第八章 管段流量、管径和水头损失教学教材

城市给水排水工程规划第八章 管段流量、管径和水头损失 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望城市给水排水工程规划第一节第一节 管网计算管网计算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。2011-2012第一学期2建筑与城市规划学院城市给水排水工程规划管网计算的课题管网计算的课题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。2011-2012第一学期3建筑与城市规划学院城市给水排水工程规划第二节第二节 管网图形及简化管网图形及简化在管网计算中，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。2011-2012第一学期4建筑与城市规划学院城市给水排水工程规划管网图形及简化管网图形及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。2011-2012第一学期5建筑与城市规划学院城市给水排水工程规划管网图形及简化管网图形及简化2011-2012第一学期6建筑与城市规划学院城市给水排水工程规划第三节第三节 沿线流量和节点流量沿线流量和节点流量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。2011-2012第一学期7建筑与城市规划学院城市给水排水工程规划沿线流量和节点流量沿线流量和节点流量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0连接起来，也形成环，因实际上并不存在，所以叫做虚环。2011-2012第一学期8建筑与城市规划学院城市给水排水工程规划沿线流量和节点流量沿线流量和节点流量沿线流量：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。2011-2012第一学期9建筑与城市规划学院城市给水排水工程规划沿线流量沿线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。2011-2012第一学期10建筑与城市规划学院城市给水排水工程规划沿线流量沿线流量比流量计算2011-2012第一学期11建筑与城市规划学院城市给水排水工程规划沿线流量沿线流量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：整个管网的沿线流量总和整个管网的沿线流量总和q1，等于，等于qsl。qsl值等于管值等于管网供给的总用水量减去大用户集中用水量，即等于网供给的总用水量减去大用户集中用水量，即等于Qq。2011-2012第一学期12建筑与城市规划学院城市给水排水工程规划沿线流量沿线流量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。2011-2012第一学期13建筑与城市规划学院城市给水排水工程规划节点流量节点流量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q1，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q1，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。2011-2012第一学期14建筑与城市规划学院城市给水排水工程规划节点流量节点流量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=qt+q1折算系数：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。2011-2012第一学期15建筑与城市规划学院城市给水排水工程规划节点流量节点流量管网任一节点的节点流量为：qi=q1=0.5 q1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q1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。2011-2012第一学期16建筑与城市规划学院城市给水排水工程规划第四节第四节 管段计算流量管段计算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。