第3章给水排水管道系统
(整理)第三章给水排水管道系统水力计算基础
第三章给水排水管道系统水力计算基础本章内容：1、水头损失计算2、无压圆管的水力计算3、水力等效简化本章难点：无压圆管的水力计算第一节基本概念一、管道内水流特征进行水力计算前首先要进行流态的判别。
判别流态的标准采用临界雷诺数Re k，临界雷诺数大都稳定在2000左右，当计算出的雷诺数Re小于2000时，一般为层流，当Re大于4000时，一般为紊流，当Re介于2000到4000之间时，水流状态不稳定，属于过渡流态。
对给水排水管道进行水力计算时，管道内流体流态均按紊流考虑紊流流态又分为三个阻力特征区：紊流光滑区、紊流过渡区及紊流粗糙管区。
二、有压流与无压流水体沿流程整个周界与固体壁面接触，而无自由液面，这种流动称为有压流或压力流。
水体沿流程一部分周界与固体壁面接触，另一部分与空气接触，具有自由液面，这种流动称为无压流或重力流给水管道基本上采用有压流输水方式，而排水管道大都采用无压流输水方式。
从水流断面形式看，在给水排水管道中采用圆管最多三、恒定流与非恒定流给水排水管道中水流的运动，由于用水量和排水量的经常性变化，均处于非恒定流状态，但是，非恒定流的水力计算特别复杂，在设计时，一般也只能按恒定流(又称稳定流)计算。
四、均匀流与非均匀流液体质点流速的大小和方向沿流程不变的流动，称为均匀流；反之，液体质点流速的大小和方向沿流程变化的流动，称为非均匀流。
从总体上看，给水排水管道中的水流不但多为非恒定流，且常为非均匀流，即水流参数往往随时间和空间变化。
对于满管流动，如果管道截面在一段距离内不变且不发生转弯，则管内流动为均匀流；而当管道在局部有交汇、转弯与变截面时，管内流动为非均匀流。
均匀流的管道对水流的阻力沿程不变，水流的水头损失可以采用沿程水头损失公式进行计算；满管流的非均匀流动距离一般较短，采用局部水头损失公式进行计算。
对于非满管流或明渠流，只要长距离截面不变，也没有转弯或交汇时，也可以近似为均匀流，按沿程水头损失公式进行水力计算，对于短距离或特殊情况下的非均匀流动则运用水力学理论按缓流或急流计算。
给水排水管网水力学基础
∑
当并联管道直径相同时
d1 = d 2 = d =
n m/n m ( Nd i )
= d N = di =
n (N ) m
di
3．4．2 沿线均匀出流的简化 干管配水情况
配水支管
Q 1 q1 q 3 Q2 q2
q5 q4
Q3
q7
配水干管
Q4
q6
t
假设沿线出流是均匀 的，则管道的任一断 面上的流量
管道的水力等效简化
n kq n l kq1n l kq 2 l = m = m = m d d1 d2
n kq N l = m dN
d = (∑ d )
i =1
N
m n i
n m
当并联管道直径相同时， 有：
d = (N ) di
n m
3.1 给排水管网水流特征 3．1．1 流态特征
Re ⎧层流： < 2000 ⎪ ⎪ 1.流态 ⎨过渡流 : 2000 < Re < 4000 ⎪ Re （给排水管网一般按紊 流考虑） ⎪紊流： > 4000 ⎩
第3章 给水排水管网水力学基础 －－管渠稳定流方程 谢才公式：
式中
v2 hf = 2 l C R
（m）
hf――沿程水头损失，m；v――过水断面平均流速，m/s； C――谢才系数； l――管渠长度，m； R――过水断面水力半径，即断面面积除以湿周，m， 对于圆管满流R=0.25D（D为直径）。
圆管满流－达西公式：
n
kq n d m
N
l
kq n l i kq l = ∑ m m d i=1 d i d = (l /
m i=1 d i
∑
N
给排水培训教材——第3章
