给水排水管道系统 第五章 给水管网水力分析
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《给水排水管网系统》课件5 管段流量、管径和水头损失
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。
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
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。
第五章给水管网工程规划
•5 •5.6
•6 •5.3
•640
•580
•水 厂
•680
•11. •1 1 •620
•15. •2 •528•016.
•6.2
•3 6•710 •4
•600
•图5-13 某树枝网节点流量、管段长度
•5.4 •7
第五章给水管网工程规划
节点编号 1 2 3 4
•表5-6 某树枝网各节点地表高程
地面高程(m)
•650
•8
•5
•6
•7
•205
•水泵扬程：需要根据水塔的水深、吸水井最低水位 标高、水泵吸水管路和压水管水头损失计算确定。
第五章给水管网工程规划
•[练习] 树枝网水力计算
•已知树状网各管段长度，各节点流量和高程，设水厂供水水压 按满足3层楼用水考虑，应满足自由水头He＝16m。水厂二级 泵站泵轴高程Zp为42.08m，水泵吸程（吸水高度Hs＋吸水管水 头损失hs）为4.0m，求二级水泵扬程。
1.86 0.61
600 93.75 400 0.75 1.37
∑h=7.53
节点 水头 （m） （9）
31 34.69 36.55 37.16 38.53
自由 水压 （m） （10）
16 21.39 24.75 25.66 28.73
第五章给水管网工程规划
•7．支管水力计算：
管段 起端水位 终端水位 允许水头损失 管长 平均水
（m） （m） （m） （m） 力坡度
1～3 26.70 21.00
5.70
400 0.01425
4～7 24.95 21.00
3.95
625 0.00632
管段 1～2 2～3 4～5 5～6 6～7
给水排水管网水力学基础教学课件
02 水力学基础理论
流体性 质
理解流体性质是水力学研究的基础， 包括液体的物理性质和流动特性。
VS
流体是气体、液体和固体的总称，它 们具有不同的物理性质和流动特性。 在给水排水管网中，主要涉及液体（ 水）的流动，因此需要了解液体的物 理性质，如密度、粘度、压缩性和热 传导性等。此外，还需要了解液体的 流动特性，如牛顿流体和非牛顿流体 的行为。
流体动力学主要研究液体在运动状态下的规律和能量转换。在给水排水管网中， 流体动力学可用于分析管道内水流的速度、流量和流向等。通过掌握流体动力学 的基本原理，可以更好地理解给水排水管网中的水流现象和能量转换。
流动阻力与水头损失
流动阻力与水头损失是给水排水管网中常见的水力学问题，涉及到水流在管道中的能量损失。
流量监测与控制
预警与应急响应
实时监测管网中水流状况，根据需求 进行流量调节，确保供水稳定和排水 通畅。
建立预警系统，及时发现管网故障和 异常情况，迅速启动应急预案，降低 事故影响。
水质监测与保护
定期检测管网中水质指标，采取相应 措施保障供水水质安全，同时防止水 体污染。
给水排水管网维护与保养
定期检查与维修
水头损失计算
沿程水头损失 由于流体在管道中流动时克服摩擦阻 力所损失的能量。
局部水头损失
由于管道中的局部障碍物（如阀门、 弯头等）对流体产生的能量损失。
Hale Waihona Puke 恒定流能量方程适用于恒定流，表示上游水头与下游 水头、沿程水头损失和局部水头损失 之间的关系。
动能方程
适用于非恒定流，表示任意两断面的 动量和能量之间的关系。
输配水管网
排水管网
负责将处理后的水输送到用户， 包括干管、支管和接户管等。
给水管网水力分析和计算PPT共81页
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26、要使整个人生都过得舒适、愉快，这是不可能的，因为人类必须具备一种能应付逆境的态度。——卢梭
▪
27、只有把抱怨环境的心情，化为上进的力量，才是成功的保证。——罗曼·罗兰
▪
28、知之者不如好之者，好之者不如乐之者。——孔子
▪。——达·芬奇
▪
30、意志是一个强壮的盲人，倚靠在明眼的跛子肩上。——叔本华
•
