给水排水管网系统课件

v教材：教材：严严煦世、刘遂煦世、刘遂庆庆主主编编。中国建筑工中国建筑工业业出版社，出版社，2002。v主要参考教材：主要参考教材：v1.许许保玖著。保玖著。给给水水处处理理理理论论。中国建筑工。中国建筑工业业出版社，出版社，2000。v2.周玉文、周玉文、赵赵洪洪宾宾著。排水管网理著。排水管网理论论与与计计算。算。中国建筑工中国建筑工业业出版社，出版社，2000。v3.唐受印、戴友芝等唐受印、戴友芝等编编。水。水处处理工程理工程师师手册。手册。化工出版社，化工出版社，2000，629-663。7/19/20241教材：严煦世、刘遂庆主编。中国建筑工业出版社，2002。给7/19/20242给水排水管网系统8/2/202327/19/20243给水排水管网系统8/2/202337/19/20244给水排水管网系统8/2/202347/19/20245给水排水管网系统8/2/202357/19/20246给水排水管网系统8/2/202367/19/20247给水排水管网系统8/2/202377/19/20248给水排水管网系统8/2/202387/19/20249给水排水管网系统8/2/202397/19/202410给水排水管网系统8/2/2023107/19/2024118/2/2023117/19/202412给水排水管网系统8/2/2023127/19/202413给水排水管网系统8/2/2023137/19/202414给水排水管网系统8/2/202314v给水排水工程分为给水工程和排水工程两大部份。v给水工程的任务；v 排水工程的任务。v给水排水工程专业课内容主要包括水资源规划与保护、取水工程、水处理工程和管网系统工程。v本课程为给水排水专业的主干课，教材中主要讲述的内容为给水的输送和分配以及废水的收集和输送管道系统网络的理论、工程设计与管网的管理维护和运行调度的基础理论与工程技术。7/19/202415给水排水工程分为给水工程和排水工程两大部份。给水排水管网系统第一章 概述1.给水排水系统的主要功能：（1）水量保）水量保证证（2）水）水质质保保证证（3）水）水压压保保证证2.给水排水系统的组成：（1）取水系）取水系统统（2）给给水水处处理系理系统统（3）给给水管网系水管网系统统（4）排水管网系）排水管网系统统（5）废废水水处处理系理系统统（6）排放和复用系）排放和复用系统统7/19/202416第一章概述1.给水排水系统的主要功能：给水排水管网系统8第一章 概述3.给水排水系统工作原理（1）流量平衡）流量平衡（2）水）水质质关系关系（3）水）水压压关系关系4.给水排水管网系统的功能与特点功能：水量功能：水量输输送、水量送、水量调节调节、水、水压调节压调节特点：分散性、特点：分散性、连连通性、通性、传输传输性、性、扩扩展性展性7/19/202417第一章概述3.给水排水系统工作原理给水排水管网系统8/2思考思考题题v（水源地）（水源地）为为何取水口一般布置在河流何取水口一般布置在河流较较窄窄的地方？的地方？v（水（水质质）为为何取水口位于城市河流的上游？何取水口位于城市河流的上游？v（水（水压压）为为何何给给水水处处理厂一般建筑在城市地理厂一般建筑在城市地势较势较高高处处而而污污水水处处理厂却建理厂却建设设在在较较低低处处？反？反之有何之有何问题问题？7/19/202418思考题（水源地）为何取水口一般布置在河流较窄的地方？给水排水第一章 概述5.给水管网系统的组成给给水管（渠）、配水管网、水水管（渠）、配水管网、水压调节设压调节设施、施、水量水量调节设调节设施等。施等。6.排水管网系统的组成废废水收集水收集设设施、排水管网、水量施、排水管网、水量调节调节池、池、提升提升泵泵站、站、废废水水输输水管（渠）、排放口等水管（渠）、排放口等。7/19/202419第一章概述5.给水管网系统的组成给水排水管网系统8/2/第一章 概述7.给水管网系统类型（1）按水源的数目分）按水源的数目分类类（2）按系）按系统统构成方式分构成方式分类类（分（分压压、分、分质质）（3）按）按输输水方式分水方式分类类8.排水管网系统的体制合流制排水系合流制排水系统统（直排式、截流式）（直排式、截流式）分流制排水系分流制排水系统统7/19/202420第一章概述7.给水管网系统类型给水排水管网系统8/2/2本章重点本章重点v给给排水系排水系统统的流量关系。的流量关系。v水水质变质变化化过过程。程。v为为何何对对于某些管网要于某些管网要实实行分区供水？行分区供水？v应该应该采用何方式来保采用何方式来保证证供水的安全性？供水的安全性？v应该应该采用何方式保采用何方式保证证排水系排水系统统的运的运转转安全性安全性？v如何如何进进行排水体制的行排水体制的选择选择？7/19/202421本章重点给排水系统的流量关系。给水排水管网系统8/2/202第二章 管网工程规划1.工程规划的主要任务确定确定给给排水系排水系统统的服的服务务范范围围和建和建设规设规模模 确定系确定系统统的的组组成与体系成与体系结结构构 确定水确定水处处理工理工艺艺流程与水流程与水质质保保证证措施措施 管网管网规规划与定划与定线线2.给水排水工程规划原则贯彻执贯彻执行国家和地方的相关政策与法行国家和地方的相关政策与法规规 城城镇镇及工及工矿矿企企业规业规划划时时兼兼顾给顾给水排水工程水排水工程 给给水排水工程水排水工程规规划与城划与城镇镇和和谐发谐发展展 合理确定近合理确定近远远期期规规划与建划与建设设范范围围 合理利用水合理利用水资资源与保源与保护环护环境境 规规划方案尽可能划方案尽可能经济经济高效高效7/19/202422第二章管网工程规划1.