給水排水管網(wǎng)系統(tǒng)課件5 管段、管徑和水頭損失

1、第一節(jié)第一節(jié) 管網(wǎng)計算的課題管網(wǎng)計算的課題新建和擴建的城市管網(wǎng)按最高時用水量新建和擴建的城市管網(wǎng)按最高時用水量q qh h計計算，據(jù)此求出所有管段的直徑、水頭損失、算，據(jù)此求出所有管段的直徑、水頭損失、水泵揚程和水塔高度水泵揚程和水塔高度( (當設(shè)置水塔時當設(shè)置水塔時) )。并在。并在此管徑基礎(chǔ)上，按其它用水情況，如消防時、此管徑基礎(chǔ)上，按其它用水情況，如消防時、事故時、對置水塔系統(tǒng)在最高轉(zhuǎn)輸時各管段事故時、對置水塔系統(tǒng)在最高轉(zhuǎn)輸時各管段的流量和水頭損失，從而可以知道按最高用的流量和水頭損失，從而可以知道按最高用水時確定的管徑和水泵揚程能否滿足其它用水時確定的管徑和水泵揚程能否滿足其它用水時的

2、水量和水壓要求。水時的水量和水壓要求。管網(wǎng)計算的課題管網(wǎng)計算的課題管網(wǎng)計算步驟管網(wǎng)計算步驟求沿線流求沿線流量量和節(jié)點流和節(jié)點流量量；求管段計算流量求管段計算流量；確定各管段的管徑和水頭損失；確定各管段的管徑和水頭損失；進行進行管管網(wǎng)水力計算或技術(shù)經(jīng)濟計算；網(wǎng)水力計算或技術(shù)經(jīng)濟計算；確定水塔高度和水泵揚程。確定水塔高度和水泵揚程。第二節(jié)第二節(jié) 管網(wǎng)圖形及簡化管網(wǎng)圖形及簡化在管網(wǎng)計算中，城市管網(wǎng)的現(xiàn)狀核算以及現(xiàn)有管網(wǎng)在管網(wǎng)計算中，城市管網(wǎng)的現(xiàn)狀核算以及現(xiàn)有管網(wǎng)的擴建計算最為常見。的擴建計算最為常見。除了新設(shè)計的管網(wǎng)，因定線和計算僅限于干管而不除了新設(shè)計的管網(wǎng)，因定線和計算僅限于干管而不是全部管線的

3、情況外，對改建和擴建的管網(wǎng)往往將是全部管線的情況外，對改建和擴建的管網(wǎng)往往將實際的管網(wǎng)適當加以簡化，保留主要的干管，略去實際的管網(wǎng)適當加以簡化，保留主要的干管，略去一些次要的、水力條件影響較小的管線。一些次要的、水力條件影響較小的管線。但簡化后的管網(wǎng)基本上能反映實際用水情況，使計但簡化后的管網(wǎng)基本上能反映實際用水情況，使計算工作量可以減輕。算工作量可以減輕。管網(wǎng)圖形簡化是在保證計算結(jié)果接近實際情況的前管網(wǎng)圖形簡化是在保證計算結(jié)果接近實際情況的前提下，對管線進行的簡化。提下，對管線進行的簡化。管網(wǎng)圖形及簡化管網(wǎng)圖形及簡化管網(wǎng)圖形簡化可分為管網(wǎng)圖形簡化可分為分解分解、合并合并、省略省略分解：分解：

4、只由一條管線連接的兩管網(wǎng)，都可以把連只由一條管線連接的兩管網(wǎng)，都可以把連接管線斷開，分解成為兩個獨立的管網(wǎng)。由兩條接管線斷開，分解成為兩個獨立的管網(wǎng)。由兩條管線連接的分支管網(wǎng)，如它位于管網(wǎng)的末端且連管線連接的分支管網(wǎng)，如它位于管網(wǎng)的末端且連接管線的流向和流量可以確定，也可進行分解，接管線的流向和流量可以確定，也可進行分解，管網(wǎng)經(jīng)分解后即可分別計算。管網(wǎng)經(jīng)分解后即可分別計算。合并：合并：管徑較小、相互平行且靠近的管線可考慮管徑較小、相互平行且靠近的管線可考慮合并。合并。省略：省略：管線省略時，首先是略去水力條件影響較管線省略時，首先是略去水力條件影響較小的管線，也就是省略管網(wǎng)中管徑相對較小的管小

5、的管線，也就是省略管網(wǎng)中管徑相對較小的管線，管線省略后的計算結(jié)果是偏于安全的。線，管線省略后的計算結(jié)果是偏于安全的。管網(wǎng)圖形及簡化管網(wǎng)圖形及簡化第三節(jié)第三節(jié) 沿線流量和節(jié)點流量沿線流量和節(jié)點流量管網(wǎng)計算時并不包括全部管線，而是管網(wǎng)計算時并不包括全部管線，而是只計算只計算經(jīng)過經(jīng)過簡化后的簡化后的干管網(wǎng)干管網(wǎng)。干管網(wǎng)的節(jié)點包括：干管網(wǎng)的節(jié)點包括：水源節(jié)點，如泵站、水塔或高位水池；水源節(jié)點，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；不同管徑或不同材質(zhì)的管線交接點；兩管段交點或集中向大用戶供水的點。兩管段交點或集中向大用戶供水的點。兩節(jié)點之間的管線稱為兩節(jié)點之間的管線稱為管段管段。管段順

