给水排水管网系统概论

给水排水管网系统概论第一页，共55页。课程学习要求及考核方式学习方法：课堂讲授+课后练习+课程设计课堂讲授——突出重点，掌握基础理论和方法；课后练习——(1)作业练习；(2)专题讨论；

(3)大作业；课程设计——将理论与实践有机结合，学习实际工作方法，提高自己的设计能力，培养基本的工程师素质。成绩评定：期末成绩＝平时成绩（作业+出勤率+提问）(30%)+期终考试成绩(70%)第二页，共55页。第1章给水排水管网系统概论第三页，共55页。中国是一个干旱缺水严重的国家。淡水资源总量为28000亿m3

，占全球水资源的6%，名列世界第6位。中国的人均水资源量只有2100m3

，约为世界平均水平的1/4，是全球人均水资源贫乏的国家之一。中国是世界上用水量最多的国家。2008年，全国淡水取用量达到5910亿m3

，约占世界年取用量的10%左右。据2010年《城市供水统计年鉴》，载入年鉴的全国654个城市的2009年供水总量为352.28亿m3，漏损总量为57.16亿m3，漏损率为16.23%。漏损总量为北京、天津、上海和重庆四个直辖市的售水总量之和（36.93亿m3）的1.55倍。中国水资源现状1.0中国水资源和给水排水工程第四页，共55页。中国用水量

(x108m3/yr)

1949-2010【注：中国年平均降雨量620mm，降水总量59520亿m3/a，可用水资源量28000m3/a。

】第五页，共55页。全国城市给水排水工程建设投资（1953-2008）2008年全国城市给水排水工程建设固定资产投资近800亿元，接近当年国民经济总产值GDP的0.27%；在兴建的工业建设投资中，给排水工程投资约占5—10％。第六页，共55页。中国城市供水发展（1949-2008）自1978年至2008年，城市供水能力由2,530.4万m3／d增加到26966.0万m3／d,增长了10.6倍;有自来水厂的城市由182个增加到655个。第七页，共55页。全国城市给水排水管道长度（1949-2008）第八页，共55页。城市道路地下管线第九页，共55页。城市地下管线共同沟布置第十页，共55页。给水管网工程建设第十一页，共55页。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。第十二页，共55页。给排水系统功能关系示意图第十三页，共55页。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。第十四页，共55页。给水排水系统三项主要功能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。

第十五页，共55页。给排水管道系统均应具有以下功能：水量输送：实现一定水量的位置迁移，满足用水与排水的地点要求；水量调节：采用储水措施解决供水、用水与排水的水量不平衡问题；水压调节：采用加压和减压调节措施调节的压力，满足水输送、使用和排放的能量要求。给排水管道系统的特点：给水排水管道系统具有一般网络系统的特点，即分散性（覆盖整个用水区域）、连通性（各部分之间的水量、水压和水质紧密关联且相互作用）、传输性（水量输送、能量传递）、扩展性（可以向内部或外部扩展，一般分多次建成）等。同时给水排水管道系统又具有与一般网络系统不同的特点，如隐蔽性强、外部干扰因素多、容易发生事故、基建投资费用大、扩建改建频繁、运行管理复杂等。第十六页，共55页。

