第三节-给水系统的工作情况

一、给水系统的流量及压力关系（一）、给水系统的流量关系1、取水构筑物与一级泵站

城市给水系统的水量按最高日设计用水量确定，取水构筑物和水厂中处理构筑物的设计流量与一级泵站也都按最高日设计用水量计算。

对于地表水厂，水厂自用水量系数多取1.051.10。对于地下水水厂，仅需在进入管网前消毒而无需其他处理时，一级泵站可直接将水输送至地面水池，再经二级泵站将水池水输入管网，因此水厂自用水量系数取1.0。取水构筑物、一级泵站和水处理构筑物一般都按三班制24h均匀工作来设计，而在乡、镇或特别小型供水设施才考虑一班制或两班制运转，按8h或16h设计2.给水管网给水管网是由各种大小的给水管道连接而成的，由于这些管道呈网状，故称给水管网。根据它在整个给水系统中的作用，可将其分输水管和配水管网两部分。输水管是指从水源到水厂或由水厂到供水区域之间的管线，中途一般不接用户，主要起转输水的作用。配水管网则是将输水管送来的水，输送到各用水区并分配到各用户的管道系统。它遍布于整个给水区域的地下，只要有用水的地方就需要敷设配水管道。在配水管网中，根据各管线所起的作用和管径大小，可分为干管、支管（分配管）、接户管三类。其中干管是从输水管取水并沿各用水区输水供应各支管，起骨干输配水作用，管径较大；支管从干管取水送至各接户管，管径较小；接户管是连接支管和用户的管线。（1）管网内不设水塔或高地水池二级泵站应满足最高日最高时的水量要求，即二级泵站的设计流量为最高日最高时流量

此外水厂的输水管和管网应按二级泵站最大供水量即最高日最高时用水量计算。（2）管网内设水塔或高位水池水塔或高位水池具有流量调节的作用，供水量高于用水量时，多余的水可进入水塔或高位水池内贮存；相反，当供水量低于用水量时，则从水塔流出补给泵供水量的不足，此时二级泵站每小时的供水量可以不等于用水量。（二）给水系统的压力关系

1.管网的自由水头自由水头

式中

Hc——管网的自由水头(m)；

H——建筑物中最高用水点在地面以上的高度(m)；

h——保证用水器具出水流量所需的水头(m)，一般为1.5

3.0m；

∑h——自进户管到用水器具的全部管段上的水头损失(m)。

控制点—指整个给水系统中水压最不容易满足的地点(又称最不利点)。最不利点或控制点的位置应是位于离送水泵站既远又高的地方。Hc的数值取决于建筑物的层数。在生活饮用水管网中，对一般性居住建筑可采用经验数值对Hc值进行估算：一层建筑物为10m；二层为12m，三层及三层以上每增加一层加4m。

2.水泵扬程确定---净扬程3.管网中无水塔的工作情况无水塔的管网送水，是由送水泵站从清水池吸水直接经管网输水至各用水户，因此水泵提供的压力应能将水送至管网最不利点(也称控制点)，并保证最不利点出水所需的水头。所谓最不利点或控制点就是：只要这一点的压力能满足管网所要求的压力，则管网中所有节点的压力都能满足要求，而且一般都能超过这一压力要求。最不利点或控制点的位置应是位于离送水泵站既远又高的地方，但是从城市地形看，最高的点很易看出，最远的点也不难判定，但最高和最远往往不是同时能满足的，这需要通过水力分析计算求出来。管网中无水塔水压线示意式中△Zc——管网控制点C处的地面高程与清水池设计最低水面高程之差，m；Hc——控制点C处所需的管网最小服务水头，m；hs——水泵吸水管中的水头损失，m；hp——水泵压水管及输水管中的水头损失，m；hn——管网中的水头损失，m。以上各水头损失都按最高用水流量计算时得到最高用水时的水力坡线，即图4-9中的实线①。4.管网中有水塔时的工作情况

给水系统中，为了保证用户对水量和水压的要求，常常设置水塔作为调节二级泵站供水与用户需水量的关系。水塔在管网中的位置不同，管网的工作情况也有所不同。通常可以分为网前水塔和网后水塔两种情况，即水塔位置分别设置在配水管网前和配水管网后。修建水塔的地点一般应选择在地形较高处，以减少水塔的造价。(1)网前水塔的管网工作情况

网前水塔的管网工作情况是，二级泵站供水到水塔，再经管网将水送到用户。其中水塔出水侧的压力按水塔中最低水位计算，而水塔进水侧的压力按水塔中最高水位计算，二者之差以ht表示，即水塔水箱中设计水位差(水塔水柜的有效深度）。

水压线在此点形成不连续现象，而实际上水压线是连续的，并且进水管和出水管往往就是同一根管线。这样的表示方法完全是从最不利情况考虑，即当水塔水位最低时还能保证最不利点的水压要求，同时当水塔压力最，高时水泵总扬程也能保证供水要求。网前水塔的管网水压线示意水塔高度：二级泵站扬程：式中Ht——水塔水柜底面距地面高度(m)；

Hc——管网内控制点的自由水头(m)；

hn——配水管网的水头损失(m)；

Zt——水塔处的地面高程(m)；

ZC——控制点c的地面高程(m)。(2)网后水塔的管网工作情况

当城镇地形离二级泵站越远越升高时，水塔应放在管网末端，形成网后水塔的管网系统，见图4－11。在最高用水量时，泵站和水塔同时向管网供水，两者有各自的供水区。在供水区分界线上的c点地形较高，而水压最低，可将其作为管网的控制点。可以设想把网后水塔的管网系统分成两部分：一部分是从泵站到分界线上c点，在这部分范围内可看作无水塔管网，二级泵站的扬程为：网后水塔的水压线示意

