城市供水排水系统建设与管理

武汉大学水电学院1欢迎选修武汉大学公选课程武汉大学水电学院2Chapter4城市供水排水系统建设与管理•城市供水排水系统是城市总体规划建设的重要组成部分。•由于在供水排水系统中管道系统投资最大，又是能耗最大的部分，故管道系统在供水排水系统整体规划中或总体布局中影响最大。所以，本章以管道系统为核心，简要介绍供水排水系统以及管道系统的建设管理情况。•城市规模（包括人口和面积大小）、功能分区、规划年限及城市发展方向等，均在城市总体规划中确定。供水排水系统及管道系统应以城市总体规划成果为依据，按国家有关建设方针和政策进行规划设计。有时候，供水排水系统及管道系统规划反过来也会对城市总体规划产生影响。武汉大学水电学院3Chapter4城市供水排水系统建设与管理•供水排水系统由管道（或渠道）和相应附属构筑物组成。管道承担水的输送任务；而附属构筑物则起水压提升及水量调控以及污（废）水和雨水的收集等作用。•供水排水系统涉及的基础学科主要是水力学和水文学。无论是清水、浑水、污（废）水或雨水，在管道或渠道中流动时，水的流量、流速和水头损失是3个主要水力要素。从这方面而言，供水管道和排水管道具有共同性。而从系统的组成、任务和要求而言，供水管道系统和排水管道又有所区别，下面将分别介绍。武汉大学水电学院44.1城市供水系统建设与管理•4.1.1城市供水系统的组成和作用•城市供水工程或供水系统是包括水的取集、处理和输配的一个庞大的系统。根据水源、供水对象及地形不同情况，供水系统的组成也有所不同。•图示为一典型的城市单水源供水系统示意图。图中各组成部分相互联系，共同完成从原水的取集、处理直至符合用户水质要求的清水送达用户的任务。如果水源距水处理构筑物较近，则从取水构筑物直至二级泵站都属于水厂部分（虚线内部分）。若取水构筑物距水处理构筑物较远，则取水构筑物和一级泵站另建水源厂，用浑水输水管道送至水厂。城市给水系统示意图6——配水管网5——二级泵站4——清水池1——取水构筑物2——一级泵站3——处理构筑物7——水塔或高地水库8——浑水输水管道9——清水输水管道83217654武汉大学水电学院64.1城市供水系统建设与管理•供水管道系统是供水系统的组成之一。从广义而言，图中除了取水构筑物和处理构筑物（图中阴影线部分）以外的部分统称供水管道系统。•1、输水管（渠）道：它包括一级泵站到水厂处理构筑物的浑水输水管道8和二级泵站至配水管网的清水输水管道9。输水管道的任务仅起输水作用。管中流量和流速不变。•2、配水管网：其作用是将处理后的水分配至整个用水区域和用户。•3、泵站：它是将所需用水量提升到所要求的高度。一级泵站2抽取源水；二级泵站5抽取清水。有时管网中还设加压泵站。武汉大学水电学院74.1城市供水系统建设与管理•4、水量调节构筑物。它包括调节一级泵站和二级泵站流量的清水池4，二级泵站和管网配水管（亦即用水量）的水塔7（或高地水库）等。当前，一般大、中城市往往不用水塔，只在某些小城镇或工业企业供水系统中采用。因为，一般大、中城市一天24小时用水量变化不太大，而所需水塔容积大，造价又较高，故大、中城市往往采用二级泵站内的水泵调度来调节水量。•5、供水管道系统上的附属构筑物。供水系统上的附属构筑物主要有阀门井、检查井、消火栓井、水表井、放空排水井、水锤泄压井。•由上可知，供水管道系统所承担的任务就是水的提升、水的输送和分配及水量调节。在整个供水系统中，投资最大的往往是输水管（渠）道和配水管网，可达总投资60%~80%左右。因此，供水管道的合理设计十分重要。武汉大学水电学院84.1城市供水系统建设与管理•4.1.2供水管道系统规划和布置•管道系统规划要结合水源和水处理统一考虑。•供水管道系统规划的主要内容：•城市用水量及供水系统各部分设计流量的确定；•水源选择及取水位置和取水方式的确定；•水处理工艺及水厂位置的选择；•管道系统（包括输配水管道，泵站，水量调节构筑物等）布置及管道直径的计算等。