2011-2012第一学期17建筑与城市规划学院城市给水排水工程规划管段计算流量管段计算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q3-4=q4+q5+q8+q9+q10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。2011-2012第一学期18建筑与城市规划学院城市给水排水工程规划管段计算流量管段计算流量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，假定离开节点的流量为正，流向节点的流量为负。流向节点的流量为负。2011-2012第一学期19建筑与城市规划学院城市给水排水工程规划管段计算流量管段计算流量环状网流量分配以节点1为例：q1Q+q1-2+q1-4=0对节点1来说，即使进入管网的总流量Q和节点流量q1已知，各管段的流量，如q1-2，和q1-4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12分配很大的流量q1-2，而另一管段14分配很小的流量q1-4，因q1-2+q1-4仍等于Q q1，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12损坏需要检修时，全部流量必须在管段l4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。2011-2012第一学期20建筑与城市规划学院城市给水排水工程规划管段计算流量管段计算流量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。2011-2012第一学期21建筑与城市规划学院城市给水排水工程规划管段计算流量管段计算流量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。2011-2012第一学期22建筑与城市规划学院城市给水排水工程规划管段计算流量管段计算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qi+qij=0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。2011-2012第一学期23建筑与城市规划学院城市给水排水工程规划第五节第五节 管径计算管径计算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。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2.53m/s；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0.6m/s；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。管理费用，来选定合适的流速。2011-2012第一学期24建筑与城市规划学院城市给水排水工程规划管径计算管径计算流量已定时，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。2011-2012第一学期25建筑与城市规划学院城市给水排水工程规划管径计算管径计算投资偿还期t年内的总费用及年折算费用2011-2012第一学期26建筑与城市规划学院城市给水排水工程规划管径计算管径计算环状管网造价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。2011-2012第一学期27建筑与城市规划学院城市给水排水工程规划管径计算管径计算年折算费用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。2011-2012第一学期28建筑与城市规划学院城市给水排水工程规划管径计算管径计算各城市的经济流速值应按当地条件，如水管材料和价格、施工费用、电费等来确定，不能直接套用其它城市的数据。另一方面，管网中各管段的经济流速也不一样，有时简便地应用“界限流量表(表71)”确定经济管径。第7章中将详细介绍输水管和管网的经济流速计算方法，以及确定经济管径的方法。