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第3章__给水工程规划.ppt

第3章__给水工程规划.ppt

上传者: 艾尔小茜茜 2018-05-06 评分 0 0 0 0 0 0 暂无简介 简介 举报

简介:本文档为《第3章__给水工程规划ppt》,可适用于工程科技领域,主题内容包含城市用水分类生活用水包括居民日常生活用水、工业企业职工生活用水、公共建筑用水生产用水工业生产过程中的用水市政用水包括道路保洁、绿化浇水、车辆冲洗用水符等。

城市用水分类生活用水包括居民日常生活用水、工业企业职工生活用水、公共建筑用水生产用水工业生产过程中的用水市政用水包括道路保洁、绿化浇水、车辆冲洗用水消防用水扑灭火灾时的用水其它用水包括水厂自身用水、管网漏水及其它未预见水量居民生活用水量标准公共建筑用水量标准工业企业用水量标准工业企业职工生活用水量标准工业企业生产用水量标准市政用水量标准消防用水量标准未预见用水指满足居民生活、工业生产所需的单位用水量原:《室外给水排水规范》(GBJ)原:《建筑给水排水设计规范》(GBJ)工业企业职工生活用水量标准原:《建筑给水排水设计规范》(GBJ)《工业企业设计卫生标准规定》(TJ)取水量工业用水量耗水量排水量再用水量假定现阶段万元产值取水量为P,再用水率为A规划年万元产值取水量为Pi再用水率为Ai。每万元产值的总用水量基本稳定则有:街道洒水用水量标准~升米次~次日绿化浇水用水量~升米次~次日汽车冲洗用水量小轿车~升辆日公共汽车、载重汽车~升辆日原:《建筑设计防火规范》(GBJ)《室外给水排水设计规范》规定按最高日可用水量的%~%计算日变化系数Kd=年最高日用水量年平均日用水量在规划设计年限中用水量最多的一日用水量称为最高日用水量一般常用来确定给水设施的规模。一般特大城市Kd取~大城市~中小城市~。时变化系数Kh=最高日最大时用水量最高日平均时用水量指最高日中最大一小时用水量与平均时用水量的比值。日变化系数和时变化系数多用于由平均用水量推求最高用水量。以过去的资料为依据以今后的用水趋势、经济条件、人口变化、水资源情况、政策导向等为条件对各种影响用水的条件作出合理的假定通过一定的方法求出预期用水量。确定出规划期末人均用水量指标根据规划确定的人口数计算出用水总量。确定城市单位用地的用水量指标后根据规划的城市用地规模推算出城市的总用水量。在以往资料的基础上建立用水量与时间的函数关系式进而推求将来年份的用水量。用水量Q时间(年份)tQ=abt年度用水量(万吨)城市用水量从历史的发展过程看呈S曲线变化模拟这种过程的数学曲线称为生长曲线L预测用水量上限根据历年来的用水量的递增并考虑经济发展的速度、选定用水的递增速率再由现状推求规划用水量。起始年份的实际用水量用水年均增长率预测年限根据有关方法计算出新增城市建设部分的用水量再加上现状的用水量得到将来的城市用水总量。多用于近期建设预测。按照城市用水性质的不同分类根据相关资料分别对城市各类用水进行预测最后加和求得城市总的用水量。居民生活用水公建用水工业企业生活用水单位指标法(人口、用地面积、产值等)回归分析生长曲线城市发展增量法总用水量一种或几钟分类求和法分类求和法居住区最高日生活用水量QN――规划期限内规划人口数q――设计期限内采用的最高日用水量标准(升人*日)。公共建筑生活用水量Qq――某类公共建筑生活用水量标准(升)N――该类公共建筑生活用水量单位的数量。工业企业职工生活用水量Qq――工业企业生活用水量标准(升人*班)Np――每班职工数n――每日班制工业企业职工淋浴用水量Qq――工业企业职工淋浴用水量标准(升人*班)N――工厂每班职工淋浴人数。工业企业生产用水量Q等于同时使用的各类工业企业或各生产车间用水量之和。市政用水量Qq、qrsquo――分别为街道洒水和绿地浇水用水量标准(升米*次)和(升米*日)、――分别为街道洒水和绿地浇水面积(米)n――每日街道洒水次数。未预见水量(包括管网漏失水量)一般按以上各项和的~%计算。则最高日用水量为Q=Ktimes(QQQQQQ)(米日)最高日平均时用水量为Q=Q(米小时)加上水厂自身用水量~%取水构筑物的设计取水量为Qp=(~)Q(米小时)最高日最高时用水量为Qmax=KhtimesQ(米小时)Kh――城市用水量时变化系数。