1、2023年2月15日星期三第第6章给水管网的设计计章给水管网的设计计算算设计计算步骤：设计计算步骤：绘制计算草图，对绘制计算草图，对节点节点和和管段管段顺序编号，标明管段顺序编号，标明管段长长度度和节点和节点地形标高地形标高 按按最高日最高时最高日最高时计算计算比流量比流量、沿线流量沿线流量和和节点流量节点流量；对各管段对各管段拟定拟定水流方向，进行流量分配；水流方向，进行流量分配；初步确定各管段的初步确定各管段的管径管径和和水头损失水头损失；进行进行管网水力计算管网水力计算和和技术经济计算技术经济计算 确定确定水塔高度水塔高度和和水泵扬程水泵扬程；根据管网各节点的压力和地形标高，绘制等水压线
2、和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自由水压线图管段管段基环基环管线管线大环大环铰点铰点联系管段联系管段 多水源管网多水源管网，为计算方便，有时将两个，为计算方便，有时将两个或多个水压已定的或多个水压已定的水源节点水源节点（泵站泵站、水塔水塔等）等）用虚线和虚节点用虚线和虚节点0连接起来，也形成环，因实连接起来，也形成环，因实际上并不存在，所以叫做际上并不存在，所以叫做。节点节点合并合并管段合并管段合并分解分解忽略忽略管段合并：管段合并：长度近似相等、长度近似相等、彼此几乎平行且相距很近的彼此几乎平行且相距很近的两条管段计算时可合并。两条管段计算时可合并。节点合并：节点
3、合并：距离很近的两个节距离很近的两个节点计算时可视为一个节点。点计算时可视为一个节点。分解：分解：连接的连接的两个管网可分解成两个管网；两个管网可分解成两个管网；水流方向确定的部水流方向确定的部分可分开计算；分可分开计算；树状网分开计算。树状网分开计算。忽略：忽略：管网中主要起管网中主要起的管段，由于正常运行时的管段，由于正常运行时，对水力条件影响，对水力条件影响很小，计算时可忽略。很小，计算时可忽略。在在计算结果接近实际情况的前提下，计算结果接近实际情况的前提下，为方便计算可对管线进行为方便计算可对管线进行。经分解、合并和省略经分解、合并和省略等，管网由原来等，管网由原来42个个环减少到环减
4、少到21环。环。管网计算时并不包括全部管线，而管网计算时并不包括全部管线，而只计只计算算经过简化后的经过简化后的干管网干管网。干管网的节点包括：干管网的节点包括：水源节点，如泵站、水塔或高位水池；水源节点，如泵站、水塔或高位水池；不同管径或不同材质的管线不同管径或不同材质的管线交接点交接点；两管段交点或集中向大用户两管段交点或集中向大用户 供水的点。供水的点。两节点之间的管线称为两节点之间的管线称为。管段顺序连接形成管段顺序连接形成。msllqQqiis/；量的总和，管网中大用水户集中流；，管网总最高时设计流量式中：slqslQ/。该管段的计算长度，式中：m ilmsllqQqiis/不配水：
5、计算长度为零的一半单侧配水：取管道实长双侧配水：取管道实长等无建筑物地区的管线不包括穿越广场、公园，配水干管计算总长度，ml)/(sllqqisl沿线流量沿线流量 ：干管有效长度与比流量的乘积。干管有效长度与比流量的乘积。总和，需沿线配水的供水面积式：2 m。，该管段负担的供水面积式中：2m A i)/(slAqqiml2/mslqQqim45132注意注意：沿线流量沿线流量沿管线分配，沿管线分配，管段流量管段流量变化变化，难以确定管，难以确定管径、水头损失。径、水头损失。必须将其必须将其转化为从节点流出的流量转化为从节点流出的流量，这样，沿管线不再有流量流出，这样，沿管线不再有流量流出，。管
6、网中管网中除最末端除最末端管段外，其他任一管段流量都由管段外，其他任一管段流量都由两两部分组成部分组成，一部分是，一部分是本管段沿程配水本管段沿程配水产生的流量，即产生的流量，即，另一部分是，另一部分是通过该管段输送通过该管段输送到下游管段的流量，到下游管段的流量，称为称为。tlqq tqlqqsl转移到末端转移到末端的沿线流量的沿线流量其余流量其余流量转移到起端转移到起端流量流量折算系数折算系数tlqq lq1tqlqtlqq lq1tqlqlqLxqqtqlqtlqq tqxdxLLxLqLxLqqqlltx222LxLqdxqdxdhlxLlqLdhh02231ltqq/22252282
