給水排水管網(wǎng)系統(tǒng)課件

教材：嚴煦世、劉遂慶主編。中國建筑工業(yè)出版社，2002。

主要參考教材：1.許保玖著。給水處理理論。中國建筑工業(yè)出版社，2000。2.周玉文、趙洪賓著。排水管網(wǎng)理論與計算。中國建筑工業(yè)出版社，2000。3.唐受印、戴友芝等編。水處理工程師手冊?；こ霭嫔纾?000，629-663。給水排水管網(wǎng)系統(tǒng)8/3/20231教材：嚴煦世、劉遂慶主編。中國建筑工業(yè)出版社，2002。給給水排水管網(wǎng)系統(tǒng)8/3/20232給水排水管網(wǎng)系統(tǒng)8/2/20232給水排水管網(wǎng)系統(tǒng)8/3/20233給水排水管網(wǎng)系統(tǒng)8/2/20233給水排水管網(wǎng)系統(tǒng)8/3/20234給水排水管網(wǎng)系統(tǒng)8/2/20234給水排水管網(wǎng)系統(tǒng)8/3/20235給水排水管網(wǎng)系統(tǒng)8/2/20235給水排水管網(wǎng)系統(tǒng)8/3/20236給水排水管網(wǎng)系統(tǒng)8/2/20236給水排水管網(wǎng)系統(tǒng)8/3/20237給水排水管網(wǎng)系統(tǒng)8/2/20237給水排水管網(wǎng)系統(tǒng)8/3/20238給水排水管網(wǎng)系統(tǒng)8/2/20238給水排水管網(wǎng)系統(tǒng)8/3/20239給水排水管網(wǎng)系統(tǒng)8/2/20239給水排水管網(wǎng)系統(tǒng)8/3/202310給水排水管網(wǎng)系統(tǒng)8/2/2023108/3/2023118/2/202311給水排水管網(wǎng)系統(tǒng)8/3/202312給水排水管網(wǎng)系統(tǒng)8/2/202312給水排水管網(wǎng)系統(tǒng)8/3/202313給水排水管網(wǎng)系統(tǒng)8/2/202313給水排水管網(wǎng)系統(tǒng)8/3/202314給水排水管網(wǎng)系統(tǒng)8/2/202314給水排水工程分為給水工程和排水工程兩大部份。給水工程的任務(wù)；排水工程的任務(wù)。給水排水工程專業(yè)課內(nèi)容主要包括水資源規(guī)劃與保護、取水工程、水處理工程和管網(wǎng)系統(tǒng)工程。本課程為給水排水專業(yè)的主干課，教材中主要講述的內(nèi)容為給水的輸送和分配以及廢水的收集和輸送管道系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的理論、工程設(shè)計與管網(wǎng)的管理維護和運行調(diào)度的基礎(chǔ)理論與工程技術(shù)。給水排水管網(wǎng)系統(tǒng)8/3/202315給水排水工程分為給水工程和排水工程兩大部份。給水排水管網(wǎng)系統(tǒng)第一章概述1.給水排水系統(tǒng)的主要功能：

（1）水量保證（2）水質(zhì)保證（3）水壓保證2.給水排水系統(tǒng)的組成：

（1）取水系統(tǒng)（2）給水處理系統(tǒng)（3）給水管網(wǎng)系統(tǒng)（4）排水管網(wǎng)系統(tǒng)（5）廢水處理系統(tǒng)（6）排放和復用系統(tǒng)給水排水管網(wǎng)系統(tǒng)8/3/202316第一章概述1.給水排水系統(tǒng)的主要功能：給水排水管網(wǎng)系統(tǒng)8第一章概述3.給水排水系統(tǒng)工作原理（1）流量平衡（2）水質(zhì)關(guān)系（3）水壓關(guān)系4.給水排水管網(wǎng)系統(tǒng)的功能與特點功能：水量輸送、水量調(diào)節(jié)、水壓調(diào)節(jié)特點：分散性、連通性、傳輸性、擴展性給水排水管網(wǎng)系統(tǒng)8/3/202317第一章概述3.給水排水系統(tǒng)工作原理給水排水管網(wǎng)系統(tǒng)8/2思考題（水源地）為何取水口一般布置在河流較窄的地方？（水質(zhì)）為何取水口位于城市河流的上游？（水壓）為何給水處理廠一般建筑在城市地勢較高處而污水處理廠卻建設(shè)在較低處？反之有何問題？給水排水管網(wǎng)系統(tǒng)8/3/202318思考題（水源地）為何取水口一般布置在河流較窄的地方？給水排水第一章概述5.給水管網(wǎng)系統(tǒng)的組成給水管（渠）、配水管網(wǎng)、水壓調(diào)節(jié)設(shè)施、水量調(diào)節(jié)設(shè)施等。6.排水管網(wǎng)系統(tǒng)的組成廢水收集設(shè)施、排水管網(wǎng)、水量調(diào)節(jié)池、提升泵站、廢水輸水管（渠）、排放口等。給水排水管網(wǎng)系統(tǒng)8/3/202319第一章概述5.給水管網(wǎng)系統(tǒng)的組成給水排水管網(wǎng)系統(tǒng)8/2/第一章概述7.給水管網(wǎng)系統(tǒng)類型（1）按水源的數(shù)目分類（2）按系統(tǒng)構(gòu)成方式分類（分壓、分質(zhì)）（3）按輸水方式分類8.排水管網(wǎng)系統(tǒng)的體制合流制排水系統(tǒng)（直排式、截流式）分流制排水系統(tǒng)給水排水管網(wǎng)系統(tǒng)8/3/202320第一章概述7.給水管網(wǎng)系統(tǒng)類型給水排水管網(wǎng)系統(tǒng)8/2/2本章重點給排水系統(tǒng)的流量關(guān)系。水質(zhì)變化過程。為何對于某些管網(wǎng)要實行分區(qū)供水？應(yīng)該采用何方式來保證供水的安全性？應(yīng)該采用何方式保證排水系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)安全性？如何進行排水體制的選擇？給水排水管網(wǎng)系統(tǒng)8/3/202321本章重點給排水系統(tǒng)的流量關(guān)系。給水排水管網(wǎng)系統(tǒng)8/2/202第二章管網(wǎng)工程規(guī)劃1.工程規(guī)劃的主要任務(wù)

確定給排水系統(tǒng)的服務(wù)范圍和建設(shè)規(guī)模確定系統(tǒng)的組成與體系結(jié)構(gòu)確定水處理工藝流程與水質(zhì)保證措施管網(wǎng)規(guī)劃與定線2.給水排水工程規(guī)劃原則

