給水排水管網系統

（第三版）

給排水教研室佟勇

2017.2

課程學習要求及考核方式學習方法：課堂講授+課后練習+課程設計課堂講授——突出重點，掌握基礎理論和方法；課后練習——(1)作業練習；(2)專題討論；

(3)大作業；課程設計——將理論與實踐有機結合，學習實際工作方法，提高自己的設計能力，培養基本的工程師素質。成績評定：期末成績＝平時成績（作業+出勤率+提問）(30%)+期終考試成績(70%)第1章給水排水管網系統概論中國是一個干旱缺水嚴重的國家。淡水資源總量為28000億m3

，占全球水資源的6%，名列世界第6位。中國的人均水資源量只有2100m3

，約為世界平均水平的1/4，是全球人均水資源貧乏的國家之一。中國是世界上用水量最多的國家。2008年，全國淡水取用量達到5910億m3

，約占世界年取用量的10%左右。據2010年《城市供水統計年鑒》，載入年鑒的全國654個城市的2009年供水總量為352.28億m3，漏損總量為57.16億m3，漏損率為16.23%。漏損總量為北京、天津、上海和重慶四個直轄市的售水總量之和（36.93億m3）的1.55倍。中國水資源現狀1.0中國水資源和給水排水工程中國用水量

(x108m3/yr)

1949-2010【注：中國年平均降雨量620mm，降水總量59520億m3/a，可用水資源量28000m3/a。

】全國城市給水排水工程建設投資（1953-2008）2008年全國城市給水排水工程建設固定資產投資近800億元，接近當年國民經濟總產值GDP的0.27%；在興建的工業建設投資中，給排水工程投資約占5—10％。中國城市供水發展（1949-2008）自1978年至2008年，城市供水能力由2,530.4萬m3／d增加到26966.0萬m3／d,增長了10.6倍;有自來水廠的城市由182個增加到655個。全國城市給水排水管道長度（1949-2008）城市道路地下管線城市地下管線共同溝布置給水管網工程建設1.1給水排水系統的功能與組成給水排水系統是為人們的生活、生產和消防提供用水和排除廢水的設施總稱。是現代化城市最重要的基礎設施，是城市社會和經濟發展現代化水平的重要標志。分為給水和排水兩個組成部分，分別被稱為給水系統和排水系統。給水的用途通常分為生活用水、工業生產用水和市政消防用水三大類。廢水收集、處理和排放工程設施，稱為排水工程系統。根據廢水的來源，分為生活污水、工業廢水和雨水三種類型。給排水系統功能關系示意圖給水排水系統子系統劃分1）原水取水系統包括水源地（如江河等地表水資源，地下水資源，復用水資源）、取水設施、提升設備和輸水管渠等。2）給水處理系統包括各種采用物理、化學、生物等方法的水質處理設備和構筑物。工業用水一般有冷卻、軟化、淡化、除鹽等工藝和設施。3）給水管網系統包括輸水管渠、配水管網、水壓調節設施（泵站、減壓閥）及水量調節設施（清水池、水塔等）等，又稱為輸水與配水系統。4）排水管網系統包括收集與輸送管渠、水量調節池、提升泵站及附屬構筑物（如檢查井、跌水井、水封井、雨水口等）等。5）廢水處理系統包括各種采用物理、化學、生物等方法的水質凈化設備。常用物理處理工藝有格柵、沉淀、曝氣、過濾等，常用化學處理工藝有中和、氧化等，常用生物處理工藝有活性污泥處理、生物濾池、氧化溝等。6）排放和重復利用系統包括廢水受納體和最終處置設施，如排放口、稀釋擴散設施、隔離設施和廢水回用設施等。給水排水系統三項主要功能1）水量保障。及時可靠地提供滿足用戶需求的用水量，及時可靠地收集廢水（包括生活污水和生產廢水）和雨水并輸送到指點地點。2）水質保障。向指定用水地點和用戶供給符合質量要求的水及按有關水質標準將廢水排入受納水體?！緡绎嬘盟|標準、廢水排放標準】3）水壓保障。為用戶提供標準的用水壓力，排水系統具有足夠的高程和壓力，順利排入受納水體。必要時用水泵提升高程，或者通過跌水消能設施降低高程，以保證系統的通暢和穩定。圖1.2給水排水系統示意圖1-取水系統；2-給水處理系統；3-給水管網系統；4-排水管網系統；5-廢水處理系統；6-排放系統。

