第1章-給水排水管網(wǎng)系統(tǒng)概論

給水排水管網(wǎng)系統(tǒng)

（第三版）

給排水教研室佟勇

2017.2

課程學(xué)習(xí)要求及考核方式學(xué)習(xí)方法：課堂講授+課后練習(xí)+課程設(shè)計課堂講授——突出重點，掌握基礎(chǔ)理論和方法；課后練習(xí)——(1)作業(yè)練習(xí)；(2)專題討論；

(3)大作業(yè)；課程設(shè)計——將理論與實踐有機結(jié)合，學(xué)習(xí)實際工作方法，提高自己的設(shè)計能力，培養(yǎng)基本的工程師素質(zhì)。成績評定：期末成績＝平時成績（作業(yè)+出勤率+提問）(30%)+期終考試成績(70%)第1章給水排水管網(wǎng)系統(tǒng)概論中國是一個干旱缺水嚴(yán)重的國家。淡水資源總量為28000億m3

，占全球水資源的6%，名列世界第6位。中國的人均水資源量只有2100m3

，約為世界平均水平的1/4，是全球人均水資源貧乏的國家之一。中國是世界上用水量最多的國家。2008年，全國淡水取用量達(dá)到5910億m3

，約占世界年取用量的10%左右。據(jù)2010年《城市供水統(tǒng)計年鑒》，載入年鑒的全國654個城市的2009年供水總量為352.28億m3，漏損總量為57.16億m3，漏損率為16.23%。漏損總量為北京、天津、上海和重慶四個直轄市的售水總量之和（36.93億m3）的1.55倍。中國水資源現(xiàn)狀1.0中國水資源和給水排水工程中國用水量

(x108m3/yr)

1949-2010【注：中國年平均降雨量620mm，降水總量59520億m3/a，可用水資源量28000m3/a。

】全國城市給水排水工程建設(shè)投資（1953-2008）2008年全國城市給水排水工程建設(shè)固定資產(chǎn)投資近800億元，接近當(dāng)年國民經(jīng)濟(jì)總產(chǎn)值GDP的0.27%；在興建的工業(yè)建設(shè)投資中，給排水工程投資約占5—10％。中國城市供水發(fā)展（1949-2008）自1978年至2008年，城市供水能力由2,530.4萬m3／d增加到26966.0萬m3／d,增長了10.6倍;有自來水廠的城市由182個增加到655個。全國城市給水排水管道長度（1949-2008）城市道路地下管線城市地下管線共同溝布置給水管網(wǎng)工程建設(shè)1.1給水排水系統(tǒng)的功能與組成給水排水系統(tǒng)是為人們的生活、生產(chǎn)和消防提供用水和排除廢水的設(shè)施總稱。是現(xiàn)代化城市最重要的基礎(chǔ)設(shè)施，是城市社會和經(jīng)濟(jì)發(fā)展現(xiàn)代化水平的重要標(biāo)志。分為給水和排水兩個組成部分，分別被稱為給水系統(tǒng)和排水系統(tǒng)。給水的用途通常分為生活用水、工業(yè)生產(chǎn)用水和市政消防用水三大類。廢水收集、處理和排放工程設(shè)施，稱為排水工程系統(tǒng)。根據(jù)廢水的來源，分為生活污水、工業(yè)廢水和雨水三種類型。給排水系統(tǒng)功能關(guān)系示意圖給水排水系統(tǒng)子系統(tǒng)劃分1）原水取水系統(tǒng)包括水源地（如江河等地表水資源，地下水資源，復(fù)用水資源）、取水設(shè)施、提升設(shè)備和輸水管渠等。2）給水處理系統(tǒng)包括各種采用物理、化學(xué)、生物等方法的水質(zhì)處理設(shè)備和構(gòu)筑物。工業(yè)用水一般有冷卻、軟化、淡化、除鹽等工藝和設(shè)施。3）給水管網(wǎng)系統(tǒng)包括輸水管渠、配水管網(wǎng)、水壓調(diào)節(jié)設(shè)施（泵站、減壓閥）及水量調(diào)節(jié)設(shè)施（清水池、水塔等）等，又稱為輸水與配水系統(tǒng)。4）排水管網(wǎng)系統(tǒng)包括收集與輸送管渠、水量調(diào)節(jié)池、提升泵站及附屬構(gòu)筑物（如檢查井、跌水井、水封井、雨水口等）等。5）廢水處理系統(tǒng)包括各種采用物理、化學(xué)、生物等方法的水質(zhì)凈化設(shè)備。常用物理處理工藝有格柵、沉淀、曝氣、過濾等，常用化學(xué)處理工藝有中和、氧化等，常用生物處理工藝有活性污泥處理、生物濾池、氧化溝等。6）排放和重復(fù)利用系統(tǒng)包括廢水受納體和最終處置設(shè)施，如排放口、稀釋擴(kuò)散設(shè)施、隔離設(shè)施和廢水回用設(shè)施等。給水排水系統(tǒng)三項主要功能1）水量保障。及時可靠地提供滿足用戶需求的用水量，及時可靠地收集廢水（包括生活污水和生產(chǎn)廢水）和雨水并輸送到指點地點。2）水質(zhì)保障。向指定用水地點和用戶供給符合質(zhì)量要求的水及按有關(guān)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)將廢水排入受納水體?！緡绎嬘盟|(zhì)標(biāo)準(zhǔn)、廢水排放標(biāo)準(zhǔn)】3）水壓保障。為用戶提供標(biāo)準(zhǔn)的用水壓力，排水系統(tǒng)具有足夠的高程和壓力，順利排入受納水體。必要時用水泵提升高程，或者通過跌水消能設(shè)施降低高程，以保證系統(tǒng)的通暢和穩(wěn)定。圖1.2給水排水系統(tǒng)示意圖1-取水系統(tǒng)；2-給水處理系統(tǒng)；3-給水管網(wǎng)系統(tǒng)；4-排水管網(wǎng)系統(tǒng)；5-廢水處理系統(tǒng)；6-排放系統(tǒng)。

