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给水管网
给水排水管道系统(给水部分)
给水系统是保证城市、工矿业等用水的各项构筑物和输配水管网组成的系统。
从水源取水,按用户对水质的要求进行处理,然后将水输送到用水区域,并按用户所需的水压向用户供水,因此给水系统是人类社会生活和生产环境中的一项重要的基础设施。
给水系统分类
•按水源种类:
地表水(江河、湖泊、蓄水库、海洋等)和地下水(浅层地下水、深层地下水、泉水等)给水系统;
•按供水方式:
自流系统(重力供水)、水泵供水系统(压力供水)和混合供水系统;
•按使用目的:
生活用水、生产给水和消防给水系统;
•按服务对象:
城市给水和工业给水系统;在工业给水中,分为循环系统和复用系统。
给水系统的组成
1、取水部分
2、净水部分
3、配水部分
4、输水系统和管网
1、取水部分(取水构筑物):
从水源取水(包括地下、地表),然后将水输送到水厂。
在设计时要有一定的保证率(地点的确定、安全度、保证率)。
2、净水部分(水处理构筑物):
对天然水源的水进行处理,使其符合水质标准。
通常说的水厂就是指这部分处理构筑物的组织。
常规流程:
混合——投药——反应——沉淀——过滤——消毒
3、配水部分(泵站和调节构筑物):
管道将水送到水厂或用户。
调节构筑物(清水池和水塔或高地水池等)——水量调节,水塔(高位水池)也有恒压作用。
泵站有一级泵站、二级泵站、增压泵站、调蓄泵站。
4、输水系统和管网
输水系统是将原水送至水厂的管渠,管网是将处理后的水送到各个用水区的全部管道,这部分基本上是隐蔽工程,因此有规划性、高质量的要求。
管网:
干管、分配管(设计只限于干管)
给水系统布置
•给水系统的选择在给水工程设计中具有重要的意义,选择影响到造价、运行费用、供水安全性、施工难易程度和管理工作量产生重大影响。
选择的内容包括水源和取水方式的选择、水厂规模的建造位置、输水路线和增压泵站的位置、管网定线和调蓄构筑物的布置等
•统一给水系统
•分质给水系统
•分压给水系统
•组合系统
一、统一给水系统
•即用同一系统(相同的水质)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。
•小城市工业用水量小,采用统一给水系统
•城市工厂分散,用水量小时,采用统一给水系统。
特点:
1、管理方便、集中;
2、水质统一;
3、管网压差大,漏水费能。
二、分质给水系统
•对于城市中用水量大、水质要求低的工业企业,可考虑采用分质给水系统。
•分质给水系统可以是同一水源,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;
•也可以是不同水源,如地表水经简单沉淀后供工业生产用水,地下水经消毒后供生活用水等。
三、分压给水系统
•由同一泵站内的不同水泵分别供水到水压要求高的高压管网和水压要求低的低压管网,以节约能量消耗。
影响给水系统布置的因素
1城市规划的影响
2水源的影响
3地形的影响
影响给水系统布置的因素
•城市规划的影响
水源选择、给水系统布置和水源卫生防护带的确定,都应以城市和工业区的建设规划为基础。
城市规划与给水系统设计关系极为密切。
例如,根据城市规划人数、房屋层数、标准及城市现状、气候条件等可以确定给水工程的设计规模。
