分區(qū)給水系統(tǒng)

關(guān)于分區(qū)給水系統(tǒng)第一節(jié)概述分區(qū)給水一般是根據(jù)城市地形特點(diǎn)將整個(gè)給水系統(tǒng)分成幾區(qū)，每區(qū)有獨(dú)立的泵站和管網(wǎng)等，但各區(qū)之間有適當(dāng)?shù)穆?lián)系，以保證供水可靠和調(diào)度靈活。分區(qū)給水的原因技術(shù)上是使管網(wǎng)的水壓不超過(guò)水管可以承受的壓力，以免損壞水管和附件，并可減少漏水量；經(jīng)濟(jì)上的原因是降低供水能量費(fèi)用。第2頁(yè),共35頁(yè)，2024年2月25日，星期天給水區(qū)地形起伏、高差很大的分區(qū)給水系統(tǒng)并聯(lián)分區(qū)：由同一泵站內(nèi)的低壓和高壓水泵分別供給低區(qū)和高區(qū)用水。優(yōu)點(diǎn)：各區(qū)用水分別供給，比較安全可靠；各區(qū)水泵集中在一個(gè)泵站內(nèi)、管理方便。缺點(diǎn)：增加了輸水管長(zhǎng)度和造價(jià)；高區(qū)的水泵揚(yáng)程高，需用耐高壓的輸水管。第3頁(yè),共35頁(yè)，2024年2月25日，星期天并聯(lián)分區(qū)第4頁(yè),共35頁(yè)，2024年2月25日，星期天串聯(lián)分區(qū)串聯(lián)分區(qū)：高、低兩區(qū)用水均由低區(qū)泵站供給，但高區(qū)用水再由高區(qū)泵站加壓。第5頁(yè),共35頁(yè)，2024年2月25日，星期天重力輸水管分區(qū)重力輸水管分區(qū)：從水庫(kù)A輸水至水池B。為防止水管承受壓力過(guò)高，將輸水管適當(dāng)分段(即分區(qū))，在分段處建造水池，以降低管網(wǎng)的水壓，保證工作正常。第6頁(yè),共35頁(yè)，2024年2月25日，星期天重力輸水管分區(qū)重力輸水管不分區(qū)的情況分析第7頁(yè),共35頁(yè)，2024年2月25日，星期天第二節(jié)分區(qū)給水的能量分析管網(wǎng)中的最高水壓給水區(qū)地形從泵站起均勻升高。水由泵站經(jīng)輸水管供水到管網(wǎng)，這時(shí)管網(wǎng)中的水壓以靠近泵站處為最高。設(shè)給水區(qū)的地形高差為△Z，管網(wǎng)要求的最小服務(wù)水頭為H，最高用水時(shí)管網(wǎng)的水頭損失為∑h，則管網(wǎng)中最高水壓等于：H’=△Z+H+∑h由于輸水管的水頭損失，泵站揚(yáng)程HP’應(yīng)大于H’。第8頁(yè),共35頁(yè)，2024年2月25日，星期天分區(qū)給水系統(tǒng)技術(shù)上的考慮城市管網(wǎng)能承受的最高水壓H’，由水管材料和接口形式而定。為使用安全和管理方便起見，水壓最好不超過(guò)490——590kPa(50——60mH20)。最小服務(wù)水頭H由房屋層數(shù)確定。管網(wǎng)的水頭損失∑h根據(jù)管網(wǎng)水力計(jì)算決定。H’=△Z+H+∑h當(dāng)管網(wǎng)延伸很遠(yuǎn)，這時(shí)即使地形平坦（即△Z很?。惨蚬芫W(wǎng)水頭損失過(guò)大（即∑h過(guò)大），而使得管網(wǎng)中最高水壓H’過(guò)大，為防止超壓，須在管網(wǎng)中途設(shè)置水庫(kù)泵站或加壓泵站，形成分區(qū)給水系統(tǒng)。第9頁(yè),共35頁(yè)，2024年2月25日，星期天分區(qū)給水系統(tǒng)技術(shù)上的考慮H’=△Z+H+∑h

