给水管道工程课件-给水工程复习题 46页

《给水工程》复习题1给水系统1.1给水系统及其分类给水系统是指保证城市、工矿企业等用水的各项构筑物和输配水管网组成的系统。给水系统的分类：按水源种类分类，可分为地表水和地下水给水系统。按供水方式分类，可分为自流系统(重力),水泵供水(压力)和混合供水。按使用目的分类，可分为生活用水,生产给水和消防给水。按服务对象分类，可分为城市给水和工业给水(循环系统和复用系统)。按给水工程必须保证以足够的水量、合格的水质、充裕的水压供应生活用水、生产用水和其它用水，满足近期，兼顾今后。1.2给水系统的组成取水构筑物：用以从选定的水源(地表水和地下水)取水。水处理构筑物：布置在水厂范围内，将取水构筑物的来水进行处理，以期符合用户对水质的要求。泵站：用以将所需水量提升到要求的高度,可分一级泵站(抽取原水)、二级泵站(输送清水)和增压泵站。输水管渠和管网：输水管渠是将原水送到水厂的管渠。管网是将处理后的水送到各个给水的全部管道。调节构筑物：包括各种类型的贮水构筑物(如高地水池、水塔、清水池)，用以贮存和调节水量。其中后三者统称为输配水系统。1.3给水系统的布置形式统一给水系统：用同一系统供应生活、生产和消防等各种用水。可分为地表水为水源的给水系统和地下水为水源的给水系统。统一给水系统为绝大多数城市采用。分区给水系统：包括分质给水系统和分压给水系统。分质给水是指由同一水源，经过不同的水处理过程和管网，将不同水质的水供给各类用户，或由不同水源，经简单水处理后，供工业生产用水。分压给水是指由同一泵站的不同水泵分别供水到水压要求高的高压水网和水压要求低的低压水网，以节约能耗。地表水为水源的给水系统的工程设施包括：取水构筑物、一级泵站、水处理构筑物、清水池、二级泵站、管网和调节构筑物等组成。调节构筑物可根据实际情况增减。给水管网遍布整个给水区内，根据管道的功能可分为干管和分配管。地下水为水源的给水系统的工程设施包括：管井群、集水池、泵站、水塔和管网。地下水水质良好，一般可省去水处理构筑物，只需加氯消毒。当用户对水质和水压要求不同时，可采用分质和分压给水，以节约制水成本和节约能耗。1.4影响给水系统布置的因素城市规划的影响：①水源选择、给水系统布置和水源卫生防护地带的确定，都应以城市和工业区的建设规划为基础。②由城市计划人口数,房屋建筑等，得出整个给水工程的设计水量。③由工业布局，得知生产用水量分布及其要求。④由水利、水文、地质等资料，确定水源和取水构筑物位置。⑤由城市功能分区及用户对水量、水质和水压的要求，选定水厂和输配水系统的位置。⑥由城市地形和供水压力，以及用户对水质的要求，确定是否分系统给水。46\n水源的影响：主要包括水源种类、水源距给水区的远近、水质条件等方面。地表水源：水处理复杂。地下水源：水处理简单。高位水源：重力供水。水源丰富：多水源给水。水源缺乏：跨流域、远距离取水。地形的影响：中小城市如地形比较平坦，工业用水量小、对水压无特殊要求时，可用统一给水系统。大中城市被河流分隔时，两岸工业和居民用水先各自组成给水系统，再成为多水源的给水系统。取用地下水时，可能考虑到就近凿井取水的原则，而采用分地区供水的系统。地形起伏较大的城市，可采用分区给水或局部加压的给水系统。1.1工业给水系统工业用水常由城市管网供给。而且不同的工业企业的用水量以及对水质的要求有很大不同。有些工业企业用水量大，但对水质要求不高；有些工业企业用水量小，但水质要求远高于生活饮用水。工业用水量约占城市用水量的一半以上，因此要尽量重复利用。工业给水系统的类型：循环给水系统和复用给水系统。我国工业用水的重复利用率较低，只有50~60%。需改进工艺和设备，采用循环或复用给水系统，提高工业用水重复利用率，节约用水。1.2工业用水的水量平衡水量平衡是指冷却用水量和耗水量、循环回用水量、补充水量以及排水量保持平衡。水量平衡的目的是达到合理用水。通过改进生产工艺，减少耗水量，提高重复利用率，增大回用水量，以相应减少排水量。总用水量=总排水量总用水量：包括新鲜水、循环冷却水和回用水总排水量：包括生产废水和生产污水、冷却回水(工厂或车间内部)和重复用水(工厂或车间之间)。冷却塔进水量(冷却回水量+补充水量)＝冷却塔出水量(循环冷却水量)＋冷却水损耗量1.3冷却水损耗量＝循环冷却水量×损耗百分数（冷却水损耗量包括包括蒸发和排污水量，水量耗损率可取循环水量的6%。）补充水量＝循环冷却水量－冷却回水量＋损耗水量2设计用水量2.1设计用水量的组成①综合生活用水：包括居民生活用水和公共建筑及设施用水。居民生活用水指城市中居民的饮用、烹调、洗涤、冲厕、洗澡等日常生活用水；公共建筑及设施用水包括娱乐场所、宾馆、浴室、商业、学校和机关办公楼等用水。②工业企业生产用水和工作人员生活用水。③消防用水。④浇洒道路和绿地用水。