给水排水管道系统设计与计算

第3章给水排水管道系统的设计一、给水管道系统的设计内容1、管道系统的布置和定线；2、设计流量计算；3、确定管道直径；4、计算管道中的水头损失；5、求出二级泵站的扬程及水塔高度；6、水量调节构筑物的容积计算；√二、给水管道系统的设计流量1、给水系统设计用水量的组成(1)城市居民生活用水量；(2)工业企业生产用水和职工生活用水；(3)浇洒道路和绿地等市政用水；(4)消防用水量；(5)管网漏失水量及未预计水量；2、给水系统各组成部分的设计流量明确几个概念：(1)最高日用水量在设计年限内，用水最多一天的水量称为最高日用水量。(2)最高时用水量一天内用水最多的一小时的水量称为最高时用水量。(3)平均时用水量一天内平均一小时用水量称为平均时用水量。取水构筑物一级泵站给水处理厂清水池二级泵站配水管网2、给水系统各组成部分的设计流量(1)采用最高日平均时用水量的构筑物：取水构筑物、一级泵站、原水输水管、给水厂取水构筑物一级泵站给水处理厂清水池二级泵站配水管网(2)二级泵站管网内不设水塔或调节水库时：设计流量按最高日最高时用水量计算，否则会出现供水不足的现象；管网内设水塔或调节水库时：二级泵站根据用水量变化情况分级供水（分级情况根据用水量变化曲线确定）。此时二泵站的供水量与用水量之差由水塔或水库调节。取水构筑物一级泵站给水处理厂清水池二级泵站配水管网(3)清水输水管道管网内不设水塔或调节水库时：设计流量按最高日最高时用水量计算；管网内设水塔或调节水库时：设计流量按最高日最高时用水量减去水塔输出的流量计算；清水输水管取水构筑物一级泵站给水处理厂清水池二级泵站配水管网(4)配水管网配水管网设计总流量按最高日最高时用水量计算。三、配水管网的水力计算1、配水管网水力计算的任务(1)计算管网中各管段的流量；(2)确定各管段的管径、水头损失；(3)确定水泵扬程、水塔高度；2、管网中管段设计流量的计算要确定各管段的设计流量，需首先确定各管段的沿线流量和节点流量。2345678910qj1qvIIIIIIIV图示为4个环的环状管网；两个节点之间的管线称为管段；节点编号输水管Q-总流量(1)沿线流量(qv)沿线流量是指供给该管段两侧用户所需流量；沿线流量大小不等；(2)集中流量(qj)集中流量是指供给某大用户(如工厂)所需流量；vjQqq2、管网中管段设计流量的计算由于管段的沿线流量大小不等，计算比较复杂，因此在实际的设计中对管网流量进行简化。假设一：将非均匀配出的沿线流量简化为均匀配出的沿线流量，即小用户的流量均匀分布在全部干管上。——称作比流量法。89•/jsQqqlmsl长度比流量比流量法长度比流量法面积比流量法假定沿线流量均匀分布在全部配水干管上，管线单位长度上的配水流量称为长度比流量，qs每个管段的沿线流量怎样计算？(3)节点流量(qi)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。假设二：将均匀配出的沿线流量按一定比例折算成节点流量。2345678910qjq2q3q4q5q6q7q8q9q101管网中任一点的节点流量(qi)集中流量也并入节点流量中。无集中流量时：任意一个节点流量等于与该节点相连的各管段的沿线流量总和的一半。包括两部分：该节点的集中流量和沿线流量折算成的节点流量2345678910qjq2q3q4q5q6q7q8q9q101q8的节点流量？q9的节点流量？流量校核：全部节点流量之和等于管网设计的总流量。Qiq计算例题某城镇最高时总用水量为284.7L/s，其中集中工业用水量为189.2L/s（从节点1和2流出，分别为94.6L/s）。干管各管段编号及长度如图所示，管段4-5、1-2、2-3为单侧供水，其余为双侧供水。计算(1)干管的比流量；(2)1-2和4-1管段的沿线流量；(3)节点1的流量。