給排水管道系統(tǒng)均應(yīng)具有以下功能：水量輸送：實現(xiàn)一定水量的位置遷移，滿足用水與排水的地點要求；水量調(diào)節(jié)：采用儲水措施解決供水、用水與排水的水量不平衡問題；水壓調(diào)節(jié)：采用加壓和減壓調(diào)節(jié)措施調(diào)節(jié)的壓力，滿足水輸送、使用和排放的能量要求。給排水管道系統(tǒng)的特點：給水排水管道系統(tǒng)具有一般網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的特點，即分散性（覆蓋整個用水區(qū)域）、連通性（各部分之間的水量、水壓和水質(zhì)緊密關(guān)聯(lián)且相互作用）、傳輸性（水量輸送、能量傳遞）、擴(kuò)展性（可以向內(nèi)部或外部擴(kuò)展，一般分多次建成）等。同時給水排水管道系統(tǒng)又具有與一般網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)不同的特點，如隱蔽性強、外部干擾因素多、容易發(fā)生事故、基建投資費用大、擴(kuò)建改建頻繁、運行管理復(fù)雜等。

給水管網(wǎng)系統(tǒng)輸水管道渡槽輸水給水系統(tǒng)的組成水源取水構(gòu)筑物一級泵站輸水管渠水廠二級泵站調(diào)節(jié)構(gòu)筑物配水管網(wǎng)配水管網(wǎng)主要由主干管、干管、支管、連接管、分配管等構(gòu)成。配水管網(wǎng)中還需要安裝消火栓、閥門（閘閥、排氣閥、泄水閥等）和檢測儀表（壓力、流量、水質(zhì)檢測等）等附屬設(shè)施，以保證消防供水和滿足生產(chǎn)調(diào)度、故障處理、維護(hù)保養(yǎng)等管理需要。給水泵站減壓閥門水塔、水箱高位水池給水管網(wǎng)系統(tǒng)的構(gòu)成1.2城市用水量和用水量變化1.2.1城市用水量分類和用水量定額城市用水量主要分類：

