《管网计算流程》课件

管网计算流程管网计算是水利工程和市政工程中的重要组成部分，它涉及到水资源的输送、分配和使用的全过程通过科学合理的管网计算，可以确保水资源的有效利用，满足各类用户的需求，同时节约工程投资和运行成本本课程将系统介绍管网计算的基本原理、计算方法以及实际应用，帮助学习者掌握管网设计与分析的核心技能，为今后从事相关工程设计和管理工作奠定坚实基础课程内容概述管网计算的基本概念与意义介绍管网系统的基本构成、功能及计算的重要性管网水力计算的基本原理讲解流体力学基础知识和管网水力计算的核心公式不同类型管网计算方法详细阐述环状管网、枝状管网等各类管网的计算方法实际应用案例分析通过具体案例展示管网计算在实际工程中的应用管网计算软件介绍介绍常用管网计算软件及其功能特点和使用方法第一部分管网计算基础管网系统概述管网计算的意义管网系统是由管道、阀门、泵站通过管网计算，可以确定管径大等组成的复杂系统，用于输送和小、流量分布、水压分布等关键分配水、气等流体管网的合理参数，为管网设计和优化提供科设计与计算直接关系到整个系统学依据，确保系统运行效率和经的安全可靠运行济性管网计算的发展从早期的手工计算到现代计算机模拟技术，管网计算方法不断发展完善，计算精度和效率大幅提高，为复杂管网系统的设计与分析提供了强有力的技术支持管网计算的目的确定管道直径以控制投资和金属消耗合理选择管径不仅可以满足流量要求，还能显著降低工程造价和材料消耗，实现经济与技术的最优平衡分析管网工作状态和流量分布通过计算可以预测系统在各种工况下的运行状态，了解流量和压力分布情况，为系统调节和优化提供依据确保满足用户需求的技术保障精确计算确保各用户点获得足够的流量和压力，满足生活、生产和消防等各类用水需求，保证供水质量优化管网设计，提高系统效率通过科学的计算分析，可以优化管网布局和参数选择，降低能耗，提高系统整体运行效率管网计算的分类按计算目标按计算方法管径设计计算人工计算按管网类型水力工况分析软件模拟计算按管网结构给水管网计算排水管网计算环状管网计算燃气管网计算枝状管网计算管网系统构成要素输配干管与支管干管是管网的主要输水通道，直径较大，负责水源到各区域的输送；支管连接干管与用户，完成最后的配水任务，形成完整的管网系统调节构筑物水塔、水池等调节构筑物能够平衡系统水量和水压波动，储存应急用水，是管网系统稳定运行的重要保障加压设施泵站为管网提供所需压力和流量，保证远距离和高海拔区域的正常供水，是管网系统的动力源泉常用计算参数与符号参数名称符号单位说明流量Q m³/s单位时间内通过管道截面的水量管径D mm管道内径大小流速V m/s水流在管道中的平均速度水头损失h m水流通过管道时能量的损失沿程阻力i-单位长度管道上的水头损失在进行管网计算时，需要准确把握各参数间的关系，合理选取计算方法和公式流量、管径、流速是管网设计中最基本的三个参数，它们之间存在密切的相互关系水头损失则是评价管网水力状况的重要指标第二部分管网水力计算基本原理流体力学理论基础管网计算的理论支撑基本水力计算公式实际应用的计算工具管网计算方法体系不同类型管网的解决方案实际工程应用理论与实践的结合管网水力计算是建立在流体力学基础上的应用技术，通过一系列的计算方法和公式，可以确定管网中的流量分布、压力分布等关键参数，为管网设计和运行提供科学依据本部分将系统介绍管网水力计算的基本原理，包括流体力学基础知识、管道阻力计算、基本水力公式等内容，为后续各类管网的具体计算奠定理论基础管内流体力学基础连续性方程伯努利方程动量方程ρ₁A₁v₁=ρ₂A₂v₂z₁+p₁/ρg+v₁²/2g=z₂+p₂/ρg+v₂²/2g+h_F_合=ρQv₂-v₁损对于不可压缩流体A₁v₁=A₂v₂在流体截面突变、弯管等局部构件处，伯努利方程表达了能量守恒原理，是管动量方程可以帮助分析水流方向变化引连续性方程反映了质量守恒定律，在管网水力计算的核心方程，描述了位能、起的作用力网节点处尤为重要，体现为流入流量等压能和动能之间的转化关系于流出流量管道阻力基本概念270%主要阻力类型沿程损失比例管道阻力分为沿程阻力和局部阻力两大类在长管道中沿程损失通常占总损失的主要部分30%局部损失比例在短管和有多个附件的管道中局部损失较为显著沿程水头损失是由于流体与管壁间的摩擦引起的，与管长、管径、流速、管壁粗糙度等因素有关局部水头损失则发生在管道附件、截面变化处等局部构件处，通常用局部阻力系数表示在管网计算中，准确评估这两类水头损失，对于确定管网的工作状态、泵站扬程、管径选择等具有重要意义尤其是在复杂管网中，累积的水头损失会显著影响系统性能水力计算基本公式达西魏斯巴赫公式-适用于压力管道的普遍公式曼宁公式常用于明渠和非满流管道谢才公式压力管道水头损失经验公式哈根泊肃叶公式-适用于层流状态的流动达西魏斯巴赫公式-公式表达参数说明值确定方法λh=λ×l/d×v²/2g•λ沿程阻力系数，无量纲层流λ=64/Re•l管长，单位为米这是计算管道沿程水头损失最基础的公湍流根据相对粗糙度和雷诺数，通过式，适用于各种流态的压力管流公式•d管径，单位为米莫迪图表或柯尔布鲁克-怀特公式求取中λ与雷诺数和相对粗糙度有关，需要通•v流速，单位为米/秒转捩区一般不建议管道在此区域工作过摩擦系数图或公式确定•g重力加速度，取

