22页/共187页给水排水管道系统课件第6章 给水管网的设计计算【解】（1）配水干管计算长度（2）配水干管比流量（3）沿线流量:如管段12的沿线流量为：第23页/共187页给水排水管道系统课件第6章 给水管网的设计计算 管段编号管段编号管段长度管段长度(

11、m)m)管段计算长度管段计算长度 （m m）比流量比流量L/(s.m)L/(s.m)沿线流量沿线流量 L/s L/s1 27560.5756=3780.020767.85 2 37560.5756=3787.85 1 482082017.02 2 582082017.02 3 682082017.02 4 57560.5756=3787.85 5 675675615.69 6 72502505.19 合计合计460095.50 各管段的沿线流量计算第24页/共187页给水排水管道系统课件第6章 给水管网的设计计算（4）节点流量计算 节点5的节点流量为：第25页/共187页给水排水管道系统课件第

12、6章 给水管网的设计计算 第26页/共187页给水排水管道系统课件第6章 给水管网的设计计算 第27页/共187页给水排水管道系统课件第6章 给水管网的设计计算 在计算完节点设计流量后，应验证流量平衡，即 式中 管网总用水量（L/s)；各节点的集中流量（L/s)；各节点的节点流量（L/s)。第28页/共187页给水排水管道系统课件第6章 给水管网的设计计算 按照质量守恒原理，每一节点必须满足节点流量平衡条件:流入任一节点的流量必须等于流出该节点的流量，即：流进等于流出。若规定流入节点的流量为负，流出节点为正，则上述平衡条件可表示为:式中 节点 的节点流量(L/s);连接在节点 上的各管段流量(

13、L/s)。第29页/共187页给水排水管道系统课件第6章 给水管网的设计计算 依据式(6-11)用二级泵站送来的总流量沿各节点进行流量分配，所得出的各管段通过的流量，就是各管段的计算流量。（一）单水源枝状管网 管网中每一管段的水流方向和计算流量都是确定的且是唯一的。每一管段的计算流量等于该管段后面(顺水流方向)所有节点流量和大用户集中用水量之和。第30页/共187页给水排水管道系统课件第6章 给水管网的设计计算 第31页/共187页给水排水管道系统课件第6章 给水管网的设计计算（二）环状管网 各管段的计算流量不是唯一确定的，配水干管相互连接环通，环路中每一用户所需水量可以沿两条或两条以上的管路

14、供给，各环内每条配水管段的水流方向和流量值都是不确定的。第32页/共187页给水排水管道系统课件第6章 给水管网的设计计算 为了确定各管段的计算流量，需人为地假定各管段的流量分配值称为流量预分配。在环状管网流量预分配时，在满足可靠性的前提下，力争得到最经济的管径。环状管网流量分配的步骤:1)首先在管网平面布置图上，确定出控制点的位置，并根据配水源、控制点、大用户及调节构筑物的位置确定管网的主要流向。2)参照管网主要流向拟定各管段的水流方向，使水流沿最近路线输水到大用户和边远地区，以节约输水电耗和管网基建投资。第33页/共187页给水排水管道系统课件第6章 给水管网的设计计算 3)根据管网中各管

15、线的地位和功能来分配流量。（a）尽量使平行的主要干管分配相近的流量，以免个别主要干管损坏时，其余管线负荷过重，使管网流量减少过多；（b）干管与干管之间的连接管，主要是沟通平行干管之间的流量，有时起输水作用，有时只是就近供水到用户，平时流量一般不大，只有在干管损坏时，才转输较大流量。因此，连接管中可分配较少的流量。4）分配流量时应满足节点流量平衡条件，即在每个节点上满足 。第34页/共187页给水排水管道系统课件第6章 给水管网的设计计算(三)多水源管网 对于多水源管网，会出现由两个或两个以上水源同时供水的节点，这样的节点叫供水分界点。各供水分界点的连线即为供水分界线。各水源供水流量应等于该水源

16、供水范围内的全部节点流量加上分界线上由该水源供给的那部分节点流量之和。因此，流量分配时，应首先按每一水源的供水量确定大致的供水范围，初步划定供水分界线，然后从各水源开始，向供水分界方向逐节点进行流量分配。第35页/共187页给水排水管道系统课件第6章 给水管网的设计计算 6.4 管径计算 根据管段流量即可确定管径，计算水头损失。在设计中，各管段的管径按下式计算：式中 管段流量(m3/s)；管内流速(m/s)。第36页/共187页给水排水管道系统课件第6章 给水管网的设计计算 流速确定：（一）技术方面:（1）为了防止管网因水锤现象而损坏，在技术上最大设 计流速 限定在2.53.0m/s范围内；(

