给水排水管网工程B （复习题）
1.1、给水系统通常由哪些工程设施组成，其功能分别是什么？
给水系统通常由取水构筑物、水处理构筑物、泵站、输水管渠和管网以及调节构筑物等工程设施组成。取水构筑物，用以从选定的水源(地表水和地下水)取水；水处理构筑物，常集中布置在水厂范围内，将取水构筑物的来水进行处理，以期符合用户对水质的要求；泵站，用以将所需水量提升到要求的高度，可分抽取原水的一级泵站、输送清水的二级泵站和设于管网中的增压泵站；输水管渠和管网，输水管渠是将原水送到水厂的管渠，管网是将处理后的水送到各个给水区的全部管道；调节构筑物，包括各种类型的贮水构筑物，如高地水池、水塔、清水池等，用以贮存和调节水量。高地水池和水塔兼有保证水压的作用。 1.2、什么是统一给水、分质给水和分压给水，哪种系统目前用得最多？
统一给水：用同一系统供应生活、生产和消防等各种用水，绝大多数城市采用这一系统。分系统给水：包括分质给水系统和分压给水系统。分质给水是指由同一水源，经过不同的水处理过程和管网，将不同水质的水供给各类用户，或由不同水源，经简单水处理后，供工业生产用水。分压给水是指由同一泵站的不同水泵分别供水到水压要求高的高压水网和水压要求低的低压水网，以节约能耗。当用户对水质和水压要求不同时，可采用分质和分压给水，以节约制水成本和节约能耗。采用统一给水系统或是分系统给水，要根据地形条件，水源情况，城市和工业企业的规划，水量、水质和水压要求，并考虑原有给水工程设施条件，从全局出发，通过技术经济比较决定。
1.3、工业给水有哪些系统，各适用于何种情况？
从节能减排的角度，工业给水系统的类型有循环和复用给水系统。其中，循环给水系统是指使用过的水经适当处理后再行回用；复用给水系统是按照各车间对水质的要求，将水顺序重复利用。①循环给水系统，火力发电、冶金、化工等冷却水用量大的企业中。②复用给水系统，适用于在车间排出的水可不经过处理或略加处理就可供其它车间使用的情况。重复利用率是指重复用水量在总用水量中所占的百分数。 1.4、水源对给水系统布置有哪些影响？
①当地有丰富的地下水，可在城市上游或给水区内开凿管井或大口井。②水源处于适当高程，能重力输水，可省去泵站；有泉水的，可建泉室。③地表水为水源时，上游取水，加以处理。④水源丰富，随用水量增长而发展为多水源给水系统。⑤枯水季节、地下水位下降、海水倒灌时，采用跨流域、远距离取水方式。 1.5、工业用水的水量平衡
在大中型工业企业内，为了做到水的重复利用、循环利用，以达到节约用水的目的，就须根据企业内各车间对水量和水质的要求，做好水量平衡工作，并绘制水量平衡图。为此应详细调查各车间的生产工艺、用水量及其变化规律、对水质和水压的要求、使用后的水量耗损和水温的变化等情况。在此基础上，找出节约用水的可能性，并订出合理用水和减少排污水量的计划。
水量平衡是指冷却用水量和损耗水量、循环回用水量补充水量以及排水量保持平衡。水量平衡的目的是达到合理用水。通过改进生产工艺，减少耗水量，或是提高重复利用率，增大回用水量，以相应减少排水量。
1.6、工业用水量平衡图如何测定和绘制？水量平衡图起什么作用？
进行工业企业水量平衡的测定工作时，应先查明水源水质和取水量，各用水部门的工艺过程和设备，现有计量仪表的状况，测定每台设备的用水量、耗水量、排水量、水温等，按厂区给水排水管网图核对，对于老的工业企业还应测定管道和阀门的漏水量。根据测定结果，绘出水量平衡图以表示总循环水量、各车间冷却用水量、耗损水量、循环回水量和补充水量
等，做到每个车间的给水排水量平衡，整个循环系统的给水、回水和补充水量平衡。这对于了解工厂用水现状，采取节约用水措施，健全工业用水计量仪表，减少排水量，合理利用水资源以及对厂区给水排水管道的设计都很有用处。
*************************************第2章********************************** 2.1、城市给水系统设计用水量的组成。设计城市给水系统时应考虑哪些用水量？
①综合生活用水：包括居民生活用水和公共建筑及设施用水。居民生活用水指城市中居民的饮用、烹调、洗涤、冲厕、洗澡等日常生活用水；公共建筑及设施用水包括娱乐场所、宾馆、浴室、商业、学校和机关办公楼等用水。②工业企业生产用水和工作人员生活用水。③消防用水。④浇洒道路和绿地用水。⑤未预计水量及管网漏失水量。 2.2、怎样估计工业生产用水量？
