给水工程复习docWord文件下载.docx

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最大时用水量Qh：

最高日内，用水最多的一小时的用水量。

平均时用水量Qp：

最高日内，每小时的平均用水量，Qd/24。

时变化系数Kh：

最高一小时用水量与平均时用水量的比值。

该值在1.3-1.6之间。

大中城

市的用水比较均匀，Kh值较小，可取下限，小城市可取上限或适当加大。

・用水量计算

设计年限内城市最高日用水量Qd

Qd=（Ql+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6）（m3/d）注意：

在设计流量中不含消防用水量

最高日平均时用水量Qp

Qp=Qd/（24X3600）=Qd/86400（m3/s）

最高日最大时用水量QhQh二KhQp（L/s）

第三章给水系统的工作情况

・取水构筑物、一级泵站、水厂

当取用地表水时

取水构筑物、一级泵站和水厂等按最高日的平均时流量计算，即：

QI=aQd/T（m3/h）

a——考虑水厂本身用水量的系数，以供沉淀池排泥、滤池冲洗等用水，一般在1.05-1.10之间；

T——一级泵站每天工作小时数。

大中城市水厂的一级泵站一般按三班制即T=24h均匀工作来考虑，以缩小构筑物规模和降低造价。

小型水厂的一级泵站才考虑一班或二班制运转即T=8h或即T=16h。

当取用地下水时：

取用地下水若仅需在进入管网前消毒而无需其他处理时，一般先将水输送到地面水池，再经二级泵站将水池水输入管网。

QI二Qd/T（m3/h）

水厂本身用水量系数a为1。

•二级泵站、水塔（高地水池）、管网

二级泵站、从泵站到管网的输水管、管网和水塔等的计算流量，应按照用水量变化曲线和二级泵站工作曲线确定。

二级泵站的计算流量与管网中是否设置水塔或高地水池有关。

・二级泵站

管网内不设水塔的二级泵站，二级泵站应满足最高日最高时的用水量Qh要求，否则就会存在不同程度的供水不足现象。

管网内设有水塔或高地水池的二级泵站，二级泵站的设计供水线应根据用水量变化曲线拟定。

・输水管、管网

无水塔和高地水池时

输水管和管网按最高日最高时用水量确定管径。

有网前水塔时

泵站到水塔的输水管管径：

按泵站分级工作线的最大一级供水量计算。

管网管径：

按最高日最大时用水量确定。

管网末端设水塔

二级泵站到管网的输水管、水塔到管网的输水管管径：

分别根据最高时从泵站和水塔输入管网的流量进行计算。

按最高日最高时用水量确定。

•水塔和清水池的容积计算清水池中除了贮存调节用水以外，还存放消防用水和水厂生产用水，因此清水池有效容积等于：

W二W1+W2+W3+W4（m3）

W1——调节容积，m3；

W2——消防贮水量，m3,按2h火灾延续时间计算；

W3——水厂冲洗滤池和沉淀池排泥等生产用水，m3,等于最高日用水量的

W——安全贮量，m3。

水塔中需贮存消防用水，因此总容积等于：

W二W1+W2（m3）

W2——消防贮水量，m3,按lOmin室内消防用水量计算；

・给水系统的水压关系

城市给水管网需保持最小的服务水头He为：

从地面算起1层为10m,2层12m,2层以上每层增加4mo

•水泵扬程确定

水泵扬程Hp等于静扬程和水头损失之和：

Hp=HO+Eh

一级泵站Hp=HO+hs+hd（m）

H0_静扬程，m,一级泵站静扬程是指水泵吸水井最低水位与水厂的前端处理构筑物（一般为混合絮凝池）最高水位的高程差。

hs—由Ql=aQ（VT（最高日平均时供水量Qp+水厂自用水量）确定的吸水管水头损失，m；

hd—由QI=aQd/T（最高日平均时供水量Qp+水厂自用水量）确定的压水管和泵站到絮凝池管线水头损失，m；

二级泵站

所谓控制点是指管网中控制水压的点。