給排水管道系統均應具有以下功能：水量輸送：實現一定水量的位置遷移，滿足用水與排水的地點要求；水量調節：采用儲水措施解決供水、用水與排水的水量不平衡問題；水壓調節：采用加壓和減壓調節措施調節的壓力，滿足水輸送、使用和排放的能量要求。給排水管道系統的特點：給水排水管道系統具有一般網絡系統的特點，即分散性（覆蓋整個用水區域）、連通性（各部分之間的水量、水壓和水質緊密關聯且相互作用）、傳輸性（水量輸送、能量傳遞）、擴展性（可以向內部或外部擴展，一般分多次建成）等。同時給水排水管道系統又具有與一般網絡系統不同的特點，如隱蔽性強、外部干擾因素多、容易發生事故、基建投資費用大、擴建改建頻繁、運行管理復雜等。

給水管網系統輸水管道渡槽輸水給水系統的組成水源取水構筑物一級泵站輸水管渠水廠二級泵站調節構筑物配水管網配水管網主要由主干管、干管、支管、連接管、分配管等構成。配水管網中還需要安裝消火栓、閥門（閘閥、排氣閥、泄水閥等）和檢測儀表（壓力、流量、水質檢測等）等附屬設施，以保證消防供水和滿足生產調度、故障處理、維護保養等管理需要。給水泵站減壓閥門水塔、水箱高位水池給水管網系統的構成1.2城市用水量和用水量變化1.2.1城市用水量分類和用水量定額城市用水量主要分類：

1）居民生活用水量；Q12）公共設施用水量（包括機關、學校、醫院等）；Q23）工業企業生產用水量和工作人員生活用水量；Q34）消防用水量；Q45）市政用水量，主要指道路和綠地澆灑用水量；(Q5)道路：1-1.5L/次.m2，綠化：1.5-2.0L/d.m26）未預見用水量及給水管網漏失水量。(10-20%計算）城市綜合用水量：上述各類用水量總和。綜合生活用水量：居民生活用水量和公共設施用水量之和。用水量定額：不同類別的用水量指標。【中華人民共和國國家標準《室外給水設計規范》（GB50013－2006）】城市用水量計算：根據城市的地理位置、用水人口、水資源狀況、城市性質和規模、產業結構、國民經濟發展和居民生活水平、工業回用水率等因素計算確定。城市用水量定額1、特大城市人口100萬及以上；大城市人口50－100萬；中、小城市人口不滿50萬。2、一區：湖北、湖南、江西、浙江、福建、廣東、廣西、海南、上海、江蘇、安徽、重慶；二區：四川、貴州、云南、黑龍江、吉林、遼寧、北京、天津、河北、山西、河南、山東、寧夏、陜西、內蒙古河套以東、甘肅黃河以東地區；三區：新疆、青海、西藏、內蒙古河套以西和甘肅黃河以西的地區。用水量計算：城鎮或居住區的最高日生活用水量：Q1=q?NQ1:最高日生活用水量，m3/d;q:最高日生活用水量標準，m3/d?人；N：設計年限內計劃人口數。城市的計劃人口數并不等于實際用水人數，應按照實際情況考慮用水普及率，以便確定實際的用水人數，我國目前城市給水普及率97%以上。城市各區的用水量標準不同時，最高日用水量應等于各區用水量總和：Q1=∑qi?NiQi和Ni分別表示各區的最高日生活用水量標準和計劃人口數。城鎮最高日設計用水量：Qd=（1.1-1.2）(Q1+Q2+Q3+Q4+Q5）(m3/d)從最高日用水量可得到最高日最高時設計用水量：Qh=1000?Kh?Qd/（24?3600）=Kh?Qd/86.4（L/s）1.2.2用水量表達和用水量變化系數（1）用水量的表達

