給排水管網(wǎng)水力計算方法

第6章管網(wǎng)水力計算6.1樹狀管網(wǎng)計算計算步驟：確定各管段的流量；根據(jù)經(jīng)濟流速選取標準管徑；計算各管段的水頭損失；確定控制點；計算控制線路的總水頭損失，確定水泵揚程或水塔高度；確定各支管可利用的剩余水頭；計算各支管的平均水力坡度，選定管徑。給排水管網(wǎng)水力計算方法共60頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第1頁!某城市供水區(qū)用水人口5萬人，最高日用水量定額為150Ｌ/(人·ｄ)，要求最小服務(wù)水頭為16ｍ。節(jié)點４接某工廠，工業(yè)用水量為400ｍ3/ｄ，兩班制，均勻使用。城市地形平坦，地面標高為5.OOｍ。水泵水塔012348567250450300600230190205650150給排水管網(wǎng)水力計算方法共60頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第2頁!1．總用水量設(shè)計最高日生活用水量：50000×0.15＝7500m3/d＝86.81L/s工業(yè)用水量：400÷16＝25m3/h＝6.94L/s總水量為：ΣQ＝86.81＋6.94＝93.75L/s2．管線總長度：ΣL＝2425m，其中水塔到節(jié)點0的管段兩側(cè)無用戶不計入。3．比流量：(93.75－6.94)÷2425＝0.0358L/s給排水管網(wǎng)水力計算方法共60頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第3頁!5．節(jié)點流量：節(jié)點節(jié)點流量（L/s）0123456780.5×10.74＝5.370.5×(10.74+5.37+16.11)＝16.110.5×(5.37+8.95)＝7.160.5×8.95＝4.480.5×(16.11+23.27+8.23)＝23.800.5×(8.23+6.80)＝7.520.5×(6.80+7.34)＝7.070.5×7.34＝3.670.5×23.27＝11.63合計86.81給排水管網(wǎng)水力計算方法共60頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第4頁!6．干管水力計算：管段流量（L/s）流速（m/s）管徑（mm）水頭損失（m）水塔～00～11～44～893.7588.3860.6311.630.750.700.860.664004003001001.270.561.753.95Σh＝7.53選定節(jié)點8為控制點，按經(jīng)濟流速確定管徑。給排水管網(wǎng)水力計算方法共60頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第5頁!8．確定水塔高度和水泵揚程水泵揚程需要根據(jù)水塔的水深、吸水井最低水位標高、水泵吸水管路和壓水管水頭損失計算確定。給排水管網(wǎng)水力計算方法共60頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第6頁!初步分配的流量一般不滿足能量方程：給排水管網(wǎng)水力計算方法共60頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第7頁!將函數(shù)在分配流量上展開，并忽略高階微量：給排水管網(wǎng)水力計算方法共60頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第8頁!將閉合差項移到方程組的左邊，得到關(guān)于流量誤差（校正流量）的線性方程組：給排水管網(wǎng)水力計算方法共60頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第9頁!節(jié)點方程組解法原理：在初步擬訂壓力的基礎(chǔ)上，逐步調(diào)整節(jié)點水壓以滿足連續(xù)性方程。節(jié)點流量應(yīng)該滿足連續(xù)性方程：給排水管網(wǎng)水力計算方法共60頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第10頁!一般表達式：給排水管網(wǎng)水力計算方法共60頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第11頁!初步擬定水壓與實際水壓的差額為ΔＨ，實際水壓應(yīng)滿足連續(xù)性方程：給排水管網(wǎng)水力計算方法共60頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第12頁!方程組的部分稱為閉合差：給排水管網(wǎng)水力計算方法共60頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第13頁!求解步驟：根據(jù)已知節(jié)點（控制點和泵站）的水壓，初步確定其他各節(jié)點的水壓；根據(jù)流量與水頭損失的關(guān)系求出各管段的流量；計算各節(jié)點的不平衡流量；計算各節(jié)點的校正壓力；重復(fù)第2～4步直到校正壓力符合要求為止。給排水管網(wǎng)水力計算方法共60頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第14頁!連續(xù)性方程：Q1Q2Q3Q4Q5Q6能量方程：456321給排水管網(wǎng)水力計算方法共60頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第15頁!給排水管網(wǎng)水力計算方法共60頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第16頁!Q1Q2Q3Q4Q5Q6456321給排水管網(wǎng)水力計算方法共60頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第17頁!步驟：根據(jù)連續(xù)性條件初步分配管段流量；計算各管段的水頭損失；以順時針方向為正，逆時針方向為負，計算各環(huán)的水頭損失閉合差；計算各管段的Sijqij和每一環(huán)的ΣSijqij；計算各環(huán)的校正流量；將管段流量加上校正流量重新計算水頭損失，直到最大閉合差小于允許誤差為止。給排水管網(wǎng)水力計算方法共60頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第18頁!給排水管網(wǎng)水力計算方法共60頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第19頁!泵站水塔0Qth=－水塔水位高度Qph=－水泵揚程給排水管網(wǎng)水力計算方法共60頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第20頁!132給排水管網(wǎng)水力計算方法共60頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第21頁!②最大轉(zhuǎn)輸時設(shè)置對置水塔的給水系統(tǒng)，在最大用水小時由水泵和水塔同時供水，水塔的高度必定高于控制點的自由水頭，當出現(xiàn)最大轉(zhuǎn)輸流量時，水泵必須能供水到水塔。③事故時管網(wǎng)中任一管段在檢修過程中，系統(tǒng)的供水量都不應(yīng)小于最高用水時的70%。給排水管網(wǎng)水力計算方法共60頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第22頁!校核條件：