6、序連接形成管段順序連接形成管線管線。沿線流量和節(jié)點流量沿線流量和節(jié)點流量起點和終點重合的管線稱為管網(wǎng)的起點和終點重合的管線稱為管網(wǎng)的環(huán)環(huán)。環(huán)中不含其它環(huán)，稱為環(huán)中不含其它環(huán)，稱為基環(huán)基環(huán)。幾個基環(huán)合成的環(huán)，稱為幾個基環(huán)合成的環(huán)，稱為大環(huán)大環(huán)。多水源的管網(wǎng)，為了計算方便，有時將兩個或多個水壓已多水源的管網(wǎng)，為了計算方便，有時將兩個或多個水壓已定的水源節(jié)點（泵站、水塔等）用虛線和虛節(jié)點定的水源節(jié)點（泵站、水塔等）用虛線和虛節(jié)點0連接起連接起來，也形成環(huán)，因?qū)嶋H上并不存在，所以叫做來，也形成環(huán)，因?qū)嶋H上并不存在，所以叫做虛環(huán)虛環(huán)。沿線流量和節(jié)點流量沿線流量和節(jié)點流量沿線流量：沿線流量：是指供給該管段

7、兩側(cè)用戶所需是指供給該管段兩側(cè)用戶所需流量。流量。節(jié)點流量：節(jié)點流量：是從沿線流量折算得出的并且是從沿線流量折算得出的并且假設(shè)是在節(jié)點集中流出的流量。假設(shè)是在節(jié)點集中流出的流量。沿線流量沿線流量工業(yè)企業(yè)給水管網(wǎng)工業(yè)企業(yè)給水管網(wǎng)，大量用水集中在少數(shù)，大量用水集中在少數(shù)車間，配水情況比較車間，配水情況比較簡單簡單。城市給水管線城市給水管線，沿管線配水，情況比較，沿管線配水，情況比較復復雜。雜。假定用水量均勻分布在全部干管上。假定用水量均勻分布在全部干管上。比流量比流量：干管線單位長度的流量。：干管線單位長度的流量。沿線流量沿線流量比流量計算比流量計算度按一半計算。有一側(cè)配水的管線，長（不配水）的管

8、線；只園等無建筑物地區(qū)，不包括穿越廣場、公干管總長度，；和，大用戶集中用水量總；管網(wǎng)總用水量，；比流量，ms/ls/lq)ms/(llqqlqqqss沿線流量沿線流量沿線最高用水時和最大轉(zhuǎn)輸時的比流量不同，所沿線最高用水時和最大轉(zhuǎn)輸時的比流量不同，所以在管網(wǎng)計算時須分別計算。以在管網(wǎng)計算時須分別計算。城市內(nèi)人口密度或房屋衛(wèi)生設(shè)備條件不同的地區(qū)，城市內(nèi)人口密度或房屋衛(wèi)生設(shè)備條件不同的地區(qū)，也應該根據(jù)各區(qū)的用水量和干管線長度，分別計也應該根據(jù)各區(qū)的用水量和干管線長度，分別計算其比流量，以得出比較接近實際用水的結(jié)果。算其比流量，以得出比較接近實際用水的結(jié)果。沿線流量的計算：沿線流量的計算：。該管段的

9、長度，；沿線流量，mls /l11qlqqs整個管網(wǎng)的沿線流量總和整個管網(wǎng)的沿線流量總和q1，等于，等于qsl。 qsl值等值等于管網(wǎng)供給的總用水量減去大用戶集中用水量，即于管網(wǎng)供給的總用水量減去大用戶集中用水量，即等于等于qq。沿線流量沿線流量 沿線按照用水量全部均勻分布在干管上的假定以求出比沿線按照用水量全部均勻分布在干管上的假定以求出比流量的方法，存在一定的缺陷。因為它忽視了沿線供水流量的方法，存在一定的缺陷。因為它忽視了沿線供水人數(shù)和用水量的差別，所以與各管段的實際配水量并不人數(shù)和用水量的差別，所以與各管段的實際配水量并不一致。為此提出另一種按該管段的供水面積決定比流量一致。為此提出另

10、一種按該管段的供水面積決定比流量的計算方法。的計算方法。該管段的供水面積，；沿線流量，211mas/lqaqqa水面積為三角形。邊上的管段，其兩側(cè)供積為梯形，在在街區(qū)短的管段，其兩側(cè)供水面長邊上法來劃分街區(qū)。在街區(qū)面積可用等分角線的方面積按一半計算；供水一側(cè)配水的管線，供水配水）的管線，只有園等無建筑物地區(qū)（不，不包括穿越廣場、公干管總供水面積，；和，大用戶集中用水量總；管網(wǎng)總用水量，）；（比流量，22ms/ls/lqms/laqqaqqqaa節(jié)點流量節(jié)點流量 管網(wǎng)中任一管段的流量，由兩部分組成：一部分是管網(wǎng)中任一管段的流量，由兩部分組成：一部分是沿該管沿該管段長度段長度l l配水的配水的沿線