1）居民生活用水量；Q12）公共設(shè)施用水量（包括機關(guān)、學(xué)校、醫(yī)院等）；Q23）工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)用水量和工作人員生活用水量；Q34）消防用水量；Q45）市政用水量，主要指道路和綠地澆灑用水量；(Q5)道路：1-1.5L/次.m2，綠化：1.5-2.0L/d.m26）未預(yù)見用水量及給水管網(wǎng)漏失水量。(10-20%計算）城市綜合用水量：上述各類用水量總和。綜合生活用水量：居民生活用水量和公共設(shè)施用水量之和。用水量定額：不同類別的用水量指標(biāo)?！局腥A人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)《室外給水設(shè)計規(guī)范》（GB50013－2006）】城市用水量計算：根據(jù)城市的地理位置、用水人口、水資源狀況、城市性質(zhì)和規(guī)模、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和居民生活水平、工業(yè)回用水率等因素計算確定。城市用水量定額1、特大城市人口100萬及以上；大城市人口50－100萬；中、小城市人口不滿50萬。2、一區(qū)：湖北、湖南、江西、浙江、福建、廣東、廣西、海南、上海、江蘇、安徽、重慶；二區(qū)：四川、貴州、云南、黑龍江、吉林、遼寧、北京、天津、河北、山西、河南、山東、寧夏、陜西、內(nèi)蒙古河套以東、甘肅黃河以東地區(qū)；三區(qū)：新疆、青海、西藏、內(nèi)蒙古河套以西和甘肅黃河以西的地區(qū)。用水量計算：城鎮(zhèn)或居住區(qū)的最高日生活用水量：Q1=q?NQ1:最高日生活用水量，m3/d;q:最高日生活用水量標(biāo)準(zhǔn)，m3/d?人；N：設(shè)計年限內(nèi)計劃人口數(shù)。城市的計劃人口數(shù)并不等于實際用水人數(shù)，應(yīng)按照實際情況考慮用水普及率，以便確定實際的用水人數(shù)，我國目前城市給水普及率97%以上。城市各區(qū)的用水量標(biāo)準(zhǔn)不同時，最高日用水量應(yīng)等于各區(qū)用水量總和：Q1=∑qi?NiQi和Ni分別表示各區(qū)的最高日生活用水量標(biāo)準(zhǔn)和計劃人口數(shù)。城鎮(zhèn)最高日設(shè)計用水量：Qd=（1.1-1.2）(Q1+Q2+Q3+Q4+Q5）(m3/d)從最高日用水量可得到最高日最高時設(shè)計用水量：Qh=1000?Kh?Qd/（24?3600）=Kh?Qd/86.4（L/s）1.2.2用水量表達(dá)和用水量變化系數(shù)（1）用水量的表達(dá)

用水量是隨時間變化的，設(shè)計用水量按一定時間內(nèi)的平均值計算如下：

1）平均日用水量：

規(guī)劃年限內(nèi)，用水量最多的年總用水量除以用水天數(shù)。作為水資源規(guī)劃和確定城市設(shè)計污水量的依據(jù)；

2）最高日用水量：

用水量最多的一年內(nèi)，用水量最多的一天的總用水量。作為取水工程和水處理工程規(guī)劃和設(shè)計的依據(jù)；

3）最高日平均時用水量：

最高日用水量除以24小時；

4）最高日最高時用水量：

用水量最高日的24小時中，用水量最大的一小時用水量。作為給水管網(wǎng)工程規(guī)劃與設(shè)計的依據(jù)。（2）用水量變化系數(shù)

1）用水量日變化系數(shù)，記作Kd：式中Qd――最高日用水量，m3/d；

Qy――全年用水量，m3/a。2）時變化系數(shù)，記作Kh，根據(jù)最高日用水量和時變化系數(shù)，可計算最高時用水量：

式中：Qh――最高時用水量，m3/h。3）用水量變化曲線

以時間t為橫坐標(biāo)和與該時間對應(yīng)的用水量q(t)為縱坐標(biāo)數(shù)據(jù)繪制的曲線。年變化曲線、月變化曲線、日變化曲線、小時變化曲線、瞬時變化曲線。