3排水3.1排水系统划分3.1.1生活排水分为：生活污水、生活废水。
3.1.2建筑物内生活排水系统划分：1 按排水水质分为：污废合流、污废分流。
2 按通气方式分为：1）不通气的排水系统。
2）设有通气管系的排水系统――仅设伸顶通气排水系统、专用通气立管排水系统、环形通气排水系统和器具通气排水系统。
3）特殊单立管排水系统――特殊配件的单立管排水系统、螺旋管排水系统。
3.1.3建筑物内雨水管道应与生活排水管道分别设置，单独排出。
3.1.4建筑物外小区排水分为：分流制、合流制。
1 分流制：用不同管渠分别收纳小区内生活排水和雨水的排水方式。
2 合流制：用同一管渠收纳小区内生活排水和雨水的排水方式。
3.2排水系统选择3.2.1建筑物内生活排水系统的选择，应根据排水性质及污染程度，结合室外排水体制和有利于综合利用与处理要求确定。
1 当建筑物采用中水系统时，所选用的原水系统的排水宜按排水水质分流排出。
2 当有污水处理厂时，生活废水与生活污水宜合流排出。
当生活污水需经化粪池处理时，其生活污水宜与生活废水分流。
3.2.2下列情况下的建筑排水应单独排水至水处理或回收构筑物1 公共餐饮业厨房排水及含有大量油脂的生活废水。
2 洗车台、汽车修理间含有泥沙、机油的废水。
3 燃油锅炉房、柴油发电机房的油箱间的地面排水。
4 超过排放标准、含有大量病菌、放射性元素的医院污水。
5 排水温度超过40℃的锅炉、水加热器等设备的排污水。
6 可重复利用的冷却水。
7 中水系统需要回用的生活废水。
3.2.3生活污水不宜与公共餐饮业厨房废水合用室内排水管道。
如需合用时，厨房废水必须先经过隔油处理。
3.2.4建筑物内生活排水一般采用重力排水。
当无条件重力排出时，可利用水泵提升压力排水。
3.3 排水管道计算3.3.1 卫生器具排水的流量、当量和排水管的管径应按规范中“卫生器具排水流量、当量和排水管的管径”一表确定。
3.3.2 住宅、集体宿舍、旅馆、医院、疗养院、幼儿园、老人院、办公楼、商场、会展中心、中小学教学楼等建筑生活排水设计秒流量，应按下式计算：q p ＝+N ρp 12.0q max式中 q p ——计算管段排水设计秒流量（L/s ）；N p ——计算管段的卫生器具排水当量总数；α——住宅、旅馆、医院、疗养院、幼儿园、老人院的卫生间α＝1.5，集体宿舍、旅馆和其他公共建筑的公共盥洗室和厕所间α＝2.0～2.5q max ——计算管段上最大的一个卫生器具的排水流量（L/s ）。
建筑给水排水设计规范(GB15-88)
中华人民共和国国家标中华人民共和国国家标准建筑给水排水设计规范ＧＢＪ１５—８８工程建设标准局部修订公告第６号国家标准《建筑给水排水设计规范》ＧＢＪ１５－８８Ｖ由上海建筑设计研究院会同有关单位进行了局部修订，已经有关部门会审，现批准局部修订的条文，自１９９８年１月１日起施行，该规范中相应条文的规定同时废止。
现予公告。
中华人民共和国建设部１９９７年９月１日中华人民共和国国家标准建筑给水排水设计规范ＧＢＪ１５-８８主编部门：上海市民用建筑设计院批准部门：中华人民共和国建设部关于发布国家标准《建筑给水排水设计规范》的通知（８８）建标字第１９６号根据原国家建委（８１）建发设字第５４６号文的要求，由上海市建设委员会会同有关部门共同修订的《室内给水排水和热水供应设计规范》已经修订完毕.经有关部门会审，现批准修订后的《建筑给水排水设计规范》ＧＢＪ１５－８８为国家标准，自１９８９年４月１日起施行。
原《室内给水排水和热水供应设计规范》ＴＪ１５－７４同时废止。
本规范由上海市建设委员会管理，具体解释等工作由上海市民用建筑设计院负责。
