第一章 给水排水管道工程概论.ppt

1、给水排水管道工程技术,系别：环化系 教师：冯 涛,第一章 给水排水管道工程概论,第一节 给水排水系统的组成一、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、生产和市政消防提供用水和废水排除设施的总称。功能：向各种不同类别的用户供应满足需求的水质、水量和水压，同时承担用户排出的废水的收集、输送和处理，达到消除废水中污染物质对人体健康的危害和保护环境的目的。,给水排水系统,给水系统：向不同类别的用户供应满足需求的水。,排水系统：对废水进行收集、输送和处理。,1. 给水系统 给水系统的四种不同分类方法 按水源种类-地表水和地下水。 按服务范围-区域给水、城镇给水、工业给水和建筑给水。 按供水方

2、式-重力供水系统、加压供水系统和混合供水系统。 按使用目的-生活用水、工业生产用水和市政消防用水。（常用）,生活用水 居民生活用水（满足一定水质标准） 公共设施用水（用水量大，集中，水质同生活用水） 工业企业生活用水（水量和工业企业生产工艺、生产条件有关，水 质同居民生活用水） 工业生产用水 产品用水、工艺用水、辅助用水 （对水量水质、水压要求差异很大） 市政消防用水 道路清洗、绿化浇灌、公共清洁卫生和消防用水,2. 排水系统 废水的分类 生活污水 居民生活污水、工业企业生活污水 含有大量有机物，污染程度严重，废水处理重点 工业废水 冷却洗涤水，简单处理 污染严重工业废水，须严格处理 雨水,给

3、水排水系统功能关系示意图,水源,取水设施,给水处理设施,供 水 泵 站,城市给水管网,企业给水管网,居民生活用水 公共设施用水 市政用水 消防用水,工业企业生产用水 工业企业生活用水 工业企业消防用水,城市雨水管网,城市污水管网,工业废水管网,工业废水处理设施,城市污水处理设施,排水受纳体,自然降水,3.给水排水系统主要功能,水量保障 水质保障 给水处理水质、贮水和输配水水质、排水水质 水压保障 充分利用地形高差，水泵加压,4. 给水排水系统的组成,（1）水源取水系统 包括水源、取水设施、提升设备和输水灌渠等。 （2）给水处理系统 包括采用各种物理、化学、生物等方法的水质处 理设备和构筑物。

4、（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，简称输配水系统。,（4）排水管网系统 包括污水和废水收集与输送管渠、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）污水和废水处理系统 包括各种采用物理、化学、生物等方法的水质净化设备和构筑物。 （6）排放和重复利用系统 包括废水受纳体（如水体、土壤等）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。,二、给水排水系统工作原理1. 给水排水系统的流量关系,取水系统,给水处理系统,给水管网系统,用户,排水管网系统,排水处理系统,排放或复用

5、系统,清水池,均和池,调节池,水塔,Q1,q1,Q8,Q2,Q3,Q4,Q5,Q6,Q7,q6,q3,q2,q5,q7,q3,清水池、均和池、水塔、调节池的作用,2. 给水排水系统的水质关系,三个水质标准 原水水质标准 给水水质标准 排放水水质标准 三个水质变化过程 给水处理 用户用水 废水处理,3. 给水排水系统的水压关系,水压：用户用水需要，也是给水和排水输送的能量来源。 水的机械能：位能、压能和动能; 测压管水头（压力水头）指位能和压能之和。,水在输送中的压力方式： （1）全重力供水 （2）一级加压供水 （3）二级加压供水 （4）多级加压供水,第二节 给水排水管道系统的组成一、给水排水管

6、网系统的功能和特点,功能： （1）水量输送 （2）水量调节 （3）水压调节 特点： 具有一般网络系统的特点：分散性、连通性、传输性、扩展性。,二、给水管道系统的构成,(1)输水管渠从水源到城市水厂或城市水厂到相 距较远管网的管线或渠道。 铸铁管、钢管、钢筋混凝土管等； 两条并行，适当地点连通。 (2)配水管网 将水送到用户的管道系统 由主干管、干管、支管、连接管、 分配管等构成。 附属设施：消火栓、阀门、监测仪 表等。,(3)水压调节设施（泵站、减压阀） (4)泵站 供水泵站（二级泵站）一般设于水厂内部。 加压泵站（三级泵站）对远离水厂的供水 区域或地形较高的区域进行加压。,(5)水量调节设施

