第1章-给水排水管网系统概论.

给水排水管网系统WaterandWastewaterPipelineNetwork教学参考书1.《给水工程》(第四版)严煦世、范瑾初，中国建筑工业出版社2.《排水工程》上册(第四版)孙慧修，中国建筑工业出版社3.《室外给水设计规范》GB50013-2006，中国计划出版社4.《室外排水设计规范》GB50014-2006，中国计划出版社教材：《给水排水管网系统》第二版，严煦世、刘遂庆主编，中国建筑工业出版社。目录第1章给水排水管网系统概论第2章给水排水管网工程规划第3章给水排水管网水力学基础第4章给水排水管网模型第5章给水管网水力分析和计算第6章给水管网工程设计第7章给水管网优化设计第8章给水管网运行调度与水质管理第9章污水管网设计与计算第10章雨水管渠设计与优化计算第11章给水排水管道材料和附件第12章给水排水管网管理与维护章节介绍本课程任务：使学生系统地掌握给水排水管网系统的设计计算理论和方法，了解管网系统的运行管理基本理论和基本知识，初步具备给水排水管网系统的规划、设计能力和从事科研能力。1、掌握给水排水管网系统的功能、系统结构和规划设计原理；2、掌握给水排水管网系统的水量计算和管网系统水力计算理论和方法；3、熟悉给水排水管网系统优化设计与计算；4、了解管网系统运行管理方法、现代管理模式和信息化技术；5、初步具备进行管网系统规划和工程设计，编制工程设计文件的能力；6、了解管网系统科学技术发展过程和方向，初步具备分析问题和解决问题的能力。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城市用水量变化§1-3给水排水系统工作原理§1-4给水排水管网系统的功能与组成§1-5给水排水管网系统类型与体制1.0给水排水管网基本概念水工程技术发展历史1619年,伦敦铺管道向家庭用户供水。1804年,苏格兰佩斯利城首次用沉淀池和砂滤池处理用水,马车运送给用户。1807年,格拉斯哥建成过滤水厂和供水管道至用户。1829年,伦敦用标准慢滤池。1637年,《天工开物》最早记载用明矾净水。1774年,西班牙纳瓦雷特出版《中华帝国游记》记载中国应用明矾技术。1838年,法国化学家J.达尔赛发表明矾处理浑水方法和投加明矾不影响卫生的见解。1885年,美国萨摩维尔城首次用快滤池。1902年,比利时首次用连续加氯消毒控制传染病。给水工程技术发展历史（续）1879年，旅顺市用铸铁管引龙引泉水供水师军营用水。1883年，英商杨树浦水厂，沉淀池及慢滤池。2270m3/d，后为9090m3/d，供应人口16万人。1902年，华商上海内地自来水公司开始供水。上海杨树浦水厂中国用水量变化（1949-2004）(x108m3/yr)010002000300040005000600019491957196519801993199720002004总用水量农业用水工业用水城市用水上海市城市供水管网管道长度（km）－DN75mm以上208.718417445944502000400060008000100001950197520002005管道长度km城市居民日平均生活用水量liters/cap.d年份1980198219841986198819901992用水量128132143162170176186年份199419961998200020022004用水量194208214219219212国内部分城市给水系统规模比较（2004年）现代给水管网建设与构成城市道路地下管线城市地下管线共同沟布置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。给水排水系统应具有以下三项主要功能：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。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。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。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。用水量标准：不同类别的用水量可以采用有关设计规范规定的用水量指标进行计算。【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。城市生活用水量定额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。《室外给水设计规范》GB50013-2006p161.2.2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：Qad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：Qd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：Qh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时变化系数和用水量变化曲线2）用水量时变化系数，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．取水构筑物、一级泵站和水处理构筑物的设计流量取决于一级泵站和水厂的工作情况，通常是连续均匀地工作。原因：1）流量稳定，有利于水处理构筑物运行和管理，保证出水水质，使水厂运行管理简单；2）构筑物尺寸、设备容量减小，降低工程造价。1.3.1给水排水系统的流量关系1dQQT式中α——水厂自用水系数，一般α=1.05~1.10；T——一级泵站每天工作小时数。Qd——最高日设计用水量m3/d。最高日的平均时流量m3/h2．二级泵站、水塔、输配水管网的设计流量（1）二级泵站的工作情况1）管网中无流量调节设施●任何时刻供水量等于用水量；●使用大小搭配的多台水泵适应用水量的变化；●泵站管理，可根据管网的压力来切换水泵：Q二泵=Qh二级泵站最高时供水量等于5.92%的最高日用水量5.92%（2）设计流量的确定1）管网中无流量调节设施2）管网有流量调节设施●每小时供水量可以不等于用水量，但24h总供水量等于总用水量；●二级泵站的工作是按照设计供水曲线进行，设计供水曲线根据用水量变化曲线拟定；●供水曲线尽量接近用水曲线，分级数不宜超过三级，水泵的合理搭配，适当留有发展余地。Q二泵=QⅡmax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系统清水池均和池调节池水塔Q1q1Q8Q2Q3Q4Q5Q6Q7q6q3q2q5q7q4取水系统流量Q1=Q2+q1（或Q1=(1.05-1.20)Q2/T）；最大日供水量Q2；Q3+q3=Q4+q2；最大日最大时用水量Q4；Q5=Q4-q4；Q6=Q5+q5-q6；Q7=Q6/24；系统排放流量Q8=Q7-q71.3.2给水排水系统的水质关系1.3.3给水排水系统的水压关系(1)全重力给水(2)一级加压给水（当水厂地势较高、水源地势较高、原水水质较好）(3)二级加压给水（这是目前采用最多的供水方式）(4)多级加压给水：（一是长距离输水时需要多级加压提升；大型给水系统）在排水系统中：排水系统一般靠地形高差按重力输水，特殊情况下采用压力输水。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。1.3.2给水排水系统的水质关系1.3.2给水排水系统的水质关系1.4给水排水管网系统的功能与组成1.4.1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。给水排水管网系统的特点给水排水管网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。同时给水排水管网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。1.4.