11、流量沿線流量q q1 1，另一部分是通過該管段輸水到，另一部分是通過該管段輸水到以后管段的以后管段的轉(zhuǎn)輸流量轉(zhuǎn)輸流量q qt t轉(zhuǎn)輸流量沿整個管段不變轉(zhuǎn)輸流量沿整個管段不變，而，而沿線沿線流量流量由于管段沿線配水，所以管段中的流量由于管段沿線配水，所以管段中的流量順水流方向逐順水流方向逐漸減小漸減小，到管段末端只剩下轉(zhuǎn)輸流量。，到管段末端只剩下轉(zhuǎn)輸流量。 管段起端的流量等于轉(zhuǎn)輸流量管段起端的流量等于轉(zhuǎn)輸流量q qt t加沿線流量加沿線流量q q1 1，到末端只有，到末端只有轉(zhuǎn)輸流量轉(zhuǎn)輸流量q qt t ，因此從管段起點到終點的流量是變化的。，因此從管段起點到終點的流量是變化的。節(jié)點流量節(jié)點流量

12、對于流量變化的管段，難以確定管徑和水頭損失，對于流量變化的管段，難以確定管徑和水頭損失，所以所以有必要將沿線流量轉(zhuǎn)化成從節(jié)點流出的流量有必要將沿線流量轉(zhuǎn)化成從節(jié)點流出的流量。這樣，沿管線不再有流量流出，即管段中的流量這樣，沿管線不再有流量流出，即管段中的流量不再沿管線變化，就可根據(jù)該流量確定管徑。不再沿管線變化，就可根據(jù)該流量確定管徑。沿線流量化成節(jié)點流量的原理：沿線流量化成節(jié)點流量的原理：是求出一個沿線是求出一個沿線不變的折算流量不變的折算流量q q，使它產(chǎn)生的水頭損失等于實際，使它產(chǎn)生的水頭損失等于實際上沿管線變化的流量上沿管線變化的流量q qx x產(chǎn)生的水頭損失。產(chǎn)生的水頭損失。q=qq

13、=qt t+ +q q1 1折算系數(shù)折算系數(shù)：是把沿線變化的流量折算成在管段是把沿線變化的流量折算成在管段兩端節(jié)點流出的流量，即節(jié)點流量的系數(shù)。兩端節(jié)點流出的流量，即節(jié)點流量的系數(shù)。 節(jié)點流量節(jié)點流量折算系數(shù)折算系數(shù)的求導的求導31laq3lllllllaq3xxllxlllaqdxxxll2lllaqdxxlllaqdxaqhldxxlllaqdxlxlaqdxaqdh2nadxaqdhdxqqlxlqlxlqqxlqqqq212212221l03l02l02221l022221l02221l02x22212212xnx1t11t11tx：中的水頭損失可表示為流量變化的管段。則有：通常取管段

14、的比阻；中的水頭損失為：。根據(jù)水力學，管段式中任一斷面上的流量為：管段節(jié)點流量節(jié)點流量折算系數(shù)折算系數(shù)的求導的求導。為管段兩端的節(jié)點流量，即將沿線流量折半作統(tǒng)一采用為便于管網(wǎng)計算，通常。值大于，靠近管網(wǎng)末端的管段，；值接近于值很大，遠大于沿線流量，轉(zhuǎn)輸流量一般，管網(wǎng)起端的管段值也不等。值不同，折算系數(shù)同，管段在管網(wǎng)中的位置不數(shù)為線流量的管段，折算系，即轉(zhuǎn)輸流量遠大于沿如，得：，則為管段，因轉(zhuǎn)輸流量值有關(guān)，在管網(wǎng)末端的只和折算系數(shù)則有：損失為：折算流量所產(chǎn)生的水頭折算流量0.505 . 005 . 0qqqq0.50100577. 03100qqq3131laqlqqalaqhqqq1t1tt1

15、t22222121t21t12qt+q1qt0.5q10.5q1qt+0.5q1節(jié)點流量節(jié)點流量管網(wǎng)任一節(jié)點的節(jié)點流量為：管網(wǎng)任一節(jié)點的節(jié)點流量為： qi= q1=0.5 q1任一節(jié)點任一節(jié)點i的節(jié)點流量的節(jié)點流量qi等于與該節(jié)點相連各等于與該節(jié)點相連各管段的沿線流量管段的沿線流量q1總和的一半。總和的一半。城市管網(wǎng)中，城市管網(wǎng)中，工業(yè)企業(yè)等大用戶工業(yè)企業(yè)等大用戶所需流量，所需流量，可直接作為接入大用戶節(jié)點的節(jié)點流量?？芍苯幼鳛榻尤氪笥脩艄?jié)點的節(jié)點流量。工業(yè)企業(yè)內(nèi)的生產(chǎn)用水管網(wǎng)，工業(yè)企業(yè)內(nèi)的生產(chǎn)用水管網(wǎng)，水量大的車間水量大的車間用水量用水量也可直接作為節(jié)點流量。也可直接作為節(jié)點流量。第四節(jié)第四

16、節(jié) 管段計算流量管段計算流量沿線任一管段的沿線任一管段的計算流量實際上包括計算流量實際上包括該管該管段兩側(cè)的段兩側(cè)的沿線流量沿線流量和通過該管段輸送到以和通過該管段輸送到以后管段的后管段的轉(zhuǎn)輸流量轉(zhuǎn)輸流量。為了初步確定管段計。為了初步確定管段計算流量，必須算流量，必須按最大時用水量進行流量分按最大時用水量進行流量分配配，得出各管段流量后，才能據(jù)此流量確，得出各管段流量后，才能據(jù)此流量確定管徑和進行水力計算。定管徑和進行水力計算。求出節(jié)點流量后，就可以進行管網(wǎng)的流量求出節(jié)點流量后，就可以進行管網(wǎng)的流量分配，分配，分配到各管段的流量已經(jīng)包括了沿分配到各管段的流量已經(jīng)包括了沿線流量和轉(zhuǎn)輸流量線流量和