•由于在供水系统中管道系统投资最大，又能是能耗最大的部分，故管道系统在供水系统整体规划中或总体布局中影响最大。下面将以管道系统为核心，简要介绍供水系统以及管道系统的布置。武汉大学水电学院94.1城市供水系统建设与管理•4.1.2供水管道系统规划和布置•1、供水系统的总体布局•根据城市总体规划、水源状况、城市地形、供水范围及用户对水质、水量和水压的要求不同，供水系统总体布局也有所不同，概括起来有以下几种：•（1）统一供水系统•城市居民生活饮用水、工业生产用水等，都按生活饮用水水质标准用统一的管道系统供给用户，称统一供水系统，如前图所示。其特点是管网中水压均由二级泵站一次提升，供水系统简单，一般适用于城市地形起伏较小，建筑层数差别不大，各种用户对水质和水压要求相差不大的城市或大型工业区。对于个别高层建筑或特殊用户应自行加压。武汉大学水电学院104.1城市供水系统建设与管理•4.1.2供水管道系统规划和布置•1、供水系统的总体布局•（2）分质供水系统•当对水质要求不高的工业生产用水或其他用水（如用海水冲洗卫生洁具，园林绿化用水等）所占比例较大时，为了节约水处理费用或节省水资源，可采用不同管道系统，分别将不同水质的水供给用户。其中一套供水系统为生活饮用水系统；另一套为工业生产用水或其他低质水系统。这种分质供水系统通常用于工业区或城市局部地区，国外已有长期应用历史，我国某些工业区（如上海桃浦工业区）以及香港特别行政区（用海水冲洗厕所）也有采用。分质供水系统虽然节约了水处理费用或水资源，但管道系统较复杂，应通过技术经济比较后确定。武汉大学水电学院114.1城市供水系统建设与管理•4.1.2供水管道系统规划和布置•1、供水系统的总体布局•（2）分质供水系统•目前，我国部分城市为了进一步提高饮用水质，也有将城市自来水经过进一步深度净化后制成直接饮用水，然后用直接饮用水管道系统供给用户，从而形成一般自来水和直接饮用水两套管道的分质供水系统。•例如，上海和深圳少数住宅小区即采用这种分质供水方式。分质供水系统仅适用于住宅小区或个别大型建筑物，不可能用于整个城市供水系统中，因为管道系统复杂，实施难度大。武汉大学水电学院124.1城市供水系统建设与管理•4.1.2供水管道系统规划和布置•1、供水系统的总体布局•（3）分区供水系统•当城市地形高差较大，或城市供水范围很大，或城市被自然地形分割成若干部分的大、中城市，可采用分区供水系统。•图示为地形高差很大时的分区供水系统。（a）是由同一泵站内的高压泵和低压泵分别向高区（Ⅰ）和低区（Ⅱ）供水，称为并联分区供水，又称分压供水系统。这样分区供水的原因是，若高区和低区采用同一管道系统供水，为了满足高区服务水压要求，低区和高区用水均需用高压泵提升。这样，低区管道将承受很高压力，从而有可能造成管道或配件损坏，影响供水安全，而且还浪费电能。分区供水系统示意图3——高压输水管道4——高区加压泵站(b)串联分区1——取水构筑物2——水厂二级泵站(a)并联分区高区低区21低区31高区24武汉大学水电学院144.1城市供水系统建设与管理•4.1.2供水管道系统规划和布置•1、供水系统的总体布局•（3）分区供水系统•并联分区的优点是：高区和低区用水分别供给，比较安全可靠；高区和低区水泵集中在一个泵站内，管理方便。缺点是：增加了高压输水管道。•若高区和低区相距较远且高差很大时,如果采用并联方式，则高压输水管道将很长，造价增加。这时，高区和低区之间可设高区加压泵站，如图(b)所示。低区和高区所需水量均由泵站2提供，但对泵站2提升的水压仅需满足低区服务压力要求即可。高区所需水压则由高区加压泵站4提升。这种布置方式称串联分区供水。其优点是：无需设置高压输水管；也无需高压水泵。缺点是：增加了一个高区加压泵站，同时供水安全可靠性不如并联分区，因为高区供水需通过低区管网。武汉大学水电学院154.1城市供水系统建设与管理•4.1.2供水管道系统规划和布置•1、供水系统的总体布局•（3）分区供水系统•无论是并联分区或串联分区，高区管网和低区管网之间往往有适当联系，以增加供水可靠性和高度的灵活性。