給水系統(tǒng)的工作工況

1、第五章 給水系統(tǒng)的工作工況本章內(nèi)容：1、給水系統(tǒng)的流量關(guān)系2、給水系統(tǒng)的水壓關(guān)系本章難點(diǎn)：清水池和水塔容積計(jì)算給水系統(tǒng)是由功能互不相同而且又彼此密切聯(lián)系的各組成部分連接而成，它們必須共同 工作滿足用戶對給水的要求。因此，需從整體上對給水系統(tǒng)各組成部分的工作特點(diǎn)和它們在 流量、壓力方面的關(guān)系進(jìn)行分析，以便確定各構(gòu)筑物、管道和設(shè)備的設(shè)計(jì)或運(yùn)行參數(shù)。第一節(jié)給水系統(tǒng)的流量關(guān)系為了保證供水的可靠性，給水系統(tǒng)中所有構(gòu)筑物都應(yīng)以最高日設(shè)計(jì)用水量。刁為基礎(chǔ)進(jìn) 行設(shè)計(jì)計(jì)算。但是，給水系統(tǒng)中各組成部分的工作特點(diǎn)不同，其設(shè)計(jì)流量也不同。一、取水構(gòu)筑物、一級泵站和給水處理構(gòu)筑物取水構(gòu)筑物、一級泵站和水廠是連續(xù)、均勻地

2、運(yùn)行。原因是：從水廠運(yùn)行角度，流量 穩(wěn)定，有利于水處理構(gòu)筑物穩(wěn)定運(yùn)行和管理；從工程造價(jià)角度，每日均勻工作，平均每小 時(shí)的流量將會(huì)比最高時(shí)流量有較大的降低，同時(shí)又能滿足最高日供水要求，這樣，取水和水 處理系統(tǒng)的各項(xiàng)構(gòu)筑物尺寸、設(shè)備容量及連接管直徑等都可以最大限度地縮小，從而降低工 程造價(jià)。取水和水處理工程的各項(xiàng)構(gòu)筑物、設(shè)備及其連接管道，以最高日平均時(shí)設(shè)計(jì)用水量 加上水廠的自用水量作為設(shè)計(jì)流量，即：Qd（m3/d）（5-1）式中a 一考慮水廠本身用水量系數(shù)，以供沉淀池排泥、濾池沖洗等用水。其值取決于水 處理工藝、構(gòu)筑物類型及原水水質(zhì)等因素，一般在1.051.10之間；T 一每日工作小時(shí)數(shù)。水處理構(gòu)

3、筑物不宜間歇工作，一般按24均勻工作考慮，只有 夜間用水量很小的縣鎮(zhèn)、農(nóng)村等才考慮一班或兩班制運(yùn)轉(zhuǎn)。取用地下水若僅需在進(jìn)入管網(wǎng)前消毒而無需其他處理時(shí)，一級泵站可直接將井水輸入管 網(wǎng)，但為提高水泵的效率和延長井的使用年限，一般先將水輸送到地面水池，再經(jīng)二級泵站 將水池水輸入管網(wǎng)。因此，取用地下水的一級泵站計(jì)算流量為：Q - Tf （m3/d）（5-2）和式（5-1）不同的是，水廠本身用水量系數(shù)a為1。二、二級泵站二級泵站的工作情況與管網(wǎng)中是否設(shè)置流量調(diào)節(jié)構(gòu)筑物（水塔或高地水池等）有關(guān)。當(dāng)管 網(wǎng)中無流量調(diào)節(jié)構(gòu)筑物時(shí)，任一小時(shí)的二級泵站供水量應(yīng)等于用水量。這種情況下，二級泵 站最大供水流量，應(yīng)等于最