消防時節(jié)點流量等于最大用水小時節(jié)點流量加消防流量；水泵揚程滿足最不利消火栓處水壓10mH2O；

最大轉(zhuǎn)輸時節(jié)點流量等于最大轉(zhuǎn)輸小時用水量與最大小時用水量之比乘以最大小時節(jié)點流量；水泵揚程滿足水塔最高水位；

事故時節(jié)點流量等于70％最大小時節(jié)點流量；水泵揚程滿足最小服務(wù)水頭。給排水管網(wǎng)水力計算方法共60頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第23頁!平行敷設(shè)兩條彼此獨立的輸水管：正常運行事故運行給排水管網(wǎng)水力計算方法共60頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第24頁!事故運行給排水管網(wǎng)水力計算方法共60頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第25頁!水泵供水的輸水管Sd為輸水管的當量摩阻輸水管特性曲線：給排水管網(wǎng)水力計算方法共60頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第26頁!輸水管用n–1條連接管等分成n段，其中任一管段發(fā)生故障時：事故運行流量：給排水管網(wǎng)水力計算方法共60頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第27頁!6.5應(yīng)用計算機解管網(wǎng)問題首先對所需進行計算的管網(wǎng)加以簡化，然后對節(jié)點、管段和環(huán)進行編號。標明管段流量和節(jié)點流量的流向。123654給排水管網(wǎng)水力計算方法共60頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第28頁!銜接矩陣給排水管網(wǎng)水力計算方法共60頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第29頁!建立銜接矩陣的方法：

銜接矩陣的行數(shù)等于獨立節(jié)點數(shù)，列數(shù)等于管段數(shù)。在行列的交叉位置分別填入0、1和-1，管段與節(jié)點不相連時取0，管段中的流量流向節(jié)點時取-1，離開節(jié)點時取1。因為每一管段只與兩個節(jié)點相連，故每一列只有兩個非零數(shù)值，一個為1，另一個為-1。增廣矩陣由兩部分組成，即管段流量部分和節(jié)點流量部分。對于節(jié)點流量部分，只有對角線上的元素不為零，且水源節(jié)點為-1，非水源節(jié)點為1。給排水管網(wǎng)水力計算方法共60頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第30頁!回路矩陣的行數(shù)等于環(huán)數(shù)，列數(shù)等于管段數(shù)。在行和列的交叉位置分別填入0、1或-1，管段與環(huán)不相關(guān)取0，管段中水流方向為逆時針時取-1，順時針時取1。每一管段只能與兩個環(huán)相關(guān)，故每一列最多只有兩個非零數(shù)值，一個為1，另一個為-1。水頭損失向量元素位置要與回路矩陣相對應(yīng)建立回路矩陣的方法：給排水管網(wǎng)水力計算方法共60頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第31頁!4．沿線流量：管段管段長度（m）沿線流量（L/s）0～11～22～31～44～84～55～66～7300150250450650230190205300×0.0358＝10.74150×0.0358＝5.37250×0.0358＝8.95450×0.0358＝16.11650×0.0358＝23.27230×0.0358＝8.23190×0.0358＝6.80205×0.0358＝7.34合計242586.81給排水管網(wǎng)水力計算方法共60頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第32頁!93.7588.3860.6311.634.4811.643.6710.7418.26水泵水塔0123485672504503006002301902056501503.6711.634.487.1623.80+6.947.077.5216.115.37給排水管網(wǎng)水力計算方法共60頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第33頁!7．支管水力計算：管段起端水位（m）終端水位（m）允許水頭損失（m）管長（m）平均水力坡度1～34～726.7024.9521.0021.005.703.954006250.014250.00632管段流量(L/s)管徑(mm)水力坡度水頭損失(m)1～22～34～55～66～711.644.4818.2610.743.67150(100)100200(150)1501000.006170.008290.003370.006310.005811.85(16.8)2.070.64(3.46)1.451.19給排水管網(wǎng)水力計算方法共60頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第34頁!6.2環(huán)狀網(wǎng)計算原理環(huán)方程組解法