7、SQLQLQgDgdLHHhjiij222lltqLqqLh312312222;508.05;528.01;577.00（管网末端）5.0;501.050;504.010（管网起端）tlqq tqlqlq1ltqq/管道沿线流量一份为二到两个端点上，误差工程上是允许的。3122lqLh例例6-1 比流量、沿线流量和节点流量计算比流量、沿线流量和节点流量计算（教材（教材P95）管段计算流量管段计算流量包括包括沿线流量沿线流量和和转输流量转输流量。必须必须按最高时用水量进行流量分配按最高时用水量进行流量分配，得，得出各管段流量后，才能据此流量确定管径和出各管段流量后，才能据此流量确定管径和进行水力
8、计算。进行水力计算。求出节点流量后，就可以进行管网的流求出节点流量后，就可以进行管网的流量分配，量分配，分配到各管段的流量已经包括了沿分配到各管段的流量已经包括了沿线流量和转输流量线流量和转输流量。单水源树状管网的单水源树状管网的管段流量管段流量具有具有唯一性唯一性。任一管段的流量等于该管段以后（顺水流方向）任一管段的流量等于该管段以后（顺水流方向）所有节点流量的总和。所有节点流量的总和。泵站泵站56385646273545286142733341217726234775 环状网环状网满足满足连续性条件（连续性条件（流向任一节点的流量流向任一节点的流量必须等于流离该节点的流量必须等于流离该节点
9、的流量）的流的流量分配方案可以有量分配方案可以有无数多种无数多种。每一方案所得的管径也每一方案所得的管径也有差异，管网总造价也不相等。有差异，管网总造价也不相等。1510131218161714197612527148581912335913460249511135730102498 如果管段如果管段q1-2分配流量分配流量很大，很大，q1-4很小很小，虽满足：，虽满足：q1-2+q1-4=Q q1，敷管费用较经济，敷管费用较经济，全部流量必须在管段，全部流量必须在管段l4中通过，使中通过，使该管段水头损失过大，从而影响整个管网供水量或水压。该管段水头损失过大，从而影响整个管网供水量或水压。环
10、状网流量分配环状网流量分配Q使环状网某些管段流量为零，即将环状网改成使环状网某些管段流量为零，即将环状网改成树状网，才能得到树状网，才能得到最经济的流量分配最经济的流量分配，但树状，但树状网并不能保证可靠供水。网并不能保证可靠供水。环状网流量分配时，环状网流量分配时，应同时照顾应同时照顾经济性经济性和和可靠可靠性。性。经济性经济性是指流量分配后得到的管径，应使一定是指流量分配后得到的管径，应使一定年限内的年限内的管网建造费用管网建造费用和和管理费用管理费用为为最小最小。可靠性可靠性是指能向用户是指能向用户不间断供水不间断供水，并且保证应，并且保证应有的有的水量水量、水压水压和和水质水质。经济性
11、和可靠性之间往往经济性和可靠性之间往往难以兼顾难以兼顾，一般只能，一般只能在在满足可靠性的要求下满足可靠性的要求下，力求管网最为经济。，力求管网最为经济。环状网流量分配的方法和步骤：环状网流量分配的方法和步骤：拟定各管段水流方向，拟定各管段水流方向，控制点控制点。为可靠供水为可靠供水，管道直径、管段计算流量和水流速度之间满足以下关系：在确定的计算流量下，管道直径是流速的函数：从技术上考虑，从技术上考虑，水流的最大速度应不超过2.53.0米米/秒秒（），最小速度不得小于0.6米米/秒秒（）。从经济上考虑，从经济上考虑，较大的水流速度可减小管道直径，降低工程造价；但水流速度大导致水头损失增加，从而
12、加大运行动力费用。合理的流速合理的流速应该使在一定年限在一定年限（投资偿还期）内管网造价管网造价与运行费用之和最小运行费用之和最小。42Dq qD4)100()(121CpMtCMMtCWt11001MCpttWWt 设设Wt为为；C为管网造价为管网造价，M1为年运行电费为年运行电费，M2为为年折旧费用（年折旧费用（）；t为投资偿还年限。则有：为投资偿还年限。则有：投资偿还期内的投资偿还期内的年度总费用年度总费用为：为：DeM1VeCpt1001WM1WVW0DW0年折算费用与管径、流速的关系年折算费用与管径、流速的关系 一定年限一定年限t（投资偿还期）内，管网造价和经营（投资偿还期）内，管网
13、造价和经营管理费用之和为最小的流速，称为管理费用之和为最小的流速，称为，以此，以此确定的管径，称为确定的管径，称为。Cpt1001造价和年折旧费用造价和年折旧费用 如水管材料和价格、如水管材料和价格、施工条件、电费等）施工条件、电费等），。另。另外，外，因计算复杂，有时简，因计算复杂，有时简便应用便应用“”确定确定，见界限流量表，见界限流量表。管径管径/mm界限流量界限流量/Ls 1管径管径/mm界限流量界限流量/Ls 110094501301681509155001682372001528.560023735525028.54570035549030045688004906853506896