管網(wǎng)最高承受水壓H’、最小服務(wù)水頭H以及水頭損失∑h確定后，就可以確定出管網(wǎng)最高承壓下所允許的最大地形高差△Z，即確定出給水分區(qū)界線，當(dāng)?shù)匦胃卟畛^(guò)此值時(shí)，就應(yīng)進(jìn)行分區(qū)。第10頁(yè),共35頁(yè)，2024年2月25日，星期天分區(qū)給水系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)上的考慮分區(qū)給水系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)上的考慮，目的是降低供水的動(dòng)力費(fèi)用。這時(shí)，需對(duì)管網(wǎng)進(jìn)行能量分析，找出哪些是浪費(fèi)的能量，分區(qū)后如何減少這部分能量，以此作為選擇分區(qū)給水的依據(jù)。能量浪費(fèi)：泵站揚(yáng)程根據(jù)控制點(diǎn)所需最小服務(wù)水頭和管網(wǎng)中的水頭損失確定，除了控制點(diǎn)附近地區(qū)外，大部分給水區(qū)的管網(wǎng)水壓高于實(shí)際所需的水壓，多余的水壓消耗在用戶給水龍頭的局部水頭損失上，因此產(chǎn)生能量浪費(fèi)。第11頁(yè),共35頁(yè)，2024年2月25日，星期天輸水管的供水能量分析未分區(qū)時(shí)泵站供水的能量第12頁(yè),共35頁(yè)，2024年2月25日，星期天輸水管的供水能量分析未分區(qū)時(shí)泵站供水能量的組成第13頁(yè),共35頁(yè)，2024年2月25日，星期天輸水管的供水能量分析未分區(qū)時(shí)泵站供水能量的組成單位時(shí)間內(nèi)水泵的總能量等于上述三部分能量之和：E=E1+E2+E3總能量中只有保證最小服務(wù)水頭的能量E1得到有效利用。由于給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，泵站流量和控制點(diǎn)水壓Zi+Hi已定,所以E1不能減小。第二部分能量E2消耗于輸水過(guò)程不可避免的水管摩阻。為了降低這部分能量，必須減小hij其措施是適當(dāng)放大管徑，所以并不是一種經(jīng)濟(jì)的解決辦法。第三部分能量E3未能有效利用，屬于浪費(fèi)的能量，這是集中給水系統(tǒng)無(wú)法避免的缺點(diǎn)，因?yàn)楸谜颈仨殞⑷苛髁堪醋钸h(yuǎn)或位置最高處用戶所需的水壓輸送。也就是說(shuō)，上述三部分能量中，只能降低E3。第14頁(yè),共35頁(yè)，2024年2月25日，星期天輸水管的供水能量分析能量利用率

集中(未分區(qū))給水系統(tǒng)中供水能量利用的程度，可用必須消耗的能量占總能量的比例來(lái)表示，稱為能量利用率：從上式看出，為了提高輸水能量利用率，只有設(shè)法降低E3值，這就是從經(jīng)濟(jì)上考慮管網(wǎng)分區(qū)的原因。第15頁(yè),共35頁(yè)，2024年2月25日，星期天輸水管的供水能量分析輸水管分區(qū)時(shí)供水能量分析能量分配圖繪制能量分配圖的目的是確定分區(qū)界線和各區(qū)的泵站位置。橫坐標(biāo)將節(jié)點(diǎn)流量q1、q2

、q3

、q4等值順序按比例繪在橫坐標(biāo)上。各管段流量可從節(jié)點(diǎn)流量求出，例如管段3—4的流量q3—4等于q1+q2+q3

，泵站的供水量即管段4—5的流量q4—5等于q1+q2+q3+q4等。第16頁(yè),共35頁(yè)，2024年2月25日，星期天輸水管的供水能量分析能量分配圖縱坐標(biāo)縱坐標(biāo)上按比例繪出各節(jié)點(diǎn)的地面標(biāo)高Zi和所需最小服務(wù)水頭Hi，得到若干以qi為底、Zi

+Hi為高的矩形面積，這些面積的總和等于保證最小服務(wù)水頭所需的能量，即圖中的E1部分。第17頁(yè),共35頁(yè)，2024年2月25日，星期天輸水管的供水能量分析能量分配圖縱坐標(biāo)在縱坐標(biāo)上再繪出各管段的水頭損失h1—2、h2—3

