分區(qū)給水系統(tǒng)

關(guān)于分區(qū)給水系統(tǒng)第一頁(yè)，共三十五頁(yè)，2022年，8月28日第一節(jié)概述分區(qū)給水一般是根據(jù)城市地形特點(diǎn)將整個(gè)給水系統(tǒng)分成幾區(qū)，每區(qū)有獨(dú)立的泵站和管網(wǎng)等，但各區(qū)之間有適當(dāng)?shù)穆?lián)系，以保證供水可靠和調(diào)度靈活。分區(qū)給水的原因技術(shù)上是使管網(wǎng)的水壓不超過水管可以承受的壓力，以免損壞水管和附件，并可減少漏水量；經(jīng)濟(jì)上的原因是降低供水能量費(fèi)用。第二頁(yè)，共三十五頁(yè)，2022年，8月28日給水區(qū)地形起伏、高差很大的分區(qū)給水系統(tǒng)并聯(lián)分區(qū)：由同一泵站內(nèi)的低壓和高壓水泵分別供給低區(qū)和高區(qū)用水。優(yōu)點(diǎn)：各區(qū)用水分別供給，比較安全可靠；各區(qū)水泵集中在一個(gè)泵站內(nèi)、管理方便。缺點(diǎn)：增加了輸水管長(zhǎng)度和造價(jià)；高區(qū)的水泵揚(yáng)程高，需用耐高壓的輸水管。第三頁(yè)，共三十五頁(yè)，2022年，8月28日并聯(lián)分區(qū)第四頁(yè)，共三十五頁(yè)，2022年，8月28日串聯(lián)分區(qū)串聯(lián)分區(qū)：高、低兩區(qū)用水均由低區(qū)泵站供給，但高區(qū)用水再由高區(qū)泵站加壓。第五頁(yè)，共三十五頁(yè)，2022年，8月28日重力輸水管分區(qū)重力輸水管分區(qū)：從水庫(kù)A輸水至水池B。為防止水管承受壓力過高，將輸水管適當(dāng)分段(即分區(qū))，在分段處建造水池，以降低管網(wǎng)的水壓，保證工作正常。第六頁(yè)，共三十五頁(yè)，2022年，8月28日重力輸水管分區(qū)重力輸水管不分區(qū)的情況分析第七頁(yè)，共三十五頁(yè)，2022年，8月28日第二節(jié)分區(qū)給水的能量分析管網(wǎng)中的最高水壓給水區(qū)地形從泵站起均勻升高。水由泵站經(jīng)輸水管供水到管網(wǎng)，這時(shí)管網(wǎng)中的水壓以靠近泵站處為最高。設(shè)給水區(qū)的地形高差為△Z，管網(wǎng)要求的最小服務(wù)水頭為H，最高用水時(shí)管網(wǎng)的水頭損失為∑h，則管網(wǎng)中最高水壓等于：H’=△Z+H+∑h由于輸水管的水頭損失，泵站揚(yáng)程HP’應(yīng)大于H’。第八頁(yè)，共三十五頁(yè)，2022年，8月28日分區(qū)給水系統(tǒng)技術(shù)上的考慮城市管網(wǎng)能承受的最高水壓H’，由水管材料和接口形式而定。為使用安全和管理方便起見，水壓最好不超過490——590kPa(50——60mH20)。最小服務(wù)水頭H由房屋層數(shù)確定。管網(wǎng)的水頭損失∑h根據(jù)管網(wǎng)水力計(jì)算決定。H’=△Z+H+∑h當(dāng)管網(wǎng)延伸很遠(yuǎn)，這時(shí)即使地形平坦（即△Z很?。?，也因管網(wǎng)水頭損失過大（即∑h過大），而使得管網(wǎng)中最高水壓H’過大，為防止超壓，須在管網(wǎng)中途設(shè)置水庫(kù)泵站或加壓泵站，形成分區(qū)給水系統(tǒng)。第九頁(yè)，共三十五頁(yè)，2022年，8月28日分區(qū)給水系統(tǒng)技術(shù)上的考慮H’=△Z+H+∑h