圖1.3某供水區(qū)7日用水量在線記錄曲線最高日用水量變化曲線相對表示方法

最高日用水量變化曲線可采用每小時用水量占全日用水量的百分?jǐn)?shù)表示，便于供水能力不等的城鎮(zhèn)或系統(tǒng)之間比較和參考。小時平均用水量比例為100％/24＝4.17％。例：某城市用水量變化曲線，最高時是上午8~9點，用水量比例為5.92%。一日中的小時平均用水量比例為100％/24＝4.17％，可以得出，時變化系數(shù)為kh＝1.42。特大城市大城市中等城市小城鎮(zhèn)1.1~1.31.2~1.41.3~1.51.4~1.8城市用水量日變化系數(shù)表1.31.3給水排水系統(tǒng)工作原理

1.3.1給水排水系統(tǒng)的流量關(guān)系Q1-取水流量；Q2-最大日供水量，Q1＝Q2＋q1或Q1＝α

Q2，q1-水廠自用水量；Q3-泵站供水量，q2-給水管網(wǎng)漏水量，q3-管網(wǎng)調(diào)節(jié)流量；Q4-最大日最大時用水量，Q3＋q3＝Q4＋q2；Q5-用戶排水量，Q5＝Q2－q4，q4-未進(jìn)入排水系統(tǒng)的水量；Q6-進(jìn)入廢水均和池流量，Q6＝Q5＋q5－q6，q5-滲入流量；Q7-污水廠入流量，Q7＝Q6/24，q6-調(diào)節(jié)水量

；Q8-系統(tǒng)排放流量，Q8＝Q7－q7，q7-排水處理系統(tǒng)自耗水

。1.3.2給水排水系統(tǒng)的水質(zhì)關(guān)系三個水質(zhì)變化過程：（1）給水處理：即將原水水質(zhì)凈化，使之達(dá)到給水水質(zhì)要求的處理過程；（2）用戶用水：用戶用水改變水質(zhì)，成為污水或廢水，水質(zhì)受到不同程度污染；（3）廢水處理：對污水或廢水進(jìn)行處理，達(dá)到排放水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。三個水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)：（1）原水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)：必須符合國家生活飲用水水源水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)；（2）給水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)：必須達(dá)到國家生活飲用水水質(zhì)衛(wèi)生規(guī)范要求，工業(yè)用水和其它用水必須達(dá)到有關(guān)行業(yè)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)或用戶特定的水質(zhì)要求；（3）排水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)：廢水經(jīng)過處理后要達(dá)到的水質(zhì)要求，應(yīng)按照國家廢水排放水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求及廢水排放受納水體的承受能力確定。管網(wǎng)水質(zhì)變化：由于管道材料的溶解、析出、結(jié)垢和微生物滋生等原因，給水管網(wǎng)的水質(zhì)也會發(fā)生變化，管網(wǎng)水質(zhì)變化與控制問題也已引起高重視并成為專業(yè)技術(shù)人員研究的對象。

