1、2019/7/19,1,第二章 城市给水系统,4学时,2019/7/19,2,第二章 城市给水系统,第一节 城市供水水源及取水工程 第二节 城市给水系统的规划布置 第三节 城市自来水厂水处理工艺及水厂设计（自学）,2019/7/19,3,概述,城市给水系统是保证城市、工矿企业等用水的各项构筑物和输配水管网组成的系统。根据系统的性质，可分类如下：1.按水源种类，分为地表水（江河、湖泊、蓄水库、海洋等）和地下水（浅层地下水、深层地下水、泉水等）给水系统；2.按供水方式，分为自流系统（重力供水）、水泵供水系统（压力供水）和混合供水系统；3.按使用目的，分为生活用水、生产给水和消防给水系统；4.按服务
2、对象，分为城市给水和工业城市给水系统；在工业给水中，又分为循环系统和复用系统。,2019/7/19,4,第一节 城市供水水源及取水工程,一、给水水源分类及其特点 二、给水水源选择及水源的合理利用 三、地表水取水构筑物 四、地下水取水构筑物,2019/7/19,5,一、给水水源分类及其特点,给水水源可分为两大类:地下水源和地表水源。地下水源包括潜水(无压地下水）、自流水（承压地下水）和泉水：地表水源包括江河、湖泊、水库和海水。 地下水具有水质澄清、水温稳定、分布面广等特点，但部分地区的地下水矿化度和硬度较高。 地表水源在大部分地区流量均较大，具有浑浊较高（特别是汛期），水温变幅大，有机物和细菌含
3、量高，有时还有较高的色度，且易受到污染的特点。地表水还具有径流量大，矿化度和硬度低，含铁锰量等较低的优点，而且其水质水量有明显的季节性。,2019/7/19,6,一、给水水源分类及其特点,采用地下水源具有的优点： 1、取水条件及取水构筑物构造简单，便于施工和运行管理； 2、通常地下水无需澄清处理。当水质不符合要求时，水处理工艺比地表水简单，故处理构筑物投资和运行费用也较省； 3、便于靠近用户建立水源，从而降低给水系统（特别是输水管和管网）的投资，节省了输水运行费用，同时也提高给水系统的安全可靠性； 4、便于分期修建； 5、便于建立卫生防护区。 但是，开发地下水源的勘察工作量很大。对于规模较大的
4、地下水取水工程需要较长的时间进行水文地质勘察。,2019/7/19,7,二、给水水源选择及水源的合理利用,正确地选择给水水源，必须根据供水对象对水质、水量的要求，对所在地区的水资源状况进行认真的勘察、研究。选择给水水源的一般原则有以下几方面： 1. 所选水源应当水质良好，水量充沛，便于防护。 2. 符合卫生要求的地下水，应优先作为用水水源 3. 合理开采和利用水源至关重要。 4. “蓄淡避咸”措施的采用。 5. 在一个地区或城市，两种水源的开采和利用有时是相铺相成的。 6. 人工回灌地下水是合理开采和利用地下水源的措施之一。,2019/7/19,8,三、地表水取水构筑物,由于地表水水源的种类、
5、性质和取水条件各不相同，因而地表水取水构筑物有多种形式。按水源分，则有河流、湖泊、水库、海水取水构筑物；按取水构筑物的构造形式分，则有固定式（岸边式、河床式、斗槽式）和活动式（浮船式、缆车式）两种。在山区河流上，则有带低坝的取水构筑物和低栏栅式取水构筑物。,2019/7/19,9,（一）江河取水构筑物位置的选择,选择江河取水构筑物位置时，应考虑以下基本要求： 1设在水质较好地点 2具有稳定河床和河岸，靠近主流，有足够的水深 3具有良好的地质、地形及施工条件 4靠近主要用水地区 5应注意河流上的人工构筑物或天然障碍物 6避免冰凌的影响 7应与河流的综合利用相适应,2019/7/19,10,（二）
6、江河固定式取水构筑物,1.岸边式取水构筑物（1）合建式岸边取水构筑物；（2）分建式岸边取水构筑物 2.河床式取水构筑物(1)自流管取水；(2)虹吸管取水；(3)水泵直接吸水；(4)桥墩式取水 3斗槽式取水构筑物 4江河固定式取水构筑物的施工方法(1)大开槽施工法；(2)围堰施工法；(3)沉井施工法； (4)浮运下沉法；(5)气压沉箱法,2019/7/19,11,合建式岸边取水构筑物,图2-19 合建式岸边取水构筑物 1进水间；2进水室；3吸水室；4进水孔 5格栅；6格网；7泵房；8阀门井,2019/7/19,12,分建式岸边取水构筑物,图2-22 分建式岸边取水构筑物 1进水间；2引桥；3泵房