4、高日最高時(shí)設(shè)計(jì)用水量Qh ；為使二級泵站在任何時(shí)候既能保證 安全供水，又能在高效率下經(jīng)濟(jì)運(yùn)轉(zhuǎn)，設(shè)計(jì)二級泵站時(shí)，應(yīng)根據(jù)用水量變化曲線選用多臺大 小搭配的水泵（或采用改變水泵轉(zhuǎn)速的方式調(diào)節(jié)水泵裝置的工況）來適應(yīng)用水量變化。實(shí)際 運(yùn)行時(shí)，由管網(wǎng)的壓力進(jìn)行控制。例如，管網(wǎng)壓力上升時(shí)，表明用水量減少，應(yīng)適當(dāng)減開水 泵或大泵換成小泵（或降低水泵轉(zhuǎn)速）；反之，應(yīng)增開水泵或小泵換成大泵（或提高水泵轉(zhuǎn) 速）。水泵切換（或改變轉(zhuǎn)速）均可自動(dòng)控制。這種供水方式，完全通過二級泵站的工況調(diào) 節(jié)來適應(yīng)用水量的變化，使二級泵站供水曲線符合用戶用水曲線。目前，大中城市一般不設(shè) 水塔，均采用此種供水方式。當(dāng)管網(wǎng)內(nèi)設(shè)有水塔或高地

5、水池時(shí)，二級泵站分級供水。二級泵站的設(shè)計(jì)供水線應(yīng)根據(jù)用 水量變化曲線擬定。擬定時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：泵站各級供水線盡量接近用水線，以減小水 塔的調(diào)節(jié)容積，但從泵站運(yùn)轉(zhuǎn)管理的角度來說，分級數(shù)又不宜過多，一般不應(yīng)多于35級。 分級供水時(shí)，應(yīng)注意每級能否選到合適的水泵，以及水泵機(jī)組的合理搭配，并盡可能滿足 目前和今后一段時(shí)間內(nèi)用水量增長的需要。管網(wǎng)內(nèi)設(shè)有水塔或高地水池時(shí)，由于它們能調(diào)節(jié)水泵供水和用水之間的流量差，因此二 級泵站每小時(shí)的供水量可以不等于用水量。三、輸水管和配水管網(wǎng)輸水管和配水管網(wǎng)的計(jì)算流量均應(yīng)按輸配水系統(tǒng)在最高日最高用水時(shí)工作情況確定，并 與管網(wǎng)中有無水塔（或高地水池）及其在管網(wǎng)中的位置有

6、關(guān)。當(dāng)管網(wǎng)中無水塔時(shí)，泵站到管網(wǎng)的輸水管和配水管網(wǎng)都應(yīng)以最高日最高時(shí)設(shè)計(jì)用水量 Qh作為設(shè)計(jì)流量。管網(wǎng)起端設(shè)水塔時(shí)（網(wǎng)前水塔），泵站到水塔的輸水管直徑應(yīng)按泵站分級工作的最大一 級供水流量計(jì)算，水塔到管網(wǎng)的輸水管和配水管網(wǎng)仍按最高時(shí)用水量Qh計(jì)算。管網(wǎng)末端設(shè)水塔時(shí)（對置水塔或網(wǎng)后水塔），因最高時(shí)用水量必須從二級泵站和水塔同 時(shí)向管網(wǎng)供水，泵站到管網(wǎng)的輸水管以泵站分級工作的最大一級供水流量作為設(shè)計(jì)流量，水 塔到管網(wǎng)的輸水管流量按照水塔輸入管網(wǎng)的流量進(jìn)行計(jì)算。設(shè)有網(wǎng)中水塔時(shí)，有兩種情況，一種是水塔靠近二級泵站，并且泵站的供水流量大于泵 站與水塔之間用戶的用水流量，此種情況類似于網(wǎng)前水塔；一種是水塔離

7、泵站較遠(yuǎn)，以致泵 站的供水流量小于泵站與水塔之間用戶的用水流量，在泵站與水塔之間將出現(xiàn)供水分界線， 情況類似于對置水塔。這兩種情況下的設(shè)計(jì)流量確定問題可參見前文所述。四、水塔與清水池的調(diào)節(jié)作用水塔的流量調(diào)節(jié)二級泵站供水流量和用戶用水流量不相等時(shí)，其差額可由水塔來調(diào)節(jié)。清水池的流量調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)一、二級泵站供水量的差額。第二節(jié)清水池和水塔清水池和水塔在給水系統(tǒng)中主要起流量調(diào)節(jié)作用，另外，清水池還兼有貯存水量和保證與消毒劑有充分消毒接觸時(shí)間等作用，水塔還兼有貯存水量和保證管網(wǎng)水壓的作用。一、清水池和水塔的容積計(jì)算清水池和水塔的調(diào)節(jié)容積計(jì)算清水池和水塔的調(diào)節(jié)容積的計(jì)算，通常采用兩種方法：一種是根據(jù)24h供