9.81m/s²流速与管径关系第三部分长管水力计算长管定义计算要点一般指长度与管径比值较大的管长管计算的核心是沿程水头损失道，其中沿程水头损失远大于局的精确计算，需要选择合适的阻部水头损失，计算中可只考虑沿力公式，并根据实际工程条件确程损失，或将局部损失按当量长定相关参数度法换算为沿程损失一并处理应用场景长距离输水管道、城市供水干管、输油管道等工程中，长管水力计算是设计和分析的基础长管计算结果直接影响泵站设计、能耗分析和经济性评估长管水力计算实用公式水头损失计算流量计算管径计算坡度计算h=λ·L/D·v²/2g Q=A·v=πD²/4·v D=√4Q/πv i=h/L=λ·v²/2gD或h=S·Q²，其中S为水力特Q=πD²/4·√2gh/λL D=[8λLQ²/πg·h]^1/5i=S·Q²/L性系数已知管径和水头时，可计算在已知流量和允许水头损失反映单位长度上的能量损这些公式直接计算管道的能管道的输送能力条件下，确定合理管径失，常用于管道布置设计量损失，是管网分析的基础管子质量计算管内流量计算1基本流量公式Q=πD²/4·v体积流量等于通过面积乘以流速流量单位换算1m³/s=3600m³/h=86400m³/d不同场合使用不同单位，需要注意换算质量流量换算Qm=ρ·Q质量流量等于密度乘以体积流量流量测量方法常用流量计超声波、电磁、涡轮等测量数据可验证计算结果管子热膨胀计算热膨胀基本公式常见材料线膨胀系数膨胀补偿措施ΔL=α·L·ΔT，其中ΔL为伸长量钢管

