管段流量

q1－Q+q1-2+q1-4=0
➢ 对节点1来说，即使进入管网的总流 量流有Q量不和，同节如的点q分1流配-2，量，和q也1q已就1-知是4等，有值各不，管同还段的可的管以 段流量。
➢ 如果在分配流量时，对其中的一条， 例而4保，持如另因水管一q流段管1-2的1段+—q连121—续-分44仍性配分等，很配于这大很Q时的小－敷流的q管量流1 费，q量1用即q-21，虽然比较经济，但明显和安全供水 产生矛盾。因为当流量很大的管段 1—2损坏需要检修时，全部流量必 须在管段l—4中通过，使该管段的 水头损失过大，从而影响到整个管 网的供水量或水压。
➢ 节点流量：是从沿线流量折算得出的并且 假设是在节点集中流出的流量。
沿线流量
➢ 工业企业给水管网，大量用水集中在少数 车间，配水情况比较简单。
➢ 城市给水管线，沿管线配水，情况比较复 杂。
➢ 假定用水量均匀分布在全部干管上。 ➢ 比流量：干管线单位长度的流量。
沿线流量
➢ 比流量计算
qs
Q
q l
0，得：
1 0.577 3
如 100，即转输流量远大于沿线流量的管段，折算系数为 0.50
管段在管网中的位置不同，值不同，折算系数值也不等。
一般，管网起端的管段，转输流量q t远大于沿线流量q1，
qt q1
值很大，值接近于0.5；
靠近管网末端的管段， 0，值大于0.5。
为便于管网计算，通常统一采用 0.50，即将沿线流量折半作为管段两端的节点流量。
➢ 沿线流量化成节点流量的原理：是求出一个沿线 不变的折算流量q，使它产生的水头损失等于实 际上沿管线变化的流量qX产生的水头损失。
➢ q=qt+αq1 ➢ 折算系数α：是把沿线变化的流量折算成在管段
两端节点流出的流量，即节点流量的系数。
节点流量
➢ 折算系数α的求导
管段1 — 2任一断面上的流量为：
➢ 但简化后的管网基本上能反映实际用水情况，使计 算工作量可以减轻。
➢ 管网图形简化是在保证计算结果接近实际情况的前 提下，对管线进行的简化。
管网图形及简化
➢ 管网图形简化可分为分解、合并、省略 ✓ 分解：只由一条管线连接的两管网，都可以把连
接管线断开，分解成为两个独立的管网。由两条 管线连接的分支管网，如它位于管网的末端且连 接管线的流向和流量可以确定，也可进行分解， 管网经分解后即可分别计算。 ✓ 合并：管径较小、相互平行且靠近的管线可考虑 合并。 ✓ 省略：管线省略时，首先是略去水力条件影响较 小的管线，也就是省略管网中管径相对较小的管 线，管线省略后的计算结果是偏于安全的。
折算流量q q t q1 折算流量所产生的水头损失为：
0.5q1
0.5q1
h aq 2L aq t q1 2 L aq12L 2 则有： 2 2 1
3 2 1
3
qt+0.5q1
1
2
qt+q1
qt
折算系数只和
qt q1
值有关，在管网末端的管段，因转输流量q t为0，则
沿线流量和节点流量
➢ 起点和终点重合的管线称为管网的环。
✓ 环中不含其它环，称为基环。 ✓ 几个基环合成的环，称为大环。 ✓ 多水源的管网，为了计算方便，有时将两个或多个水压已
定的水源节点（泵站、水塔等）用虚线和虚节点0连接起 来，也形成环，因实际上并不存在，所以叫做虚环。
沿线流量和节点流量
➢ 沿线流量：是指供给该管段两侧用户所需 流量。
管网计算的课题
➢ 管网计算步骤
✓ 求沿线流量和节点流量； ✓ 求管段计算流量； ✓ 确定各管段的管径和水头损失； ✓ 进行管网水力计算或技术经济计算； ✓ 确定水塔高度和水泵扬程。
第二节 管网图形及简化
➢ 在管网计算中，城市管网的现状核算以及现有管网 的扩建计算最为常见。
➢ 除了新设计的管网，因定线和计算仅限于干管而不 是全部管线的情况外，对改建和扩建的管网往往将 实际的管网适当加以简化，保留主要的干管，略去 一些次要的、水力条件影响较小的管线。
➢ 管段起端的流量等于转输流量qt加沿线流量q1，到末端只 有转输流量qt ，因此从管段起点到终点的流量是变化的。
节点流量
➢ 对于流量变化的管段，难以确定管径和水头损失， 所以有必要将沿线流量转化成从节点流出的流量。 这样，沿管线不再有流量流出，即管段中的流量 不再沿管线变化，就可根据该流量确定管径。
qX
qt
q1
q1 L
x
qt
q1
Lx L
q1
L x L
式中
qt q1
。根据水力学，管段dx中的水头损失为：dh
aq
n x
dx
a — —管段的比阻；n通常取2。则有：
dh
aq
2 x
dx
aq12
L x 2 dx L
aq12 L2
L L x 2 dx
流量变化的管段L中的水头损失可表示为：