、h3—4

、h4—5等，縱坐標(biāo)總高度為H。H為泵站5的揚(yáng)程H=H1+Z1+∑hij每一管段流量qij和相應(yīng)水頭損失hij所形成的矩形面積總和，等于克服水管摩阻所需的能量，即圖中的E2部份。第18頁(yè),共35頁(yè)，2024年2月25日，星期天輸水管的供水能量分析能量分配圖縱坐標(biāo)由于泵站總能量為E=q4—5H，且E=E1+E2+E3，所以除了E1和E2外，其余部分面積就是無(wú)法利用而浪費(fèi)的能量E3。它等于以qi為底，過(guò)剩水壓△Hi（以△H4為例，由右圖可知，△H4=Z1+H1+h1—2+h2—3+h3—4-Z4-H4,該式與式8—6相對(duì)應(yīng)）為高的矩形面積之和，在圖8—5中用E3表示。第19頁(yè),共35頁(yè)，2024年2月25日，星期天輸水管的供水能量分析分區(qū)給水對(duì)減少未加利用的能量E3的作用若在節(jié)點(diǎn)3處設(shè)加壓泵站，將輸水管分成兩區(qū)，分區(qū)后，泵站5的揚(yáng)程只須滿足節(jié)點(diǎn)3處的最小照務(wù)水頭，因此可從未分區(qū)時(shí)的H降低到H’。從圖看出，此時(shí)過(guò)剩水壓△H3消失，△H4減小，因而減小了一部分未利用的能量。減小的未利用能量值如圖8—5中陰影部分面積所示。第20頁(yè),共35頁(yè)，2024年2月25日，星期天輸水管的供水能量分析分區(qū)給水對(duì)減少未加利用的能量E3的作用減小的未利用的能量等于：第21頁(yè),共35頁(yè)，2024年2月25日，星期天輸水管的供水能量分析以上是輸水管沿線有流量分出，管徑和流量有變化的情況。對(duì)于輸水管沿線無(wú)流量分出，管徑和流量沒有變化的情況：

分區(qū)后非但不能降低能量費(fèi)用，甚至基建和設(shè)備等項(xiàng)費(fèi)用反而增加，管理也趨于復(fù)雜。這時(shí)只有在輸水距離遠(yuǎn)、管內(nèi)的水壓過(guò)高時(shí)，才考慮分區(qū)。第22頁(yè),共35頁(yè)，2024年2月25日，星期天輸水管的供水能量分析平地上的輸水管線能量分配圖因沿線各點(diǎn)(0——13)的配水流量不均勻，從能量圖上可以找出最大可能節(jié)約的能量為0AB3矩形面積（此矩形面積是12個(gè)矩形中面積最大的）。因此加壓泵站可考慮設(shè)在節(jié)點(diǎn)3處，節(jié)點(diǎn)3將輸水管分成兩區(qū)。第23頁(yè),共35頁(yè)，2024年2月25日，星期天管網(wǎng)的供水能量分析假定給水區(qū)地形從泵站起均勻升高，全區(qū)用水量均勻，要求的最小服務(wù)水頭相同。設(shè)管網(wǎng)的總水頭損失為∑h，泵站吸水井水面和控制點(diǎn)地面高差為△Z。未分區(qū)時(shí)，泵站的流量為Q，揚(yáng)程為

Hp=△Z+H+∑h第24頁(yè),共35頁(yè)，2024年2月25日，星期天管網(wǎng)的供水能量分析等分為兩區(qū)時(shí)第一區(qū)水泵揚(yáng)程HⅠ=△Z/2+H+∑h/2

第一區(qū)最小服務(wù)水頭與泵站總揚(yáng)程Hp相比極小時(shí)，則H可以略去不計(jì)，得：HⅠ=△Z/2+∑h/2第二區(qū)水泵揚(yáng)程第二區(qū)泵站能利用第一區(qū)水壓H時(shí)，HⅡ+H=△Z/2+H+∑h/2則HⅡ=△Z/2+∑h/2