貫徹執(zhí)行國家和地方的相關(guān)政策與法規(guī)城鎮(zhèn)及工礦企業(yè)規(guī)劃時兼顧給水排水工程給水排水工程規(guī)劃與城鎮(zhèn)和諧發(fā)展合理確定近遠期規(guī)劃與建設(shè)范圍合理利用水資源與保護環(huán)境規(guī)劃方案盡可能經(jīng)濟高效給水排水管網(wǎng)系統(tǒng)8/3/202322第二章管網(wǎng)工程規(guī)劃1.工程規(guī)劃的主要任務(wù)給水排水管網(wǎng)系統(tǒng)可研相關(guān)法規(guī)《中華人民共和國環(huán)境保護法》（1989年12月）《中華人民共和國水污染防治法》（1984年5月）《中華人民共和國水污染防治法實施細則》（2002國務(wù)院第284號令）《國務(wù)院關(guān)于環(huán)境保護若干問題的決定》《建設(shè)項目環(huán)境保護管理辦法》（1986年3月）《建設(shè)項目環(huán)境保護設(shè)計規(guī)定》（1987年3月）《污染排放許可證管理暫行辦法》（1986年3月）《污水處理設(shè)施環(huán)境保護、監(jiān)督管理辦法》（1989年5月）《飲用水源保護區(qū)污染防治管理規(guī)定》（1989年11月）《排污費征收標準及計算方法》（2003年國家發(fā)展計劃委員會、財政部、國家環(huán)?？偩帧医?jīng)濟貿(mào)易委員會第31號令）《排污費征收使用管理條例》（2003中華人民共和國國務(wù)院令第369號）給水排水管網(wǎng)系統(tǒng)8/3/202323可研相關(guān)法規(guī)《中華人民共和國環(huán)境保護法》（1989年12月）建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計統(tǒng)一標準：GBJ68-84工業(yè)建筑防腐設(shè)計規(guī)范：GBJ46-82建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范：GBJ9-87建筑防震設(shè)計規(guī)范：GB50011-2001給排水工程結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范：GB50069-2002混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范：GB50010-2002地下工程防水技術(shù)規(guī)范：GB50108-2001建筑地基基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范：GB50007-2002砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范：GB50003-2001勞動部1998年頒發(fā)的48號文《關(guān)于生產(chǎn)性建設(shè)項目職業(yè)安全衛(wèi)生檢察的暫行規(guī)定》衛(wèi)生部1994年發(fā)布的《工業(yè)企業(yè)建設(shè)項目衛(wèi)生預評價規(guī)范》可研相關(guān)法規(guī)給水排水管網(wǎng)系統(tǒng)8/3/202324建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計統(tǒng)一標準：GBJ68-84可研相關(guān)法規(guī)給水排水管可研相關(guān)法規(guī)給水排水管網(wǎng)系統(tǒng)《工業(yè)企業(yè)設(shè)計衛(wèi)生標準》TG36-79《工業(yè)企業(yè)噪聲控制設(shè)計規(guī)范》GBJ87-85《建筑設(shè)計防火規(guī)范》GBJ16-87《建筑滅火器配置設(shè)計規(guī)范》GBJ140-90《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》GB3838-2002《污水排入城市下水道水質(zhì)標準》CJ3080-1999《污水綜合排放標準》GB8978-1996《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標準》GB5084-92《農(nóng)用污泥中污染物控制標準》GB4284-84《污水再生利用設(shè)計規(guī)范》GB/T50335-2002《室外排水設(shè)計規(guī)范》GBJ14-87《室外給水設(shè)計規(guī)范》GBJ13-86《工業(yè)企業(yè)噪音控制設(shè)計規(guī)范》GBJ87-85《工業(yè)企業(yè)廠界噪聲標準》GB12348-90《建筑電氣設(shè)計技術(shù)規(guī)范》JGJ16-83《建筑給水排水設(shè)計規(guī)范》GBJ15-888/3/202325可研相關(guān)法規(guī)給水排水管網(wǎng)系統(tǒng)《工業(yè)企業(yè)設(shè)計衛(wèi)生標準》TG36可研一般包括內(nèi)容給水排水管網(wǎng)系統(tǒng)1）項目建設(shè)的必要性。2）根據(jù)城市（企業(yè)）的實際情況確定項目建設(shè)內(nèi)容。3）確定給（廢）水處理規(guī)模及處理程度。4）對給（廢）水處理工藝進行技術(shù)論證。5）確定給（廢）水處理建設(shè)用地及地址。6）給（廢）水處理工程方案。7）環(huán)境和社會影響分析、環(huán)境保護、勞動保護、安全運行和節(jié)能措施。8）項目運行管理。9）項目實施計劃與進度預測。10）投資估算與融資方案。11）財務(wù)評價。12）社會效益評價。8/3/202326可研一般包括內(nèi)容給水排水管網(wǎng)系統(tǒng)1）項目建設(shè)的必要性。8/2第二章管網(wǎng)工程規(guī)劃3.給排水工程規(guī)劃工作程序（自學）4.給水排水工程技術(shù)經(jīng)濟分析方法數(shù)學分析法、方案比較法a.靜態(tài)法年計算費用缺點：投資償還期確定困難、不能反映資金的時間價值。給水排水管網(wǎng)系統(tǒng)8/3/202327第二章管網(wǎng)工程規(guī)劃3.給排水工程規(guī)劃工作程序（自學）給水第二章管網(wǎng)工程規(guī)劃給水排水管網(wǎng)系統(tǒng)資金的時間價值指資金在生產(chǎn)和流通過程中隨著時間推移而產(chǎn)生的價值。參考書籍：給水排水工程技術(shù)經(jīng)濟實例分析與應(yīng)用第二章引起資金時間價值的原因1.社會再生產(chǎn)角度而言，貨幣轉(zhuǎn)化為資產(chǎn)后，經(jīng)歷一定時間生產(chǎn)和流通中產(chǎn)生的利潤。2.從流通角度而言，消費者或出資者將資金用于投資致使消費推遲而應(yīng)得到的必要補償。資金時間價值的衡量尺度？利息和利潤；通常采用利率表示。利息的計算分為單利法和復利法。8/3/202328第二章管網(wǎng)工程規(guī)劃給水排水管網(wǎng)系統(tǒng)資金的時間價值指資金在第二章管網(wǎng)工程規(guī)劃給水排水管網(wǎng)系統(tǒng)資金的時間價值計算實例。有一筆5萬元的借款，借期3年，年利率為8%，試分別按照單利法和復利法計算到期的本利和。單利法：F=P（1+ni）=5×（1+3×8%）=6.2萬復利法：F=P（1+i）n=5×（1+8%）n=6.2986萬8/3/202329第二章管網(wǎng)工程規(guī)劃給水排水管網(wǎng)系統(tǒng)資金的時間價值計算實例第二章管網(wǎng)工程規(guī)劃給水排水管網(wǎng)系統(tǒng)現(xiàn)值（P）：表示在建設(shè)初期即0點上的資金價值。終值（F）：表示投資償還期期末的資金價值。復利法計算公式1）當資金現(xiàn)值為P，年利率為i%，則n年后的終值為F=P（1+i%）n2）當資金終值為F，年利率為i%，投資償還期為n年；現(xiàn)值為8/3/202330第二章管網(wǎng)工程規(guī)劃給水排水管網(wǎng)系統(tǒng)現(xiàn)值（P）：表示在建設(shè)第二章管網(wǎng)工程規(guī)劃給水排水管網(wǎng)系統(tǒng)3

）當資金現(xiàn)值為P，年利率為i%，投資償還期為n年內(nèi)各年分攤資金現(xiàn)金為A，則各年分攤資金現(xiàn)值為AA128/3/202331第二章管網(wǎng)工程規(guī)劃給水排水管網(wǎng)系統(tǒng)3）當資金現(xiàn)值為P，第二章管網(wǎng)工程規(guī)劃給水排水管網(wǎng)系統(tǒng)為保證資金現(xiàn)值P得到回收，則有即8/3/202332第二章管網(wǎng)工程規(guī)劃給水排水管網(wǎng)系統(tǒng)為保證資金現(xiàn)值P得到回第二章管網(wǎng)工程規(guī)劃給水排水管網(wǎng)系統(tǒng)b.動態(tài)法年計算費用8/3/202333第二章管網(wǎng)工程規(guī)劃給水排水管網(wǎng)系統(tǒng)b.動態(tài)法年計算費第二章管網(wǎng)工程規(guī)劃給水排水管網(wǎng)系統(tǒng)計算實例某給水項目建設(shè)投資5800萬元，年運行費用為245萬元/年，求1）投資償還期為20年的靜態(tài)年計算費用值；2）利率為5.5%，還款期為20年的動態(tài)年計算費用值。8/3/202334第二章管網(wǎng)工程規(guī)劃給水排水管網(wǎng)系統(tǒng)計算實例某給水項目建設(shè)第二章管網(wǎng)工程規(guī)劃給水排水管網(wǎng)系統(tǒng)計算實例某廢水處理項目工程建設(shè)總投資800萬元，年運行費用為-43.8萬元/年，求1）投資償還期為10年的靜態(tài)年計算費用值；2）利率為5.5%，還款期為10年的動態(tài)年計算費用值。1）靜態(tài)年計算費用值2）動態(tài)年計算費用值8/3/202335第二章管網(wǎng)工程規(guī)劃給水排水管網(wǎng)系統(tǒng)計算實例某廢水處理項目第二章管網(wǎng)工程規(guī)劃5.城市用水量預測（1）城市用水量包括項目（2）用水量變化的表示方法平均日用水量最高日用水量最高日平均時用水量最高時用水量給水排水管網(wǎng)系統(tǒng)8/3/202336第二章管網(wǎng)工程規(guī)劃5.城市用水量預測給水排水管網(wǎng)系統(tǒng)8/日變化系數(shù)時變化系數(shù)年變化系數(shù)？？第二章管網(wǎng)工程規(guī)劃給水排水管網(wǎng)系統(tǒng)8/3/202337日變化系數(shù)第二章管網(wǎng)工程規(guī)劃給水排水管網(wǎng)系統(tǒng)8/2/20第二章管網(wǎng)工程規(guī)劃給水排水管網(wǎng)系統(tǒng)用水量變化曲線2.021.952.092.092.643.15.365.515.214.544.74.775.194.794.474.484.925.135.835.475.414.633.32.398/3/202338第二章管網(wǎng)工程規(guī)劃給水排水管網(wǎng)系統(tǒng)用水量變化曲線2.02第二章管網(wǎng)工程規(guī)劃給水排水管網(wǎng)系統(tǒng)時變化系數(shù)的計算Kh=5.83*24/100=1.408/3/202339第二章管網(wǎng)工程規(guī)劃給水排水管網(wǎng)系統(tǒng)8/2/202339第二章管網(wǎng)工程規(guī)劃給水排水管網(wǎng)系統(tǒng)6.用水量預測計算（城市）（1）分類估算法（2）單位面積法（3）人均綜合指標法8/3/202340第二章管網(wǎng)工程規(guī)劃給水排水管網(wǎng)系統(tǒng)6.用水量預測計算（城第二章管網(wǎng)工程規(guī)劃給水排水管網(wǎng)系統(tǒng)（4）年遞增率法Qa=Q0(1+δ)t8/3/202341第二章管網(wǎng)工程規(guī)劃給水排水管網(wǎng)系統(tǒng)（4）年遞增率法Qa=第二章管網(wǎng)工程規(guī)劃給水排水管網(wǎng)系統(tǒng)（5）線性回歸法Qa=Q0+ΔQ×t8/3/202342第二章管網(wǎng)工程規(guī)劃給水排水管網(wǎng)系統(tǒng)（5）線性回歸法Qa=第二章管網(wǎng)工程規(guī)劃給水排水管網(wǎng)系統(tǒng)（6）生長曲線法8/3/202343第二章管網(wǎng)工程規(guī)劃給水排水管網(wǎng)系統(tǒng)（6）生長曲線法8/2第二章管網(wǎng)工程規(guī)劃給水排水管網(wǎng)系統(tǒng)城市用水量日變化系數(shù)特大城市大城市中等城市小城鎮(zhèn)1.1-1.31.2-1.41.3-1.51.4-1.88/3/202344第二章管網(wǎng)工程規(guī)劃給水排水管網(wǎng)系統(tǒng)城市用水量日變化系數(shù)特第二章管網(wǎng)工程規(guī)劃7.給水管網(wǎng)系統(tǒng)規(guī)劃布置給水管網(wǎng)布置形式給水排水管網(wǎng)系統(tǒng)圖2.2樹狀網(wǎng)圖2.3環(huán)狀網(wǎng)8/3/202345第二章管網(wǎng)工程規(guī)劃7.給水管網(wǎng)系統(tǒng)規(guī)劃布置給水排水管網(wǎng)系124圖2.4壓力與重力相結(jié)合輸水方式3第二章管網(wǎng)工程規(guī)劃給水排水管網(wǎng)系統(tǒng)輸水管渠定線8/3/202346124圖2.4壓力與重力相結(jié)合輸水方式3第二章管網(wǎng)工8.排水管網(wǎng)系統(tǒng)規(guī)劃布置污水管網(wǎng)布置基本形式第二章管網(wǎng)工程規(guī)劃給水排水管網(wǎng)系統(tǒng)9124678404142平行式布置8/3/2023478.排水管網(wǎng)系統(tǒng)規(guī)劃布置第二章管網(wǎng)工程規(guī)劃給水排水管網(wǎng)系第二章管網(wǎng)工程規(guī)劃給水排水管網(wǎng)系統(tǒng)正交式污水管網(wǎng)布置基本形式8/3/202348第二章管網(wǎng)工程規(guī)劃給水排水管網(wǎng)系統(tǒng)正交式污水管網(wǎng)布置基支管布置與定線第二章管網(wǎng)工程規(guī)劃給水排水管網(wǎng)系統(tǒng)低邊式布置8/3/202349支管布置與定線第二章管網(wǎng)工程規(guī)劃給水排水管網(wǎng)系統(tǒng)低邊式支管布置與定線第二章管網(wǎng)工程規(guī)劃給水排水管網(wǎng)系統(tǒng)圍坊式穿坊式8/3/202350支管布置與定線第二章管網(wǎng)工程規(guī)劃給水排水管網(wǎng)系統(tǒng)圍坊式