工程规划的主要任务给水排水管网系统可研相关法可研相关法规规v中中华华人民共和国人民共和国环环境保境保护护法（法（1989年年12月）月）v中中华华人民共和国水人民共和国水污污染防治法（染防治法（1984年年5月）月）v中中华华人民共和国水人民共和国水污污染防治法染防治法实实施施细则细则（2002国国务务院第院第284号令）号令）v国国务务院关于院关于环环境保境保护护若干若干问题问题的决定的决定v建建设项设项目目环环境保境保护护管理管理办办法（法（1986年年3月）月）v建建设项设项目目环环境保境保护设计规护设计规定（定（1987年年3月）月）v污污染排放染排放许许可可证证管理管理暂暂行行办办法（法（1986年年3月）月）v污污水水处处理理设设施施环环境保境保护护、监监督管理督管理办办法（法（1989年年5月）月）v饮饮用水源保用水源保护护区区污污染防治管理染防治管理规规定（定（1989年年11月）月）v排排污费污费征收征收标标准及准及计计算方法（算方法（2003年国家年国家发发展展计计划委划委员员会、会、财财政部、政部、国家国家环环保保总总局、国家局、国家经济贸经济贸易委易委员员会第会第31号令）号令）v排排污费污费征收使用管理条例（征收使用管理条例（2003中中华华人民共和国国人民共和国国务务院令第院令第369号）号）7/19/202423可研相关法规中华人民共和国环境保护法（1989年12月）v建筑建筑结结构构设计统设计统一一标标准：准：GBJ68-84v工工业业建筑防腐建筑防腐设计规设计规范：范：GBJ46-82v建筑建筑结结构荷构荷载规载规范：范：GBJ9-87v建筑防震建筑防震设计规设计规范：范：GB50011-2001v给给排水工程排水工程结结构构设计规设计规范：范：GB50069-2002v混凝土混凝土结结构构设计规设计规范：范：GB50010-2002v地下工程防水技地下工程防水技术规术规范：范：GB50108-2001v建筑地基基建筑地基基础设计规础设计规范：范：GB50007-2002v砌体砌体结结构构设计规设计规范：范：GB50003-2001v劳动劳动部部1998年年颁发颁发的的48号文关于生号文关于生产产性建性建设项设项目目职业职业安全安全卫卫生生检检察的察的暂暂行行规规定定v卫卫生部生部1994年年发发布的工布的工业业企企业业建建设项设项目目卫卫生生预评预评价价规规范范可研相关法可研相关法规规7/19/202424建筑结构设计统一标准：GBJ68-84可研相关法规给水排水管可研相关法可研相关法规规工业企业设计卫生标准TG36-79工业企业噪声控制设计规范GBJ87-85建筑设计防火规范GBJ16-87建筑灭火器配置设计规范GBJ140-90地表水环境质量标准GB3838-2002污水排入城市下水道水质标准CJ3080-1999污水综合排放标准GB8978-1996农田灌溉水质标准GB5084-92农用污泥中污染物控制标准GB4284-84污水再生利用设计规范GB/T50335-2002室外排水设计规范GBJ14-87室外给水设计规范GBJ13-86工业企业噪音控制设计规范GBJ87-85工业企业厂界噪声标准GB12348-90建筑电气设计技术规范JGJ16-83建筑给水排水设计规范GBJ15-887/19/202425可研相关法规给水排水管网系统工业企业设计卫生标准TG36可研一般包括内容可研一般包括内容1）项目建设的必要性。2）根据城市（企业）的实际情况确定项目建设内容。3）确定给（废）水处理规模及处理程度。4）对给（废）水处理工艺进行技术论证。5）确定给（废）水处理建设用地及地址。6）给（废）水处理工程方案。7）环境和社会影响分析、环境保护、劳动保护、安全运行和节能措施。8）项目运行管理。9）项目实施计划与进度预测。10）投资估算与融资方案。11）财务评价。12）社会效益评价。7/19/202426可研一般包括内容给水排水管网系统1）项目建设的必要性。8/2第二章 管网工程规划3.给排水工程规划工作程序（自学）4.给水排水工程技术经济分析方法数学分析法、方案比较法a.静静态态法法年年计计算算费费用用缺点：投缺点：投资偿还资偿还期确定困期确定困难难、不能反映、不能反映资资金的金的时间价值。7/19/202427第二章管网工程规划3.给排水工程规划工作程序（自学）给水第二章 管网工程规划资资金的金的时间时间价价值值指指资资金在生金在生产产和流通和流通过过程中随着程中随着时间时间推移而推移而产产生的价生的价值值。参考参考书书籍：籍：给给水排水工程技水排水工程技术经济实术经济实例分析与例分析与应应用第二章用第二章引起引起资资金金时间时间价价值值的原因的原因1.社会再生社会再生产产角度而言，角度而言，货币转货币转化化为资产为资产后，后，经历经历一定一定时时间间生生产产和流通中和流通中产产生的利生的利润润。2.从流通角度而言，消从流通角度而言，消费费者或出者或出资资者将者将资资金用于投金用于投资资致使致使消消费费推推迟迟而而应应得到的必要得到的必要补偿补偿。资资金金时间时间价价值值的衡量尺度？的衡量尺度？利息和利利息和利润润；通常采用利率表示。；通常采用利率表示。利息的利息的计计算分算分为单为单利法和复利法。利法和复利法。7/19/202428第二章管网工程规划给水排水管网系统资金的时间价值指资金在第二章 管网工程规划资资金的金的时间时间价价值计值计算算实实例。例。有一笔有一笔5万元的借款，借期万元的借款，借期3年，年利率年，年利率为为8%，试试分分别别按照按照单单利法和复利法利法和复利法计计算到期的本利和。算到期的本利和。单单利法：利法：F=P（1+ni）=5（1+38%）=6.2万万复利法：复利法：F=P（1+i）n=5（1+8%）n=6.2986万万7/19/202429第二章管网工程规划给水排水管网系统资金的时间价值计算实例第二章 管网工程规划现值现值（P）：表示在建）：表示在建设设初期即初期即0点上的点上的资资金价金价值值。终值终值（F）：表示投）：表示投资偿还资偿还期期末的期期末的资资金价金价值值。