1.2×10⁻⁵/℃，铜管直管段设置补偿器，利用管道自然mm，α为线膨胀系数，L为初始长

1.7×10⁻⁵/℃，铸铁

1.0×10⁻⁵/℃，弯曲进行补偿，增设固定支架和滑度m，ΔT为温度变化℃不同材PVC管

7.0×10⁻⁵/℃，PE管动支架热力管网设计中，补偿措质管道的线膨胀系数差异较大，从

1.8×10⁻⁴/℃温度变化大的管线必施是关键环节，直接影响系统安全金属到塑料可相差一个数量级须考虑热膨胀影响性和使用寿命线自然补偿型计算L计算方法影响因素应用注意事项自然补偿的计算基于弹性变形原理，L型补偿臂长度的确定受多种因素影响在应用自然补偿法时，应注意管段的补偿臂长度一般可按以下公式确•温度变化幅度•确保补偿臂有足够长度定•管道材质和直径•合理设置固定点和滑动支架L补=k·√D·ΔL•支架约束条件•预留足够的横向位移空间式中L补为补偿臂长度m；k为系数，•允许应力水平•考虑管道重量和保温层影响一般取65；D为管径m；ΔL为热膨胀量自然补偿是利用管道本身的弯曲部分吸m收热膨胀引起的变形管道应力核算温度应力压力应力σt=E·α·ΔTσp=P·D/2S综合应力弯曲应力σ总≤[σ]σb=M·y/I管道应力核算是确保管道安全运行的重要步骤温度变化导致的热膨胀会产生温度应力；内部介质压力产生环向应力；管道自重、外部荷载等引起弯曲应力这些应力共同作用形成综合应力，必须控制在材料允许应力范围内应力分析通常采用专业软件进行，如CAESAR II、AutoPIPE等在复杂管网中，应力分析尤为重要，可以避免管道变形过大或破裂，延长系统使用寿命，提高运行安全性第四部分串联与并联管路计算串联管路特点各管段流量相等，总水头损失为各管段水头损失之和串联管路常见于长距离输水管线，需要综合考虑各段管径变化对系统水力特性的影响并联管路特点各管段水头损失相等，总流量为各管段流量之和并联结构增加了系统可靠性，但计算相对复杂，需要确保各支路流量与阻力的平衡关系复合管路特点实际工程中常见串并联混合结构，计算时需要逐步分解，先处理简单结构，再综合分析整体系统，通常采用迭代计算方法求解串联管路水力计算流量关系Q₁=Q₂=...=Qₙ所有管段流量相等水头损失关系h总=h₁+h₂+...+hₙ总水头损失等于各段之和阻力特性S总=S₁+S₂+...+SₙS为水力特性系数计算方法已知总水头求流量已知流量求总水头串联管路是最基本的管路形式，其计算相对简单在实际工程中，常见的串联管路包括不同管径、不同材质或不同长度的管段连接计算时，需要分别计算各段的水力特性，然后求和得到系统总特性串联管路的优点是布置简单，但缺点是系统可靠性较低，一旦某段管道出现问题，整个系统将受影响在设计中，应合理选择各段管径，避免出现瓶颈段，确保系统整体水力性能达到最优并联管路水力计算流量关系Q总=Q₁+Q₂+...+Qₙ水头损失关系h₁=h₂=...=hₙ流量分配规律Q₁:Q₂:...:Q=√S₂/S₁:...√S/S₁ₙₙ等效计算1/√S总=1/√S₁+1/√S₂+...+1/√Sₙ并联管路的特点是各支路进出口水头相同，适用于需要分流供水或增加系统可靠性的场合并联系统的总输水能力大于各支路能力之和，这是由于分流后各支路流速降低，水头损失减小，系统整体效率提高在实际应用中，并联管路常用于城市管网主干线、大型建筑供水系统等计算时，首先需要确定各支路水力特性，然后根据等水头损失原则求解流量分配，最后获得系统整体特性串并联复合管路计算复合管路识别方法复合管路是由串联和并联管路组合而成的复杂结构识别时，需要从整体到局部，逐步分解网络结构，找出基本串联和并联单元，再按照一定顺序进行计算拓扑图绘制是识别复杂网络结构的有效工具计算简化策略对于复杂管网，可采用等值管段法进行简化先将纯串联或纯并联部分替换为等效管段，逐步简化网络结构，最终转化为单一管段进行计算这种方法可大幅降低计算复杂度，提高效率分步计算技巧复合管路计算通常采用由里到外或由外到里的策略先处理内部或最外层的简单结构，再逐步扩展至整个系统对于环式结构，可临时断开某处，转化为树状结构处理，然后通过迭代校正计算结果第五部分短管计算短管概念计算特点应用场景短管是指长度比较短或有大量局部阻短管计算必须同时考虑沿程损失和局泵站进出水管道、水处理设备连接管力的管道，其局部水头损失与沿程水部损失，不能忽略任何一部分局部道、阀门控制系统、建筑物室内给排头损失相当或更大典型短管包括进损失在短管中占比较大，直接影响系水系统等领域广泛存在短管计算需出水口管道、设备连接管道、阀门前统性能计算更为复杂，需要准确确求准确的短管计算对于设备选型、后管段等定各类局部阻力系数系统能效和工程造价有直接影响短管水力计算实用公式短管的定义特征短管计算公式实例计算短管通常指管长L与管径D的比值较小的短管总水头损失h总=h沿+h局一段长5m，直径100mm的管道，安装有管道，一般L/D1000从水力特性看，一个闸阀ξ=