14、9006858224009613010008221120管径管径 （mm）平均经济流速平均经济流速 （m/s）D=100400D4000.60.90.91.4 由于实际管网的复杂性，加上情况不断变化由于实际管网的复杂性，加上情况不断变化（如流量不断增加，水管价格、电费等也随时变（如流量不断增加，水管价格、电费等也随时变化），要从理论上计算化），要从理论上计算和和相当相当复杂且有一定难度。复杂且有一定难度。，也可采用，也可采用来确定来确定。表表6-4 平均经济流速平均经济流速 在使用各地区提供的在使用各地区提供的或按或按时，需考虑以下时，需考虑以下：一般一般可取可取，小管径可取较小，小管径可取较
15、小的经济流速；的经济流速；定出管网所采用的定出管网所采用的（），按），按e确定的管径小于最小管径时，一律采用最小确定的管径小于最小管径时，一律采用最小管径；管径；属管网属管网，应注重安全可靠性，其管径，应注重安全可靠性，其管径应应，即，即由由和和可知，可知，管径，管径缩小或放大一号，水头损失会大幅增减，而所需管材变缩小或放大一号，水头损失会大幅增减，而所需管材变化不多；相反，化不多；相反，管径缩小或放大一号，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。水头损失增减不很明显，而所需管材变化较大。因此，对于因此，对于，对于，对于，特别是，特别是，适当降低流速，使管径，适当降低流速
16、，使管径放大一号，比较经济；放大一号，比较经济；5）而电而电价相对较低时，价相对较低时，反之取较小的经，反之取较小的经济流速。济流速。水源水位高于给水区所需水压，两水源水位高于给水区所需水压，两者者可使水在管内重力流动。各管段可使水在管内重力流动。各管段应按输水管和管网通过设计流量时，应按输水管和管网通过设计流量时，6.5 树状管网水力计算树状管网水力计算计算步骤：计算步骤：确定各确定各；根据根据选取选取；计算各管段水头损失；计算各管段水头损失；确定确定；计算控制线路的计算控制线路的，确定，确定或或；确定各确定各可利用的可利用的；计算各支管的计算各支管的，。例例6-2 树状管网设计计算（教材树
17、状管网设计计算（教材P103）6.6.1 6.6.1 管网计算基础方程管网计算基础方程 目的：目的：确定各水源节点供水量、各管段流量确定各水源节点供水量、各管段流量和管径、全部节点的水压。和管径、全部节点的水压。多水源环状管网的多水源环状管网的管段数管段数、节点数节点数、和和满足列关系：满足列关系：+-：+-1-1-1-1 管网管网水力计算时，水力计算时，节点流量节点流量、管段长度管段长度为为已知已知，需要确定需要确定管道的管道的直径直径和和流量流量，有，有2P（管段数管段数）个未知数，）个未知数，利用经济流速利用经济流速确定流量确定流量与直径的关系，实际上只要求解个未知数。与直径的关系，实际
18、上只要求解个未知数。管网中水流必须管网中水流必须符合：质量守恒符合：质量守恒和和能量能量守恒原理守恒原理，即满足，即满足连续方程连续方程和和能量方程能量方程。独。独立的连续性方程数为立的连续性方程数为J-S个，独立的能量方程个，独立的能量方程数为数为个，个，。J-S个节点连续性方程：个节点连续性方程：01ijiqq02ijiqq0SJijiqq个基环能量方程：个基环能量方程：0Iijh 0IIijh 0Lijh环方程组解法原理：环方程组解法原理：在初步分配流量的基础上，逐在初步分配流量的基础上，逐步调整管段流量步调整管段流量。管网管网（连续性方程满（连续性方程满足足)，根，根据据初拟初拟，但环
19、内正反两个方向水头损，但环内正反两个方向水头损失不相等，失不相等，称作称作。调整管段流量，减。调整管段流量，减少闭合差到一定少闭合差到一定的过程叫的过程叫 平差就是求解平差就是求解J1个个线性线性连续性方程组连续性方程组，和，和L个个非线性能量方程组非线性能量方程组。以得出以得出P个管段个管段的流量。的流量。手工计算时，每环闭合差要求小于手工计算时，每环闭合差要求小于0.5m，大环闭，大环闭合差小于合差小于1.0m。电算时，闭合差。电算时，闭合差的大小可以达到任的大小可以达到任何要求的精度，但可考虑采用何要求的精度，但可考虑采用0.010.05m。一般情况下，不能用直接法求解非线一般情况下，不