复利法复利法计计算公式算公式1）当）当资资金金现值为现值为P，年利率，年利率为为i%，则则n年后的年后的终值为终值为F=P（1+i%）n2）当）当资资金金终值为终值为F，年利率，年利率为为i%，投，投资偿还资偿还期期为为n年；年；现值为现值为7/19/202430第二章管网工程规划给水排水管网系统现值（P）：表示在建设第二章 管网工程规划3）当）当资资金金现值为现值为P，年利率，年利率为为i%，投，投资偿还资偿还期期为为n年内各年年内各年分分摊资摊资金金现现金金为为A，则则各年分各年分摊资摊资金金现值为现值为AA127/19/202431第二章管网工程规划给水排水管网系统3）当资金现值为P，第二章 管网工程规划为为保保证资证资金金现值现值P得到回收，得到回收，则则有有即即7/19/202432第二章管网工程规划给水排水管网系统为保证资金现值P得到回第二章 管网工程规划b.动态动态法法年年计计算算费费用用7/19/202433第二章管网工程规划给水排水管网系统b.动态法年计算费第二章 管网工程规划计计算算实实例例v某给水项目建设投资5800万元，年运行费用为245万元/年，求1）投资偿还期为20年的静态年计算费用值；2）利率为5.5%，还款期为20年的动态年计算费用值。7/19/202434第二章管网工程规划给水排水管网系统计算实例某给水项目建设第二章 管网工程规划计计算算实实例例v某废水处理项目工程建设总投资800万元，年运行费用为-43.8万元/年，求1）投资偿还期为10年的静态年计算费用值；2）利率为5.5%，还款期为10年的动态年计算费用值。v1）静态年计算费用值v2）动态年计算费用值7/19/202435第二章管网工程规划给水排水管网系统计算实例某废水处理项目第二章 管网工程规划5.城市用水量预测（1）城市用水量包括）城市用水量包括项项目目（2）用水量）用水量变变化的表示方法化的表示方法平均日用水量平均日用水量最高日用水量最高日用水量最高日平均最高日平均时时用水量用水量最高最高时时用水量用水量7/19/202436第二章管网工程规划5.城市用水量预测给水排水管网系统8/v日日变变化系数化系数v时变时变化系数化系数v年年变变化系数？化系数？第二章 管网工程规划7/19/202437日变化系数第二章管网工程规划给水排水管网系统8/2/20第二章 管网工程规划用水量用水量变变化曲化曲线线2.021.952.092.092.643.15.365.515.214.544.74.775.194.794.474.484.925.135.835.475.414.633.32.397/19/202438第二章管网工程规划给水排水管网系统用水量变化曲线2.02第二章 管网工程规划v时变时变化系数的化系数的计计算算Kh=5.83*24/100=1.407/19/202439第二章管网工程规划给水排水管网系统8/2/202339第二章 管网工程规划6.用水量用水量预测计预测计算（城市）算（城市）（1）分）分类类估算法估算法（2）单单位面位面积积法法（3）人均）人均综综合指合指标标法法7/19/202440第二章管网工程规划给水排水管网系统6.用水量预测计算（城第二章 管网工程规划（4）年）年递递增率法增率法Qa=Q0(1+)t7/19/202441第二章管网工程规划给水排水管网系统（4）年递增率法Qa=第二章 管网工程规划（5）线线性回性回归归法法Qa=Q0+Qt7/19/202442第二章管网工程规划给水排水管网系统（5）线性回归法Qa=第二章 管网工程规划（6）生）生长长曲曲线线法法7/19/202443第二章管网工程规划给水排水管网系统（6）生长曲线法8/2第二章 管网工程规划城市用水量日城市用水量日变变化系数化系数特大城市特大城市大城市大城市中等城市中等城市小城小城镇镇1.1-1.31.2-1.41.3-1.51.4-1.87/19/202444第二章管网工程规划给水排水管网系统城市用水量日变化系数特第二章 管网工程规划7.给水管网系统规划布置给给水管网布置形式水管网布置形式图图2.2树树状网状网图图2.3环环状网状网7/19/202445第二章管网工程规划7.给水管网系统规划布置给水排水管网系124图图2.4压压力与重力相力与重力相结结合合输输水方式水方式3第二章 管网工程规划输输水管渠定水管渠定线线7/19/202446124图2.4压力与重力相结合输水方式3第二章管网工8.排水管网系排水管网系统规统规划布置划布置污污水管网布置基本形式水管网布置基本形式第二章 管网工程规划9124678404142平行式布置平行式布置7/19/2024478.排水管网系统规划布置第二章管网工程规划给水排水管网系第二章 管网工程规划正交式正交式污污水管网布置基本形式水管网布置基本形式7/19/202448第二章管网工程规划给水排水管网系统正交式污水管网布置基支管布置与定支管布置与定线线第二章 管网工程规划低低边边式布置式布置7/19/202449支管布置与定线第二章管网工程规划给水排水管网系统低边式支管布置与定支管布置与定线线第二章 管网工程规划围围坊式坊式穿坊式穿坊式7/19/202450支管布置与定线第二章管网工程规划给水排水管网系统围坊式经济经济分析方法分析方法水量水量变变化表示方法化表示方法用水量用水量预测计预测计算方法算方法本章重点7/19/202451本章重点给水排水管网系统8/2/202351第三章 管网水力学1.管网水流特征流态特征（层流、紊流、过渡流）紊流流态分为阻力平方区、过渡区以及水力光滑区。管径大小和管壁粗糙度。水流基本处于紊流过渡区和阻力平方区，故取值在1.75-2之间。7/19/202452第三章管网水力学1.管网水流特征8/2/202352恒定流与非恒定流给排水管网中水的流态不可能为恒定流；但是设计中按照恒定流进行计算。第三章管网水力学7/19/202453恒定流与非恒定流第三章管网水力学8/2/202353均匀流与非均匀流管网中水的流态也不可能为均匀流；但当管道截面在一定距离内不发生变化和转弯时可认为是均匀流；当管道局部出现三通、转弯或变径时则为非均匀流。