2011-2012第一学期29建筑与城市规划学院城市给水排水工程规划管径计算管径计算由于水管有标准管径，如200mm，250mm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51）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。2011-2012第一学期30建筑与城市规划学院城市给水排水工程规划管径计算管径计算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。2011-2012第一学期31建筑与城市规划学院城市给水排水工程规划水头损失计算水头损失计算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=HiHj Hi、Hj从某一基准面算起的管段起端i和终端j的水压，m；hij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。2011-2012第一学期32建筑与城市规划学院城市给水排水工程规划水头损失计算水头损失计算均匀流流速公式（谢才公式）2011-2012第一学期33建筑与城市规划学院城市给水排水工程规划水头损失计算水头损失计算2011-2012第一学期34建筑与城市规划学院城市给水排水工程规划水头损失计算水头损失计算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v1.2ms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v1.2ms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。2011-2012第一学期35建筑与城市规划学院城市给水排水工程规划水头损失计算水头损失计算舍维列夫公式计算旧铸铁管和旧钢管水力坡度计算旧铸铁管和旧钢管水力坡度i时，如流速时，如流速v1.2m/s,则舍维列夫公式的比阻则舍维列夫公式的比阻a=0.001736/D5.3值见表值见表52。2011-2012第一学期36建筑与城市规划学院城市给水排水工程规划水头损失计算水头损失计算舍维列夫公式当水流在过渡区（v1.2m/s），应在表52的a值上乘以修正系数K，K值见表53。2011-2012第一学期37建筑与城市规划学院城市给水排水工程规划水头损失计算水头损失计算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。2011-2012第一学期38建筑与城市规划学院城市给水排水工程规划水头损失计算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2011-2012第一学期39建筑与城市规划学院城市给水排水工程规划水头损失计算水头损失计算海曾威廉公式2011-2012第一学期40建筑与城市规划学院城市给水排水工程规划水头损失计算水头损失计算海曾威廉公式系数C值2011-2012第一学期41建筑与城市规划学院城市给水排水工程规划水头损失计算水头损失计算柯尔勃洛克公式2011-2012第一学期42建筑与城市规划学院城市给水排水工程规划水头损失计算水头损失计算柯尔勃洛克公式2011-2012第一学期43建筑与城市规划学院城市给水排水工程规划2011-2012第一学期44建筑与城市规划学院城市给水排水工程规划第一节第一节 水管材料和配件水管材料和配件给水管网是给水系统中造价最高并且是极为重要的组成部分。给水管网由众多水管连接而成。水管为工厂现成产品，运到施工工地后进行埋管和接口。水管性能应满足下列要求：有足够的强度，可以承受各种内外荷载。水密性。水管内壁面应光滑以减小水头损失。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水管接口应施工简便，工作可靠。2011-2012第一学期45建筑与城市规划学院城市给水排水工程规划水管材料和配件水管材料和配件水管可分金属管(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)。水管材料的选择，取决于承受的水压、外部荷载、埋管条件、供应情况等。2011-2012第一学期46建筑与城市规划学院城市给水排水工程规划铸铁管铸铁管铸铁管按材质可分为灰铸铁管和球墨铸铁管。灰铸铁管或称连续铸铁管优点：有较强的耐腐蚀性。缺点：质地较脆，抗冲击和抗震能力较差，重量较大，且经常发生接口漏水，水管断裂和爆管事故，给生产带来很大的损失。