给水工程复习题

给水工程复习题
1给水系统
1.1给水系统及其分类
给水系统是指保证城市、工矿企业等用水的各项构筑物和输配水管网组成的系统。

给水系统的分类：按水源种类分类，可分为地表水和地下水给水系统。

按供水方式分类，可分为自流系统(重力),水泵供水(压力)和混合供水。

按运用目的分类，可分为生活用水,消费给水和消防给水。

按效劳对象分类，可分为城市给水和工业给水(循环系统和复用系统)。

按给水工程必需保证以足够的水量、合格的水质、富余的水压供应生活用水、消费用水和其它用水，满足近期，统筹今后。

1.2给水系统的组成
取水构筑物：用以从选定的水源(地表水和地下水)取水。

水处置构筑物：布置在水厂范围内，将取水构筑物的来水停止处置，以期契合用户对水质的要求。

泵站：用以将所需水量提升到要求的高度,可分一级泵站(抽取原水)、二级泵站(保送清水)和增压泵站。

输水管渠和管网：输水管渠是将原水送到水厂的管渠。

管网是将处置后的水送到各个给水的全部管道。

调理构筑物：包括各种类型的贮水构筑物(如洼地水池、水塔、清水池)，用以贮存和调理水量。

其中后三者统称为输配水系统。

1.3给水系统的布置方式
一致给水系统：用同一系统供应生活、消费和消防等各种用水。

可分为地表水为水源的给水系
统和地下水为水源的给水系统。

一致给水系统为绝大少数城市采用。

分区给水系统：包括分质给水系统和分压给水系统。

分质给水是指由同一水源，经过不同的水处置进程和管网，将不同水质的水供应各类用户，或由不同水源，经复杂水处置后，供工业消费用水。

分压给水是指由同一泵站的不同水泵区分供水到水压要求高的高压水网和水压要求低的高压水网，以浪费能耗。

地表水为水源的给水系统的工程设备包括：取水构筑物、一级泵站、水处置构筑物、清水池、二级泵站、管网和调理构筑物等组成。

调理构筑物可依据实践状况增减。

给水管网普及整个给水区内，依据管道的功用可分为干管和分配管。

地下水为水源的给水系统的工程设备包括：管井群、集水池、泵站、水塔和管网。

地下水水质良好，普通可省去水处置构筑物，只需加氯消毒。

当用户对水质和水压要求不同时，可采用分质和分压给水，以浪费制水本钱和浪费能耗。

1.4影响给水系统布置的要素
城市规划的影响：①水源选择、给水系统布置和水源卫生防护地带确实定，都应以城市和工业区的树立规划为基础。

②由城市方案人口数,房屋修建等，得出整个给水工程的设计水量。

③由工业规划，得知消费用水量散布及其要求。

④由水利、水文、地质等资料，确定水源和取水构筑物位置。

⑤由城市功用分区及用户对水量、水质和水压的要求，选定水厂和输配水系统的位置。

⑥由城市地形和供水压力，以及用户对水质的要求，确定能否分系统给水。

水源的影响：主要包括水源种类、水源距给水区的远近、水质条件等方面。

地表水源：水处置复杂。

地下水源：水处置复杂。

高位水源：重力供水。

水源丰厚：多水源给水。

水源缺乏：跨流域、远距离取水。

地形的影响：中小城市如地形比拟平整，工业用水量小、对水压无特殊要求时，可用一致给水系统。

大中城市被河流分隔时，两岸工业和居民用水先各自组成给水系统，再成为多水源的给水系
统。

取用地下水时，能够思索到就近凿井取水的原那么，而采用分地域供水的系统。

地形坎坷较大的城市，可采用分区给水或局部加压的给水系统。

1.5工业给水系统
工业用水常由城市管网供应。

而且不同的工业企业的用水量以及对水质的要求有很大不同。

有些工业企业用水量大，但对水质要求不高；有些工业企业用水量小，但水质要求远高于生活饮用水。

