第1章给水排水管网系统概论

给水排水管网系统（第二版）教学参考课件同济大学环境科学与工程学院刘遂庆教授2012.8.给水排水管网系统（第二版）教学参考课件同济大学环境科学与工程学院刘遂庆教授2012.8.第1章给水排水管网系统概论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中国用水量(x108m3/yr)1949-201001000200030004000500060001949195719651980199319972000200420072010总用水量农业用水工业用水生活供水【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。】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％。0.50.80.21.24.75.523.169.9161181.8295.40.410.50.30.63.31037154.5375.24960100200300400500600195319581963196819731978198319881993199820032008供水投资（亿元）排水投资（亿元）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26,604.0万m3／d,增长了9.5倍;有自来水厂的城市由182个增加到655个。240.6450.21078177025303960140001821523500269668.89.626.35078117.7380489.546850005000100001500020000250003000019491957196519721978198419901996200220080100200300400500600城市供水能力（万m3/d）城市供水量（亿m3/y）0500001000001500002000002500003000003500004000004500005000001949195719651972197819841990199620022008供水管道长度（km）排水管道长度（km）全国城市给水排水管道长度（1949-2008）城市道路地下管线城市地下管线共同沟布置给水管网工程建设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。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。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。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；2）公共设施用水量（包括机关、学校、医院等）；3）工业企业生产用水量和工作人员生活用水量；4）消防用水量；5）市政用水量，主要指道路和绿地浇洒用水量；6）未预见用水量及给水管网漏失水量。†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。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。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。yddQQK365=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。dhhQQK24=24dhhQKQ=图1.3某供水区7日用水量在线记录曲线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1.31.3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＝αQ2，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。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。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。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1.4