第25頁(yè),共35頁(yè)，2024年2月25日，星期天管網(wǎng)的供水能量分析等分為兩區(qū)時(shí)等分成兩區(qū)后，所節(jié)約的能量為Q/2(△Z/2+∑h/2+H/2)=Q(△Z+∑h+H)/4=E/4，如下圖陰影部分矩形面積所示，即比不分區(qū)時(shí)最多可以節(jié)約1/4的供水能量。如下圖所示：總能量E=QHp

保證最小服務(wù)水頭所需能量E1=(△Z+H)Q/2克服水管摩阻所需的能量E2=(Q/2)∑h

剩余部分即為未利用能量E3。第26頁(yè),共35頁(yè)，2024年2月25日，星期天管網(wǎng)的供水能量分析等分為兩區(qū)時(shí)對(duì)于沿線流量均勻分配的管網(wǎng)，最大可能節(jié)約能量為E3部分中的最大內(nèi)接矩形面積，相當(dāng)于將加壓泵站設(shè)在給水區(qū)中部的情況。也就是分成相等的兩區(qū)時(shí)，可使浪費(fèi)的能量減到最少。第27頁(yè),共35頁(yè)，2024年2月25日，星期天管網(wǎng)的供水能量分析分為n區(qū)時(shí)串聯(lián)分區(qū)第28頁(yè),共35頁(yè)，2024年2月25日，星期天管網(wǎng)的供水能量分析分為n區(qū)時(shí)并聯(lián)分區(qū)第29頁(yè),共35頁(yè)，2024年2月25日，星期天管網(wǎng)的供水能量分析由上述兩式可知，無(wú)論串聯(lián)分區(qū)或并聯(lián)分區(qū)，分區(qū)后可以節(jié)省的供水能量相同。一般按節(jié)約能量的多少來(lái)劃定分區(qū)界線，因?yàn)楣芫W(wǎng)、泵站和水池的造價(jià)不大受到分界線位置變動(dòng)的影響，所以考慮是否分區(qū)以及選擇分區(qū)形式時(shí)，應(yīng)根據(jù)地形、水源位置、用水量分布等具體條件，擬定若干方案，進(jìn)行比較。串聯(lián)或并聯(lián)分區(qū)所節(jié)約的能量相近，并聯(lián)分區(qū)增加了輸水管長(zhǎng)度，串聯(lián)分區(qū)增加了泵站，因此兩種布置方式的造價(jià)和管理費(fèi)用并不相同。第30頁(yè),共35頁(yè)，2024年2月25日，星期天第三節(jié)分區(qū)給水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)為使管網(wǎng)水壓不超出水管所能承受的壓力，以及減少無(wú)形的能量浪費(fèi)，可采用分區(qū)給水。管網(wǎng)分區(qū)后，將增加管網(wǎng)系統(tǒng)的造價(jià)，因此須進(jìn)行技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上的比較。如所節(jié)約的能量費(fèi)用多于所增加的造價(jià)，則可考慮分區(qū)給水。在分區(qū)給水系統(tǒng)中，可以采用高地水池或水塔作為水量調(diào)節(jié)設(shè)備。容量相同時(shí)，高地水池的造價(jià)比水塔便宜。第31頁(yè),共35頁(yè)，2024年2月25日，星期天分區(qū)給水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)并聯(lián)分區(qū)的優(yōu)點(diǎn)：各區(qū)用水由同一泵站供給，供水比較可靠，管理也較方便，整個(gè)給水系統(tǒng)的工作情況較為簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)條件易與實(shí)際情況一致。并聯(lián)分區(qū)的缺點(diǎn)：增加輸水管造價(jià)。串聯(lián)分區(qū)的優(yōu)點(diǎn)：輸水管長(zhǎng)度較短，可用揚(yáng)程較低的水泵和低壓管。串聯(lián)分區(qū)的缺點(diǎn)：不夠安全可靠，低區(qū)事故影響高區(qū)供水；增加泵站的造價(jià)和管理費(fèi)用。第32頁(yè),共35頁(yè)，2024年2月25日，星期天分區(qū)給水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)城市地形對(duì)分區(qū)形式的影響城市狹長(zhǎng)發(fā)展時(shí)：采用并聯(lián)分區(qū)較宜，因增加的輸水