0.2和两个90°弯头h沿=λ·L/D·v²/2g短管的局部水头损失不可忽略，有时甚ξ=

0.3×2，流速为2m/s，λ=

0.02，计算总至大于沿程水头损失水头损失h局=∑ξ·v²/2g典型短管包括泵站进出水管、阀门连式中∑ξ为管道上所有局部阻力系数之h沿=

0.02×5/

0.1×2²/

19.62=

0.204m接管、换热器连接管等在这些管道和，包括入口、出口、弯头、阀门等各h局=

0.2+

0.3×2×2²/

19.62=

0.082m中，流体通过各种阀门、弯头等局部构类局部构件的阻力系数件时产生显著能量损失h总=

0.204+

0.082=

0.286m局部水头损失计算局部构件类型阻力系数ξ备注急扩管

0.5-

1.0与面积比有关急缩管

0.1-

0.5与面积比有关90°弯头

0.2-

0.4与弯曲半径有关闸阀全开

0.1-

0.2开度不同系数变化蝶阀全开

0.3-

0.7开度不同系数变化止回阀

1.5-

2.5类型不同系数差异较大局部水头损失计算公式为h局=ξ·v²/2g，其中ξ为局部阻力系数，v为管道内平均流速，g为重力加速度阻力系数与构件形状、尺寸比和雷诺数有关，通常从手册或图表中查取当管道中有多个局部构件时，局部损失采用叠加计算方法在精确计算中，有时需要考虑构件间的相互影响，特别是当两个构件距离很近时此外，局部损失还可采用当量长度法，将局部损失换算为等效的直管长度，与沿程损失一并计算第六部分环状管网计算多环路水流分配分析管网平差计算的核心环路方程与节点方程管网计算的基本方程迭代计算方法3求解非线性方程组的技术实际应用操作4从理论到实践的转化环状管网是城市供水系统的主要形式，由多个闭合环路组成环状管网计算比单管计算复杂得多，需要解决多环路中的流量分配问题，通常采用迭代法求解一组非线性方程本部分将详细介绍环状管网的基本特点、计算原理以及主要计算方法，重点讲解哈迪-克洛斯法等常用计算技术，并结合实例说明实际应用方法，帮助学习者掌握复杂管网的水力计算技能环状管网基本特点环状管网的结构特点环状管网的优点与适用场合环状管网由多条管道连接形成封闭回路，任一节点至少有两供水可靠性高，一处管道故障条不同路径与水源连接主干不会导致大面积停水水力条管与配水管相互连接，形成网件稳定，不同方向来水可以平格状或蜂窝状结构管径一般衡水压水质保障性好，形成从主干管到配水管逐渐减小，水流循环，减少滞留适用于形成合理的配水系统城市中心区、工业园区、重要公共设施等要求供水高度可靠的区域环状管网的基本规律节点流量平衡流入节点的流量等于流出节点的流量环路水头平衡沿环路一周水头损失代数和为零流量越大的管段，其水头损失越显著实际运行中，水流方向会随用水变化而动态调整，表现出自适应平衡特性环状管网计算基本方程节点方程环路方程水力特性方程∑Q=0∑h=0h=SQ^n节点方程基于质量守恒原理，表示流入环路方程基于能量守恒原理，表示沿封水力特性方程描述了管段水头损失与流节点的流量等于流出节点的流量之和闭环路一周，水头损失代数和为零顺量的关系S为水力特性系数，与管长、对于有取水的节点，需要考虑节点取水时针方向的水流产生的水头损失为正，管径、粗糙度有关；n为指数，一般取量逆时针为负2如某节点有三条进水管Q₁、Q₂、Q₃和两如某环路包含管段a、b、c、d，则对于达西公式h=λ·L/D·v²/2g≈SQ²条出水管Q₄、Q₅，节点取水量为q，ha+hb-hc-hd=0则Q₁+Q₂+Q₃-Q₄-Q₅-q=0环状管网计算方法哈迪克洛斯法节点法等效流量法-经典的环路流量修正法，通过以节点水头作为未知量，建立将复杂管网简化为等效管段，迭代计算环路修正流量，使环节点平衡方程组，求解节点水逐步减少计算规模适合初步路水头损失平衡该方法操作头后计算流量该方法特别适分析和概略计算，可以快速得简便，收敛性好，是最常用的合于压力分析，在有多个压力到主要管段的大致流量，但精手工计算方法，也是许多软件已知点的情况下更为便利，常度相对较低的基础算法用于电子计算矩阵迭代法利用矩阵表示管网方程组，通过迭代求解计算速度快，适合大型管网，易于编程实现现代管网计算软件多采用此类方法，可以高效处理成千上万节点的复杂管网哈迪克洛斯法计算步骤-初始流量分配根据管网结构和节点用水量，初步估计各管段流量，保证节点连续性方程满足可采用比流量法，按管径比例分配流量流向假设应合理，尽量减少后续修正量初始流量分配虽不精确，但对最终求解影响不大环路水头损失计算根据初始流量，利用水头损失公式h=SQ²计算各管段水头损失确定环路方向顺时针或逆时针，按方向确定水头损失代数符号计算环路水头损失代数和∑h，若不为零，则需要进行流量修正流量修正值确定根据公式ΔQ=-∑h/2∑|SQ|计算环路流量修正值，其中∑|SQ|为环路各管段|SQ|之和对环路中各管段流量进行修正顺环方向流量加ΔQ，逆环方向流量减ΔQ相邻环路共用管段需综合考虑多个环路的修正值迭代计算与收敛判断用修正后的流量重复步骤2和3，直至满足收敛条件通常以环路水头损失代数和∑h接近零或流量修正值ΔQ足够小作为收敛标准一般3-5次迭代即可获得较满意的结果，复杂管网可能需要更多迭代次数管网平差计算平差计算的目的计算原理与步骤计算精度控制管网平差计算的目的是使管网中各节点平差计算基于节点连续性方程和环路能为确保计算结果的可靠性，需要合理设和环路满足水力平衡条件，确定各管段量守恒方程，本质上是求解一组非线性置计算精度控制指标的实际流量和各节点的压力水头平差方程组主要步骤包括•环路水头损失代数和≤

