给水系统的工作工况

1、第五章 给水系统的工作工况本章内容：1、给水系统的流量关系2、给水系统的水压关系本章难点：清水池和水塔容积计算给水系统是由功能互不相同而且又彼此密切联系的各组成部分连接而成，它们必须共同 工作满足用户对给水的要求。因此，需从整体上对给水系统各组成部分的工作特点和它们在 流量、压力方面的关系进行分析，以便确定各构筑物、管道和设备的设计或运行参数。第一节给水系统的流量关系为了保证供水的可靠性，给水系统中所有构筑物都应以最高日设计用水量。刁为基础进 行设计计算。但是，给水系统中各组成部分的工作特点不同，其设计流量也不同。一、取水构筑物、一级泵站和给水处理构筑物取水构筑物、一级泵站和水厂是连续、均匀地

2、运行。原因是：从水厂运行角度，流量 稳定，有利于水处理构筑物稳定运行和管理；从工程造价角度，每日均匀工作，平均每小 时的流量将会比最高时流量有较大的降低，同时又能满足最高日供水要求，这样，取水和水 处理系统的各项构筑物尺寸、设备容量及连接管直径等都可以最大限度地缩小，从而降低工 程造价。取水和水处理工程的各项构筑物、设备及其连接管道，以最高日平均时设计用水量 加上水厂的自用水量作为设计流量，即：Qd（m3/d）（5-1）式中a 一考虑水厂本身用水量系数，以供沉淀池排泥、滤池冲洗等用水。其值取决于水 处理工艺、构筑物类型及原水水质等因素，一般在1.051.10之间；T 一每日工作小时数。水处理构

3、筑物不宜间歇工作，一般按24均匀工作考虑，只有 夜间用水量很小的县镇、农村等才考虑一班或两班制运转。取用地下水若仅需在进入管网前消毒而无需其他处理时，一级泵站可直接将井水输入管 网，但为提高水泵的效率和延长井的使用年限，一般先将水输送到地面水池，再经二级泵站 将水池水输入管网。因此，取用地下水的一级泵站计算流量为：Q - Tf （m3/d）（5-2）和式（5-1）不同的是，水厂本身用水量系数a为1。二、二级泵站二级泵站的工作情况与管网中是否设置流量调节构筑物（水塔或高地水池等）有关。当管 网中无流量调节构筑物时，任一小时的二级泵站供水量应等于用水量。这种情况下，二级泵 站最大供水流量，应等于最

4、高日最高时设计用水量Qh ；为使二级泵站在任何时候既能保证 安全供水，又能在高效率下经济运转，设计二级泵站时，应根据用水量变化曲线选用多台大 小搭配的水泵（或采用改变水泵转速的方式调节水泵装置的工况）来适应用水量变化。实际 运行时，由管网的压力进行控制。例如，管网压力上升时，表明用水量减少，应适当减开水 泵或大泵换成小泵（或降低水泵转速）；反之，应增开水泵或小泵换成大泵（或提高水泵转 速）。水泵切换（或改变转速）均可自动控制。这种供水方式，完全通过二级泵站的工况调 节来适应用水量的变化，使二级泵站供水曲线符合用户用水曲线。目前，大中城市一般不设 水塔，均采用此种供水方式。当管网内设有水塔或高地

5、水池时，二级泵站分级供水。二级泵站的设计供水线应根据用 水量变化曲线拟定。拟定时应注意以下几点：泵站各级供水线尽量接近用水线，以减小水 塔的调节容积，但从泵站运转管理的角度来说，分级数又不宜过多，一般不应多于35级。 分级供水时，应注意每级能否选到合适的水泵，以及水泵机组的合理搭配，并尽可能满足 目前和今后一段时间内用水量增长的需要。管网内设有水塔或高地水池时，由于它们能调节水泵供水和用水之间的流量差，因此二 级泵站每小时的供水量可以不等于用水量。三、输水管和配水管网输水管和配水管网的计算流量均应按输配水系统在最高日最高用水时工作情况确定，并 与管网中有无水塔（或高地水池）及其在管网中的位置有

6、关。当管网中无水塔时，泵站到管网的输水管和配水管网都应以最高日最高时设计用水量 Qh作为设计流量。管网起端设水塔时（网前水塔），泵站到水塔的输水管直径应按泵站分级工作的最大一 级供水流量计算，水塔到管网的输水管和配水管网仍按最高时用水量Qh计算。管网末端设水塔时（对置水塔或网后水塔），因最高时用水量必须从二级泵站和水塔同 时向管网供水，泵站到管网的输水管以泵站分级工作的最大一级供水流量作为设计流量，水 塔到管网的输水管流量按照水塔输入管网的流量进行计算。设有网中水塔时，有两种情况，一种是水塔靠近二级泵站，并且泵站的供水流量大于泵 站与水塔之间用户的用水流量，此种情况类似于网前水塔；一种是水塔离

