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1、第一第一节 概概 述述分区分区给水普通是根据城市地形特点将整个水普通是根据城市地形特点将整个给水系水系统分成几区，每区有独立的分成几区，每区有独立的泵站和站和管网等，但各区之管网等，但各区之间有适当的有适当的联络，以保，以保证供水可靠和供水可靠和调度灵敏。度灵敏。分区分区给水的水的缘由由技技术上是使管网的水上是使管网的水压不超越水管可以接不超越水管可以接受的受的压力，以免力，以免损坏水管和附件，并可减坏水管和附件，并可减少漏水量；少漏水量；经济上的上的缘由是降低供水能量由是降低供水能量费用。用。给水区地形起伏、高差很大的分区水区地形起伏、高差很大的分区给水系水系统并并联分区：由同一分区：由同一
2、泵站内的低站内的低压和高和高压水水泵分分别供供应低区和高区用水。低区和高区用水。优点：点：各区用水分各区用水分别供供应，比，比较平安可靠；平安可靠；各区水各区水泵集中在一个集中在一个泵站内、管理方便。站内、管理方便。缺陷：缺陷：添加了添加了输水管水管长度和造价；度和造价；高区的水高区的水泵扬程高，需用耐高程高，需用耐高压的的输水管。水管。并并联分区分区串串联分区分区串串联分区：高、低两区用水均由低区分区：高、低两区用水均由低区泵站站供供应，但高区用水再由高区，但高区用水再由高区泵站加站加压。重力重力输水管分区水管分区重力重力输水管分区：从水水管分区：从水库A输水至水池水至水池B。为防止水管接受
3、防止水管接受压力力过高，将高，将输水管适当水管适当分段分段(即分区即分区)，在分段，在分段处建造水池，以降低建造水池，以降低管网的水管网的水压，保，保证任任务正常。正常。重力重力输水管分区水管分区重力重力输水管不分区的情况分析水管不分区的情况分析第二第二节 分区分区给水的能量分析水的能量分析管网中的最高水管网中的最高水管网中的最高水管网中的最高水压压给给水区地形从水区地形从水区地形从水区地形从泵泵站起均匀升高。水由站起均匀升高。水由站起均匀升高。水由站起均匀升高。水由泵泵站站站站经输经输水水水水管供水到管网，管供水到管网，管供水到管网，管供水到管网，这时这时管网中的水管网中的水管网中的水管网中
4、的水压压以接近以接近以接近以接近泵泵站站站站处处为为最高。最高。最高。最高。设给设给水区的地形高差水区的地形高差水区的地形高差水区的地形高差为为Z Z，管网要求的，管网要求的，管网要求的，管网要求的最小效力水最小效力水最小效力水最小效力水头为头为H H，最高用水，最高用水，最高用水，最高用水时时管网的水管网的水管网的水管网的水头损头损失失失失为为hh，那么管网中最高水，那么管网中最高水，那么管网中最高水，那么管网中最高水压压等于：等于：等于：等于： H=H=Z+H+hZ+H+h由于由于由于由于输输水管的水水管的水水管的水水管的水头损头损失，失，失，失，泵泵站站站站扬扬程程程程HPHP应应大于大
5、于大于大于HH。分区分区给水系水系统技技术上的思索上的思索城市管网能接受的最高水城市管网能接受的最高水城市管网能接受的最高水城市管网能接受的最高水压压HHHH，由水管，由水管，由水管，由水管资资料和接料和接料和接料和接口方式而定。口方式而定。口方式而定。口方式而定。为为运用平安和管理方便起运用平安和管理方便起运用平安和管理方便起运用平安和管理方便起见见，水，水，水，水压压最好不超越最好不超越最好不超越最好不超越490590kPa(5060mH20)490590kPa(5060mH20)490590kPa(5060mH20)490590kPa(5060mH20)。最小效力水最小效力水最小效力水最
