农村给水管网规划设计

农村给水管网规划设计第一节 给水管网的布置农村给水管网是由大大小小的给水管道组成的，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、输水管从水源到水厂或从水厂到配水管网的管线，因沿线一般不接用户 管，主要起转输水量的作用，所以叫做输水管。有时，从配水管网接 到个别大用水户去的管线，因沿线一般也不接用水管，所以，此管线 也叫做输水管。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。（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）当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。连通管直径可 以与输水管相同或比输水管小 2030%，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。连通管的间距可按表1 采用。 在输水管和连通管上装设必要的闸门，以缩小发生事故时的断水范 围。当供水可靠性要求较低时，闸门数可以适当减少，闸门应安放在 闸门井内。连通管间距表1输水管长度（公里）33101020间距（公里）1.01.52.02.53.04.0（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、配水管网配水管网就是将输水管线送来的水，配给农村用户的管道系统。 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。其中：干管的主要作用是输水至各用水地区，同时也为沿线用户供水， 其管径均在 100 毫米以上。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，配给接户管和消火栓。 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； 分为三档：最小采用 75100 毫米；中等采用 100150 毫米；最高采 用 150200 毫米。接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，此接户管称为接户总管， 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接户管； 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。配水管网的布置形式，根据规划、用户分布以及用户对用水的安 全可靠性的要求程度等，分成为树状网和环状网两种形式。（一）树状网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。树状 网一般适用于用水安全可靠性要求不高的供水用户，或者规划建设初 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 于逐步发展。另外，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。（二）环状网管网布置两个封闭环状。当任意一段管线损坏时，可用闸门将它 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。给水管网的布置既要求安全供水，又要贯彻节约的原则。安全供 水和节约投资之间难免会产生矛盾，要安全供水必须采用环状网，而 要节约投资最好采用树状网。只有既考虑供水的安全，又尽量以最短 的线路敷设管道，方能使矛盾得到统一。所以，在布置管网时，应考 虑分期建设的可能，即先按近期规划采用树状网，然后随着用水量的 增长，再逐步增设管线构成环状网。实际上，现有城镇的配水管网多 数是环状网和树状网相结合，即在城镇中心地区布置成环状网，而在 市郊或农村，则以树状网的形式向四周延伸。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，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 500800 米。（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农村地下管线综合 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。 考虑以上原则，干管通常由一系列邻接的环组成，并且较均匀地 分布在农村整个供水区域。第二节 给水管网各管段计算流量和管径的初步确定确定各管段计算流量的目的，在于依此来选取管径，进行水力计 算。但要确定各管段的计算流量，需首先确定各管段的沿线流量和节 点流量。一、沿线流量 农村供水地区，在管网的干管和分配管上，通常采用的简化方法 是比流量法，该法有两种表现形式，现分述如下：（一）长度比流量法所谓长度比流量即是假定q，、q，这些用水量均匀分布在全部12干管线上，则管线单位长度上的配水流量称为比流量，记为q。cbq 可按下式计算：cbq = Q 逹（升/秒米）cbZL式中：Q管网总用水量（升/秒）；IQ i工业企业及其他大用水户的集中流量之和（升/i秒）；IL干管总长度（米）。计算时，不计穿越广场、公园等无建筑物地区的管线长度。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。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。比流量的大小随用水量的变化而变化。因此，控制管网水力情况 的不同供水条件下的比流量（如在最高用水时、最大转输时、消防时 的比流量）是不同的，须分别计算。有了比流量，就可求出各管段的沿线流量。例如某一管段的沿线 流量 Q 可按下式算出：yQ二q L （升/秒）y cb式中：L管段长度（米）。整个管网的沿线流量总和（IQ）,当q全网相同时，等于q ZL。cb cb由式（1）知，q 工L = Q -YQ。cb i必须指出，按照用水量全部均匀分布在干管上的假定来求比流量 的方法，存在一定的缺点，因为它忽视了沿管线供水人数多少的影响， 所以，不能反映各管段的实际配水量。很显然，在干管线的不同管段 上，它的供水面积和供水用户数不会相同，配水量不可能均匀。因此， 另提一种改进的计算方法面积比流量法。（二）面积比流量法所谓面积比流量即是假定q，、q，这些用水量均匀分布在整个12供水面积上，则单位面积上的配水流量称为比流量，记为q。mbq 可按下式计算：mbq 二 Q -SQi （升/秒）mb丫式中：供水面积的总和（米2）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。