17、轉(zhuǎn)輸流量。管段計算流量管段計算流量單水源樹狀管網(wǎng)流量分配單水源樹狀管網(wǎng)流量分配任一管段的流量等于該管段以后（順水流方向）所有節(jié)點任一管段的流量等于該管段以后（順水流方向）所有節(jié)點流量的總和。流量的總和。 如如q3-4=q4+q5+q8+q9+q10樹狀網(wǎng)的流量分配比較簡單，各管段的流量易于確定，并樹狀網(wǎng)的流量分配比較簡單，各管段的流量易于確定，并且且每一管段只有唯一的流量值。每一管段只有唯一的流量值。管段計算流量管段計算流量環(huán)狀網(wǎng)流量分配環(huán)狀網(wǎng)流量分配 環(huán)狀網(wǎng)的流量分配比較復雜。環(huán)狀網(wǎng)的流量分配比較復雜。任一節(jié)點的流量包括該節(jié)點任一節(jié)點的流量包括該節(jié)點流量和流向以及流離該節(jié)點的幾條管段流量。流

18、量和流向以及流離該節(jié)點的幾條管段流量。所以環(huán)狀網(wǎng)所以環(huán)狀網(wǎng)流量分配時，流量分配時，不可能對每一管段得到唯一的流量值不可能對每一管段得到唯一的流量值。 分配流量時，必須保持每一節(jié)點的水流連續(xù)性，也就是分配流量時，必須保持每一節(jié)點的水流連續(xù)性，也就是流流向任一節(jié)點的流量必須等于流離該節(jié)點的流量，向任一節(jié)點的流量必須等于流離該節(jié)點的流量，以滿足節(jié)以滿足節(jié)點流量平衡的條件。點流量平衡的條件。的管段流量，到節(jié)點從節(jié)點；的節(jié)點流量，節(jié)點s/ljiqs/li0ijiijiqqq假定離開節(jié)點的流量為正，假定離開節(jié)點的流量為正，流向節(jié)點的流量為負。流向節(jié)點的流量為負。管段計算流量管段計算流量環(huán)狀網(wǎng)流量分配環(huán)狀網(wǎng)

19、流量分配以節(jié)點以節(jié)點1為例：為例： q1q+q1-2+q1-4=0 對節(jié)點對節(jié)點1 1來說，即使進入管網(wǎng)的總流來說，即使進入管網(wǎng)的總流量量q q和節(jié)點流量和節(jié)點流量q q1 1已知，各管段的流已知，各管段的流量，如量，如q q1-21-2，和，和q q1-41-4等值，還可以有等值，還可以有不同的分配，也就是有不同的管段不同的分配，也就是有不同的管段流量。流量。 如果在分配流量時，對其中的一條，如果在分配流量時，對其中的一條，例如管段例如管段1 12 2分配很大的流量分配很大的流量q q1-21-2，而另一管段而另一管段1 14 4分配很小的流量分配很小的流量q q1-41-4，因因q q1-

20、21-2+q+q1-41-4仍等于仍等于q q q q1 1 ，即保持，即保持水流的連續(xù)性，這時敷管費用雖然水流的連續(xù)性，這時敷管費用雖然比較經(jīng)濟，但明顯和安全供水產(chǎn)生比較經(jīng)濟，但明顯和安全供水產(chǎn)生矛盾。因為當流量很大的管段矛盾。因為當流量很大的管段1 12 2損壞需要檢修時，全部流量必須在損壞需要檢修時，全部流量必須在管段管段l l4 4中通過，使該管段的水頭中通過，使該管段的水頭損失過大，從而影響到整個管網(wǎng)的損失過大，從而影響到整個管網(wǎng)的供水量或水壓。供水量或水壓。管段計算流量管段計算流量 環(huán)狀網(wǎng)可以有許多不同的流量分配方案，每一方案所得的環(huán)狀網(wǎng)可以有許多不同的流量分配方案，每一方案所得的

21、管徑也有差異，管網(wǎng)總造價也不相等。管徑也有差異，管網(wǎng)總造價也不相等。 使環(huán)狀網(wǎng)中某些管段的流量為零，即將環(huán)狀網(wǎng)改成樹狀網(wǎng)，使環(huán)狀網(wǎng)中某些管段的流量為零，即將環(huán)狀網(wǎng)改成樹狀網(wǎng)，才能得到最經(jīng)濟的流量分配，但是樹狀網(wǎng)并不能保證可靠才能得到最經(jīng)濟的流量分配，但是樹狀網(wǎng)并不能保證可靠供水。供水。 環(huán)狀網(wǎng)流量分配時，應同時照顧經(jīng)濟性和可靠性。環(huán)狀網(wǎng)流量分配時，應同時照顧經(jīng)濟性和可靠性。 經(jīng)濟性經(jīng)濟性是指流量分配后得到的管徑，應使一定年限內(nèi)的管是指流量分配后得到的管徑，應使一定年限內(nèi)的管網(wǎng)建造費用和管理費用為最小。網(wǎng)建造費用和管理費用為最小。 可靠性可靠性是指能向用戶不間斷地供水，并且保證應有的水量、是指能