20、能用直接法求解非线性能量方程组，而须用逐步近似法求解。性能量方程组，而须用逐步近似法求解。，现在最常用的解法，现在最常用的解法是是。方程数目少；方程数目少；要求输入的参数多；要求输入的参数多；。根据已知节点（控制点和泵站）水压，根据已知节点（控制点和泵站）水压，；根据流量与水头损失的关系根据流量与水头损失的关系；2、解节点方程组：、解节点方程组：在在假定假定每一节点水压每一节点水压条件下，应条件下，应用用连续性方程连续性方程及及管段压降方程管段压降方程，计算，计算每一节点水压每一节点水压。可。可从任一管段两端节点的水压差得出该管段的水头损失从任一管段两端节点的水压差得出该管段的水头损失，进一步
21、从流量和水头损失关系算出管段流量。进一步从流量和水头损失关系算出管段流量。2ijijjiqsHHijh2/12/1ijjiijijsHHshijq 假定假定节点的流量节点的流量，节点的流量节点的流量，验，验算每一节点流量是否满足连续性方程，如不等于零，算每一节点流量是否满足连续性方程，如不等于零，则则按下式求出按下式求出；按按Hi校正每一节点水压，重复校正每一节点水压，重复上列步骤计算，直到所有节点进出流量代数和（上列步骤计算，直到所有节点进出流量代数和（节点节点流量闭合差）流量闭合差）。方程数目较多；要求输入的参方程数目较多；要求输入的参数较少；适合计算机进行平差。数较少；适合计算机进行平差
22、。ijijijiijijiihsqqhsqH12123、解管段方程：、解管段方程：应用连续性方程和能量方程，求各应用连续性方程和能量方程，求各管段流量和水头损失，管段流量和水头损失，再根据已知节点水压求其余各再根据已知节点水压求其余各节点水压节点水压。（直接联立求解（直接联立求解 J-S 个连续性方程和个连续性方程和 L 个个能量方程，求出能量方程，求出 PL+J-S 个管段流量）个管段流量）。（。（）：解环方程，：解环方程，初分流量已满足连续性方程，然后解能量方程，调初分流量已满足连续性方程，然后解能量方程，调整初分流量，得最终管段流量和水头损失。整初分流量，得最终管段流量和水头损失。而解管
23、段方程，则是而解管段方程，则是，直接，直接同时解连续性方程（不初分流量）和能量方程，同时解连续性方程（不初分流量）和能量方程，但所得结果直接就是满足要但所得结果直接就是满足要求的管段最终流量和水头损失。求的管段最终流量和水头损失。具体步骤：具体步骤：对对进行进行；给定给定并计算并计算；解线性方程求出管段流量；解线性方程求出管段流量；根据所得流量计算线性系数并重新求解管段流根据所得流量计算线性系数并重新求解管段流量直到误差符合要求。量直到误差符合要求。未知数多；未知数多；要求初分流量；要求初分流量；0qs0qs0qsLnijijnijijnijij个非线性能量方程：L0q0q0qLijijiji
24、jijijcccL个线性能量方程：个管段流量。解得可用线性代数法求解，个线性方程，个线性能量方程个线性连续性方程PPL1J 系数。待求的管段流量；管段初步假设流量；水管摩阻；式中：损失，非线可用线性理ijij0ijijijijij1n0ijijq qqqqsh 近似等于方法是使管段水头转化为线性方程组性能量方程个L论法求解，即将管段方程 组csc对对进行进行；平均值。可采用以前二次解的经过二次迭代后，流量，则，若第一次迭代时时，因可等于初始流量，就是说全部可设设流量，第一次迭代时线性理论法不需初步假ij0ijijij0ijijij0ijijijq1)qsqs21(qsccnc ijijij1n
25、0ijijqqhcqs 允许误差为止。如此反复计算，直到；得出第三次迭代结果个线性能量方程，个线性连续性方程，由，则第三次迭代：；第二次迭代结果个线性能量方程，得出个线性连续性方程，由则第二次迭代：；一次迭代结果个线性能量方程得出第个线性连续性方程，由，则，则流量第一次迭代：全部初始具体解法如下：1-nijnij3ijij2ij2ij1ijij2ij2ijij1ij1ijij1ij1ijijijij0ijij0ijij0ij0ijqqqL1J,qch2qqscqL1Jqch,2q1scqL1J,qsqchsqsc1q6.6.3 环状网平差方法环状网平差方法1.哈代哈代-克罗斯法或洛巴切夫法克罗