管網(wǎng)最高承受水壓H’、最小服務(wù)水頭H以及水頭損失∑h確定后，就可以確定出管網(wǎng)最高承壓下所允許的最大地形高差△Z，即確定出給水分區(qū)界線，當(dāng)?shù)匦胃卟畛^此值時(shí)，就應(yīng)進(jìn)行分區(qū)。第十頁(yè)，共三十五頁(yè)，2022年，8月28日分區(qū)給水系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)上的考慮分區(qū)給水系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)上的考慮，目的是降低供水的動(dòng)力費(fèi)用。這時(shí)，需對(duì)管網(wǎng)進(jìn)行能量分析，找出哪些是浪費(fèi)的能量，分區(qū)后如何減少這部分能量，以此作為選擇分區(qū)給水的依據(jù)。能量浪費(fèi)：泵站揚(yáng)程根據(jù)控制點(diǎn)所需最小服務(wù)水頭和管網(wǎng)中的水頭損失確定，除了控制點(diǎn)附近地區(qū)外，大部分給水區(qū)的管網(wǎng)水壓高于實(shí)際所需的水壓，多余的水壓消耗在用戶給水龍頭的局部水頭損失上，因此產(chǎn)生能量浪費(fèi)。第十一頁(yè)，共三十五頁(yè)，2022年，8月28日輸水管的供水能量分析未分區(qū)時(shí)泵站供水的能量第十二頁(yè)，共三十五頁(yè)，2022年，8月28日輸水管的供水能量分析未分區(qū)時(shí)泵站供水能量的組成第十三頁(yè)，共三十五頁(yè)，2022年，8月28日輸水管的供水能量分析未分區(qū)時(shí)泵站供水能量的組成單位時(shí)間內(nèi)水泵的總能量等于上述三部分能量之和：E=E1+E2+E3總能量中只有保證最小服務(wù)水頭的能量E1得到有效利用。由于給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，泵站流量和控制點(diǎn)水壓Zi+Hi已定,所以E1不能減小。第二部分能量E2消耗于輸水過程不可避免的水管摩阻。為了降低這部分能量，必須減小hij其措施是適當(dāng)放大管徑，所以并不是一種經(jīng)濟(jì)的解決辦法。第三部分能量E3未能有效利用，屬于浪費(fèi)的能量，這是集中給水系統(tǒng)無法避免的缺點(diǎn)，因?yàn)楸谜颈仨殞⑷苛髁堪醋钸h(yuǎn)或位置最高處用戶所需的水壓輸送。也就是說，上述三部分能量中，只能降低E3。第十四頁(yè)，共三十五頁(yè)，2022年，8月28日輸水管的供水能量分析能量利用率

集中(未分區(qū))給水系統(tǒng)中供水能量利用的程度，可用必須消耗的能量占總能量的比例來表示，稱為能量利用率：從上式看出，為了提高輸水能量利用率，只有設(shè)法降低E3值，這就是從經(jīng)濟(jì)上考慮管網(wǎng)分區(qū)的原因。第十五頁(yè)，共三十五頁(yè)，2022年，8月28日輸水管的供水能量分析輸水管分區(qū)時(shí)供水能量分析能量分配圖繪制能量分配圖的目的是確定分區(qū)界線和各區(qū)的泵站位置。橫坐標(biāo)將節(jié)點(diǎn)流量q1、q2

、q3

、q4等值順序按比例繪在橫坐標(biāo)上。各管段流量可從節(jié)點(diǎn)流量求出，例如管段3—4的流量q3—4等于q1+q2+q3

，泵站的供水量即管段4—5的流量q4—5等于q1+q2+q3+q4等。第十六頁(yè)，共三十五頁(yè)，2022年，8月28日輸水管的供水能量分析能量分配圖縱坐標(biāo)縱坐標(biāo)上按比例繪出各節(jié)點(diǎn)的地面標(biāo)高Zi和所需最小服務(wù)水頭Hi，得到若干以qi為底、Zi

+Hi為高的矩形面積，這些面積的總和等于保證最小服務(wù)水頭所需的能量，即圖中的E1部分。第十七頁(yè)，共三十五頁(yè)，2022年，8月28日輸水管的供水能量分析能量分配圖縱坐標(biāo)在縱坐標(biāo)上再繪出各管段的水頭損失h1—2、h2—3