设计管网时按最高时用水量计算qmax=Qmax(升秒)某一区新规划区第一期规划人口万居住区室内卫生设备齐全区内公建配套齐全区内有一名工人的企业实行两班制每班人无热车间每班人淋浴车间生产轻度污染身体生产每日耗水立方米。不考虑市政用水和消防用水未预见水量按%计请计算该区的最高日用水量和管网的设计流量。解:题中给出了比较详细的资料考虑采用分类求和法。查表选取综合生活用水定额L人*d。则工业企业职工生活用水量查表取值工业企业职工淋浴用水量查表取值工业企业生产用水由题知未预见水量按%考虑则最高日用水量为Q=()times(QQQQQ)=times()=md最高日平均用水量为Qc=Q=mh取时变化系数Kh=则最高时用水量为Qmax=QctimesKh=mh,qmax=(LS)规划人口数times人均综合用水量指标=规划期末城市总用水量城市单位人口综合用水量指标  (万立方米/(万人middotd))区域城市规模特大城市大城市中等城市小城市一区~~~~二区~~~~三区~~~~人均综合指标法《城市给水工程规划规范》GB注:特大城市指市区和近郊区非农业人口万及以上的城市大城市指市区和近郊区非农业人口万及以上不满万的城市中等城市指市区和近郊区非农业人口万及以上不满万的城市小城市指市区和近郊区非农业人口不满万的城市。.一区包括:贵州、四川、湖北、湖南、江西、浙江、福建、广东、广西、海南、上海、云南、江苏、安徽、重庆二区包括:黑龙江、吉林、辽宁、北京、天津、河北、山西、河南、山东、宁夏、陕西、内蒙古河套以东和甘肃黄河以东的地区三区包括:新疆、青海、西藏、内蒙古河套以西和甘肃黄河以西的地区。经济特区及其他有特殊情况的城市应根据用水实际情况用水指标可酌情增城(下同)。用水人口为城市总体规划确定的规划人口数(下同)。本表指标为规划期最高日用水量指标(下同)。本表指标已包括管网漏失水量。规划建设用地面积times单位建设用地综合用水量指标=规划期末城市总用水量城市单位建设用地综合用水量指标 (万立方米/(kmmiddotd))区域城市规范特大城市大城市中等城市小城市一区~~~~二区~~~~三区~~~~单位用地指标法注:本表指标已包括管网损失水量分类加和法城市居住用地用水量应根据城市特点、居民生活水平等因素确定。 单位居住用地用水量指标  (万m(kmmiddotd)用地代号区域城市规模特大城市大城市中等城市小城市R一区二区三区注:、本表指标已包括管网漏失水量。  、用地代号引用现行国家标准《城市用地分类与规划建设用地标准》(GBJ)(下同)。城市公共设施用地用水量应根据城市规模、经济发展状况和商贸繁荣程度以及公共设施的类别、规模等因素确定。单位公共设施用地用水量指标(万m(kmmiddotd)用地代号用地名称用水量指标C行政办公用地商贸金融用地体育、文化娱乐用地旅馆、服务业用地教育用地医疗、休疗养用地其他公共设施用地注:本表指标已包括管网漏失水量。 城市工业用地用水量应根据产业结构、主体产业、生产规模及技术先进程度等因素确定。 单位工业用地用水量指标(万m(kmd)用地代号工业用地类型用水量指标M一类工业用地M二类工业用地M三类工业用地  注:本表指标包括了工业用地中职工生活用水及管网漏失水量。城市其他用地用水量指标。单位其他用地用水量指标(万m(kmmiddotd)用地代号用地名称用水量指标W仓储用地T对外交通用地S道路广场用地U市政公用设施用地G绿地D特殊用地  注:本表指标已包括管网漏失水量年递增率法线性回归法水量预测应充分考虑各种因素的影响。城市经济发展水平、区域分布、水资源丰富程度、基础设施配套情况、生活习惯、水价、工业结构等都会对用水量产生影响。应注意城市流动人口和城市的自备水源用户用水量。《城市给水工程规划规范》中的指标适用年限为年做近期规划时应酌情减少远期规划可适当增加。应掌握城市用水的变化趋势。水资源:在现有技术条件下能够获得的可作为人类生产资料或生活资料的天然水水源:生产、生活用水的来源地下水源包气带水、潜水、承压水、裂隙水、岩溶水、泉水地表水源江河、湖泊、蓄水水库海水其它水源微咸水、雨水、再生水水量天然河流取水量le河流枯水期可开采量地下水取水量le可开采量水质生活饮用水水源需满足《生活饮用水源水质标准》协调于其它用水的关系、结合城市的规划布局注意水源的防护与管理地表水的水位每年均不相同表示各年的水量亦不相同。