⏹水源的影响
任何城镇,都会因水源种类、水源距给水区的距离、水源水质条件的不
同而影响到给水系统的布置。
水源选择顺序:
1、优先地下水源
如果该地地下水水源丰实且水质符合水源水质标准,应先取用地下水作为水源。
因为可省去处理构筑物,省去一些输水管线,节能工程造价。
在此条件下:
输水管、多水源系统、便于水量调配与调节,便于系统扩建。
2、重力输水的水源(泉水、高位水池)
可省去泵站,节能,在此条件下:
管网服务面积固定,不利发展
3、远距离输水的水源
就近水源贫乏,地下水位下降深度大,河水枯竭,必须取远处水源。
这就增加了输水管长度及中途提升泵站。
⏹地形的影响
地形条件对给水系统布置有很大影响。
中小城市如地形比较平坦,而工业用水量小,对水压又无特殊要求时,可采用统一给水系统
地形起伏较大或城市各区相隔较远时,比较适合采用分区给水系统和局部加压给水系统
工业给水系统
工业给水系统的构成和布置原则与城市给水系统基本相同。
当生产用水量不大的时候,常常由城市管网直接供给。
生产用水量较大的大型工业企业常常专门设置自用的工业用水给水系统;工业企业集中的区域,如工业园区,有合适水源时,可设置工业用水给水系统。
•工业给水系统类型
•根据工业企业内水的重复利用情况,可分为循环和复用给水系统。
•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:
是按照各车间或工厂与工厂之间对水质的要求,将水顺序重复利用。
工业用水的重复利用率是指重复用水量在总用水量中所占的百分数。
第二章设计用水量
•设计用水量组成:
✓综合生活用水:
包括居民生活用水和公共建筑及设施用水。
学校、机关、宾馆、饭店等
✓工业企业生产用水和工作人员生活用水。
✓消防用水。
✓浇洒道路和绿地用水。
✓未预计水量及管网漏失水量。
水厂的设计规模,应为1~6项中的最高日用水量之和确定,不包括消防用水.
1.居民生活用水和综合生活用水
•城市居民生活用水量由城市人口、每人每日平均生活用水量和城市给水普及率等因素确定。
这些因素随城市规模的大小而变化。
•居民生活用水定额和综合用水定额可参照《室外给水设计规范》的规定,见附录表1。
2.工业企业生产用水和工作人员生活用水
•工业生产用水指标一般以万元产值用水量表示。
•有些工业企业是以工业产品的产量为指标,这时,工业企业的生产用水量标准是按单位产品计算用水量,如每生产一吨钢要多少水,或按每台设备每天用水量计算。
•工业企业内工作人员生活用水量和淋浴用水量
工作人员生活用水量:
应根据车间性质决定,一般车间采用每人每班25L,高温车间采用每人每班35L。
工业企业内工作人员的淋浴用水量:
可参照附录表2的规定,淋浴时间在下班后一小时内进行。
消防用水
•城市或居住区的室外消防用水量,应按同时发生的火灾次数和一次灭火的用水量确定,见附录表3。
•工厂、仓库和民用建筑的室外消防用水量,可按同时发生火灾的次数和一次灭火的用水量确定,见附录表4和表5。
其它用水
•浇洒道路和绿化用水量应根据路面种类、绿化面积、气候和土壤等条件确定。
浇洒道路用水量一般为每平方米路面每次2—3L。
大面积绿化用水量可采用1—3L/(d·m2)。
•城市的管网漏失水量可按最高日用水量的10%—12%计算。
•城市的末预见水量可按最高日用水量的8%—12%计算.
