给水排水管网系统期末考试复习资料整理完整版.docx
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给水排水管网系统期末考试复习资料整理完整版
1．给水管网组成及功能（简答题）
1）输水管（渠）——较长距离内输送水量的管道或管渠
特点：
沿途不分配流量;可靠性要求高，一般为双线;造价及其昂贵，投资浩大
2）配水管网——分布在供水区域内的配水管道网络，将集中点的水量分配输送到整个供水区域，使用户可以从近处取水。
非常庞大复杂的系统
组成：
主干管、干管、支管、连接管、分配管等构成，以及阀门和检测仪表等附属设施。
3）水压调节设施——包括泵站和减压设施
泵站：
增加水流压力，克服管道内部水头损失，保障用户龙头水压。
减压设施：
减压阀和节流孔板等。
降低管网静压和动压，避免水压过高造成供水设施破坏。
4）水量调节设施——清水池、水塔、高位水池等——调节供水与用水的流量差。
后二者现今已较少应用。
2．给水管网重要性（简答题）
1）投资巨大—开挖，破路，管材，施工等。
寸管寸金
2）资源耗费大,电量耗费大
3）供水流程的最后环节，直接承担向用户输水的任务，对用户龙头出水的水量、水压及水质的影响至关重要。
直饮水的控制环节.
4）水司最重要的部门，待遇最好的部门
3．给水管网的类型（简答题）
1）按水源数目：
单水源给水管网，多水源给水管网
单水源：
所有用于水来自于一个清水池
多水源：
多个清水池作为水源，大中城市一般为多水源
2）按照连接方式：
统一给水管网，分区给水管网
统一：
系统中只有一个管网。
中国管网之庞大世界第一。
分区：
划分为多个区域，各区域管网具有独立的供水泵站，不同的水压可降低管网平均压力，减少爆管和泵站能量的浪费
3）按照动力方式：
重力输水管网，压力输水管网
重力：
水源地势高，水依靠自身重力流入用户
压力：
清水池的水由泵站加压送出。
有时经过多级加压
4）按照布置方式：
枝装管网，环状管网
枝装：
可靠性差，末端易水质恶化
环状：
可靠性高，投资大（可能会考优缺点）
4．给水管网布置的总要求
1）供给用户所需的水量2）保证用户足够的水压3）保证不间断供水4）保障用户饮水安全
5．给水管网布置的具体原则（简答题）
1）前瞻性——按照城市规划来布置管网，考虑给水系统分期建设的可能性，留有充分的发展余地。
2）安全性——保证管网安全可靠，当局部管网发生事故时，断水范围应减到可接受的最小程度
3）全面性——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）经济性——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；减少拆迁，少占农田
5）层次性——先确定主干管布置，然后布置一般管线与设施，2~3级
管线综合——协调好与其它管道电缆和道路等工程的关系
6．给水管网布置的基本形式——环状网和枝装网
枝装网——供水安全性差，末端水质恶化严重，造价低
环状网——供水安全性好，造价高。
1）在城市建设初期采用枝装网，以后逐步连成环状；
2）供水安全性较低的边缘地区工矿企业可采用环状网
7．给水管网布置的具体注意事项（可能有填空题）
1）与城市平面布置图和规划图一致，一般敷设在道路下，应避免在高级路面下通过。
2）干管延伸方向应和二泵站到水池、水塔、大用户的水流方向基本一致。
沿水流方向以最短距离布置一条或数条干管，干管位置应从用水量较大的街区通过。
3）干管与干管之间可通过连接管相连，以保障干管供水安全
4）管道与其它管线、建筑物、铁路等均需要保持一定的平面和垂直距离