工业用水量约占城市用水量的一半以上，因此要尽量重复应用。

工业给水系统的类型：循环给水系统和复用给水系统。

我国工业用水的重复应用率较低，只要50~ 60%。

需改良工艺和设备，采用循环或复用给水系统，提高工业用水重复应用率，浪费用水。

1.6工业用水的水量平衡
水量平衡是指冷却用水量和耗水量、循环回用水量、补充水量以及排水量坚持平衡。

水量平衡的目的是到达合理用水。

经过改良消费工艺，增加耗水量，提高重复应用率，增大回用水量，以相应增加排水量。

总用水量=总排水量
总用水量：包括新颖水、循环冷却水和回用水
总排水量：包括消费废水和消费污水、冷却回水(工厂或车间外部)和重复用水(工厂或车间之间)。

冷却塔进水量(冷却回水量+补充水量)＝冷却塔出水量(循环冷却水量)＋冷却水损耗量
1.7冷却水损耗量＝循环冷却水量×损耗百分数〔冷却水损耗量包括包括蒸发和排污水量，水量耗
损率可取循环水量的6%。

〕
补充水量＝循环冷却水量－冷却回水量＋损耗水量
2设计用水量
2.1设计用水量的组成
①综合生活用水：包括居民生活用水和公共修建及设备用水。

居民生活用水指城市中居民的饮用、烹调、洗濯、冲厕、洗澡等日常生活用水；公共修建及设备用水包括文娱场所、宾馆、浴室、
商业、学校和机关办公楼等用水。

②工业企业消费用水和任务人员生活用水。

③消防用水。

④浇洒路途和绿地用水。

⑤未估量水量及管网漏失水量。

2.2 用水量定额
指设计年限内到达的用水水平，是确定设计用水量的主要依据。

2.3 用水质变化
生活用水量随生活习气和气候变化：假期比素日高，夏季比夏季用水多；在一日内，早晨起床后和晚饭前后用水量最多。

工业冷却用水量随气平和水温而变化，夏季多于夏季。

空调用水量(调理室平和湿度)在高温时节大(5~9月运用)。

其它工业用水量比拟平衡。

用水量定额是一个平均值，在设计时须思索每日、每时的用水质变化。

最高日用水量：在设计规则的年限内，用水最多一日的用水量，普通用以确定给水系统中各类设备的规模。

日变化系数(K d )：在一年中，最高日用水量与平均日用水量的比值。

K d 与天文位置、气候、生活习气和室内给排水设备水平有关。

K d 值约为1.1~1.5。

时变化系数(K h )：最高一小时用水量与平均时用水量的比值。

K h 值在1.3~1.6之间，大中城市的用水比拟平均，K h 值较小，可取下限，小城市可取下限或适当加大。

2.4 用水量计算
城市或寓居区的最高日生活用水量：3311 (m /d) (m /d)i i i Q qNf Q q N f ==∑
工业消费用水量：32(1) (m /d)Q q B n =⋅-
工业企业职工的生活用水和淋浴用水量：333333() (m /d)ai ai bi bi Q q N q N =+∑
浇洒路途和大面积绿化所需的水量：344444() (m /d)ai ai bi bi Q q N q N =+∑
未预见水量和管网漏失水量：5(0.15~0.25)()1234Q Q Q Q Q =+++
消防用水量：Q 6=q 6f 6
最高日设计用水量5=(1.15~1.25)()d 12341234Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q =+++++++
最高时设计用水量：100024360086.4
h d h d h K Q K Q Q ⨯==⨯ 3 给水系统的任务状况
3.1 取水构筑物、一级泵站的设计流量
取水构筑物、一级泵站及水厂的设计流量，都按最高日用水量(Q d )停止设计。