用水量是隨時間變化的，設計用水量按一定時間內的平均值計算如下：

1）平均日用水量：

規劃年限內，用水量最多的年總用水量除以用水天數。作為水資源規劃和確定城市設計污水量的依據；

2）最高日用水量：

用水量最多的一年內，用水量最多的一天的總用水量。作為取水工程和水處理工程規劃和設計的依據；

3）最高日平均時用水量：

最高日用水量除以24小時；

4）最高日最高時用水量：

用水量最高日的24小時中，用水量最大的一小時用水量。作為給水管網工程規劃與設計的依據。（2）用水量變化系數

1）用水量日變化系數，記作Kd：式中Qd――最高日用水量，m3/d；

Qy――全年用水量，m3/a。2）時變化系數，記作Kh，根據最高日用水量和時變化系數，可計算最高時用水量：

式中：Qh――最高時用水量，m3/h。3）用水量變化曲線

以時間t為橫坐標和與該時間對應的用水量q(t)為縱坐標數據繪制的曲線。年變化曲線、月變化曲線、日變化曲線、小時變化曲線、瞬時變化曲線。

圖1.3某供水區7日用水量在線記錄曲線最高日用水量變化曲線相對表示方法

最高日用水量變化曲線可采用每小時用水量占全日用水量的百分數表示，便于供水能力不等的城鎮或系統之間比較和參考。小時平均用水量比例為100％/24＝4.17％。例：某城市用水量變化曲線，最高時是上午8~9點，用水量比例為5.92%。一日中的小時平均用水量比例為100％/24＝4.17％，可以得出，時變化系數為kh＝1.42。特大城市大城市中等城市小城鎮1.1~1.31.2~1.41.3~1.51.4~1.8城市用水量日變化系數表1.31.3給水排水系統工作原理

1.3.1給水排水系統的流量關系Q1-取水流量；Q2-最大日供水量，Q1＝Q2＋q1或Q1＝α

Q2，q1-水廠自用水量；Q3-泵站供水量，q2-給水管網漏水量，q3-管網調節流量；Q4-最大日最大時用水量，Q3＋q3＝Q4＋q2；Q5-用戶排水量，Q5＝Q2－q4，q4-未進入排水系統的水量；Q6-進入廢水均和池流量，Q6＝Q5＋q5－q6，q5-滲入流量；Q7-污水廠入流量，Q7＝Q6/24，q6-調節水量

；Q8-系統排放流量，Q8＝Q7－q7，q7-排水處理系統自耗水

。1.3.2給水排水系統的水質關系三個水質變化過程：（1）給水處理：即將原水水質凈化，使之達到給水水質要求的處理過程；（2）用戶用水：用戶用水改變水質，成為污水或廢水，水質受到不同程度污染；（3）廢水處理：對污水或廢水進行處理，達到排放水質標準。三個水質標準：（1）原水水質標準：必須符合國家生活飲用水水源水質標準；（2）給水水質標準：必須達到國家生活飲用水水質衛生規范要求，工業用水和其它用水必須達到有關行業水質標準或用戶特定的水質要求；（3）排水水質標準：廢水經過處理后要達到的水質要求，應按照國家廢水排放水質標準要求及廢水排放受納水體的承受能力確定。管網水質變化：由于管道材料的溶解、析出、結垢和微生物滋生等原因，給水管網的水質也會發生變化，管網水質變化與控制問題也已引起高重視并成為專業技術人員研究的對象。

1.3.3給水排水系統的水壓關系水在輸送中的壓力方式：（1）全重力給水：水通過重力自流到水廠，又通過重力輸水管和管網至用戶，這是一種最經濟的給水方式。（2）一級加壓給水：采用一級加壓給水。水廠地勢較高時，從水源取水到水廠采用一級提升，處理后的清水依靠重力輸水給用戶；水源地勢較高時，依靠重力輸水至水廠，處理后的清水加壓輸送給用戶；采用封閉式供水設施，從取水處加壓后，采用承壓方式進行處理，直接輸送給用戶。（3）二級加壓給水：在水源取水時經過第一級加壓，提升到水廠進行處理，清水經過第二級加壓進入輸水管和管網，供用戶使用。這是目前采用最多的給水方式。（4）多級加壓給水：長距離輸水時需要多級加壓提升，如水源離水廠很遠時，原水需經多級提升輸送到水廠，或水廠離用水區域很遠時，清水需要多級提升輸送到用水區的管網；大型給水系統的用水區域很大，或用水區域為窄長型，應采用多級供水加壓。1.4給水排水管網系統的功能與組成給水排水管網系統：給水排水工程設施的重要組成部分，是由不同材料的管道和附屬設施構成的輸水網絡。分為給水管網系統和排水管網系統。給水管網系統：承擔供水的輸送、分配、壓力調節（加壓、減壓）和水量調節任務，保障用戶用水；排水管網系統：承擔污廢水收集、輸送、高程或壓力調節和水量調節任務，防止環境污染和防治洪澇災害。給水管網系統和排水管網系統均應具有以下功能：（1）水量輸送：實現水量的位置遷移，滿足用水與排水的地點要求；（2）水量調節：采用貯水措施解決供水、用水與排水的水量不平均問題；（3）水壓調節：采用加壓和減壓措施調節水的壓力，滿足水輸送、使用和排放的能量要求。