这一点往往位于离二级泵站最远或地形最高的点，只要该点的压力在最高用水量时可以达到最小服务水头的要求，整个管网就不会存在低水压区。

/无水塔

Hp=Zc+Hc+hs+hc+hn（m）

Zc——静扬程，管网控制点C的地面标高和清水池最低水位的高程差，m；

He——控制点所需的最小服务水头，m；

hs——吸水管中的水头损失，m；

he、hn——输水管和管网中的水头损失，m；

hs、he、hn都应按水泵最高时供水量Qh计算。

Hp=（Zc+Hc+hn+HO）+hc+hs=（Zt+Ht+HO）+hc+hs（m）

Zt+Ht+HO=Zc+Hc+hn+HO

则有：

Ht=Hc+hn-（Zt-Zc）

hn——按最高时供水量Qh计算的从水塔到控制点的管网水头损失，m；

Zt——设置水塔处的地面标高，m；

Ze——管网控制点C的地面标高，m；

第四章管网和输水管渠布置

・管网布置形式

种基本形式：

树状网、环状网

城市管网

城市给水管网定线：

是指在地形平面图上确定管线的走向和位置。

定线时一般只限于管网的干管以及干管之间的连接管，不包括从干管到用户的分配管和接到用户的进水管。

干管，管径较大，用以输水到各地区。

分配管，作用是从干管取水供给用户和消火拴。

管径较小。

常由城市消防流量决定所需最小的管径。

・输水管渠定线

输水管渠的形式：

压力输水管渠和无压输水管渠。

远距离输水时，用的较多的是压力输水管渠，特别是输水管。

第五章管段流量、管径和水头损失

・比流量计算

比流量，L/（sm）;

Q管网总用水量，L/s;

工今大用户集中用水量总和，L/si

0一一干管总长度，m,不包括穿越广场、公园等无建筑物地区

（不配水）的管线；

只有一侧配水的管线，长度按一半计算。

・沿线流量计算

尙沿线流量，L/si

L该管段的长度，m。

•节点流量计算qi=aEql=0.5Zql

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ql总和的一半沿线流量：

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。

管段流量

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。

环状网流量分配

拟定各管段的水流方向、选定整个管网的控制点。

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和干管线垂直的连接管，可分配较少的流量。

如+工知

如节点i的节点流L/si

Qij一一从节点】到节点j的管段流量，L/so

＞经济流速：

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。

＞管径计算

根据初分流量，査P92表7-1得经济管径。

＞水头损失计算

选定公式

查表得单位长度水头损失i

单位长度水头损失i乘以管长L得水头损失

・连续性方程

・能量方程

2%严o]另％啪=0

工％"

•压降方程

◊、丄

花/,iH\—H厂

必严局=甸fl二

N

又qi+Yq”=°

，则有％=工

■

±

1・

1

—•

HiFHj节点i和j对某一基准点的水压j

剤管段摩阻丿

N——连接该节点的管段数。

总括号内的正负号视进出该节点的各管段流量方向而定，这里假定

流离节点的管段流量为正，流向节点时为负。

•解环方程

初分流量后，各节点初分流量已满足连续性方程，但不同时满足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，进行平差，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。