由面积比流量q，亦可计算出某一管段的沿线流量Q，计算公mb y式为：Q二q（升/秒）y mb式中：管段的供水面积（米2）整个管网的沿线流量总和ZQ则等于q Ye。由公式（3）知，y mbq 工=Q YQ。mb i鉴于农村供水面积大，用水量多，故用面积比充量法较之用长度 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，似无必要采用面积比流量法，改用长度比 流量法比较简便。二、节点流量干管各管段的沿线流量已由比流量法来求出。但是，实际上管网每一管段的流量包括两部分：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。AB管段起点A处的流量是转输流量Q与沿线流zs量Q之和，而管段终点B的流量仅为Q。按照计算比流量的假定，Qy zs y呈直线变化。显然，这种沿线变化的流量，不便于用来确定管径和水 头损失，还需对其作进一步简化。简化的方法是化渐变流为均匀流，全管段引用一个不变的流量，称为折算流量，记为Q。折算流量Q所 jj产生的水头损失和沿线变化的流量所产生的水头损失完全相同，从而 得出管线折算流量Q的计算公式为：Q 二 Q +aQ （升 / 秒）（5）j zs y式中：a折减系数，其值在0.50.58之间。当管线的转输流量远大于沿线流量时，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（q ）的计 n 算公式为q = 1Q （升/秒）（6）n 2 y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Q 二 Q + 1 q L （升 / 秒）（7）j zs 2 cb由式（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q 二 12Q （升/秒）（8）n 2 y求得各节点流量后，管网计算图上便只有集中于节点的流量（包括原有的集中流量）。而管段的计算流量为1Q - Q +尹j zs 2 y升/秒）(9)例题1】某农村最高时总用水量为284.7升/秒，其中集中供应工业用水量为 189.2 升/秒。干管各管段名称及长度（单位：米），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。【解】干管总计算长度为111SL = L + L + L + L + L + L + L + L21-222-324-55-61-42-53-66-7二 L X 7 56- - X 7 56- - x 7 5 6- 7 5 6- 824 824 8 2 0- 25 0 222二 4 6 60干管的比流量：284.7 -189.2q 二 284/ 189.2 二 0.0208升 / 秒米 cb 4600各管段的沿线流量计算如表2 所列。各管段沿线流量计算表2管段编号管段长（米）管段计算长度（米）比流量 （升/秒米）沿线流量（升/秒）1-2756756 X 1/2=3780.02087.92-3756756 X 1/2=3780.02087.91-48208200.0208172-58208200.0208173-68208200.0208174-5756756 X 1/2=3780.02087.85-67567560.020815.76-72502500.02085.2合计460095.5三、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（以工Q表示） 应等于零，即EQ=0o依此条件，用二级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。确定此流量 的，难易程度与采用的管网布置形式有关。各管段节点流量计算表3节点编号连接管段编号各连接管段沿线流量之和（升/秒）节点流量 （升/秒）11-4, 1-217+7.9=24.912.421-2, 2-5，2-37.9+17+7.9=32.816.432-3， 3-67.9+17=24.912.541-4，4-517+7.8=24.812.454-5，2-5，5-67.8+17+15.7=40.520.363-6，5-6，6-717+15.7+5.2=37.918.976-75.22.6合计19195.5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。设二级泵站位于0点；q和q代表12由沿线流量折算成的节点流量； Q 、Q12Q 、Q 、Q ，代表大用水345户的集中流量。由这些流量，根据（9），就可求出各管线的计算流量,如表4所列。树状管网管段的计算流量表4管段3-22-11-0流量Q1Q3 + + Q + 2Q3 + + Q + 2 + Q1 + Q2 + $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，不像树状网那样只有 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：（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EQ=0o现举例如下：按照最近路线输水的原则，拟定各管段的流向如箭头所示。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45的流量q ，从节点5流出的有管段流量q 、q、4-55-25-3q及节点流量q，流进和流出的流量须相等，因此应满足下列条件: 5-652Q 二 q4-5 - q5-2 - q5-3 - q5-6 一 / 二 0管段流量q在分配节点4的流量时已确定，节点流量5为已知,4-5所以其余三条管线中的流量q 、q、q须大体均匀分配，就是说5-25-35-6分到这三条管线中的流量不要相差过大。流量分配可以从管网起端如节点 4 开始，也可从终端如节点 3、6、9等开始，沿每一节点依次分配，满足EQ=0的条件。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。这里要强调指出，环状网各管段计算流量的最后 数值，必须由平差计算结果来定出。四、管径的确定管网中各管段的管径，是按最高时用水量确定的。当流量已定时， 管径可按下式计算：d = .4Q （升/秒）（10）式中：d管段直径（米）；Q管段的计算流量（米3/秒）；Y流速（米/秒）由式（10）可看出，管径不但和管段流量有关，而且和流速的大小 有关。如流速未定，则管径亦无法确定，因此还需选定流速。为防止管网因水锤现象而出现事故，在技术上最高流速限定在2.53.0 米/秒的范围内。