《給水排水管網(wǎng)系統(tǒng)》課件5 管段流量、管徑和水頭損失

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1、 第 一 節(jié) 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 Qh計算 ， 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 (當(dāng) 設(shè) 置 水 塔 時 )。 并 在此 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 的 水 量 和 水 壓 要 求

2、 。 管 網(wǎng) 計 算 的 課 題管 網(wǎng) 計 算 步 驟 求 沿 線 流 量 和 節(jié) 點 流 量 ； 求 管 段 計 算 流 量 ； 確 定 各 管 段 的 管 徑 和 水 頭 損 失 ； 進 行 管 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 。 第 二 節(jié) 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)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 不是 全 部 管 線 的 情 況 外 ， 對 改

3、建 和 擴 建 的 管 網(wǎng) 往 往 將實 際 的 管 網(wǎng) 適 當(dāng) 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 。 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 。 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 。 管 網(wǎng) 圖 形 及 簡 化 管 網(wǎng) 圖 形 簡 化 可 分 為 分 解 、 合 并 、 省 略 分 解 ： 只 由 一 條 管 線 連 接 的 兩

4、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 ，管 網(wǎng) 經(jīng) 分 解 后 即 可 分 別 計 算 。 合 并 ： 管 徑 較 小 、 相 互 平 行 且 靠 近 的 管 線 可 考 慮合 并 。 省 略 ： 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 管線 ， 管 線

5、 省 略 后 的 計 算 結(jié) 果 是 偏 于 安 全 的 。 管 網(wǎng) 圖 形 及 簡 化 第 三 節(jié) 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 只 計 算 經(jīng) 過簡 化 后 的 干 管 網(wǎng) 。 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 ； 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 節(jié) 點 之 間 的 管 線 稱 為 管 段 。 管 段 順 序 連 接 形 成 管 線 。 沿 線 流 量

6、和 節(jié) 點 流 量 起 點 和 終 點 重 合 的 管 線 稱 為 管 網(wǎng) 的 環(huán) 。 環(huán) 中 不 含 其 它 環(huán) ， 稱 為 基 環(huán) 。 幾 個 基 環(huán) 合 成 的 環(huán) ， 稱 為 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 已定 的 水 源 節(jié) 點 （ 泵 站 、 水 塔 等 ） 用 虛 線 和 虛 節(jié) 點 0連 接 起來 ， 也 形 成 環(huán) ， 因 實 際 上 并 不 存 在 ， 所 以 叫 做 虛 環(huán) 。 沿 線 流 量 和 節(jié) 點 流 量沿 線 流 量 ： 是 指 供 給 該 管 段 兩 側(cè) 用 戶 所 需流 量 。節(jié)

7、點 流 量 ： 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 。 沿 線 流 量工 業(yè) 企 業(yè) 給 水 管 網(wǎng) ， 大 量 用 水 集 中 在 少 數(shù)車 間 ， 配 水 情 況 比 較 簡 單 。城 市 給 水 管 線 ， 沿 管 線 配 水 ， 情 況 比 較 復(fù)雜 。假 定 用 水 量 均 勻 分 布 在 全 部 干 管 上 。比 流 量 ： 干 管 線 單 位 長 度 的 流 量 。 沿 線 流 量比 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

8、用水量總；管網(wǎng)總用水量，；比流量，m s/Ls/LQ )ms/(L lqq l qQq ss 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) ，也 應(yīng) 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 。沿 線 流 量 的 計 算 ：。該管段的長度，；沿線流量，mL s/L 11q lqq s整 個 管 網(wǎng) 的

9、沿 線 流 量 總 和 q1， 等 于 qsl。 qsl值 等于 管 網(wǎng) 供 給 的 總 用 水 量 減 去 大 用 戶 集 中 用 水 量 ， 即等 于 Q q。 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 不一 致 。 為 此 提 出 另 一 種 按 該 管 段 的 供 水 面 積 決 定 比 流 量的 計 算 方 法 。該管段的供水面積，；

