1、给水专业知识讲座给水专业知识讲座时间：2013-08-13制作人：*第一章：给水系统概论第二章：给水处理概论第三章：给水管网工程设计第四章：工程案例分析?主 要 内 容?1.1 给水系统的功能与组成?1.2 给水管网系统的功能与组成?1.3 给水管网系统规划与布置包括水资源（如江河、湖泊、水库、海洋等地表水资源，潜水、承压水和泉水等地下水资源，复用水资源）、取水设施、提升设备和输水管渠等。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。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），又称为输水与配水系统，简称输配水系统。给水系统水源取水系统给水处
2、理系统给水管网系统1.1 给水系统的功能与组成给水系统是为人们的生活、生产和消防提供用水的设施总称。图1-1 城市给水系统示意图1-取水构筑物；2-一级泵站；3-水处理构筑物；4-清水池；5-二级泵站；6-配水管网；7-水塔（或高地水库）；8-浑水输水管道；9-清水输水管道1.2 给水管网系统的功能与组成功能：功能：承担供水的输送、分配、压力调节（加压、减压）和水量调节任务，起到保障用户用水的作用。图1-2 给水管网系统1-取水口；2-处理厂；3-输水管渠；4-城市配水管网；5-污水处理厂；6-加压泵站；7-减压阀组成：组成：（1）输水管（渠）：是指在较长距离内输送水量的管道或渠道，输水管（渠
3、）一般不沿线向外供水。（2）配水管网：是指分布在供水区域内的配水管道网络。其功能是将来自于较集中点（如输水管渠的末端或贮水设施等）的水量分配输送到整个供水区域，使用户能从近处接管用水。（3）泵站：泵站是输配水系统中的加压设施，一般由多台水泵并联组成。给水管网系统的泵站有供水泵站（又称二级泵站）和加压泵站（又称三级泵站）两种形式。（4）水量调节设施：有清水池、水塔和高位水池等形式。主要作用是调节供水与用水的流量差，也称调节构筑物。水量调节设施也可用于贮存备用水量，以保证消防、检修、停电和事故等情况下的用水，提高系统的供水安全可靠性。（5）减压设施：用减压阀和节流孔板等降低和稳定输配水系统局部的水
4、压，以避免水压过高造成管道或其他设施的漏水、爆裂、水锤破坏，或避免用水的不舒适感。1.3 给水管网系统规划与布置给水管网系统规划属于给水排水系统规划的一部分，而给水排水系统规划又属于城市总体规划的一部分。因此，结水管道系统规划是在城市总体规划所制定的原则和要求下进行，属于城市总体规划中的单项工程规划。统一给水系统同一管网按相同的压力供应生活、生产、消防各类用水。优点：系统简单，投资较少，管理方便。适用于用户对水压、水质要求差别不大，地形平坦的地区。给水系统的总体布局（1）按系统构成方式分类图1-3 统一给水系统1-水厂；2-水塔；3-管网?分质给水管网系统?因用户对水质的要求不同而分成两个或两
5、个以上系统，分别供给各类用户。可分为生活给水管网和生产给水管网等。1）从不同水源取水，经不同管道系统供给不同用户。2）从同一水源取水，在同一水厂中经过不同的工艺和流程处理后，由彼此独立的水泵、图1-4 分质给水系统1-管井；2-泵站；3-生活用水管网；4-生产用水管网；5-取水构筑物；6-工业用水处理构筑物?分压给水系统因地形高差较大或用户对水压要求不同 而分成两个或两个以上系统，分别供给各类用户。符合用户水质要求的水，由同一泵站内的不同扬程的水泵分别通过高压、低压输水管和管网送往不同用户。采用此种系统，可减少高压管道和设备用量，节省供水能量费用。但需要增加低压管道和设备，管理较为复杂。图1-