在输送原水时，为避免水中杂质在管内沉积， 最低流速应大于0.6 米/秒，可见技术上允许的流速幅度较大，因此， 还需根据当地的经济条件，考虑管网造价和经营管理费用等因素，来 选出合适的流速。由式（10）还可看出，流量一定时，管径与流速的平方根成反比。 如果流速取得小一些，管径便增大，相应的管网造价便增加。可是， 管径增大后，管段中的水头损失便减小，所需的水泵扬程将降低，日 常电费便可节省；相反，如果流速取得大一些，管径固然有所减少， 管网造价也有所降低，但因水头损失增大后，所需水泵扬程必须相应 提高，因而经常的电费势必增加，从而也就增加了管网的经营管理费 用。所以，管线管径的确定，要综合考虑管线的建造费用（即造价）和年经营管理费用（主要是电费）这两个主要的经济因素。若以 G 表示建造费用，以Y表示年经营管理费用，t表示投资偿还期，则t 年内的经营管理费用为tY,由此分别点绘出t YV和GV两根 曲线，就可得出总费用最低（即建造费与经营管理费之和为最小）的 流速，称为经济流速（V）。几个农村的管道经济流速表5管径浙江西安成都输水管配水管（毫米）流量流速流量流速流量流速流量流速1006.680.845.230.676.90.7715016.700.9413.40.7715.40.8813.50.7720034.401.0926.20.8430.00.9625.50.8225060.601.2343.90.9050.41.0341.50.8530090.301.2766.70.9476.61.0862.50.88350131.01.3695.61.00109.21.1490.00.94400180.01.43130.01.04149.01.19121.00.96450239.01.49171.01.08196.01.23500312.01.59218.01.12250.01.27202.01.03600482.01.71332.21.18381.21.35306.01.08700696.01.81476.01.24546.01.42435.01.13800960.01.90639.01.27734.01.46591.01.179001270.02.00853.01.34982.01.54772.01.2110001640.02.0910901.391250.01.59110012002540.02.25管径太原抚顺牡丹江（毫米）流量1004.815012.4320024.325040.930062.6350400123.0450500206.0600316.0700517.0800618.0流速流量流速0.627.20.970.7219.31.090.7937.51.190.8462.61.270.8895.31.35136.21.420.98185.11.48242.51.521.05309.01.571.12469.71.661.17669.61.741.23910.41.81流量流速5.320.6614.20.8128.80.9249.251.0076.71.08111.21.16153.41.22204.71.29264.51.35412.01.46593.01.56827.01.65900814.01.271193.81.881100.010001520.81.941420.011001892.51.9912002325.02.061.731.81注：单位：流量为升/秒，流速为米/秒。给水管径简易估算使用人口数管径计算流量用水标准=50用水标准=60用水标准=80用水标准=100用水标准=120用水标准=（毫米）（升/秒）升/人日升/人日升/人日升/人日升/人日升/人日(K=2.0)(K=1.8)(K=1.7)(K=1.6)(K=1.5)(K=1.4)12345678501.311201040830700620530751.33.01120260010402400830190070016006201400530120(1003.05.8260050002400460019003700160031001400280012002401255.810.255000890046008200370065003100550028004900240042015010.2517.58900150008200140006500110005500950049008400420072020017.531.01500027000140002500011000200009500170008400150007200127(25031.048.5270004100025000380002000030000170002600015000230001270020030048.571.00410006100038000570003000045000260002800023000340002000029035071.0011161000960005700088000450007000028000600003400058000290004504001111599600014500088000135000700001070006000091000580008100045000700450159196145000170000135000157000107000125000910001060008100094000700008105001962841700002460001570002280001250001810001060001540009400013700081000117(60028438424600033200022800030700018100024400015400020700013700018500011700015770038450533200044600030700041200024400032800020700027900018500024700015700021280050563544600054900041200050700032800040400021900034300024700030400021200026190063578554900067900050700062800040400050600034300042500030400037000261000323100078511006790008520006280009800050600078000042500059500037000529000323000453影响经济流速的因素很多（如管材、施工条件、动力费用、投资偿还期等），主要归结为管网建造费用与经营管理费用两项，因此， 必须按照当时当地的具体条件来确定。通过实践，我国各地区均有根 据技术经济比较，计算出来的各种管径所对应的经济流速和流量的资 料，供设计中选用。表5 为几个农村给水管网的经济流速表。由该表 可看出，不同流量有着与经济流速相适应的管径，称此管径为该流量 的经济管径。