17、2)在输送挥浊的原水时，为了避免水中悬浮物质在水管内沉淀，最低流速通常应大于O.60m/s。（二）经济方面：流量一定时，管径与流速的平方根成反比。（1）如果流速选用的大一些，管径就会减小，管网造价降低，水头损失增加，所需的水泵扬程增大，经营管理费(主要指电费)增大，同时流速过大，管内压力高，因水锤现象引起的破坏作用也随之增大。第37页/共187页给水排水管道系统课件第6章 给水管网的设计计算（2）若流速选用小一些，因管径增大，管网造价会增加，水头损失减小，可节约电费，使经营管理费降低。因此，管网造价和经营管理费(主要指电费)这两项经济因素是决定流速的关键。流速变化对这两项经济因素的影响趋势恰好

18、相反，所以必须兼顾管网造价和经营管理费。经济流速:求一定年限 t(称为投资偿还期)内，管网造价和经营管理费用之和为最小的流速，称为经济流速，以此来确定的管径，称为经济管径。第38页/共187页给水排水管道系统课件第6章 给水管网的设计计算(a)若管网造价为C每年的经营管理费用为M,包括电费M1和折旧、大修费M2，因M2和管网造价有关，故可按管网造价的百分数计,表示为P%C,那么在投资偿还期a年内，总费用Wt为:式中:P管网的折旧和大修率，以管网造价的百分比计。式(6-13)除以投资偿还期t,则得年折算费用W第39页/共187页给水排水管道系统课件第6章 给水管网的设计计算 以费用为纵坐标，以流

19、速为横坐标，分别绘制 和 曲线，如图所示。经济流速VetMWVW0第40页/共187页给水排水管道系统课件第6章 给水管网的设计计算(b)由于经济流速计算复杂，有时简便地应用“界限流量表”(表6-3)确定经济管径。第41页/共187页给水排水管道系统课件第6章 给水管网的设计计算(c)在条件不具备时，设计中也可采用由各地统计资料计算出的平均经济流速来确定管径，得出的是近似经济管径，如表6-4所示。在使用各地区提供的经济流速或按平均经济流速确定管网管径时，得考虑以下原则：1)定出管网所采用的最小管径(由消防流量确定)，按 确定的管径小于最小管径时，一律采用最小管径。2)连接管属于管网的构造管，应

20、注重安全可靠性，其管径应由管网构造来确定，即按与它连接的次要干管管径相当或小一号确定。第42页/共187页给水排水管道系统课件第6章 给水管网的设计计算 3)由管径和管道比阻 之间的关系(,)可知，当管径较小时，管径缩小或放大一号，水头损失会大幅度增减，而所需管材变化不多，相反，当管径较大时，管径缩小或放大一号，水头损失增减不很明显，而所需管材变化较大。4）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。因此，在确定管网管径时，一般对于管网起端的大口径管道可按略高于平均经济流速来确定管径，对于管网末端较小口径的管道，可按略低于平均经济流速确定管径

21、，特别是对确定水泵扬程影响较大的管段，适当降低流速，使管径放大一号，比较经济。第43页/共187页给水排水管道系统课件第6章 给水管网的设计计算 在城市规划设计中，为简化计算，也可根据人口数和用水量定额，直接从附录C中查出所需的直径。以上是指水泵供水时的经济管径确定方法，在求经济管径时，考虑了抽水所需的电费。重力供水时，由于水源水位高于给水区所需水压，两者的标高差H可使水在管内重力流动。此时，各管段的经济管径应按输水管和管网通过设计流量时，供水起点至控制点的水头损失总和等于或略小于可利用的水头来确定。第44页/共187页给水排水管道系统课件第6章 给水管网的设计计算 6.5 枝状管网水力计算

