第第 44 章 城市给水管网的布置 章 城市给水管网的布置 第一节 给水管网的布置第一节 给水管网的布置

根据给水管网在整个给水系统中的作用，可将它分为输水管和配水管网两部分

一、输水管 一、输水管 指水源到水厂或从水厂 ( 清水池 ) 到配水管网的管线，其沿线一般不接用户管，主要起转输水量的作用。

对输水管线选择与布置的要求如下： (1) 应能保证供水不间断，尽量做到线路最短，土石方工程量最小，工程造价低，施工维护方便，少占或不占农田。

(2) 管线走向，有条件时最好沿现有道路（既有路由）或规划道路敷设。

(3) 输水管应尽量避免穿越河谷、重要铁路、沼泽、工程地质不良的地段，以及洪水淹没的地区。 (4) 选择线路时，应充分利用地形，优先考虑重力流输水或部分重力流输水。 总则：经济、便利、利于后续维护使用

(5) 输水管线的条数 ( 即单线或双线 ) ，应根据给水系统的重要性、输水量大小、分期建设的安排等因素，全面考虑确定。当允许间断供水或水源不只一个时，一般可以设一条输水管线；当不允许间断供水时，一般应设两条，或者设一条输水管，同时修建有相当容量的安全贮水池，以备输水管线发生故障时供水。

(6) 采用两条输水管线时，为避免输水管线因某段损坏而使输水量减少过多，要求在管线之间设连通管相互联系，如图4-1所示。

(7) 在输水管线的最高点上，一般应安装排气阀（管内无水时，能自动打开，管内有水时能自动关闭），以便及时排除管内空气，或在输水管放空时引入空气。在输水管线的低洼处，应设置泄水阀及泄水管，泄水管接至河道或地势低洼处。

二、配水管网 二、配水管网 是将输水管线送来的水，配给城市用户的管道系统。

在配水管网中，各管线所起的作用不相同，因而其管径也就各异，由此可将管线分为干管、分配管（或称配水管）、接户管（或称进户管）三类，如图4-2所示。 干管的主要作用是输水至城市各用水地区，同时也为沿线用户供水，其管径均在 100mm 以上。大城市中，则在 200mm 以上。为简化起见，配水管网的布置和计算，通常只限于干管。 分配管的主要作用是把干管输送来的水，配给进户管和消火栓。此类管线均敷设在每一条街道或工厂车间的前后道路下面，其管径均由消防流量来确定，一般不予计算。为了满足安装消防栓所要求的管径，以免在消防时管线水压下降过多，通常规定分配管的最小管径：小城市采用 75～ 100mm ；中等城市采用 100～ 150mm ；大城市采用 150～ 200mm 。

第二节 给水管网定线

进户管就是从分配管接到用户去的管线，其管径视用户用水的多少而定。但当较大的工厂有内部给水管网时，此进户管则称为进户总管，其管径应根据该厂的用水量来定。一般的民用建筑均用一条进户管；对于供水可靠性要求较高的建筑物，则可采用两条，而且最好由不同的配水管接入，以增加供水的安全可靠性。

（一）树状网（一）树状网（图4-3(a)所示 ） 特点：管网布置呈树状向供水区延伸，管径随所供给用水户的减少而逐渐变小。这种管网管线的总长度较短，构造简单，投资较省。但是当管线某处发生漏水事故需停水检修时，其后续各管线均要断水，所以供水的安全可靠性差。又因树状网的末端管线，由于用水量的减少，管内水流减缓，用户不用水时，甚至停流，致使水质容易变坏。（图形简单计算方便，每条管线只有一个水流方向）

适用条件：适用于用水安全可靠性要求不高的小城镇和小型工业企业中，或者在城市的规划建设初期先用树状网，这样做可以减少一次投资费用，使工程投产快，有利于工业建设的逐步发展。（中小城镇，新建初建管网）

转10

图4-1 两条输水管上连通管的布置

连通管直径可以与输水管相同或比输水管小 20～ 30％，以保证在任何一段输水管发生事故时，仍能通过 70％的设计流量。在输水管和连通管上装设必要的阀门，以缩小发生事故时的断水范围。当供水可靠性要求较低时，阀门数可以适当减少。阀门应安放在闸门井内。

图4-2 干管、配水管和进户管布置

图4-3 树状管网布置 (a) 小城镇树状管网； (b) 街坊树状管网

对于街坊内的管网，一般亦多布置成树状，即从邻近的街道下的干管或分配管接入，如图 4-3(b) 所示。

图4-4 环状管网布置 1- 水厂；2- 水塔

图4-4 环状管网布置

（二）环状网（二）环状网

特点：管网布置呈封闭环状。由图可看出，当任意一段管线损坏时，可用阀门将它与其余管线隔开进行检修，而不影响其余管线的供水，因而断水的地区便大为缩小。另外，环状网还可大大减轻因水锤现象所产生的危害，而在树状管网中则往往因此而使管线受到严重损害。但环状网由于管线总长度大大增加，故造价明显地比树状网为高。 （图形复杂、计算复杂，每条管线可以有两个水流方向）

适用条件：城市中心地区、供水可靠性要求较高的工业企业、高档街坊（图4-4(b) ）等。

（图4-4(a)所示）

现有城市的配水管网多数是环状网和树状网相结合 干管的布置 ( 定线 ) 通常应遵循下列原则：

(1) 干管布置的主要方向应按供水主要流向延伸 ( 图4-5) ，而供水的流向则取决于最大用水户或水塔等调节构筑物的位置。 (2) 通常为了保证供水可靠，按照主要流向布置几条平行的干管，其间并用连通管连接，这些管线以最短的距离到达用水量大的主要用户。干管间距视供水区的大小，供水情况而不同，一般为500～ 800m 。

(3) 干管一般按规划道路布置，尽量避免在高级路面或重要道路下敷设。管线在道路下的平面位置和高程应符合城市地下管线综合设计的要求。 (4) 干管应尽可能布置在高地，这样可以保证用户附近配水管中有足够的压力和减低干管内压力，以增加管道的安全。

(5) 干管的布置应考虑发展和分期建设的要求，并留有余地。 举例：①图4-6(a)，水塔在管网起端，干管由水塔开始包围整个供水区，并用三条干管将水输送至最大与最远的用户 A 与 B 两点。 ②图4-6(b)中，干管由两个同心环状管网 a组成，其间用径向管线 c 连接，而水则由两根输水管供给。 ③图4-6(c)所示，这时干管是连接输入点及水塔的 a 系列干管和沿给水区敷设的 b 系列干管组成。 ④图4-6（d）所示当采用多水源独立分区供水时，为保证供水安全，用联络管连接全市干管，以利互相调剂。 转19

干管线设置原则• 干管线设置原则• 1. 流向大用户，指向大用户• 2. 按规划道路定线，尽量避免高级路面或重要道路下通过• 3 按照主要流向设置几条平行干管

水锤• 又称水击。水 ( 或其他液体 ) 输送过程中，由于阀门突然开启或关闭、

水泵突然停车、骤然启闭导叶（水泵中一转能装置）等原因，使流速发生突然变化，同时压强产生大幅度波动的现象。

• 水锤效应是一种形象的说法 . 它是指给水泵在起动和停车时，水流冲击管道，产生的一种严重水击。由于在水管内部，管内壁是光滑的，水流动自如。当打开的阀门突然关闭或给水泵停车，水流对阀门及管壁，主要是阀门或泵会产生一个压力。由于管壁光滑，后续水流在惯性的作用下，水力迅速达到最大，并产生破坏作用，这就是水利学当中的“水锤效应”，也就是正水锤。相反，关闭的阀门在突然打开或给水泵启动后，也会产生水锤，叫负水锤，但没有前者大。

工业企业内的管网布置： ①生产用水、生活用水和消防用水管网：根据水质和水压的要求，两者可以合用一个管网，或者分建两个管网。有时，即使是生产用水，水质和水压的要求也不一定完全一样，因此，在同一工业企业内，有时形成分质、分压的管网系统，分别布置几套管网。消防用水管网往往不单独设置，而是和生活、生产给水管网合并。

②管网的布置形式：根据工业给水系统的特点而有所不同。例如不供给消防用水的生活给水管网可采用树状网，分别供应生产车间、仓库、辅助设施等处的生活用水。生活、消防用水合用的管网，可采用环状网，并应符合居住区生活、消防管网的一切要求。

③供水可靠性的考虑：不能断水的企业，生产用水管网必须是环状网。个别相距过远的车间，可用两条输水管代替环状网。而在大多数情况下，生产用水管网是采用环状网、两条输水管及树状网的结合形式。

图4-5 干管中水流的主要方向

图4-6（a）干管的布置图形

图4-6（b）干管的布置图形

图4-6（c）干管的布置图形

图4-6（d）干管的布置图形

图4-8 干管配水情况

图4-10 管段输配水情况

第五章 管段流量、管径和水头损失 第五章 管段流量、管径和水头损失 各管段流量计算的目的：在于各管段管径的选取和进行系统的水力计算。而要进行各管段的流量计算，需先确定各管段的沿线流量和节点流量。

