培训供水管网水力模型PPT资料.ppt

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能够获得足够的水量；

净水：

絮凝池、沉淀池、滤池；

保证水量、去除影响使用的杂质；

加压：

深井泵站、一泵站、二泵站、中途泵站；

保证水量、提供适当的压力；

输送：

输水管、配水管网、明渠；

形成水流通道，维持合理的流速；

调节：

清水池、水塔、高地水池、屋顶水箱；

调节取水、净水与用水之间的数量差异，储备事故及消防用水。

供水管网系统各组成部分的作用,供水管网系统各部分的流量关系,清水池用于调节给水处理厂处理水量与二级泵站供水量之差,水塔用于调节二级泵站供水量与用户用水量之差,水厂自用水量一般是用户总用水量的5%10%,主要包括管网系统布置形式管网拓扑结构模型化管网模型元素概化管段中流量的分配,3供水管网系统模型化,3.1管网系统布置形式根据管网的布置形式，可分为树状管网和环状管网。

树状管网投资较省，但供水安全性较差；

环状管网投资明显高于树状管网，但增加了供水的可靠性。

一般在城镇建设的初期采用树状管网，随着城镇的发展逐渐连成环状管网。

在城市的中心布置成环状管网，郊区布置成树状管网。

泵站,树状管网,泵站,环状管网,供水管网的布置要求1按照城市规划平面图布置管网，布置时应考虑给水系统分期建设的可能，并留有充分的发展余地；

2管网布置必须保证供水安全可靠，当局部管网发生事故时，断水范围应减到最小；

3管线遍布在整个给水区内，保证用户有足够的水量和水压；

4力求以最短距离敷设管线，以降低管网造价和供水能量费用。

3.2管网拓扑结构模型化,管网模型：

将给水排水管网工程实体简化和抽象为用管段和节点两类元素图形和数据表达的系统，称为给水排水管网模型。

管网模型分类：

拓扑模型、水力模型、水质模型、运行管理模型。

管网模型内容：

管网拓扑关系和水力、水质特性。

模型理论基础：

数学、水力学、化学、生物学。

管网图简化,某市管网全图管网局部图管网简化图,管网图形及简化管网图形：

根据图论的基本原理，图由“弧”和“顶点”两部分组成。

给水管网的几何图形可以抽象地认为是由管段和节点构成的有向图，如将管段看成“弧”，节点看成“顶点”，则管网本身也是一种“图”。

管网图形中每个节点通过一条或多条管段和其他节点相连接。

如果舍去后，会破坏“图”的连续性的管段，称为联系管段。

去除后会破坏“图”的连续性的节点，称为铰点。

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,管网简化原则与方法,

（1）简化原则1）宏观等效原则。

保持其功能，各元素之间的关系不变。

2）小误差原则。

简化模型与实际系统的误差在一定允许范围，满足工程上的要求。

（2）管线简化一般方法1）删除次要管线，保留主干管线和干管线。

2）相近交叉点合并，减少管线的数目。

3）删除全开阀门，保留调节阀、减压阀等。

4）串联、并联管线水力等效合并。

5）大系统拆分为多个小系统，分别计算。

管网简化图例,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。

分解：

只有一条管段连接的两个管网可分解成两个管网进行计算；

管网末端水流方向确定的部分可分开计算；

环状网上接出的树状网分开计算。

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，对水力条件的影响很小，计算时可以忽略。

节点合并：

距离很近的两个节点计算时可视为一个节点。

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。

等效管段的比阻：

等效管段的长度：

管网简化原则与方法,3.3供水管网模型元素概化,所谓抽象，就是忽略所分析和处理对象的一些具体特征，而将它们视为模型中的元素，只考虑它们的拓扑关系和水力特性。

经过简化的供水管网进一步抽象成为仅由管段和节点两类元素组成的管网模型。

管段和节点,管段：

管线和泵站等简化后的抽象形式，只输送水量，不允许改变水量，但可以改变水的能量。

当管线中间有较大的集中流量时，应在集中流量点处划分管段，设置节点。

泵站、减压阀、跌水井、非全开阀门等应设于管段上。

节点：

管线交叉点、端点或大流量出入点的抽象形式。

水的能量唯一，但有流量的输入或输出。

管段和节点流量的概化,比流量：

为简化计算而将除去大用户集中流量以外的用水量均匀地分配在全部有效干管长度上，由此计算出的单位长度干管承担的供水量。

城镇中用水量标准不同的区域应分别计算比流量。

沿线流量：

干管有效长度与比流量的乘积。

按管道长度计算的比流量不能反映供水人数和用水量的差别，可采用按面积计算比流量的方法。

管段和节点流量的概化,经过简化，管网中除最末端的管段外，其他任一管段的流量都由两部分组成，一部分是本管段沿程配水产生的流量，即沿线流量，另一部分是通过该管段输送到下游管段的流量，称为转输流量。