6、小效力水头头H H H H由房屋由房屋由房屋由房屋层层数确定。数确定。数确定。数确定。管网的水管网的水管网的水管网的水头损头损失失失失hhhh根据管网水力根据管网水力根据管网水力根据管网水力计计算决算决算决算决议议。H=Z+H+h H=Z+H+h H=Z+H+h H=Z+H+h 当管网延伸很当管网延伸很当管网延伸很当管网延伸很远远，这时这时即使地即使地即使地即使地形平坦即形平坦即形平坦即形平坦即ZZZZ很小，也因管网水很小，也因管网水很小，也因管网水很小，也因管网水头损头损失失失失过过大大大大即即即即hhhh过过大，而使得管网中最高水大，而使得管网中最高水大，而使得管网中最高水大，而使得管网中
7、最高水压压HHHH过过大，大，大，大，为为防止超防止超防止超防止超压压，须须在管网中途在管网中途在管网中途在管网中途设设置水置水置水置水库泵库泵站或加站或加站或加站或加压压泵泵站，构成分区站，构成分区站，构成分区站，构成分区给给水系水系水系水系统统。分区分区给水系水系统技技术上的思索上的思索H=Z+H+h H=Z+H+h 管网最高接受水管网最高接受水压压HH、最小效力水、最小效力水头头H H以及水以及水头损头损失失hh确定后，就可以确确定后，就可以确定出管网最高承定出管网最高承压压下所允下所允许许的最大地的最大地形高差形高差ZZ，即确定出，即确定出给给水分区界限，水分区界限，当地形高差超越此当
8、地形高差超越此值时值时，就，就应进应进展分展分区。区。分区分区给水系水系统经济上的思索上的思索分区分区给水系水系统经济上的思索，目的是降低上的思索，目的是降低供水的供水的动力力费用。用。这时，需，需对管网管网进展能展能量分析，找出哪些是浪量分析，找出哪些是浪费的能量，分区后的能量，分区后如何减少如何减少这部分能量，以此作部分能量，以此作为选择分区分区给水的根据。水的根据。能量浪能量浪费：泵站站扬程根据控制点所需最小程根据控制点所需最小效力水效力水头和管网中的水和管网中的水头损失确定，除了失确定，除了控制点附近地域外，大部分控制点附近地域外，大部分给水区的管网水区的管网水水压高于高于实践所需的水
9、践所需的水压，多余的水，多余的水压耗耗费在用在用户给水水龙头的部分水的部分水头损失上，因失上，因此此产生能量浪生能量浪费。输水管的供水能量分析水管的供水能量分析未分区未分区时泵站供水的能量站供水的能量输水管的供水能量分析水管的供水能量分析未分区未分区时泵站供水能量的站供水能量的组成成输水管的供水能量分析水管的供水能量分析未分区未分区未分区未分区时泵时泵站供水能量的站供水能量的站供水能量的站供水能量的组组成成成成单单位位位位时间时间内水内水内水内水泵泵的的的的总总能量等于上述三部分能量之能量等于上述三部分能量之能量等于上述三部分能量之能量等于上述三部分能量之和：和：和：和：E=E1+E2+E3E
10、=E1+E2+E3总总能量中只需保能量中只需保能量中只需保能量中只需保证证最小效力水最小效力水最小效力水最小效力水头头的能量的能量的能量的能量E1E1得到有得到有得到有得到有效利用。由于效利用。由于效利用。由于效利用。由于给给水系水系水系水系统设计时统设计时，泵泵站流量和控制站流量和控制站流量和控制站流量和控制点水点水点水点水压压Zi+HiZi+Hi已定已定已定已定, ,所以所以所以所以E1E1不能减小。不能减小。不能减小。不能减小。第二部分能量第二部分能量第二部分能量第二部分能量E2E2耗耗耗耗费费于于于于输输水水水水过过程不可防止的水管程不可防止的水管程不可防止的水管程不可防止的水管摩阻。
11、摩阻。摩阻。摩阻。为为了降低了降低了降低了降低这这部分能量，必需减小部分能量，必需减小部分能量，必需减小部分能量，必需减小hijhij其措施其措施其措施其措施是适当放大管径，所以并不是一种是适当放大管径，所以并不是一种是适当放大管径，所以并不是一种是适当放大管径，所以并不是一种经济经济的的的的处处理方理方理方理方法。法。法。法。第三部分能量第三部分能量第三部分能量第三部分能量E3E3未能有效利用，属于浪未能有效利用，属于浪未能有效利用，属于浪未能有效利用，属于浪费费的能量，的能量，的能量，的能量，这这是集中是集中是集中是集中给给水系水系水系水系统统无法防止的缺陷，由于无法防止的缺陷，由于无法防