10、沿線流量， 211 mA s/Lq Aqq A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，22 m s/Ls/LQ ms/L Aqq A qQqAA 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 沿 該 管段 長 度 L配 水 的 沿 線 流 量 q1， 另 一 部 分 是 通 過 該 管 段

11、輸 水 到以 后 管 段 的 轉(zhuǎn) 輸 流 量 qt轉(zhuǎn) 輸 流 量 沿 整 個 管 段 不 變 ， 而 沿 線流 量 由 于 管 段 沿 線 配 水 ， 所 以 管 段 中 的 流 量 順 水 流 方 向 逐漸 減 小 ， 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 qt加 沿 線 流 量 q1， 到 末 端 只 有轉(zhuǎn) 輸 流 量 qt ， 因 此 從 管 段 起 點 到 終 點 的 流 量 是 變 化 的 。 節(jié) 點 流 量對 于 流 量 變 化 的 管 段 ， 難 以 確 定 管 徑 和 水 頭 損 失 ，所 以 有 必 要 將 沿

12、 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 ： 是 求 出 一 個 沿 線不 變 的 折 算 流 量 q， 使 它 產(chǎn) 生 的 水 頭 損 失 等 于 實 際上 沿 管 線 變 化 的 流 量 qX產(chǎn) 生 的 水 頭 損 失 。q=qt+ q1折 算 系 數(shù) ： 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

13、 流 量 的 系 數(shù) 。 節(jié) 點 流 量 折 算 系 數(shù) 的 求 導(dǎo) 31Laq3LLLLLLLaq 3xxLLxLLLaq dxxxLL2LLLaqdxxLLLaqdxaqh L dxxLLLaqdxL xLaqdxaqdh 2na dxaqdhdxqq L xLqL xLqqxLqqqq 21 2212221 L03L02L02221 L0 22221L0 2221L0 2x 22212212x nx1t 11t11tX ：中的水頭損失可表示為流量變化的管段。則有：通常取管段的比阻；中的水頭損失為：。根據(jù)水力學(xué)，管段式中任一斷面上的流量為：管段 節(jié) 點 流 量 折 算 系 數(shù) 的 求 導(dǎo)

14、。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0.50 5.00 5.0qqqq 0.50100 577.031 00qqq31 31 LaqLqqaLaqh qqq 1t1t t1t2 22 22121t2 1t 1 2qt+q1 qt0.5q1 0.5q1qt+0.5q1 節(jié) 點

15、流 量管 網(wǎng) 任 一 節(jié) 點 的 節(jié) 點 流 量 為 ： qi= q1=0.5 q1任 一 節(jié) 點 i的 節(jié) 點 流 量 qi等 于 與 該 節(jié) 點 相 連 各管 段 的 沿 線 流 量 q1總 和 的 一 半 。城 市 管 網(wǎng) 中 ， 工 業(yè) 企 業(yè) 等 大 用 戶 所 需 流 量 ，可 直 接 作 為 接 入 大 用 戶 節(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) ， 水 量 大 的 車 間用 水 量 也 可 直 接 作 為 節(jié) 點 流 量 。 第 四 節(jié) 管 段 計 算 流 量沿 線 任 一 管 段 的 計 算 流 量 實 際 上 包 括 該 管段 兩

16、側(cè) 的 沿 線 流 量 和 通 過 該 管 段 輸 送 到 以后 管 段 的 轉(zhuǎn) 輸 流 量 。 為 了 初 步 確 定 管 段 計算 流 量 ， 必 須 按 最 大 時 用 水 量 進 行 流 量 分配 ， 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 。求 出 節(jié) 點 流 量 后 ， 就 可 以 進 行 管 網(wǎng) 的 流 量分 配 ， 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 。 管 段 計 算 流 量 單 水 源 樹 狀 管 網(wǎng) 流 量 分 配 任 一 管 段 的 流 量 等 于 該 管