6、5 分压给水系统1-取水构筑物；2-水处理构筑物；3-泵站；4-高压管网；5-低压管网；6-水塔单水源给水系统只有一个清水池，清水经过泵站加压后进入输水管和管网，所有用户的用水来源于一个水厂清水池。较小的给水管网系统，如企事业单位或小城镇给水管网系统，多为单水源给水管网系统，如图1-6所示。（2）按水源数目分类图1-6 单水源给水系统1-地下水集水池；2-泵站；3-水塔；4-管网多水源给水系统有多个水厂的清水池作为水源的给水管网系统，清水从不同的地点经输水管进入管网，用户的用水可以来源于不同的水厂。较大的给水管网系统，如大中城市甚至跨城镇的给水管网系统，一般采用多水源给水系统，如图1-7所示。
7、图1-7 统一给水系统1-水厂；2-水塔；3-管网（3）按输水方式分类重力输水系统水源处地势较高，清水池中的水依靠自身重力，经重力输水管进入管网并供用户使用。重力输水管网系统无动力消耗，是一类运行经济的输水管网系统。压力输水管网系统是指清水池的 水由泵站加压送出，经输水管进入管网供用户使用，甚至要通过多级加压将水送至更远或更高处用户使用。压力给水管网系统需要消耗动力。?主 要 内 容?2.1 水 源 水 质?2.2 水 质 标 准?2.3 给水处理方法概述2.1.1原水中的杂质?取自任何水源的水中，都不同程度的含有各种各样的杂质。这些杂质不外乎两种来源：一是是自然过程，例如，地层矿物质在水中的
8、溶解，水中微生物的繁殖及其死亡残骸，水流对地表及河床冲刷所带入的泥砂和腐殖质等等。二是二是人为因素即工业废水及生活污水的污染。这些杂质按尺寸分成悬浮物、胶体和溶解物3类。2.1 水源水质?悬浮物尺寸较大，易于在水中下沉或上浮。如果密度小于水，则可上浮到水面。?胶体颗粒尺寸很小，在水中长期静置也难下沉。水中存在的胶体通常有粘土、某些细菌及病毒、腐殖质及蛋白质等。有机高分子物质通常也属于胶体一类。?悬浮物和胶体是使水产生浑浊现象的根源。其中有机物，如腐殖质及藻类等，往往会造成水的色、臭、味。它们是饮用水处理的主要去除对象。?溶解杂质是指水中的 低分子和离子。它们与水构成均相体系，外观透明，称真溶液
9、。但有的溶解杂质可使水产生色、臭、味。溶解杂质主要是某些工业用水的去除对象，处理方法也和去除悬浮物和胶体的方法不同。?在未受工业废水或生活污水污染的天然水体中，溶解杂质主要有以下几种：?溶解气体?天然水中的溶解气体主要是氧、氮和二氧化碳，有时也含有少量硫化氢。?离子?天然水中所含主要阳离子有Ca2+、Mg2+、Na+;主要阴离子有HCO3-、SO42-、Cl-。此外还含有少量K+、Fe2+、Mn2+、Cu2+等阳离子及CO32-、NO3-等阴离子。?当水源受到工业废水污染时，水中的杂质更加复杂。表2-2 几种天然水源的水质特点?水质标准是用水对象（包括饮用和工业用水对象等）所要求的各项水质参数
10、应达到的指标和限值。?不同用水对象，要求的水质标准不同。?随着科学技术的进步和水源污染日益严重，水质标准总是在不断修改、补充之中。?我国自 1956年颁布生活饮用水卫生标准（试行）直至 1986年实施生活饮用水卫生标准（GB5749-85）的30年间，共进行4次修订。水质指标项目不断增加，我国现在实施的生活饮用水卫生标准共有35项水质指标。其中：?感官性状和一般化学指标15项；?毒理学指标15项；?细菌学指标3项；?放射性指标2项。?感官性状有时又称物理性状，是指水中某些物质对人的视觉、味觉和嗅觉的刺激。如：色、浑浊度、肉眼可见物、臭和味等。?某些化学物质对人体健康有益但不希望过量，如水中钠、
11、钾、钙、铁、锌、镁氯等是人体必需的化学元素，但含量过多，往往对生活使用产生种种不良影响。例如锌是酶的组成部分，参与新陈代谢，但水中锌含量超过5mg/L时便使水产生金属涩味甚至使水混浊。?毒理学指标主要有 汞、砷、镉、铬、铅、银、氟化物、氯仿 等。这类有毒物质一般均由于水源污染造成，在未受污染的天然水中，有毒物质很少。有些有毒物质含量过高时能引起急性中毒，但大多数有毒物质往往在人体内积蓄，引起慢性中毒。?目前我国标准中放射性指标主要有两种：总放射性和总放射性。放射性的危害是人所共知的。?主要包括：细菌总数、总大肠菌群和游离余氯。?自来水厂采用细菌总数和总大肠菌数作为例行检测指标来间接反映水中病原