设计用水量组成:
综合生活用水:
包括居民生活用水和公共建筑及设施用水。
如学校、机关、宾馆、饭店等
工业企业生产用水和工作人员生活用水。
消防用水。
浇洒道路和绿地用水。
未预计水量及管网漏失水量。
二、用水量变化
•生活用水量变化
•工业生产用水量变化
几个概念
•最高日用水量Qd:
在设计规定的年限内,用水最多一日的用水量。
一般用以确定给水系统中各类设施的规模。
•日变化系数Kd:
在一年中,最高日用水量与平均日用水量的比值。
其值约为1.1~1.5。
•最大时用水量Qh:
最高日内,用水最多的一小时的用水量。
•平均时用水量Qp:
最高日内,每小时的平均用水量,Qd/24。
•时变化系数Kh:
最高一小时用水量与平均时用水量的比值。
该值在1.3-1.6之间。
大中城市的用水比较均匀,Kh值较小,可取下限,小城市可取上限或适当加大。
用水量变化曲线
•图中每小时用水量按最高日用水量的百分数计,图形面积等于∑Qi%=100%,Qi%是以最高日用水量百分数计的每小时用水量。
•4.17%:
平均时用水量百分数=(Qd/24)/Qd×100%=1/24×100%=4.17%
•1.44:
Kh=Qh/Qp=6%/4.17%=1.44
用水量计算
•城市总用水量计算时,应包括设计年限内该给水系统所供应的全部用水:
1、城镇或居住区最高日生活用水量
2、公共建筑用水量
3、工业企业生产用水和职工生活用水
4、消防用水
5、浇洒道路和绿地用水
6、末预见水量
7、管网漏失水量
城镇或居住区的最高日生活用水量Q1
Q1=qNf(m3/d)
q——最高日生活用水量定额,m3/(d.人)
N——设计年限内计划人口数;如设计年限为30年,N就是30年后的计划人口数。
f——自来水普及率,%。
公共建筑用水量Q2
Q2=qN(m3/d)
q——公共建筑的最高日用水量定额
N——公共建筑的用水单位数(人、床等)
工业企业生产用水和工作人员职工的生活用水
Q3=(QⅠ+QⅡ+QⅢ)(m3/d)
QⅠ——工业企业生产用水量,由生产工艺要求确定
QⅡ——工业企业的职工生活用水量,一般采用30~50L/(人.班)
QⅢ——工业企业的职工淋浴用水量,一般采用40~60L/(人.班),延续时间为1h
工业生产用水量
Q=qB(1-n)(m3/d)
q——城市工业万元产值用水量,m3/万元
B——城市工业总产值,万元;
n——工业用水重复利用率。
浇洒道路和大面积绿化所需水量Q4
Q4=(qLNL)/1000(m3/d)
qL——浇洒道路和场地为2~3L/(m2.d);绿化用水量1~3L/(m2.d)
NL——每日浇洒道路和绿地的面积
管网漏失水量:
Q5=(0.10~0.12)(Q1+Q2+Q3+Q4)(m3/d)
一般可按综合生活用水、工业企业用水、浇洒道路和绿地用水量的10%~12%计算.
未预见水量:
Q6=(0.08~0.12)(Q1+Q2+Q3+Q4+Q5)(m3/d)
一般可按综合生活用水、工业企业用水、浇洒道路和绿地用水量和管网损失量的8%~12%计算.
消防用水量Q7
Q7=(qSNS)/1000(m3/d)
qS——一次灭火用水量L/s;
NS——同一时间内灭火次数
•设计年限内城市最高日用水量Qd
Qd=(Q1+Q2+Q3+Q4+Q5+Q6)(m3/d)
注意:
在设计流量中不含消防用水量
•最高日平均时用水量Qp
Qp=Qd/(24×3600)=Qd/86400(m3/s)
•最高日最大时用水量Qh
Qh=KhQp(L/s)
第三章给水系统的工作关系
取水构筑物、一级泵站、水厂
•当取用地表水时
取水构筑物、一级泵站和水厂等按最高日的平均时流量计算,即:
QⅠ=αQd/T(m3/h)
α——考虑水厂本身用水量的系数,以供沉淀池排泥、滤池冲洗等用水,一般在1.05~1.10之间;
T——一级泵站每天工作小时数。
大中城市水厂的一级泵站一般按三班制即T=24h均匀工作来考虑,以缩小构筑物规模和降低造价。
小型水厂的一级泵站才考虑一班或二班制运转即T=8h或即T=16h。
取水构筑物、一级泵站、水厂
•当取用地下水时:
取用地下水若仅需在进入管网前消毒而无需其他处理时,一般先将水输送到地面水池,再经二级泵站将水池水输入管网。
QⅠ=Qd/T(m3/h)
水厂本身用水量系数α为1。
二级泵站、水塔(高地水池)、管网
•二级泵站、从泵站到管网的输水管、管网和水塔等的计算流量,应按照用水量变化曲线和二级泵站工作曲线确定。
•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。
二级泵站
•管网内不设水塔的二级泵站
二级泵站应满足最高日最高时的用水量Qh要求,否则就会存在不同程度的供水不足现象。