經(jīng)濟分析方法水量變化表示方法用水量預測計算方法本章重點給水排水管網(wǎng)系統(tǒng)8/3/202351本章重點給水排水管網(wǎng)系統(tǒng)8/2/202351第三章管網(wǎng)水力學1.管網(wǎng)水流特征流態(tài)特征（層流、紊流、過渡流）紊流流態(tài)分為阻力平方區(qū)、過渡區(qū)以及水力光滑區(qū)。管徑大小和管壁粗糙度。水流基本處于紊流過渡區(qū)和阻力平方區(qū)，故取值在1.75-2之間。

8/3/202352第三章管網(wǎng)水力學1.管網(wǎng)水流特征8/2/202352恒定流與非恒定流給排水管網(wǎng)中水的流態(tài)不可能為恒定流；但是設(shè)計中按照恒定流進行計算。

第三章管網(wǎng)水力學8/3/202353恒定流與非恒定流第三章管網(wǎng)水力學8/2/202353均勻流與非均勻流管網(wǎng)中水的流態(tài)也不可能為均勻流；但當管道截面在一定距離內(nèi)不發(fā)生變化和轉(zhuǎn)彎時可認為是均勻流；當管道局部出現(xiàn)三通、轉(zhuǎn)彎或變徑時則為非均勻流。

第三章管網(wǎng)水力學8/3/202354均勻流與非均勻流第三章管網(wǎng)水力學8/2/202354壓力流與重力流（斷面形狀）水頭（位置水頭、壓力水頭、流速水頭組成勢能和動能）水頭損失（沿程阻力、沿程水頭損失、局部阻力、局部水頭損失）第三章管網(wǎng)水力學8/3/202355壓力流與重力流（斷面形狀）第三章管網(wǎng)水力學8/2/202第三章管網(wǎng)水力學2.管渠水頭損失計算分為沿程水頭損失和局部水頭損失計算沿程水頭損失可采用謝才公式或采用達西公式。

局部水頭損失計算采用公式8/3/202356第三章管網(wǎng)水力學2.管渠水頭損失計算8/2/202356第三章管網(wǎng)水力學3.謝才公式與達西公式比較謝才公式達西公式注意謝才公式與達西公式的應(yīng)用范圍。8/3/202357第三章管網(wǎng)水力學3.謝才公式與達西公式比較注意謝才公式與第三章管網(wǎng)水力學4.謝才系數(shù)或沿程阻力系數(shù)的求解謝才系數(shù)或沿程阻力系數(shù)的求解可選擇舍維列夫公式（原蘇聯(lián)）、海曾-威廉公式（德國）、科爾波洛克-懷特公式（英國）、巴甫洛夫斯基公式（原蘇聯(lián)）或曼寧公式（英國）。8/3/202358第三章管網(wǎng)水力學4.謝才系數(shù)或沿程阻力系數(shù)的求解8/2/第三章管網(wǎng)水力學5.局阻與沿程水頭損失的指數(shù)形式

沿程水頭損失的指數(shù)形式局阻水頭損失公式的指數(shù)形式管道水頭損失的指數(shù)形式8/3/202359第三章管網(wǎng)水力學5.局阻與沿程水頭損失的指數(shù)形式8/2/第三章管網(wǎng)水力學6.局阻與沿程阻力的關(guān)系局阻一般只占沿程阻力的5%以內(nèi)，可以忽略不計。8/3/202360第三章管網(wǎng)水力學6.局阻與沿程阻力的關(guān)系8/2/2023例題某管道直徑為700mm，長度為800m，海曾-威廉姆粗糙系數(shù)為105，管道上有90度彎頭2個、直流三通6個、全開閘閥2個，輸水流量為480L/s。計算沿程水頭損失和局部水頭損失并計算局阻與沿程阻力之比。8/3/202361例題某管道直徑為700mm，長度為800m，海曾-威廉姆粗糙分析本題已知流量可以確定流速（？？）。已知粗糙系數(shù)可求沿程阻力系數(shù)（？？）已知上述兩項可求沿程水頭損失局阻系數(shù)已知可求局阻水頭損失8/3/202362分析本題已知流量可以確定流速（？？）。8/2/202362計算過程1.q=480L/s，D=700mm=0.7m，則v=1.248m/s。2.3.ξ=0.9*2+0.1*6+0.19*2=2.784.5.0.22/2.25=0.108/3/202363計算過程1.q=480L/s，D=700mm=0.7m，則v第三章管網(wǎng)水力學7.非滿管流管渠水力計算公式7.1采用數(shù)學分析方法求解非滿管流的過水斷面積A；然后求解水力半徑R。7.2謝才公式與曼寧公式的組合