3.2 二级泵站、水塔〔洼地水池〕、管网的设计流量
二级泵站、从泵站到管网的输水管、管网和水塔等的计算流量，应依照用水质变化曲线和二级泵站任务曲线确定。

二级泵站的设计流量也与管网中能否设置水塔或洼地水池有关。

不设水塔的二级泵站、输水管和管网的设计流量都按最高日最高时用水量计算。

设有水塔二级泵站、从泵站到管网的输水管、管网和水塔等的计算流量：水塔能调理水泵供水和用水之间的流量差。

二级泵站的设计流量采用分级供水，分级数不多于三级。

各级的设计供水线尽量与用水线接近,以减小水塔的调理容积,相应的泵站任务的分级数或水泵机组数能够添加；每级供水应能选择到适宜的泵型。

二级泵站每小时供水量可以不等于用户每小时的用水量。

但设计的最高日泵站的总供水量应等于最高日用户总用水量。

(即满足最大日用水要求)。

供水量高于用水量时,多余的水可进入水塔(或洼地水池)内贮存;供水量低于用水量时,水塔供水以补充水泵供水的缺乏。

输水管和管网的设计流量视水塔的位置而定：①管网起端设水塔〔洼地水池〕：泵站到水塔的输水管直径按泵站分级任务线的最大一级供水量计算；管网仍按最高日最高时用水量设计。

设计水量应按二级泵站的供水线最大一级供水量确定。

②管网末端设水塔〔洼地水池〕：泵站到管网的输水管的设计流量应按最高日最高时流量减去水塔〔洼地水池〕输入管网的流量计算；管网仍按最高日最高时用水量设计。

3.3 清水池
设在一级泵站(平均供水)和二级泵站(分级供水)之间，用以调理两者供水量的差额。

清水池的调理容积应等于A 或B 的面积；即累计贮存的水量等于累计取用的水量。

3.4水塔和清水池的容积计算
水塔和清水池的作用：调理泵站供水量和用水量之间的流量差值。

清水池的调理容积由一、二级泵站供水量曲线确定；水塔容积由二级泵站供水线和用水量曲线确定。

当一级泵站和二级泵站每小时供水量相接近时，清水池的调理容积可以减小，但是为了调理二级泵站供水量和用水量之间的差额，水塔的容积将会增大。

假设二级泵站每小时供水量越接近用水量，水塔的容积越小，但清水池的容积将添加。

给水系统必需具有一定的水压，以保证给水送至用户。

城市给水管网的最小效劳水头：空中(1层) 10 m，2层12 m，2层以上每层添加4 m。

一般高层修建物或洼地上的修建物可独自设置局部加压设备。

控制点：管网中控制水压的点。

这一点往往位于离二级泵站最远或地形最高的点，只需该点的压力在最高用水量时可以到达最小效劳水头的要求，整个管网就不会存在高压区。

4管网和输水管渠布置
4.1输水和配水系统的组成
输水和配水系统是保证输水到给水区内并且配水到一切用户的全部设备。

它包括：输水管渠、配水管网、泵站、水塔和水池等。

对输水和配水系统的总要求是，供应用户所需的水量，保证配水管网足够的水压，保证不连续给水。

4.2给水管网的布置要求
依照城市规划平面图布置管网，布置时应思索给水系统分期树立的能够，并留有充沛的开展余地；管网布置必需保证供水平安牢靠，当局部管网发作事故时，断水范围应减到最小；管线普及在整个给水区内，保证用户有足够的水量和水压；力图以最短距离敷设管线，以降低管网造价和供水能量费用。

