给排水课程

給水工程-蔡忠賢1Chap.1绪论1.1给水工程之内涵给水工程----自来水工程自来水----以水管及其它设施导引供应合乎卫生的公共给水。水质须合乎两大原则：适饮：指水中无致病菌及对人体有毒之物质。可口：指水的外观无浊度、色度及臭味且水温及酸碱适当。充足的水量：指任何时刻的供水量均能满足未来计划用水量的需求。足够的水压：指自来水管线末端的用户或尖峰用水时刻供水顺畅。1.2给水工程之规划自来水工程于设计-施工前，必须撰写工程规划报告书，内容如下；一、计划概说1.计划缘起2.欲达成之目标3.政策与法律规章4.区域内自然环境、社会经济环境等调查5.其它相关计划二、目前供水状况三、计划目标年----设计年限；约10~50年。四、计划给水区域五、计划给水人口计划给水人口＝计划目标年给水区人口总数×给水普及率人口预估方法：1.数学模式法（1）算数增加法：适用于人口在短时间之成长趋势轨迹近直线的情况（短期人口预测）y=a+btyy=a+btat（年）（2）几何增加法：适用于新兴都市人口成长急促，呈几何级数增加（短期人口预测）y=y0（1+r）tyy=y0（1+r）t斜率＝kdyr：单位时距之平均增加率t（年）（3）递减增加法：适用于人口成长率呈缓慢递减，最后达饱和（古老都市人口预测）y=k-abtykk：饱和人口y=k-abta：饱和人口-基准年人口b：递减增加率t（年）（4）指数曲线法：适用于各类型都市短期人口预测給水工程-蔡忠賢2y=y0+Ataya＞1a=10＜a＜1t（年）（5）理论曲线法（饱和曲线法）：适用于初期缓慢，中期急促，后其平稳之情况01100021202021210ln1,,21ykyykynbyykayyyyyyyyykaekybtn：等时距取三年等时距之人口数：210,,yyyyk0＜0y＜1y及21y＞20yyt（年）2.绘图模式法（1）曲线延长法：适用于小规模都市之人口成长（2）比较法：适用于性质相似而人口较多之都市作比较预测（3）S曲线法：将各年人口数化为相当饱和人口之百分数，再绘于半对数纸上，延长此曲线来预估人口3.人口密度推沽法t（年）各种人口预测法之优缺点：1.数学模式法：缺弹性，未来人口变化因素无法考虑。2.新兴都市须考虑开发面积、进度及饱和人口密度等数据，为依据预测人口。p.11~13,例1-1，例1-2六、计划给水量100gal/人.天，1gal=3.785L计划平均日给水量＝每人每日用水量×人口数×给水普及率计划最大日给水量＝平均日给水量×（1.2~1.6）一般取1.5计划最大时给水量＝平均日给水量×（1.8~2.7）一般取2.5计划最小时给水量＝平均日给水量×0.33用水量考虑因素：1.都市型态2.水文条件3.地区性质4.水质水压5.冷气机用水6.下水道建设7.水表水价8.时间给水9.用水习惯10.其它七、水源选择考虑：水量、水质、水权及地质等因素。八、系统规划与配置考虑：地形、地质、土地利用、配水方式、净水方式、施工难易、工程经济性及扩建难易等因素。九、系统设施安全分析飽和百分比（對數值）給水工程-蔡忠賢3考虑：结构安全、设施水密性、材质耐蚀性及公害与环境干扰等因素。十、财务分析筹措及扩建展望考虑：工程费、维护管理费、人事费及土地费用等因素。1.3给水系统设计容量给水系统包括：进水设备、导送水管（渠）、净水设施、清水池、低扬程抽水机（原水）、高扬程抽水机（清水或配水）、配水池、配水管及用水设备等单元。给水系统配置；p.17fig.1.7各单元设计容量；1.进水设备最大日用水量＝1.5×平均日用水量+损失水量最小日用水量＝0.6×平均日用水量最小时用水量＝0.33×平均日用水量2.导送水管（渠）最大日用水量3.配水池前后管（渠）配水池前（Ⅰ）：采最大时用水量＝2.5×平均日用水量火灾时：称同时用水量＝最大日用水量+消防用水量美国；消防用水量PPQ01.011020P：人口（仟人），Q：gpm台湾；p.20，表中配水池后（Ⅱ）：（最大时用水量－最大日用水量）及（最大日用水量－最小时用水量）取其中值较大者设计。