⑤未预计水量及管网漏失水量。2.2用水量定额指设计年限内达到的用水水平，是确定设计用水量的主要依据。2.3用水量变化生活用水量随生活习惯和气候变化：假期比平日高，夏季比冬季用水多；在一日内，早晨起床后和晚饭前后用水量最多。工业冷却用水量随气温和水温而变化，夏季多于冬季。空调用水量(调节室温和湿度)在高温季节大(5~9月使用)。其它工业用水量比较均衡。用水量定额是一个平均值，在设计时须考虑每日、每时的用水量变化。最高日用水量：在设计规定的年限内，用水最多一日的用水量，一般用以确定给水系统中各类设施的规模。日变化系数(Kd)：在一年中，最高日用水量与平均日用水量的比值。Kd46\n与地理位置、气候、生活习惯和室内给排水设施程度有关。Kd值约为1.1~1.5。时变化系数(Kh)：最高一小时用水量与平均时用水量的比值。Kh值在1.3~1.6之间，大中城市的用水比较均匀，Kh值较小，可取下限，小城市可取上限或适当加大。1.1用水量计算城市或居住区的最高日生活用水量：工业生产用水量：工业企业职工的生活用水和淋浴用水量：浇洒道路和大面积绿化所需的水量：未预见水量和管网漏失水量：消防用水量：Q6=q6f6最高日设计用水量最高时设计用水量：2给水系统的工作情况2.1取水构筑物、一级泵站的设计流量取水构筑物、一级泵站及水厂的设计流量，都按最高日用水量(Qd)进行设计。2.2二级泵站、水塔（高地水池）、管网的设计流量二级泵站、从泵站到管网的输水管、管网和水塔等的计算流量，应按照用水量变化曲线和二级泵站工作曲线确定。二级泵站的设计流量也与管网中是否设置水塔或高地水池有关。不设水塔的二级泵站、输水管和管网的设计流量都按最高日最高时用水量计算。设有水塔二级泵站、从泵站到管网的输水管、管网和水塔等的计算流量：水塔能调节水泵供水和用水之间的流量差。二级泵站的设计流量采用分级供水，分级数不多于三级。各级的设计供水线尽量与用水线接近,以减小水塔的调节容积,相应的泵站工作的分级数或水泵机组数可能增加；每级供水应能选择到合适的泵型。二级泵站每小时供水量可以不等于用户每小时的用水量。但设计的最高日泵站的总供水量应等于最高日用户总用水量。(即满足最大日用水要求)。供水量高于用水量时,多余的水可进入水塔(或高地水池)内贮存;供水量低于用水量时,水塔供水以补充水泵供水的不足。输水管和管网的设计流量视水塔的位置而定：①管网起端设水塔（高地水池）：泵站到水塔的输水管直径按泵站分级工作线的最大一级供水量计算；管网仍按最高日最高时用水量设计。设计水量应按二级泵站的供水线最大一级供水量确定。②管网末端设水塔（高地水池）：泵站到管网的输水管的设计流量应按最高日最高时流量减去水塔（高地水池）输入管网的流量计算；管网仍按最高日最高时用水量设计。2.3清水池设在一级泵站(均匀供水)和二级泵站(分级供水)之间，用以调节两者供水量的差额。清水池的调节容积应等于A或B的面积；即累计贮存的水量等于累计取用的水量。46\n1.1水塔和清水池的容积计算水塔和清水池的作用：调节泵站供水量和用水量之间的流量差值。清水池的调节容积由一、二级泵站供水量曲线确定；水塔容积由二级泵站供水线和用水量曲线确定。当一级泵站和二级泵站每小时供水量相接近时，清水池的调节容积可以减小，但是为了调节二级泵站供水量和用水量之间的差额，水塔的容积将会增大。如果二级泵站每小时供水量越接近用水量，水塔的容积越小，但清水池的容积将增加。给水系统必须具有一定的水压，以保证给水送至用户。城市给水管网的最小服务水头：地面(1层)10m，2层12m，2层以上每层增加4m。个别高层建筑物或高地上的建筑物可单独设置局部加压设备。控制点：管网中控制水压的点。这一点往往位于离二级泵站最远或地形最高的点，只要该点的压力在最高用水量时可以达到最小服务水头的要求，整个管网就不会存在低压区。2管网和输水管渠布置2.1输水和配水系统的组成输水和配水系统是保证输水到给水区内并且配水到所有用户的全部设施。它包括：输水管渠、配水管网、泵站、水塔和水池等。对输水和配水系统的总要求是，供给用户所需的水量，保证配水管网足够的水压，保证不间断给水。2.2给水管网的布置要求按照城市规划平面图布置管网，布置时应考虑给水系统分期建设的可能，并留有充分的发展余地；管网布置必须保证供水安全可靠，当局部管网发生事故时，断水范围应减到最小；管线遍布在整个给水区内，保证用户有足够的水量和水压；力求以最短距离敷设管线，以降低管网造价和供水能量费用。2.3给水管网布置形式(1)树状网：适用于小城市和小型工矿企业，这类管网从水厂泵站或水塔到用户的管线布置成树枝状。供水可靠性较差。一处管线损坏,其后所有管线断水。在树状网的末端，用水量很小，管中的水流缓慢，水质容易变坏，有出现浑水和红水的可能。