5）分配管大小以该单位用水量大小计算而定,考虑消防需要最小为100，尽可能地布置在较高的位置，保证对附近用水配水管中有足够压力，增加管道的供安全性
6）干管的间距根据街区情况采用500~800m,干管隔一定距离设横、跨管，其间隔考虑在800~1000m左右，其作用是保证关闭一些阀门时能够供水。
8．水管材料的要求（简答题）
1）足够的强度——可承受各种内外荷载
2）水密性——不漏水
3）水力条件好——内壁光滑，减少水头损失
4）水质条件好——耐腐蚀，溶出物少
5）性价比好——价格低，使用年限长
9．给水管网调节构筑物——水池
有钢混水池、预应力钢混水池和砖石水池。
一般为钢混水池
主要包括：
1水池主体2进水管3溢流管，不设阀门4检修孔5通风孔6放空阀7水位指示装置
☆问题：
解决管网问题的基本参数是？
10．管网简化的原则
1）宏观等效原则
对某些局部进行简化以后，要保持各元素之间的关系不变，即针对于计算目标而言，简化前后是等效的。
2）小误差原则
将误差控制在允许的范围内，必须满足特定的要求
☆管网简化分为管线简化和附属设施简化
11．管线简化的方法
1）删除次要管线
2）当管线交叉点很近时，可合并为同一交叉点
3）将全开的阀门去掉，将管线从全闭阀门处切断
4）完全并联的管线，在不影响计算结果情况下可以简化为单线，但应符合水力等效原则。
5）当一个供水区域仅由少数几条管线供水和其他管网相连时，可以将连接的管线断开，将一个管网分解为几个独立的管网，对几个管网分别单独计算。
6）对于混合型管网，将枝装部分省略，将其流量加入上游节点上，转化为环状管网，按照上述原则计算。
☆水力等效原则:
经过简化后，等效的管网对象与原来的实际对象有相同的水力特性。
如两条并联管线简化成一条后，在相同的流量下，应具有相同的水头损失。
☆问题:
如果你进行管网计算，是否需要进行管网简化？
为什么？
（从水质角度，不应简化，但工作量太大，故可以能过计算机进行简化；过分简化，计算结果将与实际用水情况差别较大。
总之，简化是有必要的。
☆问题:
管网简化的优点和缺点？
12．节点——定义及特性
定义——流量和流态发生变化的点
特性——1节点不能改变水的能量：
泵站、减压阀、阀门等不能置于节点上
2节点可以可以有流量的改变
具体形式：
1管线交叉点2大用户接出点3长距离管道的中间4管径变化点5水源或储水池
属性:
构造属性：
1节点高程2节点位置
拓扑属性：
1与节点关联的管段及其方向2与节点关联的管段数
水力属性：
1节点流量2节点水头3自由水头
13．管段——定义及特性
定义——管线的抽象形式
特性——1只能输送流量，而不能改变流量2可以改变水的能量
具体形式：
泵站、减压阀、非全开阀门等应设于管段上。
☆实际管线中的沿线流量在管网抽象时转化为节点流量。
属性:
构造属性：
1管段长度2直径3粗糙系数
拓扑属性：
1管段方向2起端节点3终端节点
水力属性：
1管段流量2管段流速3管段摩阻4管段压降
14．管网计算流量——沿线流量
定义：
管段计算流量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
计算前提：
按照最大时进行流量分配。
15．流量分配——环状管网
环状网的流量分配较为复杂，而且不具有唯一性
分配原则：
流向任一节点的流量必须等于流离该节点的流量，以满足节点的流量平衡。
规定：
离开节点的管段流量为正，流向节点的为负
环状网流量分配应兼顾经济性和安全性。
经济性：
管径确定后，在一定年限内管网建造费用和维护费用最小
安全性：
能向用户不间断供水，并保证应有的水压、水量和水质