17、 段 以 后 （ 順 水 流 方 向 ） 所 有 節(jié) 點流 量 的 總 和 。 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 ， 并且 每 一 管 段 只 有 唯 一 的 流 量 值 。 管 段 計 算 流 量 環(huán) 狀 網(wǎng) 流 量 分 配 環(huán) 狀 網(wǎng) 的 流 量 分 配 比 較 復(fù) 雜 。 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 。 所 以 環(huán) 狀 網(wǎng)流 量 分 配 時 ， 不 可 能 對 每 一 管 段 得 到 唯 一

18、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 流向 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)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/Ljiq s/Li0 iji ijiq qq 假 定 離 開 節(jié) 點 的 流 量 為 正 ，流 向 節(jié) 點 的 流 量 為 負(fù) 。 管 段 計 算 流 量 環(huán) 狀 網(wǎng) 流 量 分 配 以 節(jié) 點 1為 例 ： q1Q+q1-2+q1-4=0 對 節(jié) 點 1來 說 ， 即 使 進 入 管 網(wǎng) 的 總 流量

19、 Q和 節(jié) 點 流 量 q1已 知 ， 各 管 段 的 流量 ， 如 q1-2， 和 q1-4等 值 ， 還 可 以 有不 同 的 分 配 ， 也 就 是 有 不 同 的 管 段流 量 。 如 果 在 分 配 流 量 時 ， 對 其 中 的 一 條 ，例 如 管 段 12分 配 很 大 的 流 量 q 1-2，而 另 一 管 段 14分 配 很 小 的 流 量 q1-4，因 q1-2+q1-4仍 等 于 Q q1 ， 即 保 持水 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) 生矛 盾 。 因 為 當(dāng) 流 量 很 大 的 管 段

20、12損 壞 需 要 檢 修 時 ， 全 部 流 量 必 須 在管 段 l4中 通 過 ， 使 該 管 段 的 水 頭損 失 過 大 ， 從 而 影 響 到 整 個 管 網(wǎng) 的供 水 量 或 水 壓 。 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) ，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

21、。 環(huán) 狀 網(wǎng) 流 量 分 配 時 ， 應(yīng) 同 時 照 顧 經(jīng) 濟 性 和 可 靠 性 。 經(jīng) 濟 性 是 指 流 量 分 配 后 得 到 的 管 徑 ， 應(yīng) 使 一 定 年 限 內(nèi) 的 管網(wǎng) 建 造 費 用 和 管 理 費 用 為 最 小 。 可 靠 性 是 指 能 向 用 戶 不 間 斷 地 供 水 ， 并 且 保 證 應(yīng) 有 的 水 量 、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 靠性 的 要 求 下 ， 力 求 管 網(wǎng) 最 為 經(jīng) 濟 。 管 段 計 算 流 量 環(huán) 狀 網(wǎng) 流 量 分 配 的 步 驟 按 照

22、 管 網(wǎng) 的 主 要 供 水 方 向 ， 初 步 擬 定 各 管 段 的 水 流 方 向 并 選 定 整 個 管網(wǎng) 的 控 制 點 。 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 ， 一 般 選 在 給 水 區(qū) 內(nèi) 離 二 級 泵 站 最 遠 或 地 形 較 高 之 處 。 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 ，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 足節(jié) 點 流 量 平 衡 的 條

23、 件 。 這 樣 ， 當(dāng) 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 。 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 可 分 配 較 少 的 流量 。 管 段 計 算 流 量多 水 源 管 網(wǎng) 應(yīng) 由 每 一 水 源 的

24、供 水 量 定 出 其 大 致供 水 范 圍 ， 初 步 確 定 各 水 源 的 供 水分 界 線 ； 然 后 從 各 水 源 開 始 ， 循 供 水 主 流 方向 按 每 一 節(jié) 點 符 合 qi+qij=0的 條 件 ，以 及 經(jīng) 濟 和 安 全 供 水 的 考 慮 ， 進 行流 量 分 配 。 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 ，應(yīng) 等 于 該 水 源 的 供 水 量 。 第 五 節(jié) 管 徑 計