流速公式

流量公式8/3/202364第三章管網(wǎng)水力學7.非滿管流管渠水力計算公式8/2/20第三章管網(wǎng)水力學8.非滿管流計算公式的簡化與水力計算方法8.1計算公式的簡化水力計算圖表等比例簡化8.2計算方法已知公式中的三項求解其余兩項8/3/202365第三章管網(wǎng)水力學8.非滿管流計算公式的簡化與水力計算方法第三章管網(wǎng)水力學9.水力等效簡化原則：等效后管網(wǎng)與原系統(tǒng)具有相同的水力特性。9.1串聯(lián)管道的簡化Ll1d1l2d2lNdN串聯(lián)管道8/3/202366第三章管網(wǎng)水力學9.水力等效簡化Ll1d1l2d2lNd第三章管網(wǎng)水力學9.1串聯(lián)管道的簡化當串聯(lián)管段管徑相同時呢？8/3/202367第三章管網(wǎng)水力學9.1串聯(lián)管道的簡化當串聯(lián)管段管徑相同時第三章管網(wǎng)水力學9.2并聯(lián)管道的簡化d1q1d2q2dNqNdq并聯(lián)管道8/3/202368第三章管網(wǎng)水力學9.2并聯(lián)管道的簡化d1q1d2q2dN第三章管網(wǎng)水力學9.2并聯(lián)管道的簡化當并聯(lián)管段管徑相同時呢？例題8/3/202369第三章管網(wǎng)水力學9.2并聯(lián)管道的簡化當并聯(lián)管段管徑相同時第三章管網(wǎng)水力學9.3沿線均勻出流的簡化ql+qtqtxlql8/3/202370第三章管網(wǎng)水力學9.3沿線均勻出流的簡化ql+qtqtx第三章管網(wǎng)水力學簡化思路假定沿線出水均勻（實際呢？）把沿線流量折算為起端與末端流量（與實際是否相符？）由兩項假定推導出如下公式8/3/202371第三章管網(wǎng)水力學簡化思路8/2/202371第三章管網(wǎng)水力學令n=2，轉(zhuǎn)輸系數(shù)γ=qt/ql，則對上式進行等價變換，即γ0時，αγ∞時，α0.58/3/202372第三章管網(wǎng)水力學令n=2，轉(zhuǎn)輸系數(shù)γ=qt/ql，則對上第三章管網(wǎng)水力學9.4局部水頭損失計算的簡化說明：簡化為需要的計算管徑。例題8/3/202373第三章管網(wǎng)水力學9.4局部水頭損失計算的簡化例題8/2/第三章管網(wǎng)水力學10.水泵8/3/202374第三章管網(wǎng)水力學10.水泵8/2/202374第三章管網(wǎng)水力學8/3/202375第三章管網(wǎng)水力學8/2/202375第三章管網(wǎng)水力學8/3/202376第三章管網(wǎng)水力學8/2/202376第三章管網(wǎng)水力學8/3/202377第三章管網(wǎng)水力學8/2/202377第三章管網(wǎng)水力學某S型水泵性能曲線HQηP8/3/202378第三章管網(wǎng)水力學某S型水泵性能曲線HQηP8/2/202第三章管網(wǎng)水力學10.1工頻泵水力特性公式最小二乘法擬合分析8/3/202379第三章管網(wǎng)水力學10.1工頻泵水力特性公式最小二乘法擬合第三章管網(wǎng)水力學10.2調(diào)速泵水力特性公式水泵靜揚程與轉(zhuǎn)速有關(guān)，而水泵內(nèi)阻保持不變。8/3/202380第三章管網(wǎng)水力學10.2調(diào)速泵水力特性公式水泵靜揚程與轉(zhuǎn)第三章管網(wǎng)水力學10.3考慮吸、壓水管路的水泵水力特性公式Q8/3/202381第三章管網(wǎng)水力學10.3考慮吸、壓水管路的水泵水力特性公第三章管網(wǎng)水力學10.4泵站水力特性公式同型號水泵并聯(lián)水力特性公式同型號水泵并聯(lián)，每臺泵流量相同；等效為一臺泵即為泵站水力特性曲線。假定泵站中有n臺同型號水泵并聯(lián)，每臺泵水力特性曲線為當不計管路水頭損失時，則有如下流量與揚程對應(yīng)關(guān)系，見下表8/3/202382第三章管網(wǎng)水力學10.4泵站水力特性公式同型號水泵并聯(lián)水第三章管網(wǎng)水力學單臺q單臺he單臺sp單臺hpN臺qN臺heN臺spN臺hpqhesphpNqhe？？hp？得同型號水泵并聯(lián)水力特性公式8/3/202383第三章管網(wǎng)水力學單臺q單臺he單臺sp單臺hpN臺qN臺第三章管網(wǎng)水力學不同型號水泵泵站水力特性曲線由于型號不同，故工作流量不等，采用最小二乘法進行計算確定方法：1）從水泵樣本中查出其水力特性曲線公式，確定每臺泵高效揚程段進而確定共同高效揚程段。2）確定若干高效揚程段中的揚程，根據(jù)特性曲線求出流量。3）根據(jù)揚程、流量采用最小二乘法進行計算he、sp。水泵串聯(lián)特性曲線？？？？8/3/202384第三章管網(wǎng)水力學不同型號水泵泵站水力特性曲線由于型號不同作業(yè)P65，第2、5、6題。8/3/202385作業(yè)P65，第2、5、6題。8/2/202385第三章管網(wǎng)水力學問題：進行管段均勻出流簡化時，把管道劃分為若干較短小管道時，能否減小計算誤差？未確定管徑時能否進行局阻等效簡化？多臺水泵并聯(lián)工作，泵站靜揚程會否受到影響？求泵站水力特性曲線時，若不按照高效段進行計算將會出現(xiàn)何問題？8/3/202386第三章管網(wǎng)水力學問題：8/2/202386第三章管網(wǎng)水力學本節(jié)重點1.水力等效簡化原則、方法（并聯(lián)、串聯(lián)）。2.沿線均勻出流的簡化計算（方法、系數(shù)）。3.計算泵站水力特性曲線（同型號、不同型號）。注意：最小二乘法公式不一定背過，但等效簡化公式一定要記??！8/3/202387第三章管網(wǎng)水力學本節(jié)重點8/2/202387第四章管網(wǎng)模型化1模型化手段：簡化與抽象。簡化：忽略比較次要給排水設(shè)施，分析與計算集中于主要對象；抽象：忽略分析處理對象的具體水力特性，將其視為模型元素，只考慮拓撲關(guān)系與水力特性。8/3/202388第四章管網(wǎng)模型化1模型化8/2/202388第四章管網(wǎng)模型化1.1簡化簡化原則:宏觀等效與小誤差。管線簡化措施：刪除次要管線，保留主要管路；管線交叉點較近，可合并；可將全開閥門刪除，從全閉閥門處斷開；管材不同或管線并聯(lián)，可采用水力等效原則等效為同一管材或單管道；盡量將大系統(tǒng)拆分為若干小系統(tǒng)。附屬設(shè)施簡化措施：刪除對全局水力特性影響小的設(shè)施；合并同一位置的多個相同設(shè)施。8/3/202389第四章管網(wǎng)模型化1.1簡化8/2/202389第四章管網(wǎng)模型化1.2抽象抽象的結(jié)果：管段與節(jié)點。管段：只能輸送流量而不允許改變流量，但可改變水的能量。（存在大流量處斷開、管段較長應(yīng)分成若干管段）節(jié)點：（管線交叉處、端點或大流量進出點）只能能量不能改變能量，但存在流量的變化。8/3/202390第四章管網(wǎng)模型化1.2抽象8/2/202390第四章管網(wǎng)模型化管段與節(jié)點屬性：構(gòu)造屬性、拓撲屬性（管段與節(jié)點關(guān)聯(lián)關(guān)系）與水力屬性（表征管段與節(jié)點的水力特征）。管段構(gòu)造屬性（長度即管長、直徑即管徑、粗糙系數(shù)）；管段拓撲屬性（管段方向、起端節(jié)點即起點、終端節(jié)點即終點）；管段水力屬性（管段流量為矢量、管段流速為矢量、管段揚程為矢量、管段摩阻、管段壓降）。節(jié)點構(gòu)造屬性（節(jié)點高程、節(jié)點位置）；節(jié)點拓撲屬性（與節(jié)點關(guān)聯(lián)的管段及其方向、節(jié)點的度）；節(jié)點水力屬性（節(jié)點流量、節(jié)點水頭、自由水頭[針對有壓流]）。8/3/202391第四章管網(wǎng)模型化管段與節(jié)點屬性：構(gòu)造屬性、拓撲屬性（管段第四章管網(wǎng)模型化1.3模型標識節(jié)點與管段編號：管段可[1]、[2]等，節(jié)點可(1)、(2)等。設(shè)定管段方向：原因存在矢量。設(shè)定節(jié)點流量方向：流入為負、流出為正。8/3/202392第四章管網(wǎng)模型化1.3模型標識8/2/202392第四章管網(wǎng)模型化2管網(wǎng)模型的拓撲特性拓撲特性用于描述節(jié)點與管段的關(guān)聯(lián)關(guān)系。2.1圖管網(wǎng)模型略去構(gòu)造與水力特性后，僅考慮節(jié)點與管段之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系時即為管網(wǎng)圖。圖即關(guān)系或聯(lián)系。圖的表示方法：幾何表示法和集合表示法。集合表示時可采用管段集合、節(jié)點集合；節(jié)點集合與管段集合構(gòu)成管網(wǎng)圖G(V，E)；節(jié)點數(shù)N(G)，管段數(shù)M(G)。8/3/202393第四章管網(wǎng)模型化2管網(wǎng)模型的拓撲特性8/2/202393第四章管網(wǎng)模型化2.2有向圖在管網(wǎng)圖中，關(guān)聯(lián)任意管段的兩個節(jié)點是有序的，為表明管段方向，表示管段時由起點指向終點。