给水工程讲义

《给水工程》讲义

总则

1.0.4给水工程设计的前提条件和基本原则

前提条件：城市总体规划近远期结合：

近期设计年限5～10年远期规划年限10～20年

给水系统1.0.5~1.0.6

系统分类分区给水系统系统组成

系统选择

分区给水系统基本概念基本形式串联分区并联分区基本作用技术上—使管网水压不超过水管可以承受的压力经济上—降低供水能量和费用

n＋1

En＝———·E2·n分2个区可省1/4的能量，最多只能省1/2。分区给水系统工业给水系统工业给水系统应从全局出发考虑水资源的节约利用和水体保护，并应采用复用或循环系统重复利用率—重复用水量/总用水量（%）用水量、水质和水压2.0.1（2.0.2、2.0.4~2.0.8）设计用水量计算·综合生活用水·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·未预见用水量及管网漏失水量如果给出了综合生活用水量，在计算设计供水量时就不能再加公共建筑用水量各种用水量和变化系数的含义2.0.2A平均日用水量最高日用水量:

在设计规定的年限内，用水最多一日的用水量日变化系数:在一年中，最高日用水量与平均日用水量的比值各种用水量和变化系数的含义时变化系数:在最高日内，最高一小时用水量与平均时用水量的比值

最高日用水量最高日最高时用水量=——————×

时变化系数

用水时段

给水系统的流量关系5.0.2、5.0.3、5.0.10、7.1.2、7.1.3、7.1.4、5.0.28、5.0.29、5.0.30正常情况输水管渠配水管网

5.0.2、7.1.2、5.0.10校核情况

输水管渠配水管网

5.0.3、7.1.3、5.0.10水厂内清水池和管网中水塔有效容积用水量计算例题某城市的给水系统总的规模为10万m3/d

系统组成如下：水源—取水泵站—原水输水管—水厂（絮凝池—沉淀池—滤池—清水池—二级泵房）—清水输水管—管网—用户

用水量计算例题最高日用水量为10万m3/d。

其中：居民生活用水、公共建筑用水、工业企业生产用水和生活用水、浇洒道路和绿化用水约

7.9～8.6万m3/d消防用水约1000～1300m3/d未预见用水量及管网漏失水量

15~25%约1.3~2万m3/d用水量计算例题水厂的自用水量按10%计，为1万m3/d水厂按24小时运行原水输水管漏失水量按4%计

取水泵站设计流量（100000×1.14）÷24＝4750m3/h原水输水管设计流量（100000×1.14）÷24＝4750m3/h

用水量计算例题水厂内水处理构筑物（絮凝池、沉淀池、滤池以及与水处理有关的加药、加氯等设施）的设计流量（100000×1.10）÷24＝4584m3/h

时变化系数1.35最高日最高时流量为：（100000÷24）×1.35＝5625m3/h

用水量计算例题清水输水管设计流量5625m3/h配水管网设计流量5625m3/h水厂二级泵房设计流量5625m3/h＋水厂部分自用水流量（加药、清洗用）

水厂内清水池和管网中水塔有效容积5.0.28、5.0.29、7.1.2、7.7.5、2.0.6产水曲线送水曲线自用水量消防储备水量消毒的接触时间水厂内清水池和管网中水塔有效容积水厂处理构筑物24小时均匀运行出水泵房按最高日最高时考虑，实际出水量是逐时变化的，这中间就需要有清水池来调节。

·每一小时时段内的具体用水量·每一小时时段内的用水量占全天用水量的比例

·连续多余量（进池）或连续出池量水源水源选择：3.1.2、3.1.4、3.1.5地下水取水构筑物：3.2.2

3.2.10、3.2.11地表水取水构筑物：3.3.5、3.3.8、3.3.19、3.3.22、3.3.23、3.3.243.3.1~3.3.4、3.3.6、3.3.7水资源水资源概况