一、沿线流量一、沿线流量 干管配水情况如图7-8所示，假定在管线上，沿线配出的流量有分布较多的小用水量 q1′ 、 q2′…… 等，也有少数大用水量的集中流量 Q1 、 Q2…… 等。

由于沿线所接用户很多，而且用水量变化也较大，这样复杂多变的配水情况通常采用简化方法——比流量法来表现：

（一）长度比流量法 （一）长度比流量法

所谓长度比流量即是假定 q1′ 、 q2′……这些用水量均匀分布在全部干管线上，则管线单位长度上的配水流量（ qcb ）。其计算式为：

管网总用水量 (L/s)

L

QQq

icb

工业企业及其他大用水户的集中流量之和 (L/s)

干管总长度 (m) ， 1 不计穿越广场、公园等无建筑物地区的管线长度； 2对于沿河岸等地段所敷设的只有一侧配水的管线，其长度只按一半计算； 3对于人口密度不同的或房屋卫生设备条件不同的市内各区，也应根据其用水量和管线长度，分别相应调整比流量。

长度比流量

有了比流量，就可求出各管段的沿线流量

Qy = qcbL (L/s) (7-2)

(7-1)

Qy ：

管段的计算长度 (m)

整个管网的沿线流量总和 (∑Q) ，当 qcb 全网相同时，等于qcb∑L 。由式 (7-1)知， qcb·∑L =Q－∑ Qi 。

（ L/s·m ）

管段计算长度的确定

• 计算长度 L = 实际长度 （管道两侧双向配水）• 计算长度 L = 0.5 实际长度（管道两侧单向配水）• 计算长度 L = 0 （管道两侧不配水 -- 输水管或穿越公园、

绿地、广场等的管道）•

（二）面积比流量法 （二）面积比流量法

长度比流量法忽视了沿管线供水人数多少的影响，不能反映各管段的实际配水量。而在干管线的不同管段上，其供水的面积和供水的居民数是不会相同的，配水量不可能均匀。因此，另提出一种改进的计算方法——面积比流量法。

它是假定 q1′ 、 q2′……这些用水量均匀分布在整个供水面积上时，单位面积上的配水流量（ qmb ）。下式计算：

imb

QQq (L/s·m2) (7-3)

供水面积的总和 (m2)

干管每一管段供水面积的划分，可按分角线法或对角线法进行，如图7-9 (a) 、 (b) 所示。

由面积比流量 qmb ，可计算出某一管段的沿线流量 Qy 为：

二、节点流量二、节点流量

Qy = qmbω (L/s) (7-4)

管段的供水面积 (m2)

整个管网的沿线流量总和∑ Qy 则等于 qmb∑ω 。由公式 (7-3)知， qmb∑ω =Q－∑ Qi 。 鉴于城市供水面积大，用水量多，故用面积比流量法较之用长度比流量法要准确一些，但此法的计算颇麻烦。当供水区的干管分布比较均匀，管距大致相同时，一般不必要采用面积比流量法，改用长度比流量法比较简便。

每一管段的流量包把两部分：一部分是上述的沿管线配出的沿线流量，另一部分则是转输到后续管线去的转输流量。 在一条管段中，转输流量沿整个管段不变，沿线流量则因沿线配水，流量沿程逐渐减小，到管段末端等于零，如图7-10(a)所示。

为了简化计算，引用折算流量（将渐变流作为一个不变的均匀流处理），用 Qj表示，图 7-10(b) 所示。 在图中使折算流量 Qj 所产生的水头损失和图 7-10(a) 沿线变化的流量所产生的水头损失完全对应，从而得出管线折算流量 Qj 的计算公式为：

Qj = Qzs +aQy (L/s) (7-5)

式中 a——折减系数，其值在 0.5～ 0.58 之间。当管线的转输流量远大干沿线流量时， a值趋近于 0.5 ；反之， a值则趋近于0.58 。实践中往往采用 a =0.5 ，以使计算更为简便，也不致引起过大的误差。 由此，将管段的沿线流量折算成节点流量，只需将该管段的沿线流量平半分配于管段始、末端的节点上，便得到节点流量 (qn)的计算公式为：

yQq2

1 (L/s) (7-6)

转25

图7-9 供水面积划分 (a) 对角线法； (b) 分角线法

图7-11为某一管段沿线流量化为节点流量的分配图，此时该管段的折算流量为

LqQQ cbzsj 2

1 (L/s) (7-7)

由式 (7-7)看出，如果把沿线流量化成节点流量，便能大大简化管网的计算工作量。由此可知，管网中每个节点上假想的集中流量便等于与该节点相连的所有管线的沿线流量总和的一半，即

qn = ∑Qy/2 (L/s)

求得各节点流量后，管网计算图上便只有集中干节点的流量（包括原有的集中流量）。而管段的计算流量为

2

1 zsj QQ ∑Qy (L/s) (7-9)

【例题【例题 7-17-1】】某城市最高时总用水量为 284.7 L/s ，其中集中供应工业用水量为 189.2 L/s 。干管各管段名称及长度 ( 单位： m) ，如图7-12所示，管段 4-5 、 1-2 及 2-3 为单边配水，其余为两边配水，试求： (1) 干管的比流量， (2) 各管段的沿线流量， (3) 各节点流量。

转

图7-11 节点流量分配图

图7-12 节点流量计算例题

【解】【解】干管总计算长度为：

6736251456452312 2

1

2

1

2

1LLLLLLLLL +++++++=∑

250808208207567567562

1756

2

1756

2

1++++++×+×+×=

= 4600m

干管的比流量： 0.02084600

189.27.284==

—cbq

各管段的沿线流量计算如表7-2所列。 沿线流量化成节点流量的计算如表7-3所列。

各管段沿线流量计算 表7-2 管段编号 管段长 (m) 管段计算长度

(米 ) 比流量 (L/s·m) 沿线流量 (L/s)

1—2 2—3 1—4 2—5 3—6 4—5 5—6 6—7

756 756 820 820 820 756 756 250

756 ×1/2=378 756×1/2=378 820 820 820 756 ×1/2=378 756 250

0.0208 0.0208 0.0208 0.0208 0.0208 0.0208 0.0208 0.0208

7.9 7.9 17 17 17 7.8 15.7 5.2

合计 4600 95.5

节点编号 连接管段编号 各连接管段沿线流量之和 (L/s) 节点流量 (L/s)

l 2 3 4 5 6 7

l—4， 1—2 l—2， 2—5， 2—3 2—3， 3—6 1—4， 4—5 4—5， 2—5， 5—6 3—6， 5—6， 6—7 6—7

17+7.9=24.9 7.9+17+7.9=32.8 7.9+17=24.9 17+7.8=24.8 7.8+17+15.7=40.5 17+15.7+5.2=37.9 5.2

12.5 （ 12.45 ） 16.4

12.5 （ 12.45 ） 12.4

20.3 （ 20.25 ） 18.9 2.6

合 计 191 95.5 （ 95.6 ）

各管段节点流量计算 表7-3

三、管段计算流量 三、管段计算流量 当运用折算流量法求出各个节点流量，并把大用水户的集中流量亦加于附近的节点上后，则所有各节点流量的总和，便是由二级泵站送来的总流量 ( 即总供水量 ) 。 按照质量守恒原理，流向某节点的流量应等于从该节点流出的流量，即流进等于流出。如以流向节点的流量为正值，流离节点的流量为负值，则两者的代数和 ( 以∑ Q表示 ) 应等于零，即∑ Q=0 。 泵站送来的总流量沿各节点进行流量分配，所得出的每条管段所通过的流量，就是各管段的计算流量。 对于树状网，其每一管段的计算流量容易确定，因为从二级泵站到任一节点的来水方向只有一个，如图4-13所示。

对于环状网，确定各管段的计算流量就比较复杂，因为由二级泵站供给每一节点的流量，可以从不同方向供给，不象树状网那样只有一个方向。所以，在进行流量分配时，就必须人为地拟定各管段的流量。显然，按照这样的方式来进行，每人所得的结果不会相同，为此，要求在分配流量时，共同遵循以下原则：

举例如下：图4-14

(1) 应在管网平面布置图上，事先拟定出主要的流向，并力求使水流沿最近线路，输送到大用水户和边远地区。 (2) 在平行的干管中分配流量应大致相同，以免一条干管损坏时其余干管负荷过重。 (3) 分配流量时应满足上述的节点流量平衡条件，即在每个节点上满足∑ Q=0 。

流量分配可从管网第一分叉节点 4 开始 :

∑Q = q04－ q41－ q45－ q47－ q4=0

管段流量 q04 为总流量已确定，节点流量 q4 为已知，所以其余三条管线中的流量 q41 、 q45 、 q47须大体均匀分配，就是说分到这三条管线中的流量不要相差过大。 后面由近到远依次进行节点 1 、 7 、 5 、 2 、 8 、 6 、 3 、 9流量分配计算。