第三章管网水力学7/19/202454均匀流与非均匀流第三章管网水力学8/2/202354压力流与重力流（断面形状）水头（位置水头、压力水头、流速水头组成势能和动能）水头损失（沿程阻力、沿程水头损失、局部阻力、局部水头损失）第三章管网水力学7/19/202455压力流与重力流（断面形状）第三章管网水力学8/2/202第三章 管网水力学2.管渠水头损失计算分为沿程水头损失和局部水头损失计算沿程水头损失可采用谢才公式或采用达西公式。局部水头损失计算采用公式7/19/202456第三章管网水力学2.管渠水头损失计算8/2/202356第三章 管网水力学3.谢才公式与达西公式比较谢谢才公式才公式达西公式达西公式注意注意谢谢才公式与达西公式的才公式与达西公式的应应用范用范围围。7/19/202457第三章管网水力学3.谢才公式与达西公式比较注意谢才公式与第三章 管网水力学4.谢才系数或沿程阻力系数的求解谢谢才系数或沿程阻力系数的求解可才系数或沿程阻力系数的求解可选择选择舍舍维维列夫公式（原列夫公式（原苏联苏联）、海曾）、海曾-威廉公式威廉公式（德国）、科（德国）、科尔尔波洛克波洛克-怀怀特公式（英国）、特公式（英国）、巴甫洛夫斯基公式（原巴甫洛夫斯基公式（原苏联苏联）或曼宁公式）或曼宁公式（英国）。（英国）。7/19/202458第三章管网水力学4.谢才系数或沿程阻力系数的求解8/2/第三章 管网水力学5.局阻与沿程水头损失的指数形式沿程水头损失的指数形式局阻水头损失公式的指数形式管道水头损失的指数形式7/19/202459第三章管网水力学5.局阻与沿程水头损失的指数形式8/2/第三章 管网水力学v6.局阻与沿程阻力的关系v局阻一般只占沿程阻力的5%以内，可以忽略不计。7/19/202460第三章管网水力学6.局阻与沿程阻力的关系8/2/2023例例题题v某管道直径为700mm，长度为800m，海曾-威廉姆粗糙系数为105，管道上有90度弯头2个、直流三通6个、全开闸阀2个，输水流量为480L/s。计算沿程水头损失和局部水头损失并计算局阻与沿程阻力之比。7/19/202461例题某管道直径为700mm，长度为800m，海曾-威廉姆粗糙分析分析v本题已知流量可以确定流速（？）。v已知粗糙系数可求沿程阻力系数（？）v已知上述两项可求沿程水头损失v局阻系数已知可求局阻水头损失7/19/202462分析本题已知流量可以确定流速（？）。8/2/202362计计算算过过程程v1.q=480L/s，D=700mm=0.7m，则则v=1.248m/s。v2.v3.=0.9*2+0.1*6+0.19*2=2.78v4.v5.0.22/2.25=0.107/19/202463计算过程1.q=480L/s，D=700mm=0.7m，则v第三章 管网水力学7.非非满满管流管渠水力管流管渠水力计计算公式算公式7.1采用数学分析方法求解非采用数学分析方法求解非满满管流的管流的过过水断面水断面积积A；然后求解水力半径；然后求解水力半径R。7.2谢谢才公式与曼宁公式的才公式与曼宁公式的组组合合流速公式流速公式流量公式流量公式7/19/202464第三章管网水力学7.非满管流管渠水力计算公式8/2/20第三章 管网水力学8.非满管流计算公式的简化与水力计算方法8.1计计算公式的算公式的简简化化水力水力计计算算图图表表等比例等比例简简化化8.2计计算方法算方法已知公式中的三已知公式中的三项项求解其余两求解其余两项项7/19/202465第三章管网水力学8.非满管流计算公式的简化与水力计算方法第三章 管网水力学v9.水力等效水力等效简简化化v原原则则：等效后管网与原系等效后管网与原系统统具有相同的水力具有相同的水力特性。特性。v9.1串串联联管道的管道的简简化化Ll1d1l2d2lNdN串串联联管道管道7/19/202466第三章管网水力学9.水力等效简化Ll1d1l2d2lNd第三章 管网水力学v9.1串串联联管道的管道的简简化化当串当串联联管段管径相同管段管径相同时时呢？呢？7/19/202467第三章管网水力学9.1串联管道的简化当串联管段管径相同时第三章 管网水力学v9.2并并联联管道的管道的简简化化d1q1d2q2dNqNdq并并联联管道管道7/19/202468第三章管网水力学9.2并联管道的简化d1q1d2q2dN第三章 管网水力学v9.2并并联联管道的管道的简简化化当并当并联联管段管径相同管段管径相同时时呢？呢？例例题题7/19/202469第三章管网水力学9.2并联管道的简化当并联管段管径相同时第三章 管网水力学v9.3沿沿线线均匀出流的均匀出流的简简化化ql+qtqtxlql7/19/202470第三章管网水力学9.3沿线均匀出流的简化ql+qtqtx第三章 管网水力学v简简化思路化思路v假定沿假定沿线线出水均匀（出水均匀（实际实际呢呢？）？）v把沿把沿线线流量折算流量折算为为起端与末端流量（起端与末端流量（与与实际实际是否相是否相符符？）？）v由两由两项项假定推假定推导导出如下公式出如下公式7/19/202471第三章管网水力学简化思路8/2/202371第三章 管网水力学v令令n=2，转输转输系数系数=q=qt t/q/ql l，则则v对对上式上式进进行等价行等价变换变换，即，即v 0 0时时，v 时时，0.57/19/202472第三章管网水力学令n=2，转输系数=qt/ql，则对上第三章 管网水力学v9.4局部水局部水头损头损失失计计算的算的简简化化v说说明：明：简简化化为为需要的需要的计计算管径。算管径。例例题题7/19/202473第三章管网水力学9.4局部水头损失计算的简化例题8/2/第三章 管网水力学v10.水水泵泵7/19/202474第三章管网水力学10.