26、斯法或洛巴切夫法 hqSqSqSqS25454241412525222121Q121q32q63q52q41q54q65q4 45 56 63 32 21 1hqSqSqSqS25252232322656526363hhQ1Q2Q3Q4Q5Q621q32q63q52q41q54q65q4 45 56 63 32 21 1hqqh0)()()()(25454241412525222121qqSqqSqqqSqqS0)()()()(25252232322656526363qqqSqqSqqSqqS0)(25454414152522121qqSqSqSqSh)(2Sqhq02222222545454
27、25454241414124141252525252252525225252221212122121qSqqSqSqSqqSqSqSqqSqqSqSqqSqSqSqqSqS校正流量的符号与水头损失闭合差的符号相反。校正流量的符号与水头损失闭合差的符号相反。0)()()()(25454241412525222121qqSqqSqqqSqqS步骤：步骤：根据连续性条件根据连续性条件；计算各管段的水头损失；计算各管段的水头损失；以以方向为方向为，方向为方向为，计算各，计算各环的水头损失环的水头损失；计算各管段的计算各管段的 和每一环的和每一环的；计算各环的计算各环的；将管段流量加上校正流量重新计算水
28、头损失，将管段流量加上校正流量重新计算水头损失，。2.2.最大闭合差的环校正法最大闭合差的环校正法 管网平差过程中，管网平差过程中，任一环的任一环的校正流量校正流量都会对都会对相邻环产生影响相邻环产生影响。一般说来，闭合差越大校正流。一般说来，闭合差越大校正流量越大，对邻环的影响也就越大。量越大，对邻环的影响也就越大。管网计算过程中，在每次迭代时，可对管网管网计算过程中，在每次迭代时，可对管网中的各环同时进行校正流量，中的各环同时进行校正流量，称为，称为采用此法可以减少平差工作量。采用此法可以减少平差工作量。1.1h7.0h8.0h5.0h6.0h7.1h大环闭合差等于构成大环闭合差等于构成该
29、大环各该大环各。IIIIIIhhhIIhIh9.1大环hhhhII如图，环如图，环和环和环的的 为降低为降低、的闭合差，的闭合差，对环对环和环和环引入校正引入校正流量流量 和和 ，使环，使环和环和环的闭合差减小的闭合差减小。但但由于由于，使环，使环和环和环的的闭合差降低幅度减小，闭合差降低幅度减小，。若考虑若考虑校正，则多环受益，平校正，则多环受益，平差效果好差效果好。IqIIq 如环如环和环和环的闭合差方向相反。的闭合差方向相反。，则与大环闭合差同号，则与大环闭合差同号的环的环闭合差随之降低，闭合差随之降低，的的。因此，。因此，若只对若只对进行平差，则环进行平差，则环闭合差绝对值也减少。闭合
30、差绝对值也减少。因此，因此，不仅该环本身闭合差减小，与其异号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，且相邻的基环闭合差也随之降低，从而一环平差，多环从而一环平差，多环受益，计算工作量较逐环平差方法为少。受益，计算工作量较逐环平差方法为少。如第一次校正如第一次校正并不能使各环的闭合差达到要求，可按第一次计算后的并不能使各环的闭合差达到要求，可按第一次计算后的闭合差重新选择闭合差较大的一个环或几个环连成的大闭合差重新选择闭合差较大的一个环或几个环连成的大环继续计算，直到满足要求为止。环继续计算，直到满足要求为止。若分别对若分别对进行平进行平差，可加速两环闭合差的绝差，可加速两
31、环闭合差的绝对值减小，平差效果较好。对值减小，平差效果较好。6.6.4 管网核算管网核算 和和是按设计年限内最高日是按设计年限内最高日最高时用水量（最高时用水量（）和正常水压要）和正常水压要求设计的。这样的管径和水泵能否满足其他特殊求设计的。这样的管径和水泵能否满足其他特殊情况（情况（）下的要求，）下的要求，需进行其它用水量条件下的核算需进行其它用水量条件下的核算 发生火灾时发生火灾时，所需自由水头较小所需自由水头较小，但由于水但由于水头损失增大，头损失增大，水泵扬程不一定符合要求。水泵扬程不一定符合要求。（1）首先根据城镇和各类建筑的）首先根据城镇和各类建筑的规模规模和现行的和现行的建筑建筑
