第六章_给水管网设计与计算
给水排水管网系统设计计算
一、管网水力分析的前提（恒定流基本方程组必须可以求解） 必须已知各个管段的水力特性（管段流量与水头之间的关系）
i＝1，2，3，……M 式中：hi－管段压降，(水流通过该管段所产生的能量损失)，m。 qi－管段流量，m3/s。 si－管段阻力系数，反映管段对水流的阻力大小。 hei－管段扬程，即管段上的泵站提供给水流的总能量，就 等于泵站的静扬程，m。 n－管段阻力系数（与水头损失计算公式相一致） 公式中已经考虑了管段流量的正负值情况,管段水头损失的 方向与流量方向一致（当管段水流流向与管段设定方向不一致时， 管段流量为负值）。
* Fi * Ti * Fi * Ti
* i
i＝1，2，3，…,M。
上式说明，如果R＝0，则所有节点水头同时降低或者增加一个 相同的量，不会影响方程组的成立，方程组无确定的解。
所以，方程组有确定解的充分条件是R≧1。
二、恒定流基本方程组的线性变换
线性变换：a、方程等式两边同时乘一个不为零的常数； b、两个方程式相加或者相减。 1、节点流量连续性方程组的变换 将两个或者多个相邻的彼此关联的节点的流量方程相加， 得到新的流量连续性方程。（其工程意义在于：得到有多个 节点组成的大节点的流量连续性方程，可以大大地简化计 算）。 也可以通过对管网图割集取隔离体，运用质量守恒定律， 直接得到大节点的连续性流量方程。 树状管网中，每条管段均是一个割集，它们的连续性流 量方程组中，每个方程只包含一个管段流量，如果对应的节 点流量已知，则很容易求出各个管段流量。
此式为给水管网水力计算的基础方程。
§ 6.4 解环方程的水力分析
以环流量为未知量，求解环能量方程组（水力平差法） 。 一、 环能量方程组的线性化 1、 管段水力特性线性化
(浙江安装工程计价)第六章-给排水工程计量与计价(基础知识、施工图识图)
图 2-21 浴盆 1—浴盆；2—混合阀门；3—给水管；4—莲蓬头；5—软管；6—
存水弯；7—排水管
④ 淋浴器。淋浴器多用于工厂、学校、机关、部队公共浴室和 集体宿舍、体育馆内。与浴盆相比，淋浴器具有占地面积小、设备费 用低、耗水量小、清洁卫生、避免疾病传染等优点。淋浴器有成品的， 也有现场安装的。如图 2-22 所示为现场安装的淋浴器。
(2)生产给水系统 供给各类产品生产过程中所需的用水、生产设备 的冷却、原料和产品的洗涤及锅炉用水等的给水系统。生产用水对水 质、水量、水压及安全性随工艺要求的不同，而有较大的差异。
(3)消防给水系统 供给各类消防设备扑灭火灾用水的给水系统。 消防用水对水质的要求不高，但必须按照建筑设计防火规范保证供应 足够的水量和水压。
图 2-22 淋浴器
卫生洁具
(3)洗涤器具 ①洗涤盆。装设在厨房或公共食堂内，用来洗涤碗碟、蔬菜等。 洗涤盆有单格和双格之分，双格洗涤盆一格洗涤，另一格泄水。如图 2-24 所示为双格洗涤盆安装图。
图 2-24 双格洗涤盆安装
② 化验盆。设置在工厂、科研机关和学校的化验室或实验室内， 盆内已带水封，根据需要，可装置单联、双联、三联鹅颈龙头，如图 2-25 所示。
图 2-3 水表节点
图 2-4 有旁通管的水表节点
水表井
(3)给水管道系统 给水管道系统是指输送给建筑物内部用水的 管道系统，由给水管、管件及管道附件组成，按所处位置和作用，分 为给水干管、给水立管和给水支管。
(4)管道附件 管道附件是指用以输配水、控制流量和压力的附 属部件与装置。在建筑给水系统中，按用途可以分为配水附件和控制 附件。
(1)便溺用卫生器具 便溺用器具设置在卫生间和公共厕所，用 来收集生活污水。便溺器包括便器和冲洗设备。
给水管网设计与计算(2)
H7=H8+h9=41.5+0.97=42.47 m …
H1=12.00 （1）清水池 泵站 [1]320 （2） [2]650 （3） [3]550 [4]270 （4） 水塔（5）
[5] （6） [8]590
[6] （7）
[7]360 [9]490 （8）
由节点（8）求出其他节点水头：
设计工况水力分析计算结果 管段或节点编号 管段压降(m) 节点水头(m) 服务水头（m） 2 3.86 3 0.38 4 0.75 43.26 46 5 2.82 44.01 6 1.24 7 1.76 8 2.24 41.5 41.5 9 0.97 / /
kqin h pi ( H Ti H Fi ) m li Di