12、止的缺陷，由于无法防止的缺陷，由于泵泵站必站必站必站必需将全部流量按最需将全部流量按最需将全部流量按最需将全部流量按最远远或位置最高或位置最高或位置最高或位置最高处处用用用用户户所需的水所需的水所需的水所需的水压压保送。保送。保送。保送。也就是也就是也就是也就是说说，上述三部分能量中，只能降低，上述三部分能量中，只能降低，上述三部分能量中，只能降低，上述三部分能量中，只能降低E3E3。输水管的供水能量分析水管的供水能量分析能量利用率能量利用率 集中集中(未分区未分区)给水系水系统中供水能量利用中供水能量利用的程度，可用必需耗的程度，可用必需耗费的能量占的能量占总能量的能量的比例来表示，称比例来
13、表示，称为能量利用率：能量利用率：从上式看出，从上式看出，为了提高了提高输水能量利用率，水能量利用率，只需只需设法降低法降低E3E3值，这就是从就是从经济上思索上思索管网分区的管网分区的缘由。由。输水管的供水能量分析水管的供水能量分析输水管分区水管分区时供水能量分析供水能量分析能量分配能量分配图 绘制能量分配制能量分配图的目的的目的是确定分区界限和各区的是确定分区界限和各区的泵站位置。站位置。横坐横坐标将将节点流量点流量q1、q2 、q3 、q4等等值顺序按比例序按比例绘在横坐在横坐标上。各管段流量可从上。各管段流量可从节点点流量求出，例如管段流量求出，例如管段34的的流量流量q34等于等于q
14、1+q2+q3 ，泵站的供水量即管段站的供水量即管段45 的的流量流量q45等于等于q1+q2+q3+ q4等。等。输水管的供水能量分析水管的供水能量分析能量分配能量分配图纵坐坐标纵坐坐标上按比例上按比例绘出各出各节点的地面点的地面标高高Zi和所需最小效力和所需最小效力水水头Hi，得到假，得到假设干干以以qi为底、底、 Zi + Hi为高的矩形面高的矩形面积，这些面些面积的的总和等于和等于保保证最小效力水最小效力水头所需的能量，即所需的能量，即图中的中的E1部分。部分。输水管的供水能量分析水管的供水能量分析能量分配能量分配图纵坐坐标在在纵坐坐标上再上再绘出各管出各管段的水段的水头损失失h12、
15、 h23 、 h34 、 h45等，等，纵坐坐标总高度高度为H。 H为泵站站5的的扬程程H=H1+Z1+hij每一管段流量每一管段流量qij和相和相应水水头损失失hij所构成所构成的矩形面的矩形面积总和，等于和，等于抑制水管摩阻所需的能抑制水管摩阻所需的能量，即量，即图中的中的E2部份。部份。输水管的供水能量分析水管的供水能量分析能量分配能量分配图纵坐坐标由于由于泵站站总能量能量为E=q45H，且，且E=E1+E2+E3，所以除，所以除了了E1和和E2外，其他部外，其他部分面分面积就是无法利用而就是无法利用而浪浪费的能量的能量E3。它等。它等于以于以qi为底，底，过剩水剩水压Hi以以H4为例，
16、例，由右由右图可知，可知， H4=Z1+H1+h12+h23+h34- Z4-H4,该式与式式与式86相相对应为高的矩形面高的矩形面积之和，之和，在在图85中用中用E3表示。表示。输水管的供水能量分析水管的供水能量分析分区分区给水水对减少未加利用的能量减少未加利用的能量E3的作用的作用假假设在在节点点3处设加加压泵站，将站，将输水管分成水管分成两区，分区后，两区，分区后，泵站站5的的扬程只程只须满足足节点点3处的最小照的最小照务水水头，因此可从未分区，因此可从未分区时的的H降低到降低到H。从。从图看出，此看出，此时过剩水剩水压H3消逝，消逝，H4减小，因此减小了一部分减小，因此减小了一部分未利