7、,2019/7/19,13,自流管取水构筑物,图2-23 自流管取水构筑物（集水间与泵房合建） 1取水头部；2自流管；3集水间；4泵房；5进水孔；6阀门井,2019/7/19,14,自流管取水构筑物,图2-24 自流管取水构筑物（集水间与泵房分建） 1取水头部； 2自流管； 3集水间； 4泵房,2019/7/19,15,虹吸管取水构筑物,图2-25 虹吸管取水构筑物 1取水头部；2虹吸管；3集水井；4泵房；,2019/7/19,16,水泵直接吸水式取水构筑物,图2-26 直接吸水式取水构筑物 1取水头部；2水泵吸水管；3泵房,2019/7/19,17,桥墩式取水构筑物,图2-27 桥墩式取水构
8、筑物 1进水间；2进水孔；3泵房；4引桥,2019/7/19,18,斗槽式取水构筑物,图2-28 斗槽式取水构筑物 （a）顺流式斗槽；（b）逆流式斗槽；（c）双流式斗槽,2019/7/19,19,（二）江河固定式取水构筑物,在对取水构筑物行使选择时，应根据取水量和水质要求，结合河床地形、河床冲淤、水位变幅、冰冻和航运等情况以及施工条件，在保证取水安全可靠的前提下，通过技术经济比较确定。 固定式取水构筑物与活动式取水构筑物相比具有可靠，维护管理简单，适应范围广等优点，但投资较大，水下工程量较大，施工期较长，在水源水位变幅较大时，尤其这样。固定式取水构筑物设计时应考虑远期发展的需要，土建工程一般按
9、远期设计，一次建成；水泵机组设备可分期安装。,2019/7/19,20,（三）江河移动式取水构筑物,1浮船式取水构筑物(1)浮船取水位置选择(2)浮船与水泵布置(3)浮船的平衡与稳定(4)联络管和输水管阶梯式连接摇臂式连接输水管 2缆车式取水构筑物,2019/7/19,21,(四)湖泊和水库取水构筑物,1湖泊和水库的水文特征 2取水构筑物的位置选择（1）不要选择在湖岸芦苇丛生处附近。（2）不要选择在夏季主风向的向风面的凹岸处。（3）为了防止泥沙淤积取水头部，取水构筑物位置应选在靠近大坝附近，或远离支流的汇入口。（4）取水构筑物应建在稳定的湖岸或库岸处。 3湖泊和水库取水构筑物的类型（1）隧洞式
10、取水和引水明渠取水（2）分层取水的取水构筑物（3）自流管式取水构筑物,2019/7/19,22,（五）山区浅水河流取水构筑物,1山区河流及其取水方式的特点（1）山区河流的特点（2）取水方式的特点 2低坝式取水（1）固定式低坝取水（2）活动式低坝取水 3底栏栅取水构筑物,2019/7/19,23,（六）海水取水构筑物,1海水取水的特点（1）海水含盐量及腐蚀（2）海生物的影响与防治（3）潮汐和波浪（4）泥砂淤积 2海水取水构筑物（1）引水管渠取水（2）岸边式取水（3）潮汐式取水,2019/7/19,24,四、地下水取水构筑物,（一）管井1井室；2井壁管；3过滤器；4沉淀管(二) 井群1.自流井井群
11、；2虹吸式井群；3卧式泵取水的井群；4深井泵取水的井群；5井群的互阻 （三）大口井 （四）辐射井 （五）渗渠,2019/7/19,25,第二节 城市给水系统的规划布置,一、城市给水系统的规划布置 二、城市给水管网的规划设计 三、城市用水量计算,2019/7/19,26,一、城市给水系统的规划布置,（一）给水系统的组成 （二）给水系统的布置 （三）影响给水系统布置的因素,2019/7/19,27,（一）给水系统的组成,给水系统由相互联系的一系列构筑物和输配水管网组成，任务是从水源取水，按照用户对水质的要求进行处理，然后将水输送到用水区，并向用户配水。 给水系统常由下列工程设施组成： 1.取水构筑
12、物，用以从选定的水源（包括地表水和地下水）取水。 2.水处理构筑物，是将取水构筑物的来水进行处理，以期符合用户对水质的要求。这些构筑物常集中布置在水厂范围内。 3.泵站，用以将所需水量提升到要求的高度，可分抽取原水的一级泵站、输送清水的二级泵站和设于管网中的增压泵站等。 4.输水管渠和管网，输水管道是将原有水送到水厂的管渠，管网则是将处理后的水送到各个给水区的全部管道。 5.调节构筑物，它包括各种类型的贮水构筑物，例如高地水池、水塔、清水池等，用以贮存和调节水量。高地水池和水塔兼有保证水压的作用。,2019/7/19,28,（一）给水系统的组成,泵站、输水管渠、管网和调节构筑物等总称为输配水系