1.3.3給水排水系統(tǒng)的水壓關(guān)系水在輸送中的壓力方式：（1）全重力給水：水通過重力自流到水廠，又通過重力輸水管和管網(wǎng)至用戶，這是一種最經(jīng)濟(jì)的給水方式。（2）一級加壓給水：采用一級加壓給水。水廠地勢較高時，從水源取水到水廠采用一級提升，處理后的清水依靠重力輸水給用戶；水源地勢較高時，依靠重力輸水至水廠，處理后的清水加壓輸送給用戶；采用封閉式供水設(shè)施，從取水處加壓后，采用承壓方式進(jìn)行處理，直接輸送給用戶。（3）二級加壓給水：在水源取水時經(jīng)過第一級加壓，提升到水廠進(jìn)行處理，清水經(jīng)過第二級加壓進(jìn)入輸水管和管網(wǎng)，供用戶使用。這是目前采用最多的給水方式。（4）多級加壓給水：長距離輸水時需要多級加壓提升，如水源離水廠很遠(yuǎn)時，原水需經(jīng)多級提升輸送到水廠，或水廠離用水區(qū)域很遠(yuǎn)時，清水需要多級提升輸送到用水區(qū)的管網(wǎng)；大型給水系統(tǒng)的用水區(qū)域很大，或用水區(qū)域為窄長型，應(yīng)采用多級供水加壓。1.4給水排水管網(wǎng)系統(tǒng)的功能與組成給水排水管網(wǎng)系統(tǒng)：給水排水工程設(shè)施的重要組成部分，是由不同材料的管道和附屬設(shè)施構(gòu)成的輸水網(wǎng)絡(luò)。分為給水管網(wǎng)系統(tǒng)和排水管網(wǎng)系統(tǒng)。給水管網(wǎng)系統(tǒng)：承擔(dān)供水的輸送、分配、壓力調(diào)節(jié)（加壓、減壓）和水量調(diào)節(jié)任務(wù)，保障用戶用水；排水管網(wǎng)系統(tǒng)：承擔(dān)污廢水收集、輸送、高程或壓力調(diào)節(jié)和水量調(diào)節(jié)任務(wù)，防止環(huán)境污染和防治洪澇災(zāi)害。給水管網(wǎng)系統(tǒng)和排水管網(wǎng)系統(tǒng)均應(yīng)具有以下功能：（1）水量輸送：實現(xiàn)水量的位置遷移，滿足用水與排水的地點要求；（2）水量調(diào)節(jié)：采用貯水措施解決供水、用水與排水的水量不平均問題；（3）水壓調(diào)節(jié)：采用加壓和減壓措施調(diào)節(jié)水的壓力，滿足水輸送、使用和排放的能量要求。

1.4.1給水排水管網(wǎng)系統(tǒng)的功能圖1.6給水管網(wǎng)系統(tǒng)示意圖1-清水池；2-供水泵站；3-輸水管；4-配水管網(wǎng)；5-水塔(高位水池)；6-加壓泵站；7-減壓設(shè)施

1.4.2給水管網(wǎng)系統(tǒng)的構(gòu)成（1）輸水管（渠）：是指在較長距離內(nèi)輸送水量的管道或渠道，輸水管（渠）一般不沿線向外供水。（2）配水管網(wǎng)：是指分布在供水區(qū)域內(nèi)的配水管道網(wǎng)絡(luò)。其功能是將來自于較集中點（如輸水管渠的末端或貯水設(shè)施等）的水量分配輸送到整個供水區(qū)域，使用戶能從近處接管用水。（3）泵站：泵站是輸配水系統(tǒng)中的加壓設(shè)施，一般由多臺水泵并聯(lián)組成（圖1.9）。（4）水量調(diào)節(jié)設(shè)施：有清水池（清水庫）、水塔和高位水池等，也稱調(diào)節(jié)構(gòu)筑物。（5）減壓設(shè)施：用減壓閥和節(jié)流孔板等降低局部水壓，避免水壓過高。圖1.7鋼筋混凝土輸水管道圖1.9給水泵站1.4.3排水管網(wǎng)系統(tǒng)的構(gòu)成

圖1.12排水管網(wǎng)系統(tǒng)示意圖1-集水管網(wǎng)；

2-水量調(diào)節(jié)池；

3-提升泵站；

4-輸水管（渠）。

（1）廢水收集設(shè)施：排水系統(tǒng)起始點。用戶室外窨井和排水支管。（2）排水管網(wǎng)：分布于排水區(qū)域內(nèi)的排水管道（渠道）網(wǎng)絡(luò)，將收集的污水、廢水和雨水等輸送到處理地點或排放口。（3）排水調(diào)節(jié)池：具有一定容積的污水、廢水或雨水貯存設(shè)施。降低高峰排水流量，降低工程造價。（4）提升泵站：通過水泵提升排水的高程或使排水加壓輸送。（5）廢水輸水管（渠）：長距離輸送廢水的壓力管道或渠道。（6）廢水排放口：排水管道的末端是廢水排放口，與接納廢水的水體連接。