水资源的含义：广义概念；

狭义概念；工程概念

我国水资源概况：总量不少；人均淡水资源贫乏；水资源时空分布不均匀；水源污染相当严重

给水水源的类型

地下水源：包括潜水（无压地下水）、自流水（有压地下水）和泉水

地表水源：包括江河、湖泊、水库和海水

供水水源选用的基本要求

3.1.2、3.1.3、3.1.4、3.1.5、3.3.5水量充沛可靠和水质符合要求设计枯水流量的保证率90%~97%枯水位的保证率90%~99%

水质要求

应符合现行的《生活饮用水卫生标准》水源保护《中华人民共和国水污染防护法》《中华人民共和国水污染防护法实施细则》《地表水环境质量标准》《地下水质标准》《生活饮用水集中式供水单位卫生规范》保护水源的一般措施给水水源卫生防护地下水取水构筑物

3.2.2、3.2.10、3.2.11管井:适用于含水层厚度大于5m，其底板埋藏深度大于15m大口井:适用于含水层厚度在5m左右，其底板埋藏深度小于15m渗渠:仅适用于含水层厚度小于5m，渠底埋藏深度小于6m泉室:适用于有泉水露头，且覆盖层厚度小于5m管井大口井地表水取水构筑物

3.3.1、3.3.2、3.3.4、3.3.5、3.3.7、3.1.4构筑物位置的选择要求和设计应注意的问题

江河作为水源时的特征径流特征：水位、流量、流速泥沙运动：推移质泥沙、悬移质泥沙河床演变：水流与河床的相互作用，淤积、冲刷水质特征：漂浮物和冰冻，含沙量、粒径、分布，无机和有机化合物，生物取水位置的选择3.3.1关于位置的选择，有六点。此外，还应注意主流和支流、天然障碍物，河流上的人工构筑物，如排水口、桥梁、码头、丁坝、拦河坝等；还应与河流的综合利用相适应。位置选择时要注意取水口与这些物体的上、下游关系。

地表水取水构筑物的型式和适用条件3.3.6、3.3.8、3.3.14、3.3.19、3.3.22、3.3.23、3.3.24型式有:固定式:活动式:山区浅水河流:岸边式缆车式低坝式河床式

浮船式底栏栅式斗槽式地表水取水构筑物的型式地表水取水构筑物的型式地表水取水构筑物的型式地表水取水构筑物的型式和适用条件活动式适用条件:3.3.19当水源水位变幅大，水位涨落速度小于2.0m/h，且水流不急、要求施工周期短和建造固定式取水构筑物有困难时，可考虑采用缆车或浮船等活动式取水构筑物。地表水取水构筑物的型式和适用条件缆车式和浮船式适用条件3.3.22缆车式取水构筑物的要求，“其位置宜选择在岸坡倾角为10°～28°的地段3.3.23浮船式取水构筑物的位置应选择在河岸较陡的停泊条件良好的地段。岸边式和河床式取水构筑物的设计3.3.5～3.3.184.0.1~4.0.3、4.0.6、4.0.9、4.0.13

岸边式和河床式取水构筑物的设计3.3.5

防洪标准

江河取水构筑物的防洪标准不应低于城市防洪标准，其设计洪水重现期不得低于100年。并应采用设计和校核两级标准

保证率

设计枯水位的保证率，应根据水源情况和供水重要性选定，一般可采用90%～99%。岸边式和河床式取水构筑物的设计3.3.8

取水泵房进口地坪的设计标高分三种情况、有三个关键参数：设计最高水位、浪高、加0.5m。3.3.9、3.3.10

最低层进水孔下缘距河床或水体底部的高度3.3.11

淹没进水孔上缘在设计最低水位下的深度岸边式和河床式取水构筑物的设计3.3.13～3.3.15

格栅、格网的计算参数4.0.1~4.0.3、4.0.6、4.0.9、4.0.13有关泵房设计的规定也适用于取水泵房此外，如何确定取水泵的安装高度、取水构筑物各部位的底标高，都与设计最低水位有关泵房