29、在一切能够接受法律支配的人类 的状态 中，哪 里没有 法律， 那里就 没有自 由。— —洛克
•
30、风俗可以造就法律，也可以废除 法律。 ——塞·约翰逊
▪
给水管网水力分析和计算
•
26、我们像鹰一样，生来就是自由的 ，但是 为了生 存，我 们不得 不为自 己编织 一个笼 子，然 后把自 己关在 里面。 ——博 莱索
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27、法律如果不讲道理，即使延续时 间再长 ，也还 是没有 制约力 的。— —爱·科 克
•
28、好法律是由坏风俗创造出来的。 ——马 克罗维 乌斯
《城市给水排水》第5章 管段流量、管径和水头损失
采用新型的高效材料，如高分子材料或金 属复合材料，以提高管道的耐久性和减小 水头损失。
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW ERA
04
管段流量、管径和水头损失的关系
管段流量与水头损失的关系
总结词
管段流量越大，水头损失越大
详细描述
随着管段流量的增大，水流对管壁的摩擦和冲击力增加，导致水头损失增大。在给定管径的条件下，流量越大， 水头损失也越大。
某城市给水管道设计
总结词
水头损失计算
详细描述
根据管段长度、管材、管件等参数，计算管段的水头损失，为泵站设计提供依据。
某城市给水管道设计
总结词：管材选择
详细描述：根据管道工作压力、水质要求、施工条件等因素，选择合适的管材，确保管道安全可靠。
某城市排水管道优化
总结词
排水系统规划
详细描述
根据城市发展需求和排水要求，对排 水系统进行规划，确定排水体制、管 道走向和规模等。
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW ERA
《城市给水排水》第5章 管
段流量、管径和水头损失
• 管段流量 • 管径选择 • 水头损失 • 管段流量、管径和水头损失的关系 • 实际应用案例
目录
CONTENTS
01
管段流量
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW
详细描述
通过对老旧排水管道进行雨污分流改造，提 高排水系统的效率和可靠性，减少对环境的 污染。
某区域给水排水系统评估
总结词
系统完整性评估
详细描述
对给水排水系统的完整性进行评估，包括管道、泵站 、污水处理厂等设施的运行状况和维护情况。
最新《城市给水排水》第5章 管段流量、管径和水头损失
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8
5
27 4 33
8 5 14
6
35
6 6
34 6 26
2 2
2
7
7
3
3
5
17
12
5 4
4
环状管网满足连续性条件的流量分配方 案可以有无数多种。
134
17
58 60
59 57 14
12 13
33 30 19
14 11
12 27 24
19 24 18
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8 10 16
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12 9 10
7 8 13
铰点 联系管段
节点：有集中流量进出、管道合并或 分叉以及边界条件发生变化的地点
管段：两个相邻节点之间的管道 管线：顺序相连的若干管段 环：起点与终点重合的管线 基环：不包含其它环的环 大环：包含两个或两个以上基环的环
节点
大环
管段
基环 管线
在保证计算结果接近实际情况的前提下， 为方便计算可对管线进行适度简化。
塑料管
粗糙系数k（mm）
0.05～0.125 0.50 0.05 0.125
0.03～0.04 0.04～0.25 0.01～0.03
ql qt
qt
ql qs l
建筑类给排水系统管网水力计算与分析
建筑类给排水系统管网水力计算与分析随着城市化进程的加快，建筑类给排水系统的设计和优化变得越来越重要。
在建筑物中，给水系统和排水系统是不可或缺的组成部分，它们的设计合理与否直接影响着建筑物的使用效果和居住舒适度。
在给排水系统中，管网的水力计算与分析是一个关键的环节，它可以帮助工程师确定管道的尺寸和布局，以确保系统的正常运行。
一、给排水系统的基本原理给排水系统是指建筑物内部的供水和排水系统。
供水系统主要负责将自来水引入建筑物，供应给用户使用；排水系统则负责将废水和污水从建筑物中排出，并将其送往污水处理厂进行处理。