7、泵站较远，以致泵 站的供水流量小于泵站与水塔之间用户的用水流量，在泵站与水塔之间将出现供水分界线， 情况类似于对置水塔。这两种情况下的设计流量确定问题可参见前文所述。四、水塔与清水池的调节作用水塔的流量调节二级泵站供水流量和用户用水流量不相等时，其差额可由水塔来调节。清水池的流量调节调节一、二级泵站供水量的差额。第二节清水池和水塔清水池和水塔在给水系统中主要起流量调节作用，另外，清水池还兼有贮存水量和保证与消毒剂有充分消毒接触时间等作用，水塔还兼有贮存水量和保证管网水压的作用。一、清水池和水塔的容积计算清水池和水塔的调节容积计算清水池和水塔的调节容积的计算，通常采用两种方法：一种是根据24h供

8、水量和用水量 变化曲线推算，一种是凭经验估算。缺乏用水量变化规律的资料时，城市水厂的清水池调节容积，可凭运转经验，按最高日 用水量的10%20%估算。水塔的调节容积，可按最高日用水量的2.5%6%估算，城市 用水量大时取低值。工业用水可按生产上的要求(调度、事故和消防)确定水塔调节容积。当有城市24小时的用水量变化的详细资料时，清水池和水塔的调节容积可按连续相加 法等方法进行计算水塔和清水池的调节容积计算见表5-1。清水池和水塔调节容积计算表5-1时间用水量(%)二级泵站供水量(%)一级泵站供水量(%)清水池调节容积(%)水塔调节容积(%)无水塔时有水塔时(1)(2)(3)(4)(5)(6)(

9、7)011.713.114.17一 2.46一1.06一1.40121.643.114.17一 2.53一1.06一1.47231.663.114.16一2.50一1.05一1.45342.493.114.17一1.68一1.06一0.62452.683.114.17一1.49一1.06一0.43564.264.804.160.100.64一0.54674.354.804.170.180.63一0.45784.814.804.170.640.630.01895.814.804.161.650.641.019105.434.804.171.260.630.6310 114.874.804.170

10、.700.630.0711 125.684.804.161.520.640.8812 135.194.804.171.020.630.3913 144.894.804.170.720.630.0914 154.934.804.160.770.640.1315 164.934.804.170.760.630.1316 175.424.804.171.250.630.6217 185.574.804.161.410.640.7718 195.324.804.171.150.630.5219 205.264.804.171.090.630.4620 213.943.114.16 0.22 1.050

11、.8321 223.233.114.17 0.94 1.060.1222 233.233.114.17 0.94 1.060.1223 242.703.114.16 1.46 1.05 0.41累计100.00100.00100.0014.229.506.78清水池中除了贮存调节用水以外，还存放消防用水和水厂生产用水，因此，清水池有效容积等于：W =叫+吧+吧+吧（5-3）式中 吗一清水池调节容积,m3；W2 消防贮水量，m3，按2h火灾延续时间计算；W3 一水厂冲洗滤池和沉淀池排泥等生产用水，等于最高日用水量的5%10%；W4 安全贮水量。清水池有效容积按上式计算时，尚需复核必要的消毒接触时

12、间（消毒时间不低于30分 钟）。清水池的个数一般不少于两个，并能单独工作和分别放空。如有特殊措施能保证供水要 求时，亦可采用一个，但需分格或采取适当措施，以便清洗或检修时不间断供水。水塔除了贮存调节用水量以外，还需贮存室内消防用水量。因此，水塔设计有效容积为:W = W1 + W2（5-4）式中 W1 调节容积，m3；W2 消防贮水量，m3，按10min室内消防用水量计算。二、清水池和水塔的构造清水池的构造一般当水池容积小于2500m3时，以圆形较为经济，大于2500m3以矩形较为经济。图5-2圆形钢筋混凝土水池清水池个数或分格数，一般不少于两个，并且可以单独工作，分别检修。如近期只建造 一个

13、清水池时，水厂应设超越管绕过清水池，以便清洗时仍可供水。水塔的构造多数水塔采用钢筋混凝土或砖石等建造，但以钢筋混凝土水塔或砖支座的钢筋混凝土水 柜用得较多。钢筋混凝土水塔主要由水柜（或水箱）、塔架、管道和基础组成。（1）水柜（或水箱）（2）塔体（3）管道和设备（4）基础第三节给水系统的水压关系为供给用户足够的生活用水或生产用水，给水系统应保证一定的水压，通常叫做自由水 压，即从地面算起的水压。城市给水管网需保持最小的自由水压为：1层10m，2层12m， 2层以上每层增加4m。一、一级泵站水泵扬程确定水泵扬程H等于静扬程和水头损失之和： pH =叫 +Z h（5-5）水头损失Zh包括水泵吸水管、

