给水排水管网系统概论

1、给水排水管网系统（第二版）教学参考课件同济大学环境科学与工程学院刘 遂 庆2009.3.第1章给水排水管网系统概论1.0 给水排水管网基本概念水工程技术发展历史1619年,伦敦铺管道向家庭用户供水。1804年,苏格兰佩斯利城首次用沉淀池和砂滤池处理用水,马车运送给用户。1807年,格拉斯哥建成过滤水厂和供水管道至用户。1829年,伦敦用标准慢滤池。1637年,天工开物最早记载用明矾净水。 1774年, 西班牙纳瓦雷特出版中华帝国游记记载中国应用明矾技术。1838年, 法国化学家J. 达尔赛发表明矾处理浑水方法和投加明矾不影响卫生的见解。1885年,美国萨摩维尔城首次用快滤池。1902年,比利时

2、首次用连续加氯消毒控制传染病。给水工程技术发展历史（续）1879年，旅顺市用铸铁管引龙引泉水供水师军营用水。1883年，英商杨树浦水厂，沉淀池及慢滤池。2270m3/d，后为9090m3/d， 供应人口16万人。1902年,华商上海内地自来水公司开始供水。上海杨树浦水厂中国用水量变化（1949-2004 ） ( x 108m3/yr)上海市城市供水管网管道长度（km）DN75mm以上城市居民日平均生活用水量 liters/cap.d年份1980198219841986198819901992用水量128132143162170176186年份199419961998200020022004用水

3、量194208214219219212国内部分城市给水系统规模比较（2004年）现代给水管网建设与构成城市道路地下管线城市地下管线共同沟布置1.1给水排水系统的功能与组成给水排水系统是为人们的生活、生产和消防提供用水和排除废水的设施总称。是现代化城市最重要的基础设施，是城市社会和经济发展现代化水平的重要标志。分为给水和排水两个组成部分，分别被称为给水系统和排水系统。给水的用途通常分为生活用水、工业生产用水和市政消防用水三大类。废水收集、处理和排放工程设施，称为排水工程系统。根据废水的来源，分为生活污水、工业废水和雨水三种类型。 给水排水系统子系统划分1）原水取水系统 包括水源地（如江河等地表水

4、资源，地下水资源，复用水资源）、取水设施、提升设备和输水管渠等。2）给水处理系统 包括各种采用物理、化学、生物等方法的水质处理设备和构筑物。工业用水一般有冷却、软化、淡化、除盐等工艺和设施。3）给水管网系统 包括输水管渠、配水管网、水压调节设施（泵站、减压阀）及水量调节设施（清水池、水塔等）等，又称为输水与配水系统。4）排水管网系统 包括收集与输送管渠、水量调节池、提升泵站及附属构筑物（如检查井、跌水井、水封井、雨水口等）等。5）废水处理系统 包括各种采用物理、化学、生物等方法的水质净化设备。常用物理处理工艺有格栅、沉淀、曝气、过滤等，常用化学处理工艺有中和、氧化等，常用生物处理工艺有活性污泥

5、处理、生物滤池、氧化沟等。6）排放和重复利用系统 包括废水受纳体和最终处置设施，如排放口、稀释扩散设施、隔离设施和废水回用设施等。给水排水系统应具有以下三项主要功能1）水量保障。及时可靠地提供满足用户需求的用水量，及时可靠地收集废水（包括生活污水和生产废水）和雨水并输送到指点地点。2）水质保障。向指定用水地点和用户供给符合质量要求的水及按有关水质标准将废水排入受纳水体。【国家饮用水水质标准、废水排放标准】3）水压保障。为用户提供标准的用水压力，排水系统具有足够的高程和压力，顺利排入受纳水体。必要时用水泵提升高程，或者通过跌水消能设施降低高程，以保证系统的通畅和稳定。图1.2 给水排水系统示意图

6、1-取水系统； 2-给水处理系统； 3-给水管网系统； 4-排水管网系统； 5-废水处理系统； 6-排放系统。 1.2城市用水量和用水量变化1.2.1城市用水量分类和用水量定额城市用水量主要分类： 1）居民生活用水量； 2）公共设施用水量（包括机关、学校、医院等） ； 3）工业企业生产用水量和工作人员生活用水量； 4）消防用水量； 5）市政用水量，主要指道路和绿地浇洒用水量； 6）未预见用水量及给水管网漏失水量。城市综合用水量：上述各类用水量总和。综合生活用水量：居民生活用水量和公共设施用水量之和。用水量标准：不同类别的用水量可以采用有关设计规范规定的用水量指标进行计算。【中华人民共和国国家标