22、在枝状管网计算中，应首先计算对供水经济性影响最大的干管，即管网起点到控制点的管线，然后再计算支管。（1）当管网起点水压未知时，应先计算干管，按经济流速和流量选定管径，并求得水头损失;再计算支管，此时支管起点及终点水压均为已知，支管计算应按充分利用起端的现有水压条件选定管径。经济流速不起主导作用，但需考虑技术上对流速的要求，若支管负担消防任务，其管径还应满足消防要求。（2）当管网起点水压已知时，仍先计算干管，再计算支管，但注意此时干管和支管的计算方法均与管网起点水压未知时的支管相同。第45页/共187页给水排水管道系统课件第6章 给水管网的设计计算 2)按最高日最高时用水量计算节点流量，并在节点

23、旁引出箭头，注明节点流量。大用户的集中流量也标注在相应节点上。1)按城镇管网布置图，绘制计算草图，对节点和管段顺序编号，并标明管段长度和节点地形标高。3)在管网计算草图上，从距二级泵站最远的管网末梢的节点开始，按照任一管段中的流量等于其下游所有节点流量之和的关系，逐个向二级泵站推算每个管段的流量。枝状管网水力计算步骤:4)确定管网的最不利点(控制点)，选定泵房到控制点的管线为干线。有时控制点不明显，可初选几个点作为管网的控制点。第46页/共187页给水排水管道系统课件第6章 给水管网的设计计算 5)根据管段流量和经济流速求出干线上各管段的管径和水头损失。6)按控制点要求的最小服务水头和从水泵到

24、控制点管线的总水头损失，求出水塔高度和水泵扬程(若初选了几个点作为控制点，则使二级泵站所需扬程最大的管路为干线，相应的点为控制点)。7)支管管径参照支管的水力坡度选定，即按充分利用起点水压的条件来确定。8)根据管网各节点的压力和地形标高,绘制等水压线和自由水压线图。第47页/共187页给水排水管道系统课件第6章 给水管网的设计计算【例6-2】某城镇有居民6万人，用水量定额为120L/(人.d)，用水普及率为83%,时变化系数为1.6，要求达到的最小服务水头为20m。管网布置见图6-11。用水量较大的一工厂和一公共建筑集中流量分别为25.0L/s和17.4 L/s,分别有管段34和78供给，其两

25、侧无其他用户。城镇地形平坦，高差极小。节点4、5、8、9处的地面标高分别为56.Om、56.1m、55.7m、56.Om,水塔处地面标高为57.4m，其他点的地形标高见表6-5，管材选用给水铸铁管。试完成枝状给水管网的设计计算，并求水塔高度和水泵扬程。第48页/共187页给水排水管道系统课件第6章 给水管网的设计计算 第49页/共187页给水排水管道系统课件第6章 给水管网的设计计算【解】(1)计算节点流量 1)最高日最高时流量 2）比流量3）沿线流量第50页/共187页给水排水管道系统课件第6章 给水管网的设计计算 第51页/共187页给水排水管道系统课件第6章 给水管网的设计计算 4）节点

26、流量 第52页/共187页给水排水管道系统课件第6章 给水管网的设计计算 第53页/共187页给水排水管道系统课件第6章 给水管网的设计计算(2)选择控制点，确定干管和支管 由于各节点要求的自由水压相同，根据地形和用水量情况，控制点选为节点9，干管定为1269，其余为支管。(3)编制干管和支管水力计算表格，见表6-8、表6-9(4)将节点编号、地形标高、管段编号和管段长度等已知条件分别填于表6-8和表6-9中的第(1)、(2)、(3)、(4)项。第54页/共187页给水排水管道系统课件第6章 给水管网的设计计算 第55页/共187页给水排水管道系统课件第6章 给水管网的设计计算 第56页/共1

27、87页给水排水管道系统课件第6章 给水管网的设计计算(5)确定各管段的计算流量 按 的条件，从管线终点(包括和支管)开始，同时向供水起点方向逐个节点推算，即可得到管段的计算流量：列于表6-8中第（5）项，同理可得其余各管段计算流量列于表6-8中第（5）项。第57页/共187页给水排水管道系统课件第6章 给水管网的设计计算(6)干管水力计算 1)由各管段的计算流量，查铸铁管水力计算表，参照经济流速，确定各管段的管径和相应的1000i及流速。管段流量查水力计算表参照经济流速流速、管径、1000i结果列于表6-8中第(6)、(7)、(8)项。第58页/共187页给水排水管道系统课件第6章 给水管网的