(2)环状网：管线连接成环状，这类管网当任一段管线损坏时，可以关闭附近的阀门使和其余管线隔开，进行检修，不影响其它管线供水，供水可靠性增加。环状网可以大大减轻因水锤作用产生的危害。环状网的造价明显地比树状网为高。2.4城市给水管网定线46\n城市给水管网定线是指在地形平面图上确定管线的走向和位置。定线时一股只限于管网的干管以及干管之间的连接管，不包括从干管到用户的分配管和接到用户的进水管。城市管网定线取决于平面布置，供水区的地形，水源和调节水池位置，街区和用户特别是大用户的分布，河流、铁路、桥梁等的位置等。定线要点：①干管延伸方向应和二级泵站输水到水池、水塔、大用户的水流方向一致。循水流方向，以最短的距离布置一条或数条干管，干管位置应从较大的街区通过，干管间距500~800m。②干管和干管之间的连接管使管网形成了环状网。连接管的作用在于局部管线损坏时，可以通过它更新分配流量，从而缩小断水范围，较可靠地保证供水。连接管间距800~1000m。③干管一般按城市规划道路定线，但尽量避免在高级路面或重要道路下通过，以减小今后检修时的困难。管线在道路下的平面位置和标高，应符合城市或厂区地下管线综合设计的要求，给水管线和建筑物、铁路以及其它管道的水平净距，均应参照有关规定。④管网中还须安排其他一些管线和附属设备。1.1工业企业管网管网布置特点：合用管网：生活用水与生产用水的水质和水量要求相同。分建管网：生活用水与生产用水的水质和水量要求不同。消防用水由生活或生产给水管网供给，不单独设管网。管网布置的布置形式：树状网：管网只供给生产车间、仓库和辅助设施的生活用水。环状网：生活和消防用水合并的管网。不能断水企业的生产用水管网；到个别距离较远的车间可用双管代替。多数情况下，生产用水管网采用环状网、双管、树状网的结合形式。管网定线：管网定线的原则是以最短的管线到达用水量最大的车间。定线和计算时，要考虑全部管线情况。1.2输水管渠输水管渠是指从水源到水厂或水厂到相距较远管网的管、渠。输水管渠类型：压力管渠、无压管渠。输水管渠定线方法：由现有的或测绘的地形图初步选则定线方案；进行现场沿线踏勘；从投资、施工和管理等方面，对各种方案进行经济技术比较后确定最终方案。1.3输水管渠定线原则①与城市建设规划相结合，尽量缩短线路长度，减少拆迁，少占农田，便于管渠施工和运行维护，保证供水安全；②选择最佳的地形和地质条件，尽量沿现有道路定线，以使施工和检修；③减少与铁路、公路和河流的交叉；避免穿越滑坡、岩层、沼泽、高地下水位和河水淹没与冲刷地区，以降低造价和便于管理。④遇到山嘴、山谷、山岳等障碍物以及穿越河流和干沟时，应从降低造价和便于管理方面考虑采取绕过(山嘴、山谷、山岳)，还是开凿(山嘴、隧洞)，还是使用倒虹管、过河管等。⑤采取绕道或有效措施穿过，避开工程地质不良地段或其他障碍物。1.4输水管渠的设置输水管渠的条数：一条输水管渠加用水区调节水池，或者两条输水管渠,并且每隔一定距离设连接管连通。输水管渠条数要根据输水量、事故时需保证的用水量、输水管渠长度、当地有无其他水源和用水量增长情况而定。当输水量小、输水管长、或有其他水源可以利用时，可考虑单管渠输水另加调节水池的方案。供水不许间断时，输水管渠一般不宜少于两条。输水干管和连通管管径及连通管根数，应按输水干管任何一段发生保障时仍能通过事故用水量计算确定。城镇的事故水量为设计水量的70%，工业企业的事故水量按有关工艺要求确定。当负有消防给水任务时，还应包括消防水量。输水方式：根据水源和给水区的地形高差及地形变化，输水管渠可以是重力式或压力式。水源低于给水区(例如取用江河水时)，需要采用泵站加压输水，根据地形高差、管线长度和水管承压能力等情况，有时需在输水途中再设置加压泵站。水源位置高于给水区(例如取用蓄水库水时)46\n，有可能采用重力管渠输水。重力管渠的定线比较简单，可敷设在水力坡线以下并且尽量按最短的距离供水。远距离输水时，地形往在有起有伏，采用压力式的较多。远距离输水时，一般情况往往是加压和重力输水两者的结合形式。有时虽然水源低于给水区，但个别地段也可借重力自流输水；水源高于给水区时，个别地段也有可能采用加压输水。输水管渠的附属构筑物及排气和放空设置：为避免输水管渠局部损坏时，输水量降低过多，可在平行的2条或3条输水管渠之间设置连接管，并装置必要的阀门，以缩小事故检修时的断水范围。输水管的最小坡度应大于1:5D(D为管径,mm)。输水管线坡度小于1:1000时，应每隔0.5~1km装置排气阀。在平坦地区，埋管时应人为地做成上升和下降的坡度，以便在管坡顶点设排气阀，管坡低处设泄水阀。排气阀一般以每公里设一个为宜，在管线起伏处应适当增设。管线埋深按当地条件决定,在严寒地区敷设的管线应注意防冻。1管段流量、管径和水头损失1.1管网计算的课题在给水工程总投资中，输水管渠和管网所占费用(包括管道、阀门、附属设施等)约占70%~80%。