25、 算各 管 段 的 管 徑 按 下 式 計 算。流速，；管段流量，；管段直徑，s/mv s/mq m4 3D vqD 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 。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(yīng)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 不得 小 于 0.6m/s；因 此 ， 須 在 上 述 流 速 范 圍 內(nèi) ， 根 據(jù) 當(dāng) 地 的 經(jīng) 濟 條 件 ， 考

26、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 流 量 已 定 時 ， 管 徑 和 流 速 的 平 方 根 成 反 比 。 流 量 相 同 時 ，如 果 流 速 取 得 小 些 ， 管 徑 相 應(yīng) 增 大 ， 此 時 管 網(wǎng) 造 價 增 加 ，可 是 管 段 中 的 水 頭 損 失 卻 相 應(yīng) 減 小 ， 因 此 水 泵 所 需 揚 程 可以 降 低 ， 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 ，但 水 頭 損 失 增 大 ， 因

27、此 水 泵 所 需 揚 程 勢 必 增 加 、 經(jīng) 常 的 電費 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 。 在 數(shù) 學(xué) 上 表 現(xiàn) 為 求 一 定 年 限 t（ 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 經(jīng) 濟 流 速 ， 以 此 來 確 定 管 徑 。流速，；管段流量，；管段直徑，s/mv s/mq m4 3D vqD 管 徑 計 算投 資 償 還 期 t年 內(nèi) 的 總 費 用 及 年 折 算 費 用 計。，以管網(wǎng)造價的管網(wǎng)

28、的折舊和大修率；計，可表示為，按管網(wǎng)造價的百分?jǐn)?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%p 100MMMCW t100 100110010021 1 111 CpW CpMM MCptCpMtCMtCtWW tCpMCMtCWt tt 管 徑 計 算環(huán) 狀 管 網(wǎng) 造 價 C和 管 理 費 用 M都 和 管 徑 D有 關(guān) 。 當(dāng)流 量 已 知 時 ， 則 造 價 和 管 理 費 用 與 流 速 v有 關(guān) ， 因此 年 折 算 費 用 既 可 以 用 流 速 v的 函 數(shù) 也 可 以 用 管 徑D的 函 數(shù) 表 示 。流

29、量 一 定 時 ， 如 管 徑 D增 大 （ v相 應(yīng) 減 小 ） ， 則 管網(wǎng) 造 價 和 折 舊 費 增 大 ,而 電 費 減 小 。 管 徑 計 算年 折 算 費 用 W值 隨 管 徑 和 流 速 的 改 變 而 變 化 ， 是一 條 下 凹 的 曲 線 ， 相 應(yīng) 于 曲 線 最 小 縱 坐 標(biāo) 值 的 管徑 和 流 速 ， 就 是 最 經(jīng) 濟 的 。 經(jīng) 濟 管 徑 為 De， 經(jīng) 濟流 速 為 ve。 管 徑 計 算各 城 市 的 經(jīng) 濟 流 速 值 應(yīng) 按 當(dāng) 地 條 件 ， 如 水 管 材 料和 價 格 、 施 工 費 用 、 電 費 等 來 確 定 ， 不 能 直 接套 用

30、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 ，有 時 簡 便 地 應(yīng) 用 “ 界 限 流 量 表 (表 71)”確 定 經(jīng) 濟管 徑 。 第 7章 中 將 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 。 管 徑 計 算由 于 水 管 有 標(biāo) 準(zhǔn) 管 徑 ， 如 200mm， 250mm等 ，分 檔 不 多 ， 按 經(jīng) 濟 管 徑 方 法 算 出 的 不 一 定 就 是 標(biāo) 準(zhǔn)管 徑 ， 這 時 可 選 用 相 近 的 標(biāo) 準(zhǔn) 管 徑 。設(shè) 計 中 也