常用某一高程的水位出现的频度来描述水位的变化规律。年份洪水位标高排顺序:将收集到的各年洪水、枯水水位(或流量)按递减(求洪水水位或流量时)或递增(求枯水水位或流量时)顺序排列成表并按顺序编号。年份洪水位标高编号算频率:用经验公式计算低于某一水位(或流量)出现的频率P-等于或大于某一水位(或流量)的频率。m-水位或流量的编号。n-观测水位(或流量)的总个数。年份洪水位标高编号频率连曲线:以洪水、枯水位(或流量)为纵坐标以频率为横坐标在概率坐标纸上绘出频率曲线。推求分析:将概率曲线延长推求较小或较大频率的水位(或流量)值。此例中将曲线延长可得P=的最高洪水水位为米。重现期T=P因为是以年为单位统计的洪水水位所以P=表示的是百年一遇的洪水水位为米。设计枯水流量按%~%的保证率选取。河流较窄而流速小时可取水量Qk=(~)Qs一般大河流中Qk=Qs如果需要修建引水渠的Qk=QsQk与Qp进行水量平衡分析。地下水储量分为天然储量和调节储量天然储量又分为静储量和动储量静储量:又称永久储量是指最低潜水面以下含水层中的水的体积Qg动储量:地下水在天然状态下的流量在单位时间内通过某一截面的地下水流量Qd调节流量:地下水最高水位与最低水位间含水层中所含水的体积Qt开采储量:在开采期内不使地下水水位连续下降或者水质变坏的条件下从含水层中能取得的水量Qc可包含动储量Qd、调节储量Qt和部分静流量Qg。但是静流量一般不动用只有在可以很快补给的情况下才可以考虑动用。即Qc=QdQt一般情况下河谷冲击层Qc=Qd潜水盆地Qc=QtQc与Qp进行水量平衡分析。源头水及自然保护区集中生活饮用水源地(包括各级保护区)可划分成一级保护区、二级保护区或准保护区。渔业保护区珍贵鱼类保护区、鱼虾产卵场以及一般鱼类保护区。风景游览区分为与人体直接接触的游泳区及与人体非直接接触的娱乐用水区、一般景观用水区工业用水区可分为高级的工业用水、一般工业用水农业用水系粮食、蔬菜、果园等作物的取水区水体功能划分地表水环境质量标准中水域功能分类水污染防治控制区污水综合排放标准的分级I类源头水、国家自然保护区特殊控制区禁止排放污水区Ⅱ类集中式生活饮用水水源地一级保护区、珍贵鱼类保护区、鱼虾产卵场等特殊控制区禁止排放污水区Ⅲ类集中式生活饮用水水源地一级保护区、一级鱼类保护区、游泳区重点控制区执行一级标准IV类工业用水区、人体非直接接触的娱乐用水区一般控制区执行二级或三级标准(排入城镇生物处理污水处理厂)V类农业用水区、一般景观要求水域一般控制区序号分类Ⅰ类Ⅱ类Ⅲ类Ⅳ类Ⅴ类标准值项目水温() 人为造成的环境水温变化应限制在:周平均最大温升le周平均最大温降lepH值(无量纲)    ~溶解氧ge饱和率(或)高锰酸盐指数le化学需氧量(COD)le五日生化需氧量(BOD)le氨氮(NHN)le总磷(以P计)le(湖、库O)(湖、库O)(湖、库O)(湖、库O)(湖、库O)总氮(湖、库.以N计)le铜le锌le氟化物(以F计)le硒le砷le汞le镉le铬(六价)le铅le氰化物le挥发酚le石油类le阴离子表面活性剂le硫化物le粪大肠菌群(个/L)le序号污染物适用范围一级标准二级标准三级标准pH一切排污单位~~~色度(稀释倍数)染料工业其他排污单位悬浮物(SS)采矿、选矿、选煤工业脉金选矿边远地区砂金选矿城镇二级污水处理厂其他排污单位五日生化需氧量(BOD)甘蔗制糖、苎麻脱胶、湿法纤维板工业甜菜制糖、酒精、味精、皮革、化纤浆粕工业城镇二级污水处理厂其他排污单位项  目标准限值一级二级色色度不超过度并不得呈现其他异色不应有明显的其他异色浑浊度       (度)le嗅和味不得有异臭、异味不应有明显的异臭、异味pH值~~总硬度(以碳酸钙计)(mgL)lele溶解铁       (mgL)lele锰         (mgL)lele铜         (mgL)lele锌         (mgL)lele挥发酚(以苯酚计  (mgL)lele阴离子合成洗涤剂  (mgL)lele硫酸盐       (mgL)氯化物       (mgL)溶解性总固体    (mgL)氟化物       (mgL)lele氰化物       (mgL)lele砷         (mgL)lele硒         (mgL)lele汞         (mgL)lele镉         (mgL)lele铬(六价)     (mgL)lele铅         (mgL)lele银         (mgL)lele铍         (mgL)lele氨氮(以氮计)   (mgL)lele硝酸盐(以氮计)  (mgL)lele耗氧量(KMnO法) (mgL)lele苯并(alpha)芘    (mugL)lele滴滴涕       (mugL)lele六六六       (mugL)lele百菌清       (mgL)lele总大肠菌群     (个L)lele总alpha放射性     (bqL)lele总szlig放射性     (bqL)lele地表水源取水点周围半径米的水域重点保护取水点上游米下游米严格保护取水点上游米以外一般保护水厂等给水设施周围划定不小于米的保护范围地下水源一级保护区开采井周围二级保护区影响开采井水源的保护区准保护区二级保护区以外的主要补给区取水构筑物周围设置不小于米的保护范围缺水国家人口占世界的%而淡水量仅占世界的,是世界上个缺水国家之一。分布极不均匀缺水城市主要分布在华北、西北、胶东及沿海地区。情况不容乐观我国城市日供水的缺口约占实际供水的多万城市人口受影响。ldquo水不久将成为一场深刻的社会危机rdquo国际人口组织报告自由开发阶段城市总用水量远低于城市的极限用水量水资源基本平衡到制约利用阶段用水量上已经逐步接近水资源的极限综合开发利用水资源阶段新的水源开发成本越来越高迫使人们开始合理利用水和重复利用水资源性缺水水资源绝对数量不足水质性缺水由于污染而导致缺少合格用水工程性缺水给水工程设施不足而导致供水不足充分利用当地水资源外地调水加强污水的处理回用开发海水利用雨水制定合理的用水政策(水价调控)使用节水设备分质供水开源节流比长距离调水便宜比淡化海水经济既节约了水资源也减少了环境污染统一给水系统按照生活用水水质要求由同一套管网供给生活、生产等用水统一给水系统建设费用低、管理简单没能充分体现节约用水适用于中小城镇、开发区各用户对水质要求差别不大地形较平坦的地区取水构筑物从同一水源或不同水源取水经过不同程度的净化用不同的管道分别将不同水质的水供给给各用户分质给水系统可分开工业用水和生活用水也可分开生活用水中的饮用水和非饮用水可以使城市的水资源优质优用减少处理费用节约用水建设费用增加管理系统复杂适用于水资源紧缺的新区目前发达国家基本都已实行质供水可饮用水系统拧开水龙头就可以喝低品质水、回用水或海水作为非饮用水另设管网供应用于园林绿化、清洗车辆、冲洗厕所、喷洒道路以及工业冷却。设立非饮用水系统的着眼点在于节约水资源及降低水处理费用。国内现有的一些分质供水系统如上海的桃浦工业区工业用水系统、青岛的城市污水回用、香港特别行政区的海水冲厕系统等实际与国外的做法并无形式及内容上的差别。将给水系统分为几个区每个区有泵站和管网管网之间有适当的联系(通常使通过泵站联系)分区给水系统使管网中水压分布比较均匀避免地势较低或靠近水厂部分的管道内水压过大减少漏水量和减少泵站能量的浪费会增加管道和泵站的建造和管理费用适用于给水区域较大地形起伏较大及远距离输水的情况并联分区由同一泵站内的高压和低压水泵分别给低压区和高压区供水串连分区整个管网都由低压泵站供水高压区用水再由高压泵站加压并联分区只有一个泵站管理方便供水安全增加了高压输水管道的长度适用于沿河岸发展且宽度较小的城市(高压区离水源较近)。串联分区减少了输水管道的重复建设泵站扬程较小压力小泵站多管理复杂适用于垂直河流方向发展、供水区域狭长的城市(高压区离水源较远)。工业用水的循环生活用水中的洗涤用水用于冲洗厕所、道路保洁、绿地浇灌循环给水系统包括中水系统可以提高对水资源的重复利用减少污水的排放量增加建设费用适用于水资源贫乏的地区。在几个工业区或城镇的上游统一取水、统一供水区域性给水系统能充分发挥规模效益降低成本避免下游城市因上游城市的污染而得不到清洁的水源需要多城市协调输水管较长适用于同一流域的城市密集区域。