[练习1] 树枝网水力计算
某城市供水管网如图（水塔到节点0的管段两侧无用户），最高日最 高时用水量86.81L/s，节点４接某工厂，工业用水量 6.94L/s 。城市地形平坦，地面标高为5.OOｍ，全网要求最 小自由水压为16ｍ。进行计算: 1、管段设计流量（比流量-沿线流量-节点流量-管段流量） 2、主干管管径 3、节点水头和泵站扬程。 3
给水管网设计节点数据 节点编号 地面标高(m) 要求自由水压(m) 服务水头(m) 1 13.6 / / 2 18.8 24.0 42.8 3 19.1 28 47.1 4 22 24 46 5 32.2 / / 6 18.3 28 46.3 7 17.3 28 45.3 8 17.5 24 41.5
第六章 给水管网设计与计算(2)
管网计算步骤
1、求沿线流量和节点流量； 2、求管段计算流量； 3、确定各管段的管径和水头损失； 4、进行管网水力计算和技术经济计算； 5、确定水塔高度和水泵扬程。
给排水给水管网设计计算
3 给水管网设计计算3.1城市用水量计算设计给水系统时，首先需确定该系统在设计年限内达到的用水量，因为系统中的取水、水处理、泵站和管网等设施的规模都必须根据设计用水量确定，因此会直接影响建设投资和运行费用。
城市总用水量计算时，应包括设计年限内该给水系统所供应的全部用水，即居住区综合生活用水、工业企业生产用水和职工生活用水、消防用水、浇洒道路和绿地用水以及未预见水量和管网漏失水量，但不包括工业自备水源所需的水量[9]。
3.1.1最高日用水量城市用水量包括综合生活用水、工业生产用水、消防用水、浇洒道路和绿地用水、未预见水量和管网漏失量[10]。
该城市总人口为30万人，属于中小城市，取最高日综合生活用水定额为336L/（人·d），用水普及率为100%。
综合生活用水：城市最高日综合生活用水量Q1为Q1 = qNf=336×1.37×30×100%×410×310 =1380963m/d式中:q为最高日综合生活用水定额,3m/(d · cap),N为设计年限内计划人口数；f为自来水普及率，%。
工业用水为:Q2=5500+2300+3000+2900+4000+3200=209003m/d 浇洒道路和绿地用水:浇洒道路和绿化用水量Q3，应根据路面、绿化、气候和土壤等情况，参照相应的用水定额确定。
Q3=3%（Q1+Q2）=3%×(138096+20900)=47703m/d未预见的管网漏失水量:未预见的管网漏失水量Q4为上述用水量的15%～25%。
Q4=20%（Q1+Q2+Q3）=20%×（138096+20900+4770）=327533m/d 最高日用水量为:Q d = Q1+Q2+Q3+Q4=138096+20900+4770+32753=1965193m/d3.1.2最高时用水量城市最高日用水量变化情况见表3从表中可以看出8～9时为用水量最高时，其用水量为：Q h = 11257.163m/h = 3127 L/s表3 城市用水量变化情况表3.2 方案一给水管网设计计算3.2.1一级泵站设计流量Q1=1.05×196519/24=8597.713m/h其中水厂自用水系数取1.053.2.2二级泵站设计流量及分级供水根据24h用水量变化曲线拟定二级泵站供水线。
第6章给水管网的设计计算
ql
qx
qt
1 ql
q
L
ql
qt
ql
L
dx
ql qt
x
qt
qx
qt
ql
L L
x
ql
L L
x
qt / ql
dh
dx qx2
dx
ql2
L L
x
2
h
L 0
dh
L
ql
2
2
1 3
hij
Hi
H
j
L d
2
2g
8
2D5g
LQ 2
LQ2 SQ2
6.2 管网图形及简化
➢管网计算中，城市管网现状核算、现有管网扩建计 算最为常见。
➢除新设计管网，定线和计算仅限于干管，对改建和 扩建管网往往适当简化，保留主要干管，略去次要、 水力条件影响较小的管线。
➢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，这样能减轻计算工作量。
节点：有集中流量进出、管道合并或 环：起点与终点重合的管线 分叉以及边界条件发生变化的地点
忽略：管网中主要起联络作 用的管段，由于正常运行时 流量很小，对水力条件影响 很小，计算时可忽略。
分解
忽略
管段合并：长度近似相等、 彼此几乎平行且相距很近的 两条管段计算时可合并。