32、设计防火规范设计防火规范确定确定同一时间发生火灾的次数同一时间发生火灾的次数以及以及一次一次灭火用水量（灭火用水量（消防流量消防流量）。（2）；（如；（如按消防要求同时一处失火，则放在控制点，有两处或两按消防要求同时一处失火，则放在控制点，有两处或两处以上失火，一处放在控制点，其它设在离二级泵站较处以上失火，一处放在控制点，其它设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。）节点流量。）（3）以最高日最高时用水量确定的管径为基础，按最）以最高日最高时用水量确定的管径为基础，按最高时用水量高时用水量；（4）进行管网平差，
33、求消防管段流量和水头损失；）进行管网平差，求消防管段流量和水头损失；（5）计算消防时所需水泵扬程计算消防时所需水泵扬程。（。（）虽然消防时比最高时虽然消防时比最高时，但因通过管网但因通过管网，各管段水头损失相应增加，各管段水头损失相应增加，按最高时确定的水泵扬程有可能不满足消防需要。按最高时确定的水泵扬程有可能不满足消防需要。若：若：消防时需要的水泵扬程消防时需要的水泵扬程 最高时水泵扬程，最高时水泵扬程，则设计不需调整；则设计不需调整；消防时需要的水泵扬程消防时需要的水泵扬程 最高时确定的最高时确定的水泵扬程，水泵扬程，；消防时需要的水泵扬程消防时需要的水泵扬程 最高时确定的最高时确定的水泵
34、扬程，专设水泵扬程，专设。2.事故时事故时 ，必须及时检修，在检修，必须及时检修，在检修时间内时间内，但，但。事。事故时管网供水流量与最高时设计流量之比，称为故时管网供水流量与最高时设计流量之比，称为。城镇的事故流量降落比。城镇的事故流量降落比R一般不低一般不低于于70%，即，即管网中任一管段在检修过程中，系统的供水管网中任一管段在检修过程中，系统的供水量都不应小于量都不应小于最高用水时的最高用水时的70%。校核时，水力计算过程与最高时相同，只是管网各校核时，水力计算过程与最高时相同，只是管网各节点流量应按事故时用户对供水的要求确定。（节点流量应按事故时用户对供水的要求确定。（节点流量节点流量
35、等于等于70最大小时节点流量）。最大小时节点流量）。事故校核的结果事故校核的结果 经校核后不符合要求时，可以经校核后不符合要求时，可以或或，或，或某些某些管径，或管径，或。也可也可，如加强当，如加强当地给水管理部门的检修力量，缩短损坏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管段修复时间；重要的和不允许断水的用户，可以采用用户，可以采用的保障措施。的保障措施。对置水塔对置水塔水泵扬水泵扬程必须能供水到程必须能供水到。=最大转输时用水量最高最大转输时用水量最高用水时该节点的流量用水时该节点的流量/最高时用水量最高时用水量 校核不满足要求时，应适当校核不满足要求时，应适当
36、二泵站供水曲线二泵站供水曲线用水曲线用水曲线0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24最高用水时最高用水时最大转输时最大转输时等水压线图绘制等水压线图绘制 所要求的水所要求的水压标高压标高各节点的水压标高和自由水压，计算各节点的水压标高和自由水压，计算方法同树状管网。由于存在闭合差，即方法同树状管网。由于存在闭合差，即h0，利用不，利用不同管线水头损失所求得的同一节点的水压值常不同，同管线水头损失所求得的同一节点的水压值常不同，但差异较小，不影响选泵，可不必调整。但差异较小，不影响选泵，可不必调整。无论何种情况，均从起点开无论何种情况，均从起点开始，按该点现有水压值推算
37、到各节点，并核算各节点始，按该点现有水压值推算到各节点，并核算各节点的自由水压是否满足要求。的自由水压是否满足要求。经上述计算得出的经上述计算得出的、及及该节点处的该节点处的，写在相应写在相应管网平面图的管网平面图的。管网水压线图分管网水压线图分和和两种，两种，其绘制方法其绘制方法。各节点水压确定后，各节点水压确定后，即可即可。也可从。也可从得出各得出各节点的节点的，在管，在管网平面图上绘出网平面图上绘出整个管网的水压线最好均匀分布。如某一地区整个管网的水压线最好均匀分布。如某一地区，表示该处管网，表示该处管网，所选，所选。可作为今后放大管径或增敷管线的依据。可作为今后放大管径或增敷管线的依据
