设计工况水力分析
设计工况即最高日最高时用水工况。管段流量和节 点水头最大，用于确定泵站扬程和水塔高度。
水力分析：确定设计工况时管道流量、管内流速、 管道压降、节点水头和自由水压。 水力分析前需进行预处理 1）泵站所在的管段暂时删除 水力分析前提：水力特性必须已知。 泵站水力特性未知，泵站设计流量合并到与之相关 联的节点中。
设计工况水力分析计算结果 管段或节点编号 管段流量(L/s) 管内流速(m/s) 管段压降(m) 节点水头(m) 地面标高（m） 自由水压（m） 要求自由水压 2 3 4 37.15 0.59 0.75 43.26 22 21.26 24 5 98.72 1.4 2.82 44.04 32.2 / 6 7 8 9
-194.35
-194.35 （2） 14.55
[5] 89.9 （6）
-37.15 （4） 37.15
89.9 51.17
6.27 20.77 [6] 32.46 [7]360 22.63
（7） [9]490 （8）
[8]590
35.03
54.87 82.33
5.00
27.65
管网设计工况水力分析
32.46 22.63 54.87 5 1 203 200 0.7 203 200 0.9 279 300 0.6 103 100
200*2 300
2）设计工况水力分析
将管段[1]暂时删除，管段流量并到节点（2）上的Q2=194.35+14.55=-179.8（L/s） 假定节点（8）为控制点 水头损失采用海曾-威廉公式CW=110
例6.5 某给水管网如图所示，水源、泵站和水塔位置标于图中， 节点设计流量、管段长度、管段设计流量等数据也标注于图中， 节点地面标高及自由水压要求见表。 1）设计管段直径； 2）进行设计工况水力分析； 3）确定控制点。
H1=12.00 （1）清水池 泵站 [1]320 [4]270 [2]650 （3） [3]550 水塔（5）
2-3
3-6 5-6 4-7
530
920 540 640
530
920 540 640
5.83
10.13 5.94 7.04
6-8
7-8 8-9 合计
580
710 560
580×0.5
710 560×0.5 6690
3.19
7.81 3.08 73.60
表5-2 某城镇管网最高日最高时各节点流量
节点编号 1 2 3 4 连接管段编号 1-2,1-4 1-2,2-3,2-5 2-3,3-6,水厂-3 1-4,4-5,4-7 连接管段沿线流量之和(L/s) 5.39+9.68=15.07 5.39+5.83+9.79=21.01 5.83+10.13+0=15.96 9.68+5.72+7.04=22.44 节点流量（L/s) 7.54 10.51 7.98 11.22＋13.89
1
620
2
520
工厂 （13.89） 880 4 520 10.51 7.54
890 540
11.22
640 7.42
5
7 10.72 710 9.63 9 1.54
水厂
3
7.98
920
6 580 8 560
例6.3 p128
管段设计流量分配计算
管段设计流量是确定管段直径的主要依据。
求得节点流量后，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。
集中流量可以直接加在所处的节点上；
供水泵站或水塔的供水流量也应从节点处进入 管网系统
例5-1 图5-6所示管网，给水区的范围如虚线所示， 比流量为qs，求各节点的流量。
解: 以节点3、5、8、9为例，节点流量如下：
因管段8-9单侧供水，求节点流量时，将管段配水长 度按一半计算。
例： 某城镇给水环状网布置如图所示，全城最高日 最高时总用水量315m3/h，其中包括工厂用水量 50m3/h，管段6～8和8～9均只在单侧有用户。计算 最高日最高时单位管长比流量、沿线流量和节点流 量。 工厂
47.57 43.71 42.8 -4.77 47.1 3.39
44.71 42.47 46.3 1.59 48.1 29.8 45.3 2.83 45.86 28.56
第四章 给水管网设计与计算(2）
管网计算步骤
1、求沿线流量和节点流量； 2、求管段计算流量； 3、确定各管段的管径和水头损失； 4、进行管网水力计算和技术经济计算； 5、确定水塔高度和水泵扬程。
4.2 设计流量分配与管径设计
用水流量分配 为进行给水管网的细部设计，必须将总流量 分配到系统中去，也就是将最高日用水流量 分配到每条管段和各个节点上去。
1、 单水源树状网