0.1m计算是管网设计和运行分析的核心步

1.建立管网拓扑结构•流量修正值≤

0.1~1%原流量骤，直接影响供水系统的性能和可靠

2.确定节点取水量性•节点连续性偏差≤

0.1L/s

3.划分基本环路通过平差计算，可以评估管网中各点压精度要求应根据管网规模和用途适当调

4.初始流量分配力是否满足要求，检查管网整体水力状整，过高的精度要求会增加计算量，但况，为管径优化和系统调节提供依据

5.迭代计算修正流量不一定带来实质性改进

6.计算节点水头第七部分给水管网计算给水管网是城市基础设施的重要组成部分，承担着向居民、工业和公共设施供水的任务给水管网计算的目的是确定管网中各管段的管径、水流分布和压力分布，以保证系统能够满足各用户的用水需求，并实现经济合理的设计本部分将详细介绍给水管网的设计流量确定、管网布线原则、水力计算步骤以及节点水压计算等内容，帮助学习者掌握给水管网设计与分析的基本方法和关键技术给水管网的合理设计直接关系到城市供水的安全、可靠和经济性给水管网设计流量确定最高日用水量计算用水量变化系数设计用水量确定最高日用水量Qd.max是给水管网设计的用水量变化系数反映了用水量的时间波不同构筑物采用不同设计用水量基础参数，计算公式为动特性•二级泵站按最高日最高时设计，Q=Qd.max=Qd.avg×Kd•日变化系数Kd反映全年中各日用水Qd.max×Kh量的变化•水塔按调节容积确定，需考虑日内其中，Qd.avg为年平均日用水量，Kd为最•时变化系数Kh反映一日内各时段用用水波动高日用水系数，一般取