出版发行由中国计划出版社负责.中华人民共和国建设部１９８８年８月２４日修订说明本规范是根据原国家建委(８１）建发设字第５４６号文件的通知，由上海市民用建筑设计院会同有关单位，共同对原《室内给水排水和热水供应设计规范》ＴＪ１５－７４进行修订而成。
在修订过程中,进行了比较广泛的调查研究，认真总结了原规范执行以来的经验,吸取了部分科研成果，征求了有关单位的意见，经我委组织审查，完成了报批稿。
本规范共分四章。
修改的主要内容有：用水定额、住宅与公共建筑生活给水管道设计秒流量计算公式、生活污水排水设计秒流量计算方法和雨水道设计方法等。
本规范还补充了高层建筑给水排水、排水管道通气系统和医院污水消毒处理的内容，增设了游泳池和喷泉两节。
其它如防止水质污染、节水节能、安全供水、新型管材等方面也作了较多的修改和补充。
第3章-给水排水管网水力学基础
n
d (N)m di
kqNn l
d
m N
干管配水情况
3.4.2 沿线均匀出流的简化
给水管网中的配水管沿线向用户供水，如图3.6所示。假设沿线出流是 均匀的，则管道内任意断面x上的流量可以表示为：
qx
qt
l
l
x
ql
沿程水头损失：
h f
l
k (qt
l
l
x
2y) D
或
y / D (1 cos ) / 2
2
式中，θ的单位为弧度。
过水断面面积、湿周 和水力半径依次为，
A D2 ( sin ) ，
8
D 和
2
R A D ( sin ) 4
设该管道的坡度为I，满管流时的过水断面面积、水力半径、流量和流速分别 为A0、R0、q0和v0，可得
A0 D2 / 4 ， R0 D / 4 ，
3.1.2 恒定流与非恒定流 由于用水量和排水量的经常性变化，给水排水管道中的流量和流速随时间变化，
水流经常处于非恒定流（又称非稳定流）状态。但是，非恒定流的水力计算 比较复杂，在管网工程设计和水力计算时，一般按恒定流（又称稳定流）计 算。 随着计算机技术快速发展与普及，国内外已经开始研究和采用非恒定流计算给水 排水管网，而且得到了更接近实际的结果。
hf
l v2
D 2g
式中 D──管段直径（m）；g──重力加速度（m/s2）； λ──沿程阻力系数， 8g。 C2
常用管材内壁当量粗糙度e（mm）
表3.1
3.2.3 局部水头损失计算
计算公式 ：
局部阻力系数ζ
式中，hm ──局部水头损失，m； ζ──局部阻力系数，见表3.5。
给水排水管网第四版第三章答案
给水排水管网第四版第三章答案
1.在给水排水管网中，沿层水头损失一般与流速（或流量）的多少次方成正比？为什么？
给排水管网中，水流一般处于湍流，它分3个区域，光滑区Hf与v的1.75次方成正比，光滑管过渡到粗糙管的过渡区，Hf与v的1.75-2.0成正比，阻力平方区，Hf与v的2次方成正比。
2.为什么给水排水管网中的水流实际上是非恒定流，而水力计算时却按恒定流对待？
由于用水量和排水量经常性变化，雨水也是骤涨骤落，水力因素会随着时间变化，所以属于非恒定流。
管道水力计算目的在于合理经济的选择管道断面尺寸、坡度和埋深，如果在设计和施工中注意改善管道水力条件，可使管道内水流动状态尽可能接近均匀恒定流，也可以达到其目的，所以为了简化计算，就按恒定流对待。
3.如果沿层水头损失计算不准确，你认为可能是哪些原因？
沿层水头损失主要是固定边界发生突然变化而引起的，流速分布也发生变化，根据理论公式，水头损失计算不准确可能是局部阻力系数估计偏差大，或是平均流速没算准确，或是重力加速度没准确取当地值。
4.对于非满管流而言，管渠充满度越大过流能力越大吗？为什么？
不会越大，因为充满度是指管道中水深和管道直径的比值，过流能力是反应单位时间内此管道通过的流量，假设直径不变，水深一定范围增加，过流能力会加大，若超过一定范围，反而会阻碍管道过流能力，过流能力会下降。