4.3给水管网布置方式
(1)树状网：适用于小城市和小型工矿企业，这类管网从水厂泵站或水塔到用户的管线布置成树枝状。

供水牢靠性较差。

一处管线损坏,其后一切管线断水。

在树状网的末端，用水量很小，管中的水流缓慢，水质容易变坏，有出现浑水和红水的能够。

(2)环状网：管线衔接成环状，这类管网当任一段管线损坏时，可以封锁左近的阀门使和其他管线隔开，停止检修，不影响其它管线供水，供水牢靠性添加。

环状网可以大大减轻因水锤作用发生的危害。

环状网的造价清楚地比树状网为高。

4.4城市给水管网定线
城市给水管网定线是指在地形平面图上确定管线的走向和位置。

定线时一股只限于管网的干管以及干管之间的衔接收，不包括从干管到用户的分配管和接到用户的进水管。

城市管网定线取决于平面布置，供水区的地形，水源和调理水池位置，街区和用户特别是大用户的散布，河流、铁路、桥梁等的位置等。

定线要点：①干管延伸方向应和二级泵站输水到水池、水塔、大用户的水流方向分歧。

循水流方向，以最短的距离布置一条或数条干管，干管位置应从较大的街区经过，干管间距500~800 m。

②干管和干管之间的衔接收使管网构成了环状网。

衔接收的作用在于局部管线损坏时，可以经过它更新分配流量，从而增加断水范围，较牢靠地保证供水。

衔接收间距800~1000m。

③干管普通按城市规划路途定线，但尽量防止在初级路面或重要路途下经过，以减小今后检修时的困难。

管线在路途下的平面位置和标高，应契合城市或厂区地下管线综合设计的要求，给水管线和修建物、铁路以及其它管道的水平净距，均应参照有关规则。

④管网中还须布置其他一些管线和隶属设备。

4.5工业企业管网
管网布置特点：合用管网：生活用水与消费用水的水质和水量要求相反。

分建管网：生活用水与消费用水的水质和水量要求不同。

消防用水由生活或消费给水管网供应，不独自设管网。

管网布置的布置方式：树状网：管网只供应消费车间、仓库和辅佐设备的生活用水。

环状网：生活和消防用水兼并的管网。

不能断水企业的消费用水管网；到一般距离较远的车间可用双管替代。

少数状况下，消费用水管网采用环状网、双管、树状网的结合方式。

管网定线：管网定线的原那么是以最短的管线抵达用水量最大的车间。

定线和计算时，要思索全部管线状况。

4.6输水管渠
输水管渠是指从水源到水厂或水厂到相距较远管网的管、渠。

输水管渠类型：压力管渠、无压管渠。

输水管渠定线方法：由现有的或测绘的地形图初步选那么定线方案；停止现场沿线踏勘；从投资、施工和管理等方面，对各种方案停止经济技术比拟后确定最终方案。

4.7输水管渠定线原那么
①与城市树立规划相结合，尽量延长线路长度，增加拆迁，少占农田，便于管渠施工和运转维护，保证供水平安；②选择最正确的地形和地质条件，尽量沿现有路途定线，以使施工和检修；③增加与铁路、公路和河流的交叉；防止穿越滑坡、岩层、沼泽、洼地下水位和河水淹没与冲刷地域，以降低造价和便于管理。

④遇到山嘴、山谷、山岳等阻碍物以及穿越河流和干沟时，应从降低造价和便于管理方面思索采取绕过(山嘴、山谷、山岳)，还是开凿(山嘴、隧洞)，还是运用倒虹管、过河管等。

⑤采取绕道或有效措施穿过，避开工程地质不良地段或其他阻碍物。

4.8输水管渠的设置
输水管渠的条数：一条输水管渠加用水区调理水池，或许两条输水管渠,并且每隔一定距离设衔接收连通。

输水管渠条数要依据输水量、事故时需保证的用水量、输水管渠长度、外地有无其他水
源和用水量增长状况而定。

当输水量小、输水管长、或有其他水源可以应用时，可思索单管渠输水另加调理水池的方案。

供水不许连续时，输水管渠普通不宜少于两条。

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作保证时仍能经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。

当负有消防给水义务时，还应包括消防水量。

输水方式：依据水源和给水区的地形高差及地形变化，输水管渠可以是重力式或压力式。

水源低于给水区(例如取用江河水时)，需求采用泵站加压输水，依据地形高差、管线长度和水管承压才干等状况，有时需在输水途中再设置加压泵站。

水源位置高于给水区(例如取用蓄水库水时)，有能够采用重力管渠输水。

重力管渠的定线比拟复杂，可敷设在水力坡线以下并且尽量按最短的距离供水。

远距离输水时，地形往在有起有伏，采用压力式的较多。

远距离输水时，普通状况往往是加压和重力输水两者的结合方式。

有时虽然水源低于给水区，但一般地段也可借重力自流输水；水源高于给水区时，一般地段也有能够采用加压输水。

输水管渠的隶属构筑物及排气和放空设置：为防止输水管渠局部损坏时，输水量降低过多，可在平行的2 条或3 条输水管渠之间设置衔接收，并装置必要的阀门，以缩大事故检修时的断水范围。