污水排放口岸邊排放深水排放1.5給水排水管網(wǎng)系統(tǒng)類型與體制（1）按水源的數(shù)目分類

1）單水源給水管網(wǎng)系統(tǒng)：只有一個清水池（清水庫），經(jīng)過泵站加壓后進(jìn)入輸水管和管網(wǎng)，所有用戶的用水來源于一個水廠。較小企事業(yè)單位或小城鎮(zhèn)給水管網(wǎng)多為單水源給水管網(wǎng)系統(tǒng)，如圖1.19所示。

2）多水源給水管網(wǎng)系統(tǒng)：有多個水廠的清水池（清水庫）作為水源的給水管網(wǎng)系統(tǒng)，用戶用水可以來源于不同的水廠。大中城市甚給水管網(wǎng)系統(tǒng)一般是多水源給水管網(wǎng)系統(tǒng)，如圖1.20所示。具有較高的供水安全性。1.5.1給水管網(wǎng)系統(tǒng)類型圖1.19單水源給水管網(wǎng)系統(tǒng)示意圖1－地下水集水池；2－泵站；3－水塔；4－管網(wǎng)圖1.20多水源給水管網(wǎng)系統(tǒng)示意圖1－水廠；2－水塔；3－管網(wǎng)（2）按系統(tǒng)構(gòu)成方式分類

1）統(tǒng)一給水管網(wǎng)系統(tǒng)：系統(tǒng)中只有一個管網(wǎng)，統(tǒng)一供應(yīng)生產(chǎn)、生活和消防等各類用水。

2）分區(qū)給水管網(wǎng)系統(tǒng)：將給水管網(wǎng)系統(tǒng)劃分為多個區(qū)域，各區(qū)域管網(wǎng)具有獨立的供水泵站和供水壓力。分區(qū)給水管網(wǎng)可以降低平均供水壓力，減少爆管和節(jié)約泵站能耗。

分區(qū)方法：串聯(lián)分區(qū)，設(shè)多級泵站加壓；并聯(lián)分區(qū)，不同壓力要求的區(qū)域由不同泵站（或水泵）供水。1.5.1給水管網(wǎng)系統(tǒng)類型（2）分質(zhì)給水系統(tǒng)：因用戶對水質(zhì)的要求不同而分成兩個或兩個以上系統(tǒng)，分別供給各類用戶?？煞譃樯罱o水管網(wǎng)和生產(chǎn)給水管網(wǎng)等?？梢詮耐凰慈∷?，在同一水廠中經(jīng)過不同的工藝和流程處理后，由彼此獨立的水泵、輸水管和管網(wǎng)，將不同水質(zhì)的水供給各類用戶。如圖圖1.6分質(zhì)給水系統(tǒng)

采用此種系統(tǒng)，可使城市水廠規(guī)?？s小，特別是可以節(jié)約大量藥劑費用和動力費用，但管道和設(shè)備增多，管理較復(fù)雜。適用在工業(yè)用水量占總水量比例大，水質(zhì)要求不高的地區(qū)。

（3）按輸水方式分類

1）重力輸水管網(wǎng)系統(tǒng)：水源處地勢較高，水依靠自身重力進(jìn)入管網(wǎng)并供用戶使用。重力輸水管網(wǎng)系統(tǒng)無動力消耗，運行經(jīng)濟(jì)。

2）壓力輸水管網(wǎng)系統(tǒng)：水由泵站加壓經(jīng)輸水管進(jìn)入管網(wǎng)供用戶使用，需要消耗動力。1.5.1給水管網(wǎng)系統(tǒng)類型圖1.23重力輸水管網(wǎng)系統(tǒng)1-清水池；2-輸水管；3-配水管網(wǎng)定義：不同排除方式所形成的排水系統(tǒng)，稱為排水體制。－合流制；－分流制。（1）合流制排水系統(tǒng)

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