・解节点方程

假定每一节点水压，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。

・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。

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。

第六章管网水力计算

・树状网计算

树状网计算步骤

计算各管段流量，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。

任一管段的流量决定后，试选管径D,最终满足该管径下流速满足表5-1,选定公式，并求得水头损失hijo

计算干线的总水头损失、二级泵站所需扬程或水塔所需的高度。

支线计算，干线上各节点包括接出支线处节点的水压标高已知，因此在计算树状网的支线时，起点的水压标高已知，而支线终点的水压标高等于终点的地面标高与最小服务水头之和。

从支线起点和终点的水压标高差即为支线的允许水头损失。

按干线的计算方法，确定管径和支线水头损失，最终所得水头损失要小于支线的允许水头损失。

・环方程组解法

初步分配流量。

按初分流量査表7-1得各管段管径。

根据各管段初分流量和查得的管径，再根据管材查给排水设计手册1得lOOOi,从而得各管段水头损失。

计算各环闭合差。

口__曲

计算各环校正流量。

12-lSi^l

由校正后的流量，重复上述计算，直到小环闭合差小于0・5,大环闭合差小于1・0。

・最大闭合差的环校正法

最大闭合差的环校正法和哈代一克罗斯法的不同

最大闭合差的环校正法和哈代一克罗斯法不同的是，平差时只对闭合差最大的一个环或若干环进行计算，而不是全部环。

最大闭合差的环校正法步骤

首先按初步分配流量求得各环的闭合差大小和方向；

然后选择闭合差大的一个环或将闭合差较大且方向相同的相邻基环连成大环。

对于环数较多的管网可能会有几个大环，平差时只须计算在大环上的各管段。

对大环进行平差，通过平差后，和大环异号的各邻环，闭合差会同时相应减小。

大环选择的注意事项

决不能将闭合差方向不同的几个基环连成大环，否则计算过程中会出现这种情况，即和大环闭合差相反的基环其闭合差反而增大，致使计算不能收敛。

・多水源管网计算

应用虚环的概念，可将多水源管网转化成为单水源管网。

所谓虚环是将各水源与虚节点，用虚线连接成环。

然后运用前面所学过的解环方程组得算法进行求解。

□管网计算结果应满足下列条件：

进出每一节点的流量（包括虚流量）总和等于零，即满足连续性方程qi+Eqij=O;

每环（包括虚环）各管段的水头损失代数和为零，即满足能量方程Ssijqijn=O；

各水源供水至分界线处的水压应相同（Hp—Ehp二Ht—Eht）,就是说从各水源到分界线上控制点的沿线水头损失之差（Lhp-Lht）应等于水源的水压差（Hp—Ht）,

Ehp—Lht=Hp—Ht

・管网的核算条件

消防时的流量和水压要求

按最高用水时另行增加消防时的流量（见附表3）进行流量分配，求出消防时的管段流量和水头损失。

计算时只是在控制点另外增加一个集中的消防流量（除控制点外，其余各节点流量不变，重新进行流量分配）。

最大转输时的流量和水压要求

设对置水塔的管网，在最高用水时，由泵站和水塔同时向管网供水，但在一天内供水量大于用水量的一段时间里，多余的水经过管网送入水塔内贮存，因此这种管网还应按最大转输时流量来核算。

核算时节点流量须按最大转输时的用水量求出。

最大转输时节点流量=最大转输时用水量

X最高用水时该节点的流量/最高时用水量

按图2-1,根据用水量变化曲线和二级泵站设计供水线确定最大转输时管网计算流量。

最大转输时的管网计算流量，等于最高日内二级泵站供水量与用水量之差为最大值的小时流量。

一般按最不利管段损坏而需断水检修的条件，核算事故时的流量和水压是否满足要求。

至于事故时应有的流量，在城市为设计用水量的70%o

按70%Qh重新分配流量，重新进行计算

・重力供水时的压力输水管

设平行输水管线数为2,连接管线数为2,输水管由两条连接管均分为三段，每一段的摩阻为s。

正常工作时的水头损失：

h=3Xs（Q2/2）=3sQ2/4

一段损坏时水头损失为：

ha=2Xs（Qa2/2）+sQa2=3sQa2/2

因此事故时和工作时的流量比例为：

h=ha

也就是说，城市的事故用水量规定为设计水量的70%,即a=0.7,所以为保证输水管损坏时的事故流量，应敷设两条平行管线，并用两条连接管将平行管线等分成3段才行。

第七章管网技术经济计算

□压力供水时的目标函数

丄+1

U00t

・目标函数和约束条件

Vla+bD"

S+0.01X8.76更°

_目

将上式简化，只取其变量部分，得年费用折算值或目标函数如下:

100W=（p+罟"

工aLij+（p+¥

）工bD^Lij+E76圧+更

上式中［p+型卜江声6更空直为常量，贝山

It丿一」T）

凤=卜+孚）另bD$Lij+8.76赴烤°

丁叫，

令P=8.76更虽，表示Q=lL/s,Hp=ltn时每年的电费（分）。

则:

W（100）

叫P+〒J上式为压力供水时的年费用折算值或目标函数。

•重力供水时的目标函数

Wo=（p+T）^bD^Lij+PQ-h^

重力供水时，无稱抽水动力费.上式中的第二项可略去不计，经济管径仅由充分利用位置水头使管网建造费用为最低的条件确定，这时目标函数为?