28、设计计算 2)根据h=iL计算出各管段的水头损失，即表6-8中第(9)项等于 ，则其余管段同理，计算结果列于表6-8中第(9)项。3)计算干管各节点的水压标高和自由水压 管段起端水压标高 =终端水压标高 +该管段的水头损失 (6-15)节点水压标高 =自由水压 +该处地形标高 (6-16)结果列于表6-8中第(10)、(11)项。第59页/共187页给水排水管道系统课件第6章 给水管网的设计计算 第60页/共187页给水排水管道系统课件第6章 给水管网的设计计算(7)支管水力计算 由于干管上各节点的水压已经确定(表6-8)，即支管起点的水压已定，因此支管各管段的经济管径选定必须满足:从干管节点

29、到该支管的控制点(常为支管的终点)的水头损失之和应等于或小于干管上此节点的水压标高与支管控制点所需的水压标高之差。即按平均水力坡度确定管径。但当支管由两个或两个以上管段串联而成时，各管段水头损失之和可有多种组合能满足上述要求。现以支管6-7-8为例说明:首先计算支管6-7-8的平均允许水力坡度，即:由 =24.79L/s，查铸铁管水力计算表，参照允许1000i=4.4，得D6-7=200m，相应的实际1000i=5.88，则 第61页/共187页给水排水管道系统课件第6章 给水管网的设计计算 按式(6-15)、式(6-16)计算7点的水压标高和自由水压：由节点7的水压标高即可计算管段7-8的平

30、均允许1000i为:由 =17.4L/s，查铸铁管水力计算表.参照允许1000i=3.66，得D7-8=200mm,相应的实际1OOOi=2.99,则第62页/共187页给水排水管道系统课件第6章 给水管网的设计计算 同理，可计算出节点8的水压标高和自由水压：按上述方法可计算出所有支管管段,计算结果见表6-9和图6-12。第63页/共187页给水排水管道系统课件第6章 给水管网的设计计算 第64页/共187页给水排水管道系统课件第6章 给水管网的设计计算 第65页/共187页给水排水管道系统课件第6章 给水管网的设计计算(8)确定水塔高度 由表6-8可知，水塔高度应为Ht=25.98m，(9)

31、确定二级泵站所需的总扬程 设吸水井最低水位标高ZP=53.00m，泵站内吸、压水管的水头损失取 ，水塔水柜深度为4.5m，水泵至l点间的水头损失为0.5m，则二级泵站所需总扬程为：第66页/共187页给水排水管道系统课件第6章 给水管网的设计计算 6.6 环状管网水力计算 1)按城镇管网布置图，绘制计算草图，对节点和管段顺序编号，并标明管段长度和节点地形标高。2)按最高日最高时用水量计算节点流量，并在节点旁引出箭头，注明节点流量。大用户的集中流量也标注在相应节点上。3)在管网计算草图上，将最高用水时由二级泵站和水塔供入管网的流量(指对置水塔的管网)，沿各节点进行流量预分配，定出各管段的计算流量

32、。4)根据所定出的各管段计算流量和经济流速，选取各管段的管径。第67页/共187页给水排水管道系统课件第6章 给水管网的设计计算 6）若 超过规定值(即出现闭合差 )，须进行管网平差，将预分配的流量进行校正，以使各个环的闭合差达到所规定的允许范围之内。7）按控制点要求的最小服务水头和从水泵到控制点管线的总水头损失，求出水塔高度和水泵扬程。8）根据管网各节点的压力和地形标高，绘制等水压线和自由水压线图。5)计算各管段的水头损失 及各个环内的水头损失代数和 。第68页/共187页给水排水管道系统课件第6章 给水管网的设计计算 环状管网计算的理论 1、环状管网计算时，必须满足下列基本水力条件（1）连

33、续性方程(又称节点流量平衡条件)即对任一节点来说，流入该节点的流量必须等于流出该节点的流量。（2）能量方程(又称闭合环路内水头损失平衡条件)即环状管网任一闭合环路内，水流为顺时针方向的各管段水头 损失之和应等于水流为逆时针方向的各管段水头损失之和。第69页/共187页给水排水管道系统课件第6章 给水管网的设计计算 若规定顺时针方向的各管段水头损失为正，逆时针方向为负，则在任一闭合环路内各管段水头损失的代数和等于零。即则：第70页/共187页给水排水管道系统课件第6章 给水管网的设计计算 2、环状管网计算的基本方法和原理 求解时可采用解环方程组、解节点方程组和解管段方程组等3种方法。(1)解环方