同一给水系统分质给水系统分区给水系统循环给水系统区域给水系统优点建设费用低、管理简单减少处理费用节约用水减少漏水和泵站能量的浪费避免管网承受高压水资源的重复利用减少污水的排放量发挥规模效益保障下游城市用水缺点不节约用水建设费用增加管理系统复杂增加管道和泵站建造和管理费用增加建设费用管理系统复杂需要多城市协调输水管较长适用中小城镇、开发区各用户对水质要求差别不大地形平坦水资源紧缺的新区给水区域较大地形起伏较大及远距离输水的情况水资源贫乏的地区城市密集区域地下水取水构筑物管井大口井辐射井渗渠取水构筑物地表取水构筑物固定式移动式地下取水构筑物固定式岸边取水构筑物一般位于城镇的上游河段。水库取水口应在水库淤积区以外靠近大坝湖泊取水口应离开支流汇入口和藻类集中区接近湖泊出口处海水取水口应避免风浪河流取水口应避开回水区和死水区一般选择在主流稳定河床水深不小于~m弯曲河段宜设在河流的凹岸河流取水口应避开支流影响在汇入口下游m以外在分叉口上游m以上取水口应位于丁坝上游岸边式距坝前浅滩~m丁坝是一种间断性的有重点的护岸型式具有调整水流作用在一定条件下常为一些河堤除险加固时所采用。桥梁上游~km或下游km以外码头m以外排污口下游m上游m以外取水构筑物设计最高水位按年一遇频率枯水流量保证率%~%枯水水位保证率%~%取水口位置的选择给水处理设施规划沉淀使矾花在重力作用下与水体分离澄清池是絮凝和沉淀综合于一体的构筑物过滤通过虑料层的吸附、筛虑、沉淀作用截留水中的杂质消毒加夜氯、漂白粉杀死水中病菌软化和除铁、锰降低水中Ca、Mg、Fe、Mn离子的含量原水混合絮凝沉淀池滤池清水池二级泵房用户澄清池消毒剂地表水常规处理工艺流程地表水一次净化工艺流程安全工程地质条件好不受洪水威胁较好的环境卫生条件经济交通方便靠近电源考虑近远期发展与用水区和取水构筑物距离合适城市给水管网包括输水管渠、配水管网、泵站、水塔或高地水池输水管渠指从水源到水厂或者从水厂到配水管网的管道或渠道条数一般至少设两条或者一条输水管加配安全储水池采用n根相同管径的输水管并联采用m根连接管每隔一定距离连接平行的输水管并将其均分为m段Qlll设置两条或多条输水管时须在管道之间设联通管连通管配合阀门保证任何一段输水管发生故障时还可以通过%以上的设计流量合理选择有压管和重力管压力管需要加压设备暗管用于地形起伏比较大的情况重力管经济方便可为暗管或明渠(原水输水管)应优先考虑将输水管送来的水配送给城市用户可分为干管、分配管、接户管干管输水和为沿线用户供水管经=mm分配管将干管来水配给接户管和消防栓~mm接户管从分配管到建筑管经=mm树状管网安全性差易引起水质变化造价较低用于小城镇或小城镇建设初期、用户分散地区、城市的小区和街坊内部环状管网可靠性好管线长度有所增加。一般城市管网为环状与树状结合布置干管主要方向按供水的主要流向延伸干管宜位于交通量不大的道路下并尽可能位于高程较高处考虑水压、水量的要求合理增设加压泵站和水量调节构筑物(水塔、高地水池)保证饮用水水质清洁避免饮用水与其它管网相连接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。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。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。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。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。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:是指供给该管段两侧用户所需流量。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。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。比流量计算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:沿线按照用水量全部均匀分布在干管上的假定以求出比流量的方法存在一定的缺陷。因为它忽视了沿线供水人数和用水量的差别所以与各管段的实际配水量并不一致。为此提出另一种按该管段的供水面积决定比流量的计算方法。