新建和扩建的城市管网按最高时用水量计算。对多种方案进行管网计算，可得到最佳给水管网方案。管网计算步骤：①求沿线流量和节点流量；②求管段计算流量；③确定各管段的管径和水头损失；④进行管网水力计算或技术经济计算；⑤确定水塔高度和水泵扬程。1.2管网简化方法管网分解：两管网由一条或两条管线连接，可把连接线断开，分解成两个管网。管线合并：管径较小、相互平行且靠近的管线。管线省略：水力条件影响较小、管径相对较小的管线。1.3管网计算术语节点：有集中流量进出、管道合并或分叉以及边界条件发生变化的地点，包括水源节点(泵站、水塔)、管线交接点、两管段交点。管段：两个相邻节点之间的管道。管线：顺序相连的若干管段。环：起点与终点重合的管线。基环：不包含其它环的环。大环：包含两个或两个以上基环的环。比流量qs：假定用水量均匀分布在全部干管上，由此算出干管线单位长度的流量。or式中，qs:比流量;Q:管网总用水量;Σq:大用户集中用水量总和;Σl:干管总长度;ql:沿线流量;l:管段长度；A：供水面积。沿线流量ql：指供给该管段两侧用户所需流量，即本管段沿程配水产生的流量，顺水流方向逐渐减小。or转输流量qt：通过该管段输送到下游管段的流量，沿整个管段不变。1.4节点流量节点流量：从沿线流量折算得出的,并且假设是在节点集中流出的流量。计算方法：将沿线流量按适当比例分配到两个节点上，转换成从两个节点流出的流量，就成为节点流量。沿线流量转换成节点流量的原则：管段的水头损失相同，即求出一个沿线不变的折算流量q，使它产生的水头损失等于实际上沿管线变化的流量。46\n折算系数α：通常取0.5。任一节点i的节点流量等于与该节点相连各管段的沿线流量qi总和的一半，即。工业企业等大用户的流量或用水量大的车间流量可直接作为节点流量。管网图上的流量主要表示为由沿线流量折算的节点流量和大用户的集中流量。P34例题1.1单水源的树状网的流量分配树状管网的管段流量具有唯一性,任一管段的流量等于该段以后所有节点流量的总和。1.2环状网的流量分配任一节点的流量包括节点流量、流向和流离该节点管段流量。分配流量应保持每一节点的水流连续性，满足节点流量平衡，即流向任一节点的流量等于流离该节点的流量，。在流量分配时，使环状网中某些管段的流量为零，即将环状网改成树状网，才能得到最经济的流量分配，但是树状网并不能保证可靠供水。环状网流量分配时，应同时照顾经济性和可靠性，即在满足可靠性的要求下，力求管网最为经济。经济性是指流量分配后得到的管径，应使一定年限内的管网建造费用和管理费用为最小。可靠性是指能向用户不间断地供水，并且保证应有的水量、水压和水质。环状网流量分配步骤：①按照管网的主要供水方向，初步拟定各管段的水流方向，并选定整个管网的控制点。控制点是管网正常工作时和事故时必须保证所需水压的点，一般选在给水区内离二级泵站最远或地形较高之处）。②从二级泵站到控制点之间选定几条主要的平行干管线。这些平行干管中尽可能均匀地分配流量，并且符合水流连续性(满足节点流量平衡)的条件。这样，当其中一条干管损坏、流量由其它干管转输时，不会使这些干管中的流量增加过多。③和干管线垂直的连接管可分配较少的流量。连接管的作用主要是沟通平行干管之间的流量，有时起一些输水作用、有时只是就近供水到用户，平时流量一般不大、只有在干管损坏时才转输较大的流量。1.3管径计算管径计算管段的直径应按分配后的流量确定。水流速度的选择：①从技术上考虑，水流的最大速度应不超过2.5~3.0m/s(防止水锤)，最小速度不得小于0.6m/s(防止沉积)。②从经济上考虑，较大的水流速度可减小管道直径，降低工程造价；但由于水流速度大而会导致水头损失增加，从而加大运行的动力费用。③合理的流速应该使得在一定年限（投资偿还期）内管网造价与运行费用之和最小。平均经济流速：管径D=100～400mm，平均经济流速0.6～0.9m/s；管径D≥400mm，平均经济流速0.9～1.4m/s1.4水头损失计算46\n均匀流基本公式：由得式中，C：谢才系数,m1/2·s；i：水力坡度；R：水力半径,m；λ：阻力系数，管段的沿程水头损失：式中，a：比阻，；q：流量；l：管段长度；s：水管摩阻，s=al。水头损失一般公式：当n=2时,h=alq2=sq2。给水管的水流流态分为三种情况：①阻力平方区，此时比阻a值仅和管径及水管内壁粗糙度有关，而和Re数无关，例如旧铸铁管和旧钢管在流速v≥1.2m/s时或金属管内壁无特殊防腐措施时，就属于这种情况；②过渡区，此时，比阻a值和管径、水管内壁粗糙度以及Re数有关，例如旧铸铁管和旧钢管在流速。v<1.2m/s时．以及石棉水泥管在各种流速时的情况；③水力光滑区，此时比阻a值和管径及Re数有关，但和水管内壁粗糙度无关，例如应用塑料管和玻璃管时。