1、長距離雙管輸水管道連接管分段計算論述摘要：分別對在重力及水泵供水時的壓力輸水管，兩條平行敷設的長距離輸水干管的流量分配、連通管間距的計算進行了研究，可供長距離輸水干管設計者參考。關鍵詞：水頭損失流量，比阻系數，連通管間距近幾年來，隨著我國經濟的發展，城市生活及工業用水日益加劇，但我國水資源相對比較緊張，有時需要從很遠的地方尋找水源，因此長距離輸水工程也逐漸增多。尤其在工業供水中，為了提高供水保證率，需要雙管輸水，下面就幾種不同情況下，長距離雙管輸水連接管分段設計計算閘述幾點看法。1、重力供水時的壓力輸水管水源在高地時(例如取用水塔、高位水池時)若水源水位和用水戶構筑物水位的高差足夠，可利用水源

2、水位向用水戶重力輸水。設計時，設水源水位標高為Z,輸水管輸水至用水戶構筑物，其水位為Z),這時水位差H=Z-Z0,該水頭用以克服輸水管的水頭損失。假定輸水量為Q,平行的輸水管線為n條，則每條管線的流量為Q,設平行n管線的直徑和長度相同，則該系統的水頭損失為：_2h=s=-s2Q211)<nJn式中S每條管線的摩阻當一條管線損壞時，該系統中其余n-1條管線的水頭損失為：QQ、2ha=sI=-Qa2(2)<n-1)(n-1)式中Qa一管線損壞時須保證的流量或允許的事故流量。因為重力輸水系統的位置水頭已定，正常時和事故時的水頭損失都應等于位置水頭，即h=ha=Z-Z。，由式(1)、(2)

3、得事故時流量為：八'n-11小Q=Q=aQ<nJ2-1平行管線數為n=2時，則a=J=0.5,這樣事故流量只有正常流量時供水2量的一半。如只有一條輸水管，則Q=0,即事故時流量為零，不能保證不間斷供水。實際上，為提高供水的可靠性，常采用簡單而造價增加不多的方法，即在平行管線之間用連接管相接。當管線某段損壞時，無需整條管線全部停止工作，而只需用閥門關閉損壞的一段進行檢修，采用這種措施可以提高事故時的流量。通常為了減少輸水干管的施工費用，一般均沿同一路線敷設，即從同一取水地點送至同一用水區域，因此，幾條輸水干管的長度是基本相同的，因而幾條輸水干管的總水頭損失相等，單位長度管段的水頭損

4、失i=AQ2也應相等。不同管徑的流量分配即按這一原則進行計算，假設兩條輸水管徑分別為DN、DN且DN<DM,設計總輸水流量為Q(nVs),DN及DN的比阻系數分別為Ai、A2,可建立如下方程組：AlQ2=AQ2Q2=Q-Q聯立并解以上方程組可得:.Ac令k=二2貝JQ=kQ;.AiA2Q=Q-Q=(1-k)Q如圖1,當輸水干管設計流量為Q(m3/s),事故水量為aQ(m3/s),輸水干管總長度為L(m),連通管間距為l(m)。l高位水池DN1水廠DN2L圖1當DN某段發生事故時為最不利的情況，輸水干管DN的沿程水頭損失為：A(aKQ)2(L-l)+A(aQ)2lDN正常工作時的沿程水頭損

5、失為：Ai(KQ)2L。因出水壓力為一定值，則輸水干管發生事故時，其管道的水頭損失維持不變得:A(aKQ)彳L-l)+A(aQ)2l=Ai(KQ)2L22、化簡后得：i=LK2(1一Z)，ma2(1-K2)其中a為事故水量和設計水量的比值,如果是城市給水，則a=70%，代入上式可簡化為:251LK249(1-K2)苴中k=一1A2一、.Ai,.A2當DN=DN時,l=%=l,所以為保證輸水管損壞時的事故流量，并用兩條1473連接管將平行管線分成3段才行。1.1舉例某工程輸水干管設計流量為15萬m/d=1.736m3/s,輸水干管采用兩條其管徑分別為800mrM1000mme材選用鑄鐵管，輸水管