22、向用戶不間斷地供水，并且保證應有的水量、水壓和水質(zhì)。水壓和水質(zhì)。 經(jīng)濟性和可靠性之間往往難以兼顧，一般只能在滿足可靠經(jīng)濟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。性的要求下，力求管網(wǎng)最為經(jīng)濟。管段計算流量管段計算流量 環(huán)狀網(wǎng)流量分配的步驟環(huán)狀網(wǎng)流量分配的步驟按照管網(wǎng)的主要供水方向，初步按照管網(wǎng)的主要供水方向，初步擬定各管段的水流方向擬定各管段的水流方向并并選定整個管選定整個管網(wǎng)的控制點網(wǎng)的控制點?？刂泣c是管網(wǎng)正常工作時和事故時必須保證所需水壓的控制點是管網(wǎng)正常工作時和事故時必須保證所需水壓的點，點，一般選在給水區(qū)內(nèi)一般選在給水區(qū)內(nèi)離二級泵站最遠或地形較高之處離

23、二級泵站最遠或地形較高之處。為了可靠供水，為了可靠供水，從二級泵站到控制點之間選定幾條主要的平行干管線，從二級泵站到控制點之間選定幾條主要的平行干管線，這些平行干管中盡可能均勻地分配流量這些平行干管中盡可能均勻地分配流量，并且符合水流連續(xù)性即滿足，并且符合水流連續(xù)性即滿足節(jié)點流量平衡的條件。這樣，當其中一條干管損壞，流量由其它干管節(jié)點流量平衡的條件。這樣，當其中一條干管損壞，流量由其它干管轉(zhuǎn)輸時，不會使這些干管中的流量增加過多。轉(zhuǎn)輸時，不會使這些干管中的流量增加過多。和干管線垂直的連接管和干管線垂直的連接管，其作用主要是溝通平行干管之間的流量，有，其作用主要是溝通平行干管之間的流量，有時起一些

24、輸水作用，有時只是就近供水到用戶，平時流量一般不大，時起一些輸水作用，有時只是就近供水到用戶，平時流量一般不大，只有在干管損壞時才轉(zhuǎn)輸較大的流量，因此連接管中只有在干管損壞時才轉(zhuǎn)輸較大的流量，因此連接管中可分配較少的流可分配較少的流量量。管段計算流量管段計算流量多水源管網(wǎng)多水源管網(wǎng) 應由每一水源的供水量定出其大致應由每一水源的供水量定出其大致供水范圍，初步確定各水源的供水供水范圍，初步確定各水源的供水分界線；分界線； 然后從各水源開始，循供水主流方然后從各水源開始，循供水主流方向按每一節(jié)點符合向按每一節(jié)點符合qi+qij=0的條件，的條件，以及經(jīng)濟和安全供水的考慮，進行以及經(jīng)濟和安全供水的考慮

25、，進行流量分配。流量分配。 位于分界線上各節(jié)點的流量，往往位于分界線上各節(jié)點的流量，往往由幾個水源同時供給。各水源供水由幾個水源同時供給。各水源供水范圍內(nèi)的全部節(jié)點流量加上分界線范圍內(nèi)的全部節(jié)點流量加上分界線上由該水源供給的節(jié)點流量之和，上由該水源供給的節(jié)點流量之和，應等于該水源的供水量。應等于該水源的供水量。第五節(jié)第五節(jié) 管徑計算管徑計算各管段的管徑按下式計算各管段的管徑按下式計算。流速，；管段流量，；管段直徑，s/mvs/mqm43dvqd管徑不但和管段流量有關(guān)，而且和流速的大小有關(guān)，因管徑不但和管段流量有關(guān)，而且和流速的大小有關(guān)，因此要確定管徑必須先選定流速。此要確定管徑必須先選定流速。

26、為了防止管網(wǎng)因水錘現(xiàn)象出現(xiàn)事故，最大設(shè)計流速不應為了防止管網(wǎng)因水錘現(xiàn)象出現(xiàn)事故，最大設(shè)計流速不應超過超過2.53m/s；為了避免水中懸浮物質(zhì)在水管內(nèi)沉積，最低流速通常不為了避免水中懸浮物質(zhì)在水管內(nèi)沉積，最低流速通常不得小于得小于0.6m/s；因此，須在上述流速范圍內(nèi)，根據(jù)當?shù)氐慕?jīng)濟條件，考因此，須在上述流速范圍內(nèi)，根據(jù)當?shù)氐慕?jīng)濟條件，考慮管網(wǎng)的造價和經(jīng)營管理費用，來選定合適的流速。慮管網(wǎng)的造價和經(jīng)營管理費用，來選定合適的流速。管徑計算管徑計算 流量已定時，管徑和流速的平方根成反比。流量已定時，管徑和流速的平方根成反比。流量相同時，流量相同時，如果流速取得小些，管徑相應增大，如果流速取得小些，管