17、用的能量。减小的未利用能量未利用的能量。减小的未利用能量值如如图85中阴影部分面中阴影部分面积所示。所示。输水管的供水能量分析水管的供水能量分析分区分区给水水对减少未加利用的能量减少未加利用的能量E3的作用的作用减小的未利用的能量等于：减小的未利用的能量等于：输水管的供水能量分析水管的供水能量分析以上是以上是输水管沿水管沿线有流量分出，管径和流有流量分出，管径和流量有量有变化的情况。化的情况。对于于输水管沿水管沿线无流量分出，管径和流量无流量分出，管径和流量没有没有变化的情况：化的情况： 分区后非但不能降低能量分区后非但不能降低能量费用，甚至基用，甚至基建和建和设备等等项费用反而添加，管理也用
18、反而添加，管理也趋于于复复杂。这时只需在只需在输水水间隔隔远、管内的水、管内的水压过高高时，才思索分区。，才思索分区。输水管的供水能量分析水管的供水能量分析平地上的平地上的输水管水管线能量分能量分配配图因沿因沿线各点各点(013)的的配水流量不均匀，从能量配水流量不均匀，从能量图上可以找出最大能上可以找出最大能够节约的能量的能量为0AB3矩形面矩形面积此矩形面此矩形面积是是12个矩个矩形中面形中面积最大的。因此最大的。因此加加压泵站可思索站可思索设在在节点点3处，节点点3将将输水管分成水管分成两区。两区。管网的供水能量分析管网的供水能量分析假定假定给水区地形从水区地形从泵站起均匀升高，全区站起
19、均匀升高，全区用水量均匀，要求的最小效力水用水量均匀，要求的最小效力水头一一样。设管网的管网的总水水头损失失为h，泵站吸水井水站吸水井水面和控制点地面高差面和控制点地面高差为Z。未分区未分区时，泵站的流量站的流量为Q，扬程程为 Hp=Z+H+h管网的供水能量分析管网的供水能量分析等分等分为两区两区时第一区水第一区水泵扬程程 H=Z/2+H+h/2 第一区最小效力水第一区最小效力水头与与泵站站总扬程程Hp相比相比极小极小时，那么，那么H可以略去不可以略去不计，得：，得： H=Z/2+h/2第二区水第二区水泵扬程程 第二区第二区泵站能利用第一区水站能利用第一区水压H时，H+H= Z/2+H+h/2
20、 那么那么H=Z/2+h/2 管网的供水能量分析管网的供水能量分析等分等分为两区两区时等分成两区后，所等分成两区后，所节约的能量的能量为Q/2(Z/2+h/2+H/2) = Q (Z+h+H) /4=E/4，如以下，如以下图阴影部分矩形面阴影部分矩形面积所示，所示，即比不分区即比不分区时最多可以最多可以节约1/4的供水能量。的供水能量。如以下如以下图所示：所示：总能量能量E=QHp 保保证最小效力水最小效力水头所需能量所需能量E1=(Z+H)Q/2 抑制水管摩阻所需的能量抑制水管摩阻所需的能量E2= (Q/2)h 剩余部分即剩余部分即为未利用能量未利用能量E3。管网的供水能量分析管网的供水能量
21、分析等分等分为两区两区时对于沿于沿线流量均匀分配的管网，最大能流量均匀分配的管网，最大能够节约能量能量为E3部分中的最大内接矩形部分中的最大内接矩形面面积，相当于将加，相当于将加压泵站站设在在给水区中水区中部的情况。也就是分成相等的两区部的情况。也就是分成相等的两区时，可使浪可使浪费的能量减到最少。的能量减到最少。管网的供水能量分析管网的供水能量分析分分为n区区时串串联分区分区管网的供水能量分析管网的供水能量分析分分为n区区时并并联分区分区管网的供水能量分析管网的供水能量分析由上述两式可知，无由上述两式可知，无由上述两式可知，无由上述两式可知，无论论串串串串联联分区或并分区或并分区或并分区或并
22、联联分区，分分区，分分区，分分区，分区后可以区后可以区后可以区后可以节节省的供水能量一省的供水能量一省的供水能量一省的供水能量一样样。普通按普通按普通按普通按节约节约能量的多少来划定分区界限，由于管能量的多少来划定分区界限，由于管能量的多少来划定分区界限，由于管能量的多少来划定分区界限，由于管网、网、网、网、泵泵站和水池的造价不大遭到分界限位置站和水池的造价不大遭到分界限位置站和水池的造价不大遭到分界限位置站和水池的造价不大遭到分界限位置变动变动的影响，所以思索能否分区以及的影响，所以思索能否分区以及的影响，所以思索能否分区以及的影响，所以思索能否分区以及选择选择分区方式分区方式分区方式分区方