树状管网的管段流量具有唯一性，每一管段的计算 流量等于该管段后面各节点流量和大用户集中用水 量之和。 8 5
8 5 27 4 33 6 26 6 2 7 7 5 14 6 6 3 3 5
泵站
77 34
3 12
4
2 2
17
5
4
2、环状网
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。
例6.4 p132
管段直径设计
管径和设计流量的关系：
q Av 4q
D
4
2
v
D
v
D－管段直径，m； q －管段流量，m3/s； v －流速，m/s； A －水管断面积，m3。 确定管径必须先选定设计流速。
设计流速的确定
技术上：为防止水锤现象，Vmax<2.5~3m/s； 为避免沉积，Vmin>0.6m/s。 经济上：设计流速小，管径大，管网造价增加； 水头损失减小，水泵扬程降低，电费降低。 一般设计流速采用优化方法求得。 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。
81.08 8.77 1.15 3.86 18.8 24 0.28 0.38 19.1 28
21.14 25.13 0.67 1.24 18.3 28 0.8 1.76 17.3 28
63.69 2.5 0.9 2.24 41.5 17.5 24 24 0.32 0.97 / / /
47.57 43.71 28.77 24.61
134 59 57 33 30 17 58 14 12 13 19 14 11 60 19 24 8 10 18 5 9 12 27 24 12 9 7 6 5 8 10 15
16
13
流量分配遵循原则：
(1)从水源或多个水源出发进行管段设计流量计算，按 水流沿最短线路流向节点的原则拟定水流方向；
(2)当向两个或两个以上方向分配设计流量时，要向主 要供水方向或大用户用水分配较大的流量，向次要用户 分配较少的流量； (3)顺主要供水方向延伸的几条平行干管所分配的计算 流量应大致接近； (4)每一节点满足进、出流量平衡。
（7） （8） [4] （1） [2] （2） [3] （3）
Q7+q1 Q1-q1
[5] q5,h5 （4） [8]
Q q4,h4 8
q2,h2 Q2
[6] q6,h6 （5）
q3,h3
Q3
[7] q7,h7
[9]
（6）
Q4
q8,h8
Q5
q9,h9
Q6
2）假设控制点
水力分析前提，管网中必须有一个定压节点。
4.2.1 节点设计流量分配计算
集中流量：从一个点取得用水，用水量较大的用户。 分散流量：沿线众多小用户用水，情况复杂。
集中流量： q ni

K hi Q di 86 . 4
(L / s)
qni —各集中用水户的集中流量，L/s； Qdi—各集中用水户最高日用水量，m3/d； Khi—时变化系数。
沿线流量：干管有效长度与比流量的乘积。
ql qs l
l:管段配水长度，不一定等于实际管长。无配水 的输水管，配水长度为零；单侧配水，为实际管 长的一半。
街坊 街坊 街坊 街坊 公园
街坊
街坊
街坊
街坊
节点流量：从沿线流量计算得出的并且假设
是在节点集中流出的流量。
按照水力等效的原则，将沿线流量一分为二， 分别加在管段两端的节点上；
管径 （mm） D=100～400 D≥400 平均经济流速 （m/s） 0.6～0.9 0.9～1.4
选取经济流速时考虑的原则：p134
6.3 泵站扬程与水塔高度设计
设计流量→经济流速→管径确定→压降确定 →控制点确定→泵站扬程和水塔高度确定
树枝状管网设计流量不会因管径选择不同而改变； 环状网中，管径根据初次流量分配确定，管网流量 按管网水力特性进行分配。
给水管网设计节点数据 节点编号 地面标高(m) 要求自由水压(m) 服务水头(m) 1 13.6 / / 2 18.8 24.0 42.8 3 19.1 28 47.1 4 22 24 46 5 32.2 / / 6 18.3 28 46.3 7 17.3 28 45.3 8 17.5 24 41.5
1
620
880
4
520
640
2
520
7
710
890
540
5
水厂
3
920
6 580 8 560
9
解： 工厂的集中流量作为在其附近的节点4配出。管 段6～8和8～9均只在单侧有用户。各管段配水长度 如表所示。 全部配水干管总计算长度为6690m，该管网最高日 最高时的总用水量为：
Q-∑q=(315-50) ×1000/3600=73.6(L/s)