☆管径计算中，年折算费用与管径和流速有关。
计算数据应根据城市当地状况而定。
环状网流量分配的步骤：
1）初步拟定管网的水流方向，选定管网的控制点。
2）泵站到控制点之间选定几条主要的平行干管线，干管之间尽可能均与分配流量
3）连接管分配较少的流量
多水源环状网流量分配：
1）按照流量确定大致的供水范围和供水分界线
2）在各自供水区域内进行流量分配
3）分界线上节点流量，可能由几个水源同时供给
16．水头损失计算
1）舍维列夫公式——旧铸铁管和旧钢管
当v≥1.2时，
当v＜1.2时，
2）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
3）海曾-威廉公式——
C——管壁粗糙系数
该公式计算简单，在管网计算中最为常用。
在实际工程中，可通过现场实验进行测定。
4）科尔波洛克公式
K——绝对粗糙度
贴近实际，但运算复杂，在比较各种公式的准确性时，以此公式计算结果为准。
17．环状网水力计算的条件P=J+L-1
☆描述水源的流量和压力之间的关系。
——水泵特性曲线
☆问题:
1）管网是动态的，在每一时刻是否满足连续性方程？
最大时，事故时，消防时为连续性方程计算管网的三个主要时刻，根据质量守恒，任何时刻都满足连续方程。
2）在漏水情况下，是否满足连续方程？
满足，将总漏失分配到各个管网中，最简单的做法是沿管段长度平摊漏失，算入节点流量或管段计算流量中。
3）对于大环来说，是否满足能量方程？
满足
18．解环方程（哈代—克罗斯法）
1前提：
已经进行过流量分配，各节点满足连续性方程
2过程：
计算各管段的水头损失，水头损失不一定满足能量方程
3将各管段流量进行反复调整
4直至能量方程得到满足（在允许的误差范围内）
☆最常用的一种计算方法：
连续性方程+能量方程
主导思想：
要满足连续性方程基础上，逐步修正管段流量，减少环闭合差，最后满足量方程。
☆可分为两个部分：
本环的影响和邻环的影响
解环方程法的具体过程：
1）流量分配，初步拟定各管段的流量
2）校核能量方程，一般情况下不能满足。
每个环内各管段的水头损失之和不等于零，所得的非零值称为“环闭合差”
如果环闭合差大于零，说明顺时针流向的管段流量分配过
大，反之则逆时针分配过大。
3）引入“环校正流量”，修正环上各管段的流量。
修正后的管段流量再次代入能量方程，得到喜爱一次迭代的环闭合差和环校正流量，再一次修正管段流量，直至环闭合差小于规定值为止（手工时每环小于0.5m，大环小于1.0m；计算机时0.01-0.05m）。
4）注意：
对于连接两个环的管段，其修正流量等于其上次迭代后的流量加上本环校正流量和邻环校正流量。
5）闭合差小于规定值后，可开始计算水泵扬程。
完成平差管网计算。
19．二次污染（定义）:
经给水处理厂净化后的水，需通过复杂庞大管网系统输送到用户。
从水厂到用户，途径管线长度数十公里，水在管网中的滞留时间从数小时到数日。
输配过程中有足够的时间进行生物、化学、物理等反应，使水受到二次污染，出厂达标的水经管网输送到用户时，往往达不到国家饮用水质标准。
20．生长环（定义）：
给水管道在常年运行中，由于物理、化学、电化学、微生物等作用，沿管道内壁逐渐形成不规则的环，是由沉淀物、锈蚀物、生物膜组成的环状混合体称为“生长环”。
“生长环”是随管龄而不断增厚，使过水断面缩小。
21．给水管道的“生长环”的成因
1水对金属管道内壁侵蚀形成的锈垢
侵蚀作用一般分为化学腐蚀和电化学腐蚀。
对金属管道而言，输送的水就是一种电解液。
对腐蚀影响最大的是水中的溶解氧。
水的pH值明显影响金属管道的腐蚀速度。
此外，溶解盐类也是最常见的引起腐蚀的物质，在给水管道中主要的是氯化物。