12、微生物密度或致病的可能程度。?各种工业用水对水质的要求由有关工业部门制订。?食品、酿造及饮料工业的原料用水，水质要求应当高于生活饮用水标准。?锅炉补给水：凡能导致锅炉、给水系统及其它热力设备腐蚀、结垢及引起汽水共腾现象的各种杂质，都应大部或部分去除。?总之，工业用水的水质优劣，与工业生产的发展和产品质量的提高关系极大。各种工业用水对水质的要求由有关工业部门制订。给水处理的任务：是通过必要的处理方法去除水中杂质，使之符合生活饮用或工业所要求的水质。水处理方法的确定应根据水源水质和用水对象对水质的要求确定。消毒剂二级泵站清水池絮凝沉淀原水投药混合过滤用户给水处理典型工艺流程：?这是以地表水为水源的
13、生活饮用水的常用处理工艺。但工业用水也常需澄清工艺。?澄清工艺通常包括混凝、沉淀和过滤，处理对象主要是水中 悬浮物和胶体杂质。原水加药后经混凝时水中悬浮物和胶体形成大颗粒絮凝体，而后通过沉淀池进行重力分离。过滤是利用粒状滤料截留水中杂质的构筑物，常置于混凝和沉淀构筑物之后，用以进一步降低水的浑浊度。?消毒是灭活水中致病微生物，通常在过滤以后进行。主要通过向水中投加消毒剂?（1）处理对象：是饮用水净化中所需的特殊处理方法。当原水中臭和味严重而采用澄清和消毒工艺系统不能达到水质要求时才采用。?（2）除臭、除味方法：取决于水中臭和味的来源：例如，由水中有机物产生的，可用活性炭吸附或氧化剂氧化法去除；
14、因水中藻类繁殖而产生的，可采用微滤机或气浮法去除藻类，也可在水中投加硫酸铜除藻。?（1）除铁、除锰?当溶解于地下水中的铁、锰的含量超过生活饮用水卫生标准时，需采用除铁、除锰措施。常用除铁、除锰的方法为；氧化法（曝气装置、氧化反应池和砂滤池）和接触氧化法（曝气装置、接触氧化滤池）。?（2）除氟?当水中含氟量超1.0mg/l时，需采用除氟措施。方法基本上分成两类：一是投入硫酸铝、氯化铝或碱式氯化铝使氟化物产生沉淀；二是利用活性氧化铝或磷酸三钙等进行吸附交换。目前使用活性氧化铝除氟的较多。?（1）处理对象主要是水中钙、镁离子。?（2）软化方法；离子交换法：使水中钙、镁离子与阳离子交换剂上的离子互相交
15、换以达到去除目的。药剂软化法：在水中投入药剂，石灰、苏打等使钙、镁离子转变为沉淀物而从水中分离。?（1）处理对象：水中各种溶解盐类，包括阴、阳离子。将高含盐量的水，如海水及“苦咸水”处理到符合生活饮用或某些工业用水要求时的处理过程，一般称为咸水“淡化”；制取纯水及高纯水的处理过程称为水的“除盐”。?（2）方法：蒸馏法、离子交换法、电渗析法及反渗透法等。?（1）主要处理对象：水中有机污染物。?（2）主要用于饮用水处理厂。?（3）预处理方法；粉末活性炭吸附法、臭氧或高锰酸钾氧化法；生物滤池、生物接触氧化池及生物转盘等生物氧化法等。?（4）深度处理方法；粒状活性炭吸附法；臭氧-粒状活性炭或生物活性炭
16、法；合成树脂吸附法；光化学氧化法；超滤法及反渗透法等等。?主 要 内 容3.1 设计规范及标准3.2 输水管网布置3.3 配水管网布置3.4 给水管网的水力计算3.5给水管道材料及附件?室外给水设计规范（GB50013-2006）?农村给水设计规范（CECS82-96）?生活饮用水卫生标准（GB5749-2006）?给水排水工程管道结构设计规范（GB50332-2002）?给排水管道工程施工及验收规范（GBJ50268-2008）?给水排水构筑物施工及验收规范（GB50141-2008）?村镇供水工程技术规范（SL310）?城市工程管线综合规划规范（GB50289-98）?输水管（渠）是指从水