27、徑相應增大，此時此時管網(wǎng)造價增加管網(wǎng)造價增加，可是管段中的水頭損失卻相應減小，因此水泵所需揚程可可是管段中的水頭損失卻相應減小，因此水泵所需揚程可以降低，以降低，經(jīng)常的輸水電費可以節(jié)約經(jīng)常的輸水電費可以節(jié)約。 如果流速用得大些，管徑雖然減小，管網(wǎng)造價有所下降，如果流速用得大些，管徑雖然減小，管網(wǎng)造價有所下降，但水頭損失增大，因此水泵所需揚程勢必增加、但水頭損失增大，因此水泵所需揚程勢必增加、經(jīng)常的電經(jīng)常的電費勢必增加費勢必增加。 因此。一般采用優(yōu)化方法求得流速或管徑的最優(yōu)解。因此。一般采用優(yōu)化方法求得流速或管徑的最優(yōu)解。 在數(shù)學上表現(xiàn)為求在數(shù)學上表現(xiàn)為求一定年限一定年限t（稱為投資償還期）內(nèi)管

28、網(wǎng)造（稱為投資償還期）內(nèi)管網(wǎng)造價和管理費用（主要是電費）之和為最小的流速，稱為價和管理費用（主要是電費）之和為最小的流速，稱為經(jīng)經(jīng)濟流速濟流速，以此來確定管徑。，以此來確定管徑。流速，；管段流量，；管段直徑，s/mvs/mqm43dvqd管徑計算管徑計算投資償還期投資償還期t年內(nèi)的總費用及年折算費用年內(nèi)的總費用及年折算費用計。，以管網(wǎng)造價的管網(wǎng)的折舊和大修率；計，可表示為，按管網(wǎng)造價的百分數(shù)費），和管網(wǎng)造價有關(guān)折舊費（包括大修理電費；每年管理費用；一次投資的管網(wǎng)造價年折算費用；年內(nèi)的總費用；投資償還期%p100mmmcwt1001001100100211111cpwcpmmmcptcpmtcm

29、tctwwtcpmcmtcwttt管徑計算管徑計算環(huán)狀管網(wǎng)造價環(huán)狀管網(wǎng)造價c和管理費用和管理費用m都和管徑都和管徑d有關(guān)。當有關(guān)。當流量已知時，則造價和管理費用與流速流量已知時，則造價和管理費用與流速v有關(guān)，因有關(guān)，因此此年折算費用既可以用流速年折算費用既可以用流速v的函數(shù)也可以用管徑的函數(shù)也可以用管徑d的函數(shù)表示的函數(shù)表示。流量一定時，如管徑流量一定時，如管徑d增大（增大（v相應減?。瑒t管相應減?。?，則管網(wǎng)造價和折舊費增大網(wǎng)造價和折舊費增大,而電費減小。而電費減小。管徑計算管徑計算年折算費用年折算費用w值隨管徑和流速的改變而變化，是值隨管徑和流速的改變而變化，是一條一條下凹的曲線下凹的曲線

30、，相應于曲線，相應于曲線最小縱坐標值最小縱坐標值的管的管徑和流速，就是最經(jīng)濟的。徑和流速，就是最經(jīng)濟的。經(jīng)濟管徑為經(jīng)濟管徑為de，經(jīng)濟，經(jīng)濟流速為流速為ve。管徑計算管徑計算各城市的經(jīng)濟流速值應按當?shù)貤l件，如水管材料各城市的經(jīng)濟流速值應按當?shù)貤l件，如水管材料和價格、和價格、 施工費用、電費等來確定，不能直接施工費用、電費等來確定，不能直接套用其它城市的數(shù)據(jù)。套用其它城市的數(shù)據(jù)。另一方面，管網(wǎng)中各管段的經(jīng)濟流速也不一樣，另一方面，管網(wǎng)中各管段的經(jīng)濟流速也不一樣，有時簡便地應用有時簡便地應用“界限流量表界限流量表(表表71)”確定經(jīng)濟確定經(jīng)濟管徑。管徑。第第7章中將詳細介紹輸水管和管網(wǎng)的經(jīng)濟章中將

31、詳細介紹輸水管和管網(wǎng)的經(jīng)濟流速計算方法，以及確定經(jīng)濟管徑的方法。流速計算方法，以及確定經(jīng)濟管徑的方法。管徑計算管徑計算由于水管有標準管徑，如由于水管有標準管徑，如200mm，250mm等，等，分檔不多，按經(jīng)濟管徑方法算出的不一定就是標準分檔不多，按經(jīng)濟管徑方法算出的不一定就是標準管徑，這時可選用管徑，這時可選用相近的標準管徑相近的標準管徑。設(shè)計中也可采用設(shè)計中也可采用平均經(jīng)濟流速（表平均經(jīng)濟流速（表51）來確定管來確定管徑，得出的是徑，得出的是近似經(jīng)濟管徑。近似經(jīng)濟管徑。一般大管徑可取較大的平均經(jīng)濟流速，小管徑可取一般大管徑可取較大的平均經(jīng)濟流速，小管徑可取較小的平均經(jīng)濟流速。較小的平均經(jīng)濟流

32、速。管徑計算管徑計算以上是指水泵供水時的經(jīng)濟管徑確定方法，以上是指水泵供水時的經(jīng)濟管徑確定方法，重力供水時重力供水時，各管段的經(jīng)濟管徑或經(jīng)濟流，各管段的經(jīng)濟管徑或經(jīng)濟流速，應速，應按輸水管渠和管網(wǎng)通過設(shè)計流量時按輸水管渠和管網(wǎng)通過設(shè)計流量時的水頭損失總和等于或略小于可以利用的的水頭損失總和等于或略小于可以利用的標高差來確定標高差來確定。第六節(jié)第六節(jié) 水頭損失計算水頭損失計算流量和水頭損失的關(guān)系流量和水頭損失的關(guān)系給水管網(wǎng)任一管段兩端節(jié)點的水壓和該管段水頭給水管網(wǎng)任一管段兩端節(jié)點的水壓和該管段水頭損失之間有下列關(guān)系：損失之間有下列關(guān)系： hij=hihj hi、hj從某一基準面算起的管段起端從某