水泵机组的选定及泵房的布置4.0.1,4.0.2,4.0.34.0.8～4.0.13水泵机组的选定应考虑的因素

4.0.1,4.0.2,4.0.3应根据逐时、逐日和逐季水量变化情况，水压要求，水质情况，调节水池大小，机组的效率和功率因素等条件，综合考虑确定

符合节能的要求

备用泵两点要求：数量、型号此外水泵扬程计算电动机功率计算泵房的布置应考虑的因素

4.0.8～4.0.13

主要因素：起重设备选用机组平面布置检修场地设置架空管道安全层高布置要求立式水泵其它输配水

5.0.1、5.0.3~5.0.7、5.0.11、5.0.14管网和输水管的布置

5.0.2、5.0.3、5.0.8、5.0.10、5.0.9、7.1.2

、2.0.3、2.0.4、2.0.6管段计算流量及管径计算、管网水力计算

5.0.12、5.0.13、5.0.5、5.0.11、5.0.14、5.0.16~5.0.26管材、配件及管道敷设

5.0.16给水管防腐

管网和输水管的布置输水管渠5.0.1~5.0.5、5.0.14

输水干管一般不宜少于两条。输水干管和连通管管径及连通管根数，应按输水干管任何一段发生故障时仍能通过事故用水量计算确定城镇的事故用水量为设计水量的70%，工业企业事故用水量按有关工艺。当有消防给水任务时，还应包括消防水量输水管道应根据具体情况设置分段检修的阀门管网和输水管的布置管网，5.0.6、5.0.7、5.0.11、5.0.14两种基本形式：环状、树枝状管网中管道分：干管、连接管和分配管影响布置的主要因素：平面布置（城市总体规划）、供水安全要求

、节约投资和运行能耗、选用的系统形式等配水管网布置中的安全措施5.0.14根据具体情况设置分段和分区检修的阀门。阀门间距不应超过5个消火栓的布置长度。隆起点和平直管的必要位置装设排（进）气阀，低处安装泄水阀5.0.11负有消防给水任务管道，最小直径不应小于100mm；室外消火栓的间距不应大于120m5.0.7城镇生活饮用水的管网，两个严禁输水管道的设计流量及水力计算5.0.2、5.0.3、5.0.8、5.0.9、7.1.2⑴水源至水厂的输水管渠应按最高日平均时供水量加自用水量确定。当长距离输水时，输水管渠的设计流量应计入管渠漏失水量输水管道的设计流量及水力计算⑵向管网输水的管道：

①当管网内有调节构筑物时，应按最高日最高时用水条件下，由水厂所负担供应的水量确定；②当管网内无调节构筑物时，应按最高日最高时供水量确定；此外，当负有消防给水任务时，应分别包括消防补充流量或消防流量。输水管道的设计流量及水力计算输水管道水力计算重力供水时：同一管径不同管径水泵供水时：正常时事故时——确定连通管根数、阀门设置计算事故时流量配水管网的水力计算5.0.8、5.0.9、5.0.10、2.0.3、2.0.4、2.0.6设计计算的依据：5.0.10计算：最高日最高时用水量及设计水压校核：按下列三种情况和要求进行：1、发生消防时的流量和水压要求；2、最大转输时的流量和水压要求；3、最不利管段发生故障时的事故用水量和水压要求。

配水管网的水力计算

正确选择控制点。其水压确定

：2.0.3当按建筑层数确定生活饮用水管网上的最小服务水头时：一层为10m，二层为12m，二层以上每增高一层增加4m

2.0.4工业企业生产用水量、水质和水压，应根据生产工艺要求确定

2.0.6消防用水的水压要求应按有关的设计防火规范执行

配水管网的水力计算计算流量的确定：要知道管网的流量如何计算成节点流量，如何计算管段计算流量比流量沿线流量、集中流量折算流量—折算系数—节点流量沿线流量、集中流量的折算管段计算流量—树状网的计算环状网的计算配水管道的水头损失重点要掌握的：5.0.8、5.0.9要注意：公式（5-8-1）和（5-8-2）中的指数有错；与新版《建筑给水排水设计规范》不同。