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q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q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。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。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=qtalphaq折算系数alpha: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。管网任一节点的节点流量为:qi=alphasumq=sumq任一节点i的节点流量qi等于与该节点相连各管段的沿线流量q总和的一半。城市管网中工业企业等大用户所需流量可直接作为接入大用户节点的节点流量。工业企业内的生产用水管网水量大的车间用水量也可直接作为节点流量。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。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q=qqqqq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。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。假定离开节点的流量为正流向节点的流量为负。环状网流量分配以节点为例:q-Qqq=对节点来说即使进入管网的总流量Q和节点流量q已知各管段的流量如q和q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mdash分配很大的流量q而另一管段mdash分配很小的流量q因qq仍等于Q-q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mdash损坏需要检修时全部流量必须在管段lmdash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。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。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。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qisumqij=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。各管段的管径按下式计算管径不但和管段流量有关而且和流速的大小有关因此要确定管径必须先选定流速。为了防止管网因水锤现象出现事故最大设计流速不应超过~ms为了避免水中悬浮物质在水管内沉积最低流速通常不得小于ms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。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。如果流速用得大些管径虽然减小管网造价有所下降但水头损失增大因此水泵所需扬程势必增加、经常的电费势必增加。因此。一般采用优化方法求得流速或管径的最优解。在数学上表现为求一定年限t(称为投资偿还期)内管网造价和管理费用(主要是电费)之和为最小的流速称为经济流速以此来确定管径。投资偿还期t年内的总费用及年折算费用环状管网造价C和管理费用M都和管径D有关。当流量已知时则造价和管理费用与流速v有关因此年折算费用既可以用流速v的函数也可以用管径D的函数表示。流量一定时如管径D增大(v相应减小)则管网造价和折旧费增大,而电费减小。年折算费用W值随管径和流速的改变而变化是一条下凹的曲线相应于曲线最小纵坐标值的管径和流速就是最经济的。经济管径为De经济流速为ve。由于水管有标准管径如mmmmhellip等分档不多按经济管径方法算出的不一定就是标准管径这时可选用相近的标准管径。设计中也可采用平均经济流速(表mdash)来确定管径得出的是近似经济管径。一般大管径可取较大的平均经济流速小管径可取较小的平均经济流速。