➢ 分配流量时，必须保持每一节点的水流连续性，也就是流 向任一节点的流量必须等于流离该节点的流量，以满足节 点流量平衡的条件。
qi qij 0
qi — —节点i的节点流量，L / s； qij — —从节点i到节点j的管段流量，L / s。
假定离开节点的流量为正，
流向节点的流量为负。
管段计算流量
网建造费用和管理费用为最小。 ➢ 可靠性是指能向用户不间断地供水，并且保证应有的水量、
水压和水质。 ➢ 经济性和可靠性之间往往难以兼顾，一般只能在满足可靠
性的要求下，力求管网最为经济。
管段计算流量
➢ 环状网流量分配的步骤 ✓ 按照管网的主要供水方向，初步拟定各管段的水流方向并选定整个管
网的控制点。控制点是管网正常工作时和事故时必须保证所需水压的 点，一般选在给水区内离二级泵站最远或地形较高之处。 ✓ 为了可靠供水，从二级泵站到控制点之间选定几条主要的平行干管线， 这些平行干管中尽可能均匀地分配流量，并且符合水流连续性即满足 节点流量平衡的条件。这样，当其中一条干管损坏，流量由其它干管 转输时，不会使这些干管中的流量增加过多。 ✓ 和干管线垂直的连接管，其作用主要是沟通平行干管之间的流量，有 时起一些输水作用，有时只是就近供水到用户，平时流量一般不大， 只有在干管损坏时才转输较大的流量，因此连接管中可分配较少的流 量。
管网图形及简化
第三节 沿线流量和节点流量
➢ 管网计算时并不包括全部管线，而是只计算经过 简化后的干管网。
➢ 干管网的节点包括：
✓ 水源节点，如泵站、水塔或高位水池； ✓ 不同管径或不同材质的管线交接点； ✓ 两管段交点或集中向大用户供水的点。
➢ 两节点之间的管线称为管段。 ➢ 管段顺序连接形成管线。
qs — —比流量，L /(s m)； Q — —管网总用水量，L / s；
q — —大用户集中用水量总和，L / s；
l — —干管总长度，m，不包括穿越广场、公园等无建筑物地区
（不配水）的管线；只有一侧配水的管线，长度按一半计算。
沿线流量
➢ 沿线最高用水时和最大转输时的比流量不同，所 以在管网计算时须分别计算。
第四节 管段计算流量
➢沿线任一管段的计算流量实际上包括该管 段两侧的沿线流量和通过该管段输送到以 后管段的转输流量。为了初步确定管段计 算流量，必须按最大时用水量进行流量分 配，得出各管段流量后，才能据此流量确 定管径和进行水力计算。
➢求出节点流量后，就可以进行管网的流量 分配，分配到各管段的流量已经包括了沿 线流量和转输流量。
第一节 管网计算的课题
➢新建和扩建的城市管网按最高时用水量Qh 计算，据此求出所有管段的直径、水头损失、 水泵扬程和水塔高度(当设置水塔时)。并在 此管径基础上，按其它用水情况，如消防时、 事故时、对置水塔系统在最高转输时各管段 的流量和水头损失，从而可以知道按最高用 水时确定的管径和水泵扬程能否满足其它用 水时的水量和水压要求。
➢ 城市内人口密度或房屋卫生设备条件不同的地区， 也应该根据各区的用水量和干管线长度，分别计 算其比流量，以得出比较接近实际用水的结果。
➢ 沿线流量的计算：
q1 qsl q1 — —沿线流量，L / s； L — —该管段的长度，m。
整个管网的沿线流量总和∑q1，等于qs∑l。 ∑qsl值等 于管网供给的总用水量减去大用户集中用水量，即 等于Q－∑q。
因此，须在上述流速范围内，根据当地的经济条件，考 虑管网的造价和经营管理费用，来选定合适的流速。
管径计算
D 4q
v
D — —管段直径，m； q — —管段流量，m3 / s； v — —流速，m / s。
➢ 流量已定时，管径和流速的平方根成反比。流量相同时， 如果流速取得小些，管径相应增大，此时管网造价增加， 可是管段中的水头损失却相应减小，因此水泵所需扬程可 以降低，经常的输水电费可以节约。
管段计算流量
➢ 环状网可以有许多不同的流量分配方案，每一方案所得的 管径也有差异，管网总造价也不相等。
➢ 使环状网中某些管段的流量为零，即将环状网改成树状网， 才能得到最经济的流量分配，但是树状网并不能保证可靠 供水。
➢ 环状网流量分配时，应同时照顾经济性和可靠性。 ➢ 经济性是指流量分配后得到的管径，应使一定年限内的管
管段计算流量
➢ 单水源树状管网流量分配
➢ 任一管段的流量等于该管段以后（顺水流方向）所有节点 流量的总和。 如q3-4=q4+q5+q8+q9+q10
➢ 树状网的流量分配比较简单，各管段的流量易于确定，并 且每一管段只有唯一的流量值。
管段计算流量
➢ 环状网流量分配
➢ 环状网的流量分配比较复杂。任一节点的流量包括该节点 流量和流向以及流离该节点的几条管段流量。所以环状网 流量分配时，不可能对每一管段得到唯一的流量值。