节点流量：

沿线流量只有概念上的意义，在水力计算时应将沿线流量按适当比例分配到两各节点，成为节点流量。

沿线流量转换成节点流量的原则是管段的水头损失相同。

管段和节点流量的概化,集中流量处理：

概化后管段和节点的属性,管段属性构造属性：

管长、直径、粗糙系数。

拓扑属性：

管段方向、起点、终点。

水力属性：

流量、流速、扬程、摩阻，压降。

节点属性构造属性：

高程、位置。

与节点关联的管段及其方向、节点的度；

节点流量、节点水头、自由水头。

管网的流量分配就是确定管网中各管段的流量，通过的流量即管段流量（计算流量）。

节点流量求出后，就可进行管网的流量分配，依此确定各管段的流量和管径。

计算流量（即流量分配），实际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。

3.4管段流量的分配,树状管网的管段流量具有唯一性。

8,6,14,27,33,77,5,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。

（经济性、可靠性）,环状网流量分配步骤1、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。

2、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，这些平衡干管中尽可能均匀地分配流量，并且符合水流连续性，即节点流量平衡。

3、和干管线垂直的连接管，可分配较少的流量。

原因：

主要作用是沟通平行干管之间的流量，有时起部分输水作用,有时仅就近供水到用户，平时流量一般不大，只有在干管损坏时才能转输较大的流量。

主要包括管段直径与水头损失计算管网计算基础方程管网计算方法分类管网水力计算,4供水管网系统水力学基本方程,4.1管径计算管道直径、管段计算流量和水流速度之间满足以下关系：

在确定的计算流量下，管道直径是流速的函数：

从技术上考虑，水流的最大速度应不超过2.53.0米/秒（防止水锤），最小速度不得小于0.6米/秒（防止沉积）。

从经济上考虑，较大的水流速度可减小管道直径，降低工程造价；

但由于水流速度大而会导致水头损失增加，从而加大运行的动力费用。

合理的流速应该使得在一定年限（投资偿还期）内管网造价与运行费用之和最小。

4.1管径计算,设Wt为总费用，C为管网造价，M1为年度运行电费，M2为年折旧费用，t为投资偿还年限。

则有：

投资偿还期内的年度总费用为：

因M2与管网造价有关，以管网造价的百分数计，,可表示为M2=C,经济流速:

Q一定,在资金偿还期内,管网的造价和管理费用之和为最小时相应流速为经济流速.,经济管径:

如果Q一定,由经济流速制定的管径叫经济管径.,经济流量:

如果DN一定,由经济流速决定的管段通过的流量叫经济流量.,在重力条件下,把H用完所得管径为经济管径.,D-V-Q,以靠近为原则,流量和水头损失的关系：

均匀流基本公式：

4.1水头损失计算,舍维列夫公式（适用于旧铸铁管和旧钢管）,巴甫洛夫斯基公式（适用于混凝土管、钢筋混凝土管和渠道）,对于混凝土管和钢筋混凝土给水管，当0.01n0.04时，y值可采用1/6。

海曾威廉公式,柯尔勃洛克公式,目的：

确定各水源节点的供水量、各管段的流量和管径、全部节点的水压。

多水源环状管网的管段数、节点数、基环数和水源数满足列关系：

+-,单水源环状管网：

+-1,树状管网：

-1,4.2管网计算基础方程,管网水力计算时，节点流量、管段长度为已知，需要确定管道的直径和流量，有2P个未知数，利用经济流速确定流量与直径的关系，实际上只要求解个未知数。

管网中的水流必须符合质量守恒和能量守恒原理，即满足连续方程和能量方程。

独立的连续性方程数为个，独立的能量方程数为个，共计个。

4.2管网计算基础方程,个节点连续性方程：

qi为节点流量，qij为管段流量，离开节点为正，流向节点为负。

4.2管网计算基础方程,个基环能量方程：

hij为管段水头损失，顺时针方向为正，逆时针方向为负。

4.2管网计算基础方程,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。

解环方程：

管网经流量分配后，各节点已满足连续性方程，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，从而得出各管段的流量和水头损失。

4.3管网计算方法分类,解节点方程：

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，通过计算求出每一节点的水压。

节点水压已知后，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。

解管段方程：

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。

4.3管网计算方法分类,4.4树状管网水力计算,计算步骤：

确定各管段的流量；

根据经济流速选取标准管径；

计算各管段的水头损失；

确定控制点；

计算控制线路的总水头损失，确定水泵扬程或水塔高度；

确定各支管可利用的剩余水头；

计算各支管的平均水力坡度，选定管径。

某镇供水区用水人口5万人，最高日用水量定额为150/（人），要求最小服务水头为16。

节点接某工厂，工业用水量为4003/，两班制，均匀使用。

城市地形平坦，地面标高为5.OO。

1总用水量设计最高日生活用水量：

500000.157500m3/d86.81L/s工业用水量：

4001625m3/h6.94L/s总水量为：

Q86.816.9493.75L/s2管线总长度：

L2425m，其中水塔到节点0的管段两侧无用户不计入。

3比流量：

（93.756.94）24250.0358L/s,4沿线流量：

5节点流量：

6干管水力计算：

选定节点8为控制点，按经济流速确定管径。

7支管水力计算,8确定水塔高度和水泵扬程,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。

树状网中，当管网节点流量算出后，利用节点流量平衡关系就可把每个管段流量直接算出来，同时也确定了水流方向。

树状网各管段均为串联管路，当个别管的管径改变时，为了供给要求的水量，只须改变管网始点的水压，而各管段的流量仍旧不变