17、厂到配水管网的管线，沿线一般不接用户，主要起转输水量作用，它的特点是：输水距离长；输水过程中障碍物多，地形、地质复杂；易损坏，维修困难，一旦出现故障，易引起供水中断。因此输水管（渠）布置中应遵循以下原则：?（1）尽量缩短管线长度，减少拆迁，少占农田。?（2）选择最佳的地形和地质条件，尽量沿现有道路定线，以利施工和检修。?（3）为保证供水安全，输水管一般不少于2条，管线较长要设连通管。?（4）充分利用地形，尽量采用重力输水。?（5）减少与铁路、公路和河流的交叉。?（6）避免穿越滑坡、岩层、沼泽、高地下水位和河水淹没冲刷地区。?（7）重力输水管道，地形高差超过40m，应在适当位置设置跌水井或减压井
18、，以保证供水安全。?配水管网是给水管道系统中主要部分。由水厂二级泵站送入配水管网的水，经干管、分配管再流入用户的接户管。干管是将水送人各个用水区，管径较大；分配管是将水从干管分配至用户附近和消火栓，管径较小；接户管是将分配管管中的水接至各个用户。管径最小。?配水管网的设计和计算，通常只限于干管以及干管之间的连接管。配水管网的布置有两种基本形式：树状网（图3-1）和环状网（图3-2）。图3-1 树状管网特点：管线长度短，构造简单，投资省；安全可靠性差；水力条件差，易产生“死水区”，末端水流停滞影响水质。适用：对供水安全可靠性要求不高的小城市和小型工业企业。3.3.1 树状网3.3.2 环状网特点
19、：管线长度长，投资大；安全可靠性好；水力条件较好，不易产生“死水区”，水锤危害轻。适用：对供水安全可靠性要求较高的大、中城市和大型工业企业。图3-2 环状管网?一般，在城市建设初期可采用树状网，以后随着给水事业的发展逐步连成环状网。实际上，现有城市的给水管网，多数是将树状网和环状网结合起来。在城市中心地区，布置成环状网，在郊区则以树状网形式向四周延伸。供水可靠性要求较高的工矿企业须采用环状网，并用树状网或双管输水道个别较远的车间。3.3.3 配水干管布置原则城市给水管网的布置，取决于城市平面布局、地形、河流、水源、调节构筑物的位置以及大用户的位置等。配水干管是整个给水工程中投资最大的部分，因此
20、常提出几个方案，进行经济技术比较后选其中最佳方案。为此，布置时应符合下面原则：（1）应尽量缩短管线长度并遍布整个供水区，保证用户有足够的水量和水压。（2）必须安全可靠，局部管网事故，仍能不间断供水。（3）配水管网中的干管水流流向应与供水流向一致。干管应在规划路面以下，沿主要街道布置，宜通过两侧用水大户。（4）按树枝状布置，应设有分段或分区检修阀门，其末端应设泄水阀。（5）施工、运行方便，尽量避免和其他构筑物和管线冲突。（6）考虑分期建设的可能，留有充分的发展余地。除此之外，给水管道与其他管线交叉时的最小垂直净距，需按表3-1规定确定。表3-1 给水管线与其他管线最小垂直净距3.4.1 最高日设
21、计用水量确定生活用水生产用水市政用水消防用水居民生活用水公共设施用水工业企业生活用水城市用水的分类用水量?（2）工业企业用水量应根据生产工艺要求确定。大工业用户或经济开发区宜单独进行用水量计算；一般工业企业的用水量可根据国民经济发展规划，结合现有工业企业用水资料分析确定。?（3）消防用水量、水压及延续时间等应按 国 家 现 行 标 准 建 筑 设 计 防 火 规 范 GB50016及高层民用建筑设计防火规范GB50045等设计防火规范执行。?（4）浇洒道路和绿地用水量应根据路面、绿化、气候和土壤等条件确定。?（5）城镇配水管网的漏失水量及未预见水量一般可按综合生活用水、工业企业生产用水及消防用
22、水之和的15%25%。3.4.2 各管段的计算流量的确定集中流量：从一个点取得用水，用水量较大的用户。分散流量：沿线众多小用户用水，情况复杂。图3-1 干管配水情况qni 各集中用水户的集中流量，L/s；Qdi各集中用水户最高日用水量，m3/d；Khi时变化系数。)/(4.86sLQKqdihini?根据实际管网流量变化情况设计管网非常复杂，加以简化。提出比流量比流量，沿线流量沿线流量，节点流量节点流量的概念。计算沿线流量的简化方法比流量法，假设小用户是沿线均布在配水干管上。比流量：为简化计算而将除去大用户集中流量以外的用水量均匀地分配在全部有效干管长度上，由此计算出的单位长度干管承担的供水量