31、可 采 用 平 均 經(jīng) 濟 流 速 （ 表 51） 來 確 定 管徑 ， 得 出 的 是 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 取較 小 的 平 均 經(jīng) 濟 流 速 。 管 徑 計 算以 上 是 指 水 泵 供 水 時 的 經(jīng) 濟 管 徑 確 定 方 法 ，重 力 供 水 時 ， 各 管 段 的 經(jīng) 濟 管 徑 或 經(jīng) 濟 流速 ， 應(yīng) 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 的標(biāo) 高 差 來 確 定 。 第 六 節(jié) 水 頭 損 失 計

32、算流 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 頭損 失 之 間 有 下 列 關(guān) 系 ： hij=H i H j H i、 H j從 某 一 基 準(zhǔn) 面 算 起 的 管 段 起 端 i和 終端 j的 水 壓 ， m； hij管 段 ij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 局部 水 頭 損 失 ， 因 和 沿 程 水 頭 損 失 相 比 很 小 ， 通 常忽 略 不 計 。 水 頭 損 失 計 算均 勻 流 流 速 公 式 （ 謝 才 公 式 ） 重力

33、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；g 8Di 4DDD4RXARRC 22822 2 22222222 Cgv gvDgvDC ggvRC gRCvi RiCv 水 頭 損 失 計 算流量。；比阻，則有：q D64aa aqqD642gD16qD828 44 522 2252242 2222 22 C CC ggvDiCg DqvvDq 摩阻。管段長度；指數(shù)，通常為alsl 2n sqalqlaqh nnn li 水 頭 損 失 計 算給 水 管 的 三 種 水 流 流 態(tài) 阻 力 平 方 區(qū) ， 此 時 比 阻 a值

34、 僅 和 管 徑 及 水 管 內(nèi) 壁 粗糙 度 有 關(guān) ， 而 和 Re數(shù) （ 雷 諾 數(shù) ） 無 關(guān) ， 例 如 舊 鑄鐵 管 和 舊 鋼 管 在 流 速 v1.2m s時 或 金 屬 管 內(nèi) 壁 無特 殊 防 腐 措 施 時 ， 就 屬 于 這 種 情 況 ； 過 渡 區(qū) ， 此 時 ， 比 阻 a值 和 管 徑 、 水 管 內(nèi) 壁 粗 糙 度以 及 Re數(shù) 有 關(guān) ， 例 如 舊 鑄 鐵 管 和 舊 鋼 管 在 流 速v1.2m s時 ， 以 及 石 棉 水 泥 管 在 各 種 流 速 時 的 情況 ； 水 力 光 滑 區(qū) ， 此 時 比 阻 a值 和 管 徑 及 Re數(shù) 有 關(guān) ，但

35、和 水 管 內(nèi) 壁 祖 糙 度 無 關(guān) ， 例 如 應(yīng) 用 塑 料 管 和 玻璃 管 時 。 水 頭 損 失 計 算舍 維 列 夫 公 式 3.0 3.12 25.33.142 23.12 v867.01Dv0.000912i1.2m/sv qD001736.0D1D16q00107.0Dv0.00107i1.2m/sv 10 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 i時 ， 如 流 速 v1.2m/s,則 舍 維 列 夫 公 式 的 比 阻 a=0.001736/D5.3值 見 表 52。 水 頭 損 失 計 算舍 維 列 夫 公

36、 式 當(dāng) 水 流 在 過 渡 區(qū) （ v1.2m/s） ， 應(yīng) 在 表 52的 a值上 乘 以 修 正 系 數(shù) K， K值 見 表 53。 水 頭 損 失 計 算巴 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(dāng)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，33.5233.52 33.5233.52 252226161 2/1y D002021.0aqD0020

