2014全国设备工程师水流量计算，管网布置强化训练

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【摘要】：给水管道或渠道按其功能不同，一般可分为输水管（渠）和配水管网。配水管网是指由净水厂、配水厂或由水塔、高位水池等调节构筑物直接向用户配水的管道。输水管道系统运行中，应保证在各种设计工况下，管道不出现负压。配水管网应按最高日最高时供水量及设计水压进行水力平差计算，并应分别按下列3种工况和要求进行校核：1）发生消防时的流量和消防水压的要求。

给水管道或渠道按其功能不同，一般可分为输水管（渠）和配水管网。

输水管（渠）是指从水源输送原水至净水厂（或给水厂）的管道或渠道。当净水厂远离供水区时，从净水厂至配水管网间的干管也可作为输水管（渠）考虑。输水管（渠）按其输水方式可分为重力输水和压力输水。一般输水管（渠）在输水过程中沿程无流量变化。

配水管网是指由净水厂、配水厂或由水塔、高位水池等调节构筑物直接向用户配水的管道。配水管按其组成形式分为树（枝）状和环网状，配水管又可分为配水干管和配水支管。配水管一般分布面广且呈网状，故称管网。配水管内流量随用户用水量的变化而变化。

1.输水管（渠）的布置

输水管（渠）线路的选择，应根据下列要求确定：

1）尽量缩短管线的长度，尽量避开不良地质构造（地质断层、滑坡等）处，尽量沿现有或规划道路敷设。

2）减少拆迁，少占良田，少毁植被，保护环境。

3）施工、维护方便，节省造价，运行安全可靠。

输水干管不宜少于两条，当有安全贮水池或其他安全供水措施时，也可修建一条。输水干管和连通管的管径及连通管根数，应按输水干管任何一段发生故障时仍能通过事故用水量计算确定，城镇的事故用水量为设计水量的70%。

输水管道系统运行中，应保证在各种设计工况下，管道不出现负压。

原水输送宜选用管道或暗渠（隧洞）；当采用明渠输送原水时，必须有可靠的防止水质污染和水量流失的安全措施；清水输送应选用管道。

输水管道系统的输水方式可采用重力式，加压式或两种并用方式，应通过技术经济比较后选定。

长距离输水工程应遵守下列基本规定：

1）应深入进行管线实地勘察和线路方案比选优化；对输水方式、管道根数按不同工况进行技术经济分析论证，选择安全可靠的运行系统；应根据工程的具体情况，进行管材、设备的比选优化，通过计算经济流速确定管径。

2）应进行必要的水锤分析计算，并对管路系统采取水锤综合防护设计，根据管道纵向布置、管径、设计水量、功能要求，确定空气阀的数量、形式、口径。

3）应设测流、测压点，并根据需要设置遥测、遥信、遥控系统。

2.配水管网的布置

城镇配水管网宜设计成环状，当允许间断供水时，可设计为枝状，但应考虑将来连成环状管网的可能。

城镇生活饮用水管网，严禁与非生活饮用水管网连接，也严禁与自备水源供水系统直接连接。

配水管网应按最高日最高时供水量及设计水压进行水力平差计算，并应分别按下列3种工况和要求进行校核：

1）发生消防时的流量和消防水压的要求。

2）最大转输时的流量和水压的要求。

3）最不利管段发生故障时的事故用水量和设计水压要求。

配水管网应进行优化设计，在保证设计水量、水压、水质和安全供水的条件下，进行不同方案的技术经济比较。

压力输水管应考虑水流速度急剧变化时产生的水锤，并采取削减水锤的措施。

负有消防给水任务管道的最小直径不应小于100mm，室外消火栓的间距不应超过120m。

3.管网流量计算

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流管网。管网图形由许多管段组成，沿线流量是指供给该管段两侧用户所需的流量。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。在管网水力计算中，首先需求出沿线流量和节点流量。

（1）沿线流量城市给水干管和分配管上接出许多用户管线，沿管线配水，用水情况复杂，难以按实际用水情况来计算。因此，计算时往往加以简化，即假定用水量均匀分布在全部干管上，由此算出干管单位长度的流量，称为比流量，即

式中，q_s为比流量[L/（s·m）]；Q为管网设计总用水量（最高日最高时，L/s）；∑q为大用户集中于节点的总流量（L/s）；∑l为干管总长度（m），不包括穿越广场、公园等无建筑物地区的管线；只有一侧配水管段，长度按一半计算。

从式（1-2-1）中看出，干管的总长度一定时，比流量随用水量增减而变化，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。

利用比流量求各管段沿线流量的公式如下

q₁=q_sl （1-2-2）

式中，q₁为沿线流量（L/s）；l为该管段的长度（m）。

整个管网的沿线流量总和∑q₁=q_s∑l。由式（1-2-1）可知，q_s∑l=Q-∑q。

需要说明的是，按照用水量全部均匀分布在干管上的假定求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。

（2）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后续管段的转输流量q_t。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，到管段末梢只剩下转输流量。

按照用水量在全部干管上均匀分配的假定求沿线流量只是一种近似的方法。每一管段的沿线流量是沿管线分配的，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。

节点流量的类型：工业企业和公共建筑等大用户集中流量可作为节点流量；城镇居民用水比较分散，经比流量、沿线流量计算后，分配到节点，作为节点流量。

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产生的水头损失。根据水头损失公式推导，可将沿线流量折半作为管段两端的节点流量。管网任一节点由沿线流量折半作为节点流量公式，即

q_i=0.5∑q₁ （1-2-3）

即任一节点i的节点流量q_i等于与该节点相连各管段的沿线流量q₁总和的一半。在城市管网中，大用户集中流量可直接作为接入大用户节点的节点流量。这样，管网图上只有集中在节点的流量，包括由沿线流量折算的节点流量和大用户的集中流量。将各节点流量注明在管网计算草图的相关节点上，引出箭头并注明节点流量，大用户的集中流量可以单独在节点上注明，也可以和节点流量相加注出总流量。

管网按消防流量核算时，消防用水量加在最不利的节点上。

（3）管段计算流量节点流量计算后，即可进行流量分配，用以初步确定管网各管段的流量，据此可以确定管径和进行水力计算，所以流量分配在管网计算中是一个重要的环节。

单水源的树（枝）状网中，每一管段只有唯一的流量，任一管段的流量等于该管段下游所有节点流量的总和。

环状网的流量分配比较复杂。分配流量时，必须保持每一节点的流量平衡条件，即流向任一节点的流量必须等于从该节点流出的流量，以满足节点流量平衡的条件，以公式表示为

q_i+∑q_ij=0 （1-2-4）

式中，q_i为节点i的节点流量（L/s）；q_ij为从节点i到节点j的管段流量（L/s）。

环状网可以有许多不同的流量分配方案，但是都应保证供给用户所需要的水量，并且满足节点流量平衡的条件。环状网流量分配的步骤如下：

1）按照管网的主要供水方向先拟定每一段的水流方向，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。

2）流量分配时，一般在环状管网平行的干管线中分配大致相同的流量，因而采用相近或相同的管径，这样一条干管损坏，流量由其他干管转输时，不会使这些干管中的流量增加过多。

3）相互平行的干管之间的连接管平时流量一般不大，只有在干管损坏时才转输较大的流量，不必分配过大的流量。

4）多水源管网可从不同水源节点开始分配，位于分界线上各节点流量，由几个水源同时供给。