482082082075675675675656123居住区居住区居住区绿地绿地工厂(1)干管的比流量284.7189.20.0219/4350sLsmq(2)1-2和1-4管段的沿线流量12120.0219(0.5756)8.3/sLLsqq14140.021982018.0/sLLsqq0.5756375682034350Lm某城市最高时总用水量为260L/s，其中集中供应的工业用水量120L/s（分别在节点2、3、4集中出流40L/s）。各管段长度（单位为m）和节点编号见图。管段1-5、2-3、3-4为一侧供水，其余为双侧供水。试求：（1）比流量；（2）各管段的沿线流量；（3）各节点流量。练习解：1．配水干管计算总长度)(44005006008003600)600(6000.55.05.05.05176645321433251mLLLLLLLLL2．配水干管比流量msllqQqihs/0.0318244001202603．沿线流量管段编号管段计算总长度（m）比流量(L/s.m)沿线流量(L/s)1-22-33-41-53-54-65-66-78000.5×600=3000.5×600=3000.5×600=3008008006005000.0318225.459.559.559.5525.4525.4519.0915.91合计4400140.004．节点流量计算节点节点连的管段节点流量(L/s)集中流量(L/s)节点总流量(L/s)12345671-2,1-51-2,2-32-3,3-4,3-53-4,4-61-5,3-5,5-64-6,5-6,7-66-70.5(25.45+9.55)=17.500.5(25.45+9.55)=17.500.5(9.55+9.55+25.45)=22.280.5(25.45+9.55)=17.500.5(9.55+25.45+19.09)=27.050.5(25.45+19.09+15.91)=30.220.5(15.91)=7.9540404017.5057.5062.2857.5027.0530.227.95合计140.00120.00260.00(4)流量分配目的：确定各管段中的流量，进而确定管段直径。流量分配要保持水流的连续性，每一节点必须满足节点流量的平衡条件：流入任一节点的流量等于流出该节点的流量，若以流入为“－”，流离为“＋”，则∑Q=0。二级泵站树状网流量分配水流方向唯一，流量分配唯一，任意管段的流量等于该管段以后所有节点流量的总和。(4)流量分配——环状网流量分配有多种组合方案（如节点3）。基本原则：满足供水可靠性前提下，兼顾经济性。(5)管径计算管网流量分配后，可按公式计算该管段的管径。4ijQDvijQ——i－j管段的管段流量，m3/sv——管道流速，m/sD——管道直径，m3、给水管道系统的水力计算管道系统定线初步流量分配确定管径确定各节点的水压确定水泵的扬程确定水塔等调节构筑物的容积、高度等计算水头损失思考题1、给水系统中设计水量的组成？2、管网中不设水塔等水量调节构筑物时，输水管、二泵站、配水管网的设计流量？3、对给水管网的流量进行简化的2个假设？4、怎样计算管网中各节点的流量？三、污水管道系统的设计内容1、管道系统的布置和定线；2、设计流量计算；3、确定管道直径和坡度；4、管道埋设深度；5、污水提升泵站的设计；6、污水管道的平面图和剖面图；√四、污水管道系统的设计流量1、城市污水量的组成(1)城市居民生活污水量；(2)工业废水量（纳入城市污水管渠的部分，有部分工业企业产生的废水先经过处理后再进入城市污水管道系统）；(3)少量渗入城市污水管道的地下水；2、污水管道系统的设计流量(1)污水管道系统通常按设计年限内的最高日最高时污水量计算。(2)设计管段的划分凡采用同一设计流量、同一管径、同一坡度的两个检查井之间的连续管段，称为设计管段。不需要把每个检查井都作为设计管段的起始点，将采用相同管径和坡度的连续管段可以作为一个设计管段。