37、21.0aqi014.0n D001743.0aqD001743.0aqi013.0n ,qDC64aqi4Dn1Rn1C 61y02.0nmR 014.0013.0n R10.0n75.013.0n5.2yy s/mRn1C 水 頭 損 失 計 算巴 甫 洛 夫 斯 基 公 式 巴 甫 洛 夫 斯 基 公 式 中 的 比 阻 a值 水 頭 損 失 計 算海 曾 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87.4852.187.4852.1 852.187

38、.4852.187.4852.1 852.1 DC 67.10aC 55CC DC 67.10a qDC 67.10i DC l67q.10h 852.1nlil nnaqaqh 水 頭 損 失 計 算海 曾 威 廉 公 式 系 數(shù) C值 水 頭 損 失 計 算柯 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)；i 2gvDivDvqD2gvDi Rekk 65k Re51.271.3/lg21 22 Dk 水 頭 損 失 計 算柯 爾

39、勃 洛 克 公 式 第 七 節(jié) 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（ 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 。 環(huán) 狀 網(wǎng) 管 段 數(shù) P、 節(jié) 點 數(shù) J（ 包 括 泵 站 、 水 塔 等 水源 節(jié) 點 ） 和 環(huán) 數(shù) L之 間 的 關(guān) 系 ： P=J+L 1 樹 狀 網(wǎng) 環(huán) 數(shù) L=0， 所 以 P=J 1 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 qi=0.5 q1 、 管 段 長

40、 度 l、管 徑 D和 阻 力 系 數(shù) 等 為 已 知 ， 需 要 求 解 的 是 管 網(wǎng)各 管 段 的 流 量 qij（ 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 Hi， 所 以 P個管 段 就 有 P個 未 知 數(shù) 。 因 此 環(huán) 狀 網(wǎng) 計 算 時 必 須 列 出P=J+L 1個 方 程 ， 才 能 求 出 P個 流 量 。管 網(wǎng) 計 算 的 原 理 是 基 于 質(zhì) 量 守 恒 和 能 量 守 恒 ， 由此 得 出 連 續(xù) 性 方 程 和 能 量 方 程 。 管 網(wǎng) 計 算 基 礎(chǔ) 方 程連 續(xù) 性 方 程 按 照

41、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 。 離 開 節(jié) 點 的 流 量 為 正 ， 流 向 節(jié) 點 的 流 量 為 負(fù) 。 如 管 網(wǎng) 有 J個 節(jié) 點 ， 只 可 以 寫 出 類 似 于 式 qi+ qij=0的 獨 立方 程 J 1個 。 因 為 J個 節(jié) 點 可 以 對 應(yīng) J個 類 似 的 方 程 ， 但 其中 任 一 方 程 可 從 其 余 J 1個 方 程 導(dǎo) 出 。 0. 00121Jiji iji iji qq qq qq 管 網(wǎng) 計 算 基 礎(chǔ) 方 程能 量 方 程表 示 管 網(wǎng) 每 一 環(huán) 中 各 管

42、 段 的 水 頭 損 失 總 和 等 于 零的 關(guān) 系 。水 流 順 時 針 方 向 的 管 段 水 頭 損 失 為 正 ， 逆 時 針 方向 的 為 負(fù) 。 0. 002Lijijijhhh 管 網(wǎng) 計 算 基 礎(chǔ) 方 程能 量 方 程如 水 頭 損 失 用 指 數(shù) 公 式 h=sqn表 示 ， 則 能 量方 程 還 可 以 表 示 為 ： 0. 002Lnijij nijij nijij qs qs qs 管 網(wǎng) 計 算 基 礎(chǔ) 方 程壓 降 方 程 正，流向節(jié)點時為負(fù)。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(fù)號視進。連接該節(jié)點的管段數(shù)管段摩阻；對某一基準(zhǔn)點