4.低扬程抽水机（原水）最大日用水量＋备用单位（故障修理）或2×平均日用水量5.高扬程抽水机（清水或配水）3×平均日用水量6.净水厂最大日用水量＋处理厂用水（反冲洗用水）或快滤厂：1.6×平均日用水量慢滤厂：1.4×平均日用水量7.清水池依净水厂而定，停留时间以约1小时设计。V=Q×T8.配水池平均时用水量之5~6小时，如考虑消防用水则须8~12小时。p.18例1.3,p.19例1.41L=10-3m3,lpcd：每人每日用水量台湾省；每人每日供水量每年平均增加8L。1.4给水系统之重要水质指针温度（Temperature）水温增加10℃，生化反应速率增加1倍，且DO↓，增加腐蚀性，有毒气体增加。給水工程-蔡忠賢4色度（Color）真色度：去除水中悬浮固体而测定的色度。视色度：水样直接测得的色度。来源：1.枯枝落叶腐根、浮游生物及黏土等2.金属离子：Fe3+（褐）3.纸浆、染整及淀粉厂等1色度单位＝1mgPt/L（即1LK2PtCl2溶液中含有1mg的Pt）台湾省自来水标准为15铂钴单位一般新鲜污水：浅灰色腐化污水：暗灰色或黑色浊度（Turbility）来源：黏土、硅土、淤泥、浮游生物、无机及有机微粒。1NTU=1mgSiO2/L台湾省自来水标准为4NTU臭味（Odor）来源：1.自然现象：H2S、铁金属臭、黏土臭、铁菌及藻类浮游生物臭。2.工业废（污）水：炼油厂废水、机械工厂废水及焦炭、煤气厂之酚臭。3.味之来源：Cl、SO42-、Na、Ca、Mg、Fe及Cu之苦味。Sample（ml）+无臭纯水（ml）臭气初嗅数＝，台湾省自来水标准为3Sample（ml）PH（PotentialofHydrogen）值PH=－log[H+]PH+POH=14PH值之影响：1.藻类繁殖，PH增高2.加明矾操作时PH＞8.5会影响混凝效果3.PH值会影响腐蚀4.PH＜6.5会影响加氯消毒能力台湾省自来水标准为6.5＜PH＜8.5溶氧（DissolvedOxygen）DO20℃,1atm饱和溶氧＝9.2mg/l,鱼类生长需求DO＞4.0mg/l。生化需氧量（BiochemicalOxygenDemand）BOD20℃下，5天好氧菌的生化作用所消耗的氧量，称BOD。第一段称CBOD约7~10天，将含碳有机物完全氧化成CO2和H2O时。第二段称NBOD约100天，将氮有机物分解成亚硝酸盐及硝酸盐时。碱度（Alkalinity）为中和强酸至某一PH值之能力。来源：1.OH-、CO22-、HCO3-2.硼酸盐、硅酸盐及磷酸盐等测碱度之目的：1.化学混凝：（1）使混凝剂在最佳的PH范围内操作。給水工程-蔡忠賢5（2）混凝剂和碱度作用，产生沉淀绊除浊度作用。2.水软化：计算软化过程中，石灰或苏打灰之用量。3.腐蚀控制：饱和指数（Ⅰ）＝HCO3-、Ca2+、CaCO3平衡时之PH。即当时之PH值。Ⅰ＝0：不腐蚀也不结垢Ⅰ＞0：CaCO3过饱和，形成水垢Ⅰ＜0：具腐蚀倾向4.锅炉水因高温造成CO2跑掉，致PH值偏高。5.控制河川污染：藻类消耗CO2，致碱度增加。悬浮固体（SuspendedSolid）S.S.水样过滤后，烘干（103~105℃）后，残留的重量称S.S.。十、总固体（TotalSolid）TS总固体TS=SS+DS水样蒸干后，残留的重量称TS水样过滤后，滤液蒸干后，残留的重量称DS蒸干残留物置入高温炉（550℃）一小时后之残留物重量，称灰分或固定固体FS蒸干残留物置入高温炉（550℃）一小时后之挥发损失的重量，称挥发固体VS十一、硝酸盐（Nitrate）蛋白质氮游离氨氮亚硝酸盐氮硝酸盐氮【污染时间短】【污染时间长】（蓝婴病）台湾省自来水标准为NO3-－N=10mg/l十二、磷酸盐（Phosphate）造成优养化现象，总磷酸盐＝正磷酸盐＋聚磷酸盐十三、氟化物（Fluoride）水中含1mg/l氟盐，可防止蛀牙。