①根据工业用水的以往资料，按历年产值用水增长率推算。②根据单位工业产值的用水量、工业用水量增长率与工业产值的关系，或单位产值用水量与用水重复利用率的关系加以预测。
*************************************第3章********************************** 3.1、已知用水量曲线，怎样定出二级泵站的设计供水线？
答：二级泵站的计算流量与管网中是否设置水塔或高地水池有关。当管网内不设水塔或高地水池时，二级泵站的设计供水线等于用水量变化曲线，二级泵站设计流量为最高日最高时的用水量；当管网内设有水塔或高地水池时，二级泵站的设计供水线应尽量接近用水量变化曲线，采用分级供水，但分级数一般不应多于三级。
3.2、清水池和水塔的作用是什么？其调节容积分别如何确定？
答：清水池用于调节一级泵站供水量（均匀供水）和二级泵站供水量（分级供水）之间的差额；水塔用于调节二级泵站供水量和用户用水量之间的差额，并具有保证管网水压的作用。清水池调节容积与管网内是否设水塔有关，管网内设水塔时，清水池调节容积由一、二级泵站供水量曲线确定；管网内不设水塔时，二级泵站的供水量曲线与用户用水量曲线相同，调节容积由一级泵站供水量曲线和用户用水量曲线确定。当一级泵站和二级泵站每小时供水量相接近时，清水池的调节容积可以减小，但是为了调节二级泵站供水量和用户用水量之间的差额，水塔的容积将会增大。如果二级泵站每小时供水量越接近用户用水量，水塔的容积越小，但清水池的容积将增加。
3.3、某城市最高日用水量为Q，该日内的用水量变化曲线如图1所示，管网由一级和二泵站供水，其中二级泵站分两级供水（20时～5时，5时～20时），A～H为所在区域的面积，求：
1）设水塔时，清水池和水塔的调节容积；
2）不设水塔时，清水池的调节容积。
解：1）设水塔时，清水池和水塔的调节容积；
由于清水池用于调节一级泵站供水量（均匀供水）和二级泵站供水量（分级供水）之间的差额，故清水池的调节容积为：（C+E）*Q或（B+F+G）*Q。水塔用于调节二级泵站供水量和用户用水量之间的差额，故水塔的调节容积为：（A+C+H）*Q或（D+F）*Q
2）不设水塔时，清水池的调节容积。 管网内不设水塔时，二级泵站的供水量曲线与用户用水量曲线相同，调节容积由一级泵站供水量曲线和用户用水量曲线确定，故清水池的调节容积为：（A+B+G+H）*Q或（D+E）*Q。
3.4、给水系统必须具有一定的水压，以保证向用户供给足够的水量。城市给水管网需保持最小的服务水头为：从地面算起1层为10m，2层为12m，2层以上每层增加4m，如果当地房屋按6层楼考虑，则最小服务水头应为28m。城市内个别高层建筑物或高地上的建筑物可单独设置局部加压装置。
*************************************第4章********************************** 4.1、给水管网的布置应该满足哪些要求？
给水管网的布置要求供水安全可靠，投资节约，一般应遵循如下原则：①按照城市规划平面图布置管网，布置时应考虑给水系统分期建设的可能，并需留有充分发展的余地。②管网布置必须保证供水安全可靠，当局部管网发生事故时，断水范围应减到最小；③管线遍布在整个给水区内，保证用户有足够的水量和水压；④力求以最短距离敷设管线，以降低管网造价和供水能量费用。
4.2、管网布置有哪两种基本形式？各适用于何种情况及其优缺点？
答：管网布置有树状网和环状网两种基本形式。树状网一般适用于小城市和小型工业企业，这类管网从水厂泵站或水塔到用户的管线布置成树枝状。管网中各用户的供水路径具有唯一性，任一段管线损坏均会导致该管段下游的所有用户断水，供水可靠性差；在管网末端，因用水量小，管中流速低，甚至停滞不流动，易导致水质变坏，有出现浑水和红水的可能；但因管线长度短而造价低。环状网的管线连接成环，适用于大城市和大型企业供水，这类管网中各用户的供水路径不具唯一性，单根管线损坏不至于导致用户断水，关阀检修时停水范围也小；也可以大大减轻因水锤作用产生的危害，供水可靠性较高；但因存在冗余管线使得造价明显比树状网高。