节点合并：距离很近的两个节 点计算时可视为一个节点。
管网图形及简化
经分解、合并和省略 等，管网由原来42个
环减少到21环。
使环状网某些管段流量为零，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。
给水管网设计计算
假定水量沿管网长度均匀流出。管线单位长度上的配水流量，称 为长度比流量，记作qs。
3
第6章 给水管网的设计计算
6.3管段设计流量计算
6.3.1沿线流量
0.5 (600 600 600) 3 800 600 500
4400 ( m)
2．配水干管比流 量
qcb
Qh
qi l
260 120 4400
0.03182 l / s m
绿地
Q=260L/s 17.50
1
600 5
7.95 7
居住区
27.05 600 6
500
30.22
居住区 居住区 居住区 居住区
140.00
集中 流量 (L/s)
40 40 40
节点总 流量 (L/s)
17.50 57.50 62.28 57.50 27.05 30.22
节 点
节点连的管段
1 1-2 , 1-5 2 1-2 , 2-3 3 2-3 , 3-4 , 3-5 4 3-4 , 4-6 5 1-5 , 3-5 , 5-6 6 4-6 , 5-6 , 7-6 7 6-7
合 计
节 点 流 量(L/s)
0.5(25.45+9.55)=17.50 0.5(25.45+9.55)=17.50 0.5(9.55+9.55+25.45)=22.28 0.5(25.45+9.55)=17.50 0.5(9.55+25.45+19.09)=27.05 0.5(25.45+19.09+15.91)=30.22 0.5(15.91)=7.95
第六章给水管网的设计计算
第六章给水管网的设计计算6.1给水系统的流量关系给水管网设计计算任务：在最高时用水情况下，计算各管段的流量；确定各管段的管径和水头损失；确定水泵的扬程和水塔的高度，并在特殊情况下，对管网管径和水泵扬程进行校核。
管网计算会遇到两类课题：1.管网设计计算（最高时）--第一类课题1.1供水起点水压未知1.2供水起点水压满足用户要求2.管网复核计算（消防时、事故时及最大转输时等）--第二类课题6.2管网图形的性质与简化6.2.1管网图形的性质给水管网是由管段和节点构成的有向图，节点包括:1.配水水源点 2.不同管径或不同材质的交界点 3.管网中管段的交汇点或集中向大用户供水的点6.2.2管网图形的简化6.3管段设计流量计算 6.3.1沿线流量管网配水情况比较复杂，高峰流量各异。
计算时加以简化。
比流量法，假定小用水户的流量沿线均匀分布在全部干管上。
长度比流量和面积比流量（1）长度比流量假定水量沿管网长度均匀流出。
管线单位长度上的配水流量，称为长度比流量，记作qs 。
⎪⎩⎪⎨⎧⋅-=∑∑∑∑不配水：计算长度为零的一半单侧配水：取管道实长双侧配水：取管道实长。
，—配水干管计算总长度—；的总和，水量）流量（最高日最高时用—管网中大用水户集中—；—管网总用水量，—式中m L s l Q s l Qms l LQ Q qi h is ///2.面积比流量假定沿线流量均匀分布在整个供水面积上。
管线单位面积上的配水流量，称为面积比流量，记作qA 。
注意：1）面积比流量考虑了沿线供水面积（人数）多少对管线配水的影响，计算结果更接近实际配水情况，但计算较麻烦。
当供水区域的干管分布比较均匀时，二者相差很小。
这时，用长度比流量较好。
2）当供水区域内各区卫生设备或人口密度相差较大时，各区的比流量应分别计算。
3）同一管网，比流量的大小随用水量变化而变化。
各种工况下需分别计算。
积总和，—需沿线配水的供水面—式22iA m A m s l AQ Q q ∑∑∑⋅-=/6.3管段设计流量计算6.3.2节点流量化渐变流为均匀流，以变化的沿线流量折算为管段两端的节点流量→节点流量折算流量qif=qzs+qi=qzs+αqy=qzs+0.5qy解：1．配水干管计算总长度2．配水干管比流量)...m ( 4400 500600 8003600)600(6000.5L L L L L L 50L 50 L 50L 6576645321433251=++⨯+++⨯=+++++++=--------∑ms l lq Q q ih cb ⋅=-=-=∑∑/ 0.0318244001202603．沿线流量：各 管 段 沿 线 流 量 计 算)/( s l l q q i cb y ⋅=4．节点流量计算：各 管 段 节 点 流 量 计 算6.3管段设计流量计算 6.3.2节点流量管网上各节点的流量包括由沿线流量折算的节点流量和大用户的集中流量。