5.在进行管道沿线均匀出流简化时，如果将一条管道划分为较短的多条管
段，误差会减小吗？
会减小，均匀出流的简化就是将其分为无数小管段，最后积分而成，可以减小误差。
建筑给排水 第3章 建筑内部给水系统水力计算
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概率法：
影响建筑给水流量的主要参数，即任一幢 建筑给水系统中的卫生器具总数量n和 放水使用概率p，在一定条件下有多少 卫生器具同时使用，应遵循概率随机事 件数量规律性。
3.2
给水所需的水量 3.2.2 给水设计秒流量
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1、工业企业生活间、公共浴室、洗衣房、公共食堂、 影剧院、体育馆等建筑设计秒流量计算公式
均值（L/h）；
—— 小时变化系数，最大日中最大小时用水量与 该日平均小时用水量之比。
3.2
3.2.1 给水系统所需水量
给水所需的水量
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生产用水量确定：可按消耗在单位产品上的水 量或单位时间内消耗在生产设备上的水量计算 确定。
建筑内消防水量:消防用水量大而集中，与建筑 物的使用性质、规模、耐火等级和火灾危险程 度等密切相关，为保证灭火效果，应按需要同 时开启的消防用水灭火设备用水量之和计算。 其计算方法详见第五章。
3.2
给水所需的水量 3.2.2 给水设计秒流量
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3 集体宿舍、旅馆、宾馆、医院、疗养院、幼儿园、 养老院、办公楼、商场、客运站、会展中心、中小学 教学楼、公共厕所等建筑的生活给水设计秒流量计算 公式：
q g 0 .2 N g
—— 计算管段中的设计秒流量（L/s）； —— 计算管段上的卫生器具当量总数； —— 根据建筑物用途而定的系数，按表2-7 选用。
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3.2
建筑内部给水管网水力计算
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给水管道单位长度水头损失应按下式计算：
i 105Ch
kPa／m； —— 管段计算内径，（m）； —— 给水管段设计流量，（m3/s）； —— 海澄—威廉系数。
给水排水管道系统水力计算
第三章给水排水管道系统水力计算基础本章内容：1、水头损失计算2、无压圆管的水力计算3、水力等效简化本章难点：无压圆管的水力计算第一节基本概念一、管道内水流特征进行水力计算前首先要进行流态的判别。
判别流态的标准采用临界雷诺数Re k，临界雷诺数大都稳定在2000左右，当计算出的雷诺数Re小于2000时，一般为层流，当Re大于4000时，一般为紊流，当Re介于2000到4000之间时，水流状态不稳定，属于过渡流态。
对给水排水管道进行水力计算时，管道内流体流态均按紊流考虑紊流流态又分为三个阻力特征区：紊流光滑区、紊流过渡区及紊流粗糙管区。
二、有压流与无压流水体沿流程整个周界与固体壁面接触，而无自由液面，这种流动称为有压流或压力流。
水体沿流程一部分周界与固体壁面接触，另一部分与空气接触，具有自由液面，这种流动称为无压流或重力流给水管道基本上采用有压流输水方式，而排水管道大都采用无压流输水方式。