也可采用各管段的起點集合和終點集合表示管網(wǎng)圖。8/3/202394第四章管網(wǎng)模型化2.2有向圖8/2/202394第四章管網(wǎng)模型化2.3管網(wǎng)圖的連通性連通圖：從圖的任意兩個頂點均通過一系列邊及頂點相連通，即從一個頂點出發(fā)，經(jīng)過相關(guān)聯(lián)的邊和頂點可到達其余任一頂點。非連通圖可分為若干相互連通部分。8/3/202395第四章管網(wǎng)模型化2.3管網(wǎng)圖的連通性8/2/202395第四章管網(wǎng)模型化2.4管網(wǎng)圖的可平面圖性一圖若可把其畫在平面上同時任意兩條邊均不相交，圖為可平面圖。管網(wǎng)圖一般均為可平面圖；一般在采用幾何表示時，均畫成平面圖。對于一連通且畫在平面上的管網(wǎng)圖，管段數(shù)、節(jié)點數(shù)、環(huán)數(shù)遵循下述關(guān)系：M=N+L-18/3/202396第四章管網(wǎng)模型化2.4管網(wǎng)圖的可平面圖性8/2/2023第四章管網(wǎng)模型化2.5節(jié)點的度關(guān)聯(lián)數(shù)，對應(yīng)管段。2.6關(guān)聯(lián)集記為S(v)；括號中的數(shù)量對應(yīng)此節(jié)點的度。2.7割集分離管段或節(jié)點所需切斷的管段的集合。8/3/202397第四章管網(wǎng)模型化2.5節(jié)點的度8/2/202397第四章管網(wǎng)模型化2.8路徑從一節(jié)點到達另一節(jié)點時通過的不重復的管段名稱的集合。2.9回路從一節(jié)點出發(fā)經(jīng)過若干不重復的管段后又回到此節(jié)點的管段名稱集合。回路即管網(wǎng)中的環(huán)。8/3/202398第四章管網(wǎng)模型化2.8路徑8/2/202398第四章管網(wǎng)模型化2.10樹定義：無回路且連通。性質(zhì)：唯一性，任意節(jié)點之間存在且存在唯一的路徑。刪除任一管段造成管網(wǎng)圖的非連通性。擴充性，任兩個不同節(jié)點加上一條管段均組成回路。樹的節(jié)點數(shù)與樹枝數(shù)（管段數(shù)）之間關(guān)系為：N=M+18/3/202399第四章管網(wǎng)模型化2.10樹8/2/202399第四章管網(wǎng)模型化2.11生成樹對環(huán)而言，刪除與其環(huán)數(shù)相對應(yīng)的管段數(shù)量后組成的圖即生成樹。生成樹和樹具有相同的性質(zhì)。這也表明樹在適當部位添加一定的管段后組成環(huán)，增加的管段數(shù)即環(huán)數(shù)。8/3/2023100第四章管網(wǎng)模型化2.11生成樹8/2/2023100第四章管網(wǎng)模型化3管網(wǎng)模型的水力特性指管網(wǎng)模型中節(jié)點和管段傳遞、輸送流量和能量的特性。理論依據(jù)為質(zhì)量守恒和能量守恒。8/3/2023101第四章管網(wǎng)模型化3管網(wǎng)模型的水力特性8/2/202310第四章管網(wǎng)模型化3.1節(jié)點流量方程依據(jù)質(zhì)量守恒得到流入節(jié)點流量之和與流出節(jié)點的流量之和相等；即8/3/2023102第四章管網(wǎng)模型化3.1節(jié)點流量方程8/2/2023102第四章管網(wǎng)模型化[1][2][3][4][5][6][7][8](1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)Q1Q2Q5Q6Q7Q4Q3q1q2q3q4q5q6q7q88/3/2023103第四章管網(wǎng)模型化[1][2][3][4][5][6][7第四章管網(wǎng)模型化3.2管段能量方程管段兩端節(jié)點水頭之差應(yīng)該等于該管段壓降（非水頭損失）。HFi-HTi=hii=1，2，3，…，M8/3/2023104第四章管網(wǎng)模型化3.2管段能量方程8/2/2023104第四章管網(wǎng)模型化[1][2][3][4][5][6][7][8](1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)Q1Q2Q5Q6Q7Q4Q3q1q2q3q4q5q6q7q8h1h2h3h4h5h6h7h88/3/2023105第四章管網(wǎng)模型化[1][2][3][4][5][6][7第四章管網(wǎng)模型化3.3恒定流基本方程組HFi-HTi=hii=1，2，3，…，M8/3/2023106第四章管網(wǎng)模型化3.3恒定流基本方程組HFi-HTi=h第四章管網(wǎng)模型化問題：管段流量與節(jié)點流量能否為負值？若為負值代表什么意義？環(huán)的能量具有什么特點？流量具有什么特點？8/3/2023107第四章管網(wǎng)模型化問題：8/2/2023107第四章管網(wǎng)模型化本章重點管段、節(jié)點路徑與回路樹節(jié)點流量方程與管段能量方程8/3/2023108第四章管網(wǎng)模型化本章重點8/2/2023108第五章給水管網(wǎng)水力分析1.給水管網(wǎng)水力分析的參數(shù)流量與水頭。當管段特性已知且處于恒定流狀態(tài)時，流量與水頭關(guān)系可通過恒定流方程組解得。HFi-HTi=hii=1，2，3，…，M8/3/2023109第五章給水管網(wǎng)水力分析1.給水管網(wǎng)水力分析的參數(shù)HFi-第五章給水管網(wǎng)水力分析2.水力分析的前提條件2.1已知各管段的水力特性即確定管段流量與水頭損失之間的關(guān)系。8/3/2023110第五章給水管網(wǎng)水力分析2.水力分析的前提條件8/2/20第五章給水管網(wǎng)水力分析[1][2][3][4][5][6][7][8](1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)Q1Q2Q5Q6Q7Q4Q3q1q2q3q4q5q6q7q88/3/2023111第五章給水管網(wǎng)水力分析[1][2][3][4][5][6第五章給水管網(wǎng)水力分析2.2節(jié)點流量與節(jié)點水頭必須一個已知一個未知HFi-HTi=hii=1，2，3，…，M8/3/2023112第五章給水管網(wǎng)水力分析2.2節(jié)點流量與節(jié)點水頭必須一個已第五章給水管網(wǎng)水力分析2.3必須至少存在一個定壓節(jié)點方程數(shù)和未知量相等只是方程組可解的必要條件而非充分條件。作為充分條件，要求管網(wǎng)中必須至少有一個定壓節(jié)點；若管網(wǎng)中無定壓節(jié)點，方程組無確定解。8/3/2023113第五章給水管網(wǎng)水力分析2.3必須至少存在一個定壓節(jié)點8/第五章給水管網(wǎng)水力分析3恒定流基本方程組的線性變換3.1節(jié)點流量連續(xù)性方程組的變換大節(jié)點概念（關(guān)聯(lián)）、割集的方式。下面例題。8/3/2023114第五章給水管網(wǎng)水力分析3恒定流基本方程組的線性變換8/2第五章給水管網(wǎng)水力分析(7)(1)(2)(3)(4)(5)(6)(8)Q7Q1Q2Q3Q4Q5Q6[1][2][3][4][5][6][7]q1,h1q2,h2q3,h3q4,h4Q8q5,h5q6,h6q7,h7H7H1H2H3H8H4H5H68/3/2023115第五章給水管網(wǎng)水力分析(7)(1)(2)(3)(4)(5第五章給水管網(wǎng)水力分析針對每個節(jié)點可寫出節(jié)點流量連續(xù)性方程8/3/2023116第五章給水管網(wǎng)水力分析針對每個節(jié)點可寫出節(jié)點流量連續(xù)性方第五章給水管網(wǎng)水力分析由大環(huán)以及割集概念寫出流量連續(xù)性方程(7)(1)(2)(3)(4)(5)(6)(8)Q7Q1Q2Q3Q4Q5Q6[1][2][3][4][5][6][7]q1,h1q2,h2q3,h3q4,h4Q8q5,h5q6,h6q7,h7H7H1H2H3H8H4H5H68/3/2023117第五章給水管網(wǎng)水力分析由大環(huán)以及割集概念寫出流量連續(xù)性方第五章給水管網(wǎng)水力分析整個管網(wǎng)作為割集節(jié)點8的割集節(jié)點6的割集節(jié)點5的割集節(jié)點4的割集節(jié)點3，6，8的割集節(jié)點2，3，5，6，8的割集節(jié)點1，2，3，4，5，6，8的割集8/3/2023118第五章給水管網(wǎng)水力分析整個管網(wǎng)作為割集節(jié)點8的割集節(jié)點6第五章給水管網(wǎng)水力分析寫出割集的連續(xù)性方程的意義何在？方程中只包含一個管段流量與若干個節(jié)點流量；若節(jié)點流量已知，可直接求得管段流量。大家分析一下，如下圖所示的割集有何意義。8/3/2023119第五章給水管網(wǎng)水力分析寫出割集的連續(xù)性方程的意義何在？