23、。长度比流量：面积比流量：lqQqs?AqQqs?（2）沿线流量沿线流量：干管有效长度与比流量的乘积。lqqsl?将管段的沿线流量简化为两个相等的集中流量，分别从管段的起端和末端流出，其所产生的水头损失与沿线变化的流量所产生的水头损失相同。这种简化的集中流量称为节点流量。Lnqq21?（4）管段计算流量的确定方法?管网各节点流量求出后，可进行管网流量分配，确定各管段的计算流量。流量分配前，将大用户的集中流量布置在附近的节点上。?对于树状管网，其每一管段的水流方向只有一个，所以各管段的计算流量比较容易确定。而环状管网则比较复杂，每一节点的流量，可以从不同方向供给。所以，在进行流量分配时，必须先定
24、出各管段的水流方向。?流量分配时，应按以下原则进行：?1）确定供水主要流向，拟定各管段的水流方向，并力求使水流沿最短线路到达大用水户及调节构筑物。?2）在平行的干管中，分配给每条管线的流量应基本相同，以免一条干管损坏时其余干管负荷过重。?3）分配流量时，各节点必须满足的条件。?0Q?3.4.3给水管网各管段管径的拟定?通过流量分配，求出各管段计算流量，再按下式拟定管径。?式中：D 管段直径（m）；?Q 管段的计算流量（m3/s）；?V 流速（m3/s）。?为了防止管网因水锤现象出现事故，最大设计流速不应超过2.53m/s；在输送浑浊的原水时，为避免水中悬浮物在水管内沉积，最低流速通常不得小于0
25、.6m/s。vQD?4?3.5.1 给水管道材料对给水管道的要求（1）有足够的强度，可以承受各种内外要求；（2）水密性，它是保证管网有效而经济地工作的重要条件；（3）水管内壁面应光滑以减小水头损失；（4）价格较低，使用年限较长，并且有较高的防止水和土壤的侵蚀能力；（5）接口施工方便，工作可靠。?给水管材常可以分为 金属管材料（铸铁管、钢管等）和非金属管材料（预应力钢筋混凝土管、玻璃钢管、塑料管等）两大类。?（1）金属管?目前常用的金属管主要有：钢管、镀锌管、铸铁管、铜管。?铜管价格较高，主要用于热水管道。?钢管分为焊接钢管和无缝钢管两大类，焊接钢管有直缝钢管和螺旋卷焊钢管，钢管的优点是强度高、
26、耐振动、重量轻、长度大、接头少和加工接口方便等。镀锌管道仍作为建筑给水管的主要管材，它比钢管价格低，但防腐性差。?铸铁管一般包括普通灰口铸铁管，铸钛球墨铸铁管和球墨铸铁管。具有较强的耐腐蚀性，以往使用较广。但由于连续铸管工艺的缺陷，质地较脆，抗冲击和抗震能力较差，重量较大，且经常发生接口漏水，水管断裂和爆管事故，给生产生活带来很大的损失。?（2）非金属管?预应力钢筋混凝土管：在给水工程建设中，有条件时宜采用非金属管代替金属管，对于加快工程建设和节约金属管材料都有现实意义。预应力钢筋混凝土管特点是造价低，抗震性能强，管壁光滑，水力条件好，耐腐蚀，爆管率低，但重量大，不便于运输和安装。?玻璃钢管（
27、FRP管）：一种新型管材，耐腐蚀，不结垢，能长期保持较高的输水能力，强度高、粗糙系数小。在相同使用条件下，重量是刚才的1/4左右，是预应力钢筋混凝土管的1/51/10，因此便于运输和施工。但价格较高，几乎和钢管相接近，可考虑在强腐蚀性土壤出采用。?塑料管材：用于给水管道工程的塑料管材有硬聚氨乙烯管（UPVC）、聚乙烯管（PE管）、交联聚乙烯（PEX）管、聚丙烯共聚物PP-R、PP-C管。?塑料管具有强度高、重量轻、便于运输及安装、加工和接口方便、管道内壁光滑阻力系数小、防腐性能良好、对水质不构成二次污染。?不同管材接口形式不同，?钢管：焊接、法兰连接、承插连接；?铸铁管：法兰连接、承插连接；?