2管道内的后沉淀
由于流态变化以及前处理工艺的不完善性，水中的钙、镁、铁、锰等金属离子和微絮凝体以及地下水中常有的一些细砂、粉砂进入管道后，均能产生管道中的后沉淀。
后沉淀可在管壁形成积垢，成为细菌滋生的良好场所，同时也降低管道的通水能力。
3微生物的腐蚀
Ø微生物腐蚀往往和电化学腐蚀同时发生，它主要通过电极电位和浓差电位间接参与腐蚀过程。
在给水管网中常见的有铁细菌、硫酸盐还原菌。
Ø铁细菌是一种特殊的自养菌属，依靠铁和氧生存和繁殖，利用亚铁离子氧化成高铁离子释放的能量维持生命。
铁细菌繁殖，形成密集的铁瘤，使管道内经常发生“红水”的水质恶化现象。
微生物从水中吸收所需的营养物质，同时排出代谢产物，这些代谢产物又可成为另一类微生物的营养源，使微生物不断繁殖，从而导致腐蚀加剧。
4化学稳定性差
Ø水的腐蚀性和结垢性一般都是水-碳酸盐系统的一种表现。
Ø当水中的碳酸钙含量超过饱和值时，则会出现碳酸钙沉淀，引起结垢的现象。
反之，当水中碳酸钙含量低于饱和值时，则水对碳酸钙具有溶解的能力，可以将已经沉淀的碳酸钙溶解于水中。
碳酸钙含量小于饱和值可以把非金属管材中的碳酸钙溶解出来（对用混凝土或钢筋混凝土一类的材料制的管道来说）；对金属管腐蚀来说，则是溶解掉原先沉积在金属表面的碳酸钙，从而使金属表面裸露在水溶液中，产生腐蚀过程。
Ø稳定性水不会引起这种腐蚀，能延长管道的使用寿命。
5生物稳定性差
如果自来水中有机营养物充足，即使投氯量增加，细菌仍能够在给水管网中生长。
因此，提出饮用水的生物稳定性问题，公认水中可同化有机碳AOC（AssimilableOrganicCarbon）作为饮用水生物稳定性的评价指标。
一般认为：
当不加氯时，AOC浓度10～20μg/L为生物稳定水。
当加氯时，AOC浓度50～100μg/L为生物稳定水。
AOC浓度过大，说明管网中细菌生长的潜能大、水的生物稳定性差，会逐渐沿管壁形成生物膜。
22．影响余氯衰减的主要因素
1水温的影响：
原水为地面水时，水温随季节而变化。
温度越高，余氯在管道中的衰减越快。
一年四季余氯衰减速度不同，夏季比冬季快，南方管道中余氯衰减速度比北方快。
2材质:
水泥管余氯消耗慢，因为不存在金属腐蚀；金属管余氯消耗快，与金属反应，与腐蚀层反应，与生物膜反应。
无防腐脱落
3管径的影响：
余氯与管壁的接触面积愈大，余氯的衰减速度愈快。
若将管道中单位体积的水与管壁的接触面积称为接触率，那么水与管壁的接触率和管道直径成反比。
管径大，比表面积小，消耗慢。
4管内卫生状况的影响：
管内形成很厚的“生长环”，并结有生物膜，管内卫生状况不好，余氯衰减速度则快（细菌/接触率增大）。
（年代）
5管内水质的影响：
水质对余氯衰减速度影响很大。
当上述条件相同，浊度高、有机物含量高的原水管道明显比给水管道余氯衰减速度快。
6水力工况的影响：
1）、停留时间停留时间由用户性质造成，停留时间长，消耗快
2）、管内流速大——消耗水中有机物、微生物，小——消耗在管壁
3）、给水系统运行工况（优化水力条件，降低加氯量）
23．传统一阶模型，其他模型
1）传统一阶模型
大部分水质模型是建立在氯在给水管网中衰减动力学公式的基础之上，并假设衰减遵循一级反应动力学方程：
2）其它模型
二阶模型——部分学者证明一级反应动力学公式不能够与配水管网中余氯的衰减特征吻合。
Clark等于1998年提出了余氯衰减的二阶模型，通过烧杯实验证明其准确性高于一阶模型。
二阶段模型——一些学者根据反应物质的不同，将余氯的衰减分为两个阶段，即快速反应阶段和慢速反应阶段。
按照反应阶数来划分，又可以分为一阶两阶段模型和二阶两阶段模型。