在给排水系统中，管网是一个重要的组成部分。
它由一系列的管道和配件组成，负责将水从供水源输送到用户处，以及将废水和污水从用户处排出。
因此，管网的设计和布局对于系统的正常运行至关重要。
二、管网水力计算的基本原理管网水力计算是指根据一定的原理和方法，计算管道内的流量、压力和速度等水力参数的过程。
在建筑类给排水系统中，管网水力计算主要包括供水系统和排水系统两个方面。
1. 供水系统的水力计算供水系统的水力计算主要涉及到供水管道的流量和压力计算。
首先，需要确定用户的用水需求，包括用水量和用水峰值。
然后，根据供水管道的长度、材料和直径等参数，结合供水压力的要求，使用水力计算公式计算出供水管道的流量和压力。
2. 排水系统的水力计算排水系统的水力计算主要涉及到排水管道的流量和坡度计算。
首先，需要确定排水管道的设计流量，即单位时间内排水的量。
然后，根据排水管道的长度、材料和直径等参数，结合排水坡度的要求，使用水力计算公式计算出排水管道的流量和坡度。
三、管网水力计算的方法和工具管网水力计算可以使用不同的方法和工具进行。
常用的方法有经验公式法、理论计算法和数值模拟法等。
而工具方面，可以使用计算机软件进行水力计算和分析。
1. 经验公式法经验公式法是一种基于经验和实践的计算方法。
它通过观察和总结实际工程中的数据和现象，建立经验公式，以便快速计算水力参数。
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解节点方程法的基本思想是：给各定流节点水头施 加增量，并设法使各定流节点流量连续性方程得到 满足。
解管段方程组法
解管段方程组法是直接解连续性方程和能量方 程，据此求得各管段的流量和水头损失。再从 已知节点水压求出其余各节点水压。即根据方 程组：
5.3 环状管网的流量初分配
5.1 给水管网水力分析基础
三，水力计算基础方程
➢ 1，节点方程 (qij ) Qj 0 j 1,2,3, , N iS j
➢ 2，能量方程 hij Hi H j Sijqinj
➢ 3，回路方程 ( hij )Lቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 0 L 1，2，3 ，N
➢
4，虚环方程
F(Q)1 F(Q)k
h 1k
5.1 给水管网水力分析基础
二，变量和参数 1，未知量 管网计算时需要求解的是管网各管段的流量和水压，所 以P个管段就有P个未知量。同时需要求解各节点的水 压，J个未知量。 2，已知量 A，必须已知各管段的水力特性，包括管长、管径、管
段摩阻系数等参数； B，节点流量与节点水压必须一个已知一个未知； C，必须至少有一个定压节点。
一，意义：环状网流量初分配的目的是确定各管段中 的流量并据以选择管径，因此成为管网水力计算的重要 环节。 二，分配原则 应尽量循最短路线从配水源到每一节点，以减少管线总 长度和建造费用。另一方面，也不应使某些管段中的流 量为零，以致环状网成为树状网。保证供水可靠性是流 量合理分配的重要准则之一。管网流量分配应作到经济 性和可靠性并重。
5.2 给水管网的水力计算方法概述
一，计算方法的分类
按未知量的性质可分为水 流压 量法 法。 。
管网计算时，消去h，以q为未知量的计算方法； 管网计算时，消去q，以h为未知量的计算方法。
解环方程组法； 按求解方程组方法的不 同可分为解节点方程组法；
解管段方程组法。
解环方程组法
环状网在初步分配流量时，已经符合连续性方程，但在选定 管径和求得管段水头损失后，每环往往不能满足 hij 0 或 sijqij 0 的要求。因此解环方程的环状网计算过程，就是在按初步分 配流量确定的管径的基础上，重新分配各管段的流量，反复 计算直到同时满足连续性方程组和能量方程组时为止，这 一计算过程称为管网平差。换言之，平差就是求解J-1个线性 连续性方程组和L个非线性能量方程组，以得到P个管段的流 量。一般情况下，不能用直接法求解非线性能量方程组，而 必须用逐步近似法求解。
解环方程组法
解环方程法的基本思想：先进行管段流量初分配，使 节点流量连续性条件得到满足，然后，在保持节点流量 连续性不被破坏的条件下，通过施加环流量，设法使各 环的能量方程得到满足。
解环方程法有多种方法，现在最常用的解法是哈代克罗斯法。
解节点方程组法
解节点方程组法是用节点水压H表示管段流量q的 管网计算方法。在计算之前，先拟订各节点的水 压，此时已经满足回路方程的条件。管网平差时， 是使连接在节点 i 的各管段流量满足连续性方程， 即J-1个 的条件。 1 1