8第五章給水管網(wǎng)水力分析(7)(1)(2)(3)(4)(5)(6)(8)Q7Q1Q2Q3Q4Q5Q6[1][2][3][4][5][6][7]q1,h1q2,h2q3,h3q4,h4Q8q5,h5q6,h6q7,h7H7H1H2H3H8H4H5H68/3/2023120第五章給水管網(wǎng)水力分析(7)(1)(2)(3)(4)(5第五章給水管網(wǎng)水力分析問題所舉例子為單定壓節(jié)點（樹狀網(wǎng)、一個水源供水），可直接通過流量連續(xù)性方程組求解。針對多定壓節(jié)點也能夠列出流量連續(xù)性方程組，但很難直接求出定壓節(jié)點流量（樹狀網(wǎng)）。單定壓節(jié)點環(huán)狀網(wǎng)，能夠得到定壓節(jié)點流量，但無法列出直接求解管段流量的連續(xù)性方程組。多定壓節(jié)點環(huán)狀網(wǎng)，既不能直接求出定壓節(jié)點流量，也不能列出直接求解管段流量的連續(xù)性方程組。8/3/2023121第五章給水管網(wǎng)水力分析問題8/2/2023121第五章給水管網(wǎng)水力分析3.2管段能量守恒方程組的變換將一些相關(guān)聯(lián)的管段首尾相連，形成一條路徑，把其能量方程相加減可導出路徑能量方程。見下圖。8/3/2023122第五章給水管網(wǎng)水力分析3.2管段能量守恒方程組的變換8/第五章給水管網(wǎng)水力分析(7)(1)(2)(3)(4)(5)(6)(8)Q7Q1Q2Q3Q4Q5Q6[1][2][3][4][5][6][7]q1,h1q2,h2q3,h3q4,h4Q8q5,h5q6,h6q7,h7H7H1H2H3H8H4H5H6[8][9]q8,h8q9,h98/3/2023123第五章給水管網(wǎng)水力分析(7)(1)(2)(3)(4)(5第五章給水管網(wǎng)水力分析計算定壓節(jié)點7到定壓節(jié)點8的壓降：這也說明壓降方向由7到8，與此方向相同的流向或壓降為正值，反之為負值。得當起點和終點重合時，路徑能量方程的形式如何呢?由上圖，計算回路（1）、（2）、（5）、（4）的能量方程。分析得到，假定起點為（1），流過管段[2]、[6]、[8]、[5]后回到（1），則路徑能量方程為我們定的水流方向為依次經(jīng)過[2]、[6]、[8]、[5]，若水流方向依次通過[5]、[8]、[6]、[2]呢，路徑能量方程如何表示？8/3/2023124第五章給水管網(wǎng)水力分析計算定壓節(jié)點7到定壓節(jié)點8的壓降：第五章給水管網(wǎng)水力分析上式也表明對于一個回路即管網(wǎng)系統(tǒng)中的環(huán)而言，其能量方程恒為零。（環(huán)能量方程）我們的上例只存在兩個基本環(huán)，故能夠?qū)懗鰞蓚€環(huán)能量方程。若確定環(huán)中各節(jié)點或各管段流量依舊不能確定多定壓節(jié)點流量（例子為兩個定壓節(jié)點），如何進行處理呢？工程上提出了虛環(huán)的概念。8/3/2023125第五章給水管網(wǎng)水力分析上式也表明對于一個回路即管網(wǎng)系統(tǒng)中第五章給水管網(wǎng)水力分析虛環(huán)存在如下假設(shè)：在管網(wǎng)中增加一個虛節(jié)點編號為0，叫做虛定壓節(jié)點，其流量為整個管網(wǎng)系統(tǒng)用水量，壓力即水頭恒為0。在虛節(jié)點與各定壓節(jié)點之間連接叫做虛管段；虛管段提供各定壓節(jié)點所需水頭與水量，但其本身無壓降。各定壓節(jié)點的節(jié)點流量定為0，但節(jié)點水頭改為未知量，管網(wǎng)成為單定壓節(jié)點管網(wǎng)。8/3/2023126第五章給水管網(wǎng)水力分析虛環(huán)存在如下假設(shè)：8/2/2023第五章給水管網(wǎng)水力分析(7)(1)(2)(3)(4)(5)(6)(8)0Q1Q2Q3Q4Q5Q6[1][2][3][4][5][6][7]q1,h1q2,h2q3,h3q4,h40q5,h5q6,h6q7,h7H7H1H2H3H8H4H5H6[8][9]q8,h8q9,h9Q0H0=0(0)[11][10]q10=-Q7q11=-Q88/3/2023127第五章給水管網(wǎng)水力分析(7)(1)(2)(3)(4)(5第五章給水管網(wǎng)水力分析管網(wǎng)簡化為單定壓節(jié)點管網(wǎng)，于是不需列出定壓節(jié)點之間的能量方程，上述管網(wǎng)增加一個回路，需要多列一個環(huán)能量方程。如下：其實，從本質(zhì)上來講，虛環(huán)能量方程表示的依舊為定壓節(jié)點能量方程。8/3/2023128第五章給水管網(wǎng)水力分析管網(wǎng)簡化為單定壓節(jié)點管網(wǎng)，于是不需第五章給水管網(wǎng)水力分析將多定壓節(jié)點管網(wǎng)采用虛節(jié)點統(tǒng)一為單定壓節(jié)點管網(wǎng)后，管網(wǎng)的環(huán)數(shù)增加R-1個（假定存在R個定壓節(jié)點）。每一環(huán)對應(yīng)一環(huán)方程，則環(huán)方程數(shù)量為L+R-1個。得出環(huán)方程，把管段方程表達式帶入可進行水力計算。8/3/2023129第五章給水管網(wǎng)水力分析將多定壓節(jié)點管網(wǎng)采用虛節(jié)點統(tǒng)一為單第五章給水管網(wǎng)水力分析4恒定流方程組的求解方法銷元與迭代兩種手段減少未知量數(shù)目和逼近最終解。求解恒定流方程組一般常用的為解環(huán)方程和解節(jié)點方程。8/3/2023130第五章給水管網(wǎng)水力分析4恒定流方程組的求解方法8/2/2第五章給水管網(wǎng)水力分析4.1解環(huán)方程解環(huán)方程一般針對單定壓節(jié)點管網(wǎng)。（多定壓節(jié)點管網(wǎng)如何求解？）解環(huán)方程的方法為首先使得管網(wǎng)滿足流量連續(xù)性方程，然后通過計算滿足能量方程。計算步驟：先滿足流量連續(xù)性方程，需要確定管段流量（依據(jù)為流量連續(xù)性方程）；即進行管段流量初分配。根據(jù)各管段流量，計算各管段水頭損失，然后根據(jù)回路即環(huán)能量為零的原則判斷其是否滿足要求。第一次分配不能滿足如何進行處理？8/3/2023131第五章給水管網(wǎng)水力分析4.1解環(huán)方程8/2/202313第五章給水管網(wǎng)水力分析環(huán)流量環(huán)流量即沿某一固定方向給管網(wǎng)中的某一環(huán)施加的相同流量；環(huán)流量在節(jié)點流入與流出的量相等，未改變流量連續(xù)性，但由于環(huán)流量的施加卻改變了各管段的水頭損失。環(huán)流量的施加原則是使得環(huán)能量滿足為0的條件。這也是管網(wǎng)平差的控制原則。一般規(guī)定環(huán)流量順時針為正，逆時針為負。8/3/2023132第五章給水管網(wǎng)水力分析環(huán)流量8/2/2023132第五章給水管網(wǎng)水力分析4.2解節(jié)點方程工作順序與解環(huán)方程相反；先使得各環(huán)滿足能量方程，然后再設(shè)法滿足流量連續(xù)性方程。方法為先對于各節(jié)點的水頭進行初擬，然后根據(jù)壓降確定各管段流量，判斷各節(jié)點是否滿足流量連續(xù)性方程。8/3/2023133第五章給水管網(wǎng)水力分析4.2解節(jié)點方程8/2/20231第五章給水管網(wǎng)水力分析4.3對于上述兩種方法的評價應(yīng)用范圍：環(huán)方程一般為單定壓節(jié)點管網(wǎng)，而節(jié)點方程不受限制。復雜程度：一般而言，解環(huán)方程未知量較少，而節(jié)點方程未知量較多。在手工計算時一般采用解環(huán)方程，采用機算時兩種方法均可采用。8/3/2023134第五章給水管網(wǎng)水力分析4.3對于上述兩種方法的評價8/2第五章給水管網(wǎng)水力分析5例題（樹狀網(wǎng)計算）管段流量的計算采用逆推法，節(jié)點水頭的計算采用順推法。樹狀網(wǎng)為典型的單水源單定壓節(jié)點管網(wǎng)系統(tǒng)。8/3/2023135第五章給水管網(wǎng)水力分析5例題（樹狀網(wǎng)計算）8/2/202第五章給水管網(wǎng)水力分析問題：為何回路即環(huán)的能量為0，節(jié)點流量也應(yīng)該為0？多定壓節(jié)點管網(wǎng)提出虛環(huán)或虛節(jié)點的概念有何意義？解環(huán)方程和解節(jié)點方程的不同在何處？你認為解節(jié)點方程或解環(huán)方程有沒有簡便方法？8/3/2023136第五章給水管網(wǎng)水力分析問題：8/2/2023136第五章給水管網(wǎng)水力分析本節(jié)重點割集的概念在流量連續(xù)性方程簡化時的應(yīng)用環(huán)流量與環(huán)能量虛環(huán)解環(huán)方程與解節(jié)點方程的方法。8/3/2023137第五章給水管網(wǎng)水力分析本節(jié)重點8/2/2023137第五章給水管網(wǎng)水力分析6解環(huán)方程水力分析方法6.1管段水力特性的線性化管段水力特性公式表明管段流量與壓降遵循下述關(guān)系：是線性關(guān)系嗎？