33、一基準面算起的管段起端i和終和終端端j的水壓，的水壓，m； hij管段管段ij的水頭損失，的水頭損失，m。在管網(wǎng)計算中，主要考慮沿程水頭損失。至于局在管網(wǎng)計算中，主要考慮沿程水頭損失。至于局部水頭損失，因和沿程水頭損失相比很小，通常部水頭損失，因和沿程水頭損失相比很小，通常忽略不計。忽略不計。水頭損失計算水頭損失計算均勻流流速公式（謝才公式）均勻流流速公式（謝才公式）重力加速度。；阻力系數(shù)，水管內(nèi)徑；或水力坡度；單位長度水頭損失，；，圓管滿流時，水利半徑，謝才系數(shù)；管內(nèi)平均流速；g8di4ddd4rxarrc22822222222222cgvgvdgvdcggvrcgrcviricv水頭損失計

34、算水頭損失計算流量。；比阻，則有：qd64aaaqqd642gd16qd828445222252242222222cccggvdicgdqvvdq摩阻。管段長度；指數(shù)，通常為alsl2nsqalqlaqhnnnli水頭損失計算水頭損失計算給水管的三種水流流態(tài)給水管的三種水流流態(tài)阻力平方區(qū)阻力平方區(qū)，此時比阻，此時比阻a值僅和管徑及水管內(nèi)壁粗值僅和管徑及水管內(nèi)壁粗糙度有關(guān)，而和糙度有關(guān)，而和re數(shù)（雷諾數(shù)）無關(guān)，例如舊鑄數(shù)（雷諾數(shù)）無關(guān)，例如舊鑄鐵管和舊鋼管在流速鐵管和舊鋼管在流速v1.2ms時或金屬管內(nèi)壁無時或金屬管內(nèi)壁無特殊防腐措施時，就屬于這種情況；特殊防腐措施時，就屬于這種情況；過渡區(qū)過

35、渡區(qū)，此時，比阻，此時，比阻a值和管徑、水管內(nèi)壁粗糙度值和管徑、水管內(nèi)壁粗糙度以及以及re數(shù)有關(guān)，例如舊鑄鐵管和舊鋼管在流速數(shù)有關(guān)，例如舊鑄鐵管和舊鋼管在流速v1.2ms時，以及石棉水泥管在各種流速時的情時，以及石棉水泥管在各種流速時的情況；況；水力光滑區(qū)水力光滑區(qū)，此時比阻，此時比阻a值和管徑及值和管徑及re數(shù)有關(guān)，數(shù)有關(guān)，但和水管內(nèi)壁祖糙度無關(guān)，例如應用塑料管和玻但和水管內(nèi)壁祖糙度無關(guān)，例如應用塑料管和玻璃管時。璃管時。水頭損失計算水頭損失計算舍維列夫公式舍維列夫公式3 . 03 . 1225.33 . 14223 . 12v867. 01dv0.000912i1.2m/svqd00173

36、6. 0d1d16q00107. 0dv0.00107i1.2m/sv10時，時，攝氏度時：管，水溫適用于舊鑄鐵管和舊鋼計算舊鑄鐵管和舊鋼管水力坡度計算舊鑄鐵管和舊鋼管水力坡度i時，如流速時，如流速v1.2m/s,則舍維列夫公式的比阻則舍維列夫公式的比阻a=0.001736/d5.3值見表值見表52。水頭損失計算水頭損失計算舍維列夫公式舍維列夫公式當水流在過渡區(qū)（當水流在過渡區(qū)（v1.2m/s），應在表），應在表52的的a值值上乘以修正系數(shù)上乘以修正系數(shù)k，k值見表值見表53。水頭損失計算水頭損失計算巴甫洛夫斯基公式巴甫洛夫斯基公式適用于混凝土管、鋼筋混凝土管和渠道的水頭損適用于混凝土管、鋼筋

37、混凝土管和渠道的水頭損失計算。失計算。，式中，時，；，式中，時，會得到如下結(jié)果：，將此式帶入，則有：值可采用時，凝土管，當對于混凝土管和鋼筋混。水力半徑，；般采用土管和鋼筋混凝土管一管壁粗燥系數(shù)，混凝指數(shù)，）（謝才系數(shù)巴甫洛夫斯基公式中，33.5233.5233.5233.522522261612/1yd002021.0aqd002021.0aqi014.0nd001743.0aqd001743.0aqi013.0n,qdc64aqi4dn1rn1c61y02.0nmr014.0013.0nr10.0n75.013.0n5 .2yys/mrn1c水頭損失計算水頭損失計算巴甫洛夫斯基公式巴甫洛夫

38、斯基公式巴甫洛夫斯基公式中的比阻巴甫洛夫斯基公式中的比阻a值值水頭損失計算水頭損失計算海曾海曾威廉公式威廉公式頭損失。力坡度即單位長度的水從而也就可以計算出水也就可以確定出來了；確定后，值可以確定出來；管徑管材確定后，則；值可查表系數(shù)，為一系數(shù)，但并非謝才此處，則則有：，此處87. 4852. 187. 4852. 1852. 187. 4852. 187. 4852. 1852. 1dc67.10ac55ccdc67.10aqdc67.10idcl67q.10h852. 1nlilnnaqaqh水頭損失計算水頭損失計算海曾海曾威廉公式威廉公式系數(shù)系數(shù)c值值水頭損失計算水頭損失計算柯爾勃洛克公