*************************************第5章********************************** 5.1、管网简化的概念及具体方法。
管网简化是指在基本能反映实际用水情况的前提下，对管网进行适当简化，保留主要的干管，略去一些次要的、水力条件影响较小的管线，以大大减轻计算工作量。通常管网越简化，计算工作量越小，但过分简化的管网，计算结果难免与实际用水情况的差别增大。管网简化的方法包括分解、合并和省略。①分解：只有一条管线连接的两个管网，可以把连接管线断开，分解成为两个独立的管网；有两条管线连接的分支管网，若其位于管网的末端且连接管线的流向和流量可以确定时，也可进行分解后再分别计算。②合并：管径较小、相互平行且靠近的管线可考虑合并。如管线交叉点很近时，可以将其合并为同一交叉点。③省略：略去水力条件影响较小的管线，即省略管网中管径相对较小的管线。管线省略后的计算结果是偏于安全的。
5.2、沿线流量：指供给该管段两侧用户所需流量。节点流量：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。比流量：假定用水量均匀分布在全部干管上，由此算出干管
线单位长度的流量。折算系数：把沿线变化的流量折算成在管段两端节点流出的流量。 5.3、任一节点的节点流量等于与该节点相连管段的沿线流量综合的一半。当采用长度比流量计算沿线流量时，如果是双侧配水，干管总计算长度为管道实长；如果是单侧配水，干管总计算长度为管道实长的一半；如果双侧均不配水，干管总计算长度为零。
5.4、环状网和单水源树状网的流量分配有什么不同？管网在分配流量时需考虑那些问题？
答：单水源树状网的流量分配方案具有唯一性，管网中任一管段的流量等于该管段之后（顺水流方向）所有节点流量的总和；环状网的流量分配方案则不具唯一性，各管段的流量与其后各节点流量也没有直接的联系。流量分配时应同时照顾经济性和可靠性，经济性是指流量分配后得到的管径，应使一定年限内的管网建造费用和管理费用为最小，可靠性是指向用户不断地供水，并且保证应有的水量、水压、和水质。
5.5、经济流速是指在投资偿还期内管网造价与管理费用之和为最小时的流速。 5.6、论述管网水力计算的原理。
答：管网水力计算的原理是基于质量守恒和能量守恒，由此得出连续性方程和能量方程。连续性方程是指对于管网中任一节点，流向该节点的流量必须等于从该节点流出的流量。能量方程是表示管网每一环中各管段的水头损失总和等于零的关系。根据求解的未知数是管段流量还是节点水压，管网计算方法可以分为解环方程、解节点方程、解管段方程三类。解环方程的原理是：在依据连续性方程初步分配各管段流量并选定各管段管径的基础上，计算出各管段的水头损失，进而得到各环的闭合差和使闭合差为零的校正流量，修正各管段的流量，反复计算，直至满足能量方程为止。解节点方程的原理是：在依据能量方程初步假定各节点水压并计算各管段流量的基础上，计算出各节点的水压校正值，修正各节点的水压，反复计算，直至满足连续性方程为止。
5.10、某城市供水区总用水量为12000m3/d，节点6接某工厂，工业用水量为1400m3/d。管网布置如下图所示（管线长度标于管道上,单位：m）。求节点5和6的节点流量。
解：由图可知，只有6-9段为单侧配水，其余皆为双侧配水
∑L=250+250+300+300+300+250+250+100+100+100/2+250+250=2650m qs=(Q-∑q)/ ∑L=(12000-1400)/2650=4 m3/d·m q5=1/2*qs*(L2-5 +L4-5 +L6-5 +L8-5)=1800 m3/d q6=1/2*qs*(L3-6 +1/2L9-6 +L5-6)=1200m3/d
*************************************第6章********************************** 6.1、简述树状管网的计算步骤。
树状网计算过程一般是：①计算总用水量；②计算管段总长度；③计算比流量；④计算各管段的沿线流量；⑤计算节点流量；⑥选取控制点，列出各管段的水力计算，并按平均经济流速确定管径；⑦计算干管上各支管接出处节点的水压标高；⑧计算出水塔高度和水泵扬程。
6.2、树状网计算时，干线和支线如何划分，两者确定管径的方法有何不同？