34、程组法 该方法是以每环的校正流量为未知变量进行求解的方法。环状管网流量预分配后，参照经济流速确定管径并计算水头损失，往往 ，说明此时管网中的流量和水头损失与实际水流情况不符。若闭合环路内顺、逆时针两个水流方向的管段水头损失不相等，即 ，存在一定差值，这一差值就叫环路闭合差，记作 。第71页/共187页给水排水管道系统课件第6章 给水管网的设计计算 在计算过程中（1）若闭合差为正，即 ，说明水流为顺时针方向的各管段中所分配的流量大于实际流量值，而水流为逆时针方向各管段中所分配的流最小于实际流量值；（2）若闭合差为负，即 ，则恰好相反。因此，需根据具体情况重新调整各管段的流量，在流量偏大的各管段中

35、减去一些流量，加在流量偏小的各管段中去，每次调整的流量称为校正流量，记作 。如此反复，直到各闭合环路均满足 的条件为止，从而得出各管段的流量和水头损失。这种为消除闭合差而进行流量调整计算的过程，叫做管网平差。第72页/共187页给水排水管道系统课件第6章 给水管网的设计计算 一般基环和大环闭合差达到一定精度要求后，管网平差即可结束。手算时，基环闭合差要求小于0.5m，大环闭合差小于1.01.5m;电算时，闭合差值可达到任何精度，一般采用0.010.05mo（2）解节点方程组法 该方法是以管网中各节点水压值为未知数进行求解的一种方法。节点水压求出后，就可求出两节点间管段的水头损失，再根据流量和水

36、头损失之间的关系求出各管段流量。流量和水头损失的关系为：则：第73页/共187页给水排水管道系统课件第6章 给水管网的设计计算 根据此关系则列出J-1个节点连续性方程，将方程中的管段流量 用管段两端的节点水压 和 表示。（在J个节点中，必有一个节点的水压是已知的,如控制点或水源点）。由于J-1个节点方程是非线性方程，无法直接求解，在实际求解时常采用逐步逼近法，具体步骤如下:1)根据已知点水压标高，假定其他各节点的初始水压，并应满足能量方程。2)根据 的关系，求出管段流量：第74页/共187页给水排水管道系统课件第6章 给水管网的设计计算 3)假定流向节点的流量为负，离开节点的流量为正，验算每个

37、节点是否满足连续性方程 ，如不等于零，则按下下式求出节点 的水压校正值 。式中 任一节点 的流量闭合差。第75页/共187页给水排水管道系统课件第6章 给水管网的设计计算 4)除水压已知点外，其余各节点均按各自的 校正水压。根据新的水压，重复上述计算过程，直到所有节点满足连续性方程，即 达到预定精度为止。应用计算机求解给水管网时常采用节点方程组法。第76页/共187页给水排水管道系统课件第6章 给水管网的设计计算(3)解管段方程组法该方法是以管网中各管段流量为未知数进行求解的一种方法。1）首先列出J-1个连续性方程和 L个能量方程，共计P个方程(P=J+L-1),含有P个未知的管段流量,解方程

38、组即可求出管网中P个管段的流量。由各管段流量可求出各管段的水头损失。2）用线性理论法先将L个能量方程（非线性方程）转化成线性方程，方法是将管段的水头损失 近似表示为：管段摩阻;管段的初始假设流量(L/s)系数；待求的管段流量(L/s)。第77页/共187页给水排水管道系统课件第6章 给水管网的设计计算 3）联立求解J-1个连续性方程和已线性化的能量方程，可求出各管段的待求流量 ，重新计算各管段的 和 ，检查是否符合能量方程(即检查各环的 是否等于零或小于允许的误差)，若不符合允许误差，则以 为新的初始流量，求待求流量 ，如此反复计算，直到各环的闭合差达到允许精度为止，即得各管段流量。因管段方程

39、数目多，宜用计算机进行计算。第78页/共187页给水排水管道系统课件第6章 给水管网的设计计算 1、哈代-克罗斯法即：每环中各管段的流量用 修正的方法。各参数的符号仍规定:顺时针方向为正，逆时针方向为负。（1）对环状管网进行初步分配流量，并满足节点流量平衡条，则得管段初分流量 。（2）由 选出管径，计算出各管段的水头损失 和各环的水头损失代数和 。（3）若 ，不满足水头损失平衡条件，须引入校正流量 以减小闭合差。校正流量可按下式估算确定：第79页/共187页给水排水管道系统课件第6章 给水管网的设计计算 环路k的校正流量(L/s);环路k的闭合差，等于该环内各管段水头损失的代 数和(m)；环路

