一、給水系統(tǒng)的流量及壓力關(guān)系（一）、給水系統(tǒng)的流量關(guān)系1、取水構(gòu)筑物與一級(jí)泵站

城市給水系統(tǒng)的水量按最高日設(shè)計(jì)用水量確定，取水構(gòu)筑物和水廠中處理構(gòu)筑物的設(shè)計(jì)流量與一級(jí)泵站也都按最高日設(shè)計(jì)用水量計(jì)算。

對(duì)于地表水廠，水廠自用水量系數(shù)多取1.051.10。對(duì)于地下水水廠，僅需在進(jìn)入管網(wǎng)前消毒而無需其他處理時(shí)，一級(jí)泵站可直接將水輸送至地面水池，再經(jīng)二級(jí)泵站將水池水輸入管網(wǎng)，因此水廠自用水量系數(shù)取1.0。取水構(gòu)筑物、一級(jí)泵站和水處理構(gòu)筑物一般都按三班制24h均勻工作來設(shè)計(jì)，而在鄉(xiāng)、鎮(zhèn)或特別小型供水設(shè)施才考慮一班制或兩班制運(yùn)轉(zhuǎn)，按8h或16h設(shè)計(jì)2.給水管網(wǎng)給水管網(wǎng)是由各種大小的給水管道連接而成的，由于這些管道呈網(wǎng)狀，故稱給水管網(wǎng)。根據(jù)它在整個(gè)給水系統(tǒng)中的作用，可將其分輸水管和配水管網(wǎng)兩部分。輸水管是指從水源到水廠或由水廠到供水區(qū)域之間的管線，中途一般不接用戶，主要起轉(zhuǎn)輸水的作用。配水管網(wǎng)則是將輸水管送來的水，輸送到各用水區(qū)并分配到各用戶的管道系統(tǒng)。它遍布于整個(gè)給水區(qū)域的地下，只要有用水的地方就需要敷設(shè)配水管道。在配水管網(wǎng)中，根據(jù)各管線所起的作用和管徑大小，可分為干管、支管（分配管）、接戶管三類。其中干管是從輸水管取水并沿各用水區(qū)輸水供應(yīng)各支管，起骨干輸配水作用，管徑較大；支管從干管取水送至各接戶管，管徑較小；接戶管是連接支管和用戶的管線。（1）管網(wǎng)內(nèi)不設(shè)水塔或高地水池二級(jí)泵站應(yīng)滿足最高日最高時(shí)的水量要求，即二級(jí)泵站的設(shè)計(jì)流量為最高日最高時(shí)流量

此外水廠的輸水管和管網(wǎng)應(yīng)按二級(jí)泵站最大供水量即最高日最高時(shí)用水量計(jì)算。（2）管網(wǎng)內(nèi)設(shè)水塔或高位水池水塔或高位水池具有流量調(diào)節(jié)的作用，供水量高于用水量時(shí)，多余的水可進(jìn)入水塔或高位水池內(nèi)貯存；相反，當(dāng)供水量低于用水量時(shí)，則從水塔流出補(bǔ)給泵供水量的不足，此時(shí)二級(jí)泵站每小時(shí)的供水量可以不等于用水量。（二）給水系統(tǒng)的壓力關(guān)系

1.管網(wǎng)的自由水頭自由水頭

式中

Hc——管網(wǎng)的自由水頭(m)；

H——建筑物中最高用水點(diǎn)在地面以上的高度(m)；

h——保證用水器具出水流量所需的水頭(m)，一般為1.5

3.0m；

∑h——自進(jìn)戶管到用水器具的全部管段上的水頭損失(m)。

控制點(diǎn)—指整個(gè)給水系統(tǒng)中水壓最不容易滿足的地點(diǎn)(又稱最不利點(diǎn))。最不利點(diǎn)或控制點(diǎn)的位置應(yīng)是位于離送水泵站既遠(yuǎn)又高的地方。Hc的數(shù)值取決于建筑物的層數(shù)。在生活飲用水管網(wǎng)中，對(duì)一般性居住建筑可采用經(jīng)驗(yàn)數(shù)值對(duì)Hc值進(jìn)行估算：一層建筑物為10m；二層為12m，三層及三層以上每增加一層加4m。