43、的水壓；和節(jié)點，則有又Ns jiH,H 0qq /ij ji N1 1iji 11 nij jii nij jinijijijnijijij s HHq s HHshqqsh 第 八 節(jié) 管 網(wǎng) 計 算 方 法 分 類給 水 管 網(wǎng) 計 算 實 質(zhì) 上 是 聯(lián) 立 求 解 連 續(xù)性 方 程 、 能 量 方 程 和 管 段 壓 降 方 程 。在 管 網(wǎng) 水 力 計 算 時 ， 根 據(jù) 求 解 的 未 知數(shù) 是 管 段 流 量 還 是 節(jié) 點 水 壓 ， 可 以 分為 解 環(huán) 方 程 、 解 節(jié) 點 方 程 和 解 管 段 方程 三 類 ， 在 具 體 求 解 過 程 中 可 采 用 不同 的 算

44、 法 。 解 環(huán) 方 程管 網(wǎng) 經(jīng) 流 量 分 配 后 ， 各 節(jié) 點 初 分 流 量 已 滿 足 連 續(xù)性 方 程 ， 可 是 由 該 流 量 求 出 的 管 段 水 頭 損 失 ， 并不 同 時 滿 足 L個 環(huán) 的 能 量 方 程 。 為 此 必 須 多 次 將 各管 段 的 流 量 反 復(fù) 調(diào) 整 ， 直 到 滿 足 能 量 方 程 ， 從 而得 出 各 管 段 的 最 終 流 量 和 水 頭 損 失 。解 環(huán) 方 程 時 ， 哈 代 克 羅 斯 (Hardy Cross)法 是其 中 常 用 的 一 種 算 法 。 由 于 環(huán) 狀 網(wǎng) 中 ， 環(huán) 數(shù) 少 于節(jié) 點 數(shù) 和 管 段 數(shù)

45、 ， 相 應(yīng) 的 以 環(huán) 方 程 數(shù) 為 最 少 ， 因而 成 為 手 工 計 算 時 的 主 要 方 法 。 解 節(jié) 點 方 程解 節(jié) 點 方 程 是 在 假 定 每 一 節(jié) 點 水 壓 的 條 件 下 ， 應(yīng)用 連 續(xù) 性 方 程 以 及 管 段 壓 降 方 程 ， 通 過 計 算 調(diào) 整 ，求 出 每 一 節(jié) 點 的 最 終 水 壓 。 節(jié) 點 的 水 壓 已 知 后 ，即 可 以 從 任 一 管 段 兩 端 節(jié) 點 的 水 壓 差 得 出 該 管 段的 水 頭 損 失 ， 進 一 步 從 流 量 和 水 頭 損 失 之 間 的 關(guān)系 算 出 管 段 流 量 。工 程 上 常 用 的 算

46、 法 有 哈 代 克 羅 斯 法 。解 節(jié) 點 方 程 是 應(yīng) 用 計 算 機 求 解 管 網(wǎng) 計 算 問 題 時 ，應(yīng) 用 最 廣 的 一 種 算 法 。 解 管 段 方 程該 法 是 應(yīng) 用 連 續(xù) 性 方 程 和 能 量 方 程 ， 求 得各 管 段 流 量 和 水 頭 損 失 ， 再 根 據(jù) 已 知 節(jié) 點水 壓 求 出 其 余 各 節(jié) 點 水 壓 。需 借 助 計 算 機 才 能 快 速 求 解。解 管 段 方 程 同 解 環(huán) 方 程 的 區(qū) 別 在 于 ， 解 環(huán) 方 程 ， 初 分 流量 已 滿 足 連 續(xù) 性 方 程 ， 然 后 解 能 量 方 程 ， 調(diào) 整 初 分 流 量 ，得 最 終 管 段 流 量 和 水 頭 損 失 。 而 解 管 段 方 程 ， 則 是 通 過一 定 手 段 的 簡 化 上 來 就 同 時 解 連 續(xù) 性 方 程 （ 不 初 分 流 量 ）和 能 量 方 程 ， 因 此 工 作 量 大 ， 需 電 算 ， 但 所 得 結(jié) 果 直 接就 是 滿 足 要 求 的 管 段 最 終 流 量 和 水 頭 損 失 。