以上是指水泵供水时的经济管径确定方法重力供水时各管段的经济管径或经济流速应按输水管渠和管网通过设计流量时的水头损失总和等于或略小于可以利用的标高差来确定。流量和水头损失的关系给水管网任一管段两端节点的水压和该管段水头损失之间有下列关系:hij=Hi-HjHi、Hjmdashmdash从某一基准面算起的管段起端i和终端j的水压mhijmdashmdash管段ij的水头损失m。在管网计算中主要考虑沿程水头损失。至于局部水头损失因和沿程水头损失相比很小通常忽略不计。均匀流流速公式(谢才公式)给水管的三种水流流态阻力平方区此时比阻a值仅和管径及水管内壁粗糙度有关而和Re数(雷诺数)无关例如旧铸铁管和旧钢管在流速vgem/s时或金属管内壁无特殊防腐措施时就属于这种情况过渡区此时比阻a值和管径、水管内壁粗糙度以及Re数有关例如旧铸铁管和旧钢管在流速vm/s时以及石棉水泥管在各种流速时的情况水力光滑区此时比阻a值和管径及Re数有关但和水管内壁祖糙度无关例如应用塑料管和玻璃管时。舍维列夫公式计算旧铸铁管和旧钢管水力坡度i时如流速vgems,则舍维列夫公式的比阻a=D值见表mdash。舍维列夫公式当水流在过渡区(vms)应在表mdash的a值上乘以修正系数KK值见表mdash。巴甫洛夫斯基公式适用于混凝土管、钢筋混凝土管和渠道的水头损失计算。巴甫洛夫斯基公式巴甫洛夫斯基公式中的比阻a值海曾mdash威廉公式海曾mdash威廉公式系数C值柯尔勃洛克公式柯尔勃洛克公式给水管网计算目的在于求出各水源节点(如泵站、水塔等)的供水量、各管段中的流量和管径以及全部节点的水压。环状网管段数P、节点数J(包括泵站、水塔等水源节点)和环数L之间的关系:P=JL-树状网环数L=所以P=J-管网计算时节点流量qi=sumq、管段长度l、管径D和阻力系数lambda等为已知需要求解的是管网各管段的流量qij(此处求解的是最终满足要求的管段流量而并非是初分流量)或水压Hi所以P个管段就有P个未知数。因此环状网计算时必须列出P=JL-个方程才能求出P个流量。管网计算的原理是基于质量守恒和能量守恒由此得出连续性方程和能量方程。连续性方程按照对任一节点来说流向该节点的流量必须等于从该节点流出的流量。离开节点的流量为正流向节点的流量为负。如管网有J个节点只可以写出类似于式qisumqij=的独立方程J-个。因为J个节点可以对应J个类似的方程但其中任一方程可从其余J-个方程导出。能量方程表示管网每一环中各管段的水头损失总和等于零的关系。水流顺时针方向的管段水头损失为正逆时针方向的为负。能量方程如水头损失用指数公式h=sqn表示则能量方程还可以表示为:压降方程给水管网计算实质上是联立求解连续性方程、能量方程和管段压降方程。在管网水力计算时根据求解的未知数是管段流量还是节点水压可以分为解环方程、解节点方程和解管段方程三类在具体求解过程中可采用不同的算法。管网经流量分配后各节点初分流量已满足连续性方程可是由该流量求出的管段水头损失并不同时满足L个环的能量方程。为此必须多次将各管段的流量反复调整直到满足能量方程从而得出各管段的最终流量和水头损失。解环方程时哈代mdashmdash克罗斯(HardyCross)法是其中常用的一种算法。由于环状网中环数少于节点数和管段数相应的以环方程数为最少因而成为手工计算时的主要方法。解节点方程是在假定每一节点水压的条件下应用连续性方程以及管段压降方程通过计算调整求出每一节点的最终水压。节点的水压已知后即可以从任一管段两端节点的水压差得出该管段的水头损失进一步从流量和水头损失之间的关系算出管段流量。工程上常用的算法有哈代mdashmdash克罗斯法。解节点方程是应用计算机求解管网计算问题时应用最广的一种算法。该法是应用连续性方程和能量方程求得各管段流量和水头损失再根据已知节点水压求出其余各节点水压。需借助计算机才能快速求解。解管段方程同解环方程的区别在于解环方程初分流量已满足连续性方程然后解能量方程调整初分流量得最终管段流量和水头损失。而解管段方程则是通过一定手段的简化上来就同时解连续性方程(不初分流量)和能量方程因此工作量大需电算但所得结果直接就是满足要求的管段最终流量和水头损失。

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