应用范围：可用在直径较小的管道上，同时采用柔性接口，必要时可选用较大一级的壁厚，以保证安全供水。接口形式：承插式和法兰式。2011-2012第一学期47建筑与城市规划学院城市给水排水工程规划灰铸铁管接口形式灰铸铁管接口形式承插式接口：适用于埋地管线，安装时将插口插入承口内，两口之间的环形空隙用接头材料填实，接口时施工麻烦，劳动强度大。接口材料，一般可用橡胶图、膨胀性水泥或石棉水泥，特殊情况下也可用青铅接口。法兰接口：优点是接头严密，检修方便，常用以连接泵站内或水塔的进、出水管。为使接口不漏水，在两法兰盘之间嵌以35mm厚的橡胶垫片。2011-2012第一学期48建筑与城市规划学院城市给水排水工程规划灰铸铁管接口形式灰铸铁管接口形式2011-2012第一学期49建筑与城市规划学院城市给水排水工程规划灰铸铁管配件灰铸铁管配件在管线转弯、分支、直径变化以及连接其它附属设备处，须采用各种标准铸铁水管配件。例如承接分支管用丁字管和十字管；管线转弯处采用各种角度的弯管；变换管径处采用渐缩管；改变接口形式处采用短管，如连接法兰式和承插式铸铁管处用承盘短管等。2011-2012第一学期50建筑与城市规划学院城市给水排水工程规划球墨铸铁管球墨铸铁管优点：既具有灰铸铁管的许多优点，而且机械性能有很大提高，抗腐蚀性能远高于钢管，重量较轻，很少发生爆管、渗水和漏水现象，是理想的管材。缺点：产量低，产品规格少，价格也较高。接口形式：采用推入式楔形胶圈柔性接口，也可用法兰接口，水密性好，有适应地基变形的能力，抗震效果也好。2011-2012第一学期51建筑与城市规划学院城市给水排水工程规划球墨铸铁管球墨铸铁管2011-2012第一学期52建筑与城市规划学院城市给水排水工程规划钢钢 管管分类：无缝钢管、焊接钢管。优点：能耐高压、耐振动、重量较轻、单管的长度大和接口方便；缺点：承受外荷载的稳定性差，耐腐蚀性差，管壁内外都需有防腐措施，并且造价较高。适用范围：通常只在管径大和水压高处，以及因地质、地形条件限制或穿越铁路、河谷和地震地区时使用。接口形式：焊接、法兰接口。配件：三通、四通、弯管和渐缩管等，由钢板卷焊而成，也可直接用标准铸铁配件连接。2011-2012第一学期53建筑与城市规划学院城市给水排水工程规划钢钢 管管直缝焊接钢管直缝焊接钢管直缝焊接钢管直缝焊接钢管螺旋缝焊接钢管螺旋缝焊接钢管螺旋缝焊接钢管螺旋缝焊接钢管无缝钢管无缝钢管无缝钢管无缝钢管2011-2012第一学期54建筑与城市规划学院城市给水排水工程规划预应力和自应力钢筋混凝土管预应力和自应力钢筋混凝土管预应力钢筋混凝土管分类：普通、加钢套筒。优点：造价低，抗震性能强，管壁光滑，水力条件好，耐腐蚀，爆管率低；缺点：重量大，不便于运输和安装。配件：须采用钢管配件。预应力钢筒混凝土管：是在预应力钢筋混凝土管内放入钢筒，其用钢量比钢管省，价格比钢管便宜。接口为承插式，承口环和插口环均用扁钢压制成型，与钢筒焊成一体。自应力钢筋混凝土管：最大管径600mm，可用在郊区或农村等水压较低的次要管线上。2011-2012第一学期55建筑与城市规划学院城市给水排水工程规划预应力和自应力钢筋混凝土管预应力和自应力钢筋混凝土管预应力钢筋混凝土管预应力钢筋混凝土管预应力钢筋混凝土管预应力钢筋混凝土管自应力钢筋混凝土管自应力钢筋混凝土管自应力钢筋混凝土管自应力钢筋混凝土管2011-2012第一学期56建筑与城市规划学院城市给水排水工程规划玻璃钢管玻璃钢管优点：耐腐蚀，不结垢，能长期保持较高的输水能力，强度高，粗糙系数小。在相同使用条件下，重量只有钢材的14左右，是预应力钢筋混凝土管的15一l10，因此便于运输和施工。缺点：价格较高，几乎和钢管相接近。适用范围：可考虑在强腐蚀性土壤处采用。2011-2012第一学期57建筑与城市规划学院城市给水排水工程规划玻璃钢管玻璃钢管2011-2012第一学期58建筑与城市规划学院城市给水排水工程规划塑料管塑料管分类：聚丙烯腈丁二烯苯乙烯塑料管(ABS)、聚乙烯管(PE)和聚丙烯塑料管(PP)、硬聚氯乙烯塑料管(UPVC)等。优点：强度高、表面光滑、不易结垢、水头损失小、耐腐蚀、重量轻、加工和接口方便，与铸铁管相比，塑料管的水力性能较好，由于管壁光滑，在相同流量和水头损失情况下，塑料管的管径可比铸铁管小，塑料管相对密度在1.40左右，比铸铁管轻，又可采用橡胶圈柔性承插接口，抗震和水密性较好，不易漏水，既提高了施工效率，又可降低施工费用。缺点：管材的强度较低，膨胀系数较大，用作长距离管道时，需考虑温度补偿措施，例如伸缩节和活络接口。