、h3—4

、h4—5等，縱坐標(biāo)總高度為H。H為泵站5的揚(yáng)程H=H1+Z1+∑hij每一管段流量qij和相應(yīng)水頭損失hij所形成的矩形面積總和，等于克服水管摩阻所需的能量，即圖中的E2部份。第十八頁(yè)，共三十五頁(yè)，2022年，8月28日輸水管的供水能量分析能量分配圖縱坐標(biāo)由于泵站總能量為E=q4—5H，且E=E1+E2+E3，所以除了E1和E2外，其余部分面積就是無法利用而浪費(fèi)的能量E3。它等于以qi為底，過剩水壓△Hi（以△H4為例，由右圖可知，△H4=Z1+H1+h1—2+h2—3+h3—4-Z4-H4,該式與式8—6相對(duì)應(yīng)）為高的矩形面積之和，在圖8—5中用E3表示。第十九頁(yè)，共三十五頁(yè)，2022年，8月28日輸水管的供水能量分析分區(qū)給水對(duì)減少未加利用的能量E3的作用若在節(jié)點(diǎn)3處設(shè)加壓泵站，將輸水管分成兩區(qū)，分區(qū)后，泵站5的揚(yáng)程只須滿足節(jié)點(diǎn)3處的最小照務(wù)水頭，因此可從未分區(qū)時(shí)的H降低到H’。從圖看出，此時(shí)過剩水壓△H3消失，△H4減小，因而減小了一部分未利用的能量。減小的未利用能量值如圖8—5中陰影部分面積所示。第二十頁(yè)，共三十五頁(yè)，2022年，8月28日輸水管的供水能量分析分區(qū)給水對(duì)減少未加利用的能量E3的作用減小的未利用的能量等于：第二十一頁(yè)，共三十五頁(yè)，2022年，8月28日輸水管的供水能量分析以上是輸水管沿線有流量分出，管徑和流量有變化的情況。對(duì)于輸水管沿線無流量分出，管徑和流量沒有變化的情況：

分區(qū)后非但不能降低能量費(fèi)用，甚至基建和設(shè)備等項(xiàng)費(fèi)用反而增加，管理也趨于復(fù)雜。這時(shí)只有在輸水距離遠(yuǎn)、管內(nèi)的水壓過高時(shí)，才考慮分區(qū)。第二十二頁(yè)，共三十五頁(yè)，2022年，8月28日輸水管的供水能量分析平地上的輸水管線能量分配圖因沿線各點(diǎn)(0——13)的配水流量不均勻，從能量圖上可以找出最大可能節(jié)約的能量為0AB3矩形面積（此矩形面積是12個(gè)矩形中面積最大的）。因此加壓泵站可考慮設(shè)在節(jié)點(diǎn)3處，節(jié)點(diǎn)3將輸水管分成兩區(qū)。第二十三頁(yè)，共三十五頁(yè)，2022年，8月28日管網(wǎng)的供水能量分析假定給水區(qū)地形從泵站起均勻升高，全區(qū)用水量均勻，要求的最小服務(wù)水頭相同。設(shè)管網(wǎng)的總水頭損失為∑h，泵站吸水井水面和控制點(diǎn)地面高差為△Z。未分區(qū)時(shí)，泵站的流量為Q，揚(yáng)程為

Hp=△Z+H+∑h第二十四頁(yè)，共三十五頁(yè)，2022年，8月28日管網(wǎng)的供水能量分析等分為兩區(qū)時(shí)第一區(qū)水泵揚(yáng)程HⅠ=△Z/2+H+∑h/2

第一區(qū)最小服務(wù)水頭與泵站總揚(yáng)程Hp相比極小時(shí)，則H可以略去不計(jì)，得：HⅠ=△Z/2+∑h/2第二區(qū)水泵揚(yáng)程第二區(qū)泵站能利用第一區(qū)水壓H時(shí)，HⅡ+H=△Z/2+H+∑h/2則HⅡ=△Z/2+∑h/2

