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1、第八章 分区给水系统,第一节 概 述,分区给水一般是根据城市地形特点将整个给水系统分成几区，每区有独立的泵站和管网等，但各区之间有适当的联系，以保证供水可靠和调度灵活。分区给水的原因技术上是使管网的水压不超过水管可以承受的压力，以免损坏水管和附件，并可减少漏水量；经济上的原因是降低供水能量费用。,给水区地形起伏、高差很大的分区给水系统,并联分区：由同一泵站内的低压和高压水泵分别供给低区和高区用水。优点：各区用水分别供给，比较安全可靠；各区水泵集中在一个泵站内、管理方便。缺点：增加了输水管长度和造价；高区的水泵扬程高，需用耐高压的输水管。,并联分区,串联分区,串联分区：高、低两区用水均由低区泵站
2、供给，但高区用水再由高区泵站加压。,重力输水管分区,重力输水管分区：从水库A输水至水池B。为防止水管承受压力过高，将输水管适当分段(即分区)，在分段处建造水池，以降低管网的水压，保证工作正常。,重力输水管分区,重力输水管不分区的情况分析,第二节 分区给水的能量分析,管网中的最高水压给水区地形从泵站起均匀升高。水由泵站经输水管供水到管网，这时管网中的水压以靠近泵站处为最高。设给水区的地形高差为Z，管网要求的最小服务水头为H，最高用水时管网的水头损失为h，则管网中最高水压等于：H=Z+H+h由于输水管的水头损失，泵站扬程HP应大于H。,分区给水系统技术上的考虑,城市管网能承受的最高水压H，由水管材
3、料和接口形式而定。为使用安全和管理方便起见，水压最好不超过490590kPa(5060mH20)。最小服务水头H由房屋层数确定。管网的水头损失h根据管网水力计算决定。H=Z+H+h 当管网延伸很远，这时即使地形平坦（即Z很小），也因管网水头损失过大（即h过大），而使得管网中最高水压H过大，为防止超压，须在管网中途设置水库泵站或加压泵站，形成分区给水系统。,分区给水系统技术上的考虑,H=Z+H+h 管网最高承受水压H、最小服务水头H以及水头损失h确定后，就可以确定出管网最高承压下所允许的最大地形高差Z，即确定出给水分区界线，当地形高差超过此值时，就应进行分区。,分区给水系统经济上的考虑,分区给水
4、系统经济上的考虑，目的是降低供水的动力费用。这时，需对管网进行能量分析，找出哪些是浪费的能量，分区后如何减少这部分能量，以此作为选择分区给水的依据。能量浪费：泵站扬程根据控制点所需最小服务水头和管网中的水头损失确定，除了控制点附近地区外，大部分给水区的管网水压高于实际所需的水压，多余的水压消耗在用户给水龙头的局部水头损失上，因此产生能量浪费。,输水管的供水能量分析,未分区时泵站供水的能量,输水管的供水能量分析,未分区时泵站供水能量的组成,输水管的供水能量分析,未分区时泵站供水能量的组成单位时间内水泵的总能量等于上述三部分能量之和：E=E1+E2+E3总能量中只有保证最小服务水头的能量E1得到有
5、效利用。由于给水系统设计时，泵站流量和控制点水压Zi+Hi已定,所以E1不能减小。第二部分能量E2消耗于输水过程不可避免的水管摩阻。为了降低这部分能量，必须减小hij其措施是适当放大管径，所以并不是一种经济的解决办法。第三部分能量E3未能有效利用，属于浪费的能量，这是集中给水系统无法避免的缺点，因为泵站必须将全部流量按最远或位置最高处用户所需的水压输送。也就是说，上述三部分能量中，只能降低E3。,输水管的供水能量分析,能量利用率 集中(未分区)给水系统中供水能量利用的程度，可用必须消耗的能量占总能量的比例来表示，称为能量利用率：,从上式看出，为了提高输水能量利用率，只有设法降低E3值，这就是从
6、经济上考虑管网分区的原因。,输水管的供水能量分析,输水管分区时供水能量分析能量分配图 绘制能量分配图的目的是确定分区界线和各区的泵站位置。横坐标将节点流量q1、q2、q3、q4等值顺序按比例绘在横坐标上。各管段流量可从节点流量求出，例如管段34的流量q34等于q1+q2+q3，泵站的供水量即管段45 的流量q45等于q1+q2+q3+q4等。,输水管的供水能量分析,能量分配图纵坐标纵坐标上按比例绘出各节点的地面标高Zi和所需最小服务水头Hi，得到若干以qi为底、Zi+Hi为高的矩形面积，这些面积的总和等于保证最小服务水头所需的能量，即图中的E1部分。,输水管的供水能量分析,能量分配图纵坐标在纵