122、污水管道系统的设计流量(3)设计管段的流量确定每一设计管段的污水设计流量包括三种流量：本段流量——从本段沿线街坊流来的污水量。①通常假定本段流量是在起点检查井集中进入设计管段的。②本段流量等于本段服务面积上的全部污水量。2、污水管道系统的设计流量转输流量——从上游管段和旁侧管段流来的污水量。集中流量——从工业企业或其他大型公共设施溜来的污水量。管段设计流量＝本段流量＋转输流量＋集中流量Q4-5q4q5q6q8q7q9123456789qjQ5-1q5-1q1－2Q1-2Q2-3污水干管污水主干管污水支管q4，q5——街坊生活污水经支管流入检查井的生活污水量；qj——集中流量；Q4-5、Q5-1、Q1-2的流量？3、污水管道系统的水力计算目的——确定管径、管道坡度和埋设深度。污水在管道中依靠管道两端的水面高差从高处流向低处，一般为重力流。明确污水管道水力计算的重要设计参数(1)设计充满度在设计流量下，污水在管道中的水深(h)和管道直径(D)的比值称为设计充满度，也叫水深比，计作h/D=1时称为满流；h/D1时称为非满流；hD3、污水管道系统的水力计算(1)设计充满度管道最大设计充满度的规定管道最小设计充满度：一般不小于0.5管径(mm)最大设计充满度200~3000.60350~4500.70500~9000.7010000.75(1)设计充满度污水管道规定非满流的原因：①污水流量时刻在变化，很难精确计算，而且雨水或地下水可能渗入污水管道，因此有必要保留一部分空间；②污水管道内沉积的污泥由于厌氧作用会产生一些有害气体如甲烷、硫化氢等；另外，污水中含有汽油、石油等易燃液体时，容易产生爆炸性气体，所以要留有一定空间通风；③便于管道的清通和养护管理；3、污水管道系统的水力计算(2)设计流度与设计流量、设计充满度向对应的水流平均速度称为设计流速。①流速过小，污水流动缓慢，污水中的悬浮物容易沉积在管道中。②流速过大，可能会对管壁产生冲刷，损坏管道，缩短了管道的使用寿命。③设计流速应该在最大和最小设计流速之间。④最小设计流速是保证管道内不致发生沉积的流速，规定为0.6m/s。⑤最大设计流速是保证管道不被冲刷损坏的流速，与管道材料有关；金属管最大设计流速为10m/s，非金属管的最大设计流速为5m/s。3、污水管道系统的水力计算3、污水管道系统的水力计算(3)最小管径①管径过小，容易阻塞，从而增加管道的清通次数。②采用较大管径可选用较小的设计坡度，从而减小管道埋身，降低造价。③《室外排水规范》规定：污水在街坊和厂区的最小管径为200mm，在街道下的最小管径为300mm。3、污水管道系统的水力计算(4)最小设计坡度①在进行污水管道系统设计时，通常使管道敷设坡度与地面坡度一致，以节省施工费用。②但如果地势平坦，此时可能会导致管道坡度过小，管道内的流速小于规定的最小流速，因此要规定最小设计坡度。③《室外排水规范》规定：管径为200mm时，最小设计坡度为0.004；管径为300mm时，最小设计坡度为0.003。3、污水管道系统的水力计算(5)覆土厚度及管道埋深①管道的覆土厚度：指从管道外壁顶部到地面的距离。②管道的埋设深度：指从管道内壁底部到地面的距离。③水管道在车行道下的最小覆土厚度不小于0.7m，在非车行道下，其最小覆土厚度可以适当减小。④管道的最大埋深：在干燥土壤中一般不超过7－8米；在地下水位较高、流砂严重、挖掘困难的地层中通常不超过5米。当管道埋深超过最大埋深时，应考虑设置污水泵站等措施，以减少管道的埋深。管道编号管道长度(m)设计流量Q(L/s)管径D(mm)坡度I流速v(m/s)充满度降落量I×L(m)标高(m)埋设深度h/D水深(m)地面水面管内底上游下游上游下游上游下游上游下游1234567891011121314151617污水管道水力计算表思考题1、城市污水量的组成？2、什么是设计管段？每一设计管段的