流速限制和经济流速流速限制

最大流速—一般不超过2.5~3.0m/s

最小流速—输送原水通常不得小于0.6m/s

经济流速

在一定年限（投资偿还期）内管网造价和管理费用（主要是电费）之和为最小的流速

平均经济流速

经济流速树状管网的水力计算压力供水

确定管段的计算流量

选择控制点，确定干管线路确定干管管径计算各管段的水头损失，计算总水头损失计算水泵扬程、水塔高度树状管网树状管网的水力计算重力供水

确定管段的计算流量

选择控制点，确定干管线路

根据总水头损失合理确定干管管径

计算干管线各节点水压

由相应的干管线各节点水压推算各支管的管径

环状管网的水力计算环状网水力基础方程管段数P、节点数J与环数L关系式

—P=J+L-1

（方程数目）

（必要时引入虚管段、虚节点、虚环）

连续性方程—流入该节点的流量必须等于从该节点流出的流量

能量方程——管网每一个环中各管段水头损失总和等于零

压降方程——管段流量与水头损失关系

环状管网的水力计算初步分配流量，确定管段流量，确定管径

计算各管段水头损失

计算闭合差（至小环≤0.5m，大环≤1.0m）计算校正流量（注意本环的和邻环的）（注意无论水头损失或流量都有顺时针方向的为正和逆时针方向的为负平差后就基本上同树状网计算）

环状管网环状管网管材、配件、管道敷设及防腐5.0.12、5.0.13、5.0.5、5.0.11、5.0.14、5.0.16~5.0.26

管材，5.0.12、5.0.13

配件，5.0.5、5.0.11、5.0.14

管道敷设，5.0.17~5.0.26

给水管防腐，5.0.16

水厂总体设计水厂总体设计的布置原则

6.0.1、6.0.2、6.0.14、6.0.3、6.0.6、6.0.11

要联系到：3.3.5、3.3.8水处理

给水处理基本概念

混凝、沉淀和澄清

过滤

除铁、除锰

消毒

水处理构筑物的生产能力7.1.2、7.1.3、7.1.4

确定：7.1.2最高日供水量+自用水量+消防补充水量水厂生产时间自用水率——最高日供水量的5%~10%校核：7.1.3、7.1.4

供水量不一定是最高日供水量给水处理的基本概念给水处理的任务给水水质指标

水质标准

给水处理的基本方法

饮用水处理的工艺

饮用水常规处理工艺饮用水常规处理工艺混凝——沉淀——过滤——消毒除铁、除锰

——消毒混凝、沉淀和澄清

混凝的基本概念

絮凝池的型式及其设计要求

凝聚剂和助凝剂的投配

沉淀及沉淀池

澄清池

混凝的基本概念胶体颗粒的特性

混凝的作用和过程

混凝的机理

絮凝过程动力学

胶体颗粒的特性典型物质为细小黏土颗粒、高分子有机物、腐殖酸、病毒、细菌等

尺寸很小在1~100（或1000）

nm稳定而不沉淀溶液体系为胶体溶液，混浊不清。表面带电，形成双电层结构电动电位（ζ电位）。ζ电位在胶体的稳定与凝聚中有着重要的作用。双电层结构混凝的作用和过程混凝的作用：是使胶体失去稳定性，即脱稳，然后使脱稳胶体相互聚集成为较大粒径的颗粒。混凝的过程：混凝是凝聚和絮凝的总称。凝聚是胶体失去稳定性的过程，即脱稳，一般在2分钟；脱稳胶体相互聚集称为絮凝，需要10~30分钟凝聚过程的设备称为混合池或混合器；絮凝过程的设备称为反应池、絮凝池或絮凝反应池

混凝的机理

压缩双电层吸附电中和吸附架桥沉淀物的卷扫或网捕

絮凝过程动力学

在絮凝过程中颗粒的碰撞接触是颗粒间相互凝聚的必要条件，因此，对絮凝过程的主要控制条件是搅拌强度与絮凝时间其主要参数是速度梯度G和水力停留时间T以及它们的乘积GT值