1.1管网计算基础方程管网计算目的：求出各水源节点（如泵站、水塔等）的供水量、各管段中的流量和管径以及全部节点的水压。管网计算基础方程：环状管网：Ｐ=Ｊ+Ｌ-1树状管网：Ｐ=Ｊ-1式中，Ｐ:管段数;Ｊ:节点数;Ｌ:基环数2管网水力计算2.1树状管网计算某城市供水区用水人口5万人，最高日用水量定额为150Ｌ/(人·ｄ)，要求最小服务水头为16ｍ。节点４接某工厂，工业用水量为400ｍ3/ｄ，两班制，均匀使用。城市地形平坦，地面标高为5.00ｍ。1．计算总用水量设计最高日生活用水量：50000×0.15＝7500m3/d＝86.81L/s工业用水量：400÷16＝25m3/h＝6.94L/s管段管段长度(m)沿线流量（L/s）0～1300300×0.0358＝10.741～2150150×0.0358＝5.372～3250250×0.0358＝8.951～4450450×0.0358＝16.114～8650650×0.0358＝23.274～5230230×0.0358＝8.235～6190190×0.0358＝6.806～7205205×0.0358＝7.34合计242586.81总水量为：ΣQ＝86.81＋6.94＝93.75L/s2．计算管线总长度ΣL＝2425m，其中水塔到节点0的管段两侧无用户不计入。3．计算比流量qs=(Q-Σq)/ΣL=(93.75-6.94)÷2425＝0.0358L/s4．计算沿线流量计算结果见右图。5．计算节点流量46\n节点节点流量（L/s）00~10.5×10.74＝5.3710~1,1~2,1~40.5×(10.74+5.37+16.11)＝16.1121~2,2~30.5×(5.37+8.95)＝7.1632~30.5×8.95＝4.4841~4,4~8,4~50.5×(16.11+23.27+8.23)＝23.8054~5,5~60.5×(8.23+6.80)＝7.5265~6,6~70.5×(6.80+7.34)＝7.0776~70.5×7.34＝3.6784~80.5×23.27＝11.63合计 86.816．干管管段的水力计算管径（mm）平均经济流速（m/s）D=100～4000.6～0.9D≥4000.9～1.4(1)选定节点8为控制点，按经济流速确定管径(见右表)。(2)水头损失由下式计算或查表5-2，表5-3计算。(舍维列夫公式)管段流量(L/s)流速(m/s)管径(mm)管长(m)水头损失(m)水塔～093.750.754006001.270～188.380.704003000.561～460.630.863004501.754～811.630.661506503.95Σh=7.53节点水压标高最小服务水头地面标高节点416.005.003.9524.95节点124.951.7526.70节点026.700.5627.2646\n水塔27.261.2728.537．支管水力计算(1)各支线允许水头损失为两节点的高程差与管线长度的比值，支线各管段水头损失之和不得大于允许水头损失。管段起端水位(m)终端水位(m)允许水头损失(m)管长(m)平均水力坡度1~326.7021.005.704000.014254~724.9521.003.956250.00632(2)各支管的水力计算方法同干管计算。管段流量(L/s)管径(mm)水力坡度水头损失(m)1～211.64150(100)0.006171.85(16.8)2～34.481000.008292.074～518.26200(150)0.003370.64(3.46)5～610.741500.006311.456～73.671000.005811.198．确定水塔高度和水泵扬程(1)水塔高度(水柜底到地面高度)：(2)水泵扬程（需要根据水塔的水深、吸水井最低水位标高、水泵吸水管路和压水管水头损失计算确定）：1.1环状网计算：哈代-克罗斯法——水头平差法计算步骤：①根据连续性条件初步分配管段流量；②计算各管段的水头损失；③以顺时针方向为正，逆时针方向为负，计算各环的水头损失闭合差；④计算各管段的水头损失sijqij和每一环的水头损失Σsijqij；⑤计算各环的校正流量；⑥将管段流量加上校正流量重新计算水头损失，直到最大闭合差小于允许误差为止。（1）水头损失闭合差Δhi图中的qi-j为管段初步分配流量，Δh>0，需进行流量校正，具体方法是在初步分配流量中加一个环校正流量Δq，使水头损失闭合差Δh=0，注：对于2-5管段同时受环Ⅰ和环Ⅱ的环校正流量。规定顺时针方向为正，逆时针方向为负。（2）环校正流量Δqi将二项式展开，忽略相邻环校正流量和二阶微量的影响。46\n（3）一次校正流量各管段的一次校正流量为初步分配流量qij与环校正流量Δqi的代数和。