•管网内设有水塔或高地水池的二级泵站
二级泵站的设计供水线应根据用水量变化曲线拟定。
输水管、管网
•无水塔和高地水池时
输水管和管网按最高日最高时用水量确定管径。
•有网前水塔时
泵站到水塔的输水管管径:
按泵站分级工作线的最大一级供水量计算。
•管网管径:
按最高日最大时用水量确定。
•管网末端设水塔
二级泵站到管网的输水管、水塔到管网的输水管管径:
分别根据最高时从泵站和水塔输入管网的流量进行计算。
•管网管径:
按最高日最高时用水量确定。
清水池和水塔的容积计算
•清水池中除了贮存调节用水以外,还存放消防用水和水厂生产用水,因此清水池有效容积等于:
W=W1+W2+W3+W4(m3)
W1——调节容积,m3;
W2——消防贮水量,m3,按2h火灾延续时间计算;
W3——水厂冲洗滤池和沉淀池排泥等生产用水,m3,等于最高日用水量的5%—10%;
W4——安全贮量,m3。
清水池调节容积
•图中,实线2表示二级泵站工作线,虚线1表示一级泵站工作线。
一级泵站供水量大于二级泵站供水量这段时间内,图中为20时到次日5时,多余水量在清水池中贮存;而在5—20时,因一级泵站供水量小于二级泵站,这段时间内需取用清水池中存水,以满足用水量的需要。
但在一天内,贮存的水量刚好等于取用的水量。
•清水池所需调节容积=累计贮存水量B=累计取用水量A
水塔和清水池的容积计算
•有水塔时
清水池调节容积=二级泵站供水量-一级泵站供水量
•无水塔时
清水池调节容积=用水量-一级泵站供水量
此时用水量就是二级泵站供水量
•水塔容积=用水量-二级泵站供水量
水塔和清水池的容积计算
•水塔中需贮存消防用水,因此总容积等于:
W=W1+W2(m3)
W1——调节容积,m3;
W2——消防贮水量,m3,按10min室内消防用水量计算;
给水系统的水压关系
•城市给水管网需保持最小的服务水头Hc为:
从地面算起1层为10m,2层12m,2层以上每层增加4m。
水泵扬程确定
水泵扬程Hp等于静扬程和水头损失之和:
Hp=H0+∑h
一级泵站:
Hp=H0+hs+hd(m)
H0——静扬程,m,一级泵站静扬程是指水泵吸水井最低水位与水厂的前端处理构筑物(一般为混合絮凝池)最高水位的高程差。
hs——由QⅠ=αQd/T(最高日平均时供水量Qp+水厂自用水量)确定的吸水管水头损失,m;
hd——由QⅠ=αQd/T(最高日平均时供水量Qp+水厂自用水量)确定的压水管和泵站到絮凝池管线水头损失,m;
•二级泵站
所谓控制点是指管网中控制水压的点。
这一点往往位于离二级泵站最远或地形最高的点,只要该点的压力在最高用水量时可以达到最小服务水头的要求,整个管网就不会存在低水压区。
•无水塔时:
Hp=Zc+Hc+hs+hc+hn(m)
Zc——静扬程,管网控制点C的地面标高和清水池最低水位的高程差,m;
Hc——控制点所需的最小服务水头,m;
hs——吸水管中的水头损失,m;
hc、hn——输水管和管网中的水头损失,m;
hs、hc、hn都应按水泵最高时供水量Qh计算。
二级泵站
有水塔:
Hp=(Zc+Hc+hn+H0)+hc+hs=(Zt+Ht+H0)+hc+hs(m)
(Zt+Ht+H0)=(Zc+Hc+hn+H0)——静扬程,清水池最低水位和水塔最高水位的高程差,m;
Zc——管网控制点C的地面标高,m;
Hc——控制点所需的最小服务水头,m;
hn——按最高时供水量Qh计算的从水塔到控制点的管网水头损失,m;
hc——按最高时供水量Qh计算的从水泵到水塔的输水管水头损失,m;
hs——吸水管中的水头损失,m;
Zt——设置水塔处的地面标高,m;
Ht——水塔水柜底高于地面的高度,m;
H0——水塔中的水深,m。
二级泵站
消防时:
Hp’=Zc+Hf+hn’+hc’+hs’(m)
Zc——假设着火点C的地面标高,m;
Hf——着火点所需的最小服务水头,不低于10m;
hn’——按消防流量计算的管网水头损失,m;
hc’——按消防流量计算的输水管水头损失,m;
hs’——按消防流量计算的吸水管中的水头损失,m;
水塔高度确定
Zt+Ht+H0=Zc+Hc+hn+H0
则有:
Ht=Hc+hn-(Zt-Zc)
Hc——控制点所需的最小服务水头,m;
hn——按最高时供水量Qh计算的从水塔到控制点的管网水头损失,m;
Zt——设置水塔处的地面标高,m;
Zc——管网控制点C的地面标高,m;
第四章管网和输水管渠布置
管网图形
图形由节点和管段组成。
节点:
(1)水源点(二泵站、水塔、水池);
(2)用水户水量的折算出流点;
(3)不同管径或不同材质的水管相连的点(进水、出水、变径、变质,水力条件变化点).