水泵8/2/202374第三章第三章 管网水力学管网水力学7/19/202475第三章管网水力学8/2/202375第三章 管网水力学7/19/202476第三章管网水力学8/2/202376第三章 管网水力学7/19/202477第三章管网水力学8/2/202377第三章第三章 管网水力学管网水力学v某某S型水型水泵泵性能曲性能曲线线HQP7/19/202478第三章管网水力学某S型水泵性能曲线HQP8/2/202第三章第三章 管网水力学管网水力学v10.1工工频泵频泵水力特性公式水力特性公式v最小二乘法最小二乘法拟拟合分析合分析7/19/202479第三章管网水力学10.1工频泵水力特性公式最小二乘法拟合第三章第三章 管网水力学管网水力学v10.2调调速速泵泵水力特性公式水力特性公式v水水泵泵静静扬扬程与程与转转速有关，而水速有关，而水泵泵内阻保持不内阻保持不变变。7/19/202480第三章管网水力学10.2调速泵水力特性公式水泵静扬程与转第三章 管网水力学v10.3考考虑虑吸、吸、压压水管路的水水管路的水泵泵水力特性公式水力特性公式Q7/19/202481第三章管网水力学10.3考虑吸、压水管路的水泵水力特性公第三章 管网水力学v10.4泵泵站水力特性公式站水力特性公式v同型号水泵并联水力特性公式v同型号水同型号水泵泵并并联联，每台，每台泵泵流量相同；等效流量相同；等效为为一台一台泵泵即即为泵为泵站水力特性曲站水力特性曲线线。v假定假定泵泵站中有站中有n台同型号水台同型号水泵泵并并联联，每台，每台泵泵水力特水力特性曲性曲线为线为v当不当不计计管路水管路水头损头损失失时时，则则有如下流量与有如下流量与扬扬程程对应对应关系，关系，见见下表下表7/19/202482第三章管网水力学10.4泵站水力特性公式同型号水泵并联水第三章 管网水力学单单台台q单单台台he单单台台sp单单台台hpN台台qN台台heN台台spN台台hpqhesphpNqhe？hp？v得同型号水得同型号水泵泵并并联联水力特性公式水力特性公式7/19/202483第三章管网水力学单台q单台he单台sp单台hpN台qN台第三章 管网水力学v不同型号水不同型号水泵泵泵泵站水力特性曲站水力特性曲线线v由于型号不同，故工作流量不等，采用最小由于型号不同，故工作流量不等，采用最小二乘法二乘法进进行行计计算确定算确定v方法：方法：1）从水）从水泵样泵样本中本中查查出其水力特性曲出其水力特性曲线线公式，确定每台公式，确定每台泵泵高效高效扬扬程段程段进进而确定共同而确定共同高效高效扬扬程段。程段。2）确定若干高效）确定若干高效扬扬程段中的程段中的扬扬程，根据特性曲程，根据特性曲线线求出流量。求出流量。3）根据）根据扬扬程、程、流量采用最小二乘法流量采用最小二乘法进进行行计计算算he、sp。v水水泵泵串串联联特性曲特性曲线线？7/19/202484第三章管网水力学不同型号水泵泵站水力特性曲线由于型号不同作作业业vP65，第，第2、5、6题题。7/19/202485作业P65，第2、5、6题。8/2/202385第三章 管网水力学v问题问题：v进进行管段均匀出流行管段均匀出流简简化化时时，把管道划分，把管道划分为为若若干干较较短小管道短小管道时时，能否减小，能否减小计计算算误误差？差？v未确定管径未确定管径时时能否能否进进行局阻等效行局阻等效简简化？化？v多台水多台水泵泵并并联联工作，工作，泵泵站静站静扬扬程会否受到影程会否受到影响？响？v求求泵泵站水力特性曲站水力特性曲线时线时，若不按照高效段，若不按照高效段进进行行计计算将会出算将会出现现何何问题问题？7/19/202486第三章管网水力学问题：8/2/202386第三章 管网水力学v本本节节重点重点v1.水力等效水力等效简简化原化原则则、方法（并、方法（并联联、串、串联联）。）。v2.沿沿线线均匀出流的均匀出流的简简化化计计算（方法、系数）。算（方法、系数）。v3.计计算算泵泵站水力特性曲站水力特性曲线线（同型号、不同型号）（同型号、不同型号）。v注意：注意：v最小二乘法公式不一定背最小二乘法公式不一定背过过，但等效，但等效简简化公式化公式一定要一定要记记住！住！7/19/202487第三章管网水力学本节重点8/2/202387第四章 管网模型化v1模型化模型化v手段：手段：简简化与抽象。化与抽象。v简简化：忽略比化：忽略比较较次要次要给给排水排水设设施，分析与施，分析与计计算集中于主要算集中于主要对对象；象；v抽象：忽略分析抽象：忽略分析处处理理对对象的具体水力特性，象的具体水力特性，将其将其视为视为模型元素，只考模型元素，只考虑虑拓扑关系与水力拓扑关系与水力特性。特性。7/19/202488第四章管网模型化1模型化8/2/202388第四章 管网模型化v1.1简简化化v简简化原化原则则:宏宏观观等效与小等效与小误误差。差。v管管线简线简化措施：化措施：删删除次要管除次要管线线，保留主要管路；管，保留主要管路；管线线交叉点交叉点较较近，可合并；可将全开近，可合并；可将全开阀门删阀门删除，从全除，从全闭阀门处闭阀门处断开；管材不同或管断开；管材不同或管线线并并联联，可采用水力，可采用水力等效原等效原则则等效等效为为同一管材或同一管材或单单管道；尽量将大系管道；尽量将大系统统拆分拆分为为若干小系若干小系统统。v附属附属设设施施简简化措施：化措施：删删除除对对全局水力特性影响小的全局水力特性影响小的设设施；合并同一位置的多个相同施；合并同一位置的多个相同设设施。施。7/19/202489第四章管网模型化1.1简化8/2/202389第四章 管网模型化v1.2抽象抽象v抽象的抽象的结结果：管段与果：管段与节节点。点。v管段：只能管段：只能输输送流量而不允送流量而不允许许改改变变流量，但流量，但可改可改变变水的能量。（水的能量。（存在大流量存在大流量处处断开、管断开、管段段较长应较长应分成若干管段分成若干管段）v节节点：（管点：（管线线交叉交叉处处、端点或大流量、端点或大流量进进出点）出点）只能能量不能改只能能量不能改变变能量，但存在流量的能量，但存在流量的变变化。化。