7、（清水池、水塔和高位水池） 调节供水与用水的流量差，也 可用于贮存备用水量，提高供 水安全。 (6)减压设施减压阀、节流孔板等，降低和稳定输 配水系统局部的水压。,减压阀,节流孔板,三、排水管道系统的构成,废水收集设施 排水管道 水量调节池 提升泵站 输水管（渠） 排放口,（1）废水收集设施（室内污水管道及设备）,排水系统起端设备，通过水封管、支管、 竖管和出户管排到室外窨井，通过连接窨 井的排水支管将废水收集到排水管道系统。,（2）排水管道,排水管网由支管、干管、主干管等构成。非满流。 附属构筑物：雨水口、检查井、跌水井、溢流井、水封井等。,指具有一定容积的污水、废水或雨水贮存设施。用于调节

8、排水管外流量与输水量或处理水量的差值。 降低下游高峰排水量，减小输水灌渠或排水处理设施的设计规模，降低工程造价。 事故时贮水，减小污染；均和水质。,（3）排水调节池,（4）提升泵站 提高排水的高程或使排水加压输送。,（5）废水输水管（渠） （6）废水排放口 岸边式，具有较好的防止冲刷能力。 分散式，废水与接纳水体均匀混合。,第三节 给水排水管道系统的形式,一、给水管网系统的类型1、按水源数目分类（1）单水源给水管网系统,（2）多水源给水管网系统,2、按系统构成方式分类 （1）统一给水系统 根据生活饮用水水质标准，由同一管网供给生活、生产和消防用水到用户的给水系统。,特点：所有用户用一个管网，一

9、个水处理 系统；造价低，运行费用高，会造成浪费。 多用于用户集中，对水质、水压无特殊要求或相差不大的城镇和工业企业的给水工程。,（2）分区给水系统 将给水管网系统划分为多个区域，各区域管网具有独立的供水泵站和水压等，各区之间有适当的联系，以保证供水可靠和调度灵活。,给水区域大、地形起伏、远距离输水，分为并联分区和串联分区两种基本形式。 并联分区：由同一泵站内的低压和高压水泵分别供给低区和高区用水。 供水安全可靠，水泵集中；管理方便，但管网造价高，需要高压输水管。 串联分区：高低两区用水均由低区泵站供给，高区用水再由高区水泵加压。 管网造价低，但供水安全、可靠性较差，水泵站分散，管理不便。,（3

10、）分压给水系统 供水区域较大，回落地形狭长，不同用户对水压要求不同，是由同一泵站内不同水泵分别供水到高压和低压管网。 管网压力适宜，动力消耗低，供水安全。,（4）分质给水系统 因用户对水质的要求不同而分成两个或两个以上系统，分别供给各类用户，称为分质给水系统。 生产用水、生活用水分质 饮用水、杂用水分质,直接饮用水占管网12；优质优用有限水资源；可节省净水处理费用。 每一种水质要有独立的管网，多套管网造价高，管理复杂。 在水资源紧缺的新建居住区、工业区、海岛地区可以考虑应用。,（5）区域性给水系统 由于水源受到污染，几个城市集中在上游取水，沿线分别供水。 对于城市化水平高的区域适用，并能发挥规

11、模效应，降低成本。,3、按输水方式分类 （1）重力输水管网系统 当水源地高于给水区，并且高差可保证以经济的造价输送所需的水量时，清水池中的水可依靠重力，经重力输水管进入管网并供用户使用。 无动力消耗，管理方便，运行经济,（2）水泵加压输水管网系统 水源地没有可充分利用的地形优势，清水池中的水须由泵站加压送出，经输水管进入管网供用户使用。 动力消耗大,二、排水管道系统的类型概念：排水体制 生活污水、工业废水和雨水可以采用一个管渠来排除，也可以采用两个或两个以上独立的管渠来排除，污水的这种不同排除方式所形成的排水系统，称为排水体制。,分类：,合流制：直排式、截流式、完全合流制,分流制：完全分流制和