转34

图4-13 树状管网管段流量计算

图中，设二级泵站位于 0 点； q1 和 q2代表由沿线流量折算成的节点流量； Q1 、 Q2 、 Q3 、 Q4 、 Q5 ，代表大用水户的集中流量。由这些流量，根据式 (7-9) ，就可求出各管线的计算流量，如表 7-4 所列。

树状管网管段的计算流量 表 4-4

管段 3—2 2—1 1—0

流量 Q5 Q3+Q4+Q5+ q1 Q3+Q4+Q5+ q1+ Q1+Q2+ q2

图4-14 环状网的流量分配 至于节点流量的平衡条件，可取节点为例，根据各段中的流向，流进节点 5 的只有管段 4～ 5 的流量 q45 ，从节点 5 流出的有管段流量 q52 、 q58 、 q56 。及节点流量 q5 ，流进和流出的流量须相等，因此应满足下列条件：

∑Q = q45－ q52－ q58－ q56－ q5=0

四、管径的确定 四、管径的确定

分配到各条管段的流量，即为环状网各管段的计算流量。可依此流量来选定管径，计算水头损失。

管段直径 (m)

按最高时用水量计算的管段流量 (m3/s)

流速 (m/s)

管网中各管段的管径，是按最高时用水量确定的。即 :

v

Qd

4

(4-10)

①防止管网因水速过大产生水锤现象 ,技术上最高流速限定在2.5～ 3.0m／ s 的范围内 ;

式中流速选择的考虑 :

②为避免水中杂质在管内沉积，最低流速应大于 0.6 m/s

③考虑管网造价和运行管理费用的经济流速ve 。对应于不同流量时与经济流速相适应的管径称为该流量的经济管径，见表4-5。

④ 采用的经济流速范围，用控制每公里管线的水头损失值 ( 一般为 5mH2O／ km左右 ) 的计算法来确经济管径 :

d =100～ 400mm 时， ve=0.6～ 0.9m/s ；d ＞ 400mm 时， ve =0.9～ 1.4 m/s ；

⑤根据人口数和用水量标准的简化计算（直接从表4-6中查出）所需的管径。 表中流速：当 d≥400mm ， V≥1.0m/s ；当 d≤350mm ， V≤1.0 m/s 。 根据表 7-6 ，可挺据用水人口数以及用水量标准查得管径；亦可根据已知的管径，用水量标准查得该管可供多少人使用。

转40

图4-15经济流速

几个城市的管道经济流速 表4-5

管径 上海西安

成都输水管 配水管

(mm) 流量 流速 流量 流速 流量 流速 流量 流速100150200250300350400450500600700800900

100011001200

6.6816.7034.4060.6090.30131.0180.0239.0312.0482.0696.0960.0

1270.01640.0

2540.0

0.840.941.091.231.271.361.431.491.591.711.811.902.002.09

2.25

5.2313.426.243.966.795.6

130.0171.0218.0332.2476.0639.0853.01090

0.670.770.840.900.941.001.041.081.121.181.241.271.341.39

6.915.430.050.476.6

109.2149.0196.0250.0381.2546.0734.0982.0

1250.0

0.770.880.961.031.08l.141.191.231.271.351.421.461.541.59

13.525.541.562.590.0

121.0

202.0306.0435.0591.0772.0

0.770.820.850.880.940.96

1.031.081.131.171.21

管径 太原 抚顺 牡丹江(mm) 流量 流速 流量 流速 流量 流速100150200250300350400450500600700800900

100011001200

4.812.4324.340.962.6

123.0

206.0316.0517.0618.0814.0

0.620.720.7g0.840.88

0.98

1.051.121.171.231.27

7.219.337.562.695.3

136.2185.1242.5309.0469.7669.6910.4

1193.81520.81892.52325.0

0.971.091.191.271.351.421.481.521.571.661.741.8l1.881.941.992.06

5.3214.2Z8.849.2576.7

111.2153.4204.7264.5412.0593.0827.0

1100.01420.0

0.660.8l0.921.001.081.161.221.291.351.461.561.651.731.81

转34注： 1 、单位 · 流量为 L/s ，流速为 m/s ；

给水管径简易估算 表4-6

管径(mm)

计算流量(L/s)

使用人口数用水标准 =50

L/人 ·d(K=2.0)

用水标准 =60L/人 ·d(K=1.8)

用水标准 =80L/人 ·d(K=1.7)

l 2 3 4 5

5075

100125150200250300350400450500600700800900

1000

1.31.3～ 3.03.0～ 5.8

5.8～ 10.2510.25～ 17.517.5～ 31.031.0～ 48.5

18.5～ 71.0071.00～ 111111～ 159159～ 196196～ 284284～ 384384～ 505505～ 635635～ 785

785～ 1100

11201120～ 26002600～ 50005000～ 8900

8900～ 1500015000～ 2700027000～ 4100041000～ 6100061000～ 96000

96000～ 145000145000～

170000170000～

246000246000～

332000332000～

446000446000～

549000549000～

679000679000～

852000

10401040～ 24002400～ 46004600～ 8200

8200～ 1400014000～ 2500025000～ 3800038000～ 5700057000～ 8800088000～ ]35000

135000～157000

157000～228000

228000～307000

307000～4]2000

412000～507000

507000～628000

628000～980000

830630～ 1900

1900～ 37003700～ 6500

6500～ 1100011000～ 2000020000～ 3000030000～ 4500045000～ 7000070000～ 107000

107000～125000

125000～181000

181000～244000

244000～328000

328000～404000

404000～606000

506000～780000

第三节 给水管网水力计算 第三节 给水管网水力计算 管网水力计算的目的：是根据最高日最高时的设计用水量和确定的管网中各管段的管径，计算出各管段的水头损失。然后依此来确定二级泵站的水泵扬程或水塔高度，以满足各用户对水量和水压的要求。

一、给水管网设计和计算的步骤 一、给水管网设计和计算的步骤 (1) 布置管网 (亦称管网定线 ) 。即在城市总体规划平面图

(带有等高线 ) 上，布置干管各管线的走向。

(6) 将大用水户的集中流量布置在附近的节点上。(5) 计算干管的节点流量。(4) 计算干管的沿线流量。(3) 计算干管的比流量。(2) 计算干管的总长度。

(7) 将最高用水时由二级泵站和水塔供入管网的流量 ( 指对置水塔的管网 ) ，沿各节点进行流量分配，定出各管段的计算流量。 (8) 根据所定出的各管段计算流量和当地的经济流速，选取各管段的管径。

(9) 计算各管段的水头损失值 (h) 。

此值求得后，对于树状网，便可根据最不利点的位置和用户对自由水头值的要求，算出二级泵站所需水泵的扬程或所需水塔的高度。对于环状网，若各个环内的水头损失代数和超过规定值 ( 即出现闭合差 Δh) ，则须增加下一步骤。 (10) 进行环状网的水力平差。所谓水力平差，就是将初分的各管段计算流量作出适当调整，以使各个环的闭合差达到所规定的允许范围之内。然后依次选出最不利的 ( 即各管段水头损失总和为最大 ) 一条干管线路，算出二级泵站水泵扬程或水塔高度。

转43

最不利点 ( 或称控制点 ) 的问题：是出于对供水区内各用户的水压、水量安全可靠性的要求而提出的。此点位置一般选在距二级泵站最远的供水点上。但若城市地形特殊（如图 4-16 所示的地形），则最不利点应是 2 点，而不是最远的 4 点。

图 4-16最不利点的选择

二、树状管网的水力计算二、树状管网的水力计算 【例题【例题 7-27-2】】 图4-17给出一树状管网布置图，图中标明有管段长度和节点流量。各节点的自由水头要求不低于 20m 。各节点高程列于表4-7及表4-8中，根据上述资料，计算各干管线和支管线段上的管段损失和节点的水压高程及自由水头。

【解】【解】①根据图4-17资料，填出表 4-7 各管段的长度和流量；②根据流量和经济流速计算确定管径；③根据选定的管径及流量计算水在管中的实际流速；

④根据选定的管径和实际流速，由《给水排水设计手册》管渠水力计算表查得各管段的水力坡度；

⑤由各管段的水力坡度及管段长度算出管段的水头损失； ⑥从最不利点开始和算得的管段水头损失依次计算节点的水压高程或自由水头。

转47

图4-17树状管网计算例题

平管线水力计算 (p367) 4-7表

管段编号

管长(m)

流量(L/s)

管径(mm)

水力坡度

(mm/m)

管段水头损失

(m)

流速

(m/s)

节点

地面高程(m)

水压高程(m)

自由水头(m)

1—2

2—3

3—4

4一Ⅳ

800

850

700

900

700

500

300

150

900

800

600

450

1.51

1.46

2.39

2.80

1.2l

1.24

1.68

2.52

1.10

0.99

1.06

0.94

1 102.10 129.05 26.95

2 102.15 127.84 25.R9

3 102.20 126.60 24.40

4 102.25 124.92 22.67

Ⅳ 102.40 122.40 20.00

支管线的水力计算 表4-8

管段编号

管长(m)

流量(L/s)

管径(mm)

水力坡度

(mm/m)