另一部分是从水塔到分界线上c点，这部分类似于网前水塔，所以水塔的高度可按公式(4-9)来确定。

当二级泵站供水量大于用户用水量时，多余的水则通过整个管网流入水塔贮存。流入水塔的这部分多余流量称为转输流量。最大一小时流入水塔的流量称为最大转输流量。在最大转输时，管网的控制点就是水塔，此时二级泵站的扬程为式中

——最大转输时，二级泵站所需的扬程(m)，——分别是最大转输时，配水管网、输水管，水泵吸水管中水头损失(m)；

（3）中间水塔工作情况

更多情况是中间水塔，水塔设在用水区(即管网)的中间，这主要由平面布置和地形高度决定的。这种情况下的水压关系稍微复杂些，如图4－12为中间水塔的水压线变化示意。图中实线表示最大用水时的水压线，此时水塔向管网供水；而虚线表示最小用水时的水压线，此时送水泵站供管网有余，将水送入水塔。

图4－12中间水塔的管网水压线示意Ht＝Hc+hn2-△Zt

Hp=△Z+Hc’+hnl+hp+hs

图4－12中间水塔的管网水压线示意式中Ht——水塔水箱最低水位设计高度，m；hnl，hn2——管网中的前部水头损失及后部水头损失，m；△Zt——水塔地面与管网末端控制点的高差，m；△Z——管网前部某水压最低点地面与清水池最低水位高程差，m；Hc′——控制点的实际水压高度，m。供水分界线的概念：管网系统中在某种设计时段内有不止一处供水构筑物(如上述送水泵站和水塔两处供水构筑物)时，两者(或更多)之间由压力的平衡关系形成各自的供水区域，供水之间的供水分界线。这些供水区域之间分界点的连接线形成了假想的供水分界线，如图4-13所示为中间水塔供水与送水泵站这种供水分界线不是固定的而是动态的，是由管网中的用水量变化、送水泵站的压力和水塔的水位高度及管网中水头损失等多种因素相互作用的某种暂时的平衡状态。送水泵站图4-13中间水塔供水分界线示意（一）清水池1.清水池的作用及构造

作用：因为一级泵站和处理构筑物是均匀工作，向清水池均匀进水，而送水泵站是非均匀工作，自清水池非均匀抽水，清水池起到直到两者之间的调节作用。还可以为消毒剂提供一定的作用时间，水塔或高位水池、清水池都是给水系统中调节流量的构筑物，两者有密切的联系。如果二级泵站供水线越接近用水线，水塔的容积减小，清水池容积会适当增大。.清水池构造：清水池按其平面形状分，有圆形和矩形两种。一般当水池容积小于2500m3时，以圆形为经济，大于2500m3时以矩形为经济。

图4－14a砖石清水池

1—进水管；2—检修孔；3—通风孔；4—铁梯；

5—溢水管；6—出水管；7—放空管；8—集水坑

1—进水管；2—检修孔；33—通风孔；4—铁梯；55—溢水管；6—出水管；77—放空管；8—集水坑

钢筋混凝土清水池2.清水池的容积清水池的重要作用之一就是水量的储备与调节。清水池先按小时平均流量工作，其后按供水曲线工作。如由统一的给水系统供给城市消防用水时，清水池中还应储存消防用水，其容量应足够2h火灾延续时间所需的水量。一般情况下这种容积(消防)约为数百至上千立方米，城市越小此容积也越小，但占清水池总容积的比例越大；反之城市越大此容积越大，而占清水池总容积的比例却越小。一般水厂中将厂内生产用水以及出于事故储备考虑而增加清水池容积。因为一级泵站和处理构筑物是均匀工作，向清水池均匀进水；而送水泵站是非均匀工作，自清水池非均匀抽水，两者之间的调节作用就在于清水池。不难看出，清水池的调节容积取决于一级泵站来水(即处理构筑物的出水)曲线与送水泵站的送水曲线之间的消长关系。现设一例计算如下，以示其计算原理与方法。表4－8清水池调节容积计算表一泵站来水按24h均匀供水为100/24(%),取近似值.由该表中计算，最多储水量为13.02％，而最少储水量为-6.1％，故实际储水容积应为：13.02％-(-6.1％)=19.21％

水塔的调节容积同样也按此法计算。得出清水池调节容积占最高日处理水量Qd的百分数R(％)后，即可计算出应有的清水池调节容积。W1＝Qd·R/100(4—15)式中W1——清水池调节容积，m3R-清水池调节容积占最高日处理水量的百分数，％。当缺乏用水量变化规律资料时，城市水厂的清水池调节容积也可将最高日用水量的10%

20%估算。清水池的总有效容积W，按下式计算

Wq＝W1+W2+W3+W4(4—16）

式中

Wq——清水池总有效容积，m3；W2——消防用水储备水量，m3；W3——水厂生产用水储备水量，m3；W4——水厂安全储备水量及水池压底水量等，m3。

其中消防储备水量应按有关消防规定计算。图4-16支柱式钢筋混凝土水塔2.清水池的容积清水池调节容积：

W1＝Qd·R/100清水池的总有效容积W

Wq＝W1+W2+W3+W4

按水厂水量和二级泵站供水量的组合曲线图来计算（二）水塔

水塔主要作用是调节二级泵站与用户用水量变化而引起流量不平衡的矛盾。由于水塔中的水柜（水箱）容积不能太大，故在一般城市供水系统中已少用。其容积的计