（4）核算水头损失闭合差由一次校正流量计算各环的水头损失闭合差，若小于允许值(<0.5m)，则满足要求，计算完毕；若大于允许值，须重复同样步骤计算，直至水头损失闭合差小于允许值为止。（5）校正流量即为设计流量。（6）其他计算同树状管网计算。内容包括：①选定控制点；②按经济流速确定管径；③由舍维列夫公式计算或查表5-2，表5-3计算水头损失；④计算各管段两节点的高程差（hij=li）；⑤确定水塔高度和水泵扬程。P55例题1.1最大闭合差的环校正法最大闭合差校正法就是在每次平差时选择闭合差最大的环进行平差。而不是对每一个环进行平差，因此，最大闭合差校正法可使计算工作量减小。最大闭合差校正法：①计算每个环的水头损失闭合差Δhi，顺时针方向为正，逆时针方向为负；②将相同方向的Δhi合并；③确定最大闭合差，如同所示的虚线表示的大环；④仅对大环进行流量校正，其方法同上。管网平差过程中，任一环的校正流量都会对相邻环产生影响。一般说来，闭合差越大校正流量越大，对邻环的影响也就越大。对闭合差方向相同的邻环会加大其闭合差，对闭合差方向相反的相邻环则会缩小闭合差。最大闭合差可以是最大基环的闭合差，可以是闭合差方向相同的几个基环连成的大环闭合差。调整流量后，大环闭合差将减小，相应地大环内各基环的闭合差同时减小；并且与大环相邻的方向相反闭合差也同时减小。1.2多水源管网计算多水源给水管网的平差，只需将S个水源节点用一个虚节点相连接，构成一个含有S-1个虚环的单水源给水系统。水源节点与虚节点相连接的管段称为虚管段，虚管段中的流量等于水源节点的供水量，管段流量方向是从虚节点流向水源节点。虚管段的水头损失等于各水源节点水压，方向是水源节点指向虚节点。1.3管网计算时的水泵特性方程水泵高效区的流量与扬程之间的关系可用二次曲线模拟。由不同流量所对应的扬程可求出水泵摩阻s：46\n流量为零时的扬程Hb可表示为：水泵的流量和扬程的选择，需保证水泵处于高效区。1.1管网流量和水压的核算管网的管径和水泵扬程是按设计年限内最高日最高时的用水量和水压进行计算。但在实际过程中，还存在其它用水量(如消防、最大转输和发生事故时的用水量)。因此需要进行消防、最大转输和发生事故时的流量和水压核算，以确保经济合理地供水。通过核算，可能需将个别管段的直径适当放大，或另选合适的水泵。（1）消防时的流量和压力核算消防时的管网核算是以最高时用水量确定的管径为基础，然后按最高用水时另行增加消防时的流量进行流量分配。水量核算：在控制点另外增加一个集中的消防流量，即节点流量等于最大用水小时节点流量加消防流量。根据城镇和各类建筑的规模，确定同一时间发生的火灾次数以及一次灭火用水量。按照满足最不利条件的原则，将着火点放在控制点及远离泵站的大用户处。水压核算：水泵扬程满足最不利消火栓处水压10mH2O。水泵扬程按最高用水量确定后一般不作改变。消防时，管网流量增大，水头损失增加，可通过放大个别管径以减小水头损失，或增设消防水泵。（2）最大转输时的流量和压力核算设置对置水塔的管网，在最高用水时，由水泵和水塔同时供水，此时水塔的高度必定高于控制点(位于对置水塔的供水分界线上)的自由水头。当最大转输流量时，水泵必须能供水到水塔，因此这种管网还应按最大转输时流量来核算。最大转输时节点流量：水泵扬程满足水塔最高水位。46\n（3）事故时的流量和压力核算管网主要管线损坏时必须检修，在检修时间内供水量允许减少，一般按最不利管道损坏而需断水检修的条件，核算事故时的流量和压力是否符合要求。事故时的节点流量等于最高用水量的70%。按70%Qh重新分配流量，重新进行计算。水泵扬程满足最小服务水头。1.1输水管渠计算输水管渠计算的任务：确定管径和水头损失。从水源到城市水厂的输水管渠设计流量，应按最高日平均时供水量加自用水量确定。当远距离输水时，还应计入管渠漏失水量。管网内有调节构筑物时，需考虑其用水量。供应消防用水时，应包括消防补充流量或消防流量。确定大型输水管的尺寸时，应考虑具体埋设条件、所用材料、附属构筑物数量和特点、输水管渠条数等。平行工作的管渠条数，应从可靠性和建造费用来比较。用一条管渠输水，则发生事故时，在修复期内会完全停水；增加平行管渠数，则当其中一条损坏时，虽然可以提高事故时的供水量，但是建造费用将增加。1.2重力供水时的压力输水管渠计算（水源在高地，水位高差足够）已知输水量为Q，水位差H=Z-Z0(位置水头)，平行敷设直径和长度相同的输水管线n条，每条管线的流量为Q/n。系统水头损失：（s:每条管线的摩阻）当一条管线损坏时，平行的输水管线为n-１条事故时水头损失：s=al,a=64/(π2C2D5),a不变,l不变,故s=sa重力输水系统的位置水头H已定，正常和事故时的水头损失都应等于位置水头，即h=ha=Z-Z0，故事故时流量：平行敷设两条彼此独立的输水管，若一条管线损坏时，a=0.5,不能保证不间断供水(城市的事故用水量规定为设计水量的70%)。