7、坐标上再绘出各管段的水头损失h12、h23、h34、h45等，纵坐标总高度为H。H为泵站5的扬程H=H1+Z1+hij每一管段流量qij和相应水头损失hij所形成的矩形面积总和，等于克服水管摩阻所需的能量，即图中的E2部份。,输水管的供水能量分析,能量分配图纵坐标由于泵站总能量为E=q45H，且E=E1+E2+E3，所以除了E1和E2外，其余部分面积就是无法利用而浪费的能量E3。它等于以qi为底，过剩水压Hi（以H4为例，由右图可知，H4=Z1+H1+h12+h23+h34-Z4-H4,该式与式86相对应）为高的矩形面积之和，在图85中用E3表示。,输水管的供水能量分析,分区给水对减少未加利用
8、的能量E3的作用若在节点3处设加压泵站，将输水管分成两区，分区后，泵站5的扬程只须满足节点3处的最小照务水头，因此可从未分区时的H降低到H。从图看出，此时过剩水压H3消失，H4减小，因而减小了一部分未利用的能量。减小的未利用能量值如图85中阴影部分面积所示。,输水管的供水能量分析,分区给水对减少未加利用的能量E3的作用减小的未利用的能量等于：,输水管的供水能量分析,以上是输水管沿线有流量分出，管径和流量有变化的情况。对于输水管沿线无流量分出，管径和流量没有变化的情况：分区后非但不能降低能量费用，甚至基建和设备等项费用反而增加，管理也趋于复杂。这时只有在输水距离远、管内的水压过高时，才考虑分区。
9、,输水管的供水能量分析,平地上的输水管线能量分配图因沿线各点(013)的配水流量不均匀，从能量图上可以找出最大可能节约的能量为0AB3矩形面积（此矩形面积是12个矩形中面积最大的）。因此加压泵站可考虑设在节点3处，节点3将输水管分成两区。,管网的供水能量分析,假定给水区地形从泵站起均匀升高，全区用水量均匀，要求的最小服务水头相同。设管网的总水头损失为h，泵站吸水井水面和控制点地面高差为Z。未分区时，泵站的流量为Q，扬程为 Hp=Z+H+h,管网的供水能量分析,等分为两区时第一区水泵扬程 H=Z/2+H+h/2 第一区最小服务水头与泵站总扬程Hp相比极小时，则H可以略去不计，得：H=Z/2+h/
10、2第二区水泵扬程 第二区泵站能利用第一区水压H时，H+H=Z/2+H+h/2 则H=Z/2+h/2,管网的供水能量分析,等分为两区时等分成两区后，所节约的能量为Q/2(Z/2+h/2+H/2)=Q(Z+h+H)/4=E/4，如下图阴影部分矩形面积所示，即比不分区时最多可以节约1/4的供水能量。如下图所示：总能量E=QHp 保证最小服务水头所需能量E1=(Z+H)Q/2 克服水管摩阻所需的能量E2=(Q/2)h 剩余部分即为未利用能量E3。,管网的供水能量分析,等分为两区时对于沿线流量均匀分配的管网，最大可能节约能量为E3部分中的最大内接矩形面积，相当于将加压泵站设在给水区中部的情况。也就是分成
11、相等的两区时，可使浪费的能量减到最少。,管网的供水能量分析,分为n区时串联分区,管网的供水能量分析,分为n区时并联分区,管网的供水能量分析,由上述两式可知，无论串联分区或并联分区，分区后可以节省的供水能量相同。一般按节约能量的多少来划定分区界线，因为管网、泵站和水池的造价不大受到分界线位置变动的影响，所以考虑是否分区以及选择分区形式时，应根据地形、水源位置、用水量分布等具体条件，拟定若干方案，进行比较。串联或并联分区所节约的能量相近，并联分区增加了输水管长度，串联分区增加了泵站，因此两种布置方式的造价和管理费用并不相同。,第三节 分区给水系统的设计,为使管网水压不超出水管所能承受的压力，以及减
12、少无形的能量浪费，可采用分区给水。管网分区后，将增加管网系统的造价，因此须进行技术上和经济上的比较。如所节约的能量费用多于所增加的造价，则可考虑分区给水。在分区给水系统中，可以采用高地水池或水塔作为水量调节设备。容量相同时，高地水池的造价比水塔便宜。,分区给水系统的设计,并联分区的优点：各区用水由同一泵站供给，供水比较可靠，管理也较方便，整个给水系统的工作情况较为简单，设计条件易与实际情况一致。并联分区的缺点：增加输水管造价。串联分区的优点：输水管长度较短，可用扬程较低的水泵和低压管。串联分区的缺点：不够安全可靠，低区事故影响高区供水；增加泵站的造价和管理费用。,分区给水系统的设计,城市地形对分区形式的影响城市狭长发展时：采用并联分区较宜，因增加的输水管长度不多，可是高、低两区的泵站可以集中管理；如图a所示。城市垂直于等高线方向延伸时：采用串联分区更为适宜，如图b所示。,分区给水系统的设计,水厂位置对分区形式的影响水厂靠近高区时：采用并联分区较宜，如图a所示。水厂远离高区时：采用串联分区更为适宜，以免到高区的输水管过长，增加造价，如图b所示。,
