第一章给水排水管网系统概论

主讲人：朱越平给水排水管网系统环境工程本科课程手机：[phone]短号：610455Email:[e-mail]化工学院给水排水工程教研室2第1章给水排水管网系统概论1.1给水排水系统的功能与组成1.2给水排水管网系统的功能与特点1.3给水管网系统1.4排水管道系统31.1给水排水系统的功能与组成1.1.1给水排水系统定义：给水排水系统是为人们的生活、生产、市政和消防提供用水和废水排除设施的总称。可分为给水系统和排水系统。一、给水系统（watersupplysystem）：是保障城市居民、工矿企业等用水的各项构筑物和输配水管网组成的系统。4根据系统的性质不同有四种分类方法：按水源种类：分为地表水（江河、湖泊、水库、海洋等）和地下水（潜水、承压水、泉水等）给水系统；按服务范围：可分为区域给水、城镇给水、工业给水和建筑给水等系统；按供水方式：分为自流系统（重力供水）、水泵供水系统（加压供水）和两者相结合的混合供水系统；按使用目的：可分为生活给水、生产给水和市政、消防给水系统。给水系统按使用目的划分：1、生活用水――主要包括居民生活用水、公共设施用水和工业企业生活用水。居民生活用水――居民家庭生活中饮用、烹饪、洗浴、冲洗等用水，保障居民身体健康、家庭清洁卫生和生活舒适。公共设施用水――机关、学校、医院、宾馆、车站、公共浴场等公共建筑用水，用水量大，地点集中，成为“大用户”。工业企业生活用水――工业企业内的饮用、烹饪、洗浴、冲洗等生活用水，根据工业企业的生产工艺、生产条件、工作人员数量、工作时间安排等因素而变化。2、工业生产用水――生产工艺和产品质量用水，对水量、水质、水压的要求差异很大。3、市政和消防用水――城镇或工业企业区域内的道路清洗、绿化浇灌、公共清洁卫生和消防的用水。6二、排水系统：废水收集、处理和排放工程设施，称为排水系统（seweragesystem）。1、生活污水――指居民和工业企业中的生活污水，受污染程度比较严重。2、工业废水――在生产工业过程中受到严重污染，含有很高浓度的污染物质，甚至含有大量有毒有害物质。3、降水排水――雨水和冰雪溶化水，防止地面积水和洪涝灾害。降水应尽可能被收集和利用，达到保护环境、保护水资源、保障人们生活和生产活动安全的目的。根据排水系统所接受的废水的性质和来源不同，废水可分为生活污水、工业废水和雨水三类。7茂名暴雨积水2008.681.1.2给水排水系统三项主要功能1）水量保障用户需求的用水量；将用户排出废水量和降雨量及时可靠收集并输送。2）水质保障饮用水水质标准；废水排放水质标准。3）水压保障——输水能量用户用水压力—保证充足流量；用水设施安全；排水通畅和稳定。91.1.3给水排水系统组成（1）取水系统。（2）给水处理系统。（3）给水管网系统。（4）排水管道系统。（5）废水处理系统。（6）废水排放系统。（7）重复利用系统。给水排水系统组成如图1.110河流图1-1城镇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-排水管道系统；5-污水处理系统；6污水排放系统11图1.2城市给水排水系统功能关系示意121.1.4给水排水系统工作原理给水排水系统中的各组成部分在水量、水质和水压（能量）上有着紧密的联系，必须正确认识和理解他们的相互关系并有效地进行控制和运行调度管理，才能满足用户对水量、水质、和水压的要求，达到水资源优化利用、降低生产运行成本、满足生产要求、保证产品质量、方便人们生活、保护环境、防止灾害等目标。13一、用水分类1、综合生活用水（含居民、公建、团体生活）2、工业企业用水（含生产、生活）3、消防用水4、市政用水，主要指浇洒道路和绿地用水5、未预见用水量及管网漏失水量城市用水分类、用水量表达和用水量变化系数二、用水量的表达1、最高年用水量(Qy)：即规划年限内，用水量最多的年的总用水量；2、平均日用水量(Qy/365)：即规划年限内，用水量最多的年总用水量除以用水天数，一般作为水资源规划和确定城市设计污水量的依据；3、最高日用水量(Qd)：用水量最多的一年内，用水量最多的一天的总用水量。