适用范围：城市供水中中小口径管道的一种主要管材。2011-2012第一学期59建筑与城市规划学院城市给水排水工程规划ABS管管2011-2012第一学期60建筑与城市规划学院城市给水排水工程规划PE管管2011-2012第一学期61建筑与城市规划学院城市给水排水工程规划PP管管2011-2012第一学期62建筑与城市规划学院城市给水排水工程规划PPR管管2011-2012第一学期63建筑与城市规划学院城市给水排水工程规划硬聚氯乙烯塑料管（硬聚氯乙烯塑料管（UPVC）工作压力：工作压力宜低于2.0MPa。常用管径：用户进水管的常用管径为DN25和DN50，小区内为DNl00DN200，管径一般不大于DN400。接口形式：管道接口在无水情况下可用胶粘剂粘接，承插式管可用橡胶圈柔性接口，也可用法兰连接。2011-2012第一学期64建筑与城市规划学院城市给水排水工程规划硬聚氯乙烯塑料管（硬聚氯乙烯塑料管（UPVC）2011-2012第一学期65建筑与城市规划学院城市给水排水工程规划水管管顶覆土深度水管管顶覆土深度不冰冻地区：由外部荷载、水管强度以及与其它管线交叉情况等决定，金属管道的管顶覆土深度通常不小于0.7m。非金属管的管项覆土深度应大于11.2m；冰冻地区：考虑土壤的冰冻线深度。在土壤耐压力较高和地下水位较低处，水管可直接埋在管沟中未扰动的天然地基上。2011-2012第一学期66建筑与城市规划学院城市给水排水工程规划第二节第二节 管网附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。2011-2012第一学期67建筑与城市规划学院城市给水排水工程规划阀阀 门门阀门的作用：阀门用来调节管线中的流量或水压。阀门的布置要求：要数量少而调度灵活。主要管线和次要管线交接处的阀门常设在次要管线上。承接消火栓的水管上要安装阀门。阀门的口径：一般和水管的直径相同，但当管径较大以致阀门价格较高时，为了降低造价，可安装口径为0.8倍水管直径的阀门。2011-2012第一学期68建筑与城市规划学院城市给水排水工程规划阀阀 门门阀门的分类：闸板有楔式和平行式两种。根据使用时阀杆是否上下移动，可分为明杆和暗杆两种。明杆：是阀门启闭时，阀杆随之升降，因此易于掌握阀门启闭程度，适宜于安装在泵站内。暗杆：适用于安装和操作地位受到限制之处，否则当阀门开启时因阀杆上升而妨碍工作。2011-2012第一学期69建筑与城市规划学院城市给水排水工程规划阀阀 门门手动法兰暗杆楔式阀门手动法兰暗杆楔式阀门手动法兰暗杆楔式阀门手动法兰暗杆楔式阀门暗杆楔式闸板阀暗杆楔式闸板阀暗杆楔式闸板阀暗杆楔式闸板阀楔式闸阀楔式闸阀楔式闸阀楔式闸阀2011-2012第一学期70建筑与城市规划学院城市给水排水工程规划阀阀 门门明杆阀明杆阀明杆阀明杆阀暗杆阀暗杆阀暗杆阀暗杆阀2011-2012第一学期71建筑与城市规划学院城市给水排水工程规划阀阀 门门直径较大的阀门有齿轮传动装置，并在闸板两侧接以旁通阀，以减小水压差，便于启闭。开启阀门时先开旁通阀，关闭阀门时则后关旁通阀。或者应用电动阀门以便于启闭。安装在长距离输水管上的电动阀门，应限定开启和闭合的时间，以免因启闭过快而出现水锤现象使水管损坏。2011-2012第一学期72建筑与城市规划学院城市给水排水工程规划蝶蝶 阀阀优点：结构简单，开启方便，旋转九十度就可全开或全闭。安装位置要求：不能紧贴楔式和平行式阀门旁安装。蝶阀可用在中、低压管线上，例如水处理构筑物和泵站内。2011-2012第一学期73建筑与城市规划学院城市给水排水工程规划蝶蝶 阀阀2011-2012第一学期74建筑与城市规划学院城市给水排水工程规划止回阀止回阀止回阀是限制压力管道中的水流朝一个方向流动的阀门。阀门的闸板可绕轴旋转。水流方向相反时，闸板因自重和水压作用而自动关闭。止回阀一般安装在水压大于196kPa的泵站出水管上，防止因突然断电或其它事故时水流倒流而损坏水泵设备。止回阀的类型除旋启式外，微阻缓闭止回阀和液压式缓冲止回阀还有防止水锤的作用。2011-2012第一学期75建筑与城市规划学院城市给水排水工程规划止回阀止回阀楔式止回阀楔式止回阀楔式止回阀楔式止回阀旋启式止回阀旋启式止回阀旋启式止回阀旋启式止回阀2011-2012第一学期76建筑与城市规划学院城市给水排水工程规划排气阀排气阀排气阀安装在管线的隆起部分，使管线投产时或检修后通水时，管内空气可经此阀排出。平时用以排除从水中释出的气体，以免空气积在管中，以致减小过水断面积和增加管线的水头损失。一般采用的单口排气阀，垂直安装在管线上。