1.4.1給水排水管網系統的功能圖1.6給水管網系統示意圖1-清水池；2-供水泵站；3-輸水管；4-配水管網；5-水塔(高位水池)；6-加壓泵站；7-減壓設施

1.4.2給水管網系統的構成（1）輸水管（渠）：是指在較長距離內輸送水量的管道或渠道，輸水管（渠）一般不沿線向外供水。（2）配水管網：是指分布在供水區域內的配水管道網絡。其功能是將來自于較集中點（如輸水管渠的末端或貯水設施等）的水量分配輸送到整個供水區域，使用戶能從近處接管用水。（3）泵站：泵站是輸配水系統中的加壓設施，一般由多臺水泵并聯組成（圖1.9）。（4）水量調節設施：有清水池（清水庫）、水塔和高位水池等，也稱調節構筑物。（5）減壓設施：用減壓閥和節流孔板等降低局部水壓，避免水壓過高。圖1.7鋼筋混凝土輸水管道圖1.9給水泵站1.4.3排水管網系統的構成

圖1.12排水管網系統示意圖1-集水管網；

2-水量調節池；

3-提升泵站；

4-輸水管（渠）。

（1）廢水收集設施：排水系統起始點。用戶室外窨井和排水支管。（2）排水管網：分布于排水區域內的排水管道（渠道）網絡，將收集的污水、廢水和雨水等輸送到處理地點或排放口。（3）排水調節池：具有一定容積的污水、廢水或雨水貯存設施。降低高峰排水流量，降低工程造價。（4）提升泵站：通過水泵提升排水的高程或使排水加壓輸送。（5）廢水輸水管（渠）：長距離輸送廢水的壓力管道或渠道。（6）廢水排放口：排水管道的末端是廢水排放口，與接納廢水的水體連接。

污水排放口岸邊排放深水排放1.5給水排水管網系統類型與體制（1）按水源的數目分類

1）單水源給水管網系統：只有一個清水池（清水庫），經過泵站加壓后進入輸水管和管網，所有用戶的用水來源于一個水廠。較小企事業單位或小城鎮給水管網多為單水源給水管網系統，如圖1.19所示。

2）多水源給水管網系統：有多個水廠的清水池（清水庫）作為水源的給水管網系統，用戶用水可以來源于不同的水廠。大中城市甚給水管網系統一般是多水源給水管網系統，如圖1.20所示。具有較高的供水安全性。1.5.1給水管網系統類型圖1.19單水源給水管網系統示意圖1－地下水集水池；2－泵站；3－水塔；4－管網圖1.20多水源給水管網系統示意圖1－水廠；2－水塔；3－管網（2）按系統構成方式分類

1）統一給水管網系統：系統中只有一個管網，統一供應生產、生活和消防等各類用水。

2）分區給水管網系統：將給水管網系統劃分為多個區域，各區域管網具有獨立的供水泵站和供水壓力。分區給水管網可以降低平均供水壓力，減少爆管和節約泵站能耗。

分區方法：串聯分區，設多級泵站加壓；并聯分區，不同壓力要求的區域由不同泵站（或水泵）供水。1.5.1給水管網系統類型（2）分質給水系統：因用戶對水質的要求不同而分成兩個或兩個以上系統，分別供給各類用戶?？煞譃樯罱o水管網和生產給水管網等。可以從同一水源取水，在同一水廠中經過不同的工藝和流程處理后，由彼此獨立的水泵、輸水管和管網，將不同水質的水供給各類用戶。如圖圖1.6分質給水系統

采用此種系統，可使城市水廠規?？s小，特別是可以節約大量藥劑費用和動力費用，但管道和設備增多，管理較復雜。適用在工業用水量占總水量比例大，水質要求不高的地區。

（3）按輸水方式分類

1）重力輸水管網系統：水源處地勢較高，水依靠自身重力進入管網并供用戶使用。重力輸水管網系統無動力消耗，運行經濟。

2）壓力輸水管網系統：水由泵站加壓經輸水管進入管網供用戶使用，需要消耗動力。1.5.1給水管網系統類型圖1.23重力輸水管網系統1-清水池；2-輸水管；3-配水管網定義：不同排除方式所形成的排水系統，稱為排水體制。－合流制；－分流制。（1）合流制排水系統

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