12、不完全分流制,（1）直排式合流制排水系统,是将生活污水、工业废水和雨水混合在同一个管内排除的系统。 老城市早期使用，水体污染严重。,（2）截流式合流制排水系统,设截流干管、溢流井、污水厂。 老城市排水系统改造时经常使用。简单易行，降低污染。,（3）完全合流制排水系统,是将生活污水、工业废水和雨水混合在同一个管内排除，并全部送往污水厂进行处理。,完全合流制排水系统,分流制排水系统,将生活污水、工业废水和雨水分别在两个或两个以上各自独立的管渠内排除的系统。 排除生活污水和工业废水的系统称为污水排水系统，排除雨水的系统称为雨水排水系统。 根据排除雨水的方式不同，可分为完全分流制排水系统、不完全分流制

13、排水系统和半分流制排水系统。,（1）完全分流制排水系统,（2）不完全分流制排水系统,工业企业中一般采用分流制排水系统,工业废水和生活污水不宜混合； 不同工业废水之间也不宜混合。否则会造成污水和污泥处理的复杂化，以及给废水重复利用和回收有用物质造成困难。,合流制和分流制的比较：,环保方面：全部截流式合流制对环境的污染最小；部分截留式合流制雨天时部分污水溢流入水体，造成污染；分流制在降雨初期有污染。 造价方面：合流制管道比完全分流制可节省投资20%40%， 但合流制泵站和污水处理厂投资要高于分流制，总造价看，完全分流制高于合流制。而采用不完全分流制，初期投资少、见效快，在新建地区适于采用。 维护管

14、理：合流制污水厂维护管理复杂。分流制污水厂易于控制。,合理选择排水系统的体制，使城市和工业企业排水系统规划和设计的重要内容，它不仅从根本上影响排水系统的设计、施工、维护管理，而且对城市和工业企业的规划和环境保护影响深远，同时也影响排水系统的建设投资费用和运行管理费用。,排水体制的选择,室外排水设计规范（GBJ14-87）规定：排水体制的选择，应根据城镇和工业企业规划、当地降雨情况和排放标准、原有排水设施、污水处理和利用情况、地形和水文条件，综合考虑确定。同一城镇的不同地区可采用不同的排水体制。新建地区的排水系统宜采用分流制。,第四节 给水排水管道工程规划与布置,一、 给水排水管道工程规划原则和

15、建设程序,（一）给水排水管道工程规划原则 （1）贯彻执行国家和地方的相关政策和法规； （2）给水排水工程规划要服从城镇发展规划； （3）城市及工业企业规划时应兼顾给水排水工程； （4）合理确定远近期规划和建设范围； （5）要合理利用水资源和保护环境； （6）规划方案应尽可能经济和高效。,（二）给水排水管道工程规划内容： 给水水源规划； 给水处理厂规划； 给水管网规划； 排水管网规划； 污水处理厂规划和废水排放与利用规划等。,（三）给水排水管道工程规划任务,（1）确定给水排水系统的服务范围与保护措施； （2）确定水资源综合利用与保护措施； （3）确定系统的组成与体系结构； （4）确定给水排水主要

16、构筑物的位置； （5）确定给水排水处理工艺流程与水质保证措施； （6）给水排水管网规划和干管布置与定线； （7）确定废水的处置方案及其环境影响评价； （8）给水排水工程规划的技术经济比较。,（1）明确规划任务，确定规划编制依据。 （2）调查收集必需的基础资料，进行现场勘察。 （3）合理确定城市用水定额，估算用水量和排水量。 （4）制定给水排水工程规划方案。 （5）根据规划期限，提出分期实施规划的步骤和措施。 （6）编制工程规划文件，绘制工程规划图纸，完成规划成果文本。,（四）给水排水管道工程规划工作程序,给水排水工程技术经济分析方法,数学分析法：将工程方案构成工程费用最小化数学模型，将工程费用