树状网计算时，干线是指从二级泵站到控制点的管线，而支线是指管网中除干线以外的其他管线。干线管径是依据管段流量按经济流速确定，而支线是按照允许的水力坡度选定相近的标准管径。
6.3、什么叫环闭合差，环闭合差大说明什么问题？
环闭合差是指在初步分配流量的基础上该环中各管段水头损失的代数和。闭合差越大说明初步分配流量和实际流量相差越大。
6.4、试述哈代－克罗斯法解环方程组的步骤。
应用哈代—克罗斯法解环方程组的步骤：①根据城镇的供水情况，拟定环状网中各管段的水流方向，根据节点的连续性方程，得出初步分配的管段流量；②根据初分流量计算各管段的摩阻系数和水头损失；③假定各环内水流顺时针方向管段中的水头损失为正，逆时针方向管段中的水头损失为负，计算各环内各管段的水头损失代数和；④计算各环的校正流量，如果闭和差为正，校正流量即为负，反之校正流量为正；⑤利用校正流量调整各管段的流量，得到第一次校正的管段流量，按此流量再进行计算，如果闭合差尚未达到允许的精度，返回步骤②继续计算，直到各环的闭合差达到要求为止。
6.5、按设计年限内最高日最高用水时计算的管网，还应按哪些条件进行核算？
按设计年限内最高日最高用水时计算的管网，还需进行其它用水量条件下的核算，以确保经济合理地供水。管网的核算条件包括：①消防时的流量和水压要求，以满足消防安全的用水需求；②最大转输时的流量和水压要求，以确保水泵能将水送进水塔；③最不利管段发生故障时的事故用水量和水压要求，以保证事故时的流量和水压能满足规定要求。 6.6、简述给水管网消防校核的步骤？
答：（1）首先根据城市规模和现行的《建筑设计防火规范》确定同时发生的火灾次数和消防用水量；（2）把消防流量作为集中流量加在相应节点的节点流量中；（如按消防要求有一处失火，则放在控制点，同时有两处失火，则一处放在控制点，另一处放在离二级泵站较远或靠近大用户和工业企业的节点处，其余节点仍按最高用水时的节点流量）；（3）以最高日最高时用水量确定的管径为基础，将最高时用水量与消防流量相加后进行流量分配；（4）进行管网平差，求出消防时的管段流量和水头损失；（5）计算消防时所需要的水泵扬程。（6）若消防时所需水泵扬程小于最高时确定的水泵扬程，则设计不需要调整；若消防时所需水泵扬程略大于最高时确定的水泵扬程，可放大个别管段管径；若消防时所需水泵扬程远大于最高时确定的水泵扬程，须专设消防泵。
6.7、某大型企业以高地水库为水源，平行敷设两条输水管，为保证供水量不小于70%的设计用水量，试确定等距离连接管数目。
6.8、某大型企业以高地水库为水源，平行敷设n条管材、管长和管径均相同的输水管，并且在输水管上等距离地设置m条连接管，求事故时和正常工作时的流量比R。
*************************************第7章********************************** 7.1、年费用折算值是按年计的管网建造费用与管理费用之和。 7.2、输水管的经济管径公式是根据什么概念导出的？
压力输水管的经济管径公式是根据年费用折算值的一阶导数为零导出的。重力输水管的经济管径公式是根据拉格郎日条件极值法导出的。
*************************************第8章********************************** 8.1、分区给水是指根据城市地形特点将整个给水系统分成若干个区，各区内有独立的泵站和管网，各区之间有适当的联系，以保证供水可靠和调度灵活。
8.2、简述采用分区给水的原因。
从技术上是使管网的水压不超过水管可以承受的压力，以免损坏水管和附件，并减少漏水量；经济上的原因是降低供水能量费用。在给水区很大、地形高差显著，或远距离输水时都需考虑分区给水的问题。
8.3、分区给水有哪些基本形式，各自有什么特点？
分区给水按其布置形式可分为并联分区和串联分区。并联分区是由同一泵站内的低压和高压水泵分别向低区和高区供水。特点是各区用水分别供给，比较安全可靠；各区水泵集中在一个泵站内，管理方便；但增加了输水管长度和造价，又因到高区的水泵扬程高，需用耐高压的输水管。串联分区是指高、低两区用水均由低区泵站供给，但高区用水再由高区泵站加压。特点是泵站分建、串联加压、利于提高边缘地区的水压；高区水泵从低区末端的贮水池取水，进入贮水池前的自由水头被白白浪费；安全性较差。