管段 水头损

(m)

流速(m/s)

节点

地面高程(m)

水压高程(m)

自由水头(m)

2—55—I5—Ⅱ3—6

6—Ⅶ6—Ⅵ6—V4—Ⅲ

4—Ⅷ

500650600600500400450750750

1502550

1708030405080

400250300450350250250300350

5.041.972.773.523.062.754.632.773.06

2.521.301.662.111.531.102.082.082.30

1.190.5l0.711.070.830.620.820.7l0.83

5IⅡ6ⅦⅥVⅢⅦ

102.21102.30102.25102.16102.18102.12102.12102.37102.24

125.32124.02123.66124.49122.96123.39122.4l122.84122.62

23.1l21.7221.4122.3320.7821.2720.2920.4720.38

三、环状管网的水力计算三、环状管网的水力计算 环状管网在流量分配后，根据要求的经济流速，虽可确定出各管段的管径但却不能像树状网那样迅速地求出整个管网的水头损失。

由于主观上假定的环状管网分配流量与实际的环状管网分配流量存在差异，不可能同时满足各个环路∑ h =0 的条件，会出现环路闭合差 Δh 。为此，必须将各管段所分配的流量重新调整，使得水头损失较大的那些管段减少一些流量，而在水头损失较少的那些管段上增加一些流量，以使各环路内的∑ h逐渐趋近于零或等于零。这种为消除各环水头损失闭合差，所进行的流量调整计算，称为管网平差。 通常在平差中，当单环环路闭合差 Δh≤0.5m ，多环环路闭合差 Δh≤1.0m ，则认为符合要求，可以停止计算。

其原因在于对于环状网的计算，除满足各节点流量平衡方程式∑ Q =0外，还应满足在任何一个封闭环路内，各管段水头损失的代数和 ( 以∑ h表示 ) 等于零，即∑ h =0

通常取流量修正值 ΔQ ：

Qh

hQ

2

所取环路各管段水头损失之和（即环路闭合差 Δh ）。一般规定顺时针方向所产生的水头损失为正，逆时针方向所产生的水头损失为负。

假定的管段分配流量，有正、负也有正、负

管网平差可能要经过多次才能达到要求（要所有的单环环路闭合差 Δh≤0.5m ，多环环路闭合差 Δh≤1.0m ）。 【例题【例题 4-34-3】】某区的环网布置及节点高程如图4-20所示。各节点的自由水头要求不低于 15m ，最高日用水量为 10800m3 ，其中工业用水量为 60L/s ，供水点如图 7-20 所示。其余为居民生活用，用水量及供水量曲线如图4-21所示。泵站按二级供水设计，从 0～4 时为总供水量的 2.5％（ ×4 小时）， 4～ 24 时为总供水量的4.5％（ ×20 小时）。求：

【例题【例题 4-34-3解】解】

计算最高时的节点水压，并绘出环网的水压线图；

(1) 用水量计算： 由图4-21知最高时用水量为最高日用水量 10800m3 的 5.6％，即

1681003600

10006.510800

L/s

二级泵站最高时的供水量为最高日用水量的 4.5％，即

1351003600

10005.410800

L/s

水塔最高时的供水量为 : 168－ 135=33 L/s

(2)比流量计算： 由图4-20求出干管总长度为 : 6×1000+6×800=10800

m

(3) 节点流量的计算 :

管网的集中流量为 : ∑Qi＝ 20+10+20+10=60 L/s

干管比流量为 :qcb ＝ 01.010800

60168

L/s·m

见表4-9。

(4) 管段流量分配： 管段流量分配见图4-22,并将结果填进表4-10中。

(5) 选择管径 : 由已知的管段流量和经济流速选定，见表4-10 。

（ 6 ）管段水头损失计算： 由已知的管段流量 Q 和管段直径d ，通过手册查出相应的水力坡度i,然后由管长 l× i 来计算，见表4-10 。

(7) 平差修正计算:

图4-20 环网计算例题

转49例

图4-21 供水量及用水量曲线 转49例

转60转61

图4-22 环网计算图 (结点流量单位为 L/

s)

节点流量计算 表4-9

2

1

节点 与节点相连的备管段长度总和 (米 )

最高日最高时流量 (L/s)

= ∑L(m)×0.01 L/s·m

123456789

1000+800=1800

1000+1000+800=2800

1000+800=1800

800+1000+800=2600

1000+1000+800+800=360

0

同节点 4

同节点 1

同节点 2

同节点 1

9149

1318139

149

最高用水时管网平差计算 表4-10

环号 管段

管长l

(m)

管径d

(mm)

第一次平差

流量Q(L/s)

水力坡度 i

(mm/m)

水头损失h(m)

水头损失之和∑h(m)

h/Q流量修正值 Q(L/s)

I

1—22—51—44—5

10008008001000

300150300150

+63+11-63-11

4.255.594.255.59

4.254.473.405.59

+8.72-8.99

0.0670.4060.0540.508

0000—l

小计

-0.27 1.035 ∑Q =-(-0.27)/2×1.035≈0

Ⅱ

4—55—84—77—8

10008008001000

150150250200

+1l+0-39-20

6.5904.443.97

5.5903.553.97

+5.59-7.52

0.50800.0910.199

+1+l+2+1+1

小计

-1.93 0.798 ∑Q =-(-1.93)/2×0.798≈1

转60

Ⅲ

2—33—62—55—6

10008008001000

250200150150

+38+9-11-4

4.230.945.590.91

4.230.754.470.91

+4.98

-5.38

0.1110.0830.4060.228

0000+2

小计

-0.40 0.828∑Q≈0

Ⅳ

5—68—96—95—8

10001000800800

150200200150

+4+14-10-0

0.912.081.130

0.912.080.900

+2.99

-0.90

0.230.150.090

-2-2-2-2-1

小计

+2.09 0.467 ∑Q =-2.09/2×0.467≈-2

环号 管段

管长l

(m)

管径d

(mm)

第一次平差

流量Q(L/s)

水力坡度 i

(mm/m)

水头损失h(m)

水头损失之和∑h(m)

h/Q流量修正值 Q(L/s)

转60

第二次平差

流量Q(L/s)

水力坡度 i

(mm/m)

水头损失h(m)

水头损失之和∑h(m)

+63+1l-63-12

4.255.594.256.55

4.254.473.406.55

+8.72-9.95

-1.23∑Q =-(-1.23)/2×1.072≈0.6

+12+3-38-19

6.550.504.233.62

6.550.403.383.62

+6.95-7.00

-0.05

h/Q流量修正值 Q(L/s)

0.0670.4050.0540.546

+0.6+0.6+0.6+0.6

1.072

0-0.6000

第二次修正

第二次平差

流量Q(L/s)

水力坡度 i

(mm/m)

水头损失h(m)

水头损失之和∑h(m)

+38+9-11-2

4.230.945.590.23

4.230.754.470.23

+4.98-4.70

+0.28 ∑Q≈0

+2+12-12-3

0.231.581.580.50

0.231.581.260.40

+1.8l-1.66

+0.15 ∑Q≈0

h/Q流量修正值 Q(L/s)

000-0.60

0000

第二次修正

(7) 平差修正计算 :

①计算每个环的闭合差 Δh ，进行第一次修正。见表4-10 闭合差 ＜ 0.5m 的，流量不需修正；≥ 0.5m 时，则需计算 h/Q, 计算 ΔQ 来修正，见表4-10 。

h

Qh

hQ

2

②根据修正过的流量，再次计算每个环的闭合差 Δh ，进行第二次修正。见表4-10 ，直到所有环路的闭合差 ＜ 0.5m 为止。h 由表 4-10 看出，第四次水力计算结果，各环的闭合差 均小于 0.5m ，满足小环允许闭合差的要求。

h

整个大环的闭合差为 ∑h = hl-2+h2-3+h3-6+h6-9+h8-9+h7-8+h4-7+h1-4

= 4.32+4.23+0.75－ 1.26+1.58－ 3.52－ 3.34 － 3.34= -0.58m

<1.0m的要求，所以平差计算可以结束。

（ 8 ）计算最高时的节点水压

根据求得的水头损失，节点高程及自由水头要求，则可求出各节点的水压高程（在计算时要注意从选择最不利点开始，本题的最不利点为节点 9 ，因这点地形最高，在满足自由水头 15m 的条件下，水压高程应为： 15.6+15=130.6m ）

各节点的水压高程计算结果见表4-1l。（ 9 ）绘出环网的水压线

利用表 4-11 求得的节点水压高程资料绘环网的水压线，见图4-23

（ 10 ）最大转输时水力计算： 最大转输发生在 23～ 24h( 如图4-21和图4-24) ，该时水泵供水量为总用水量的 4.5％，即

1351003600

10005.410800

L/s

该时用水量只占总用水量的 3.3％（图7-21），即

L/s 991003600

10003.310800

最大转输水量为： 135－ 99 =36 L/s

最大转输时的生活用水量可以从最大转输时的总用水量 99 L/s 减去此时管网上的集中流量 60 L/s 而得，即

99－ 60 =39 L/s

最大转输时的生活用水量和最高时的生活用水量 (108 L/s) 的比值为： 39/108 = 0.36 最大转输时的节点流量可以由 0.36这个系数乘以最高时的节点流量而得出，见图4-24 。 由节点流量和∑ Q=0 的关系，按流量分配原则，定出各段流量 ( 见最大转输流量计算图 7-24) ，即可进行环网平差，计算结果见表 7-12 。经过一次平差已能满足闭合差＜ 0.5m 的要求。