7/19/202490第四章管网模型化1.2抽象8/2/202390第四章 管网模型化v管段与管段与节节点属性：构造属性、拓扑属性（管段与点属性：构造属性、拓扑属性（管段与节节点关点关联联关系）与水力属性（表征管段与关系）与水力属性（表征管段与节节点的水力点的水力特征）。特征）。v管段构造属性（管段构造属性（长长度即管度即管长长、直径即管径、粗糙系、直径即管径、粗糙系数）；管段拓扑属性（管段方向、起端数）；管段拓扑属性（管段方向、起端节节点即起点、点即起点、终终端端节节点即点即终终点）；管段水力属性（管段流量点）；管段水力属性（管段流量为为矢矢量、管段流速量、管段流速为为矢量、管段矢量、管段扬扬程程为为矢量、管段摩阻、矢量、管段摩阻、管段管段压压降）。降）。v节节点构造属性（点构造属性（节节点高程、点高程、节节点位置）；点位置）；节节点拓扑点拓扑属性（与属性（与节节点关点关联联的管段及其方向、的管段及其方向、节节点的度）；点的度）；节节点水力属性（点水力属性（节节点流量、点流量、节节点水点水头头、自由水、自由水头头针针对对有有压压流流）。）。7/19/202491第四章管网模型化管段与节点属性：构造属性、拓扑属性（管段第四章 管网模型化v1.3模型模型标识标识v节节点与管段点与管段编编号：管段可号：管段可1、2等，等，节节点可点可(1)、(2)等。等。v设设定管段方向：原因存在矢量。定管段方向：原因存在矢量。v设设定定节节点流量方向：流入点流量方向：流入为负为负、流出、流出为为正。正。7/19/202492第四章管网模型化1.3模型标识8/2/202392第四章 管网模型化v2管网模型的拓扑特性管网模型的拓扑特性v拓扑特性用于描述拓扑特性用于描述节节点与管段的关点与管段的关联联关系。关系。v2.1图图v管网模型略去构造与水力特性后，管网模型略去构造与水力特性后，仅仅考考虑节虑节点与管点与管段之段之间间的关的关联联关系关系时时即即为为管网管网图图。图图即关系或即关系或联联系。系。v图图的表示方法：几何表示法和集合表示法。的表示方法：几何表示法和集合表示法。v集合表示集合表示时时可采用管段集合、可采用管段集合、节节点集合；点集合；节节点集合点集合与管段集合构成管网与管段集合构成管网图图G(V，E)；节节点数点数N(G)，管，管段数段数M(G)。7/19/202493第四章管网模型化2管网模型的拓扑特性8/2/202393第四章 管网模型化v2.2有向有向图图v在管网在管网图图中，关中，关联联任意管段的两个任意管段的两个节节点是有点是有序的，序的，为为表明管段方向，表示管段表明管段方向，表示管段时时由起点由起点指向指向终终点。点。v也可采用各管段的起点集合和也可采用各管段的起点集合和终终点集合表示点集合表示管网管网图图。7/19/202494第四章管网模型化2.2有向图8/2/202394第四章 管网模型化v2.3管网管网图图的的连连通性通性v连连通通图图：从：从图图的任意两个的任意两个顶顶点均通点均通过过一系列一系列边边及及顶顶点相点相连连通，即从一个通，即从一个顶顶点出点出发发，经过经过相关相关联联的的边边和和顶顶点可到达其余任一点可到达其余任一顶顶点。点。v非非连连通通图图可分可分为为若干相互若干相互连连通部分。通部分。7/19/202495第四章管网模型化2.3管网图的连通性8/2/202395第四章 管网模型化v2.4管网管网图图的可平面的可平面图图性性v一一图图若可把其画在平面上同若可把其画在平面上同时时任意两条任意两条边边均均不相交，不相交，图为图为可平面可平面图图。v管网管网图图一般均一般均为为可平面可平面图图；一般在采用几何；一般在采用几何表示表示时时，均画成平面，均画成平面图图。v对对于一于一连连通且画在平面上的管网通且画在平面上的管网图图，管段数、，管段数、节节点数、点数、环环数遵循下述关系：数遵循下述关系：vM=N+L-17/19/202496第四章管网模型化2.4管网图的可平面图性8/2/2023第四章 管网模型化v2.5节节点的度点的度v关关联联数，数，对应对应管段。管段。v2.6关关联联集集v记为记为S(v)；括号中的数量；括号中的数量对应对应此此节节点的度。点的度。v2.7割集割集v分离管段或分离管段或节节点所需切断的管段的集合。点所需切断的管段的集合。7/19/202497第四章管网模型化2.5节点的度8/2/202397第四章 管网模型化v2.8路径路径v从一从一节节点到达另一点到达另一节节点点时时通通过过的不重复的管的不重复的管段名称的集合。段名称的集合。v2.9回路回路v从一从一节节点出点出发经过发经过若干不重复的管段后又回若干不重复的管段后又回到此到此节节点的管段名称集合。点的管段名称集合。v回路即管网中的回路即管网中的环环。7/19/202498第四章管网模型化2.8路径8/2/202398第四章 管网模型化v2.10树树v定定义义：无回路且：无回路且连连通。通。v性性质质：唯一性，任意：唯一性，任意节节点之点之间间存在且存在唯存在且存在唯一的路径。一的路径。删删除任一管段造成管网除任一管段造成管网图图的非的非连连通性。通性。扩扩充性，任两个不同充性，任两个不同节节点加上一条管点加上一条管段均段均组组成回路。成回路。v树树的的节节点数与点数与树树枝数（管段数）之枝数（管段数）之间间关系关系为为：N=M+17/19/202499第四章管网模型化2.10树8/2/202399第四章 管网模型化v2.11生成生成树树v对环对环而言，而言，删删除与其除与其环环数相数相对应对应的管段数量的管段数量后后组组成的成的图图即生成即生成树树。v生成生成树树和和树树具有相同的性具有相同的性质质。v这这也表明也表明树树在适当部位添加一定的管段后在适当部位添加一定的管段后组组成成环环，增加的管段数即，增加的管段数即环环数。数。7/19/2024100第四章管网模型化2.11生成树8/2/2023100第四章 管网模型化v3管网模型的水力特性管网模型的水力特性v指管网模型中指管网模型中节节点和管段点和管段传递传递、输输送流量和送流量和能量的特性。