混合池：G=500~1000/s

T=10~30s（＜2min）絮凝反应池：G=20~70/s，T=10~30minGT=104~105

速度梯度G值的计算机械搅拌时pG＝——

μ水力絮凝时g·hG＝————υ·T理想反应器

完全混合连续式反应器（CSTR）

_1

n0t＝——（——

－1）K·Gnm个絮凝池串联时，某一个

_1n01/mt＝

———［（——

）

－1］K·Gnm

絮凝池的型式及其设计要求

7.4.13、7.4.14、7.4.15、7.4.16

机械絮凝池折板絮凝池隔板絮凝池穿孔旋流絮凝池

絮凝池的基本要求是，原水与药剂混合后，通过絮凝池应形成肉眼可见的大的密实絮凝体

所有絮凝池都要有足够的絮凝时间，起始速度大，然后逐步减小

絮凝池的型式絮凝池的型式絮凝池的型式絮凝池的型式凝聚剂和助凝剂的投配

7.3.3、7.3.4、7.3.5、7.3.6投配方式：采用湿投或干投湿投时搅拌方式：水力、机械或压缩空气等搅拌湿投时溶解次数：一般每日不宜超过3次溶液浓度：5%～20%（按固体重量计算）石灰宜制成乳液投加

凝聚剂和助凝剂的投配在工程设计工作中有时会碰到的问题使用硫酸亚铁作为凝聚剂时必须同时投加氯。加氯的作用加氯量计算原水的碱度问题同时投加石灰调节水的碱度水的碱度对混凝的影响碱度如何计算，如何调节石灰投加量计算沉淀及沉淀池

沉淀理论沉淀池的基本设计参数沉淀池、澄清池、气浮池沉淀理论沉淀是在重力作用下，水中比水重的悬浮物、混凝生成的矾花等从水中分离的过程

沉淀分类自由沉淀絮凝沉淀拥挤沉淀压缩沉淀

四种沉淀中，自由沉淀理论是基础，沉淀池的理论分析与设计都基于自由沉淀离散颗粒的沉淀速度的计算

Re＜1的层流区，Stokes公式1＜Re≤1000的过渡区，Allen公式Re＞1000的紊流区，Newton公式三个公式中最重要的是Stokes公式粒径d是指球形颗粒的，如果不是球形的要换算成球形的计算离散颗粒沉速的

Stokes公式Re＜1的层流区1ρs－ρu＝——·————·g·d218μ使用Stokes公式的前提是Re＜1，因此计算后必须验算Re

理想沉淀池特性分析水样的颗粒沉速分布曲线

理想沉淀池的基本假设理想沉淀池对颗粒的去除率理想沉淀池中特定颗粒沉速u0与表面负荷q0的关系u0=q0絮凝沉淀池中颗粒的去除率

理想沉淀池对颗粒的去除率理想沉淀池对颗粒的去除率理想沉淀池对颗粒的去除率如果理想沉淀池的截留沉速为u0，其总的去除率为p0uiP＝（1－p0）＋

——dpi

0u0沉淀池的基本设计参数

沉淀池最基本的设计参数是特定颗粒沉速u0（mm/s）或表面负荷q0(m3/m2·h)

沉淀池、澄清池的型式平流沉淀池异向流斜管沉淀池同向流斜板沉淀池机械搅拌澄清池水力循环澄清池脉冲澄清池悬浮澄清池沉淀池、澄清池的型式沉淀池、澄清池的型式沉淀池、澄清池的型式沉淀池、澄清池、气浮池适用条件7.4.2、7.4.21、7.4.25、7.4.29、7.4.34、7.4.39、7.4.45、7.4.50选型依据：原水水质设计生产能力处理后水质要求原水水温变化制水均匀程度是否连续运转沉淀池、澄清池、气浮池适用条件池型适用原水浑浊度其它适用条件平流沉淀池没有限制机械搅拌澄清池长期＜5000悬浮澄清池长期＜3000双层可＞3000脉冲澄清池长期＜3000水力循环澄清池长期＜2000单池≤7500m3/d异向流斜管沉淀池长期＜1000同向流斜板沉淀池长期＜200气浮池＜100原水含藻类等絮凝池与沉淀池的连接

7.4.11、7.4.20、7.4.24宜合建（各种沉淀池）宜采用穿孔墙（平流沉淀池）底部配水区高度不宜小于1.5m