第6章 给水管网的设计计算
《给水排水管道系统》课件——第6章 给水管网的设计计算
供水起点水压未知
供水起点水压已知
(2)管网校核计算 在管网管径已知的前提下，按管网在各种用水情况下的 工作流量，分别求出各节点的计算流量，确定各管段的流量 和水头损失，分析计算结果，得出管网在各种用水情况下的 流量和水压，以此校核按最高时用水确定的水泵扬程。 （消防时、最大转输时、事故时 ）
《给水排水管道系统》课件——第6章 给水管网的设计计算
③虚环 对于多水源管网，为了计算方便，将有两个或两个以 上水压一定的水源节点(泵站、水塔等)用虚管线与虚节点 连接时，也形成环，因实际上并不存在，故称为虚环。虚 环数等于配水源数减一，或等于虚管段数减一。 由多面体的欧拉定理，可导出平面管网图形的节点(包 括虚节点O)数J、管段(包括虚管段)数P和基环(包括虚环 )数L之间的关系：
7.85
17.02 17.02
17.02
7.85 15.69 5.19 95.50
《给水排水管道系统》课件——第6章 给水管网的设计计算
（4）节点流量计算 节点5的节点流量为：
q5 0.5 q y 0.（q y 4 5 q y 5 6 q y 5 2） 5 0.5(7.85 15.70 17.02) 20.28L / s
qs Q Qi
L
(6 - 2)
《给水排水管道系统》课件——第6章 给水管网的设计计算
Q ——管网总用水量（L/s）;
Q ——工业企业及其他大用户的集中流量之和 （L/s） ; L
i
——管网配水干管总计算长度(m)。
1 （l)单侧配水的管段按实际长度的一半计入； L L实 际 2
1∼2、2∼5、2∼3 0.5（7.85+17.02+7.85）=16.36 2∼3、3∼6 1∼4、4∼5 0.5（7.85+17.02）=12.44 0.5（7.85+17.02）=12.44
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池）或者设置水塔（或高位水池）两种方案。
单水源给水系统
• 不设水塔或高位水池，供水泵站设计供水流量为最 高时用水量；
• 设置水塔或高பைடு நூலகம்水池，应设计泵站供水曲线。
具体要求： • 泵站供水量一般分两级； • 泵站各级供水线尽量接近用水线； • 应注意每级能否选到合适水泵，以及水泵机组的合
理搭配； • 必须使泵站24小时供水量之和与最高日用水量相等。
例：
二级供水 第一级：从20点到5点，供水量2.78%； 第二级：从5点到20点，供水量5%； 总供水量：2.78%*9+5%*15=100%
供水泵站、水塔或高位水池设计流量
若最高日用水量为45000m3/d
▪ 不设水塔或高位水池，供水泵站设计供水流量为： 45000×6%×1000/3600=750(L/s)
生活用水 一般车间 热车间
用水量(L/人.d) 时变化系数Kh
25
3.0
35
2.5
淋浴用水 不太脏污身体的车间 40 非常脏污身体的车间 60
每班淋浴时间 以45min计算， 时变化系数为1
生产用水量 单位产品日用水量、单位设备日用水量、万元产值取水量等
3）消防用水量标准 4）其他用水量
市政用水：街道洒水量1-2升/m2次，2-3次/天， 绿化1.5-4升/m2次，1-2次
三、调节容积计算
W M ( Q 1 a Q 2 ) x M ( Q 1 iQ 2 n )
四、清水池和水塔容积设计
W W 1W 2W 3W 4
W1 ——清水池调节容积，m3; W2 ——消防储备水量，m3; W3 ——给水处理系统自用水量，m3; W4 ——安全储备水量，m3。
例：6.2 p124
▪ 设置水塔或高位水池，供水泵站设计供水流量： 45000×5%×1000/3600=625(L/s)
▪ 水塔或高位水池的设计供水流量： 45000×（6%-5%）×1000/3600=125(L/s)
▪ 水塔或高位水池的最大进水流量（2-4点） 45000×（2.78%-1.5%）×1000/3600=160(L/s)
