《给排水管道系统》课程授课教案（教学设计）输水管渠计算

教学设计六输水管渠计算章节第6章管网水力计算课程名称给排水管道系统名称6.3输水管渠计算教学给排水专业课程讲授45分钟设计教师对象本科生时间课堂1、了解输水管渠形式、输水管渠连接管和输水管计算任务；教学2、掌握重力供水时的压力输水管公式推导及结论性公式的应用；目的3、了解水泵供水时的压力输水管公式推导，掌握结论性公式的应用。1、输水管敷设数目及流量确定（3min）（1）数目：一般需敷设两条，当敷设一条输水管时，常需另外设置一定容量的蓄水池。（2）流量：①原水输水管设计流量：按最高日平均时供水量、水厂自用水量、原水输水管漏失水量之和确定；②清水输水管设计流量在管网内有调节构筑物时按最高日最高时用水条件下，由水厂所负担供应水量确定：当管网内无调节构筑物时按最高日最高时用水量确定。2、输水管渠形式（2min）（1）压力输水管渠：应用最多，常用于高地水源或水泵供水；（2）无压输水管渠：压力小，节约水泵电耗，但定线时会延长路线，增加建造费用。教学内容（3）加压与重力相结合的输水系统：适用于复杂地区；及（4）明渠：一般用于远距离输送大量水。教学3、输水管渠的连接管（1min）安排在平行管线之间设置连接管，将输水管线分成多段，分段数越多，供水可靠性越高。4、输水管计算的任务（1min）确定管径和水头损失，以及一定事故流量所需的输水管条数和需设置的连接管条数。5、重力供水时的压力输水管（1）无连接管的重力输水管线（5min）设水源水位标高为Z，输水管输水至水处理构筑物，其水位为ZO，水位差H=Z-Z0，称为位置水头，即：克服输水管的水头损失。假定输水量为Q，平行输水管为n条，则每条管线流量为Q/n，则该系统水头损失为：

教学设计六 输水管渠计算 章节 名称 第 6 章 管网水力计算 6.3 输水管渠计算 课程名称 给排水管道系统 教学 对象 给排水专业 本科生 课程讲授 时间 45 分钟 设计教师 课堂 教学 目的 1、了解输水管渠形式、输水管渠连接管和输水管计算任务； 2、掌握重力供水时的压力输水管公式推导及结论性公式的应用； 3、了解水泵供水时的压力输水管公式推导，掌握结论性公式的应用。 教学 内容 及 教学 安排 1、输水管敷设数目及流量确定（3min） （1）数目：一般需敷设两条，当敷设一条输水管时，常需另外设置一 定容量的蓄水池。 （2）流量：○1 原水输水管设计流量：按最高日平均时供水量、水厂自 用水量、原水输水管漏失水量之和确定；○2 清水输水管设计流量 在管网内有调节构筑物时按最高日最高时用水条件下，由水厂所 负担供应水量确定；当管网内无调节构筑物时按最高日最高时用 水量确定。 2、输水管渠形式（2min） （1）压力输水管渠：应用最多，常用于高地水源或水泵供水； （2）无压输水管渠：压力小，节约水泵电耗，但定线时会延长路线， 增加建造费用。 （3）加压与重力相结合的输水系统：适用于复杂地区； （4）明渠：一般用于远距离输送大量水。 3、输水管渠的连接管（1min） 在平行管线之间设置连接管，将输水管线分成多段，分段数越多， 供水可靠性越高。 4、输水管计算的任务（1min） 确定管径和水头损失，以及一定事故流量所需的输水管条数和需设 置的连接管条数。 5、重力供水时的压力输水管 （1）无连接管的重力输水管线（5min） 设水源水位标高为 Z，输水管输水至水处理构筑物，其水位为 Z0， 水位差 H=Z-Z0，称为位置水头，即：克服输水管的水头损失。假定输 水量为 Q，平行输水管为 n 条，则每条管线流量为 Q/n，则该系统水头 损失为：