40、k内各管段的摩阻 与相应管段流量 的 绝对值乘积之总和。环路k的各管段的水头损失 与相应管段流量 之 比的绝对值的总和。第80页/共187页给水排水管道系统课件第6章 给水管网的设计计算（4）各环校正流量 用弧形箭头标注在相应的环内，然后在相应环路的各管段中引入校正流量 ，即可得到各管段第一次修正后的流量 ；如图6-14。式中:本环路内初步分配的各管段流量(L/s)；本环路内初次校正的流量(L/s)；邻环路初次校正的流量(L/s)。第81页/共187页给水排水管道系统课件第6章 给水管网的设计计算 456321图6-14 两环管网的流量调整第82页/共187页给水排水管道系统课件第6章 给水管

41、网的设计计算 采用哈代-克罗斯法进行管网平差的步骤：(5)根据调整后的管段流量，计算出各管段的水头损失和各环的闭合差。如果在精度范围内，计算结束；如不符合精度要求，应根据新的流量求出校正流量，继续平差，直到符合精度为止。2)由 计算各管段的水头损失 。1)根据城镇的供水情况，拟定环状网各管段的水流方向，按每一节点满足连续性方程的条件，并考虑供水可靠性要求分配流量，得初步分配的管段流量 。第83页/共187页给水排水管道系统课件第6章 给水管网的设计计算 3)假定各环内水流顺时针方向管段中的水头损失为正，逆时针方向管段中的水头损失为负，计算该环内各管段的水头损失代数和 ，若 ，其差值即为第一次闭

42、合差 。4）计算每环内各管段的 ，按式(6-16）求出校正流量。如闭合差为正，校正流量为负；反之，则校正流量为正。5)设图上的校正流量 符号以顺时针方向共正，逆时针方向为负，凡是流向和校正流量方向相同的管段，加上校正流量，否则减去校正流量，据此调整各管段的流量，得第一次校正的管段流量。对于两环的公共管段，应按相邻两环的校正流量符号，考虑邻环校正流量的影响。第84页/共187页给水排水管道系统课件第6章 给水管网的设计计算 6）按此流量再计算，如闭合差尚未达到允许的精度，再从第2步按每次调整后的流量反复计算，直到每环的闭合差达到要求为止。哈代克罗斯法应用的是近似渐近法，适合列表运算。第85页/共

43、187页给水排水管道系统课件第6章 给水管网的设计计算 2、最大闭合差的环校正法 采用此法可以减少平差工作量。管网计算过程中，只对管网中闭合差最大的一部分环进行校正，称为最大闭合差的环校正法。456321如图所示，环、和其构成的大环(1-2-3-6-5-4-1)闭合差之间的关系为：即：第86页/共187页给水排水管道系统课件第6章 给水管网的设计计算 分析：则，大环闭合差就等于构成该大环各基环闭合差 的代数和，即：（1）若环，环的闭合差方向相同，都是顺时针方向，即 ,即大环的闭合差 ，也为顺时针方向。456321456321第87页/共187页给水排水管道系统课件第6章 给水管网的设计计算 对

44、这种情况单环平差效果不大好。若对大环引入校正流量，大环闭合差降低的同时，基环、闭合差的绝对值亦随之减小。因此，构成大环后，对大环校正，多环受益，平差效果好。（2）若环，环的闭合差方向相反，即 ，且 ,。456321IIqD456321第88页/共187页给水排水管道系统课件第6章 给水管网的设计计算 相邻基环闭合差异号时，不宜做大环平差,宜选择其中闭合差较大的环进行平差，不仅该环本身闭合差减小，与其异号且相邻的基环闭合差也随之降低，从而一环平差，多环受益。第89页/共187页给水排水管道系统课件第6章 给水管网的设计计算 大型管网如果同时可连成几个大环平差时，应先计算闭合差最大的环，便对其他环