管网布置形式
两种基本形式:
树状网、环状网
管网定线
•城市管网
城市给水管网定线:
是指在地形平面图上确定管线的走向和位置。
定线时一般只限于管网的干管以及干管之间的连接管,不包括从干管到用户的分配管和接到用户的进水管。
干管管径较大,用以输水到各地区。
分配管作用是从干管取水供给用户和消火拴。
管径较小。
常由城市消防流量决定所需最小的管径。
城市管网定线前准备工作:
主要是现场踏勘和资料的收集.
城镇给水管网定线是指在地形平面图上确定管线的走向和位置。
管线定线是在水量计算的基础上进行的,也就是设计流量是已知的。
一、用水户的基本情况:
位置,性质
二、城镇的近期和远期规划包括功能区分布,工业布局
三、现有给水设施的调查研究
四、地形地物等工程地质情况
五、社会效益,经济效益,环境效益
城市管网定线考虑的要点:
•干管延伸方向应和二级泵站输水到水池、水塔、大用户的水流方向一致。
•循水流方向,以最短的距离布置一条或数条干管,干管位置应从用水量较大的街区通过。
•干管的间距,可根据街区情况,采用500—800m。
•连接管的间距:
可根据街区的大小考虑在800—1000m左右。
•分配管:
在供水范围内的道路下把干管的水送到用户和消火栓的管道。
分配管直径至少100mm,大城市采用150—200mm,主要原因是通过消防流量时,分配管中的水头损失不致过大,以免火灾地区的水压过低。
•房屋进水管:
从分配管接出,将水接到用户的管道。
一般建筑物用一条进水管,用水要求较高的建筑物或建筑物群,有时在不同部位接入两条或数条进水管,以增加供水的可靠性。
管网附属设备的安排
一分配管的确定管径以消防量规定D≥100mm
二阀门调水量,水压,维修管网,400~600m设一个
三消火栓间距120m,距建筑物外墙>5m
四排气阀在管内,影响通水能力
五泄水阀
管线穿越障碍物考虑被穿越的可能性
造价高3-5倍,建筑物、河流、铁路顶管施工
工业企业内管网定线
特点:
水质不同(或各车间水压不同)
形式:
分质管网,分区(压)管网
一环、树、双管结合根据主要程度
二消防水管网不单设,而是合并于生活或生产管网
三受其他管线或地下设施影响甚大
输水管渠定线
引:
输水管——从水源到水厂或水厂到管网的管、渠叫做输水管或渠。
输水工程的意义是十分重大的。
是给水系统中关键环节之一。
它的工程造价也很高,特别是水源距给水较远的情况下,意义更为重大。
•输水管渠的形式:
压力输水管渠和无压输水管渠。
•远距离输水时,用的较多的是压力输水管渠,特别是输水管。
(一)输水方式
一压力输水方式
适用条件——水源地地形低于给水区。
有一组或多组输水的系统。
分级配输水原因:
减轻首级泵站(功率)负担;降低管网内压力(减少漏水量);水池可提供事故调节水量,减轻水锤的危害。
二重力输水方式
适用条件——水源地地形高于给水区,节能.