14、压水管和泵站连接管线的水头损失。所以一级泵站的扬程为（图5-3）：H = H 0 + h + 气（5-6）式中H0 一静扬程，m；h 一由最高日平均时供水量加水厂自用水量确定的吸水管路水头损失，m；hd 一由最高日平均时供水量加水厂自用水量确定的压水管和泵站到絮凝池管线 中的水头损失，m。图5-3 一级泵站扬程计算1-吸水井；2-一级泵站；3-絮凝池二、二级泵站水泵扬程和水塔高度的确定二级泵站水泵扬程和水塔的高度与管网中是否设置水塔及水塔在管网中的位置有关。1.无水塔管网无水塔的管网（图5-4）由泵站直接输水到用户时，静扬程等于清水池最低水位与管网图5-4无水塔管网的水压线1-最小用水时；2-

15、最高用水时控制点所需水压标高的高程差。所谓的控制点是指整个给水系统中水压最不容易满足的地点 （又称最不利点），用以控制整个供水系统的水压，只要该点的压力在最高用水量时可以达到最小服务水头的要求，整个管网就不会存在低水压区。该点对供水系统起点（泵站或水塔） 的供水压力要求最高，这一特征是判断某点是不是控制点的基本准则。正确地分析确定系统 的控制点非常重要，它是正确进行给水系统水压分析的关键。一般情况下，控制点通常在系 统的下列地点：（1）地形最高点；（2）距离供水起点最远点；（3）要求自由水压最高点。当然，若系统中某一地点能同时满足上述条件，这一地点一定是控制点，但实际工程中， 往往不是这样，多

16、数情况下只具备其中的一个或两个条件，这时需选出几个可能的地点通过 分析比较才能确定。另外，选择控制点时，应排除个别对水压要求很高的特殊用户（如高层 建筑、工厂等），这些用户对水压的要求应自行加压解决，对于同一管网系统，各种工况（最 高时、消防时、最不利管段损坏时、最大转输时等）的控制点往往不是同一地点，需根据具 体情况正确选定。水头损失包括吸水管、压水管、输水管和管网等水头损失之和。故无水塔时二级泵站扬 程为：H = Z + H + h + h + h（5-7）式中 Z 一管网控制点c的地面标高和清水池最低水位的高程差，m；H 一控制点所需的最小服务水头，m；hs 一吸水管中的水头损失，m；、

17、,、一输水管和管网中水头损失，m。、,七和h都应按水泵最高时供水量计算。网前（前置）水塔管网对于网前（前置）水塔，当泵站供水量大于管网中用户用水量时，多余的水量通过输水 管送至水塔中贮存，而在最高用水时，由泵站和水塔联合向管网中用户供水以满足水量的需 求。网前（前置）水塔的水压线见图5-5，由图中的水压关系，最高用水时的水压平衡关系 为：Z + H = Z + H + h（5-8）t t c c n式中 Z 一设置水塔处的地形标高，m；Ht 水塔高度，m；Z 一控制点处的地形标高，m；H 一控制点要求的自由水压，m；hn 一按最高时用水量计算的从水塔至控制点之间管路的水头损失，m。故水塔高度计

18、算公式为：H = H + h Z ）（5-9）从式5-9可以看出，建造水塔处的地面标高Z越高，则水塔高度H越低，造价越低，当H =0时，即变为高地水池，这就是水塔建在高地的原因。图5-5网前水塔管网的水压线1-最高用水时；2-最小用水时网后（对置）水塔管网由于城市地形和保证供水区水压的需要，水塔可能布置在管网末端的高地上，这样就形 成对置水塔的给水系统。如图5-6所示的对置水塔系统，可能有两种工作情况：图5-6对置水塔管网的水压线1-最高用水时；2-最大转输时（1）在最高用水量时，管网用水由泵站和水塔同时供给，两者各有自己的给水区，在 给水区分界线上，水压最低。水泵扬程可按无水塔管网的计算公式（式5-7）进行计算，水 塔高度的计算公式可按网前水塔的计算公式（式5-9）进行计算。（2）在一天内有若干小时因二级泵站供水量大于用水量，多余的水通过管网转输入水 塔贮存，一般取最大一小时的转输流量作为管网设计校核的依据。最大转输时水泵扬程的计算公式为：H = Z + H + H + h + h + h （5-10）p t t 0 s c n式中 H 一最大转输时水泵扬程，