当前在设计中，还有根据各农村所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 5 米/公里左右）的计算法来确经 济管径。按照这种水头损失控制值确定经济流速时，其值得出如下：d二100300毫米时，v二0.61.1米/秒；ed 二 350 600毫米时，v 二 1.11.6米/秒;ed 二 600 1000毫米时，v 二 1.6 2.1 米/秒。e在农村规划设计中，为简化计算，有时也可根据人口数和用水量 标准，直接从表 6 中，查出所需的管径。第三节 给水管网水泵扬程及水塔高度的确定确定给水管网所需的水泵扬程，一般来说，就是确定二级泵站中 水泵的扬程。至于水塔高度的确定，须根据水塔不同的设置情况，分 别计算。一、无水塔的管网管网内不设置水塔而二级泵站直接供水时，水压线标高均以清水 池最低水位为基准面算起。由于输水管和管网中的水头损失，以致离 泵站越远的地方水压下降越多，而地形越高之处，水压也低。所以二 级泵站的扬程，应以离泵站远和地形高的地点为控制点来确定，用以 控制整个管网的水压。只要控制点的水压符合要求，则全管网的水压 就有了保证。另外，为了用户使用上的需要，生活用水管网必须保证一定的水 压，通常称为最小自由水压，亦称最小自由水头（从地面算起），其 值根据给水区内的建筑物层数确定：一层为10 米，二层为12 米，二 层以上每加一层增加4 米。在最高用水量时，二级泵站的扬程应能保 证控制点达到这种压力。在确定二级泵站的扬程时，通常不考虑农村 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。因此，二 级泵站的扬程为：H 二 Z + H + h + h （米）（11）p C c c n式中： Z 管网内控制点 C 的地面标高和清水池最低水位的C高差，米；H 控制点要求的自由水压，米；ch 水泵吸水管中的水头损失，米；sh 输水管中的水头损失，米；ch 管网中的水头损失，米。nh 、 h 、 h 均按最高时用水量算出。scn二、网前水塔的管网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。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 H ，应保证在最高用水量时，管网内控制点上具t有所要求的自由水压，可按下式计算：H 二 H + h - (Z - Z )(12)t c n t c式中： Z 水塔处地面与清水池最低水位的高差，米；th 按最高时用水量计算的管网水头损失，米；n其余符号意义同公式(11)。从上式看出水塔须修建在高地的原因：因为建造水塔处的 Z 越t大，水塔高度H则越小，有条件时甚至可使H二0，就可用地面水池tt代替水塔，使造价大为降低。所以，根据农村地形特点，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。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。二级泵站的扬程，应保证供水至水塔：H 二 Z + H + H + h + h （米）（13）p t t 0 c s式中：H水柜的有效水深（米）；0其余符号意义同前。三、对置水塔的管网当农村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。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，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（11）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（12）确定。当泵站供水量大于用水量时，多余的水通过整个管网流入水塔， 流入水塔的流量称为转输流量。因一天内泵站供水量大于用水量的时 间很多，一般取转输流量为最大时流量进行计算，以保证安全供水。 称此流量为最大转输时流量。例如上节的环状管网计算例题中，最大 转输流量发生在 2324 小时，此时水泵供水量为总用水量的 4.5%， 此时用水量只占总用水量的3.3%，多余的水量 4.5-3.3=1.2%转输入水 塔中。最大转输时的水泵扬程为：h二z + h + h + h + h + h （米）（14）p t t 0 n c s式中h、h、h分别表示最大转输时管网、输水管、水泵吸水管ncs中的水头损失，米。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。在最高用 水时和最大转输时两种情况下，水泵的流量和扬程有所不同，为便于 管理，所选用水泵的台数和型号不宜多，在难以两者兼顾而选出合适 水泵的情况下，可酌情放大管网中个别管段的直径。四、网中水塔的管网 当农村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。根据网中水塔在管网中的位置，可有 两种工作情况，如水塔靠近二级泵站，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，不出现供水分界线；但 当水塔离泵站较远，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。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，能照网前水塔和对置水塔的有关公式计算。五、设加压泵站的管网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；当二 级泵站的扬程提高后，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，可设加压泵站；当农村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，均可设置加压泵站，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。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， 加压泵站的增压高度是，在平坦地区等于泵站到控制点之间的水头损 失；如地形不平，则须计算加压泵和控制点的高程差。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。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 10 米。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。