排气阀口径与管线直径之比一般采用1：81：12。排气阀放在单独的阀门井内，也可和其他配件合用一个阀门井。2011-2012第一学期77建筑与城市规划学院城市给水排水工程规划排气阀排气阀2011-2012第一学期78建筑与城市规划学院城市给水排水工程规划排气阀排气阀自动排气阀自动排气阀自动排气阀自动排气阀复合式排气阀复合式排气阀复合式排气阀复合式排气阀2011-2012第一学期79建筑与城市规划学院城市给水排水工程规划泄水阀泄水阀在管线的最低点须安装泄水阀，它和排水管连接，以排除水管中的沉淀物以及检修时放空水管内的存水。泄水阀和排水管的直径，由所需放空时间决定。放空时间可按一定工作水头下孔口出流公式计算。为加速排水，可根据需要同时安装进气管或进气阀。2011-2012第一学期80建筑与城市规划学院城市给水排水工程规划泄水阀泄水阀2011-2012第一学期81建筑与城市规划学院城市给水排水工程规划消火栓消火栓消火栓分地上式和地下式，一般，后者适用于气温较低的地区。每个消火栓的流量为1015Ls。地上式消火拴一般布置在交叉路口消防车可以驶近的地方。地下式消火栓安装在阀门井内。2011-2012第一学期82建筑与城市规划学院城市给水排水工程规划地上式消火栓地上式消火栓2011-2012第一学期83建筑与城市规划学院城市给水排水工程规划地下式消火栓地下式消火栓2011-2012第一学期84建筑与城市规划学院城市给水排水工程规划第三节第三节 管网附属构筑物管网附属构筑物阀门井管网中的附件一般应安装在阀门井内。阀门井的平面尺寸，取决于水管直径以及附件的种类和数量。但应满足阀门操作和安装拆卸各种附件所需的最小尺寸。井的深度由水管埋设深度确定。但是，井底到水管承口或法兰盘底的距离至少为0.1m，法兰盘和井壁的距离宜大于0.15m，从承口外缘到井壁的距离，应在0.3m以上，以便于接口施工。2011-2012第一学期85建筑与城市规划学院城市给水排水工程规划阀门井阀门井阀门井一般用砖砌，也可用石砌或钢筋混凝土建造。阀门井的形式根据所安装的附件类型、大小和路面材料而定。直径较小、位于人行道上或简易路面以下的阀门，可采用阀门套筒；在寒冷地区以及安装在道路下的大阀门，可采阀门井。位于地下水位较高处的阀门井，井底和井壁应不透水，在水管穿越井壁处应保持足够的水密性。阀门井应有抗浮的稳定性。2011-2012第一学期86建筑与城市规划学院城市给水排水工程规划阀门井阀门井2011-2012第一学期87建筑与城市规划学院城市给水排水工程规划支支 墩墩承插式接口的管线，在弯管处、三通处、水管尽端的盖板上以及缩管处须设置支墩以承受拉力和防止事故。当管径小于300mm或转弯角度小于10度，且水压力不超过980kPa时，因接口本身足以承受拉力，可不设支激。2011-2012第一学期88建筑与城市规划学院城市给水排水工程规划支支 墩墩2011-2012第一学期89建筑与城市规划学院城市给水排水工程规划管线穿越障碍物管线穿越障碍物给水管线通过铁路、公路和河谷时，必须采取一定的措施。管线穿越铁路时采取如下措施：穿越临时铁路或一般公路，或非主要路线且水管埋没较深时，可不设套管，但应尽量将铸铁管接口放在铁路两股道之间，并用青铅接头，钢管则应有防腐措施；穿越较重要的铁路或交通频繁的公路时，水管须放在钢筋混凝土套管内，套管直径根据施工方法而定，大开挖施工时应比给水管直径大300mm，顶管法施工时应较给水管的直径大600mm。穿越铁路或公路时，水管管顶应在铁路路轨底或公路路面以下1.2m左右。管道穿越铁路时，两端应设检查井，井内设阀门或排水管等。2011-2012第一学期90建筑与城市规划学院城市给水排水工程规划管线穿越障碍物管线穿越障碍物管线穿越河川山谷时，可利用现有桥梁架设水管，或敷设倒虹管，或建造水管桥。给水管架设在现有桥梁下穿越河流最为经济，施工和检修比较方便，通常水管架在桥梁的人行道下。倒虹管从河底穿越，其优点是隐蔽，不影响航运，但施工和检修不便。倒虹管设置一条或两条，在两岸应设阀门井。阀门井顶部标高应保证洪水时不致淹没。井内有阀门和排水管等。倒虹管顶在河床下的深度，一般不小于0.5m，但在航道线范围内不应小于lm。倒虹管一般用钢管，并须加强防腐措施。当管径小、距离短时可用铸铁管，但应采用柔性接口。倒虹管直径按流速大于不淤流速计算，通常小于上下游的管线直径，以降低造价和增加流速，减少管内淤积。