输水管的最小坡度应大于1:5D (D为管径,mm)。

输水管线坡度小于1:1000 时，应每隔0.5 ~1 km 装置排气阀。

在平整地域，埋管时应人为地做成上升和下降的坡度，以便在管坡顶点设排气阀，管坡低处设泄水阀。

排气阀普通以每公里设一个为宜，在管线坎坷处应适当增设。

管线埋深按外地条件决议,在严寒地域敷设的管线应留意防冻。

5管段流量、管径和水头损失
5.1管网计算的课题
在给水工程总投资中，输水管渠和管网所占费用(包括管道、阀门、隶属设备等) 约占70%~ 80%。

新建和扩建的城市管网按最高时用水量计算。

对多种方案停止管网计算，可失掉最正确给水管网方案。

管网计算步骤：①求沿线流量和节点流量；②求管段计算流量；③确定各管段的管径和水头损失；④停止管网水力计算或技术经济计算；⑤确定水塔高度和水泵扬程。

5.2 管网简化方法
管网分解：两管网由一条或两条管线衔接，可把衔接线断开，分解成两个管网。

管线兼并：管径较小、相互平行且接近的管线。

管线省略：水力条件影响较小、管径相对较小的管线。

5.3 管网计算术语
节点：有集中流量进出、管道兼并或分叉以及边界条件发作变化的地点，包括水源节点(泵站、水塔)、管线交接点、两管段交点。

管段：两个相邻节点之间的管道。

管线：顺序相连的假定干管段。

环：终点与终点重合的管线。

基环：不包括其它环的环。

大环：包括两个或两个以上基环的环。

比流量q s ：假定用水量平均散布在全部干管上，由此算出干管线单位长度的流量。

s Q q q l -∑=∑ or s Q q q A
-∑=∑ 式中，q s : 比流量;Q : 管网总用水量;Σq :大用户集中用水量总和;Σl : 干管总长度;q l : 沿线流量;l : 管段长度；A ：供水面积。