7ZSSQSSZ01(a)正常供水时SSSOQQaQaQaQaSS并行输水管线事故供水时当一条输水管线损坏时，其余输水管线水头损失为：S(%)=h.=s.(-If0:：h=h。=Q。=□-1.Q=αQ，当n=2时，α=0.5，即：事故流量为正常供水量的一半。实践中为提高供水可靠性，常在平行管之间增设连接管。（2）有连接管的重力输水管线（12min）' =3x()son;①正常工作时系统水头损失：h=3S.②某一段损失时系统水头损失：(/ .: [ (-) .:.h. =2S.3×2I..0即：α=%又h=h。=α=Q02×() +1MQa若采用谢才公式，n=2，则：α=9=0.707:0a=0.713。若采用海曾-威廉公式，n=1.852，则：α=0结论：为满足输水管损失时的事故流量，应敷设两条平行管线，并采

2 2 2 Q n S n Q h S          当一条输水管线损坏时，其余输水管线水头损失为：   2 2 2 1 1 a a a Q n S n Q h S            ∵ a h  h  Q Q n n -1 Qa     ，当 n=2 时，  0.5，即：事故流量 为正常供水量的一半。实践中为提高供水可靠性，常在平行管之间增 设连接管。 （2）有连接管的重力输水管线（12min） ○1 正常工作时系统水头损失： SQn Q h S n n                 2 1 3 2 3 ； ○2 某一段损失时系统水头损失： n a n n a n a a SQ SQ Q h S                       1 2 1 2 2 2 ； 又 a h  h  n n n a Q Q 1 1 2 1 2 2 1 3                       ，即：   n n n a N N Q Q 1 1 2 1 1 2 1                        ； 若采用谢才公式，n=2，则： 2 1 2 1         Q Qa  =0.707； 若采用海曾-威廉公式，n=1.852，则：   0.713 Q Qa  。 结论：为满足输水管损失时的事故流量，应敷设两条平行管线，并采

用连接管将平行管线按总长度至少等分成三段。例题：某给水系统有两条并列铺设的管径与摩阻系数均相同的重力输水管，期间设有5根连通管把输水管等分成6段，当其中一条输水管中的一段损坏时，最高能满足设计流量的多少？（3min）6、水泵供水时的压力输水管（10min)输水管Q-h特性方程为：0H=H+(s,+sap?;设两条不同直径的输水管用连接管分成n段，则任一段损坏时的水泵扬程为：s,+s -+)?H.=H。n水泵Q-H,特性方程为：?H,=H,-sQ?:输水管任一段损坏时的水泵特性方程为：④H.= H, -so.?;H,-H。联立①③可得正常时的水泵输水量：Q=Vs+s,+sd联立②①可得事故时的水泵输水量：H,-H.Qa =Vs+$, +sa+(si -sa)/n iQa$+$p+$d事故时和正常时的流量比为：α：Vs+$, +Sa +(s, -sa)/nQ(s, - sa)a?0.96(s, sa)若满足α=70%，则分段数为：n=V(s+s,+sa)i-α)s+$,+$d例题：某城市从水源泵站到水厂敷设两条铸铁输水管，每条输水管长度为12400m，管径分别为250mm和300mm。水泵特性曲线方程为：Hp=141.3-0.0026Q泵站内管线的摩阻为0.00021。假定DN300输水管的一段损坏，试求事故流量为70%设计水量时的分段数，以及正常时和事故时的流量比。(8min)

用连接管将平行管线按总长度至少等分成三段。 例题：某给水系统有两条并列铺设的管径与摩阻系数均相同的重力输 水管，期间设有 5 根连通管把输水管等分成 6 段，当其中一条输水管 中的一段损坏时，最高能满足设计流量的多少？（3min） 6、水泵供水时的压力输水管(10min) 输水管Q h特性方程为：   2 H  H0  s p  sd Q ； ○1 设两条不同直径的输水管用连接管分成 n 段，则任一段损坏时的水泵 扬程为： 1 2 0 a d a p d Q n s n s H H s s            ○2 水泵Q  HP 特性方程为： 2 HP  Hb  sQ ； ○3 输水管任一段损坏时的水泵特性方程为： 2 a b a H  H  sQ ； ○4 联立○1 ○3 可得正常时的水泵输水量： p d b s s s H H Q     0 ； 联立○2 ○4 可得事故时的水泵输水量： s s s s s  n H H Q p d d b a       1 0 ； 事故时和正常时的流量比为： s s s s s  n s s s Q Q p d d a p d         1  ； 若满足  70%，则分段数为：        p d d p d d s s s s s s s s s s n          1 2 2 1 0.96 1   。 例题：某城市从水源泵站到水厂敷设两条铸铁输水管，每条输水管长 度为 12400m，管径分别为 250mm 和 300mm。水泵特性曲线方程为： 2 HP  141.3  0.0026Q 泵站内管线的摩阻为 0.00021。假定 DN300 输水管的一段损坏，试求事 故流量为 70%设计水量时的分段数，以及正常时和事故时的流量比。 （8min）