2011-2012第一学期91建筑与城市规划学院城市给水排水工程规划倒虹管倒虹管上海过江倒虹管上海过江倒虹管上海过江倒虹管上海过江倒虹管2011-2012第一学期92建筑与城市规划学院城市给水排水工程规划管管 桥桥大口径水管由于重量大，架设在桥下有困难时，或当地无现成桥梁可利用时，可建造水管桥，架空跨越河道。水管桥应有适当高度以免影响航行。架空管一般用钢管或铸铁管，为便于检修可以用青铅接口，也有采用承插式预应力钢筋混凝土管。在过桥水管或水管桥的最高点，应安装排气阀，并且在桥管两端设置伸缩接头。钢管过河时，本身也可作为承重结构，称为拱管，一般拱管的矢高和跨度比约为1618，常用的是18。拱管一般由每节长度为l1.5m的短管焊接而成。2011-2012第一学期93建筑与城市规划学院城市给水排水工程规划管管 桥桥上海浦东申江路管桥上海浦东申江路管桥上海浦东申江路管桥上海浦东申江路管桥2011-2012第一学期94建筑与城市规划学院城市给水排水工程规划管网节点详图管网节点详图在施工图中应绘节点详图。图中用标准符号绘出节点上的配件和附件，如消火拴、弯管、渐缩管、阀门等。节点详图不按比例绘制，但管线方向和相对位置须与管网总图一致，图的大小根据节点构造的复杂程度而定。2011-2012第一学期95建筑与城市规划学院城市给水排水工程规划管网节点详图管网节点详图2011-2012第一学期96建筑与城市规划学院城市给水排水工程规划第四节第四节 调节构筑物调节构筑物调节构筑物用来调节管网内的流量，有水塔和水池等。当城市或工业区靠山或有高地时，可根据地形建造高地水池。如城市附近缺乏高地，或因高地离给水区太远，以致建造高地水池不经济时，可建造水塔。2011-2012第一学期97建筑与城市规划学院城市给水排水工程规划水水 塔塔多数水塔采用钢筋混凝土或砖石等建造。钢筋混凝土水塔主要由水柜(或水箱)、塔架、管道和基础组成。进、出水管可以合用，也可分别设置。进水管应设在水柜中心并伸到水柜的高水位附近，出水管可靠近柜底，以保证水柜内的水流循环。为防止水柜溢水和将柜内存水放空，须设置溢水管和排水管，管径可和进、出水管相同。溢水管上不应设阀门。排水管从水柜底接出，管上设阀门，并接到溢水管上。2011-2012第一学期98建筑与城市规划学院城市给水排水工程规划水水 塔塔和水柜连接的水管上应安装伸缩接头，以便温度变化或水塔下沉时有适当的伸缩余地。为观察水柜内的水位变化，应设浮标水位尺或电传水位计。水塔顶应有避雷设施。水塔外露于大气中，应注意保温问题。水柜通常做成圆筒形，高度和直径之比约为0.51.0。水柜过高不好，因为水位变化幅度大会增加水泵的扬程，多耗动力，且影响水泵效率。有些工业企业，由于各车间要求的水压不同，而在同一水塔的不同高度放置水柜；或有将水柜分成两格，以供应不同水质的水。2011-2012第一学期99建筑与城市规划学院城市给水排水工程规划水水 塔塔2011-2012第一学期100建筑与城市规划学院城市给水排水工程规划水水 池池给水工程中，常用钢筋混凝土水池、预应力钢筋混凝土水池和砖石水池等，其中以钢筋混凝土水池使用最广。一般做成圆形或矩形。水池应有单独的进水管和出水管，安装地位应保证池内水流的循环。此外应有溢水管，管径和进水管相同，管端有喇叭口，管上不设阀门。水池的排水管接到集水坑内，管径一般按2h内将池水放空计算。容积在1000m3以上的水池，至少应设两个检修孔。为使池内自然通风，应设若干通风孔，高出水池覆土面0.7m以上。池顶覆土厚度视当地平均室外气温而定，一般在0.51.0之间，气温低则覆土应厚些。当地下水位较高，水池埋深较大时，覆土厚度需按抗浮要求决定。为便于观测池内水位，可装置浮标水位尺或水位传示仪。2011-2012第一学期101建筑与城市规划学院城市给水排水工程规划水水 池池预应力钢筋混凝土水池装配式钢筋混凝土水池砖石水池2011-2012第一学期102建筑与城市规划学院城市给水排水工程规划水厂厂址选择 厂址选择应在整个给水系统设计方案中全面规划，综合考虑，通过技术经济比较确定。在选择厂址时，一般应考虑以下几个问题：（1）厂址应选择在工程地质条件较好的地方。一般选在地下水位低、承载力较大、岩石较少的地层，以降低工程造价和便于施工；（2）水厂应尽可能选择在不受洪水威胁的地方，否则应考虑防洪；（3）水厂应尽量设置在交通方便、靠近电源的地方，以利于施工管理和降低输电线路的造价。并考虑沉淀排泥和滤池冲洗水排除方便；（4）当取水地点距离用水区较近时，水厂一般设置在取水构筑物附近，通常与取水构筑物建在一起，当取水地点距离用水区较远时，厂址选择有两种方案，一是将水厂设置在取水构筑物附近；另一是将水厂设置在离用水区较近的地方。2011-2012第一学期103建筑与城市规划学院