7、准室外给水设计规范（GB 500132006）】城市用水量计算：根据城市的地理位置、用水人口、水资源状况、城市性质和规模、产业结构、国民经济发展和居民生活水平、工业回用水率等因素计算确定。城市用水量定额1、特大城市人口 100 万及以上；大城市人口 50 100 万；中、小城市人口不满 50 万。2、一区：湖北、湖南、江西、浙江、福建、广东、广西、海南、上海、江苏、安徽、重庆；二区：四川、贵州、云南、黑龙江、吉林、辽宁、北京、天津、河北、山西、河南、山东、宁夏、陕西、内蒙古河套以东、甘肃黄河以东地区；三区：新疆、青海、西藏、内蒙古河套以西和甘肃黄河以西的地区。1.2.2用水量表达和用水量变化系

8、数（1）用水量的表达 用水量是随时间变化的，设计用水量按一定时间内的平均值计算如下： 1）平均日用水量： 规划年限内，用水量最多的年总用水量除以用水天数。作为水资源规划和确定城市设计污水量的依据； 2）最高日用水量： 用水量最多的一年内，用水量最多的一天的总用水量。作为取水工程和水处理工程规划和设计的依据； 3）最高日平均时用水量： 最高日用水量除以24小时； 4）最高日最高时用水量： 用水量最高日的24小时中，用水量最大的一小时用水量。作为给水管网工程规划与设计的依据。（2）用水量变化系数 1）用水量日变化系数，记作Kd： 式中Qd最高日用水量，m3/d； Qy全年用水量，m3/a。时变化系

9、数和用水量变化曲线2）用水量时变化系数，记作Kh，根据最高日用水量和时变化系数，可计算最高时用水量： 式中：Qh最高时用水量，m3/h。3）用水量变化曲线 以时间t为横坐标和与该时间对应的用水量q(t)为纵坐标数据绘制的曲线。 年变化曲线、月变化曲线、日变化曲线、小时变化曲线、瞬时变化曲线。图1.3 某供水区7日用水量在线记录曲线最高日用水量变化曲线相对表示方法 最高日用水量变化曲线可采用每小时用水量占全日用水量的百分数表示，便于供水能力不等的城镇或系统之间比较和参考。小时平均用水量比例为100 / 244.17。例：某城市用水量变化曲线，最高时是上午89点，用水量比例为5.92%。一日中的小

10、时平均用水量比例为100 / 244.17，可以得出，时变化系数为kh 1.42。 特大城市大城市中等城市小城镇1.11.31.21.41.31.51.41.8城市用水量日变化系数 表1.313 给水排水系统工作原理131给水排水系统的流量关系1取水构筑物和水处理构筑物的设计流量取决于一级泵站和水厂的工作情况，通常是连续均匀地工作。 1) 流量稳定，有利于水处理构筑物运行和管理，保证出 水水质，使水厂运行管理简单； 2) 构筑物尺寸、设备容量减小，降低工程造价。 式中 水厂自用水系数，一般=1.051.1； T每天工作小时数。 Qd最高日设计用水量。2输配水管网的设计流量（1）二级泵站的工作情

11、况1）管网中无流量调节设施任何时刻供水量等于用水量；使用大小搭配的多台水泵适应用水量的变化；泵站管理，可根据管网的压力来切换水泵：Q二泵=Qh2）设计流量的确定1）管网中无流量调节设施2）管网有流量调节设施 每小时供水量可以不等于用水量，但24h总供水量等于总用 水量； 二级泵站的工作是按照设计供水曲线进行，设计供水曲线 根据用水量变化曲线拟定； 供水曲线尽量接近用水曲线，分级数不宜超过三级，水泵的合理搭配，适当留有发展余地。Q二泵=Qmax1按水源的数目分类（1）单水源给水管网系统（2）多水源给水管网系统 2按系统构成方式分类（1）统一给水管网系统： 同一管网按相同的压力供应生活、生产、消防

12、各类用水。系统简单，投资较少，管理方便。适用在工业用水量占总水量比例小，地形平坦的地区。（2）分质给水系统：因用户对水质的要求不同而分成两个 或两个以上系统，分别供给各类用户。可分为生活给水管网和生产给水管网等。 可以从同一水源取水，在同一水厂中经过不同的艺和流程处理后，由彼此独立的水泵、输水管和管网，将不同水质的水供给各类用户。采用分质给水系统 ，可使城市水厂规模缩小，节约药剂费用和动力费用，但管道和设备增多，管理较复杂。适用在工业用水量占总水量比例大，水质要求不高的地区。（3）分压给水系统 因用户对水压要求不同而分成两个或两个以上系统，分别供给各类用户。符合用户水质要求的水，由同一泵站内的

13、不同扬程的水泵分别通过高压、低压输水管和管网送往不同用户。采用此种系统，可减少高压管道和设备用量，节省供水能量费用。但需要增加低压管道和设备，管理较为复杂。适用在地形高差较大或对水压要求较大的地区。3按输水方式分类（1）重力输水：水源处地势较高，清水池中的水依 靠重力 进入管网系统，无动力消耗。（2）压力输水：依靠泵站加压输水。 1.3.3 排水管网系统的构成 收集设施；排水管网；水量调节池；提升泵站；废水输水管（渠）；排放口 。1-集水管网； 2-水量调节池； 3-提升泵站； 4-输水管（渠）。 排水管网收集、输送部分污水排放口岸边排放深水排放1.4.2排水管网系统的体制定义：不同排除方式所