由各管段水头损失，地面高程计算出各节点的水压高程及自由水头 ( 见表4-11所列 ) 注意在最大转输时，假定水塔最大水深为 4m ，由节点 9 到水塔的水头损失为 0.5m ，最后从 9-6-3-2 计算起点节点 1 的水压高程为 153.7lm ，自由水头为 53.7m ，其他各节点计算结果见表4-11。

五、多水源管网的计算 五、多水源管网的计算 当从几个水源同时供水，每一个水源输入管网的流量不仅取决于管网所需的流量，并随管段的阻抗和每个水源输入水压而异，这种管网的计算，应满足三个基本水力条件：

(1) 节点流量之和为零，即∑ Q =0 ； (2) 闭合环路水头损失之和为零，即∑ h =0 ；

(3) 由各水源至分界线上的节点间的水头损失之差应等于各水源的输入水压之差。

转69

各节点的水压及自由水头计算 表4-11

节点

地面高程(m)

最高日最高时

水压高程 (m)

自由水头 (m)

计算根据节点

123456789水塔

100.0104.7110.5104.8108.4113.7108.4112.5115.6115.6

138.5134.2130.0135.3129.4129.2132.0

129.20130.6

131.10131.10

38.529.519.530.521.015.523.616.715.0

236l2949水塔

转62

图4-23 等水压高程

图4-24 最大转输流量计算 转61

最大转输时管网平差计算 表4-12

环号 管段 管长L (m)

管径d(mm)

平差计算流量

Q (m/s)水力坡度i(mm/m)

水头损失h(m)

水头损失和∑h (m)

I

1—22—51—44—5

1000800800

1000

300150300150

65.112.766.712.2

4.507.374.726.77

4.505.893.776.77

+10.39

-10.54

小计 -0.15

Ⅱ

4—55—84—77—8

1000800

1000800

150150250250

12.28.8

49.836.5

6.273.737.003.93

6.772.985.603.93

+9.75

-9.53

小计 +0.22

Ⅲ

2—33—62—55—6

1000800800

1000

250200150150

47.224

12.79.6

6.325.507.374.33

6.324.405.894.33

+10.72

-10.22

小计 +0.50

Ⅳ

5—66—95—88—9

1000800800

1000

150200150200

9.619.08.8

20.2

4.383.623.734.07

4.332.892.984.07

+7.22

-7.05

小计 +0.17

图4-27 多水源给水管网

图 4-28 水压分界线纵剖面

根据由各水源至分界线上的节点间的水头损失之差应等于各水源的输入水压之差，得：

∑hA =∑h2 一∑ h1 = （ ZC+HC ）－（ ZA +HA ）

∑hB =∑h4 一∑ h3 = （ ZC+HC ）－（ ZB+HB ）

，水由两个泵站 A 及 B 同时输入管网，此外还有一个水塔 C ，图中虚线表示最高用水时各水源供水的分界线 P1 、 P2 、 P3 。则有：

例如图4-27为一个多水源的管网

∑hA =∑h2 一∑ h1 = （ ZC+HC ）－（ ZA +HA ）

∑hB =∑h4 一∑ h3 = （ ZC+HC ）－（ ZB+HB ）

水塔 C 至分界线 P1 间的水头损失∑ h2 与泵站 A 至分界线 P1

间的水头损失∑ h1 之差值∑ hA 等于水塔 C 的输入水压（ ZC+HC ）与泵站 A 的输入水压（ ZA +HA ）之差值。同理有：

多水源管网的水力计算是较复杂的，因为输水量变化时，水泵的扬程也随之改变。输入管网的水压，在水源输入的流量业已确定时才能最后决定。 因此，在计算时，先由用水量曲线与所拟定的供水量曲线确定水泵与水塔在最大用水时各应供给的流量，拟定各泵站的供水比例，然后再按上述的三条件算出各管段的流量分配以及∑ hA 和∑hB 。

第四节 给水管网水泵扬程及水塔高度的确定 第四节 给水管网水泵扬程及水塔高度的确定

一、无水塔管网水泵扬程的确定 一、无水塔管网水泵扬程的确定 管网内不设置水塔而由二级泵站直接供水时的水压线见图7-29所示。 由图可知，二级泵站的扬程与清水池最低水位标高，输水管和管网中的水头损失，用水点的地形标高及要求的最小出水自由压头等有关。只要保证了最不利点（通常为离泵站远和地形高的地点）的水压要求，则全管网的水压就有了保证。 在最高用水量时，生活用水管网的最小自由水头 ( 从地面算起 ) 通常为：一层为 10m ，二层为 12m ，二层以上每加一层增加4m 。 对于城市内个别高层建筑物所需的水压，一般是另行设法 ( 如设置专用加压水泵 )解决。否则，为此而提高整个管网的水压是不经济的。

据此，二级泵站的扬程为：

二、网前水塔的管网 二、网前水塔的管网

Hp = Zc+Hc+hs +hc+hn (m) (7-24)

管网内控制点 C 的地面标高和清水池最低水位的高差， m

控制点要求的自由水压， m

水泵吸水管中的水头损失， m

输水管中的水头损失， m

管网中的水头损失， m

网前水塔管网的工作情况是，二级泵站供水到水塔，再经管网到用户，水压线如图7-30所示。 为了确定水泵扬程，须先求出水塔高度，即水塔的水柜底高出地面的高度。水柜底的高度 Ht ，应保证在最高用水量时，管网内控制点上具有所要求的自由水压，参图 7-30, 可按下式计算：

Ht = Hc + hn 一 (Zt－ Zc) (7-25)

二级泵站的扬程 Hp ，应保证供水至水塔。参图 7-30 为：

从上式看出水塔须修建在高地的原因：因为建造水塔处的 Zt

越大，水塔高度 Ht 则越小，有条件时甚至可使 Ht = 0 ，就可用地面水池代替水塔，使造价大为降低。所以，根据城市地形特点，水塔可放在管网起端、中间或末端的高地上，从而分别构成了网前水塔，网中水塔和对置水塔的给水系统。 水塔水柜中的水位变动和用水量的变化，都会引起管网的水压波动。当水柜为低水位而用水量最大时，管网的水压最低；当水柜的水位上升而用水量减小时，管网的水压增大，如图7-30中的水压线 1 、 2 所示。 网前水塔的缺点是，水塔高度需按设计年限内最高时用水量确定，在未达到设计流量之前，管网水压总是高于要求值，从而浪费了能量，并且当用水量超过设计值时，随着管网内水头损失的增大，又使边远地区的水压不足，因而，它对流量变动的适应性较差。

Hp =Zt+Ht+H0+hc+hs (m) (7-26) 转76

图7-29无水塔管网的水压线

1- 最小用水时； 2- 最高用水时

图7-30 网前水塔管网的水压线

Ht = Hc + hn 一 (Zt－ Zc) (7-25) 水柜底的高度

控制点要求的自由水压， m 按最高时用水量计算的管网水头损失， m

水塔处地面与清水池最低水位的高差， m

管网内控制点 C 的地面标高和清水池最低水位的高差，m

1- 最高用水时； 2- 最小用水时

转72

图7-31 对置水塔管网的水压线

1- 最大转输时； 2- 最高用水时

三、对置水塔的管网 三、对置水塔的管网 当城市地形离二级泵站越远越升高时，水塔应放在管网末端，形成对置水塔的管网系统，其水压线如图7-31所示。由图中可看出，在最高用水量时，由泵站和水塔同时向管网供水，两者有各自的供水区。在供水区的分界线上，如图 7-31 中 C 点，水压最低。 设想把对置水塔的给水系统分成两部分：一部分是从泵站到分界线上 C 点，在这部分范围内可看作是无水塔的管网，所以二级泵站的扬程仍按式 (7-24) 计算；另一部分是从水塔到分界线上的 C点，这部分类似于网前水塔的管网，水塔高度可按式 (7-25) 确定。 在最大转输时，虽然用水量较小，但因转输流量通过整个管网进入水塔，所以最大转输时的水泵扬程往往大于最高用水时。最大转输时的水泵扬程为（参图7-31 ）：

Hp′= Zt + Ht + H0 + hs′+hc′+hn′ (m) (7-27)

四、网中水塔的管网 四、网中水塔的管网 当城市中心的地形较高或为了靠近大用户，水塔设置在管网中间，构成网中水塔的给水系统，这时水压线分布如图7-32所示。

2 、水塔离泵站较远，以致泵站供水量不够泵站和水塔间的用户使用时，必须由水塔供给一部分水量，这时情况类似于对置水塔，会出现供水分界线，整个管网的控制点可能在网中的 C 点，也可能在网后的 B 点。