8、水量和用水量 變化曲線推算，一種是憑經(jīng)驗(yàn)估算。缺乏用水量變化規(guī)律的資料時(shí)，城市水廠的清水池調(diào)節(jié)容積，可憑運(yùn)轉(zhuǎn)經(jīng)驗(yàn)，按最高日 用水量的10%20%估算。水塔的調(diào)節(jié)容積，可按最高日用水量的2.5%6%估算，城市 用水量大時(shí)取低值。工業(yè)用水可按生產(chǎn)上的要求(調(diào)度、事故和消防)確定水塔調(diào)節(jié)容積。當(dāng)有城市24小時(shí)的用水量變化的詳細(xì)資料時(shí)，清水池和水塔的調(diào)節(jié)容積可按連續(xù)相加 法等方法進(jìn)行計(jì)算水塔和清水池的調(diào)節(jié)容積計(jì)算見表5-1。清水池和水塔調(diào)節(jié)容積計(jì)算表5-1時(shí)間用水量(%)二級泵站供水量(%)一級泵站供水量(%)清水池調(diào)節(jié)容積(%)水塔調(diào)節(jié)容積(%)無水塔時(shí)有水塔時(shí)(1)(2)(3)(4)(5)(6)(

9、7)011.713.114.17一 2.46一1.06一1.40121.643.114.17一 2.53一1.06一1.47231.663.114.16一2.50一1.05一1.45342.493.114.17一1.68一1.06一0.62452.683.114.17一1.49一1.06一0.43564.264.804.160.100.64一0.54674.354.804.170.180.63一0.45784.814.804.170.640.630.01895.814.804.161.650.641.019105.434.804.171.260.630.6310 114.874.804.170

10、.700.630.0711 125.684.804.161.520.640.8812 135.194.804.171.020.630.3913 144.894.804.170.720.630.0914 154.934.804.160.770.640.1315 164.934.804.170.760.630.1316 175.424.804.171.250.630.6217 185.574.804.161.410.640.7718 195.324.804.171.150.630.5219 205.264.804.171.090.630.4620 213.943.114.16 0.22 1.050

11、.8321 223.233.114.17 0.94 1.060.1222 233.233.114.17 0.94 1.060.1223 242.703.114.16 1.46 1.05 0.41累計(jì)100.00100.00100.0014.229.506.78清水池中除了貯存調(diào)節(jié)用水以外，還存放消防用水和水廠生產(chǎn)用水，因此，清水池有效容積等于：W =叫+吧+吧+吧（5-3）式中 嗎一清水池調(diào)節(jié)容積,m3；W2 消防貯水量，m3，按2h火災(zāi)延續(xù)時(shí)間計(jì)算；W3 一水廠沖洗濾池和沉淀池排泥等生產(chǎn)用水，等于最高日用水量的5%10%；W4 安全貯水量。清水池有效容積按上式計(jì)算時(shí)，尚需復(fù)核必要的消毒接觸時(shí)

12、間（消毒時(shí)間不低于30分 鐘）。清水池的個(gè)數(shù)一般不少于兩個(gè)，并能單獨(dú)工作和分別放空。如有特殊措施能保證供水要 求時(shí)，亦可采用一個(gè)，但需分格或采取適當(dāng)措施，以便清洗或檢修時(shí)不間斷供水。水塔除了貯存調(diào)節(jié)用水量以外，還需貯存室內(nèi)消防用水量。因此，水塔設(shè)計(jì)有效容積為:W = W1 + W2（5-4）式中 W1 調(diào)節(jié)容積，m3；W2 消防貯水量，m3，按10min室內(nèi)消防用水量計(jì)算。二、清水池和水塔的構(gòu)造清水池的構(gòu)造一般當(dāng)水池容積小于2500m3時(shí)，以圓形較為經(jīng)濟(jì)，大于2500m3以矩形較為經(jīng)濟(jì)。圖5-2圓形鋼筋混凝土水池清水池個(gè)數(shù)或分格數(shù)，一般不少于兩個(gè)，并且可以單獨(dú)工作，分別檢修。如近期只建造 一個(gè)