28、混凝土管：一般采用承插连接；?塑料管：法兰连接、承插连接、溶剂粘结、热熔或电熔连接。?管材、管件的接口原则上不推荐刚性接口，在爆管抢修中，也尽量安装柔性快速抢修接头。图3-2 法兰盘?（1）阀门及阀门井?阀门是用以连接、关闭、和调节液体、气体或蒸汽流量的设备。是市政管道系统的重要组成部分。阀门根据所输送的液体，功能不同而有许多种类，包括闸阀、止回阀、截止阀、节流阀、安全阀等。?阀门按下列原则进行：?配水管网中的阀门布置，应能满足事故管段的切断需要。其位置可结合连接管以及需要供水支管的节点设置，干管上的阀门间距一般为3.5.2 给水管道附件图3-3 闸阀?一般情况下干管上的阀门可设在连接管的下游
29、，使阀门关闭时，尽可能少影响支管的供水。?支管与干管相接处，一般在支管上设置阀门，以便支管检修不影响干管供水，干管上的阀门应根据配水管网分段，分区检修的需要设置。?管网中的附件一般应安装在阀门井内。阀门井的平面尺寸，取决于水管直径以及附件的种类和数量。但应满足阀门操作和安装拆卸各种附件所需要的最小尺寸。阀门井一般用砖砌，也可用石砌或钢筋混凝土建造。?（2）消火栓?消火栓是安装在给水管网上，向火场供水的带有阀门的标准接口，是市政和建筑物内消防供水的主要水源之一。与市政供水管网的连接形式：?位于主水管旁，引水平专用分支管并设控制阀门连接消火栓。?消火栓设立在非专用于消火栓的分支管道上，与主控阀安装
30、在图3-4 消火栓与市政管网连接方式地上消火栓：部分露出地面，目标明显、易于寻找、出水操作方便，适应于气温较高地区，但容易冻结、易损坏，有些场合妨碍交通，容易被车辆意外撞坏，影响市容。消防水鹤：北方寒冷地区，消防车在扑火过程中进行加水补给时，为了能够有效地完成灭火任务，需要消防给水设备消防水鹤能在各种天气条件下，通过消防专用工具的操作，进行快速给水。图3-5 地上式室外消火栓图3-6 地上式消防水鹤?地下式消火栓：隐蔽性强，不影响城市美观，受破坏情况少，寒冷地带可防冻，适用于较寒冷地区。但目标不明显，寻找、操作和维修都不方便，容易被建筑和停放的车辆等埋、占、压，要求在地下消火栓旁设置明显标志。（3）排气阀和泄水阀由于地形变化、特别是长距离输水管的最高处或管件上，需要装置排气阀，以排除在管中的气体。排气阀分单口和双口两种。单口排气阀用在直径小于300mm的水管上，口径为水管直径的1/21/5。双口排气阀口径可按水管直径的 1/81/10选用，装在直径400mm以上的水管上。为了排除管道内沉积物或检修放空及满足管道消毒冲洗排水要求，在 管道下凹处及阀门间管段最低处，施工时应预留泄水口，用以安装泄水阀。确定泄水点时，要考虑好泄水的排放方向，一般将其排入附近的干渠、河道内，不宜将泄水通向污水渠，以免污水倒灌污染水源。