1.3~

1.5最高日水量的变化用水量是确保系统在用水高峰期能够正•管网主干管按最高日平均流量设计，考虑消防流量常供水的重要依据变化系数与城市规模、气候特点、生活习惯等因素有关，在设计中需谨慎选各部分设计流量的合理确定对系统投资取和运行效率有重大影响给水管网布线原则环状与枝状结构选择主干管与配水管布置城市中心区、工业区等重要区域应采用环状管网，提高供水可靠性；主干管应沿主要道路布置，形成骨架环网；配水管沿次要道路布置，人口稀少、地形狭长的区域可采用枝状管网，降低投资实际工程中连接干管与用户主干管间距一般为600-1000m，配水管间距为150-往往是环状干管与枝状支管相结合的混合结构，综合考虑可靠性和经200m管道宜直线布置，减少弯头，便于施工和维护济性阀门设置原则管径选择初步考虑阀门布置应保证管网检修时影响范围最小环状管网中，每段管道两管径选择应考虑水力条件、经济性和可靠性主干管直径一般端均应设置阀门；主要交叉口处应设多个阀门，以便灵活控制；长距≥300mm，配水管直径一般≥150mm管径选择应避免过大造成投资浪离干管应每隔500-1000m设置一道阀门消火栓与排气阀、排泥阀的设费，也不能过小导致水力条件不足在满足最低压力要求前提下进行置也需符合相关规范优化设计给水管网水力计算步骤比流量计算比流量q=Qd.max/L总，其中L总为全部配水管的总长度比流量法简化了节点流量的确定过程，适用于均匀布局的城市区域对于用水不均的区域，应根据实际情况进行修正节点流量确定每个节点的流量等于相邻管段单位长度配水量之和的一半对于有大用户的节点，应叠加其集中用水量节点流量是流量分配和压力计算的基础数据，直接影响计算结果的准确性初始流量分配根据管网结构和节点流量，估计各管段的初始流量和流向可采用从大到小原则，先确定主要干管流量，再分配次要管段流量初始分配应满足节点流量平衡条件，为后续平差计算提供基础管径与水头损失计算根据流量和经济流速选择初步管径，计算各管段的水头损失可采用达西公式或谢才公式进行计算管径选择应考虑标准管径系列，并注意与上下游管径的协调性管网平差计算采用哈迪-克洛斯法或其他迭代方法进行平差计算，使管网满足节点连续方程和环路能量方程计算过程中可能需要调整管径，以确保各节点压力满足要求计算结束后，对结果进行校核和优化给水管网节点水压计算节点水压标高计算自由水头确定从已知水压点出发，沿流向计算各节点水压压力水头减去地面标高得到自由水头泵站扬程与水塔高度确定控制点识别根据控制点压力要求反推所需水头确定网络中压力最不利点位置节点水压计算是给水管网设计的重要环节，通过水压计算可以检验系统能否满足各用户点的压力要求计算时，从水源或泵站出发，沿水流方向逐段计算水头损失，确定各节点的压力水头节点最小压力应满足规范要求，一般住宅区不低于

0.28MPa，高层建筑需根据实际高度确定对于不满足要求的节点，可通过调整管径、设置分区加压或提高水源水头等措施改善水压计算结果也是指导管网运行调节的重要依据第八部分排水管网计算污水管网雨水管网合流制管网收集并输送生活污水和收集地表径流雨水，设同时收集污水和雨水，工业废水，通常采用重计流量取决于降雨强度设计复杂度较高，需要力流方式，计算重点是和汇水面积，设计重现综合考虑干季和雨季的确保满足最小流速要期根据区域重要性确不同运行工况求，防止管道沉积定计算特点排水管网通常是非满流状态，水力计算需考虑充满度、最小流速和埋深等特殊要求排水管网设计流量确定生活污水量计算工业废水量确定雨水流量计算生活污水量通常按给水量的80%~90%计工业废水量根据企业类型和生产工艺确雨水设计流量采用理性公式计算算，公式为定Qr=ψ×q×FQs=K×q×N•按产品单位废水量计算Qi=q×M其中，ψ为径流系数；q为设计暴雨强•按企业用地面积估算Qi=q×F其中，K为污水返回系数

0.8~

0.9；q为居度；F为汇水面积暴雨强度通常采用当民生活用水定额L/人·日；N为服务人地暴雨强度公式计算，需确定设计重现其中，q为单位产品废水量或单位面积废口对于分区管网，需考虑时变化系期和降雨历时水量；M为产品产量；F为企业占地面数，计算最大时污水量积工业废水应考虑废水排放规律和高峰系数排水管网水力计算要点非满流状态分析充满度计算排水管网通常运行在非满流状态，水力计算需采用明渠水力学方法常用充满度h/D是指水深与管径之比，是排水管道设计的重要参数不同充满度的计算公式有谢才公式和曼宁公式排水管道的设计充满度一般不超过对应不同的水力半径和流速，需通过水力计算表查询或公式计算充满度