给水管网系统第十七页，共55页。输水管道第十八页，共55页。渡槽输水第十九页，共55页。给水系统的组成第二十页，共55页。水源第二十一页，共55页。取水构筑物第二十二页，共55页。一级泵站第二十三页，共55页。输水管渠第二十四页，共55页。水厂第二十五页，共55页。二级泵站第二十六页，共55页。调节构筑物第二十七页，共55页。配水管网配水管网主要由主干管、干管、支管、连接管、分配管等构成。配水管网中还需要安装消火栓、阀门（闸阀、排气阀、泄水阀等）和检测仪表（压力、流量、水质检测等）等附属设施，以保证消防供水和满足生产调度、故障处理、维护保养等管理需要。第二十八页，共55页。给水泵站减压阀门第二十九页，共55页。水塔、水箱第三十页，共55页。高位水池第三十一页，共55页。给水管网系统的构成第三十二页，共55页。第三十三页，共55页。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；Q12）公共设施用水量（包括机关、学校、医院等）；Q23）工业企业生产用水量和工作人员生活用水量；Q34）消防用水量；Q45）市政用水量，主要指道路和绿地浇洒用水量；(Q5)道路：1-1.5L/次.m2，绿化：1.5-2.0L/d.m26）未预见用水量及给水管网漏失水量。(10-20%计算）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。用水量定额：不同类别的用水量指标。【中华人民共和国国家标准《室外给水设计规范》（GB50013－2006）】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。第三十四页，共55页。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。第三十五页，共55页。用水量计算：城镇或居住区的最高日生活用水量：Q1=q•NQ1:最高日生活用水量，m3/d;q:最高日生活用水量标准，m3/d•人；N：设计年限内计划人口数。城市的计划人口数并不等于实际用水人数，应按照实际情况考虑用水普及率，以便确定实际的用水人数，我国目前城市给水普及率97%以上。城市各区的用水量标准不同时，最高日用水量应等于各区用水量总和：Q1=∑qi•NiQi和Ni分别表示各区的最高日生活用水量标准和计划人口数。城镇最高日设计用水量：Qd=（1.1-1.2）(Q1+Q2+Q3+Q4+Q5）(m3/d)从最高日用水量可得到最高日最高时设计用水量：Qh=1000•Kh•Qd/（24•3600）=Kh•Qd/86.4（L/s）第三十六页，共55页。1.2.2用水量表达和用水量变化系数（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。第三十七页，共55页。2）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第三十八页，共55页。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％/24＝4.17％。例：某城市用水量变化曲线，最高时是上午8~9点，用水量比例为5.92%。一日中的小时平均用水量比例为100％/24＝4.17％，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1.1~1.31.2~1.41.3~1.51.4~1.8城市用水量日变化系数表1.3第三十九页，共55页。1.3给水排水系统工作原理

1.3.1给水排水系统的流量关系Q1-取水流量；Q2-最大日供水量，Q1＝Q2＋q1或Q1＝α

Q2，q1-水厂自用水量；Q3-泵站供水量，q2-给水管网漏水量，q3-管网调节流量；Q4-最大日最大时用水量，Q3＋q3＝Q4＋q2；Q5-用户排水量，Q5＝Q2－q4，q4-未进入排水系统的水量；Q6-进入废水均和池流量，Q6＝Q5＋q5－q6，q5-渗入流量；Q7-污水厂入流量，Q7＝Q6/24，q6-调节水量

；Q8-系统排放流量，Q8＝Q7－q7，q7-排水处理系统自耗水

。第四十页，共55页。1.3.2给水排水系统的水质关系三个水质变化过程：（1）给水处理：即将原水水质净化，使之达到给水水质要求的处理过程；（2）用户用水：用户用水改变水质，成为污水或废水，水质受到不同程度污染；（3）废水处理：对污水或废水进行处理，达到排放水质标准。三个水质标准：（1）原水水质标准：必须符合国家生活饮用水水源水质标准；（2）给水水质标准：必须达到国家生活饮用水水质卫生规范要求，工业用水和其它用水必须达到有关行业水质标准或用户特定的水质要求；（3）排水水质标准：废水经过处理后要达到的水质要求，应按照国家废水排放水质标准要求及废水排放受纳水体的承受能力确定。管网水质变化：由于管道材料的溶解、析出、结垢和微生物滋生等原因，给水管网的水质也会发生变化，管网水质变化与控制问题也已引起高重视并成为专业技术人员研究的对象。

第四十一页，共55页。1.3.3给水排水系统的水压关系水在输送中的压力方式：（1）全重力给水：水通过重力自流到水厂，又通过重力输水管和管网至用户，这是一种最经济的给水方式。（2）一级加压给水：采用一级加压给水。水厂地势较高时，从水源取水到水厂采用一级提升，处理后的清水依靠重力输水给用户；水源地势较高时，依靠重力输水至水厂，处理后的清水加压输送给用户；采用封闭式供水设施，从取水处加压后，采用承压方式进行处理，直接输送给用户。（3）二级加压给水：在水源取水时经过第一级加压，提升到水厂进行处理，清水经过第二级加压进入输水管和管网，供用户使用。这是目前采用最多的给水方式。（4）多级加压给水：长距离输水时需要多级加压提升，如水源离水厂很远时，原水需经多级提升输送到水厂，或水厂离用水区域很远时，清水需要多级提升输送到用水区的管网；大型给水系统的用水区域很大，或用水区域为窄长型，应采用多级供水加压。第四十二页，共55页。1.4给水排水管网系统的功能与组成给水排水管网系统：给水排水工程设施的重要组成部分，是由不同材料的管道和附属设施构成的输水网络。分为给水管网系统和排水管网系统。给水管网系统：承担供水的输送、分配、压力调节（加压、减压）和水量调节任务，保障用户用水；排水管网系统：承担污废水收集、输送、高程或压力调节和水量调节任务，防止环境污染和防治洪涝灾害。给水管网系统和排水管网系统均应具有以下功能：（1）水量输送：实现水量的位置迁移，满足用水与排水的地点要求；（2）水量调节：采用贮水措施解决供水、用水与排水的水量不平均问题；（3）水压调节：采用加压和减压措施调节水的压力，满足水输送、使用和排放的能量要求。