13、清水池時(shí)，水廠應(yīng)設(shè)超越管繞過清水池，以便清洗時(shí)仍可供水。水塔的構(gòu)造多數(shù)水塔采用鋼筋混凝土或磚石等建造，但以鋼筋混凝土水塔或磚支座的鋼筋混凝土水 柜用得較多。鋼筋混凝土水塔主要由水柜（或水箱）、塔架、管道和基礎(chǔ)組成。（1）水柜（或水箱）（2）塔體（3）管道和設(shè)備（4）基礎(chǔ)第三節(jié)給水系統(tǒng)的水壓關(guān)系為供給用戶足夠的生活用水或生產(chǎn)用水，給水系統(tǒng)應(yīng)保證一定的水壓，通常叫做自由水 壓，即從地面算起的水壓。城市給水管網(wǎng)需保持最小的自由水壓為：1層10m，2層12m， 2層以上每層增加4m。一、一級泵站水泵揚(yáng)程確定水泵揚(yáng)程H等于靜揚(yáng)程和水頭損失之和： pH =叫 +Z h（5-5）水頭損失Zh包括水泵吸水管、

14、壓水管和泵站連接管線的水頭損失。所以一級泵站的揚(yáng)程為（圖5-3）：H = H 0 + h + 氣（5-6）式中H0 一靜揚(yáng)程，m；h 一由最高日平均時(shí)供水量加水廠自用水量確定的吸水管路水頭損失，m；hd 一由最高日平均時(shí)供水量加水廠自用水量確定的壓水管和泵站到絮凝池管線 中的水頭損失，m。圖5-3 一級泵站揚(yáng)程計(jì)算1-吸水井；2-一級泵站；3-絮凝池二、二級泵站水泵揚(yáng)程和水塔高度的確定二級泵站水泵揚(yáng)程和水塔的高度與管網(wǎng)中是否設(shè)置水塔及水塔在管網(wǎng)中的位置有關(guān)。1.無水塔管網(wǎng)無水塔的管網(wǎng)（圖5-4）由泵站直接輸水到用戶時(shí)，靜揚(yáng)程等于清水池最低水位與管網(wǎng)圖5-4無水塔管網(wǎng)的水壓線1-最小用水時(shí)；2-

15、最高用水時(shí)控制點(diǎn)所需水壓標(biāo)高的高程差。所謂的控制點(diǎn)是指整個(gè)給水系統(tǒng)中水壓最不容易滿足的地點(diǎn) （又稱最不利點(diǎn)），用以控制整個(gè)供水系統(tǒng)的水壓，只要該點(diǎn)的壓力在最高用水量時(shí)可以達(dá)到最小服務(wù)水頭的要求，整個(gè)管網(wǎng)就不會(huì)存在低水壓區(qū)。該點(diǎn)對供水系統(tǒng)起點(diǎn)（泵站或水塔） 的供水壓力要求最高，這一特征是判斷某點(diǎn)是不是控制點(diǎn)的基本準(zhǔn)則。正確地分析確定系統(tǒng) 的控制點(diǎn)非常重要，它是正確進(jìn)行給水系統(tǒng)水壓分析的關(guān)鍵。一般情況下，控制點(diǎn)通常在系 統(tǒng)的下列地點(diǎn)：（1）地形最高點(diǎn)；（2）距離供水起點(diǎn)最遠(yuǎn)點(diǎn)；（3）要求自由水壓最高點(diǎn)。當(dāng)然，若系統(tǒng)中某一地點(diǎn)能同時(shí)滿足上述條件，這一地點(diǎn)一定是控制點(diǎn)，但實(shí)際工程中， 往往不是這樣，多