＞115mg/l易发生氟中毒。台湾省自来水标准为＜0.8mg/l十四、比导电度（Conductivity）TS/导电度＝0.6~0.7μmho/cm（微姆欧/公分）或mmho/cm（毫姆欧/公分）十五、硬度（Hardness）消耗水中肥皂形成沉淀物之能力。总硬度（TH）＝碳酸盐硬度（CH）（暂时）＋非碳酸盐硬度（NCH）（永久）TH＞碱度则CH＝碱度：NCH＝TH－CHTH≦碱度则CH＝碱度：NCH＝0硬度的好处：1.覆盖水管表面，防腐蚀。2.灌溉用水，可降低Na，增加植物产量。硬度的害处：1.降低清洁剂效力。2.纺织纤维产生斑点、瓷器变色及蔬菜变韧。3.产生水垢，耗燃料。4.锅炉用水产生爆炸。5.影响适饮性。台湾省自来水标准为500mgCaCO3/L給水工程-蔡忠賢6十六、清洁剂ABS（硬性清洁剂）：生物不易分解，易引起泡沫、臭味及干扰水处理。LAS（软性清洁剂）：易生物处理。台湾省自来水标准：阴离子界面活性剂（MBAS）＜0.5mg/l十九、农药（Pesticide）1.有机氯烃类：DDT、BHC，具慢性生物累积性。2.有机汞类：具慢性生物累积性。3.有机磷类：残效性短、毒性大，但易消失，影响生物的酵素作用。三十四、有效余氯（AvailableChlorine）自由有效余氯：Cl2、HOCl、OCl-之组合。消毒能力Cl2＞HOCl＞OCl-结合有效余氯：NCl3、NHCl2、NH2Cl之组合。三十六、大肠菌类（Coliform）革兰姆染色阴性、无芽胞之杆菌类，分解乳糖生成酸及气体，金属光泽之深色菌落，较一般致病菌生存力强，比一般细菌弱，检验快速简单。1.5给水工程之基本流体力学知识1-5-1静水力学水中质点无相对运动，故无剪应力（Stress），而只承受水压力。只包含高程位能及静水压能静水压力静水总作用力F＝水体重量＋水面上的外力（大气压力）F静水平均压力AFPP：平均水压力N/m2A：作用面积m2AF：作用总力N如果△A0，则称静水压力dAdFAFPA0lim水中某点压力符合巴斯噶定理（Pascal’sPrinciple）特性；1.静水压力的方向与作用面垂直，并指向作用面。2.静态水中任何一点，各方向的静水压力相等。静水压力基本方程式P0PA＝P0＋γhhPA：水面下A点的水压力（N/m2）AP0：水面上大气压力（N/m2）γ：水的比重量＝ρg（N/m3）ρ：水的密度（kg/m3）ω＝mgg：9.8（m/sec2）重量＝质量×重力加速度h：深度（m）給水工程-蔡忠賢7APhAhPghVmPghPhPPA00000A：A点水深处之单位面积上垂直水柱重量（N/m2）1.绝对静水压力：以完全真空为零点起算点所计算出的静水压力。hPPS02.相对静水压力：以大气压力aP为起算点所计算出的静水压力。aaSAPhPPPP0在水表面的大气压力aPP0，∴hPA静水头为位置水头和压力水头之和。即静水头＝.constPZ所以静态水体任何一点之静水头恒为常数。P.42,fig.1-14位置水头Z：基准面以上之高程（m）压力水头Ph（m）P：静水压力（N/m2），γ：水的比重量（N/m3）1-5-2动水力学水流动状态的主要物理成因有高程位能、流速及动水压力等。动态水流体之重要性质1.密度（Density）单位体积分之质量，ρ=m/Vg/cm3kg/m3slugs/ft3标准状态水，4℃、ρ=1g/cm3=103kg/m3=1.94slugs/ft32.比重（SpecificGravity）waterCwaterwaterS,403.比重量（SpecificWeight）γ=ρg（N/m3或dyne/cm3）4.流水断面积水流通过的横截面积，cm2、m25.流速单位时间内水流之流动距离，m/sec、cm/sec水力学公式中的流速，一般采用断面上各深处之流速平均值。6