消防时的水压，按无水塔、网前水塔和对置水塔等情况说明如下：消防时水泵所需扬程（假定在控制点C失火）等于：h二z + h + h + h + h （米）（15）p c f s c n式中： H 消防时允许的管网最低水压，米；fh、h、h消防时水泵吸水管、输水管和管网中的水scn头损失，米。将消防时式（15）与最高用水时式（11）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，如果增加的水头损失大于两者的水压差 （H -H），则消防时的水泵扬程比最高用水时为高。视水泵扬程增 cf 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。相反，最高用水时的 水泵扬程也有可能大于消防时（即消防时控制点的自由水头将超过 10 米），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，消防时的水压线可能 比水塔水面高，也有可能低。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。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对置水塔。下面讨论 对置水塔的管网在消防时的情况：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 H 可能大于也可能小于最高用水时的水泵扬程 H 。pp从以上分析可见，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；（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。七、调节水塔及水池的容积计算供水与用水的关系1、二级泵站与流量的关系农村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。用虚线表示出分 2.78%和 5%两 种供水情况，从 05 点钟每小时供水量为总用水量的2.78%，从 520 点钟每小时供水量为 5%，从 2024 点钟每小时供水量为 2.78%，两 级的供水总量仍为100%。即：2.78x (5+4) +5x15=100。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。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。目前在大中农村里一般不设置水塔，因为水塔造价高，容积过大 很不经济。在大中农村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。当农村或工业区多丘陵，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。2、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。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（TJ16-74）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 26%，若均匀供水，水塔容量约 为 815%。一般可按 68%估算。水厂中清水池的调节容量计算，可照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%4.17%） X1323.80%，或（4.17%2%） xll23.80%。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W应为:cW 二 W + W + W （米3）（16）c123式中： W 调节容量（米 3），一般根据一级泵站供水曲线和二 1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1020%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；W 消防水贮量（消防时水塔关闭）；2W = T（Q + Q -Q ）（米 3）消防历时，2 x P 1般为3 小时，也有采用2 小时的，可视具体情况采用；消防总用水量（米 3/时）；Q 最高日最高时生活与生产用水量之和（米 3/时）；PQ1级泵站供水量（最高日平均时）（米 3/时）；W 净水构筑物冲洗用水量及其他需用水量（米 3/时），一般 3可按水厂出水量的 510%计。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，在清水池存水量最少的情况下，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。第四节 给水泵站一、给水泵站的分类 按照泵站在给水系统中所起的作用，可分为一级泵站、二级泵站、 加压泵站和循环泵站等。（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。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。（4）循环泵站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，泵站可分为地面式、 半地下室和地下室三类。（1）地面式泵站：室内地面不低于室外地面。（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。（3）地下式泵站：室内地面低于室外地面，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。吸 水井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。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。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 （米）和泵站供水量Q （升 /秒）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。在农村水厂二级泵站中，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100 千瓦以下，使用采用变速水 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。