能量的特性。v理理论论依据依据为质为质量守恒和能量守恒。量守恒和能量守恒。7/19/2024101第四章管网模型化3管网模型的水力特性8/2/202310第四章 管网模型化v3.1节节点流量方程点流量方程v依据依据质质量守恒得到流入量守恒得到流入节节点流量之和与流出点流量之和与流出节节点的点的流量之和相等；即流量之和相等；即7/19/2024102第四章管网模型化3.1节点流量方程8/2/2023102第四章 管网模型化12345678(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)Q1Q2Q5Q6Q7Q4Q3q1q2q3q4q5q6q7q87/19/2024103第四章管网模型化1234567第四章 管网模型化v3.2管段能量方程管段能量方程v管段两端管段两端节节点水点水头头之差之差应该应该等于等于该该管段管段压压降降（非水（非水头损头损失）。失）。vHFi-HTi=hii=1，2，3，M7/19/2024104第四章管网模型化3.2管段能量方程8/2/2023104第四章 管网模型化12345678(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)Q1Q2Q5Q6Q7Q4Q3q1q2q3q4q5q6q7q8h1h2h3h4h5h6h7h87/19/2024105第四章管网模型化1234567第四章 管网模型化v3.3恒定流基本方程恒定流基本方程组组HFi-HTi=hi i=1，2，3，M7/19/2024106第四章管网模型化3.3恒定流基本方程组HFi-HTi=h第四章 管网模型化v问题问题：v管段流量与管段流量与节节点流量能否点流量能否为负值为负值？若？若为负值为负值代表什么意代表什么意义义？v环环的能量具有什么特点？流量具有什么特点的能量具有什么特点？流量具有什么特点？7/19/2024107第四章管网模型化问题：8/2/2023107第四章 管网模型化v本章重点本章重点v管段、管段、节节点点v路径与回路路径与回路v树树v节节点流量方程与管段能量方程点流量方程与管段能量方程7/19/2024108第四章管网模型化本章重点8/2/2023108第五章给水管网水力分析v1.给给水管网水力分析的参数水管网水力分析的参数v流量与水流量与水头头。v当管段特性已知且当管段特性已知且处处于恒定流状于恒定流状态时态时，流量，流量与水与水头头关系可通关系可通过过恒定流方程恒定流方程组组解得。解得。HFi-HTi=hi i=1，2，3，M7/19/2024109第五章给水管网水力分析1.给水管网水力分析的参数HFi-第五章给水管网水力分析v2.水力分析的前提条件水力分析的前提条件v2.1已知各管段的水力特性已知各管段的水力特性v即确定管段流量与水即确定管段流量与水头损头损失之失之间间的关系。的关系。7/19/2024110第五章给水管网水力分析2.水力分析的前提条件8/2/20第五章给水管网水力分析12345678(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)Q1Q2Q5Q6Q7Q4Q3q1q2q3q4q5q6q7q87/19/2024111第五章给水管网水力分析123456第五章给水管网水力分析v2.2节节点流量与点流量与节节点水点水头头必必须须一个已知一个未一个已知一个未知知HFi-HTi=hi i=1，2，3，M7/19/2024112第五章给水管网水力分析2.2节点流量与节点水头必须一个已第五章给水管网水力分析v2.3必必须须至少存在一个定至少存在一个定压节压节点点v方程数和未知量相等只是方程方程数和未知量相等只是方程组组可解的必要可解的必要条件而非充分条件。作条件而非充分条件。作为为充分条件，要求管充分条件，要求管网中必网中必须须至少有一个定至少有一个定压节压节点；若管网中无点；若管网中无定定压节压节点，方程点，方程组组无确定解。无确定解。7/19/2024113第五章给水管网水力分析2.3必须至少存在一个定压节点8/第五章给水管网水力分析v3恒定流基本方程恒定流基本方程组组的的线线性性变换变换v3.1节节点流量点流量连续连续性方程性方程组组的的变换变换v大大节节点概念（关点概念（关联联）、割集的方式。）、割集的方式。v下面例下面例题题。7/19/2024114第五章给水管网水力分析3恒定流基本方程组的线性变换8/2第五章给水管网水力分析(7)(1)(2)(3)(4)(5)(6)(8)Q7Q1Q2Q3Q4Q5Q61234567q1,h1q2,h2q3,h3q4,h4Q8q5,h5q6,h6q7,h7H7H1H2H3H8H4H5H67/19/2024115第五章给水管网水力分析(7)(1)(2)(3)(4)(5第五章给水管网水力分析v针对针对每个每个节节点可写出点可写出节节点流量点流量连续连续性方程性方程7/19/2024116第五章给水管网水力分析针对每个节点可写出节点流量连续性方第五章给水管网水力分析v由大由大环环以及割集概念写出流量以及割集概念写出流量连续连续性方程性方程(7)(1)(2)(3)(4)(5)(6)(8)Q7Q1Q2Q3Q4Q5Q61234567q1,h1q2,h2q3,h3q4,h4Q8q5,h5q6,h6q7,h7H7H1H2H3H8H4H5H67/19/2024117第五章给水管网水力分析由大环以及割集概念写出流量连续性方第五章给水管网水力分析整个管网作整个管网作为为割集割集节节点点8的割集的割集节节点点6的割集的割集节节点点5的割集的割集节节点点4的割集的割集节节点点3，6，8的割集的割集节节点点2，3，5，6，8的割集的割集节节点点1，2，3，4，5，6，8的割集的割集7/19/2024118第五章给水管网水力分析整个管网作为割集节点8的割集节点6第五章给水管网水力分析v写出割集的写出割集的连续连续性方程的意性方程的意义义何在？