5）未预见水量和管网漏失水量 Q5=（0.15~0.25）（Q1+ Q2 + Q3 + Q4）（m3/d)
6）消防用水量 Q6=q6f6 (L/s) q6 ——消防用水量定额，L/s； f6 ——同时火灾次数。
7）最高日设计用水量 Qd=Q1+ Q2 + Q3 + Q4+ Q5 + Q6 （m3/d)
未预见水量：按最高日用水量的15-25％计算
最高日设计用水量计算
1）城市最高日综合用水量
Q1
q1iN1i (m3/d) 1000
q1i ----城市各用水分区的最高日综合生活用水量定额， L/（cap.d)
N1i ----设计年限内城市各用水分区的计划用水人口数， cap。
2）工业企业生产用水量
表2－2《建筑给水排水设计规范》（GBJ15－88，1997年具备修订）所 制定的住宅生活用水定额。
住宅类别 普通住宅
高级住宅和 别墅
表2-2 住宅生活用水定额 单位：L/人.d
卫生器具设置标准
有大便器、洗涤盆、无沐浴设 备
有大便器、洗涤盆和沐浴设备
有大便器、洗涤器、沐浴设备 和热水供应
有大便器、洗涤器、沐浴设备 和热水供应
Q 2 q 2 iN 2 i( 1 fi)m ( 3 /d )
q2i ——各工业企业最高日生产用水量定额，m3/万 元、 m3/产量单位或m3/ （生产设备单位.d；
N2i ——各工业企业产值，万元/d，或产量，产品单 位/d，或生产设备数量，生产设备单位；
fi ——各工业企业生产用水重复利用率。
例6.1 p119
给水系统的流量关系
给水系统的流量关系
1、取水构筑物、一级泵站、输水管（渠）水处理构 筑物按最高日平均时流量计算
2、二级泵站设计水量 无水塔管网：二级泵站供水量=管网用水量 有水塔管网：二级泵站分级供水。
3、配水管网计算水量按最高日最高时用水量Qh计算
当管网内无调节构筑物（如水塔、高位水池、调节
4）浇洒道路和大面积绿化用水量
Q 4
q 4aN 4af4q 4 bN 4 b(m 3/d) 1000
q4a ——城市浇洒道路用水量定额，L/(m2/d); q4b——城市大面积绿化用水量定额，L/(m2.d)； N4a——城市最高日浇洒道路面积，m2； f4 ——城市最高日浇洒道路次数 N4b——城市最高日大面积绿化用水面积，m2。
2）工业企业内工作人员的生活用水时变化系数为2.5~3.0，淋 浴用水量按每班延续用水1小时确定变化系数；
3）工业生产用水量一般变化不大，可以在最高日个小时均匀 分配。
根据用水量变化曲线确定时变化系数
Qh
KhQd 24
(m3
/h)
最高时用水量
二、供水泵站供水流量设计
供水设计的原则 1）设计供水总流量必须等于设计用水量； 2）多水源给水系统，一般不需要在管网中设置水塔
单 生活用水定 小时变 位 额（最高日） 化系数
（L）
每 85～150 3.0～
人
2.5
每 130～220 2.8～
日
2.3
170～300 2.5～ 2.0
300～400 2.3～ 1.8
2）工业企业用水量标准
生活用水量和淋浴用水量《建筑给水排水设计规范》 《工业企业设计卫生标准规定》
用水种类 车间性质
泵站等）时，Qh全部由净水厂供给；
当管网内有调节构筑物时， 和调节构筑物供水量之和。
Qh应等于净水厂供水量
设计用水量变化及其调节计算
一、设计用水量变化规律的确定
1）《室外给水设计规范》规定，城市供水中，时变化系数、 日变化系数应根据城市性质、城市规模、国民经济与社会发 展和成熟供水系统并结合现状供水曲线和日用水变化分析确 定；在缺乏实际用水资料的情况下，最高日城市综合用水的 时变化系数宜采用1.3~1.6，日变化系数宜采用1.1~1.5，个 别小城镇可适当加大
3）工业企业职工的生活用水和淋浴用水
Q 3
q3aN i3a i q3bN i3b(im 3/d) 1000
q3ai ——职工生活用水量定额，L/(cap.班）； q3bi ——职工淋浴用水量定额， L/(cap.班）； N3ai ——职工生活用水总人数，cap； N3bi ——职工淋浴用水总人数，cap。
第六章 给水管网设计与计算
▪ 重要性：管道工程的建设投资占整个给水系 统总投资的 60％～80%，输配水所需的动力 费用占给水系统运行总费用的40％～70%。
给水管网工程设计内容
1）设计用水量、水量调节与设计流量计算； 2）管段设计，即确定管段直径； 3）设计工况水力分析； 4）泵站扬程与水塔高度计算； 5）非设计工况水力校核； 6）绘制施工图。