基于质量传输的一阶模型——Rossman等提出了一个基于质量传输的余氯衰减模型。
该模型假设氯衰减是在主体水中和在管壁处的两方面造成的，且氯在管壁处的反应速率与氯向管壁传输速率相等。
两个系数——主体水衰减系数和管壁水衰减系数。
1kt远远大于kb：
管壁对余氯衰减的影响，比主体水自身的衰减快的多。
管网二次污染的形成，主要在于管道生长环的影响。
为了提高用户龙头出水水质，需要对管网水质进行有效管理。
2普通铸铁管对于余氯的衰减影响最大，其次是球墨铸铁管，最小的是PVC。
3时间越长，影响越大。
24．给水管网中的微生物再生长
细菌在给水管网中的繁殖再生长有两个主要含义：
首先是指细菌漏过水的净化处理，进入管网，从而引起管网的细菌数量的增加；
其次就是指细菌在管网中的自身繁殖。
粘附在管内壁的细菌，靠水中或管壁上的物质生存，最终将导致形成生物膜。
25．铁细菌
1）这群细菌附着在管壁上后，在生存过程中能吸收亚铁和排出氢氧化铁，因而会造成突起物，造成活瘤，产生“红水”事故；
2）是给水系统腐蚀中非常有害的细菌；
3）特殊的化能营养型菌类，依靠铁盐的氧化，在有机物含量极少的洁净水中，顺利地利用细菌本身生存过程中产生的能量而生存。
26．饮用水生物稳定性
1）饮用水的生物稳定性就是指饮用水中有机营养基质支持异样菌生长的潜力，即细菌生长的最大可能性。
2）饮用水生物稳定性高，则表明水中细菌生长所需的有机营养物质含量低，细菌不易在其中生长；饮用水生物稳定性低，则表明水中细菌生长所需的有机营养物质含量高，细菌易在其中生长。
参数指标AOC
27．管网水质监测
1）常规监测：
日常供水中的水质监测，分为常规指标和全分析。
2）在线监测：
余氯、浊度、PH
指标确定：
影响大，变化大，实现容易
选点：
最大限度地代表管网水质
系统集成：
保证系统稳定运行
3）应急监测：
自来水应急的根本之一，也是应急系统中技术含量最高部分，完整的应急应分为三级：
第一级监测所用方法以快速为特点。
有没有毒，能不能喝。
（几分钟——1小时）
第二级监测出污染物的类别。
（几小时）
第三级监测污染物的具体名称。
（几日）
28．管网的技术资料的内容
1管网图纸管网管理的最基本资料。
形式有：
纸质、CAD格式、数据库格式、GIS格式等
2管线过河、铁路和公路的构造详图管网关键部分，不允许出现偏差
3阀门、消火栓、排气阀等统称“水闸”，管网中经常的附件。
需保证“快、准、有、灵”
4竣工记录和竣工图每根管段施工后的竣工记录和竣工图，是计算机录入的原始资料。
务必保持准确，否则无法发现错误。
5泵站运行技术信息包括水泵型号、曲线、切削情况、日常流量和压力等
6管网爆管记录包括爆管时间、抢修时间、位置、管道属性等。
7管网漏子记录漏子出现位置、时间、漏水的持续时间、漏子产生的原因等
8管网水质检测信息监测点位置、监测点管道属性信息、数据记录、数据异常情况及处理措施等
9管网压力检测信息监测点位置、压力变化情况，数据异常情况及处理措施
29．管网数据的测定
压力测定——测定简单准确方便
1）压力——管网水力最直观的参数，测定最准确的参数，解决管网问题的出发点
2）散点测压、自动记录压力仪、在线压力监测仪
流速测定——生长环影响使得流速测定非常复杂
1）毕托管测流——原始方法，最准确，但实施困难2）电磁流量计测流——对已知内径管道较为准确3）超声波流量计测流——操作简单，误差太大。
水质测定——水质参数众多
1）实验室监测2）在线监测3）流动水质分析车
30．漏失（率）——由于管道渗漏早成的水量损失
产销差（率）——水厂出水量与收费系统用户水表计量水量综合的差值——更为科学