根据网中水塔在管网中的位置，可有两种工作情况： 1 、水塔靠近二级泵站，并且泵站供水量大于泵站和水塔间用户的用水量时，情况类似于网前水塔，不出现如图 7-31 所示的供水分界线；

综上所述，网中水塔给水系统的水泵扬程和水塔高度的确定，应根据实际工作情况，参照网前水塔和对置水塔的有关公式计算。

转86

图7-32 网中水塔管网的水压线 1- 最大转输时； 2- 最大用水时

图7-33 加压泵站布置示意

图7-34 无水塔管网在消防时水压线

1- 消防时； 2- 最高用水时

Hp′= Zc + Ht + hs′+hc′+hn′

消防时允许的管网最低水压，m

图7-35 网前水塔的管网在消防时的水压线 1- 消防时； 2- 最高用水时

图7-36 对置水塔的管网在消防时的水压线 1- 消防时； 2- 最高用水时

图7-37 供水量及用水量曲线组合

图7-38 水塔调节水量情况

图7-39 一级，二级泵站供水曲线组合

1- 一级泵站供水曲线； 2- 二级泵站供水曲线

五、设加压泵站的管网五、设加压泵站的管网

（ 3 ）当城市管网延伸很长而地势又平坦，建造水塔的费用很高，甚至不能考虑时，或者由于用水量的增加，旧的水塔将失去调节作用时。这样，可将一部分地区的水压提高，而二级泵站的扬程不一定提高，以节省动力费用。设置加压泵站后，整个给水区的水压比较均匀。

设置加压泵站的情景： （ 1 ）随着给水区的扩大和用水量的增加，以致二级泵站的扬程不能满足用户的水压要求时，可在管网水压不足的地区设置加压泵站；

（ 2 ）二级泵站的扬程提高后，若引起泵站附近地区的压力远高于所需水压致使供水能量浪费很大时；

（ 4 ）此外，通过调度使加压泵站在高峰用水时开泵，在用水量小时停泵，以使二级泵站能经常处于高效率下工作。

加压泵站布置位置：

加压泵站的位置越靠近二级泵站，则二级泵站的扬程就越低，但这时所需加压的水量就越多。反之，加压泵站位置离二级泵站越远，虽然加压的水量少，但二级泵站的扬程降低不多。因此，在选定加压泵站位置时，应作技术和经济方面的比较。

当加压泵站位置已定时，加压泵站的增压量是：在平坦地区等于泵站到控制点之间的水头损失；地形不平地区，还须加上加压泵和控制点的高程差。

加压泵站加压的大小确定：

加压泵站的管路布置：如图7-33示意。六、消防时的管网水压 六、消防时的管网水压

前已述及，管网的各管段直径是根据最高用水时流量确定的。在消防时，额外增加了消防流量，必须通过核算，以确定按最高用水时流量定出的管径和水泵扬程是否适用。

1 、无水塔的管网在消防时的水压线如图7-34所示。

按照消防时的管网压力，可分为高压网和低压网两种。高压网是消防时不仅保证应有的消防流量，并且有足够的水压，当从消火栓接出水龙带时，即能射流灭火。目前，我国普遍采用的是低压网，即管网只保证消防时所需流量，而消防所需的水压则由消防车从消火栓取水自行加压来达到。火警时，管网内通过大量消防流量，水头损失明显增大，着火地区的管网水压必然下降。根据规定，消防时管网自由水压不得低于 10m 。因此，管网除了在平时满足最高用水时的水压外，还须满足消防时的水压要求，这些都需要通过管网计算来确定。

消防时水泵所需扬程 (假定在控制点 C失火 ) 等于： Hp′= Zc + Ht + hs′+hc′+hn′ (m) (7-28)

将消防时式 (7-28) 与最高用水时式 (7-24) 的水泵扬程加以比较，可以看出：一方面，消防时水头损失增大；另一方面，消防时要求的自由水压通常比最高用水时为小，是否设置专用消防泵或增加管网压力则有二种情况：

2 、网前水塔的管网在消防时的水压线如图7-35所示。

（ 1 ）如果增加的水头损失大于两者的水压差 (Hc－ Ht) ，则消防时的水泵扬程比最高用水时为高。这时视水泵扬程增大的程度，有时需考虑安装专用消防泵，有时只须安装一台或几台与最高用水时同型号的水泵，在火警时并联使用。 （ 2 ）当最高用水时的水泵扬程大于消防时 ( 即消防时控制点的自由水头将超过 10m) ，这时则不必考虑设置专用消防泵。此种情况在低压消防中是有可能出现的。

根据消防时的自由水压和管网的水头损失，消防时的水压线也可能出现比水塔水面高或低二种情景。消防时水压线高于水塔时，水塔的进、出水阀必须在火警时及时关闭，以免水塔不断溢水而管网的水压无法提高。如果消防时水压线低于水塔，则水塔仍可起流量调节作用，此时进、出水阀无需关闭。通过在水塔进、出水管上安装单向阀来解决。

对置水塔的管网在消防时的水压线如图7-36所示。

假定着火地点在水塔附近，因为消防时所需水压低于最高用水时，所以水塔存水可供消防时使用，但因水塔容积小，很快就会放空，故消防水泵的选择与无水塔的管网消防时相同。消防时所需水泵扬程 Hp′ 可能大于也可能小于最高用水时的水泵扬程 Hp 。

水塔设置在管网中间时，随着泵站和水塔之间以及水塔以后的管网中供水量的大小，所起的作用可能同网前水塔或对置水塔。

由此可见，管网应根据水塔的有无及其位置、管网形状、消防时的考虑等，按最高日最高时用水量和设计水压计算，并按下列情况核算： (1) 消防时的情况，按最高时的生活、生产用水量 (淋浴用水按 15％计算，浇洒和洗刷用水可以不计 )加消防用水量核算； (2) 最大转输时 ( 只限于设置网中水塔或对置水塔的管网 ) 的情况，按最大转输时的流量进行核算；

七、调节水塔及水池的容积计算七、调节水塔及水池的容积计算

(3)事故情况，即最不利管段损坏时的情况，按通过 70％设计流量 (包括消防用水量 ) 进行核算。

通过核算，最后定出管网所需的水泵扬程和水塔高度。

供水与用水的关系 11 、二级泵站与流量的关系 、二级泵站与流量的关系

城市供水量通常是按最高日用水量设计的，但无论是生活用水或者是生产用水，其每小时的用水量是变化的，在这种情况下，既要满足最高日最高时用水，又要满足各小时的用水变化情况，如果完全靠调节二级泵站的流量来适应这种变化，就会给运行管理带来困难，同时也不经济。因此，常需修建水塔和水池来调节水量，解决供水和用水量变化中的不平衡，使水泵的运行条件改善。以二级泵站为例，如选择几台组合运行的水泵，每种组合在一定的时间内供给一个固定的水量，这种供水方式称为分级供水。例如图7-37所示的分级供水。

二级泵站的分级供水每小时的水量一般与每小时用水量不相等，此时多余的水量或不足的水量必须由水塔或高地水池来调节。当泵站的输水量大于用水量时，多余的水就进入水塔贮存，在用水量超过输水量时，不足的水将由水塔 ( 或高地水池 ) 流出补充，如图7-38为水塔调节水量情况。这样水塔就起了调节水量和稳定水压的作用。这里可以很容易看出水泵的供水量应尽可能接近或符合用水量变化，这样水塔或高地水池的容量就可以减小，但将增加泵站的供水级数，使机组数目增加和管理工作复杂。一般供水级数不能太多，以一级至三级为宜。 目前在大中城市里一般不设置水塔，因为水塔造价高，容积过大很不经济。在大中城市中往往采用调节水池和加压泵站或多水源集中调度，分级供水等办法解决供水与用水之间的不平衡。 但是在小城镇、居民点和工业企业内，一般均还采用水塔。 当城市或工业区多丘陵，地形条件允许时，或城镇、工业区靠山，而高地距用水区又较近时，可设置高地水池或对置高地水池。若地形条件合适，小型水厂建在山上，则清水池可兼作高地水池蓄水调节。

22 、一级、二级泵站之间的流量关系 、一级、二级泵站之间的流量关系 水厂中清水池也是一种水量调节设施，它位于一级泵站与二级泵站之间。一般地讲，一级泵站是均匀供水的，以保证水厂中净化构筑物的稳定运行，但二级泵站的供水量要满足用水量的要求。因此常是不均匀的，如图7-39为一级、二级泵站供水曲线组合。

水塔内除上述计算的调节容量外，还须适当增加消防用水量，其大小应按《建筑设计防火规范》 (TJl6-74)执行。 当掌握上述供水及用水曲线的资料有困难时，水塔的调节水量也可以根据过去工作经验来选定。在生活用水的给水系统中如果用分级供水、水塔的容量约为总用水量的 2～ 6％，若均匀供水，水塔容量约为 8～ 15％。一般可按 6～ 8％估算。