从水流断面形式看，在给水排水管道中采用圆管最多三、恒定流与非恒定流给水排水管道中水流的运动，由于用水量和排水量的经常性变化，均处于非恒定流状态，但是，非恒定流的水力计算特别复杂，在设计时，一般也只能按恒定流(又称稳定流)计算。
四、均匀流与非均匀流液体质点流速的大小和方向沿流程不变的流动，称为均匀流；反之，液体质点流速的大小和方向沿流程变化的流动，称为非均匀流。
从总体上看，给水排水管道中的水流不但多为非恒定流，且常为非均匀流，即水流参数往往随时间和空间变化。
对于满管流动，如果管道截面在一段距离内不变且不发生转弯，则管内流动为均匀流；而当管道在局部有交汇、转弯与变截面时，管内流动为非均匀流。
均匀流的管道对水流的阻力沿程不变，水流的水头损失可以采用沿程水头损失公式进行计算；满管流的非均匀流动距离一般较短，采用局部水头损失公式进行计算。
对于非满管流或明渠流，只要长距离截面不变，也没有转弯或交汇时，也可以近似为均匀流，按沿程水头损失公式进行水力计算，对于短距离或特殊情况下的非均匀流动则运用水力学理论按缓流或急流计算。
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(4) 分区式： 分别在高地区和低地区 敷设独立的管道系统。 高区污水靠重力流直 接流入污水厂，而低 区污水用水泵抽送至 高地区干管或污水厂。
《给水排水工程概论》课件
1.排水管道系统布置形式
(5) 分散式： 城镇中央部分地势高， 且向周围倾斜，四周 有多处排水出路时， 各排水流域的干管常 采用辐射状布置，各 排水流域具有独立的 排水系统。
– 按输水方式分类
• 重力输水管道系统 • 压力输水管道系统
12 3 45
《给水排水工程概论》课件 7 6
单水源的给水系统
1－取水构筑物；2－一级泵站； 3－水处理构筑物； 4－清水池； 5－二级泵站；6－管网； 7－调节构筑物
《给水排水工程概论》课件
多水源的给水系统
1－水厂；2－水塔；3－管网
– 1.排水管道系统布置形式
• 正交式布置 • 截流式布置 • 平行式布置 • 分区式布置 • 分散式布置 • 环绕式布置
– 2.污水管道系统布置 – 3.雨水管渠布置
《给水排水工程概论》课件
1.排水管道系统布置形式
(1) 正交式： 在地势向水体适当 倾斜的地区，各排 水流域的干管以最 短距离沿与水体垂 直相交的方向布置。
排入水 体或再 利用
Q混合污水＞截流干管输水能力， 部分混合污水 溢流井水体
截流式合流制排水系统
1-合流干管 2-溢流井 3-截流主干管 4-污水处理厂 5-出水口 6-溢流出水管 7-河流
《给水排水工程概论》课件
完全式合流制：
将污水和雨水合
流于一条管渠，
污水厂
全部送往污水处
理厂进行处理。
完全式合流制排水系统
– 合流制排水系统
• 直排式合流制 • 截流式合流制 • 完全式合流制
– 分流制排水系统
• 完全分流制 • 不完全分流制
《给水排水工程概论》课件
特点：对水体污 染严重，系统简 单。不宜采用。
直排式合流制排水系统
1-合流支管 2-合流干管 3-河流
晴天和初 降雨时污
水
《给水排水工程概论》课件
污水处 理厂
给水排水 本科课程
《给水排水工程概论》课件
给水排水工程概论
《给水排水工程概论》课件
第3章 给水排水管道系统
• 3.1 给水排水管道系统的任务与组成 • 3.2 给水排水管道系统类型 • 3.3 给水排水管道系统布置 • 3.4 给水排水管道系统设计内容、方法和要求 • 3.5 给水排水管道系统运行管理 • 3.6 给水排水管道材料
《给水排水工程概论》课件
《给水排水工程概论》课件
按输水方式分类
• 重力输水管道系统
– 水源处地势较高，清水池中的水依靠重力进入 管网系统，无动力消耗，较经济。
• 压力输水管道系统