教学重点：重力供水时的压力输水管公式推导过程及公式应用、水泵供水时的压力输水管公式应用。教学难点：重力供水时的压力输水管公式推导过程；教学对策：（1）采用图片、示意图的方式对所介绍的基本理论进行直观的讲授，重点使学生能将理论与实际工程建立联系；与（2）重力供水时的压力输水管公式推导过程，主要通过教师严谨的板难点书完成，教师讲授时注重推导的逻辑性，逐步的引导学生完成推导内对策容，使学生理解推导的结论性内容。（3）水泵供水时的压力输水管公式推导过程较为复杂，学习能力较强的学生可参照重力供水时的压力输水管公式的推导方法进行推导，教师在课堂中不再进行演示性的推导，重在给出结论性的公式，并通过例题的形式使学生能掌握该公式的具体应用。教学采用板书为主，多媒体为辅，二者相结合的教学方法，在基本概念和公方法式推导等过程中主要采用板书，图片演示、例题引入等内容的讲授主要与采用多媒体课件展示。手段练习题：1、某输水工程采用重力输水将原水输送到自来水厂的配水井，已有一根输水管线总长12km，其中DN1000的管线长7km，DN900的管线长5km，输水能力为10万m/d，扩建工程另行敷设输水管线一根，长14km，管径DN1000。当扩建工程建成后，在相同进水水位时，输水总能力可达多少？（注：流量以m2/s计时，DN1000比阻a=0.00148，DN900比阻a=0.0026）(A）20.6万m/d(B)21.3万m/d（C)21.5万m/d(D)21.9万m/d作业及2、图示为平行敷设的两条管材、管径相同的输水管线，在图示长度位置课外处设有两根连通管，当其中一根1200m长度的输水管发生事故时，通过资源阀门切换，在总水头损失不变的情况下，事故流量Q1为设计流量Q的下推荐列何项？(A) 70. 7%(B) 80. 0%(C) 67. 4%(D) 60. 0%事故管段?800ml1200m1000m

重点 与 难点 对策 教学重点：重力供水时的压力输水管公式推导过程及公式应用、水泵供 水时的压力输水管公式应用。 教学难点：重力供水时的压力输水管公式推导过程； 教学对策： （1） 采用图片、示意图的方式对所介绍的基本理论进行直观的讲授， 使学生能将理论与实际工程建立联系； （2） 重力供水时的压力输水管公式推导过程，主要通过教师严谨的板 书完成，教师讲授时注重推导的逻辑性，逐步的引导学生完成推导内 容，使学生理解推导的结论性内容。 （3） 水泵供水时的压力输水管公式推导过程较为复杂，学习能力较强 的学生可参照重力供水时的压力输水管公式的推导方法进行推导，教 师在课堂中不再进行演示性的推导，重在给出结论性的公式，并通过 例题的形式使学生能掌握该公式的具体应用。 教学 方法 与 手段 采用板书为主，多媒体为辅，二者相结合的教学方法，在基本概念和公 式推导等过程中主要采用板书，图片演示、例题引入等内容的讲授主要 采用多媒体课件展示。 作业 及 课外 资源 推荐 练习题： 1、某输水工程采用重力输水将原水输送到自来水厂的配水井，已有一根 输水管线总长 12km，其中 DN1000 的管线长 7km，DN900 的管线长 5km， 输水能力为 10 万 m 3/d，扩建工程另行敷设输水管线一根，长 14km，管径 DN1000。当扩建工程建成后，在相同进水水位时，输水总能力可达多少？ (注：流量以 m 3／s 计时，DN1000 比阻α=0.00148，DN900 比阻α=0.0026) (A) 20.6 万 m 3/d (B)21.3 万 m 3/d (C)21.5 万 m 3/d (D)21.9 万 m 3/d 2、图示为平行敷设的两条管材、管径相同的输水管线，在图示长度位置 处设有两根连通管，当其中一根 1200m 长度的输水管发生事故时，通过 阀门切换，在总水头损失不变的情况下，事故流量 Q1 为设计流量 Q 的下 列何项？ (A)70.7% (B)80.0% (C)67.4% (D)60.0%