2.水泵揚(yáng)程確定---凈揚(yáng)程3.管網(wǎng)中無水塔的工作情況無水塔的管網(wǎng)送水，是由送水泵站從清水池吸水直接經(jīng)管網(wǎng)輸水至各用水戶，因此水泵提供的壓力應(yīng)能將水送至管網(wǎng)最不利點(diǎn)(也稱控制點(diǎn))，并保證最不利點(diǎn)出水所需的水頭。所謂最不利點(diǎn)或控制點(diǎn)就是：只要這一點(diǎn)的壓力能滿足管網(wǎng)所要求的壓力，則管網(wǎng)中所有節(jié)點(diǎn)的壓力都能滿足要求，而且一般都能超過這一壓力要求。最不利點(diǎn)或控制點(diǎn)的位置應(yīng)是位于離送水泵站既遠(yuǎn)又高的地方，但是從城市地形看，最高的點(diǎn)很易看出，最遠(yuǎn)的點(diǎn)也不難判定，但最高和最遠(yuǎn)往往不是同時(shí)能滿足的，這需要通過水力分析計(jì)算求出來。管網(wǎng)中無水塔水壓線示意式中△Zc——管網(wǎng)控制點(diǎn)C處的地面高程與清水池設(shè)計(jì)最低水面高程之差，m；Hc——控制點(diǎn)C處所需的管網(wǎng)最小服務(wù)水頭，m；hs——水泵吸水管中的水頭損失，m；hp——水泵壓水管及輸水管中的水頭損失，m；hn——管網(wǎng)中的水頭損失，m。以上各水頭損失都按最高用水流量計(jì)算時(shí)得到最高用水時(shí)的水力坡線，即圖4-9中的實(shí)線①。4.管網(wǎng)中有水塔時(shí)的工作情況

給水系統(tǒng)中，為了保證用戶對(duì)水量和水壓的要求，常常設(shè)置水塔作為調(diào)節(jié)二級(jí)泵站供水與用戶需水量的關(guān)系。水塔在管網(wǎng)中的位置不同，管網(wǎng)的工作情況也有所不同。通常可以分為網(wǎng)前水塔和網(wǎng)后水塔兩種情況，即水塔位置分別設(shè)置在配水管網(wǎng)前和配水管網(wǎng)后。修建水塔的地點(diǎn)一般應(yīng)選擇在地形較高處，以減少水塔的造價(jià)。(1)網(wǎng)前水塔的管網(wǎng)工作情況

網(wǎng)前水塔的管網(wǎng)工作情況是，二級(jí)泵站供水到水塔，再經(jīng)管網(wǎng)將水送到用戶。其中水塔出水側(cè)的壓力按水塔中最低水位計(jì)算，而水塔進(jìn)水側(cè)的壓力按水塔中最高水位計(jì)算，二者之差以ht表示，即水塔水箱中設(shè)計(jì)水位差(水塔水柜的有效深度）。

水壓線在此點(diǎn)形成不連續(xù)現(xiàn)象，而實(shí)際上水壓線是連續(xù)的，并且進(jìn)水管和出水管往往就是同一根管線。這樣的表示方法完全是從最不利情況考慮，即當(dāng)水塔水位最低時(shí)還能保證最不利點(diǎn)的水壓要求，同時(shí)當(dāng)水塔壓力最，高時(shí)水泵總揚(yáng)程也能保證供水要求。網(wǎng)前水塔的管網(wǎng)水壓線示意水塔高度：二級(jí)泵站揚(yáng)程：式中Ht——水塔水柜底面距地面高度(m)；