33 、水塔及水池容积的确定、水塔及水池容积的确定

水厂中清水池的调节容量计算，可参照图 7-39 中一级泵站供水曲线和二级泵站供水曲线，用水塔调节容量的方法来求得，其调节容量为 b 或 a ，即 (6％一 4.17％ )×13≈23.80％，或 (4.17％一2％ )×11≈23.80％。

但清水池和水塔不一样，它除去调节水量外，还需增加：贮存一定的消防水量和水厂自用水量。因此清水池总容积形。应为：

Wc=W1+W2+W3 (m3) (7-29)

式中 W1——调节容量 (m3) ，一般根据一级泵站供水曲线和二级泵站供水曲线求得；当缺乏资料时，生活用水可按最高日用水量的 10～ 20％作参考 ( 大水厂采用上述百分比的下限 ) ，生产用水按工艺要求确定；

W2—— 消防水贮量 ( 消防时水塔关闭 ) ； W2 = T (Q x+Qp 一 Q1) (m3)

T—— 消防历时，一般为 3h ，也有采用 2h 的，可视具体情况采用；

Qx—— 消防总用水量 (m3/h) ； Qp—— 最高日最高时生活与生产用水量之和 (m3/h) ；

Q1—— 一级泵站供水量 ( 最高日平均时 )( m3/h) ； W3——净水构筑物冲洗用水量及其他需用水量 (m3/h) ，一般可按水厂出水量的 5～ 10％计。

第五节 给水泵站 第五节 给水泵站

清水池的个数或分格数，一般不少于两个，并能单独工作和分别放空，若能保证供水要求时，亦可为一个。 另外，还要核算一下，在清水池存水最少的情况下，是否满足了加氯消毒所需的接触反应时间的要求。若不能满足时，必须加大清水池的容量。

一、给水泵站的分类 一、给水泵站的分类 按照泵站在给水系统中所起的作用可分为：

(1) 一级泵站是直接从水源取水，并将水输送到净水构筑物，或者直接输送到配水管网、水塔、水池等构筑物中。 (2) 二级泵站通常设在净水厂内，自清水池中取净化了的水，加压后通过管网向用户供水。 (3)加压泵站用于升高输水管中或管网中的压力，自一段管网或调节水池中吸水压入下一段输水管或管网，以便提高水压来满足用户的需要。

(4)循环泵站

加压泵站通常用于地形高差太大，或水平供水距离太远，而将供水管网划成不同的区而设置的分压或分区给水系统。 是将处理过的生产排水抽升后，再输入车间加以重复使用。

按照泵站室内地面相对于室外地面的位置可分为：

(2)半地下式泵站：室内地面低于室外地面，但低于室外地面的距离不超过室内净高的一半。

(1) 地面式泵站：室内地面不低予室外地面。

(3) 地下式泵站：室内地面低千室外地面，而且低于室外地面的距离超过室内净高的一半。

二、给水泵站的组成 二、给水泵站的组成 泵站主要由设有机组的泵房、吸水井和配电设备三部分组成，如图7-40所示。

图7-41 为设四套机组的地面式给水泵站。

图中 I 是吸水井，它的作用是保证水泵有良好的吸水条件；有时也可当作水量调节构筑物。Ⅱ是设有机组的泵房，包括吸水管路、管路、控制闸门及计量设备等。低压配电与控制起动设备，一般也设在泵房内。各水管之间的联络管可根据具体情况，设置在室内或室外。Ⅲ为配电部分，包括高压配电、变压器，低压配电及控制起动设备。变压器可以设在室外，但要采取防护措施。除此之外，还应有起重等附属设备。

选择水泵应根据泵站所需的总扬程 H(m) 和泵站供水量 Q(L/s)来确定。确定工作泵的台数，可按用水要求来考虑。假如用水量变化不大，希望选择大泵，因为大泵效率高；若用水量变化较大，最好根据经常出现的几种供水量适当配置泵。在比较重要的或是大型泵站，在泵站正常运行时，同时工作的泵不要少于两台，当一台泵发生故障时，至少有一台仍在运转，供水不致中断。 泵站一般应设备用泵，当允许减少供水量时，可根据具体情况少设或不设备用泵。

考虑到泵站运行当中各泵可以互为备用，可按用水量的变化调节水量，选择相同型号的水泵比较好。 在城市水厂二级泵站中，往往一台水泵不能满足所需要的输水量，也不能随着水量变化常在高效区域里工作。因此，一个泵站常设几台泵并联工作来适应用水量的变化。 近十几年来，国外给水排水工程中不少应用变速水泵，变速水泵由于改变电动机转速，从而可以在一个水泵机组中改变其流量和扬程。流量的改变与转速的一次方成正比。扬程的改变与转速的二次方成正比。改变转速后也改变了水泵的特性曲线。因此原来常速水泵低流量时的低效率区在降低转速后可以获得高效率。为此，变速水泵既可满足供水曲线的变化，又可减少水泵的供水量，减少贮水量。但是由于目前我国最大变速电动机还限于 100kW 以下，使采用变速水泵受一定限制，因此一个水泵站设几台泵并联工作来适应用水量的变化仍具有现实性。

转102

图7-40 给水泵站主要组成

图7-41 设四套机组的地面式给水泵站

1- 水泵； 2-电动机； 3- 水泵； 4-电动机； 5-吸水管； 6-压水管

图7-41 设四套机组的地面式给水泵站

1- 水泵； 2-电动机； 3- 水泵； 4-电动机； 5-吸水管； 6-压水管

第六节 给水管材及管道附属构筑物 第六节 给水管材及管道附属构筑物

一、给水管材 一、给水管材 （一）金属管材 （一）金属管材

11 、铸铁管 、铸铁管 铸铁管是给水管网最常用的材料。它抗腐蚀性较好，锈蚀缓慢，有的已使用达百年以上，仍继续使用，价格比钢管便宜。但质脆，不耐振动和弯折，工作压力较钢管低，制作时耗用金属比钢管多，重量较大，一般比同规格的钢管重 1.5～ 2.5倍。 铸铁管由于使用要求不同，一般分两种接口：一种是承插式( 如图7-42) ，另一种是法兰盘式 ( 如图7-43) 接口，由于螺栓易腐蚀，一般不埋于地下。承插式管道适用于埋地管线，接口前将插口插入承口内，接口间空隙用接口材料填充，填料应强度好，有弹性，避水性强。耐久、经济、易操作。目前石棉水泥接口较为普遍，其它有水泥砂浆，膨胀水泥、青铅、化学铅等接口。

铸铁管规格 表 7-15

良好的柔性接口是管道抗震措施之一。承插式铸铁管，目前比较实用的抗震接口，可采用胶圈、石棉水泥作填料的半刚半柔的接口，来适应管道的形变。

类别

高压管 普压管 低压管

直径mm

长度m

试验压力

kg/cm2

工作压力

kg/cm2

直径mm

长度m

试验压力

kg/cm2

工作压力

kg/cm2

直径

mm

长度m

试验压力

kg/cm2

工作压力

kg/cm2

离心管

75～

500

4～ 6

20～ 25

1075～900

3～4

15～20

7.5150～

9004

10～15

4.5

砂型管

75～900

4～6

15～20

7.5150～

900

4～6

10～15

4.5

我国现在生产的铸铁管内径为 75～ 1200mm ，长度为 3～6m ，承受压力分为低压、普压及高压三种规格，见表 7-15 所列。

目前还使用一种延性球墨铸铁管，此种管材具有铸铁管的耐腐性和钢管的韧性，是管道抗震的主要措施之一。

22 、钢管 、钢管 钢管分类：有焊接钢管和无缝钢管两种，焊接钢管又有直缝钢管和螺旋卷焊钢管两种。 钢管的优点是强度高，耐振动，重量轻，长度大、接头少和加工接口方便等。缺点是易生锈，不耐腐蚀。因此必须采取防腐措施，如外壁作防腐层，使用寿命可达 20年。

钢管使用场合：一般不用于埋地管，只用于内压高、穿越铁路、河谷的管线以及地震烈度较高的地区。 钢管的规格：普通钢管工作压力不超过 10 kg/cm2 。加强钢管的工作压力可达 15 kg/cm2 。高压管可用无缝钢管。给水管用的钢管外径为 100～ 1400mm ，长 5～ 10m ，无缝钢管外径为 109～630mm ，长 5～ 10m 。管径外径小于 100mm ，用于室内给水系统。螺旋卷焊钢管外径为 219～ 630mm ，长 8～ 12m 。 钢管接口：一般采用焊接或法兰接口，小管径可用丝扣或焊接。

（二）非金属管 （二）非金属管 非金属管代替金属管作为给小管，不但加速工程建设，降低造价，而且可节约钢材，具有重要意义。现在使用的非金属管有下列几种：

11 、钢筋混凝土管及预应力钢筋混凝土管 、钢筋混凝土管及预应力钢筋混凝土管 钢筋混凝土管是用离心法制成的，其所用钢筋较少，仅为铸铁管重量的 20％以下，但不能承受较高压力，一般用于低压输水管线，接口形式采用套箍石棉水泥接口。预应力钢筋混凝土管采用承插接口，材料用特制的橡胶圈及自应力水泥。 近年来采用预应力钢筋混凝土管，效果较好，工作压力可达6kg/cm2 ，管径 300～ 1000mm ，长度为 6m 。表7-16为承插式预应力钢筋混凝土管的技术数据。