23、式时时，应应根据地形、水源位置、用水量分布等根据地形、水源位置、用水量分布等根据地形、水源位置、用水量分布等根据地形、水源位置、用水量分布等详细详细条件，条件，条件，条件，拟拟定假定假定假定假设设干方案，干方案，干方案，干方案，进进展比展比展比展比较较。串串串串联联或并或并或并或并联联分区所分区所分区所分区所节约节约的能量相近，并的能量相近，并的能量相近，并的能量相近，并联联分区添分区添分区添分区添加了加了加了加了输输水管水管水管水管长长度，串度，串度，串度，串联联分区添加了分区添加了分区添加了分区添加了泵泵站，因此两站，因此两站，因此两站，因此两种布置方式的造价和管理种布置方式的造价和管理种
24、布置方式的造价和管理种布置方式的造价和管理费费用并不一用并不一用并不一用并不一样样。第三第三节 分区分区给水系水系统的的设计为使管网水使管网水压不超出水管所能接受的不超出水管所能接受的压力，力，以及减少无形的能量浪以及减少无形的能量浪费，可采用分区，可采用分区给水。水。管网分区后，将添加管网系管网分区后，将添加管网系统的造价，因的造价，因此此须进展技展技术上和上和经济上的比上的比较。如所。如所节约的能量的能量费用多于所添加的造价，那么可用多于所添加的造价，那么可思索分区思索分区给水。水。在分区在分区给水系水系统中，可以采用高地水池或中，可以采用高地水池或水塔作水塔作为水量水量调理理设备。容量一
25、。容量一样时，高，高地水池的造价比水塔廉价。地水池的造价比水塔廉价。分区分区给水系水系统的的设计并并联分区的分区的优点：各区用水由同一点：各区用水由同一泵站供站供应，供水比，供水比较可靠，管理也可靠，管理也较方便，整个方便，整个给水系水系统的任的任务情况情况较为简单，设计条件条件易与易与实践情况一致。践情况一致。并并联分区的缺陷：添加分区的缺陷：添加输水管造价。水管造价。串串联分区的分区的优点：点：输水管水管长度度较短，可用短，可用扬程程较低的水低的水泵和低和低压管。管。串串联分区的缺陷：不分区的缺陷：不够平安可靠，低区事平安可靠，低区事故影响高区供水；添加故影响高区供水；添加泵站的造价和管理
26、站的造价和管理费用。用。分区分区给水系水系统的的设计城市地形城市地形城市地形城市地形对对分区方式的影响分区方式的影响分区方式的影响分区方式的影响城市狭城市狭城市狭城市狭长长开展开展开展开展时时：采用并：采用并：采用并：采用并联联分区分区分区分区较较宜，因添加的宜，因添加的宜，因添加的宜，因添加的输输水管水管水管水管长长度不多，可是高、低两区的度不多，可是高、低两区的度不多，可是高、低两区的度不多，可是高、低两区的泵泵站可以集站可以集站可以集站可以集中管理；如中管理；如中管理；如中管理；如图图a a所示。所示。所示。所示。城市垂直于等高城市垂直于等高城市垂直于等高城市垂直于等高线线方向延伸方向延
27、伸方向延伸方向延伸时时：采用串：采用串：采用串：采用串联联分区更分区更分区更分区更为为适宜，如适宜，如适宜，如适宜，如图图b b所示。所示。所示。所示。分区分区给水系水系统的的设计水厂位置水厂位置水厂位置水厂位置对对分区方式的影响分区方式的影响分区方式的影响分区方式的影响水厂接近高区水厂接近高区水厂接近高区水厂接近高区时时：采用并：采用并：采用并：采用并联联分区分区分区分区较较宜，如宜，如宜，如宜，如图图a a所示。所示。所示。所示。水厂水厂水厂水厂远远离高区离高区离高区离高区时时：采用串：采用串：采用串：采用串联联分区更分区更分区更分区更为为适宜，以免适宜，以免适宜，以免适宜，以免到高区的到高区的到高区的到高区的输输水管水管水管水管过长过长，添加造价，如，添加造价，如，添加造价，如，添加造价，如图图b b所示。所示。所示。所示。