5.1 给水管网水力分析基础
四，水力分析 ➢ 1，单水源环状网水力分析 根据未知量数目可判断需要求解P个相互独立的方程， 由基础方程可得到J个节点流量方程，L个环能量方程， 因为节点流量方程是线性相关的，所以其独立的方程个 数为J-1个。所以可列出独立方程J+L-1，即P个。通过联 立求解这两个方程组即可求得管段流量。但管网节点的 水压高程不能确定，由于控制点的自由水压一般均有要 求，而控制点的水压高程等于自由水压加上该节点地形 高程，因为即可推求出其余节点的水压高程。
第五章 给水管网水力分析
➢ 5.1，给水管网水力分析基础 ➢ 5.2，给水管网的水力计算方法概述 ➢ 5.3，环状管网的流量初分配 ➢ 5.4，单定压节点树状管网水力分析
5.1 给水管网水力分析基础
一，概念： 在恒定流状态下，水力分析的数学含义就是解恒定 流方程组，水力分析的工程意义就是已知给水管网 部分水力参数，求其余水力参数。给水管网水力分 析是解决给水管网设计、调度和管理等各种应用问 题的理论基础。管网水力计算的任务是，在流量已 分配的和管径已定基础上，求出各管段的实际流 量，确定配水源的流量和水压，以及各节点的水 压。
四，环状网流量初分配的方法： ➢ 1，均匀法； ➢ 2，截面法； ➢ 3，节点累计法； ➢ 4，最短树法； ➢ 5，最小平方和法。
均匀法
首先要确定各管段流向，并且从管网的终端节点起 分配流量。设节点i上游连接管段KI均匀分担节点i的 节点流量及其下游管段的流量，即
qki (Qi qij ) / ni jDI
5.3 环状管网的流量初分配
三，流量分配的步骤： ➢ 1，定出管网的控制点； ➢ 2，从配水源到控制点之间选定主要的平行供水线路。 ➢ 3，分配主要干管的流量，平行的管线中应尽可能的
分配相似的流量，分配时应满足节点连续性方程。 ➢ 4，连接管的管径按干管损坏时所需转输的流量去确
定。
5.3 环状管网的流量初分配
水塔
泵站
常数
5.1 给水管网水力分析基础
四，水力分析 3，多水源环状网水力分析 虚环的假设如下： ➢ A，在管网中增加一个虚节点，编号为零，该节点为虚定压节
点，它供应整个管网的流量；其节点水头恒为零； ➢ B，从虚定压节点到每个水源设一条虚管段，并假设该管段将
流量输送到水源，该管段无阻力，但设有一个泵站，泵站扬程 为所关联水源节点水头； ➢ C，定压节点流量改由虚管段供应，其节点流量改为零，成为 已知量，其节点水头假设为未知量。 根据以上假设，可把多水源管网变化为单水源管网进行计算。
5.1 给水管网水力分析基础
四，水力分析 ➢ 2，单水源树状网水力分析 树状网环数为零，即L为零，所以通过求解节点方程组即 可求得管段流量。节点水压求解如上。
5.1 给水管网水力分析基础
四，水力分析 ➢ 3，多水源环状网水力分析多水源存在各水源之间的 流量分配问题。应用虚环的概念，可将多水源管网转 化为单水源管网。所谓虚环是将各水源与虚节点，用 虚线连接成环。
解节点方程法的基本思想是：给各定流节点水头施 加增量，并设法使各定流节点流量连续性方程得到 满足。
解管段方程组法
解管段方程组法是直接解连续性方程和能量方 程，据此求得各管段的流量和水头损失。再从 已知节点水压求出其余各节点水压。即根据方 程组：
5.3 环状管网的流量初分配
5.1 给水管网水力分析基础
三，水力计算基础方程
➢ 1，节点方程 (qij ) Qj 0 j 1,2,3, , N iS j
➢ 2，能量方程 hij Hi H j Sijqinj
➢ 3，回路方程 ( hij )Lቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 0 L 1，2，3 ，N
➢
4，虚环方程
F(Q)1 F(Q)k
h 1k
5.1 给水管网水力分析基础
二，变量和参数 1，未知量 管网计算时需要求解的是管网各管段的流量和水压，所 以P个管段就有P个未知量。同时需要求解各节点的水 压，J个未知量。 2，已知量 A，必须已知各管段的水力特性，包括管长、管径、管
段摩阻系数等参数； B，节点流量与节点水压必须一个已知一个未知； C，必须至少有一个定压节点。
一，意义：环状网流量初分配的目的是确定各管段中 的流量并据以选择管径，因此成为管网水力计算的重要 环节。 二，分配原则 应尽量循最短路线从配水源到每一节点，以减少管线总 长度和建造费用。另一方面，也不应使某些管段中的流 量为零，以致环状网成为树状网。保证供水可靠性是流 量合理分配的重要准则之一。管网流量分配应作到经济 性和可靠性并重。