17、作为目标函数，将工程技术要求作为约束条件，通过数学最优化求解计算，使目标函数达到最优解。 方案比较法：通过多方案比较，从有限个方案中寻求经济效果最佳者。 对于给水或排水工程整体系统，常用方案比较法； 对于用数学模型可以完整表达的给水或排水管网系统，常用数学分析法。,工程方案的技术经济分析是在技术上满足工程建设目标的条件下，计算方案的经济费用。 通常采用工程项目的年计算费用值来表达，即年平均费用值最低的工程方案为最佳方案。,静态年计算费用法,W年计算费用，元/a； C工程项目投资额，元； T投资偿还期，a； Y年运行费用，元/a。,动态年计算费用法,是指针对不同时间的经济因素变化，对项目在一定时

18、期内发生的投资、运行成本等费用折算成当前的现值作为经济比较的指标。 投资资金的时间价值计算通常采用复利法，常用的计算公式如下：,（1）当资金的现值为P，利率为i%，则n年后的资金终值F为 （2）当已知资金的终值为F，则现值P为 a-折现系数,（3）当资金现值p，利率i%，设在n年内各年平均分摊资金现金A，则各年分摊资金现值的计算方法如下： 第一年： 第二年： 第n年：,为保证资金现值P得到回收，则有,例 某给水工程项目建设投资为5800万元，年运行费用为245万元/年，求：1）投资偿还期为20年的静态年计算费用值；2）利率为5.5%，还款期为20年的动态年计算费用值。,解1）静态年计算费用值为

19、： 2) 动态年计算费用值：,二、 给水管网系统规划布置,（一）给水管网布置原则 （1）按照城市总体规划，结合当地实际情况布置，进行多方案 技术经济比较； （2）分清主次，现搞好输水管渠和主干管布置，然后布置一般 管线和设施； （3）管线应均匀地分布在整个给水区域内，保证用户有足够的 水量和水压，并保证输送的水质不受污染。 （4）尽量缩短管线长度，节约工程投资与运行管理费用； （5）保证供水具有安全性； （6）尽量减小拆迁，少占农田； （7）管渠的施工、运行和维护方便； （8）近远期结合，留有发展余地，考虑分期实施的可能性。,（二）给水管网布置基本形式,根据管网的布置形式，可分为树状管网和环状

20、管网。,树状管网：管径随所供用户的减少而降低，构造简单，投资低，但安全性差，一般用于建设初期。 环状管网：闭合的环，增加了管线的总长度，提高了管线的安全性，投资明显高于树状管网，但大大降低水锤，增加了供水的可靠性。 一般在城镇建设的初期采用树状管网，随着城镇的发展逐渐连成环状管网。在城市的中心布置成环状管网，郊区布置成树状管网。,（三）给水管网定线,管网定线是指在供水区域内确定给水干管以及干管之间的连接管的平面位置和走向，不包括从干管到用户的分配管和接到用户的进水管。 影响因素：城市平面布置，供水区域的地形，水源和调节水池位置，街区和用户特别是大用户的分布，河流、铁路、桥梁的位置等。,1.给水

21、管网定线原则,干管延伸方向应和二级泵站输水到水池、水塔、大用户的水流方向一致。循水流方向，以最短的距离布置一条或数条干管，干管应从用水量较大的街区通过。 干管一般按城市规划道路定线，但尽量避免在高级路面或重要道路下通过。管线在道路下的平面位置和标高，应符合城市地下管线综合设计的要求，给水管线和建筑物、铁路以及其它管道的水平净距，均应符合有关规定。,2.给水管网定线要求,管网可采用树状网和若干环组成的环状网相结合的形式，管线大致均匀地分布于整个给水区。 干管的间距采用500800m。 连接管的间距可根据街区的大小考虑在8001000m左右。 分配管直径至少为100mm，大城市采用150200mm