38、。管网管网可直观反映整个供水区内可直观反映整个供水区内和和。因此，。因此，管网水压线图管网水压线图和和有很好有很好的参考价值。的参考价值。许多大中城市，由于用水量增长，逐步发展为许多大中城市，由于用水量增长，逐步发展为(、等等)给水系统。给水系统。多水源管网计算原理虽和单水源相同，但有其特点。多水源管网计算原理虽和单水源相同，但有其特点。因这时每一水源的供水量，随着供水区用水量、水因这时每一水源的供水量，随着供水区用水量、水源的水压以及管网中的水头损失而变化（源的水压以及管网中的水头损失而变化（），），应用应用概念，可将多水源管网概念，可将多水源管网。用虚线将各水源与虚节点连接成环。用虚线将各
39、水源与虚节点连接成环。然后运用然后运用方法进行求解。方法进行求解。泵站泵站水塔水塔h=水塔水位高度水塔水位高度Qph=水泵扬程水泵扬程虚管段虚管段 如图，如图，由由、该点到泵站和水塔的、该点到泵站和水塔的、以及泵站到水塔之间的、以及泵站到水塔之间的(例如泵站例如泵站1234567水塔的管段水塔的管段)组成。组成。虚环数等于水源数虚环数等于水源数(包括包括泵站、水塔等泵站、水塔等)减一减一。管网由泵站和水塔同时供给。管网由泵站和水塔同时供给。两者有各自的供水区，在供水区分界线上水压最低，如图，两者有各自的供水区，在供水区分界线上水压最低，如图，从管网计算结果可得出，两水源的供水分界线经过从管网计
40、算结果可得出，两水源的供水分界线经过8、12、5等节点，如虚线所示。等节点，如虚线所示。，其，其。从虚节。从虚节点流向泵站的流量点流向泵站的流量Qp为泵站供水量。为泵站供水量。QT为水塔供水量。为水塔供水量。Qp最高用水时泵站供水量，最高用水时泵站供水量，L/s；QT最高用水时水塔供水量，最高用水时水塔供水量，L/s；Q最高用水时管网用水量，最高用水时管网用水量，L/s。（因（因虚节点水压为虚节点水压为0，所以，所以h水源水源0=H水源水源H0=H水源水源），），（因虚节点水压为（因虚节点水压为0，所以，所以h0水源水源=H0H水源水源=H水源水源），），因此因此最高用水时最高用水时由泵站供水
41、的虚由泵站供水的虚管段，管段，h0泵站泵站=H0Hp=Hp，；最；最高用水时，由水塔供水的虚管段，高用水时，由水塔供水的虚管段，h0水塔水塔=H0Ht=Ht，水压水压H的符号也常为负。的符号也常为负。)(-ppQFH 或：或：Hphp+htHt=0 Hp 最高用水时泵站水压，最高用水时泵站水压，m；hp 从泵站到分界线上控制点的任一条管线的总水从泵站到分界线上控制点的任一条管线的总水头损失，头损失，m；ht 从水塔到分界线从水塔到分界线上控制点的任一条管线上控制点的任一条管线的总水头损失，的总水头损失，m；水塔的水位标高，水塔的水位标高，m。)(-ppQFH最大转输时虚节点的流量平衡：最大转输
42、时虚节点的流量平衡：Qp=Qt+Q Qp最大转输时泵站供水量，最大转输时泵站供水量，L/s；Qt最大转输时进入水塔的流量，最大转输时进入水塔的流量，L/s；Q最大转输时管网用水量，最大转输时管网用水量，L/s。Qp最大转输时虚环水头损失平衡最大转输时虚环水头损失平衡（因（因虚节点水压为虚节点水压为0，所以，所以h水源水源0=H水源水源H0=H水源水源），），（因虚节点水压为（因虚节点水压为0，所以，所以h0水源水源=H0H水源水源=H水源水源），），因此因此最大转输水时最大转输水时由泵站供水的由泵站供水的虚管段，虚管段，h0泵站泵站=H0Hp=Hp，水压，水压H的符号常为负；的符号常为负；由水
43、塔供水的虚管段，由水塔供水的虚管段，h水塔水塔0=HtH0=Ht，水压，水压H的的符号为正。符号为正。在应用能量方程式，在应用能量方程式，水头损失仍是顺时针为水头损失仍是顺时针为正，逆时针为负。正，逆时针为负。Qp 多水源环状网计算包括多水源环状网计算包括J+S1个节点连续性方程个节点连续性方程，L个个实环实环和和S1个虚环能量方程个虚环能量方程，S为水源数。为水源数。管网计算时，虚环和实环看作一个整体，即不分虚环和管网计算时，虚环和实环看作一个整体，即不分虚环和实环同时计算。实环同时计算。闭合差和校正流量的闭合差和校正流量的计算方法和单水源管网计算方法和单水源管网相同。相同。Qp最大转输时虚
44、环水头损失平衡条件：最大转输时虚环水头损失平衡条件：Hp+h+Ht=0 HphHt=0 Hp最大转输时泵站水压，最大转输时泵站水压，m；h最大转输时从泵站到水塔的水头损失，最大转输时从泵站到水塔的水头损失，m；Ht最大转输时水塔的水位标高，最大转输时水塔的水位标高，m。例例6-3 环状管网设计计算（教材环状管网设计计算（教材P122）原水输水管（渠）原水输水管（渠）清水输水管清水输水管 1、输水方案；、输水方案；2、输水管形式；、输水管形式；3、输水管尺寸；、输水管尺寸；4、连接管数量、连接管数量确定管径和水头损失。确定管径和水头损失。河流 输水管必须保证不间断输水输水管必须保证不间断输水，另