何在？v方程中只包含一个管段流量与若干个方程中只包含一个管段流量与若干个节节点流点流量；若量；若节节点流量已知，可直接求得管段流量。点流量已知，可直接求得管段流量。v大家分析一下，如下大家分析一下，如下图图所示的割集有何意所示的割集有何意义义。7/19/2024119第五章给水管网水力分析写出割集的连续性方程的意义何在？8第五章给水管网水力分析(7)(1)(2)(3)(4)(5)(6)(8)Q7Q1Q2Q3Q4Q5Q61234567q1,h1q2,h2q3,h3q4,h4Q8q5,h5q6,h6q7,h7H7H1H2H3H8H4H5H67/19/2024120第五章给水管网水力分析(7)(1)(2)(3)(4)(5第五章给水管网水力分析v问题问题v所所举举例子例子为单为单定定压节压节点（点（树树状网、一个水源供水），状网、一个水源供水），可直接通可直接通过过流量流量连续连续性方程性方程组组求解。求解。v针对针对多定多定压节压节点也能点也能够够列出流量列出流量连续连续性方程性方程组组，但，但很很难难直接求出定直接求出定压节压节点流量（点流量（树树状网）。状网）。v单单定定压节压节点点环环状网，能状网，能够够得到定得到定压节压节点流量，但无点流量，但无法列出直接求解管段流量的法列出直接求解管段流量的连续连续性方程性方程组组。v多定多定压节压节点点环环状网，既不能直接求出定状网，既不能直接求出定压节压节点流量，点流量，也不能列出直接求解管段流量的也不能列出直接求解管段流量的连续连续性方程性方程组组。7/19/2024121第五章给水管网水力分析问题8/2/2023121第五章给水管网水力分析v3.2管段能量守恒方程管段能量守恒方程组组的的变换变换v将一些相关将一些相关联联的管段首尾相的管段首尾相连连，形成一条路，形成一条路径，把其能量方程相加减可径，把其能量方程相加减可导导出路径能量方出路径能量方程。程。v见见下下图图。7/19/2024122第五章给水管网水力分析3.2管段能量守恒方程组的变换8/第五章给水管网水力分析(7)(1)(2)(3)(4)(5)(6)(8)Q7Q1Q2Q3Q4Q5Q61234567q1,h1q2,h2q3,h3q4,h4Q8q5,h5q6,h6q7,h7H7H1H2H3H8H4H5H689q8,h8q9,h97/19/2024123第五章给水管网水力分析(7)(1)(2)(3)(4)(5第五章给水管网水力分析计计算定算定压节压节点点7到定到定压节压节点点8的的压压降：降：这这也也说说明明压压降方向由降方向由7到到8，与此方向相同的流向或，与此方向相同的流向或压压降降为为正正值值，反之，反之为负为负值值。得。得当起点和当起点和终终点重合点重合时时，路径能量方程的形式如何呢，路径能量方程的形式如何呢?由上由上图图，计计算回路（算回路（1）、（）、（2）、（）、（5）、（）、（4）的能量方程。）的能量方程。分析得到，假定起点分析得到，假定起点为为（1），流），流过过管段管段2、6、8、5后回到（后回到（1），），则则路径能量方程路径能量方程为为我我们们定的水流方向定的水流方向为为依次依次经过经过22、66、88、55，若水流方向依次通，若水流方向依次通过过55、88、66、22呢，路径能量方程如何表示？呢，路径能量方程如何表示？7/19/2024124第五章给水管网水力分析计算定压节点7到定压节点8的压降：第五章给水管网水力分析v上式也表明上式也表明对对于一个回路即管网系于一个回路即管网系统统中的中的环环而言，其能量方程恒而言，其能量方程恒为为零。（零。（环环能量方程）能量方程）v我我们们的上例只存在两个基本的上例只存在两个基本环环，故能，故能够够写出写出两个两个环环能量方程。能量方程。v若确定若确定环环中各中各节节点或各管段流量依旧不能确点或各管段流量依旧不能确定多定定多定压节压节点流量（例子点流量（例子为为两个定两个定压节压节点），点），如何如何进进行行处处理呢？理呢？v工程上提出了虚工程上提出了虚环环的概念。的概念。7/19/2024125第五章给水管网水力分析上式也表明对于一个回路即管网系统中第五章给水管网水力分析v虚虚环环存在如下假存在如下假设设：v在管网中增加一个虚在管网中增加一个虚节节点点编编号号为为0，叫做虚定，叫做虚定压节压节点，点，其流量其流量为为整个管网系整个管网系统统用水量，用水量，压压力即水力即水头头恒恒为为0。v在虚在虚节节点与各定点与各定压节压节点之点之间连间连接叫做虚管段；虚管接叫做虚管段；虚管段提供各定段提供各定压节压节点所需水点所需水头头与水量，但其本身无与水量，但其本身无压压降。降。v各定各定压节压节点的点的节节点流量定点流量定为为0，但，但节节点水点水头头改改为为未知未知量，管网成量，管网成为单为单定定压节压节点管网。点管网。7/19/2024126第五章给水管网水力分析虚环存在如下假设：8/2/2023第五章给水管网水力分析(7)(1)(2)(3)(4)(5)(6)(8)0Q1Q2Q3Q4Q5Q61234567q1,h1q2,h2q3,h3q4,h40q5,h5q6,h6q7,h7H7H1H2H3H8H4H5H689q8,h8q9,h9Q0H0=0(0)1110q10=-Q7q11=-Q87/19/2024127第五章给水管网水力分析(7)(1)(2)(3)(4)(5第五章给水管网水力分析管网管网简简化化为单为单定定压节压节点管网，于是不需列出定点管网，于是不需列出定压节压节点之点之间间的能量方程，上述管网增的能量方程，上述管网增加一个回路，需要多列一个加一个回路，需要多列一个环环能量方程。如下：能量方程。如下：其其实实，从本，从本质质上来上来讲讲，虚，虚环环能量方程表示的依旧能量方程表示的依旧为为定定压节压节点能量方程。点能量方程。7/19/2024128第五章给水管网水力分析管网简化为单定压节点管网，于是不