•有的城市地形虽较平坦但配水管网延伸很长。由于水在管道中存在压力损失，管道中的水压力会逐渐减小，为了满足管网末梢的服务水压，二级泵站所需压力将很高。这样，将会造成二级泵站附近管道承受很高压力。为此，可在管网中间适当位置设置中途加压泵站，可降低二级泵站供水压力。武汉大学水电学院164.1城市供水系统建设与管理•4.1.2供水管道系统规划和布置•1、供水系统的总体布局•（3）分区供水系统•实际上，这也是一种串联分区供水形式，只不过不是由地形高差而引起的串联分区。例如，上海市设置中途加压泵站多达18个，使整个城市管道压力不致相差过大。•是否需要采取分区供水，采用并联分区还是串联分区，加压泵站建于何处，这些均需根据具体情况通过技术经济比较才能确定。武汉大学水电学院174.1城市供水系统建设与管理•4.1.2供水管道系统规划和布置•1、供水系统的总体布局•（4）区域供水系统•随着经济发展和农村城市化进程的加快，许多小城镇相继形成并不断扩大，或者以某一城市为中心，带动了周围城镇的发展。这样，城镇之间距离缩短。两个以上城镇采用同一供水管道系统，或者若干原先独立的管道系统连成一片，或者以中心城市管道系统为核心向周边城镇扩展的供水系统称区域供水系统。区域供水系统不是按一个城市进行规划的，而是按一个区域进行规划。武汉大学水电学院184.1城市供水系统建设与管理•4.1.2供水管道系统规划和布置•1、供水系统的总体布局•（4）区域供水系统•区域供水系统特点是：•第一，可以统一规划、合理利用水资源。例如，在一条河流沿岸，有可能建有多个城镇。对某一城镇而言，取水位置就可能是处于河流其他城镇下游。为避免水源污染和便于水源保护，可将取水构筑物建在几个城镇上游，统一取水，共同使用。或者某一水质较好的水库或湖泊，可根据各城镇实际所需水量合理分配，资源共享。或者几个水源虽独立取水，但采用同一管道系统供水时，可以合理安排各个水源取水量。•第二，分散的、小规模的独立供水系统联成一体后，通过统一管理、统一调度，可以提高供水系统技术管理水平、经济效益和供水安全可靠性。武汉大学水电学院194.1城市供水系统建设与管理•4.1.2供水管道系统规划和布置•1、供水系统的总体布局•（4）区域供水系统•区域供水系统在一些发达国家（如美、英、法等国）已多有采用，目前我国有的城市也开始采用区域供水。例如，江苏、浙江、深圳等某些城镇均有区域供水实例。区域供水系统的供水面积小至数十平方公里，大至数千平方公里。区域供水系统一般适用于相距较近、地理条件和水源特点合适的中、小城镇，或某一大城市与其周边的小、小城镇乃至村镇的联合供水。•以上各种供水系统中，可以仅有一个水源、一个水厂，也可以有多个水源（或一个水源多个取水口）、多个水厂，前者习惯称单水源管网，后者称多水源管网。大、中城市配水管网往往是多水源管网。多水源管网的主要优点是：供水安全可靠，管网内压力分布比较均匀，但增加了设备和管理工作。武汉大学水电学院204.1城市供水系统建设与管理•4.1.2供水管道系统规划和布置2、配水管网布置•配水管网的布置是在供水系统总体布局的基础上进行。配水管网是供水管道系统中主要部分。•由水厂二级泵站送入配水管网的水，经干管、分配管再流入用户的接户管。•干管是将水送入各个用水区，管径较大；分配管是将水从干管分配至用户附近和消火栓，管径较小；接户管是将分配管管中的水接至各个用户，管径最小。•配水管网的设计和计算，通常只限于干管以及干管之际间的连接管。因为，干管对安全、经济供水起决定作用，投资也最大。因此，配水管网的布置，通常指干管及干管之间连接管的布置，不包括分配管和接户管。武汉大学水电学院214.1城市供水系统建设与管理•4.1.2供水管道系统规划和布置2、配水管网布置•配水管网基本布置有以下两种：•（1）树状网•树状网，一般用于小城镇。其干管布置成树枝状。树状网投资小，但供水安