因而管段水力特性線性化可使得恒定流方程組線性化。8/3/2023138第五章給水管網(wǎng)水力分析6解環(huán)方程水力分析方法8/2/20第五章給水管網(wǎng)水力分析在分析過程中，我們已經(jīng)得出需要先初擬管段流量的結(jié)論，即給定每個管段一個流量值；在給定的流量值上對式子進行微分可得下述關(guān)系：由于函數(shù)為連續(xù)的（原因？？），在管段給定工況點（qi(0)，hi(0)）附近，管段水力特性采用該點切線表示。8/3/2023139第五章給水管網(wǎng)水力分析在分析過程中，我們已經(jīng)得出需要先初第五章給水管網(wǎng)水力分析hq管段水力特性的線性化qi(0)qi(0)+dqihi(0)hi(0)+dhisiqin誤差大小8/3/2023140第五章給水管網(wǎng)水力分析hq管段水力特性的線性化qi(0第五章給水管網(wǎng)水力分析6.2環(huán)能量方程組的線性化根據(jù)前面已經(jīng)講過的內(nèi)容可知，初擬管段流量滿足流量連續(xù)性方程，對于每一環(huán)的所有管段同時施加同一流量不會改變其連續(xù)性，但可改變環(huán)的能量。這也表明環(huán)流量為改變環(huán)能量的唯一變量。我們通過施加不同的環(huán)流量使環(huán)能量方程組得以滿足要求。因此環(huán)能量方程組在初擬管段流量的前提下可采用下式表示：針對上式的理解采用以下所示管網(wǎng)來解釋：8/3/2023141第五章給水管網(wǎng)水力分析6.2環(huán)能量方程組的線性化針對上式第五章給水管網(wǎng)水力分析(7)(1)(2)(3)(4)(5)(6)(8)Q7Q1Q2Q3Q4Q5Q6[1][2][3][4][5][6][7]q1,h1q2,h2q3,h3q4,h4Q8q5,h5q6,h6q7,h7H7H1H2H3H8H4H5H6[8][9]q8,h8q9,h9Δq1Δq28/3/2023142第五章給水管網(wǎng)水力分析(7)(1)(2)(3)(4)(5第五章給水管網(wǎng)水力分析我們已經(jīng)將環(huán)能量方程組線性化，下面要討論的問題就是如何對其進行求解。解上述線性方程的基本思路為：在給定初分管段流量下，在環(huán)流量初值點處，采用線性切面函數(shù)替代環(huán)水頭函數(shù)，采用Taylor公式在初值點處展開，忽略高次項，只保留線性項，得線性方程組：8/3/2023143第五章給水管網(wǎng)水力分析我們已經(jīng)將環(huán)能量方程組線性化，下面第五章給水管網(wǎng)水力分析式*8/3/2023144第五章給水管網(wǎng)水力分析式*8/2/2023144第五章給水管網(wǎng)水力分析初擬管段流量處各環(huán)的閉合差如下所示，Δhk，將式*表示為矩陣形式為：系數(shù)矩陣為：8/3/2023145第五章給水管網(wǎng)水力分析初擬管段流量處各環(huán)的閉合差如下所示第五章給水管網(wǎng)水力分析而8/3/2023146第五章給水管網(wǎng)水力分析而8/2/2023146第五章給水管網(wǎng)水力分析(7)(1)(2)(3)(4)(5)(6)(8)Q7Q1Q2Q3Q4Q5Q6[1][2][3][4][5][6][7]q1,h1q2,h2q3,h3q4,h4Q8q5,h5q6,h6q7,h7H7H1H2H3H8H4H5H6[8][9]q8,h8q9,h9Δq1Δq2再寫一組8個環(huán)的。8/3/2023147第五章給水管網(wǎng)水力分析(7)(1)(2)(3)(4)(5第五章給水管網(wǎng)水力分析本節(jié)重點管段水力特性的線性化方法環(huán)能量方程組的線性化方法從方程組到矩陣方程組的轉(zhuǎn)化8/3/2023148第五章給水管網(wǎng)水力分析本節(jié)重點8/2/2023148第五章給水管網(wǎng)水力分析問題在何條件下管段水力特性的線性化過程較符合實際，引起的誤差較?。糠蔷€性方程組的解法對于方程組的解產(chǎn)生何影響？你能否想出較佳的此非線性方程組的解法？能夠較快得出實際結(jié)果。8/3/2023149第五章給水管網(wǎng)水力分析問題8/2/2023149第五章給水管網(wǎng)水力分析6.3牛頓-拉夫森法直接求解線性方程組并通過迭代逐步逼近環(huán)能量滿足為零的條件。步驟為：一初擬各管段流量并給定環(huán)水頭的最大允許閉合差值。二計算各環(huán)水頭閉合差三判斷各環(huán)水頭閉合差是否滿足小于最大允許閉合差條件，滿足計算各管段水力參數(shù)；否則進行下面工作。四繼續(xù)計算矩陣系數(shù)五根據(jù)公式計算各環(huán)環(huán)流量六將環(huán)流量施加到環(huán)內(nèi)所有管段，得到新的流量重新計算各環(huán)閉合差看其能否滿足閉合差要求，否則繼續(xù)計算。七計算管段壓降、流速、節(jié)點水頭，計算節(jié)點自由水頭。8/3/2023150第五章給水管網(wǎng)水力分析6.3牛頓-拉夫森法8/2/202第五章給水管網(wǎng)水力分析12(2)(3)(4)(6)(7)(8)-179.851.17-16.38Q882.3335.03[5]550,200[5]330,30089.90[2]650,30089.906.27[8]590,30054.87[9]490,1005.00[6]350,20032.46[7]360,20022.65前面講過，首先對各管段進行流量初分配，各節(jié)點應(yīng)該滿足質(zhì)量守恒，我們需要驗證其能否滿足，這也是將來進行管網(wǎng)設(shè)計時的第一步節(jié)點2：89.90+89.90-179.8=03，4，6，7也均能滿足那么，節(jié)點8呢？這說明，我們用來計算的管網(wǎng)首先已經(jīng)滿足了流量連續(xù)性方程，在計算中需要滿足的第一個，下面要做的工作是使其滿足環(huán)能量為零。8/3/2023151第五章給水管網(wǎng)水力分析12(2)(3)(4)(6)(7)12(2)(3)(4)(6)(7)(8)-179.851.17-16.38Q882.3335.03[5]550,200[5]330,30089.90[2]650,30089.906.27[8]590,30054.87[9]490,1005.00[6]350,20032.46[7]360,20022.65第一步：根據(jù)數(shù)據(jù)計算管段參數(shù)，包括管段阻力系數(shù)s、管段壓降h、管段阻尼系數(shù)z要求采用海曾-威廉姆公式計算，則水頭損失：阻尼系數(shù)：8/3/202315212(2)(3)(4)(6)(7)(8)-179.851.112(2)(3)(4)(6)(7)(8)-179.851.17-16.38Q882.3335.03[5]550,200[5]330,30089.90[2]650,30089.906.27[8]590,30054.87[9]490,1005.00[6]350,20032.46[7]360,20022.65計算管段水力參數(shù)如下表管段編號2356789長度650550330350360590490直徑0.30.20.30.20.20.30.1摩阻404.4252465.198205.32351568.7621613.584367.093564224.58初分流量0.08990.006270.08990.032460.022650.054870.005水頭損失4.6687540.2053012.370292.7452041.4500331.6983413.517173阻尼系數(shù)96.1794460.6407748.82956156.6272118.563457.323281302.7618/3/202315312(2)(3)(4)(6)(7)(8)-179.851.112(2)(3)(4)(6)(7)(8)-179.851.17-16.38Q882.3335.03[5]550,200[5]330,30089.90[2]650,30089.906.27[8]590,30054.87[9]490,1005.00[6]350,20032.46[7]360,20022.65上表已經(jīng)計算出各管段水頭損失，則判斷環(huán)閉合差，如下管段編號2356789水頭損失4.6687540.2053012.370292.7452041.4500331.6983413.517173環(huán)1：5，2，6，8組成，閉合差為：4.668754+2.745204-1.698341-2.37029=3.345327環(huán)2：3，7，9，6組成，閉合差為：0.205301+1.450033-3.517173-2.745204=-4.60704計算結(jié)果表明，環(huán)閉合差均不能滿足要求，需要進行環(huán)流量修正。