原理：在初步分配流量的基礎(chǔ)上，逐步調(diào)整管段流量以滿足能量方程。L個非線形的能量方程：給排水管網(wǎng)水力計算方法共60頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第35頁!初步分配流量與實際流量的的差額為Δq，實際流量應(yīng)滿足能量方程：給排水管網(wǎng)水力計算方法共60頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第36頁!方程組的部分稱為閉合差：給排水管網(wǎng)水力計算方法共60頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第37頁!利用線性代數(shù)的多種方法可求解出校正流量。因為忽略了高階項，得到的解仍然不能滿足能量方程，需要反復(fù)迭代求解，直到誤差小于允許誤差值。給排水管網(wǎng)水力計算方法共60頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第38頁!Ｊ－Ｓ個連續(xù)性方程：給排水管網(wǎng)水力計算方法共60頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第39頁!初步擬定的水壓一般不滿足連續(xù)性方程：給排水管網(wǎng)水力計算方法共60頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第40頁!將函數(shù)在分配流量上展開，并忽略高階微量：給排水管網(wǎng)水力計算方法共60頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第41頁!將閉合差項移到方程組的右邊，得到關(guān)于水壓誤差（校正壓力）的線性方程組：給排水管網(wǎng)水力計算方法共60頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第42頁!管段方程組解法原理：直接聯(lián)立求解J-S個連續(xù)性方程和L個能量方程，求出P＝L+J-S個管段流量。具體步驟：對能量方程進行線性化處理；給定流量初值并計算線性系數(shù)；解線性方程求出管段流量；根據(jù)所得流量計算線性系數(shù)并重新求解管段流量直到誤差符合要求。給排水管網(wǎng)水力計算方法共60頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第43頁!將非線形的能量方程轉(zhuǎn)化為線性方程：給排水管網(wǎng)水力計算方法共60頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第44頁!6.3環(huán)狀網(wǎng)平差方法1.哈代-克羅斯法

Q1Q2Q3Q4Q5Q6456321給排水管網(wǎng)水力計算方法共60頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第45頁!忽略相鄰環(huán)校正流量和二階微量的影響：校正流量的符號與水頭損失閉合差的符號相反給排水管網(wǎng)水力計算方法共60頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第46頁!2.最大閉合差的環(huán)校正法管網(wǎng)平差過程中，任一環(huán)的校正流量都會對相鄰環(huán)產(chǎn)生影響。一般說來，閉合差越大校正流量越大，對鄰環(huán)的影響也就越大。值得注意的是，對閉合差方向相同的鄰環(huán)會加大其閉合差，對閉合差方向相反的相鄰環(huán)則會縮小閉合差。最大閉合差校正法就是在每次平差時選擇閉合差最大的環(huán)進行平差。最大閉合差不一定是基環(huán)的閉合差。給排水管網(wǎng)水力計算方法共60頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第47頁!3.多水源管網(wǎng)平差多水源給水管網(wǎng)的平差，只需將S個水源節(jié)點用一個虛節(jié)點相連接，構(gòu)成一個含有Ｓ-1個虛環(huán)的單水源給水系統(tǒng)。水源節(jié)點與虛節(jié)點相連接的管段稱為虛管段，虛管段中的流量等于水源節(jié)點的供水量，管段流量方向是從虛節(jié)點流向水源節(jié)點。虛管段的水頭損失等于各水源節(jié)點水壓，方向是水源節(jié)點指向虛節(jié)點。給排水管網(wǎng)水力計算方法共60頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第48頁!4.管網(wǎng)計算時的水泵特性方程水泵高效區(qū)的流量與揚程之間的關(guān)系可用二次曲線模擬：12給排水管網(wǎng)水力計算方法共60頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第49頁!5.管網(wǎng)核算①消防時根據(jù)城鎮(zhèn)和各類建筑的規(guī)模，確定同一時間發(fā)生的火災(zāi)次數(shù)以及一次滅火用水量。按照滿足最不利條件的原則，將著火點放在控制點及遠離泵站的大用戶處。發(fā)生火災(zāi)時，所需自由水頭較小，但由于水頭損失增大，水泵揚程不一定符合要求，必要時應(yīng)增設(shè)消防水泵。給排水管網(wǎng)水力計算方法共60頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第50頁!二泵站供水曲線用水曲線024