0.75，以保留足够的空气流通空间过高会降低通气性，过低则不经济，需要根据管道功能和流量确定合适值最小流速控制管径与坡度确定排水管道必须控制最小流速，以防止固体物沉积污水管道最小流速一般管径选择应满足通过能力要求，同时考虑经济性坡度确定需同时满足最为

0.6-

0.7m/s，雨水管道为

0.7-

0.8m/s在初期运行流量较小时，应通过增小流速和最大充满度要求，一般根据曼宁公式计算排水管道最小直径大坡度来保证最小流速，这是排水管道设计的基本要求污水管一般≥300mm，雨水管一般≥400mm，以防止堵塞雨水管网计算暴雨强度公式q=A1+C·lgP/t+b^n其中，q为设计暴雨强度[L/s·ha]；P为设计重现期年；t为降雨历时min；A、C、b、n为当地参数暴雨强度公式是根据当地长期降雨资料统计分析得出，反映了特定地区的降雨规律汇水面积确定汇水面积包括直接汇水面积和间接汇水面积，应根据地形、规划和道路布局确定分水线，划分汇水区域在平坦地区，一般以道路中心线作为分水线；在有明显地形变化的区域，需结合等高线确定实际汇水范围3径流系数选择不同下垫面的径流系数差异较大屋面

0.85-

0.95，沥青路面

0.70-

0.85，砂石路面

0.25-

0.40，绿地

0.05-

0.25综合径流系数ψ=ψ₁F₁+ψ₂F₂+...+ψF/F₁+F₂+...+Fₙₙₙ集水时间计算t=t地面+t管内地面集水时间一般为5-10min，管内流行时间根据流速和长度计算降雨历时通常取等于集水时间，是确定设计暴雨强度的关键参数污水管网计算实例管段起点终点长度设计管径坡度流速充满编号m流量mm‰m/s度L/s1-21#2#

150253004.

00.

680.452-32#3#

180454003.

50.

720.503-43#4#

200855003.

00.

780.554-54#5#

1201206002.

50.

820.60本实例展示了某居住区段污水管网的水力计算过程首先根据服务人口和污水定额确定各节点污水量，累计计算各管段设计流量然后根据流量初步选择管径，并通过水力计算确定所需坡度，保证管道满足最小流速要求≥

0.6m/s计算过程中，充满度控制在

0.45-

0.60范围内，既确保通气性，又保证了水力效率最终确定的管径从上游的300mm逐步增大到下游的600mm，坡度则相应从

4.0‰降至

2.5‰，满足了排水系统的技术要求和经济合理性第九部分燃气管网计算

30.85主要压力等级气体比重燃气管网通常分为高压、中压和低压三级天然气相对空气的比重约为

0.

8536.6热值MJ/m³天然气的平均热值，是设计计算的重要参数燃气管网计算与水力计算有相似之处，但由于气体的可压缩性和物理特性不同，计算方法和公式存在差异燃气管网设计必须高度重视安全因素，包括防爆、防泄漏等方面的考虑本部分将介绍燃气管网的特点、计算原则及水力计算方法，帮助学习者掌握燃气管网设计与分析的基本技能燃气管网计算是燃气工程设计的核心内容，对确保供气安全、稳定和经济具有重要意义燃气管道设计必须由专业人员进行，并严格遵守相关规范和标准燃气管网特点与计算原则燃气管网分类与压力等级燃气特性参数燃气管网按压力等级分为高压