若要保证70%的设计流量，需要平行布置四条输水管。a=(4-3)/4=0.7546\n实际情况是在平行管线之间用连接管相接。设平行输水管线数为2，连接管线数为2，输水管由两条连接管均分为三段，每一段的摩阻为s。正常时水头损失：事故时水头损失：由h=ha得设平行输水管线数为2，连接管线数为n，输水管由两条连接管均分为n+1段，每一段的摩阻为s。n12341020a0.6320.7070.7560.7910.8770.933由h=ha得1.1水泵供水时的压力输水管渠计算水泵供水时，流量Q受到水泵扬程的影响，而输水量的变化也会影响输水管起点的水压。(1)水泵供水的实际流量可由水泵特性曲线和输水管特性曲线求出。正常时输水管特性曲线：水泵特性曲线：(2)输水管用n-1条连接管等分成n段,其中任一管段发生故障时。故障时输水管特性曲线：(3)求解正常时的输水管流量（即求b点的流量）(4)求解故障时的输水管流量（即求a点的流量）46\n(5)故障时和正常时的流量比(6)按事故用水量时设计用水量的70%,即a=0.7的要求，所需分段数n1分区给水系统1.1分区给水分区给水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。各区之间用应急管道连通，以保证供水可靠和调度灵活。分区给水的技术原因：均衡管网水压，实现管网低压供水，从而减少漏失水量并避免管道及附件的损坏。分区给水的经济原因：降低供水能量费用。给水区很大、地形高差显著、或远距离输水时，都有可能考虑分区给水问题。分区的形式：并联分区和串联分区。并联分区：给水区地形起伏、高差很大时采用。泵站共用,由低压水泵和高压水泵分别向高区和低区供水。管理方便,安全性高。输水管道较长，造价增加；高区靠近水源处的压力大，需耐高压管材。串联分区：城区面积大、管线延伸长，水头损失过大的情况采用。泵站分建，高区水泵从低区末端的贮水池取水。进入贮水池前的自由水头被浪费，贮水池容积较大，安全性较差。重力输水管分区：防止水管承受压力过高时。分段建造水池，以降低管网的水压，保证工作正常。1.2管网中最高水压受管材和接口的限制，水压最好不超过490~590kPa(50~60mH2O)46\n地形高差ΔZ大，供水距离长，导致供水最高水压过大。从控制点起，管网的水压逐步高于实际所需的水压(Δh)，多余的水压造成能量浪费。实行分区给水，可减小水压，降低能量浪费。1.1输水管的供水能量分析1.未分区(集中)给水时泵站供水能量：（1）未分区给水时泵站供水能量组成分析：①保证最小服务水头所需的能量：②克服水管摩阻所需的能量：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。③未利用的能量：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。（2）未分区给水时泵站供水能量分析图：46\n（3）未分区给水时能量利用率集中(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，这就是从经济上考虑管网分区的原因。2.分区给水时泵站供水能量在节点3处设加泵站，将输水管分成两区，泵站5只须满足节点3处的最小服务水头。（1）分区后未利用的能量的减少值ΔE3将管网分为2个区分区后减少了部分未利用能量，下图中黄色部分。（2）分区后供水能量分析图46\n（3）分区供水实例当一条输水管的管径和流量相同时，即沿线无流量分出时，分区后非但不能降低能量费用，甚至基建和设备费反而增加，管理也趋于复杂。只有在输水距离远、管内的水压过高，才考虑分区。下图为位于平地上的输水管线能量分配图，沿线各点的流量分配不均匀，从能量图上可以找出最大可能节约的能量为0AB3矩形面积。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。1.1管网的供水能量分析系统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。（1）未分区时泵站流量：Q扬程：Hp=△Z+H+∑h（2）等分为两区时第一区水泵扬程HI=△Z/2+H+∑h/2省略H得：HI=△Z/2+∑h/2第二区水泵扬程第二区泵站能利用第一区水压H时，HII+H=△Z/2+H+∑h/2则HII=△Z/2+∑h/2（3）管网分区供水能量分析图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)∑h46\n剩余部分即为未利用能量E3=(△Z+H+∑h)Q/2等分成两区所节约的能量分成相等的两区时，可使浪费的能量减到最少。1.1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。