8.4、泵站供水时所需的能量由几部分组成？分区给水后可以节约哪部分能量？哪些能量不能节约？
泵站供水能量由以下三部分组成：1）保证最小服务水头所需的能量E1；2）克服水管摩阻所需的能量E2；3）未利用的能量E3。分区给水后可以节约E3部分的能量，E1、E2的能量不能节约。
*************************************第9章********************************** 9.1.常用的给水管材有哪些？各有什么特点？
铸铁管具有较强的耐腐蚀性，但抗冲击和抗震能力较差，重量较大，接口易漏水，水管易断裂和爆破。钢管能耐高压，耐振动，重量较轻，单管长度较长，接口方便，但承受外荷载的稳定性差，耐腐蚀性差，造价高。预应力和自应力钢筋混凝土管造价低，抗震性能差，管壁光滑，水力条件好，耐腐蚀，爆破率低，但重量大，不便于运输安装。玻璃钢管耐腐蚀，不结垢，能长期保持较高的输水能力，强度高，粗糙系数小，但造价高。塑料管强度大，表面光滑，不结垢，耐腐蚀，重量轻，水头损失小，加工和接口方便，但膨胀系数大。 9.2、给水管网的附件有哪些？特点？安装位置？
①阀门，特点：用来调节管线中的流量或水压，要求布置数量少而调度灵活。位置：主要管线和次要管线交接处的阀门常设在次要管线上。承接消火栓的水管上要安装阀门。②止回阀，特点：限制压力管道中的水流朝一个方向流动的阀门。位置：一般安装在水压大于196kPa的泵站出水管上，防止因突然断电或其他事故时水流倒流而损坏水泵设备。③排气阀，特点：管线投产时或检修后通水时，管内空气可经此阀排出。平时用以排除从水中释出的气体，以免空气积在管中。位置：安装在管线的隆起部分。④泄水阀，特点：排除水管中的沉积物以及检修时放空水管内的存水。位置：安装在管线的最低点。⑤消火栓，位置：分地上式和地下式，地上式消火栓布置在交叉路口消防车可以驶进的地方，地下式消火栓安装在阀门井内。
*************************************第10章********************************** 10.1、管网的日常养护管理工作有哪些？
为维持管网的正常工作，保证安全供水，必须做好日常的管网养护管理工作，内容包括：①建立技术档案；②检漏和修漏；③水管清垢和防腐蚀；④用户接管的安装、清洗和防冰冻；⑤管网事故抢修；⑥检修阀门、消火栓、流量计和水表等。 10.2、为了管理管网，平时应该积累哪些技术资料？
管网养护时所需技术资料有：①管线图，表明管线的直径、位置、埋深以及阀门、消火栓等的布置，用户接管的直径和位置等。它是管网养护检修的基本资料；②管线过河、过铁
路和公路的构造详图；③阀门和消火栓记录卡，包括安装年月、地点、口径、型号、检修记录等；④竣工记录和竣工图。
10.3、防止给水管腐蚀的方法有哪些？
①采用非金属管材；②在金属管表面上涂油漆、水泥砂浆、沥青等；③阴极保护：（1）使用消耗性的阳极材料，隔一定距离用导线连接到管线（阴极）上，在土壤中形成电路，结果是阳极腐蚀，管线得到保护。（2）通入直流电的阴极保护法，埋在管线附近的废铁和直流电源的阳极连接，电源的阴极接到管线上，因此可防止腐蚀。 10.4、常用的检漏方法有哪些？
①实地观察法，从地面上观察漏水迹象。②听漏法，采用听漏棒，棒的一端放在水表、阀门或消火栓上，即可从棒的另一端听到漏水声。③检漏仪器，利用晶体探头将地下漏水的低频振动转化为电讯号，经放大后即可在耳机中听到漏水声；或基于漏水声音传播速度，利用漏水声波传到两个拾声头的时间差，计算出漏水地点。④分区检漏，将整个给水管网用阀门分隔成小区，开启装有水表的一条进水管上的阀门，用水表测出漏水地点和漏水量，一般只在允许短期停水的小范围内进行。 10.5、如何维持管网中的水质？
为保持管网的正常水质，除了提高出厂水水质外，还可采取以下措施：①通过给水栓，消火栓和放水管，定期放去管网中的部分“死水”，并借此冲洗水管。②长期未用的管线或管线尽端，在恢复使用时必须冲洗干净。③管线延伸过长时，应在管网中途加氯，以提高管网边缘地区的剩余氯量，防止细菌繁殖。④尽量采用非金属管道。定期对金属管道清垢、刮管和衬涂水管内壁，以保证管线输水能力不致明显下降。⑤无论在新敷管线竣工后，或旧管线检修后均应冲洗消毒。⑥定期清洗水塔、水池和屋顶高位水箱。
给水排水管网工程B（复习题）