22 、自应力钢筋混凝土管 、自应力钢筋混凝土管 自应力钢筋混凝土管是由自应力水泥制成，这种水泥由矾土水泥、石膏、高标号水泥（一般为 500# ）配制成，在一定条件下，产品晶体转变，水泥自身体积膨胀（比一般膨胀水泥大 4～ 6倍），膨胀时，带着钢筋一起膨胀，张拉钢筋使之产生自应力。

33 、石棉水泥管 、石棉水泥管

这种管长为 4m ，工作压力可达 5～ 6 kg/cm2 ，其接口方法与预应力钢筋混凝土管相同。

石棉水泥管特点：是用 2.5 ： 7 石棉水泥制成，具有耐压力高、表面光滑、水力性能好、绝缘性能强、质轻、价廉、容易加工等优点。但性质较脆，不耐弯折碰撞。过去有些地区使用石棉水泥管有漏水返工现象，这主要是由于运输安装埋设中碰撞，产生裂纹，在通水承压后发生漏水。如能注意上述运输安装埋设中的问题，石棉水泥管仍是一种较好的管道材料。 石棉水泥管规格：直径为 75～ 500mm ，长度 3～ 4m ，工作压力可达 7.5 kg/cm2 。接口用套箍，可分为刚性及柔性两种，如图7-44所示。

44 、塑料管 、塑料管

塑料管是用聚氯乙烯树脂加稳定剂、增塑剂及润滑剂加热在制管机中挤压而成。此种管材具有强度高，表面光滑、耐腐蚀、重量轻、加工接口方便等优点，但也有性质脆及老化的缺点。

二、给水管网的附件及附属构筑物 二、给水管网的附件及附属构筑物

目前生产的较大管径为 75～ 200mm 、长度 4～ 8m ，有工作压力为 2.5 kg/cm2 的低压管及 6 kg/cm2 的加强管。管子用塑料焊接或法兰接口。

为了保证管网的正常运行、消防和维修管理工作，管网上必须装设各种必要的附件，如在适当的位置装闸门、消火栓，在管网高处，为了防止集聚气体而减小管道的适水断面，增大管道阻力所装设的排气阀。在管道低处，为了维修管道，放空管内存水而设置的排水阀等。如在管道穿越障碍物：铁路、公路、河道及深谷时，还必须采取适当的附属构筑物，以保证供水的安全可靠。

11 、闸门 、闸门 作用：用来关闭管道水流或控制水流水量、水压的设备。

安装位置：（ 1 ）输水管与管网的连接点上；（ 2 ）管线的分支管上；（ 3 ）过长的干管线上。

22 、消火栓 、消火栓

设置要求：闸门设置的数量既要最少而仍能保持调节上的灵活性。干管上的闸门间距，最好不超过三个支管，相邻两支管间距超过 1.5～ 2km 时，千管上应酌量增加闸门。一般在干管上每隔400～ 600m 可设闸门一个，并设在支管下游为好，以便关闭时，尽可能少影响支管的供水。 管网上的闸门一般采用手动暗杆闸门 ( 如图7-45) ，直径大于600mm 的闸门应有伞齿轮传动装置 ( 如图7-46) 和电动闸门 ( 如图7-47) 。

设置要求：设于使用方便，易于寻找之处，如街道口、沿马路边等位置。距街道马路边不应大于 2m ，距建筑物外墙不小于5m ，地上式消火栓如距房屋外墙 5m 有困难时，可减至 l.5m 。一般采用地下式消火检较为普遍，不妨碍交通。 消火栓服务半径：高压制不超过 120m ，低压制不应超过150m 。

消火栓的供水管径：不小于 100mm 。

33 、管网节点布置 、管网节点布置 在给水管网设计中采用的管道连接，有分支的方法以及改变管径，转弯、安装闸门、消火栓等应用的各种铸铁管配件，在施工图上必须以标准符号绘出节点布置详图，如闸门、消火栓、三通、四通、弯管、渐缩管、支墩、盖堵、短管等均应绘出，特种配件也应绘出或注明，以便加工定货和编制施工预算。

各种配件和附件的名称及符号见表7-17所列。图7-48为给水管网节点布置示例。

44 、给水管道穿越河谷、铁路等设施 、给水管道穿越河谷、铁路等设施 管道穿越渠道、河谷时，可敷设倒虹管或架空管。

采用倒虹管时，一般采用铸铁管（柔性接口）；当采用焊接钢管时，应有防腐措施；对于低压的倒虹管，也可采用钢筋混凝土管。 倒虹管敷设的位置，应选择在地质条件较好，河床及河岸不受或少受冲刷处。若河床土质不良时，应作管道基础，必要时还应在河床和被冲刷地段采取加固措施。

55 、水塔和水池、水塔和水池

倒虹管，一般应敷设两条。倒虹管管顶在河床下的埋深，应根据水流冲刷情况而定，但不得小于 0.5m ，在航线的范围内不得小于 1.0m 。倒虹管的管径应根据管内流速确定，一般应小于上下游管道的管径，以提高管中水的流速，防止沉积泥砂，当管径为200～ 350mm 时，管中经济流速应不小于 0.9m/s 。

图7-49为倒虹管示意。

水塔如图7-50所示。

塔体作用为支承水柜，常用钢筋混凝土或砖石等材料筑成。水柜可用钢筋混凝土、预应力钢筋混凝土及钢材等材料筑成。常以钢筋混凝土水塔为多见。水柜一般做成圆形，高与直径之比一般为l ： 2 。 塔体在寒冷地区，应加防冻措施，可在水柜外增设外壳 16 ，为了减轻重量，外壳可用空心砖或泡沫混凝土等轻质材料，水柜与外壳间应留有不小于 0.6m 的间距，以利维护工作，管道系统较易冻结，应注意保温。水塔顶装有避雷针 17 。

图7-52为钢筋混凝土清水池的构造。

图7-51为钢筋混凝土水塔外形。调节水池常用钢筋混凝土，预应力钢筋混凝土及砖石等材料筑成，池形视情况可用圆形或矩形。池内管路的要求，基本上和水塔一样，水池是密闭的，所以要设通风帽。

图7-42 铸铁管承插式接口

图7-43 铸铁管法兰武接口

承插式预应力钢筋混凝 ± 管技术数据 表7-16

产地 直径mm

有效长度m

壁厚mm

工作压力kg/cm2

抗渗压力kg/cm2

开裂压力kg/cm2

管顶填土深度m

钢材kg

参考重量t/根

出厂价格元 /m

北京市政水泥制品厂

6001000

1010

1515

2020

22

3070

50104

大连水泥制品厂

900 5000 65 8 13 18 2 60 2.80 120

郑州电力修配厂

1400400

5000 50 64

1l9

1614

2 1.00

西安陕西红旗水泥制品厂

50060080010001200

50005000500050005000

5055607080

668810

1111131315

1616181820

22222

1.201.602.343.304.50

辽阳水泥制品厂

500600700800

5000500050005000

576578

55607075

6666

1l1l111l

16161616

2222

24344556

1.301.772.252.76

46607995

广州人民供水公司

300400 600800

40004000 40004000

35385065

7777

2222

0.580.961.752.45

173l4888

图7-44 石棉水泥管接头

a-柔性接头；b-刚性接头

图7-45 手动暗杆闸门

图7-46 伞齿轮传动闸门

图7-47 电动控制闸门

铸铁管零件 表7-17

图7-48 给水管网节点布置

图 7-49 倒虹吸

图7-50 水塔

水塔主要由水柜 3( 即水箱 ) ，塔身 l ，基础 2 和管道等组成。进出水管 4 下端和管网5 相通，上端和水柜 3 接通，但分柜顶和柜底两个接口，水柜顶的接口伸到最高水面附近，是进水用的，水柜底接口的连通管上装有闸门 6 及逆止阀7 ，这是为水柜向管网出水用的。这样可以使水柜中的存水循环。另外，水柜中还应装有溢流管 8 及泄水管 9 以供水塔满溢泄流及维修之用。 8 、 9两管下部合并为一根管 10 ，管9 上应装设闸门。此外，水柜中还需装设浮球 11 以及反映水位变化的标尺 12 ，必要时还可以设置水位的警报、遥测和自动控制等。管道 4 及 10 上均装有伸缩接头 13 ，这样可以防止水塔因基础沉陷时损坏管子。底部水平管加支墩 15 。

1-塔身；2-基础；3- 水柜；4- 进出水管；5- 管网；6-闸门7-逆止阀；8-溢流管；9- 泄水管；10-溢泄水管；11-浮球12-标尺；13-伸缩接头；14- 排水管；15-支墩；16外壳17- 避雷针

图7-51 钢筋混凝土水塔外形

图7-52 钢筋混凝土清水池