16、數(shù)情況下只具備其中的一個(gè)或兩個(gè)條件，這時(shí)需選出幾個(gè)可能的地點(diǎn)通過 分析比較才能確定。另外，選擇控制點(diǎn)時(shí)，應(yīng)排除個(gè)別對水壓要求很高的特殊用戶（如高層 建筑、工廠等），這些用戶對水壓的要求應(yīng)自行加壓解決，對于同一管網(wǎng)系統(tǒng)，各種工況（最 高時(shí)、消防時(shí)、最不利管段損壞時(shí)、最大轉(zhuǎn)輸時(shí)等）的控制點(diǎn)往往不是同一地點(diǎn)，需根據(jù)具 體情況正確選定。水頭損失包括吸水管、壓水管、輸水管和管網(wǎng)等水頭損失之和。故無水塔時(shí)二級泵站揚(yáng) 程為：H = Z + H + h + h + h（5-7）式中 Z 一管網(wǎng)控制點(diǎn)c的地面標(biāo)高和清水池最低水位的高程差，m；H 一控制點(diǎn)所需的最小服務(wù)水頭，m；hs 一吸水管中的水頭損失，m；、

17、,、一輸水管和管網(wǎng)中水頭損失，m。、,七和h都應(yīng)按水泵最高時(shí)供水量計(jì)算。網(wǎng)前（前置）水塔管網(wǎng)對于網(wǎng)前（前置）水塔，當(dāng)泵站供水量大于管網(wǎng)中用戶用水量時(shí)，多余的水量通過輸水 管送至水塔中貯存，而在最高用水時(shí)，由泵站和水塔聯(lián)合向管網(wǎng)中用戶供水以滿足水量的需 求。網(wǎng)前（前置）水塔的水壓線見圖5-5，由圖中的水壓關(guān)系，最高用水時(shí)的水壓平衡關(guān)系 為：Z + H = Z + H + h（5-8）t t c c n式中 Z 一設(shè)置水塔處的地形標(biāo)高，m；Ht 水塔高度，m；Z 一控制點(diǎn)處的地形標(biāo)高，m；H 一控制點(diǎn)要求的自由水壓，m；hn 一按最高時(shí)用水量計(jì)算的從水塔至控制點(diǎn)之間管路的水頭損失，m。故水塔高度計(jì)

18、算公式為：H = H + h Z ）（5-9）從式5-9可以看出，建造水塔處的地面標(biāo)高Z越高，則水塔高度H越低，造價(jià)越低，當(dāng)H =0時(shí)，即變?yōu)楦叩厮?，這就是水塔建在高地的原因。圖5-5網(wǎng)前水塔管網(wǎng)的水壓線1-最高用水時(shí)；2-最小用水時(shí)網(wǎng)后（對置）水塔管網(wǎng)由于城市地形和保證供水區(qū)水壓的需要，水塔可能布置在管網(wǎng)末端的高地上，這樣就形 成對置水塔的給水系統(tǒng)。如圖5-6所示的對置水塔系統(tǒng)，可能有兩種工作情況：圖5-6對置水塔管網(wǎng)的水壓線1-最高用水時(shí)；2-最大轉(zhuǎn)輸時(shí)（1）在最高用水量時(shí)，管網(wǎng)用水由泵站和水塔同時(shí)供給，兩者各有自己的給水區(qū)，在 給水區(qū)分界線上，水壓最低。水泵揚(yáng)程可按無水塔管網(wǎng)的計(jì)算公式（式5-7）進(jìn)行計(jì)算，水 塔高度的計(jì)算公式可按網(wǎng)前水塔的計(jì)算公式（式5-9）進(jìn)行計(jì)算。（2）在一天內(nèi)有若干小時(shí)因二級泵站供水量大于用水量，多余的水通過管網(wǎng)轉(zhuǎn)輸入水 塔貯存，一般取最大一小時(shí)的轉(zhuǎn)輸流量作為管網(wǎng)設(shè)計(jì)校核的依據(jù)。最大轉(zhuǎn)輸時(shí)水泵揚(yáng)程的計(jì)算公式為：H = Z + H + H + h + h + h （5-10）p t t 0 s c n式中 H 一最大轉(zhuǎn)輸時(shí)水泵揚(yáng)程，