矶=（p+罟忖丐耳

第八章分区给水系统

•输水管的供水能量分析

＞未分区时泵站供水能量的组成

订保证最小服务水头所需的能量E]

4

E]=工烤乙+比Zj+Hi'

^+/g'

Z2+H2«

q2

i-1

+pg（Z3+H3）q3+yCg（Z4+H4）q4

（2）克服水管摩阻所需的能量比

E2=工越qijhij=/Sqi-2hi_2+/^q2_3h2_3+/^q3-4h3-4+Z^q4-5h4-5

（3）未利用的能量E歹它是因各用水点水压过剩而浪费的能量

E?

=工越qQHi=/gq2'

Hi+Zj+h1_2—H2—Z2'

+

i-2

/Cgqj'

Hj+ZX+h—2+^2_3—H3-Z3i+/^q4iH1+Z]+h]_2+h2_3+h3_4-H4-1

未分区时泵站供水能量的组成

单位时间内水泵的总能量等于上述三部分能量之和：

E=E1+E2+E3

总能量中只有保证最小服务水头的能量El得到有效利用。

由于给水系统设计时，泵站流量和控制点水压Zi+Hi已定，所以E1不能减小。

第二部分能量E2消耗于输水过程不可避免的水管摩阻。

为了降低这部分能量，必须减小hij其措施是适当放大管径，所以并不是一种经济的解决办法。

第三部分能量E3未能有效利用，属于浪费的能量，这是集中给水系统无法避免的缺点，因为泵站必须将全部流量按最远或位置最高处用户所需的水压输送。

也就是说，上述三部分能量中，只能降低E3。

分区给水对减少未加利用的能量E3的作用

若在节点3处设加压泵站，将输水管分成两区，分区后，泵站5的扬程只须满足节点3处的最小照务水头，因此可从未分区时的H降低到H，。

从图看出，此时过剩水压4113消失,AH4减小，因而减小了一部分未利用的能量。

减小的未利用能量值如图8-5中阴影部分面积所示。

・管网的供水能量分析

＞分为n区时

□串联分区

根据全区用水量均匀的假定，则各区用水量分别为：

Q（最靠近水源的一区），

Lq,=^q,……2（最远离水源的一区）（每区用水量为2,任意一区用水

nnnn

量既包括本区用水量，又包括其后各区用水量）各区的水泵扬程为

玉二AZ+f则分区后的供水能量等于：

nn

Hpn-1Hpn-2^HpQHp

En=Q-—+——Q-—+Q—+•••+—•—

nnnnnnn

1r/八/z1n'

n+li_TTn+1.TTn+l_

=—[n+（n-lt+in-2）+---+l]QHp=——-—QHp=——QHp=——E

nn22n2n

E=QHp为未分区时供水所需总能量。

等分为两区时，n=2.代入上式，得E=2QHp,即较未分区吋节约1/啲能量。

分区数越多，能量节约越多，但最多只能节约“喲能量。

这是因为：

分为n区时并联分区

并联分区时，各区的流量等于仝,各区的泵站扬程分别为IV离泵站最远的一区！

n

口比,□比,…，玉|离泵站最近一区b分区后的供水能量为：

nnn

En=2・H+9•口H+叟口片+…+2.玉

nnnnnnn

1r_c亠tt1mn+r»

TTn+l—Tn+1

=—[n+ln-li+'

n-2'

+---+ljQH=——-—QH二匚一QHp=-?