13、统，从给水系统整体来说，投资最大。,图21 地表水为水源,1取水构筑物； 2一级泵站； 3水处理构筑物； 4清水池子； 5二级泵站； 6管网； 7调节构筑物,2019/7/19,29,（一）给水系统的组成,图22 地下水为水源,1管井群； 2集水池； 3泵站； 4水塔； 5管网,2019/7/19,30,（二）给水系统的布置,给水系统的布置分为统一给水系统和分系统给水。图（2-1）和图（2-2）所示的系统称为统一给水系统，即用同一系统供应生活、生产和消防等各种用水，绝大多数城市采用这一系统。在城市给水中，工业用水的水质和水压要求有其特殊性。在工业用水的水质和水压要求与生产用水不同的情况下，有时
14、根据具体条件，除考虑统一给水系统外，还可考虑分质、分压等给水系统图（2-3）和图（2-4） 。 确定布置方式的原则：采用统一给水系统或是分系统给水，要根据地形条件，水源情况，城市和工业企业的规划，水量、水质和水压要求，并考虑原有给水工程设施条件，从全局出发，通过技术经济比较决定。,2019/7/19,31,（二）给水系统的布置,图23 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,2019/7/19,32,（二）给水系统的布置,图24 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,2
15、019/7/19,33,（三）影响给水系统布置的因素,城市规划的影响：水源选择、给水系统布置和水源卫生防护地带的确定，都应以城市和工业区的建设规划为基础。 水源的影响：水源种类、水源距给水区的远近、水质条件的不同，都会影响到给水系统的布置。 地形的影响：中小城市如地形比较平坦，而工业用水量小、对水压又无特殊要求时，可用统一给水系统；地形起伏较大的城市，可采用分区给水或局部加压的给水系统。,2019/7/19,34,二、城市给水管网的规划设计,（一）管网布置方式 （二）管网定线,2019/7/19,35,（一）管网布置方式,城市给水管网主要包括输水和配水系统，输水和配水系统是保证输水到给水区内并
16、且配水到所有用户的全部设施。它包括：输水管渠、配水管网、泵站、水塔和水池等，要求供给用户所需的水量，保证配水管网足够的水压，保证不间断给水。 输水管渠指从水源到城市水厂或者从城市水厂到相距较远管网的管线或渠道。它的作用很重要，在某些远距离输水工程中，其投资是最大的。,2019/7/19,36,（一）管网布置方式,给水管网的布置应满足以下要求： 1.按照城市规划平面图布置管网，布置时应考虑给水系统分期建设的可能，并留有充分的发展余地； 2.管网布置必须保证供水安全可靠，当局部管网发生事故时，断水范围应减到最小； 3.管线遍布在整个给水区内，保证用户有足够的水量和水压； 4.力求以最短距离敷设管线
17、，以降低管网造价和供水能量费用。,2019/7/19,37,（一）管网布置方式,给水管的布置不外乎两种基本形式：树状网如图（2-5）和环状网如图（2-6）。 树状网一般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。因为管网中任一段管线受到损坏时，在该管段以后的所有管线就会断水，所以树状网的供水可靠性较差。另外，在树状网的末端，因用水量已经很小，管中的水流缓慢，甚至停滞不流动，因此水质容易变坏，有出现浑水和红水的可能。,2019/7/19,38,（一）管网布置方式,图2-14 树状网,图2-6 环状网,2019/7/19,39,（一）管网布置方式,环状网中，管线连
18、接成环状，这类管网当任一段管线损坏时，可以关闭附近的阀门使其和其余管线隔开，然后进行检修，水还可从另外管线供应用户，断水的地区可以缩小，从而供水可靠性增加。但是环状网的造价明显地比树状网为高。 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到个别较远的车间。 在管网布置时，既要考虑供水的安全，又尽量以最短的路线埋管，并考虑分期建设的可能，即先按近期规划埋管，随着用水量的增加逐步增设管线。,