1.4.1给水排水管网系统的功能第四十三页，共55页。图1.6给水管网系统示意图1-清水池；2-供水泵站；3-输水管；4-配水管网；5-水塔(高位水池)；6-加压泵站；7-减压设施

1.4.2给水管网系统的构成（1）输水管（渠）：是指在较长距离内输送水量的管道或渠道，输水管（渠）一般不沿线向外供水。（2）配水管网：是指分布在供水区域内的配水管道网络。其功能是将来自于较集中点（如输水管渠的末端或贮水设施等）的水量分配输送到整个供水区域，使用户能从近处接管用水。（3）泵站：泵站是输配水系统中的加压设施，一般由多台水泵并联组成（图1.9）。（4）水量调节设施：有清水池（清水库）、水塔和高位水池等，也称调节构筑物。（5）减压设施：用减压阀和节流孔板等降低局部水压，避免水压过高。图1.7钢筋混凝土输水管道图1.9给水泵站第四十四页，共55页。1.4.3排水管网系统的构成

图1.12排水管网系统示意图1-集水管网；

2-水量调节池；

3-提升泵站；

4-输水管（渠）。

（1）废水收集设施：排水系统起始点。用户室外窨井和排水支管。（2）排水管网：分布于排水区域内的排水管道（渠道）网络，将收集的污水、废水和雨水等输送到处理地点或排放口。（3）排水调节池：具有一定容积的污水、废水或雨水贮存设施。降低高峰排水流量，降低工程造价。（4）提升泵站：通过水泵提升排水的高程或使排水加压输送。（5）废水输水管（渠）：长距离输送废水的压力管道或渠道。（6）废水排放口：排水管道的末端是废水排放口，与接纳废水的水体连接。

第四十五页，共55页。污水排放口岸边排放深水排放第四十六页，共55页。1.5给水排水管网系统类型与体制（1）按水源的数目分类

1）单水源给水管网系统：只有一个清水池（清水库），经过泵站加压后进入输水管和管网，所有用户的用水来源于一个水厂。较小企事业单位或小城镇给水管网多为单水源给水管网系统，如图1.19所示。

2）多水源给水管网系统：有多个水厂的清水池（清水库）作为水源的给水管网系统，用户用水可以来源于不同的水厂。大中城市甚给水管网系统一般是多水源给水管网系统，如图1.20所示。具有较高的供水安全性。1.5.1给水管网系统类型图1.19单水源给水管网系统示意图1－地下水集水池；2－泵站；3－水塔；4－管网图1.20多水源给水管网系统示意图1－水厂；2－水塔；3－管网第四十七页，共55页。（2）按系统构成方式分类

1）统一给水管网系统：系统中只有一个管网，统一供应生产、生活和消防等各类用水。

2）分区给水管网系统：将给水管网系统划分为多个区域，各区域管网具有独立的供水泵站和供水压力。分区给水管网可以降低平均供水压力，减少爆管和节约泵站能耗。

分区方法：串联分区，设多级泵站加压；并联分区，不同压力要求的区域由不同泵站（或水泵）供水。1.5.1给水管网系统类型第四十八页，共55页。（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工艺和流程处理后，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。如图第四十九页，共55页。图1.6分质给水系统

采用此种系统，可使城市水厂规模缩小，特别是可以节约大量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。

第五十页，共55页。（3）按输水方式分类

1）重力输水管网系统：水源处地势较高，水依靠自身重力进入管网并供用户使用。重力输水管网系统无动力消耗，运行经济。

2）压力输水管网系统：水由泵站加压经输水管进入管网供用户使用，需要消耗动力。