5.2 给水管网的水力计算方法概述
一，计算方法的分类
按未知量的性质可分为水 流压 量法 法。 。
管网计算时，消去h，以q为未知量的计算方法； 管网计算时，消去q，以h为未知量的计算方法。
解环方程组法； 按求解方程组方法的不 同可分为解节点方程组法；
解管段方程组法。
解环方程组法
环状网在初步分配流量时，已经符合连续性方程，但在选定 管径和求得管段水头损失后，每环往往不能满足 hij 0 或 sijqij 0 的要求。因此解环方程的环状网计算过程，就是在按初步分 配流量确定的管径的基础上，重新分配各管段的流量，反复 计算直到同时满足连续性方程组和能量方程组时为止，这 一计算过程称为管网平差。换言之，平差就是求解J-1个线性 连续性方程组和L个非线性能量方程组，以得到P个管段的流 量。一般情况下，不能用直接法求解非线性能量方程组，而 必须用逐步近似法求解。
解环方程组法
解环方程法的基本思想：先进行管段流量初分配，使 节点流量连续性条件得到满足，然后，在保持节点流量 连续性不被破坏的条件下，通过施加环流量，设法使各 环的能量方程得到满足。
解环方程法有多种方法，现在最常用的解法是哈代克罗斯法。
解节点方程组法
解节点方程组法是用节点水压H表示管段流量q的 管网计算方法。在计算之前，先拟订各节点的水 压，此时已经满足回路方程的条件。管网平差时， 是使连接在节点 i 的各管段流量满足连续性方程， 即J-1个 的条件。 1 1
5.1 给水管网水力分析基础
四，水力分析 ➢ 1，单水源环状网水力分析 根据未知量数目可判断需要求解P个相互独立的方程， 由基础方程可得到J个节点流量方程，L个环能量方程， 因为节点流量方程是线性相关的，所以其独立的方程个 数为J-1个。所以可列出独立方程J+L-1，即P个。通过联 立求解这两个方程组即可求得管段流量。但管网节点的 水压高程不能确定，由于控制点的自由水压一般均有要 求，而控制点的水压高程等于自由水压加上该节点地形 高程，因为即可推求出其余节点的水压高程。
第五章 给水管网水力分析
➢ 5.1，给水管网水力分析基础 ➢ 5.2，给水管网的水力计算方法概述 ➢ 5.3，环状管网的流量初分配 ➢ 5.4，单定压节点树状管网水力分析
5.1 给水管网水力分析基础
一，概念： 在恒定流状态下，水力分析的数学含义就是解恒定 流方程组，水力分析的工程意义就是已知给水管网 部分水力参数，求其余水力参数。给水管网水力分 析是解决给水管网设计、调度和管理等各种应用问 题的理论基础。管网水力计算的任务是，在流量已 分配的和管径已定基础上，求出各管段的实际流 量，确定配水源的流量和水压，以及各节点的水 压。
四，环状网流量初分配的方法： ➢ 1，均匀法； ➢ 2，截面法； ➢ 3，节点累计法； ➢ 4，最短树法； ➢ 5，最小平方和法。
均匀法
首先要确定各管段流向，并且从管网的终端节点起 分配流量。设节点i上游连接管段KI均匀分担节点i的 节点流量及其下游管段的流量，即
qki (Qi qij ) / ni jDI
5.3 环状管网的流量初分配
三，流量分配的步骤： ➢ 1，定出管网的控制点； ➢ 2，从配水源到控制点之间选定主要的平行供水线路。 ➢ 3，分配主要干管的流量，平行的管线中应尽可能的
分配相似的流量，分配时应满足节点连续性方程。 ➢ 4，连接管的管径按干管损坏时所需转输的流量去确
定。
5.3 环状管网的流量初分配
水塔
泵站
常数
5.1 给水管网水力分析基础
四，水力分析 3，多水源环状网水力分析 虚环的假设如下： ➢ A，在管网中增加一个虚节点，编号为零，该节点为虚定压节
点，它供应整个管网的流量；其节点水头恒为零； ➢ B，从虚定压节点到每个水源设一条虚管段，并假设该管段将
流量输送到水源，该管段无阻力，但设有一个泵站，泵站扬程 为所关联水源节点水头； ➢ C，定压节点流量改由虚管段供应，其节点流量改为零，成为 已知量，其节点水头假设为未知量。 根据以上假设，可把多水源管网变化为单水源管网进行计算。
5.1 给水管网水力分析基础
四，水力分析 ➢ 2，单水源树状网水力分析 树状网环数为零，即L为零，所以通过求解节点方程组即 可求得管段流量。节点水压求解如上。
5.1 给水管网水力分析基础
四，水力分析 ➢ 3，多水源环状网水力分析多水源存在各水源之间的 流量分配问题。应用虚环的概念，可将多水源管网转 化为单水源管网。所谓虚环是将各水源与虚节点，用 虚线连接成环。