19、2019/7/19,40,（二）管网定线,1.城市管网 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。定线时一般只限于管网的干管以及干管之间的连接管，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城市平面布置，供水区的地形，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、桥梁等的位置等。 定线时，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。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，以减小今后检修时的困难。,2019/7/19,41,（二）管网定线,1.城市管网 循水流方向，以最短的距离布置一条或数条干管，干
20、管位置应从用水量较大的街区通过。干管的间距，可根据街区情况，采用500800m。从经济上来说，给水管网的布置采用一条干管接出许多支管，形成树状网，费用最省，但从供水可靠性着想，以布置几条接近平行的干管并形成环状网为宜。 干管和干管之间的连接管使管网形成了环状网。连接管的作用在于局部管线损坏时，可以通过它重新分配流量，从而缩小断水范围，较可靠的保证供水。连接管的间距可根据街区的大小考虑在8001000m左右。,2019/7/19,42,（二）管网定线,1.城市管网 管线在道路下的平面位置和标高，应符合城市或厂区地下管线综合设计的要求。 在供水范围内的道路下需敷设分配管，以便把干管的水送到用户和消
21、火栓端。分配管直径至少为100mm，大城市采用150200mm，目的是通过消防流量时，分配管中的水头损失不致过大，以免火灾地区的水压过低。 城市内的工厂、学校、医院等用水均从分配管接出，在通过房屋进水管接到用户。一般建筑物用一条进水管，用水要求较高的建筑物或建筑物群，有时在不同部位接入两条或数条进水管，以增加供水的可靠性。,2019/7/19,43,（二）管网定线,2.工业企业管网 工业企业内的管网定线相对比城市管网简单，因为厂区内车间位置明确，车间用水量大且比较集中，易于做到以最短的管线到达用水量大的车间的要求。 根据工业企业的特点，可采取各种管网布置形式 ：生活用水管网不供给消防用水时，可
22、为树状网，分别供应生产车间、仓库、辅助设施等处的生活用水；生活和消防用水合并的管网，应为环状网；不能断水的企业，生产用水管网必须是环状网，到个别距离较远的车间可用双管代替环状网。 多数情况，生产用水管网是环状网、双管和树状网的结合形式。,2019/7/19,44,（二）管网定线,3.输水管渠定线 输水管渠定线的基本原则：输水管线定线时，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，以便于施工和维修；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、高地下水位和河水淹没与冲刷
23、地区，以降低造价和便于管理。 输水管线定线时，前述原则难以全部做到，但因输水管渠投资很大，特别是远距离输水时，必须重视这些原则，并根据具体情况灵活运用。,2019/7/19,45,三、城市用水量计算,（一）用水量定额 （二）用水量确定 （三）用水量计算,2019/7/19,46,概述,给水系统设计时，首先须确定该系统在设计年限内达到的用水量，因为系统中的取水、水处理、泵站和管网等设施的规模都须参照设计用水量确定 。 城市给水系统的设计年限，应符合城市总体规划，近远期结合，以近期为主。一般近期宜采用510年，远期规划年限宜采用1020年。 设计用水量由下列各项组成：综合生活用水；工业企业生产用水
24、和工作人员生活用水；消防用水；浇洒道路和绿地用水；未预计水量及管网漏失水量。,2019/7/19,47,（一）用水量定额,用水量定额是指设计年限内达到的用水水平额度，是确定设计用水量的主要依据 。 1.居民生活用水 ： 居民生活用水定额和综合用水定额，应根据当地国民经济和社会发展规划和水资源充沛程度，在现有用水定额基础上，结合给水专业规划和给水工程发展条件综合分析确定。 如缺乏实际用水量资料，则居民生活用水定额和综合用水定额可参照室外给水设计规范的规定。 2.工业企业生产用水和工作人员生活用水 ：,2019/7/19,48,（一）用水量定额,工业生产用水一般是指工业企业在生产过程中,用于冷却、