0.4-

1.6MPa、中压

0.01-

0.4MPa和低燃气计算需考虑的主要参数包括密度、粘度、比热容、绝热指数压≤

0.01MPa三类不同压力等级管网的设计要求、材料选择和安全措等这些参数直接影响气体流动特性和压力损失计算天然气、人工施各不相同城市燃气管网通常采用高-中-低三级配气系统，形成合理煤气、液化石油气等不同燃气的参数有显著差异，计算时必须区分对的供气结构待计算目的与要求安全因素考虑燃气管网计算的主要目的是确定管径、计算压力损失、分析流量分燃气管网设计必须高度重视安全，在计算中应留有足够的安全裕度布，确保用户获得足够压力和流量的燃气计算精度要求较高，必须管材强度、壁厚计算应考虑内压、外荷载和温度变化燃气管网计算考虑气体的可压缩性和温度变化对流动特性的影响计算结果直接关不仅关注水力特性，还要考虑泄漏检测、防腐保护和应急措施等安全系到系统安全和经济性相关因素燃气管网水力计算气体流动基本方程压力损失计算公式管径与压力确定燃气管网计算基于气体流动方程，考虑燃气管道压力损失计算常用的公式燃气管网设计过程中，管径确定需综合了气体的可压缩性和状态变化常用的考虑p₁²-p₂²=λ·ρ₀·L·Z·T·Q²/π²·D⁵基本方程包括•设计流量考虑同时使用系数式中p₁、p₂为管段两端压力MPa；λ为•连续性方程ρ₁A₁v₁=ρ₂A₂v₂•允许压力损失范围阻力系数；ρ₀为标准状态下气体密度；L•能量方程适当修正的伯努利方程为管长；Z为压缩系数；T为绝对温度；Q•经济流速一般8-20m/s•状态方程基于理想气体定律的修正为体积流量；D为管内径•材料强度与安全系数方程此公式适用于中高压管道，低压管道可管径过小会导致压力损失过大，过大则这些方程构成了燃气管道水力计算的理简化为线性压力损失计算增加投资燃气管网必须确保末端用户论基础获得所需最小压力第十部分管网计算辅助工具专业计算软件现代管网计算广泛采用专业软件，如EPANET、WaterGEMS、InfoWorks等这些软件具备强大的模拟分析功能，可以处理复杂管网的稳态和动态计算，大大提高了计算效率和精度集成技术GIS地理信息系统GIS与管网计算的结合，使管网数据管理和空间分析能力显著增强基于GIS的管网计算平台可以直观展示计算结果，支持空间决策分析，是现代管网系统设计和管理的重要工具移动计算工具各类移动应用程序使工程师可以在现场进行快速计算和验证这些轻量级工具虽然功能不如专业软件全面，但其便携性和即时性在工程实践中发挥着重要作用，特别适合现场检验和初步估算管网计算软件介绍软件软件国产管网计算软件EPANET WaterGEMS美国环保署开发的免费水力模拟软件，能够Bentley公司的专业水力模拟软件，具有强大近年来国内开发的多款管网计算软件日益成进行管网静态和动态模拟支持节点水质分的GIS集成能力和友好的用户界面支持多种熟，如水木环保D、同济大学DCAD等，这些析、水龄计算、泵站能耗评估等功能开源优化功能，如管径优化、能耗优化、校准软件更加适应国内规范和设计习惯，性价比特性使其成为最广泛使用的管网计算工具，等可处理超大规模管网，但价格较高，适较高，在实际工程中应用广泛部分软件已但界面较为简单，功能相对基础合大型工程公司和水务企业使用实现BIM集成和云计算支持管网计算简化技巧等值管段法分区计算法将复杂的串并联管段简化为水力特性相同的单一管段将大型管网分解为小区域逐一计算S等=S₁+S₂+...串联通过边界条件连接各区域1/√S等=1/√S₁+1/√S₂+...并联降低计算复杂度，便于并行处理4节点合并法叠加原理应用将流量小、距离近的节点合并处理将复杂工况分解为多个简单工况减少计算规模，提高效率分别计算后叠加获得最终结果适用于大型管网的初步分析特别适用于多水源、多工况分析总结与展望智能管网发展趋势融合物联网和人工智能技术新技术应用数字孪生、大数据分析、实时监控常见问题解决方案压力不足、水力不平衡、能耗过高计算关键点精准数据、合理简化、迭代收敛本课程系统介绍了管网计算的基本原理、方法和应用，从基础的流体力学理论到实际管网系统的设计与分析，全面涵盖了给水、排水、燃气等各类管网计算的核心内容管网计算是工程设计的重要环节，直接关系到系统的安全性、可靠性和经济性随着信息技术的发展，管网计算正在向智能化、精细化方向发展数字孪生技术将实现管网的全生命周期管理；人工智能算法将提高管网优化效率；物联网和大数据技术将实现实时监控和预测性维护未来的管网系统将更加智能、高效、可靠，为城市可持续发展提供更好的基础设施支持。