☆问题：
二者哪个在数值上更大？
差值由什么原因造成的？
答:
前者是历史遗留问题，后者是管理问题
31．爆管原因
1外力破坏——如修路时破坏路面后，重车碾压导致爆管；开挖其它管线，如电力煤气管线时误操作等。
2各种管道纵向交叉间距过小——管道随路面下沉而变形，相互碰压造成爆裂。
3个别碰头水处——干管之间的碰头水造成瞬间水锤，管内压力过高引起爆管。
4压力调整情况下——如从夜间的减压供水道早晨的增压，造成压力传递不均，这样易在管道薄弱处爆裂
5施工基础松软——管道易受压变形，象灰口管内外受压，易发生爆管
☆爆管多发生在普通铸铁管（灰口铸铁管）和混凝土管上
☆问题：
管网分区管理有什么优点？
1降低压力；2缩短水龄；3降低余氯水平；4直饮水的实现
32．管网二次污染的成因及控制对策
成因:
1出厂水的原因——细菌、生物稳定性差、化学稳定性差、pH值偏低、有机物、硬度、硫酸盐等
2管壁生长环影响——影响过水面积、加快余氯衰减、增加消毒副产物含量、形成生物膜，细菌繁殖
控制对策:
1提高出厂水水质
强化常规处理工艺，如气浮、强化混凝过滤、安全消毒等
增加深度处理工艺，如膜处理
加强指标控制，如AOC、化学稳定性等
2管网运行中的水质控制。
33．管网运行调度（论述题）
1.目的——安全可靠地将水压、水量、水质符合要求的水送往每一用户，最大限度的降低生产成本，取得较好的社会效益和经济效益。
2.定义——安全可靠地满足供水要求的前提下，从各种管网设施的可行调度方案中选择一个经济技术性能最佳的调度方案，以便获得最高的经济效益和社会效益等。
3.概念复杂——运行调度是非常复杂的概念。
涉及到水泵运行、水处理厂工艺流程、管网阀门管理等，包括了全部供水单元。
优化调度则涉及到数学、计算机和信息科学方面的内容
4.方法落后——目前运行调度的实现一般是根据经验，尚缺乏科学的手段。
5.职责部门——调度工作在水司一般由调度忠心负责。
该部门几种了其它几乎各个部门的相关数据，统一指挥各部门的工作。
同时需对紧急事件做出第一反应。
6.调度对象——水泵开启和调速、阀门的开启和关闭、水工业流程、加氯和二次加氯量等。
分为水力调度和水质调度。
34．给水管网模拟——模拟的分类
1宏观模型——黑箱理论，经验模拟。
不能够进行预测
2微观模型——根据管网实际情况，分析机理，进行微观求解，具有预测功能。
功能强大，但工作量较大
3简化模型——只选择管径比较大的管道进行计算，忽略直径较小的管道。
35．水力模拟步骤
1）管网拓扑结构的建立
2）用水量预测
3）建立和求解管网方程组
4）模型校核。
36．水力模拟标准——英国WRC标准
①流量监测点：
当主干管流量大于总用水量的10%时，误差取测量值的±5%；否则，误差取测量值的±10%；
②压力监测点：
85%的监测点的压力偏差在±0.5m或±5%的整个系统的最大水头损失；95%的监测点在±0.75m或±7.5%的整个系统的最大水头损失；100%的监测点在±2m或±15%的整个系统的最大水头损失；
③分界线：
模拟计算得到的管网压力分界线应与实际情况相吻合；
④供水趋势：
模拟计算得到的供水趋势应与实际情况相吻合；
⑤压力分布：
模拟计算得到的各节点水压分布情况应与实际情况相吻合，计算得到的高压区和低压区等应与实际情况相吻合。
37．管网水质模拟（填空题）
水质模拟必须以水力模拟为基础
水质模拟的步骤
1建立管网水力模拟系统
2建立管网水质数学模型
3求解管网水质数学模型
4水质模拟校核
☆水质模拟精度低于水力模拟
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