沿线流量q l ：指供应该管段两侧用户所需流量，即本管段沿程配水发生的流量，顺水流方向逐渐减小。

,l s s q q l q l Q q =∑=-∑ or l s q q A =
转输流量q t ：经过该管段保送到下游管段的流量，沿整个管段不变。

5.4 节点流量
节点流量：从沿线流量折算得出的,并且假定是在节点集中流出的流量。

计算方法：将沿线流量按适当比例分配到两个节点上，转换成从两个节点流出的流量，就成为
节点流量。

沿线流量转换成节点流量的原那么：管段的水头损失相反，即求出一个沿线不变的折算流量q ，使它发生的水头损失等于实践上沿管线变化的流量。

折算系数α：通常取0.5。

任一节点i 的节点流量等于与该节点相连各管段的沿线流量q i 总和的一半，即0.5i l l q q q α=∑=∑。

工业企业等大用户的流量或用水量大的车间流量可直接作为节点流量。

管网图上的流量主要表示为由沿线流量折算的节点流量和大用户的集中流量。

P34例题 5.5
单水源的树状网的流量分配
树状管网的管段流量具有独一性,任一管段的流量等于该段以后一切节点流量的总和。

5.6
环状网的流量分配
任一节点的流量包括节点流量、流向和流离该节点管段流量。

分配流量应坚持每一节点的水流延续性，满足节点流量平衡，即流向任一节点的流量等于流离该节点的流量，0i ij q q +∑=。

在流量分配时，使环状网中某些管段的流量为零，行将环状网改成树状网，才干失掉最经济的流量分配，但是树状网并不能保证牢靠供水。

环状网流量分配时，应同时照顾经济
性和牢靠性，即在满足牢靠性的要求下，力图管网最为经济。

经济性是指流量分配后失掉的管径，应使一定年限内的管网建造费用和管理费用为最小。

牢靠性是指能向用户不连续地供水，并且保证
应有的水量、水压和水质。

环状网流量分配步骤：①按看守网的主要供水方向，初步拟定各管段的水流方向，并选定整个管网的控制点。

控制点是管网正常任务时和事故时必需保证所需水压的点，普通选在给水区内离二级泵站最远或地形较高之处〕。

②从二级泵站到控制点之间选定几条主要的平行干管线。

这些平行干管中尽能够平均地分配流量，并且契合水流延续性(满足节点流量平衡)的条件。

这样，当其中一条干管损坏、流量由其它干管转输时，不会使这些干管中的流量添加过多。

③和干管线垂直的衔接收可分配较少的流量。

衔接收的作用主要是沟通平行干管之间的流量，有时起一些输水作用、有时只是就近供水到用户，往常流量普通不大、只要在干管损坏时才转输较大的流量。

5.7
管径计算
管径计算管段的直径应按分配后的流量确定。

D =
水流速度的选择：①从技术上思索，水流的最大速度应不超越2.5~3.0 m/s (防止水锤)，最小速度不得小于0.6 m/s (防止堆积)。

②从经济上思索，较大的水流速度可减小管道直径，降低工程造价；但由于水流速度大而会招致水头损失添加，从而加大运转的动力费用。

③合理的流速应该使得在一定年限〔投资归还期〕内管网造价与运转费用之和最小。

平均经济流速：管径D=100～400 mm ，平均经济流速0.6～0.9 m/s ；管径D ≥400mm ，平均经济流速0.9～1.4 m/s 5.8
水头损失计算
平均流基本公式：由v =得2222
22228222v g v g v v i C R C R g C D g D g
λ==⋅
=⋅=⋅
式中，C ：谢才系数, m 1/2·s ；i ：水力坡度；R ：水力半径,m ；λ：阻力系数，2
8g C λ= 管段的沿程水头损失：ij i j h H H li
=-=
2222252824
ij ij l v q q h v h lq alq sq D g S gD
D λλππ======由上式得：，由 得：
式中，a ：比阻，25225
864
a gD C D
λππ=
=；q ：流量；l ：管段长度；s ：水管摩阻，s =al 。

水头损失普通公式：n
n n m q h l alq sq D
κ===
当n =2时, h =alq 2=sq 2。

给水管的水流流态分为三种状况：①阻力平方区，此时比阻a 值仅和管径及水管内壁粗糙度有关，而和Re 数有关，例如旧铸铁管和旧钢管在流速v ≥1.2 m/s 时或金属管内壁无特殊防腐措施时，就属于这种状况；②过渡区，此时，比阻a 值和管径、水管内壁粗糙度以及Re 数有关，例如旧铸铁管和旧钢管在流速。

v <1.2 m/s 时．以及石棉水泥管在各种流速时的状况；③水力润滑区，此时比阻a 值和管径及Re 数有关，但和水管内壁粗糙度有关，例如运用塑料管和玻璃管时。

5.9
管网计算基础方程
管网计算目的：求出各水源节点〔如泵站、水塔等 〕的供水量、各管段中的流量和管径以及全部节点的水压。

管网计算基础方程：环状管网：Ｐ=Ｊ+Ｌ-1 树状管网：Ｐ=Ｊ-1 式中，Ｐ:管段数;Ｊ:节点数;Ｌ:基环数
6 管网水力计算
6.1
树状管网计算
某城市供水区用水人口5万人，最高日用水量定额为150Ｌ/(人·ｄ)，要求最小效劳水头为16ｍ。

节点４接某工厂，工业用水量为400ｍ3/ｄ，两班制，平均运用。

城市地形平整，空中标高为5.00ｍ。

1．计算总用水量
设计最高日生活用水量：50000×0.15＝7500 m 3/d ＝86.81 L/s 工业用水量：400÷16＝25 m 3/h ＝6.94 L/s。