22、。 城镇生活饮用水的管网，严禁与非生活饮用水的管网连接，也严禁与各单位自备的生活饮用水供水系统直接相连。,（四）输水管渠定线,定义：从水源到水厂或水厂到相距较远管网的管、渠叫做输水管渠。 特点：距离长，与河流、高地、交通路线等的交叉较多。中途一般没有流量的流入与流出。 形式：常用的有压力输水管渠和无压输水管渠两种形式。,1.输水管渠定线原则,必须与城市建设规划相结合，尽量缩短线路长度，减少拆迁，少占农田，便于管渠施工和运行维护，保证供水安全； 选线时，应选择最佳的地形和地质条件，尽量沿现有道路定线，以便于施工和检修； 减少与铁路、公路和河流的交叉； 管线避免穿越滑坡、岩层、沼泽、高地下水位和河

23、水淹没与冲刷地区，以降低造价和便于管理； 尽可能重力输水 ; 路线的选择应考虑近远期结合和分期实施的可能。,2.输水管渠条数,输水干管一般不宜少于两条，并且每隔一定距离设连接管连通。当有安全贮水池或其他安全供水措施时，也可修建一条输水干管。 输水干管和连通管管径及连通管根数，应按输水干管任何一段发生保障时仍能通过事故用水量计算确定。城镇的事故水量为设计水量的70%，工业企业的事故水量按有关工艺要求确定。当负有消防给水任务时，还应包括消防水量。,3.布置的一般要求,输水管之间设立连通管 输水管最小坡度大于1：5D（D为管径，以mm计） 坡度小于1：1000，每隔0.5km1.0km设排气阀 重力

24、输水管（渠）应设置检查井和通气孔，DN700以上，小于200m一个； 管径700-1400mm，400m一个。 重力输水管（渠），地面坡度较陡时，应在适当位置设置跌水井。 压力输水管线，必要时设置消除水锤的措施。 压力输水管道上隆起点以及倒虹管的上、下游侧，一般设排气阀。低凹处设置泄水管及泄水阀。,三、排水管网系统规划布置,（一）布置原则： （1）按照城市总体规划，结合当地实际情况布置，进 行多方案技术经济比较； （2）先确定排水区域和排水体制，然后布置排水管 网，从干管到支管的顺序布置； （3）充分利用地形，采用重力流排除污水和雨水，并 使管线最短和埋深最小； （4）协调好与其他管道、电缆和

25、道路等工程的关系； （5）规划时要考虑使管渠的施工、运行和维护方便； （6）近远期结合，留有发展余地，考虑分期实施的可 能性。,排水管网布置形式正交式,1.城市边界 2.排水流域分界线 3.干管 正交式（干管与河流垂直）,（二）布置形式,排水管网布置形式截流式,1.城市边界 2.排水流域分界线 3.干管 4.主干管 5.污水厂 6.出水口,排水管网布置形式平行式,1.城市边界 2.排水流域分界线 3.干管 4.污水厂 5.出水口,排水管网布置形式分区式,1.城市边界 2.排水流域分界线 3.干管 4.泵站 5.污水厂,排水管网布置形式分散式,1.城市边界 2.干管 3.主干管 4.污水厂,排水管网布置形式环绕式,1.城市边界 2.排水流域分界线 3.干管 4.主干管 5.污水厂 6.出水口,（三）污水管道系统布置,主要内容： 确定排水区界，划分排水流域； 选择污水厂和出水口位置； 拟订污水干管和总干管的路线； 确定需要提升的排水区域和设置泵站的位置,（1）确定排水区界，划分排水流域,排水区界是污水排水系统设置的界限。 排水流域是指在排水区界内，按照一定要求所划分的 不同排水区域。（通常根据等高线划分排水区域，在 地形平坦地区可按照面积的大小进行划分。） 每一个排水流域应有一根或一根以上的干管。,（2）选择污水厂出水口的位置,原则