有时先将水打到高区,再靠重力输水——减少常年费用。
三压力输水与重力输水的结合方式
这种结合的方式在我国常用。
就是说:
有压力管(渠)、明渠、河道
应注意:
用河道或明渠来输水应有适当的防渗漏,防污染措施
输水管渠定线原则:
•必须与城市建设规划相结合、尽量缩短线路长度,减少拆迁,少占农田,便于管渠施工和运行维护,保证供水安全;
•选线时,应选择最佳的地形和地质条件,尽量沿现有道路定线、以便施工和检修;
•减少与铁路、公路和河流的交叉;
•管线避免穿越滑坡、岩层、沼泽、高地下水位和河水淹没与冲刷地区,以降低造价和便于管理。
•供水不许间断时,输水管渠一般不宜少于两条。
管网布置形式
两种基本形式:
树状网、环状网
管网图形简化
(1)简化原则
1)宏观等效原则。
对于管网某一些局部简化后,要保持其功能,各元素之间关系不变。
2)小误差原则。
简化模型与实际系统的误差,要控制在一定的允许范围内,要满足工程要求。
(2)管线简化的一般方法
1)删除次要管线(如管径较小的支管、配水管、出户管等),保留主干管线和干管线。
当系统规模小或计算精度要求高时,可以将较小的管线定为干管线;
当系统规模大或计算精度要求低时,可以将较大的管线定为次要管线
计算机进行计算时,可以将更多的管线定为计算管线。
计算管线定的越多工作量越大但计算结果越精确
计算管线定的越少工作量越大但计算结果越精确
2)相近交叉点合并,以减少管线数目
给水管网,为了施工便利和减少水流阻力,管线交叉处往往用两个三通管件代替四通管件,不必将两个三通认为是两个交叉点,应该简化为一个四通交叉点。
3)删除全开阀门,将管线从全闭阀门处切断。
全开和全闭的阀门都不必在简化的系统中出现。
只有调节阀、减压阀等需要给予保留。
4)并联的管线可以简化为单管线
其直径采用水力等效原则计算
5)将大系统拆分为多个小系统,分别进行分析计算。
(3)附属设施简化的一般方法
附属设施:
泵站、水池、水塔、消火栓、减压阀等。
具体措施包括:
1)删除不影响全局水力特性的设施,如全开的闸阀、排气阀、泄水阀、消火栓等
2)将同一处的多个相同设施合并,如同一处的多个水量调节设施(清水池、水塔)合并,并联和串联工作的水泵或泵站合并等。
管网图形简化分解、合并、省略
第五章管段流量管径和水头损失
干管的配水情况:
工业企业内部的管网,用水集中在少数几个车间,且车间的用水量较大,所以配水情况比较简单、明确。
但是在城镇的干管上,承接各种用户。
沿线配水,供给学校、工厂、机关等大用户,也给小用户,配水情况较复杂。
干管的这种复杂的配水情况是通过分配管实现的。
虽然干管的配水情况比较复杂,但是其用户情况有两类:
1分散用水户:
(居民)这些用户用水量逐时变化,位置不定,沿线用水
2集中用水户:
(工厂)这些用户用水量逐时不变,位置已知,集中出流
沿线流量和节点流量
虽然已把较复杂的用配水情况分成分散、集中两类,可是按这样的分配情况是很难,也是不必要的。
原因是:
1、用水量经常变化;
2、出流位置也不固定,即使固定,其间距又不均匀。
因此,实际在管网进行设计计算时,往往加以简化:
固定用水量均匀分布在全部干管上。
配水的均匀化——分散型用户用水特点的统一性;反映干管的实际负荷——∑L为配水实际长度。
比流量计算
影响qs的因素:
A用水量的变化,∑q不变,但是Q在逐时变化
B用水量标准,如各区房屋内卫生设备情况不同,应分别求qs(标准不同)
沿线流量:
是指供给该管段两侧用户所需流量。
•沿线最高用水时
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