45、外设置一定容量的，另外设置一定容量的；对允许间断供水或多水源管网，可对允许间断供水或多水源管网，可（1）压力输水管渠）压力输水管渠（，输水量大时可采用，输水量大时可采用。常用于高地水源或水泵供水）。常用于高地水源或水泵供水）。（2）无压输水管渠（非满流水管或暗渠）无压输水管渠（非满流水管或暗渠）单位长度造价较压力管渠低，但定线时，为利用与水力坡度相单位长度造价较压力管渠低，但定线时，为利用与水力坡度相接近的地形，不得不延长路线，因此，建造费用相应增加。接近的地形，不得不延长路线，因此，建造费用相应增加。（3）加压与重力相结合（）加压与重力相结合（常用）。常用）。（4）明渠（）明渠（人工开挖的河
46、槽，一般用于人工开挖的河槽，一般用于远距离输送大量水远距离输送大量水）。）。由由来确定管径；来确定管径；按照按照或或选取。选取。水源在高地（如取用蓄水库水时），若水源水位和水水源在高地（如取用蓄水库水时），若水源水位和水厂内处理构筑物厂内处理构筑物，可用重力向水厂输水。，可用重力向水厂输水。设计时，水源输水量设计时，水源输水量 和和终端要求的水压终端要求的水压（）已知，已知，为为(用以克服输水管的水头损失用以克服输水管的水头损失）。据此选定管渠材）。据此选定管渠材料、大小和平行工作的管线数。料、大小和平行工作的管线数。水水源源水水位位标标高高 若在输水管上等距离设置若在输水管上等距离设置m条连
47、接管条连接管，输水管被，输水管被分成分成m+1段段，则，则水头损失为：水头损失为：22202(1)(1)()Qs mhs mQs Qnn式中：式中：s 每一管段的摩阻；每一管段的摩阻；s0 输水系统的总摩阻。输水系统的总摩阻。假设输水系统假设输水系统总流量为总流量为Q，平行管线（，平行管线（管径、管长和管径、管长和管材均相同管材均相同）数为）数为n，则，则每条每条输水管流量为输水管流量为Q/n，如图：，如图：现假设现假设（如图），流量降低为（如图），流量降低为，若若（因其长度和输水管相比很短），（因其长度和输水管相比很短），则此时输水管系统的水头损失为：则此时输水管系统的水头损失为：可得事故时
48、和正常工作时的流量比可得事故时和正常工作时的流量比 R：2022(1)1(1)aamsQsnRmQsssnn222222)1(1aaaaaaQsQnsnmsnQsmnQsh取不同取不同m、n值时的值时的R值值 n当当m为下列值时的为下列值时的R值值0123420.50.630.710.760.7930.670.780.840.870.8940.750.850.890.910.93设计时可以根据设计时可以根据供水可靠度要求供水可靠度要求选择不同的选择不同的n和和m值。值。要保证要保证70%的设计流量，需要平行布置的设计流量，需要平行布置4条输水管。条输水管。2022(1)1(1)aamsQsnR
49、mQsssnn2SQHHbp212221QQHHS 管网计算时的水泵特性方程管网计算时的水泵特性方程 水泵高效区流量与扬程的关系可用水泵高效区流量与扬程的关系可用二次曲线模拟二次曲线模拟：211SQHHb222SQHHb222211SQHSQHHb22122211QQQHHHHp121Q2Q1H2HQH0水泵供水的压力输水管水泵供水的压力输水管水泵供水时的实际流量，应由水泵供水时的实际流量，应由水泵特性曲线水泵特性曲线 Hpf(Q)和和输水管特性曲线输水管特性曲线H0+hf(Q)求出。求出。下图表示水泵特性曲线下图表示水泵特性曲线QHp和输水管特性曲线和输水管特性曲线Qh联合工作情况，联合工作
50、情况，I为输水管正常工作时为输水管正常工作时Qh特性曲线，特性曲线，为事故时为事故时。当输水管任一段损坏时当输水管任一段损坏时，阻力增大，曲线交点从正常阻力增大，曲线交点从正常工作时的工作时的b点移到点移到a点点，与，与a点点相应的横坐标即为相应的横坐标即为Qa。baQaQQ-Hp2dp0b2bppQssHHh-Qs 0 H,sQHHH-Qn 特性方程表示为：正常工作时，输水管水泵摩阻。时的扬程；水泵流量为式中：特性方程为：正常工作时，水泵段。管，用连接管等分成设两条不同直径的输水s1s2Q2Q1Q2a1p02abannssQHHQsssHHdda性方程为：任一段损坏时输水管特性方程为：则任一