8/3/202315412(2)(3)(4)(6)(7)(8)-179.851.112(2)(3)(4)(6)(7)(8)-179.851.17-16.38Q882.3335.03[5]550,200[5]330,30089.90[2]650,30089.906.27[8]590,30054.87[9]490,1005.00[6]350,20032.46[7]360,20022.65管段編號2356789阻尼系數(shù)96.1794460.6407748.82956156.6272118.563457.323281302.761環(huán)1閉合差為3.345327環(huán)2閉合差為-4.60704系數(shù)矩陣為：=358.95941638.592-156.6272-156.6272可得線性方程組，求解每一環(huán)應(yīng)該施加的環(huán)流量358.95941638.592-156.6272-156.6272·Δq1Δq2=3.345327-4.60704-8/3/202315512(2)(3)(4)(6)(7)(8)-179.851.1解此方程組可得Δq1=-0.008445；Δq2=0.002004358.95941638.592-156.6272-156.6272·Δq1Δq2=3.345327-4.60704-把環(huán)流量施加于各環(huán)，則可得各管段新流量。如下表12(2)(3)(4)(6)(7)(8)-179.851.17-16.38Q882.3335.03[5]550,200[5]330,30089.90[2]650,30089.906.27[8]590,30054.87[9]490,1005.00[6]350,20032.46[7]360,20022.65管段編號2356789初分流量0.08990.006270.08990.032460.022650.054870.005新流量0.0814550.0082740.0983450.0220110.0246540.0633150.0029968/3/2023156解此方程組可得Δq1=-0.008445；Δq2=0.00已經(jīng)計算出各管段的新流量，根據(jù)新流量計算管段水力參數(shù)如下表管段編號2356789長度650550330350360590490直徑0.30.20.30.20.20.30.1摩阻404.4252465.197832205.32351568.7621613.584367.093564224.58新流量0.0814550.0082740.0983450.0220110.0246540.0633150.002996水頭損失3.8891770.3431317572.7990831.3369831.6965512.2139451.36225阻尼系數(shù)88.4261976.8044493152.7114112.4934127.444464.75917842.0848重新計算各環(huán)閉合差，則12(2)(3)(4)(6)(7)(8)-179.851.17-16.38Q882.3335.03[5]550,200[5]330,30089.90[2]650,30089.906.27[8]590,30054.87[9]490,1005.00[6]350,20032.46[7]360,20022.65環(huán)1閉合差為0.213131環(huán)2閉合差為-0.6595508/3/2023157已經(jīng)計算出各管段的新流量，根據(jù)新流量計算管段水力參數(shù)如下表管閉合差仍不能滿足要求，繼續(xù)構(gòu)建系數(shù)矩陣管段編號2356789阻尼系數(shù)88.4261976.8044452.71140112.4934127.444464.75917842.0848系數(shù)矩陣為：=318.39021158.8571-112.4934-112.4934可得線性方程組，求解每一環(huán)應(yīng)該施加的環(huán)流量318.39021158.8571-112.4934-12.4934·Δq1Δq2=0.213131-0.659550-12(2)(3)(4)(6)(7)(8)-179.851.17-16.38Q882.3335.03[5]550,200[5]330,30089.90[2]650,30089.906.27[8]590,30054.87[9]490,1005.00[6]350,20032.46[7]360,20022.65解此方程組可得Δq1=-0.0048495；Δq2=0.00052218/3/2023158閉合差仍不能滿足要求，繼續(xù)構(gòu)建系數(shù)矩陣管段編號2356789根據(jù)第二次施加的環(huán)流量計算各環(huán)閉合差，如下表。管段編號2356789流量0.080970050.0087960630.098829950.021003990.0251760630.063799950.00247394水頭損失3.846403550.3843030112.824699241.2259141761.7636850442.245452620.95555772重新計算各環(huán)閉合差，則環(huán)1閉合差為0.0022環(huán)2閉合差為-0.0334812(2)(3)(4)(6)(7)(8)-179.851.17-16.38Q882.3335.03[5]550,200[5]330,30089.90[2]650,30089.906.27[8]590,30054.87[9]490,1005.00[6]350,20032.46[7]360,20022.65這說明，各環(huán)水頭已經(jīng)滿足要求。平差過程已經(jīng)完成。8/3/2023159根據(jù)第二次施加的環(huán)流量計算各環(huán)閉合差，如下表。管段編號235已經(jīng)得出各管段流量，則根據(jù)滿管流、均勻流以及連續(xù)流的假定來計算各計算管段流速，如下表所示。管段編號2356789直徑0.30.20.30.20.20.30.1摩阻404.4250172465.197832205.323471568.7622571613.584035367.09347764224.5761流量0.080970050.0087960630.098829950.021003990.0251760630.063799950.00247394水頭損失3.846403550.3843030112.824699241.2259141761.7636850442.245452620.95555772流速1.150.281.400.670.800.900.318/3/2023160已經(jīng)得出各管段流量，則根據(jù)滿管流、均勻流以及連續(xù)流的假定來計計算節(jié)點水頭與自由水壓，如下表12(2)(3)(4)(6)(7)(8)-179.851.17-16.38Q882.3335.03[5]550,200[5]330,30089.90[2]650,30089.906.27[8]590,30054.87[9]490,1005.00[6]350,20032.46[7]360,20022.65節(jié)點編號234678地面標高18.8019.1022.0018.3017.3017.50節(jié)點水頭47.494391643.6479880643.26368544.7010103442.4555577241.5自由水壓28.694391624.5479880621.26368526.40101034253/2023161計算節(jié)點水頭與自由水壓，如下表12(2)(3)(4)(6)(第五章給水管網(wǎng)水力分析上述例題只求解兩個環(huán)的情況，若環(huán)比較多的時候呢？比如四個環(huán)，如何列方程組？上述解法為牛頓-拉夫森法，下面看看哈代-克羅斯法如何求解。8/3/2023162第五章給水管網(wǎng)水力分析上述例題只求解兩個環(huán)的情況，若環(huán)比第五章給水管網(wǎng)水力分析6.4哈代-克羅斯法采用牛頓-拉夫森法求解環(huán)流量，所需要求解的方程數(shù)量與環(huán)數(shù)量相等。當環(huán)的數(shù)量相當大尤其是共用管段較多時，方程組的求解也相當困難。為此，哈代-克羅斯提出了修正的水頭平差法，它的解法與牛頓-拉夫森法相同，不同的是此解法忽略鄰環(huán)的影響，只考慮本環(huán)。他認為鄰環(huán)對于本環(huán)的流量影響相對較小，可在計算過程中忽略不計。這種方法導致的后果是收斂速度較慢，與牛頓-拉夫森法相比；但仍然是工程上的常用方法。8/3/2023163第五章給水管網(wǎng)水力分析6.4哈代-克羅斯法8/2/202第五章給水管網(wǎng)水力分析牛頓拉夫森法在計算過程中，所采用的系數(shù)矩陣為由于哈代-克羅斯法認為鄰環(huán)影響極小，故公共管段的系數(shù)依舊為0，則8/3/2023164第五章給水管網(wǎng)水力分析牛頓拉夫森法在計算過程中，所采用的根據(jù)哈代-克羅斯法的思路，我們可以把公式大幅度簡化，如下圖所示計算環(huán)流量可寫成如下所示：12(2)(3)(4)(6)(7)(8)-179.851.17-16.38Q882.3335.03[5]550,200[5]330,30089.90[2]650,30089.906.27[8]590,30054.87[9]490,1005.00[6]350,20032.46[7]360,20022.65哈代-克羅斯平差公式可以適應(yīng)環(huán)數(shù)較多的情況，就算是存在不可想象的數(shù)量，依舊計算十分簡單。下面仍舊以上述例題為例來講解。平差公式為：8/3/2023165根據(jù)哈代-克羅斯法的思路，我們可以把公式大幅度簡化，如下圖所12