– 依靠泵站加压输水，动力消耗较大。
《给水排水工程概论》课件
3.2 给水排水管道系统类型
• 3.2.2 排水管道系统类型
《给水排水工程概论》课件
1.排水管道系统布置形式
(2) 截流式： 沿河岸敷设主干 管，并将各干管的 污水截流送至污水 厂，是正交式发展 的结果。
《给水排水工程概论》课件
1.排水管道系统布置形式
（3）平行式： 干管与等高线及河道 基本上平行，主干管 与等高线及河道成一 倾斜角敷设。
《给水排水工程概论》课件
《给水排水工程概论》课件
3.1 给水排水管道系统的任务与组成
输
调
水
节
管
构
渠
筑
物
泵
给水管道系统
附
站
属
构
筑
配
物
水
减
管
压
网
设
施
《给水排水工程概论》课件
给水管道系统组成
1-清水池 2-供水泵站 3-输水管 4-配水管网 5-水塔（高位水池） 6-加压泵站 7-减压设施
《给水排水工程概论》课件
3.1 给水排水管道系统的任务与组成
《给水排水工程概论》课件
3.1 给水排水管道系统的任务与组成
• 给水排水管道系统是给水排水工程设施的重要 组成部分，由不同材料的管道以及相应的附属 构筑物构成的输水网络。包括：
– 给水管道系统——承担供水的输送、分配、压 力调节和水量调节，起到保障用户用水的作用。
– 排水管道系统——承担污废水收集、输送、高 程或压力调节和水量调节，起到防止环境污染 和防治洪涝灾害的作用。
《给水排水工程概论》课件
完全分流制排水系统
1-污水干管 2-污水主干管 3-污水厂 4-出水口 5-雨水干管
《给水排水工程概论》课件
不完全分流制排水系统
1-污水干管 2-污水主干管 3-污水厂 4-出水口 5-明渠或小河 6-河流
《给水排水工程概论》课件
《给水排水工程概论》课件
3.3 给水排水管道系统布置
5
排水管道系统的组成
1-排水管网 2-排水调节池 3-排水提升泵站 4-输水管渠 5-出水口
《给水排水工程概论》课件
3.2 给水排水管道系统类型
• 3.2.1 给水管道系统类型
– 按水源数分类
• 单水源给水管道系统 • 多水源给水管道系统
– 按系统构成方式分类
• 统一给水管道系统 • 分质给水管道系统 • 分区给水管道系统 • 区域供水管道系统
• 一般按主干管、干管、支管的顺序进行布置。
《给水排水工程概论》课件
《给水排水工程概论》课件
居住区
1 3
2
工厂
பைடு நூலகம்
6
4
5
分质给水系统
1－管井；2－泵站；3－生活用水管网； 4－生产用 水管网；5－取水构筑物；6－工业用水处理构筑物
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123
4 6
5
分压给水系统
1－取水构筑物；2－水处理构筑物； 3－泵站； 4－高压管网； 5－低压管网； 6－水塔
《给水排水工程概论》课件
1.排水管道系统布置形式
(6) 环绕式： 沿四周布置主干管， 将各干管的污水截流 送往污水厂集中处理， 这样由分散式发展成 环绕式布置。
《给水排水工程概论》课件
2.污水管道系统布置
• 污水管道系统布置的内容包括：
– 确定排水区界，划分排水流域； – 选定污水厂和出水口的位置； – 进行污水管道系统的定线； – 确定需要抽升区域的泵站位置； – 确定管道在街道上的位置等。
• 3.3.1 给水管道系统布置
– 1.输水管渠布置
• 尽量缩短管线长度； • 选择合理的线路，避免穿越； • 尽量采用重力输水或分段重力输水； • 远近期结合； • 保证输水管渠的安全使用。
– 2.配水管网布置
• 树状管网 • 环状管网
《给水排水工程概论》课件
3.3 给水排水管道系统布置
• 3.3.2 排水管道系统布置