39、式柯爾勃洛克公式值。度的水頭損失水力坡度也就是單位長中，就可以得到帶入式、；將已知，即可確定出已知，；據(jù)上式確定出已知，確定出后即可根已知、值；管材確定后即可取定出。參考表絕對粗燥度，其值可阻力系數(shù)；i2gvdivdvqd2gvdirekk65kre51. 271. 3/lg2122dk水頭損失計算水頭損失計算柯爾勃洛克公式柯爾勃洛克公式第七節(jié)第七節(jié) 管網(wǎng)計算基礎(chǔ)方程管網(wǎng)計算基礎(chǔ)方程給水管網(wǎng)計算目的在于求出各水源節(jié)點給水管網(wǎng)計算目的在于求出各水源節(jié)點（如泵站、水塔等）的供水量、各管段中（如泵站、水塔等）的供水量、各管段中的流量和管徑以及全部節(jié)點的水壓。的流量和管徑以及全部節(jié)點的水壓。環(huán)狀網(wǎng)環(huán)狀

40、網(wǎng) 管段數(shù)管段數(shù)p、節(jié)點數(shù)、節(jié)點數(shù)j（包括泵站、水塔等水（包括泵站、水塔等水源節(jié)點）和環(huán)數(shù)源節(jié)點）和環(huán)數(shù)l之間的關(guān)系：之間的關(guān)系： p=j+l1樹狀網(wǎng)樹狀網(wǎng) 環(huán)數(shù)環(huán)數(shù)l=0，所以，所以p=j1管網(wǎng)計算基礎(chǔ)方程管網(wǎng)計算基礎(chǔ)方程管網(wǎng)計算基礎(chǔ)方程管網(wǎng)計算基礎(chǔ)方程管網(wǎng)計算時，節(jié)點流量管網(wǎng)計算時，節(jié)點流量q qi i=0.5 q1 、管段長度、管段長度l l、管徑管徑d d和阻力系數(shù)和阻力系數(shù)等為已知，需要求解的是管網(wǎng)等為已知，需要求解的是管網(wǎng)各管段的流量各管段的流量q qijij（此處求解的是最終滿足要求的（此處求解的是最終滿足要求的管段流量而并非是初分流量）或水壓管段流量而并非是初分流量）或水壓h

41、hi i，所以，所以p p個個管段就有管段就有p p個未知數(shù)。因此環(huán)狀網(wǎng)計算時必須個未知數(shù)。因此環(huán)狀網(wǎng)計算時必須列出列出p=j+lp=j+l1 1個方程個方程，才能求出，才能求出p p個流量。個流量。管網(wǎng)計算的原理是基于管網(wǎng)計算的原理是基于質(zhì)量守恒和能量守恒質(zhì)量守恒和能量守恒，由，由此得出此得出連續(xù)性方程和能量方程連續(xù)性方程和能量方程。管網(wǎng)計算基礎(chǔ)方程管網(wǎng)計算基礎(chǔ)方程連續(xù)性方程連續(xù)性方程 按照按照對任一節(jié)點來說，流向該節(jié)點的流量必須等于從該節(jié)對任一節(jié)點來說，流向該節(jié)點的流量必須等于從該節(jié)點流出的流量。點流出的流量。 離開節(jié)點的流量為正，流向節(jié)點的流量為負。離開節(jié)點的流量為正，流向節(jié)點的流量為負

42、。 如管網(wǎng)有如管網(wǎng)有j j個節(jié)點，只可以寫出類似于式個節(jié)點，只可以寫出類似于式q qi i+ +q qijij=0=0的獨立的獨立方程方程j j1 1個。因為個。因為j j個節(jié)點可以對應個節(jié)點可以對應j j個類似的方程，但其個類似的方程，但其中任一方程可從其余中任一方程可從其余j j1 1個方程導出。個方程導出。0.00121jijiijiijiqqqqqq管網(wǎng)計算基礎(chǔ)方程管網(wǎng)計算基礎(chǔ)方程能量方程能量方程表示管網(wǎng)每一環(huán)中各管段的水頭損失總和等于零表示管網(wǎng)每一環(huán)中各管段的水頭損失總和等于零的關(guān)系。的關(guān)系。水流順時針方向的管段水頭損失為正，逆時針方水流順時針方向的管段水頭損失為正，逆時針方向的為負向的為負。0.002lijijijhhh管網(wǎng)計算基礎(chǔ)方程管網(wǎng)計算基礎(chǔ)方程能量方程能量方程如水頭損失用指數(shù)公式如水頭損失用指數(shù)公式h=sqn表示，則能量表示，則能量方程還可以表示為：方程還可以表示為：0.002lnijijnijijnijijqsqsqs管網(wǎng)計算基礎(chǔ)方程管網(wǎng)計算基礎(chǔ)方程壓降方程壓降方程正，流向節(jié)點時為負。流離節(jié)點的管段流量為方向而定，這里假定出該節(jié)點的各管段流量總括號內(nèi)的正負號視進。連接該節(jié)點的管段