45、产生较大的影响，有时甚至可使其他环的闭合差改变方向，可以减轻工作量。使用平差简化法，首先对各环的闭合差大小进行综合分析，经分析和判断，确定哪些环应进行平差。可将闭合差方向相同、且数值相差不太悬殊的相邻各基环构成大环进行平差。若不宜运用大环平差时，也可运用闭合差较大的重点环进行平差，或二者兼顾进行平差。此法比较灵活，平差运算效率主要取决于校正流量的确定和校正方案的选择。第90页/共187页给水排水管道系统课件第6章 给水管网的设计计算 管网的核算条件:(1)消防时消防时用水量的核算，是以最高时用水量确定的管径为基础，然后按最高时用水量另加消防流量进行流量分配，确定管段的计算流量，按最高时用水流量

46、加消防流量及消防压力进行核算，具体核算方法：1)首先根据城市规模和现行的建筑设计防火规范确定同时发生的火灾次数和消防用水量。然后在管网的控制点增加一个集中的消防流量。第91页/共187页给水排水管道系统课件第6章 给水管网的设计计算 若按消防要求同时有两处或两处以上失火，应从经济和安全等方面考虑，一处可放在控制点，其他可设定在离二级泵站较远或靠近大用户的节点处，其余节点仍按最高用水时的节点流量。2)以最高日最高时用水量确定的管径为基础，将最高时用水量与消防流量相加后进行流量分配，求出管段计算流量。3)进行管网平差，求出消防时的管段流量和水头损失。4）计算消防时所需要的水泵扬程。按消防对水压的要

47、求进行管网的水压分析计算，低压消防一般要求失火点处的自由水压不低于1OmH2O(98kPa)。由于各段的水头损失相应增加，按最高时确定的水泵扬程有可能不满足消防时的需要，这时需放大个别管段的管径，以减小水头损失。若最高时和消防时的水泵扬程相差很大，须专设消防泵供消防时使用。第92页/共187页给水排水管道系统课件第6章 给水管网的设计计算(2)事故时 管网主要管段发生损坏时，必须及时检修，在检修时间内供 水量允许减少，但设计水压一般不应降低。事故时管网供水流量与最高时设计流量之比，称为事故流量降落比，用R表示。R的取值根据供水主要求确定，城镇的事故流量降落比R一般不低于70%，工业企业的事故流

48、量按有关规定确定。1）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。第93页/共187页给水排水管道系统课件第6章 给水管网的设计计算 2）核算时，管网各节点的流量应按事故时用户对供水的要求确定，若无特殊要求，事故时管网的节点流量等于最高时各节点的节点流量乘上事故降落比R。3）经核算后不符合要求时，可以增加平行主干管或埋设双管，或放大某些连通管的管径，或重新选择水泵。也可以从技术上采取措施，如加强当地给水管理部门的检修力量，缩短损坏管段修复时间；重要的和不允许断水的用户，可以采用储备用水的保障措施。第94页/共187页给水排水管道系统课件第6章 给水管网的设计计算

49、(3)最大转输时 设对置水塔的管网还应按最大转输流量来核算，以确定水泵能否将水送进水塔。1）核算时，管网各节点的流量需按最大转输时管网各节点的实际用水量求出。因节点流量随用水量的变化成比例地增减，所以最大转输时各节点的流量可按下式计算：最高用水时的节点流量(L/s)；最大转输时节点流量折减系数，其值可按下式计算 式中 、分别为最大转输时和最高用水时管网总用水量(L/s)。第95页/共187页给水排水管道系统课件第6章 给水管网的设计计算 2）节点流量确定后，按最大转输时的流量进行分配和管网平差，求出各管段的流量、水头损失和所需要的水泵扬程。3）核算时，应按最大转输流量输入水塔水柜中最高水位所需

50、水压进行管网的水压计算，并对原来选择的水泵进行枝核。4）校核不满足要求时，应适当加大从泵站到水塔最短供水路线上管段的管径。第96页/共187页给水排水管道系统课件第6章 给水管网的设计计算 管网平差结束后，将最终平差结果按 的形式标于管网平面图上，继续进行下列内容的计算。1、管网各节点水压标高和自由水压计算2、绘制管网水压线图 管网水压线图分等水压线图和等自由水压线图两种，其绘制方法与绘制地形等高线图相似。两节点间管径无变化时，水压标高将沿管线的水流方向均匀降低。据此从已知水压点开始，按0.5-1.Om的等高距(水压标高差)推算出各管段上的标高点。在管网平面图,用插值法校比例用细实线连接相同的