第二十五頁(yè)，共三十五頁(yè)，2022年，8月28日管網(wǎng)的供水能量分析等分為兩區(qū)時(shí)等分成兩區(qū)后，所節(jié)約的能量為Q/2(△Z/2+∑h/2+H/2)=Q(△Z+∑h+H)/4=E/4，如下圖陰影部分矩形面積所示，即比不分區(qū)時(shí)最多可以節(jié)約1/4的供水能量。如下圖所示：總能量E=QHp

保證最小服務(wù)水頭所需能量E1=(△Z+H)Q/2克服水管摩阻所需的能量E2=(Q/2)∑h

剩余部分即為未利用能量E3。第二十六頁(yè)，共三十五頁(yè)，2022年，8月28日管網(wǎng)的供水能量分析等分為兩區(qū)時(shí)對(duì)于沿線流量均勻分配的管網(wǎng)，最大可能節(jié)約能量為E3部分中的最大內(nèi)接矩形面積，相當(dāng)于將加壓泵站設(shè)在給水區(qū)中部的情況。也就是分成相等的兩區(qū)時(shí)，可使浪費(fèi)的能量減到最少。第二十七頁(yè)，共三十五頁(yè)，2022年，8月28日管網(wǎng)的供水能量分析分為n區(qū)時(shí)串聯(lián)分區(qū)第二十八頁(yè)，共三十五頁(yè)，2022年，8月28日管網(wǎng)的供水能量分析分為n區(qū)時(shí)并聯(lián)分區(qū)第二十九頁(yè)，共三十五頁(yè)，2022年，8月28日管網(wǎng)的供水能量分析由上述兩式可知，無論串聯(lián)分區(qū)或并聯(lián)分區(qū)，分區(qū)后可以節(jié)省的供水能量相同。一般按節(jié)約能量的多少來劃定分區(qū)界線，因?yàn)楣芫W(wǎng)、泵站和水池的造價(jià)不大受到分界線位置變動(dòng)的影響，所以考慮是否分區(qū)以及選擇分區(qū)形式時(shí)，應(yīng)根據(jù)地形、水源位置、用水量分布等具體條件，擬定若干方案，進(jìn)行比較。串聯(lián)或并聯(lián)分區(qū)所節(jié)約的能量相近，并聯(lián)分區(qū)增加了輸水管長(zhǎng)度，串聯(lián)分區(qū)增加了泵站，因此兩種布置方式的造價(jià)和管理費(fèi)用并不相同。第三十頁(yè)，共三十五頁(yè)，2022年，8月28日第三節(jié)分區(qū)給水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)為使管網(wǎng)水壓不超出水管所能承受的壓力，以及減少無形的能量浪費(fèi)，可采用分區(qū)給水。管網(wǎng)分區(qū)后，將增加管網(wǎng)系統(tǒng)的造價(jià)，因此須進(jìn)行技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上的比較。如所節(jié)約的能量費(fèi)用多于所增加的造價(jià)，則可考慮分區(qū)給水。在分區(qū)給水系統(tǒng)中，可以采用高地水池或水塔作為水量調(diào)節(jié)設(shè)備。容量相同時(shí)，高地水池的造價(jià)比水塔便宜。第三十一頁(yè)，共三十五頁(yè)，2022年，8月28日分區(qū)給水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)并聯(lián)分區(qū)的優(yōu)點(diǎn)：各區(qū)用水由同一泵站供給，供水比較可靠，管理也較方便，整個(gè)給水系統(tǒng)的工作情況較為簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)條件易與實(shí)際情況一致。并聯(lián)分區(qū)的缺點(diǎn)：增加輸水管造價(jià)。串聯(lián)分區(qū)的優(yōu)點(diǎn)：輸水管長(zhǎng)度較短，可用揚(yáng)程較低的水泵和低壓管。串聯(lián)分區(qū)的缺點(diǎn)：不夠安全可靠，低區(qū)事故影響高區(qū)供水；增加泵站的造價(jià)和管理費(fèi)用。第三十二頁(yè)，共三十五頁(yè)，2022年，8月28日分區(qū)給水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)城市地形對(duì)分區(qū)形式的影響城市狹長(zhǎng)發(fā)展時(shí)