14、形成的排水系统，称为排水体制。 合流制； 分流制。（1）合流制排水系统 1）直流式合流制排水系统。 将生活污水、工业废水和雨水混合在同一管道（渠）系统内排放的排水系统称为合流制排水系统。 新建工程中禁用。直排式合流制排水系统1 合流支管； 2 合流干管；3-河流 2）截流式合流制排水系统 1合流干管； 2溢流井； 3截流干管； 4污水处理厂；5-排水口； 6溢流干管； 7河流 （2）分流制排水系统定义：将生活污水、工业废水和雨水分别在两套或两套以上管道（渠）系统内排放的排水系统称为合流制排水系统。又分为完全分流制和不完全分流制两种。 完全分流制：1污水干管； 2污水主干管； 3污水厂； 4-排

15、水口； 5雨水干管； 6河流 不完全分流制只有污水排水系统，未建雨水排水系统，雨水沿天然地面、街道边沟、水渠等渠道系统排泄。待城市进一步发展后再修建雨水排水系统，使之成为完全分流制排水系统。1污水干管； 2污水主干管； 3污水厂；4-排水口； 5-明渠或小河； 6河流。 142 排水管网系统的体制排水系统的体制是指在一个地区内收集和输送废水的方式，简称排水体制（制度）。有合流制和分流制两种基本方式。1合流制所谓合流制是指用同一种管渠收集和输送生活污水、工业废水和雨水的排水方式。根据污水汇集后的处置方式不同，又可把合流制分为下列三种情况： （）直排式合流制： 管道系统的布置就近坡向水体，分若干排

16、出口，混合的污水未经处理直接排入水体，我国许多老城市的旧城区大多采用的是这种排水体制。 特点：系统简单，对水体污染严重。目前不宜采用。 （）截流式合流制 ： 系统在沿河岸边铺设一条截流干管，同时在截流干管上设置溢流井，并在下游设置污水处理厂。 晴天和初降雨时污水污水处理厂排入水体或再利用 当混合污水的流量截流干管的输水能力， 特点：比直排式有了较大的改 进，但在雨天时，仍有部 分混合污水未经处理而直 接排放，成为水体的污染 源而使水体遭受污染。 适用于对老城市的旧合流制 的改造 （）完全合流制 将污水和雨水合流于一条管渠，全部送往污水处理厂进行处理。特点: 卫生条件较好， 在街道下，管道综合也

17、比较方便，但工程量较大，初期投资大，污水厂的运行管理不便。2分流制 用不同管渠分别收集和输送生活污水、工业废水和雨水的排水方式。 排除生活污水、工业废水的系统称为污水排水系统 排除雨水的系统称为雨水排水系统。 根据雨水的排除方式不同，分流制又分为下列两种情况：生活污水工业废水污水厂排入水体或再利用（）完全分流制 污水管道系统和雨水管渠系统独立设置。雨水排入水体雨水排水系统污水排水系统 特点：比较符合环境保护的要求，但对城市管渠的一次性投资较大。适用于新建城市。（）不完全分流制 这种体制只有污水排水系统，没有完整的雨水排水系统。各种污水通过污水排水系统送至污水厂，经过处理后排 如城镇的地势适宜，

18、不易积水时，或初建城镇和小区可采用不完全分流制，先解决污水的排放问题，待城镇进一步发展后，再建雨水排水系统，完成完全分流制的排水系统。这样可以节省初期投资，有利于城镇的逐步发展。 入水体；雨水沿道路边沟，地面明渠和小河，然后进入较大的水体。（3）半分流制： 既有污水排水系统， 又有雨水排水系统。初降雨水污水厂排入水体或再利用后续雨水排入水体雨水排水系统雨水跳跃井特点：保护水环境，工程费用较大。适用于污染较严重地区。 3排水体制的选择合流制仅有一条管渠系统，对地下建筑相互间的矛盾较小，占地少，施工方便。分流制管线多，对地下建筑的竖向规划矛盾较大。（2）环境保护：直排式合流制不符合卫生要求，新建的

19、城镇和小区已不再采用；完全合流制排水系统卫生条件较好，但工程量大，初期投资大，污水厂的运行管理不便，特别是在我国经济实力还不雄厚的城镇和地区，更是无法采用；（1）城市规划： 在老城市的改造中，常采用截流式合流制，充分 利用原有的排水设施，与直排式相比，减小了对环境的危害，但仍有部分混合污水通过溢流井直接排入水体。分流制排水系统的管线多，但卫生条件好，有利于环境保护，虽然初降雨水对水体有污染，但它比较灵活，比较容易适应社会发展的需要，一般又能符合城镇卫生的要求，所以在国内外得到推荐应用，而且也是城镇排水系统体制发展的方向；不完全分流制排水系统，初期投资少，有利于城镇建设的分期发展，在新建城镇和小区可考虑采用这种体制