6、長度為20km,事故用水量為設計水量的70%求條輸水干管的實際流量Q、Q及單位管段長度的水頭損失"、i2,并計算出連通管的間距。解：通過計算得K=0.3563o_3Q=KQ=0.3563X1.736=0.619m/s;Q=(1-K)Q=(1-0.3563)X1.736=1.117m3/s;i1=AQ2=0.00566X0.6192=0.00217;i2=AQ2=0.00173X1.1172=0.00217;連通管間距：22=3083m51LK2=51父20000M0.3563249(1-K2)-49(1-0.35632)可根據當地實際情況每隔3km左右設一組連通管。2、水泵供水時的壓

7、力輸水管水泵供水時，流量Q受到水泵揚程的影響，反之，輸水量變化也會影響輸水管起點的水壓。因此水泵供水時的實際流量，應由水泵特性曲線Hp=f(Q)和輸水管特性曲線H0+!2h=f(Q)求出。圖2表示水泵特性曲線Q-H和輸水管特性曲線Q-!2h的聯合工作情況，I為輸水管正常工作時的Q!2h特性曲線，II為事故時。當輸水管任一段損壞時，阻力增大，使曲線的交點從正常工作時的b點移到a點，與a點相應的橫坐標即表示事故時流量Q,水泵供水時，為保證管線損壞時的事故流量，輸水管的分段數計算方法如下：圖2(1)設兩條不同直徑的輸水管用連接管分成n段，則任一段損壞時的水泵揚程輸水管Q-!2h特性方程表示為:2H=

8、H0+(sp+Sd)Q為：Ha=H)+(sp+Sd-+)Qa(4)nn式中：代一水泵靜揚程；sp一泵站內部管線的摩阻；sd一兩條輸水管的當量摩阻；（Vsis2）Si、S2每條輸水管的摩阻；n輸水管分段數，輸水管之間只有一條連接管時，分段數為2,以此類推;Q正常時流量；Q-事故時流量。連接管的長度與輸水管相比很短，其阻力可忽略不計。水泵Q-H特性方程為：H=Hsd（2）輸水管任一段損壞時的水泵特性方程為：H=HsQ2（5）式中：s水泵摩阻聯立解式（1）和式（2）,得正常時的水泵輸水量Q=iHb-Ho:S.Sp.Sd從式（3）看出，因Ho、s、Sp已定，故Hb減小或輸水管當量摩阻Sd增大,均可使水

9、泵流量減小。解式（4）和式（5）,得事故時的水泵輸水量Q=(6)Hb-Ho,、1SSpSd(Si-Sd)n從式（6）和式（3）得事故時和正常時的流量比例為:Qa一=a=Qs.Sp0；s+Sp+Sd+(s-Sd)1n0.96(科-sd)sSp-Sd按事故用水量為設計水量的70%,即a=0.7的要求，所需分段數等于一(Si-Sd)a2n-2-(SSpSd)(1-a)2.1 舉例某城市從水源泵站到水廠敷設兩條鐵輸水管，每條輸水管長度為12400m管徑分別為250mnf口300mm見圖3。水泵特性曲線方程為玨=141.3-0.0026Q2,泵站內管線的摩阻為Sp=0.00021，假定DN300m輸水管

10、的一段損壞，試求事故流量為70煙計水量時的分段數，以及正常時和事故時的流量比。圖3解：管徑為DN250m和300mm勺輸水管摩阻分別為S=2.752X10-6X12400=0.034m.s2/L2S=1.025X10-6X12400=0.013m.s2/L2兩條輸水管的當量摩阻為：=0.005m.s2/L20.0130.034(.0.013.0.034)2分段數為:n=(0.034-0.005)0.72(0.00260.000210.005)(1-0.72)=3.6設分成4段，即n=4,得事故時流量等于:141.3-40.010.00260.000210.005(0.034-0.005)4=82.0L/s正常時流量為:Q=141.3-40.00.00620.000210.005-113.9L/s事故時和正常工作時的流量比為:aR113