第5章管段流量管径和水头损失

qi qij 0 qi — —节点i的节点流量， L / s； q ij — —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
环状网流量分配 以节点1为例： q1－Q+q1-2+q1-4=0 对节点1来说，即使进入管网的总流量Q和节点流 量q1已知，各管段的流量，如q1-2，和q1-4等值， 还可以有不同的分配，也就是有不同的管段流量。 如果在分配流量时，对其中的一条，例如管段1— 2分配很大的流量q1-2，而另一管段1—4分配很小 的流量q1-4，因q1-2+q1-4仍等于Q －q1 ，即保持 水流的连续性，这时敷管费用虽然比较经济，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。
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。
管段计算流量
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
多水源管网
应由每一水源的供水量定出其大致供水范围， 初步确定各水源的供水分界线； 然后从各水源开始，循供水主流方向按每一节 点符合qi+∑qij=0的条件，以及经济和安全供水 的考虑，进行流量分配。 位于分界线上各节点的流量，往往由几个水源 同时供给。各水源供水范围内的全部节点流量 加上分界线上由该水源供给的节点流量之和， 应等于该水源的供水量。计算；供水 面积可用等分角线的方 法来划分街区。在街区 长边上 的管段，其两侧供水面 积为梯形，在在街区短 边上的管段，其两侧供 水面积为三角形。
节点流量
管网中任一管段的流量，由两部分组成：一部分是沿该管 段长度L配水的沿线流量q1，另一部分是通过该管段输水到 以后管段的转输流量qt转输流量沿整个管段不变，而沿线 流量由于管段沿线配水，所以管段中的流量顺水流方向逐 渐减小，到管段末端只剩下转输流量。 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。
a — —管段的比阻； n通常取2。则有： aq1 Lx 2 L L x 2 dx dh aq 2 dx x dx aq1 2 L L 流量变化的管段 L中的水头损失可表示为 ： h
2 aq x dx 0 0 L L 2 2 aq1 aq1 2 L L x dx L2 L2
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。 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。
l
q s — —比流量，L /(s m)； Q — —管网总用水量， L / s； 和，L / s； q — —大用户集中用水量总 园等无建筑物地区 l — —干管总长度，m，不包括穿越广场、公 （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。 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： q q l
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。 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。




节点流量

折算系数α 的求导
折算流量q q t q 1 折算流量所产生的水头 损失为：
2 h aq 2 L a q t q 1 L aq1 L 2 2
0.5q1 qt+0.5q1 1 qt+q1 2 qt
0.5q1
2 则有：
q1 q A A q1 — —沿线流量， L / s； A — —该管段的供水面积， m 2。
qA
Q q
A
q A — —比流量，L （ / s m 2）； Q — —管网总用水量， L / s； 和，L / s； q — —大用户集中用水量总 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 A — —干管总供水面积，
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。
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。
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： q X q t q1 式中 q1 Lx Lx x q t q1 q1 L L L
qt 。根据水力学，管段 dx 中的水头损失为： dh aq n x dx q1
2 2

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。


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
2
1 3
2
1 3
折算系数只和
qt 值有关，在管网末端的 管段，因转输流量 q t 为0，则 0，得： q1

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 q 1， 靠近管网末端的管段， 0，值大于0.5。 qt 值很大，值接近于0.5； q1
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。

沿线流量和节点流量
节点流量
比流量为qs，求各节点的流量。
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。
流量。 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