Hc——管網(wǎng)內(nèi)控制點(diǎn)的自由水頭(m)；

hn——配水管網(wǎng)的水頭損失(m)；

Zt——水塔處的地面高程(m)；

ZC——控制點(diǎn)c的地面高程(m)。(2)網(wǎng)后水塔的管網(wǎng)工作情況

當(dāng)城鎮(zhèn)地形離二級(jí)泵站越遠(yuǎn)越升高時(shí)，水塔應(yīng)放在管網(wǎng)末端，形成網(wǎng)后水塔的管網(wǎng)系統(tǒng)，見圖4－11。在最高用水量時(shí)，泵站和水塔同時(shí)向管網(wǎng)供水，兩者有各自的供水區(qū)。在供水區(qū)分界線上的c點(diǎn)地形較高，而水壓最低，可將其作為管網(wǎng)的控制點(diǎn)?？梢栽O(shè)想把網(wǎng)后水塔的管網(wǎng)系統(tǒng)分成兩部分：一部分是從泵站到分界線上c點(diǎn)，在這部分范圍內(nèi)可看作無水塔管網(wǎng)，二級(jí)泵站的揚(yáng)程為：網(wǎng)后水塔的水壓線示意

另一部分是從水塔到分界線上c點(diǎn)，這部分類似于網(wǎng)前水塔，所以水塔的高度可按公式(4-9)來確定。

當(dāng)二級(jí)泵站供水量大于用戶用水量時(shí)，多余的水則通過整個(gè)管網(wǎng)流入水塔貯存。流入水塔的這部分多余流量稱為轉(zhuǎn)輸流量。最大一小時(shí)流入水塔的流量稱為最大轉(zhuǎn)輸流量。在最大轉(zhuǎn)輸時(shí)，管網(wǎng)的控制點(diǎn)就是水塔，此時(shí)二級(jí)泵站的揚(yáng)程為式中

——最大轉(zhuǎn)輸時(shí)，二級(jí)泵站所需的揚(yáng)程(m)，——分別是最大轉(zhuǎn)輸時(shí)，配水管網(wǎng)、輸水管，水泵吸水管中水頭損失(m)；

（3）中間水塔工作情況

更多情況是中間水塔，水塔設(shè)在用水區(qū)(即管網(wǎng))的中間，這主要由平面布置和地形高度決定的。這種情況下的水壓關(guān)系稍微復(fù)雜些，如圖4－12為中間水塔的水壓線變化示意。圖中實(shí)線表示最大用水時(shí)的水壓線，此時(shí)水塔向管網(wǎng)供水；而虛線表示最小用水時(shí)的水壓線，此時(shí)送水泵站供管網(wǎng)有余，將水送入水塔。

圖4－12中間水塔的管網(wǎng)水壓線示意Ht＝Hc+hn2-△Zt

Hp=△Z+Hc’+hnl+hp+hs

圖4－12中間水塔的管網(wǎng)水壓線示意式中Ht——水塔水箱最低水位設(shè)計(jì)高度，m；hnl，hn2——管網(wǎng)中的前部水頭損失及后部水頭損失，m；△Zt——水塔地面與管網(wǎng)末端控制點(diǎn)的高差，m；△Z——管網(wǎng)前部某水壓最低點(diǎn)地面與清水池最低水位高程差，m；Hc′——控制點(diǎn)的實(shí)際水壓高度，m。供水分界線的概念：管網(wǎng)系統(tǒng)中在某種設(shè)計(jì)時(shí)段內(nèi)有不止一處供水構(gòu)筑物(如上述送水泵站和水塔兩處供水構(gòu)筑物)時(shí)，兩者(或更多)之間由壓力的平衡關(guān)系形成各自的供水區(qū)域，供水之間的供水分界線。這些供水區(qū)域之間分界點(diǎn)的連接線形成了假想的供水分界線，如圖4-13所示為中間水塔供水與送水泵站這種供水分界線不是固定的而是動(dòng)態(tài)的，是由管網(wǎng)中的用水量變化、送水泵站的壓力和水塔的水位高度及管網(wǎng)中水頭損失等多種因素相互作用的某種暫時(shí)的平衡狀態(tài)。送水泵站圖4-13中間水塔供水分界線示意（一）清水池1.清水池的作用及構(gòu)造

作用：因?yàn)橐患?jí)泵站和處理構(gòu)筑物是均勻工作，向清水池均勻進(jìn)水，而送水泵站是非均勻工作，自清水池非均勻抽水，清水池起到直到兩者之間的調(diào)節(jié)作用。還可以為消毒劑提供一定的作用時(shí)間，水塔或高位水池、清水池都是給水系統(tǒng)中調(diào)節(jié)流量的構(gòu)筑物，兩者有密切的聯(lián)系。如果二級(jí)泵站供水線越接近用水線，水塔的容積減小，清水池容積會(huì)適當(dāng)增大。.清水池構(gòu)造：清水池按其平面形狀分，有圓形和矩形兩種。一般當(dāng)水池容積小于2500m3時(shí)，以圓形為經(jīng)濟(jì)，大于2500m3時(shí)以矩形為經(jīng)濟(jì)。