25、空调、制造、加工、净化和洗涤方面的用水。 设计年限内生产用水量的预测，可以根据工业用水的以往资料，按历年工业用水增长率以推算未来的水量；或根据单位工业产值的用水量、工业用水量增长率与工业产值的关系，或单位产值用水量与用水重复利用率的关系加以预测。 在缺乏资料时，可参照同类型企业用水指标。在估计工业企业生产用水量时，应按当地水源条件、工业发展情况、工业生产水平，预估将来可能达到的重复利用率。 工业企业内工作人员生活用水量和淋浴用水量可参照工业企业设计卫生标准。,2019/7/19,49,（一）用水量定额,3.消防用水 ： 消防用水量、水压和火灾延续时间等，应按照现行的建筑设计防火规范和高层民用建
26、筑设计防火规范等执行。 城市或居住区的室外消防用水量，应按同时发生火灾的次数和一次灭火的用水量确定；工厂、仓库和民用建筑的室外消防用水量，可按同时发生火灾的次数和一次灭火的用水量确定。 4.其它用水 ： 浇洒道路和绿化用水量应根据路面种类、绿化面积、气候和土壤等条件确定。浇洒道路用水量一般为每平方米路面每次11.5L。大面积绿化用水量约为1.52.0L/(dm2)。 城市的未预见水量和管网漏失水量可按最高日用水量的15%25%合并计算；工业企业自备水厂的上述水量可根据工艺和设备情况确定。,2019/7/19,50,（二）用水量确定,无论是生活或生产用水，用水量经常在变化。生活用水量随着生活习惯
27、和气候而变化，如假期比平日高，夏季比冬季用水多；我国大中城市的用水情况可以看出，在一天内又以早晨起床后和晚饭前后用水量最多。又如工业企业的冷却用水量，随气温和水温而变化，夏季多于冬季。 工业生产用水量中包括冷却用水、空调用水、工艺过程用水以及清洗、绿化等其它用水，在一年中水量是有变化的。冷却用水主要是用来冷却设备，带走多余热量，所以用水量受到水温和气温的影响，夏季多于冬季。,2019/7/19,51,（二）用水量确定,用水量定额只是一个平均值，在设计时还须考虑每日、每时的用水量变化。在设计规定的年限内，用水最多一日的用水量，叫做最高日用水量，一般用以确定给水系统中各类设施的规模。在一年中，最高
28、日用水量与平均日用水量的比值，叫做日变化系数Kd，根据给水区的地理位置、气候、生活习惯和室内给排水设施程度，其值约为1.11.5。在最高日内，每小时的用水量也是变化的，变化幅度和居民数、房屋设备类型、职工上班时间和班次等有关。最高一小时用水量与平均时用水量的比值，叫做时变化系数Kh，该值在1.31.6之间。大中城市的用水比较均匀，Kh值较小，可取下限，小城市可取上限或适当加大。,2019/7/19,52,（三）用水量计算,城市总用水量计算时，应包括设计年限内该给水系统所供应的全部用水：居住区综合生活用水，工业企业生产用水和职工生活用水，消防用水，浇洒道路和绿地用水以及未预见水量和管网漏失水量，
29、但不包括工业自备水源所需的水量。城市或居住区的最高日生活用水量为：Q1=qiNifi 式中，qi、Ni和fi分别表示各区的最高日生活用水量定额、计划人口数和用水普及率。,2019/7/19,53,（三）用水量计算,除居住区生活用水量外，还应考虑工业企业职工的生活用水和淋浴用水量Q2，以及居住区生活用水量中未计及的浇洒道路和大面积绿化所需的水量Q3。 城市管网同时供给工业企业用水时，工业生产用水量为：Q4=qB(1-n) (m3/d) 式中 q城市工业万元产值用水量，m3/万元；B城市工业总产值，万元；n工业用水重复利用率。,2019/7/19,54,（三）用水量计算,除了上述各种用水量外，再增
30、加相当于最高日用水量15%25%的未预见水量和管网漏水量。 因此，设计年限内城市最高日用水量：Qd=(1.151.25)(Q1+Q2+Q3+Q4) (m3/d) 从最高日用水量可得到最高时设计用水量：Qd= 1000*KhQd/24*3600 =KhQd/86.4 (L/s) 式中 Kh时变化系数；Qd最高日设计用水量。 如上式中令Kh=1，即得最高日平均时的设计用水量。,2019/7/19,55,第三节 城市自来水厂水处理工艺及 水厂设计（自学）,一、水源水质 二、给水处理方法概述 三、水厂设计 设计步骤和要求 设计原则 厂址选择 水厂工艺流程的选择 水处理构筑物类型选择 水厂平面和高程布置,2019/7/19,56,本章作业：,1采用地下水源具有的优点。 2选择给水水源的一般原则。 3地表取水构筑物有哪些分类，分别举例。 4选择江河取水构筑物位置的一般原则。 5.按不同的分类原则，城市给水系统的分类。 6.城市给水系统及其任务。 7.布置给水管网应满足的要求。 8.给水系统由哪些工程设施组成，各自功能分别是什么？ 9.设计用水量由哪几个组成部分构成？,