—E

由上述两式可知，无论串联分区或并联分区，分区后可以节省的供水能量相同。

一般按节约能量的多少来划定分区界线，因为管网、泵站和水池的造价不大受到分界线位置变动的影响，所以考虑是否分区以及选择分区形式时，应根据地形、水源位置、用水量分布等具体条件，拟定若干方案，进行比较。

串联或并联分区所节约的能量相近，并联分区增加了输水管长度，串联分区增加了泵站，因此两种布置方式的造价和管理费用并不相同。

第九章水管、管网附件及附属构筑物

・水管材料和配件

＞水管性能应满足下列要求：

宀有足够的强度，可以承受各种内外荷载。

&

水密性。

宀水管内壁面应光滑以减小水头损失。

护价格较低，使用年限较长，并且有较高的防止水和土壤的侵蚀能力

宀水管接口应施工简便，工作可靠。

水管可分金属管（铸铁管和钢管等）和非金属管（预应力钢筋混凝土管、玻璃钢管、塑料管等）。

“各种管材的优缺点及适用条件。

•管网附件

管网的附件主要有调节流量用的阀门、供应消防用水的消火栓，其它还有控制水流方向的单向阀、安装在管线高处的排气阀和安全阀等。

・阀门

阀门的作用、分类、布置要求、各种阀门优缺点

•管网附属构筑物

阀门井倒虹管管桥节点详图

・调节构筑物

水塔高地水池

第十章管网的技术管理

・竣工图

管线埋在地下，施工完毕覆土后难以看到，因此应及时绘制竣工图，将施工中的修改部分随时在设计图纸中订正。

竣工图应在沟管回填土以前绘制，图中标明给水管线位置、管径、埋管深度、承插口方向、配件形式和尺寸、阀门形式和位置、其它有关管线（例如排水管线）的直径和埋深等。

竣工图上的管线和配件位置可用搭角线表示，注明管线上某一点或某一配件到某一目标的距离，便于及时进行养护检修。

•检漏方法

实地观察法听漏法分区检漏法

・管网流量测定

•水管断面内任一测点的流速

V水管断面內任一测点的流速，m/s；

h压差计读数，m；

D——压差计中的液体密度，kg/L,通常用四氯化碳配成密度为1.22啲溶液；

p水的密度，kg/L；

k比托管系数；

g重力加速度,9.81m/s2o

设k值为0.866,再将口=1.224代入上式得水管断面内任一测点的流速：

v=0.86671224-172x9.8^/11=1.817h

・水管防腐蚀

按照腐蚀过程的机理，可分为没有电流产生的化学腐蚀，以及形成原电池而产生电流的电

化学腐蚀（氧化还原反应）。

给水管网在水中和土壤中的腐蚀，以及流散电流引起的腐蚀，都是电化学腐蚀。

・防止给水管腐蚀的方法

采用非金属管材，如预应力或自应力钢筋混凝土管、玻璃钢管、塑料管等。

在金属管表面上涂油漆、水泥砂浆、沥青等，以防止金属和水相接触而产生腐蚀。

阴极保护。

根据腐蚀电池的原理，两个电极中只有阳极金属发生腐蚀，所以阴极保护的原理就是使金属管成为阴极，以防止腐蚀。

•牺牲阳极的阴极保护法

使用消耗性的阳极材料，如铝、镁、锌等，隔一定距离用导线连接到管线（阴极）上，在土壤中形成电路，结果是阳极腐蚀，管线得到保护。

・通入直流电的阴极保护法

埋在管线附近的废铁和直流电源的阳极连接，电源的阴极接到管线上，因此可防腐蚀。

在土壤电阻率高（约2500欧姆・cm）或金属管外露时使用较宜。

•管线清垢产生积垢的原因：

金属管内壁被水侵蚀；

水中的碳酸钙沉淀；

水中的悬浮物沉淀；

水中的铁、氯化物和硫酸

盐的含量过高；

铁细菌、藻类等微生物的滋长繁殖等。

•金属管线清垢方法

松软的积垢，可提高流速进行冲洗。

水力清管法。

气压脉冲射流清管法。

坚硬的积垢，需用刮管法清除。

刮管法的优缺点。

大口径水管刮管时可用旋转法刮管。

清管器。

酸洗法

•涂料管壁积垢清除以后，应在管内衬涂保护涂料，以保持输水能力和延长水管寿命。

一般是在水管内壁涂水泥砂浆或聚合物改性水泥砂浆。

水泥砂浆涂层厚度为3—5mm,聚合物改性水泥砂浆约为1.5-2mnio