一般作为取水工程和水处理工程规划的依据；4、最高日平均时用水量(Qd/24)：即最高日用水量除以24小时，得到的最高日每小时平均用水量,；5、最高日最高时用水量(Qh)：即用水量最高日的24小时中，用水量最大的一小时用水量。该值一般作为给水管网工程规划与设计的依据15三、用水量的变化1、用水量的变化及变化系数用水量的变化—用水量在一年之中的不同季节、月份及日期，以及在一天24小时之间都可能发生波动，影响因素—如季节、天气、工作日、休息日的变化三个重要的参数，反应用水量的变化情况，即年变化系数，日变化系数和时变化系数。16年变化系数—在设计年限内设计用水量（即最高年用水量）与期限内平均年的用水量之比值。365QQKYdd24dhhQQK指设计年限内达到的用水水平；有一定规律可遵循，可进行分析、预测；日变化系数—在一年中，最高日的用水量与平均日的用水量之比值。时变化系数—在最高日内，最高小时的用水量与平均时的用水量之比值。172、用水量变化曲线在给水系统设计中，除需求出最高日用水量和最高时用水量外，还要有高日一天中用水量的变化曲线，即最高日用水量变化曲线。将一天24小时每小时用水量占全天用水量的百分数做纵坐标，以时间为横坐标做图，不考虑每小时内的变化即得用水量变化曲线。18图1.1a19图1.1b20图1.1c21用水量变化曲线分析1）三种不同类型的城市用水量变化规律分析2）变化曲线以相对的百分数表示，故有可比性。3）全天用水量按100%计，则小时平均值约为4.167%4）由此可计算出各城市的时变化系数。举例：根据国内55个城市自来水公司1990年至1997年调查统计的最高日供水变化曲线，得出最高日城市综合用水的变化系数。经过综合分析研究后，规定时变化系数宜采用1.3-1.6；日变化系数宜采用1.1-1.5。个别小城镇的变化系数可以突破上限。如图7.1aKh=6.25/4.167=1.5如图7.1bKh=5.62/4.167=1.35如图7.1cKh=5.20/4.167=1.255）由此用水量变化曲线，可以合理调节供水量的大小，调度水泵站的运转工作。1.1.4.1给水排水系统的流量关系给水排水系统流量关系如图1-3所示图1-3给水排水系统流量关系示意图Q1-取水系统供水量；Q2-给水处理系统供出最大日供水量；Q3-管网泵站小时流量；Q4-给水管网系统最大日最大时供水量；Q5-用户使用后进入排水系统的水量；Q6-进入废水均和池的流量；Q7-污水处理系统每小时处理水量；Q8-污水处理系统排放流量231.1.4.2给水排水系统的水质关系作为城镇给水水源，其水质必须符合国家生活饮用水水源水质标准。原水得到净化，进入城市给水管网。生活饮用水必须达到国家生活饮用水水质卫生规范要求，工业用水和其他用水必须达到有关行业水质标准或用户特定的水质要求。用户用水后水质受到不同程度的污染，排放废水。废水排放，其水质要求应按照国家废水排放水质标准及废水排放受纳水体的承受能力确定。废水得到处理，去除污染物质，达到排放标准。给水排水系统的水质主要以各组成部分的水质标准和变化过程来体现。241.1.4.3给水排水系统的水压关系给水排水整个过程都与能量有关在给水系统中：重力给水：水流通过重力自流输水到水厂处理，然后又通过重力输水管和管网送至用户使用，最经济的给水方式。当原水位能有富余时可以通过阀门调节供水压力。一级加压供水：从水源取水到水厂采用一级提升，处理后直接重力输水给用户。（当水厂地势较高、水源地势较高、原水水质较好）二级加压供水：取水时经过第一级加压，水厂清水贮存于清水池中，经过第二级加压进入输水管和管网。这是目前采用最多的供水方式多级加压供水：长距离输水时需要多级加压提升；大型给水系统的用水区域很大，应采用多级供水加压。