圖4－14a磚石清水池

1—進(jìn)水管；2—檢修孔；3—通風(fēng)孔；4—鐵梯；

5—溢水管；6—出水管；7—放空管；8—集水坑

1—進(jìn)水管；2—檢修孔；33—通風(fēng)孔；4—鐵梯；55—溢水管；6—出水管；77—放空管；8—集水坑

鋼筋混凝土清水池2.清水池的容積清水池的重要作用之一就是水量的儲(chǔ)備與調(diào)節(jié)。清水池先按小時(shí)平均流量工作，其后按供水曲線工作。如由統(tǒng)一的給水系統(tǒng)供給城市消防用水時(shí)，清水池中還應(yīng)儲(chǔ)存消防用水，其容量應(yīng)足夠2h火災(zāi)延續(xù)時(shí)間所需的水量。一般情況下這種容積(消防)約為數(shù)百至上千立方米，城市越小此容積也越小，但占清水池總?cè)莘e的比例越大；反之城市越大此容積越大，而占清水池總?cè)莘e的比例卻越小。一般水廠中將廠內(nèi)生產(chǎn)用水以及出于事故儲(chǔ)備考慮而增加清水池容積。因?yàn)橐患?jí)泵站和處理構(gòu)筑物是均勻工作，向清水池均勻進(jìn)水；而送水泵站是非均勻工作，自清水池非均勻抽水，兩者之間的調(diào)節(jié)作用就在于清水池。不難看出，清水池的調(diào)節(jié)容積取決于一級(jí)泵站來水(即處理構(gòu)筑物的出水)曲線與送水泵站的送水曲線之間的消長關(guān)系?，F(xiàn)設(shè)一例計(jì)算如下，以示其計(jì)算原理與方法。表4－8清水池調(diào)節(jié)容積計(jì)算表一泵站來水按24h均勻供水為100/24(%),取近似值.由該表中計(jì)算，最多儲(chǔ)水量為13.02％，而最少儲(chǔ)水量為-6.1％，故實(shí)際儲(chǔ)水容積應(yīng)為：13.02％-(-6.1％)=19.21％

水塔的調(diào)節(jié)容積同樣也按此法計(jì)算。得出清水池調(diào)節(jié)容積占最高日處理水量Qd的百分?jǐn)?shù)R(％)后，即可計(jì)算出應(yīng)有的清水池調(diào)節(jié)容積。W1＝Qd·R/100(4—15)式中W1——清水池調(diào)節(jié)容積，m3R-清水池調(diào)節(jié)容積占最高日處理水量的百分?jǐn)?shù)，％。當(dāng)缺乏用水量變化規(guī)律資料時(shí)，城市水廠的清水池調(diào)節(jié)容積也可將最高日用水量的10%

20%估算。清水池的總有效容積W，按下式計(jì)算

Wq＝W1+W2+W3+W4(4—16）

式中

Wq——清水池總有效容積，m3；W2——消防用水儲(chǔ)備水量，m3；W3——水廠生產(chǎn)用水儲(chǔ)備水量，m3；W4——水廠安全儲(chǔ)備水量及水池壓底水量等，m3。

其中消防儲(chǔ)備水量應(yīng)按有關(guān)消防規(guī)定計(jì)算。圖4-16支柱式鋼筋混凝土水塔2.清水池的容積清水池調(diào)節(jié)容積：

W1＝Qd·R/100清水池的總有效容積W

Wq＝W1+W2+W3+W4

按水廠水量和二級(jí)泵站供水量的組合曲線圖來計(jì)算（二）水塔

水塔主要作用是調(diào)節(jié)二級(jí)泵站與用戶用水量變化而引起流量不平衡的矛盾。由于水塔中的水柜（水箱）容積不能太大，故在一般城市供水系統(tǒng)中已少用。其容積的計(jì)