25在排水系统中：一般利用地形或管道坡度重力输水，当管渠埋深太大时，采用排水泵站进行提升。排水系统提升：埋深较大的情况局部地势低的地方排水系统提升有可能需要进行多次。给水排水管网定义：输送和配给供水、收集和输送废水的管道网络(waterandwastewaterpipenetworks)。是给水排水工程系统的重要组成部分，管网系统的建设投资占给水排水工程建设总投资的60－70％左右。给水管网（上水管道）（watersupplypipenetworks,waterdistributionsystem）：输送和配给供水的管道网络。排水管网（污水沟道、下水道）（sewernetworks,sewersystems）：收集和输送污水的管道网络。雨水管网（雨水沟道）（stormsewernetworks,stormsewersystem）：收集和输送雨水的管道网络。1.2给水排水管网系统的功能与特点271.2.1给水排水管网系统的功能水量输送：即实现一定水量的位置迁移，满足用水和排水的地点要求；水量调节：即采用贮水措施解决供水、用水与排水的水量不平均问题。水压调节：即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。281.2.2给水排水管网系统的特点给水排水管道系统具有一般网络系统的特点：即分散性（覆盖整个用水区域）、连通性（各部分之间的水量、水压和水质紧密关联且相互作用）、传输性（水量输送、能量传递）、扩展性（可以向内部或外部扩展，一般分多次建成）等。同时给水排水管道系统又具有与一般网络系统不同的特点，如隐蔽性强、外部干扰因素多、容易发生事故、基建投资费用大、扩建改建频繁、运行管理复杂等。291.3给水管网系统1.3.1给水管网系统的组成给水管网系统一般是由输水管（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、高位水池）等构成。如图1-4所示。30河流1-取水构筑物；2-一级泵站；3-水处理构筑物；4-清水池；5-二级泵站；6-输水管；7-管网；8-水塔图1-4地表水源给水管网系统示意图31给水系统各个组成之间的工作关系1、水源和水源地—水质须满足《生活饮用水水源水质标准》；水量满足城市取水量的要求。3233茂名市河东水厂引水渡槽高州水库向高州城区直供引水管342、取水构筑物和一级泵站水质—同水源，严禁污染；水量—取水、一泵及处理构筑物要协调一致，按最高日24小时均匀工作，为：优点：1）规模小；2）稳定。水压—3者间的水压关系如图，一泵站扬程：HI=HI0+h0+hITQQdI353、水处理系统水质—根据《生活饮用水卫生标准》水量—同一泵站水压—处理构筑物的高程关系如图：364、清水池水质：消毒剂作用、贮存合格水、达“卫生标准”水量：调节作用，满足城市取水量的要求。水位：工艺流程的较低液面，低于滤池，其后吸水井有泵抽送。无论管网中是否有调节构筑物，都必须设清水池37无论管网中是否有调节构筑物，一泵站按高日平均时流量设计，而二泵站按高日高时或分级供水设计。由此产生了一、二泵站之间供水不平衡。385、送水泵站水质：加氯消毒经一定时间作用，达到“卫生标准”水量：分两种情况1、管网中无水塔时，二泵站按高日高时流量以及用水量变化规律设计。2、管网中有水量调节构筑物时，二泵站是分级供水，一般2-3级。水压：分几种情况1、无水塔2、前置水塔3、中间水塔39npSCCPhhhHZH无水塔时：40ptnSCCPhhhhHZH前置水塔：41tnCtZhHH2spnCPhhhHZH1'中间水塔：426、输配水管网水质：1、存在出厂水质达标而用户取用的水质不合格的现象2、出厂后水质存在物理化学和生物化学方面的不稳定性3、储存和输配构筑物的材质性能以及外部污染物的影响水量/水压—与用水和泵站的工况相关，呈动态变化按高日高时流量及相应的扬程控制431.3.2给水管网系统类型1．按水源的数目分类（1）单水源给水管网系