1.2分区的特点并联分区：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。缺点：增加输水管造价。串联分区：优点：输水管长度较短，可用扬程较低的水泵和低压管。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。1.3分区的形式（1）城市地形的影响：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。城市垂直于等高线方向延伸时：采用串联分区更为适宜。（2）水厂位置的影响：水厂靠近高区时：采用并联分区较宜。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。2水管、管网附件和附属构筑物2.1水管性能要求密闭性能好。减少水量漏失，降低产销差率，避免管网检修时外界污水渗入，保证管网有效而经济地工作。强度高。可以承受各种内外荷载。化学稳定性好。管道内壁具有耐腐蚀性，不会受到水中各种物质的侵蚀，同时也不会向水中析出有毒有害物质。水力条件好。内壁光滑、不易结垢、水头损失小。施工维修方便。水管接口施工简便，可靠。尽可能缩短维修所造成的停水时间。建设投资省。管网建设费用占总费用的50%~70%，管材的价格占管道综合工程50%以上。使用寿命长。管网扩建对城市交通、环境产生很大影响，一般按永久性工程设施进行设计。2.2水管的种类（管材选择取决于水压、荷载、埋管条件及供应情况）金属管铸铁管CIP灰口铸铁管GCIP(连续铸铁管)离心灰口铸铁管半连续灰口铸铁管稀土铸铁管中小口径延性铸铁管DCIP(球墨铸铁管)退火球墨铸铁管铸态球墨铸铁管中小口径钢管SP焊接钢管直缝焊接钢管螺旋焊接钢管大口径无缝钢管不锈钢管中小口径46\n镀锌钢管钢塑复合管小口径有色金属管铜管铝管小口径非金属管水泥压力管石棉水泥管ACP现已不推广使用预应力管PCP管芯缠丝预应力管(三阶段管)振动挤压预应力管(一阶段管)钢筒预应力管PCCP大中口径自应力管SSCP在小城镇及农村用于中小口径管道塑料管热塑性塑料管硬聚氯乙烯管UPVC中小口径高密度聚乙烯管HDPE聚乙烯夹铝复合管HAH交联聚乙烯管PEX聚丙烯管PP聚丁烯管PB尼龙管PA小口径丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚工程塑料管ABS水厂投加氯及净水剂热固性塑料管玻璃纤维增强树脂塑料管或玻璃钢管GRP离心浇铸成型法大口径玻璃纤维缠绕法（1）连续铸铁管性能特点：①有较强的耐腐蚀性；②质地较脆,抗冲击和抗震能力较差；③重量较大,口径小；④常发生接口漏水,水管断裂和爆管事故。在供水工程中基本不再采用。接口形式：①承插式：接口时施工麻烦,劳动强度大。适用于埋地管线。②法兰式：接口严密,检修方便。连接泵站内或水塔进出水管。标准管件:用于转弯、分支、直径变化和连接其它附属设备。（2）球墨铸铁管球墨(延性)铸铁管制造方法：用低硫、低磷的优质铸铁熔炼后，经球化处理，使其中的碳以球状游离石墨的形式存在，消除了片状石墨引起的金属晶体连续性被割断的缺陷。性能：保留了铸铁的铸造性、耐腐蚀性，又增加了抗拉性、延伸性、弯曲性和耐冲击性。①机械性能好，其强度是灰铸铁管的多倍。②抗腐蚀性能远高于钢管，是理想的管材。③球墨铸铁管的重量较轻。④很少发生爆管、渗水和漏水现象，可以减少管网漏损率和管网维修费用。接口形式：推入式楔性胶圈柔性接口和法兰式接口。（3）钢管类型：直缝焊接钢管、螺旋焊接钢管、无缝钢管、不锈钢管、镀锌钢管、钢塑复合管等。性能特点：①耐高压、耐振动；②刚度小，易变形，承受外荷载的稳定性差；③耐腐蚀性差，管壁内外都需有防腐措施，钢管衬里及外防腐成本高，必要时还需作阴极保护，因此造价较高；④重量较轻、单管的长度大和接口方便。通常只用在管径大和水压高，地质地形复杂地区。接口形式：焊接或法兰接口。大口径钢管通常选用A3镇静钢钢板焊制作，对复杂地形适应性强。施工过程中焊接工作量大，有缺陷的焊缝会出现应力集中，出现爆裂事故。镀锌钢管存在锈蚀问题，影响水质和使用年限，已经停止在饮用水方面的应用，主要用于消火栓和自动喷水灭火系统。生活用水采用的镀锌钢管为内衬聚乙烯或聚丙烯的镀锌钢管。镀锌钢管衬塑有两种方式，一种是内部衬涂聚乙烯，另一种是在薄镀锌钢管内部挤压聚乙烯管。前一种方式涂衬层既不容易粘牢，也不容易衬匀；后一种方式效果较好，钢塑复合管的连接管件内部，也都衬有聚乙烯。（4）预应力钢筋混凝土管预应力钢筋混凝土管是通过机械张拉钢筋产生预应力的。46\n预应力钢筋混凝土管类型：管芯缠丝预应力管(三阶段管)､振动挤压预应力管(一阶段管)､钢筒预应力管(PCCP)。钢筒预应力管是钢筒与混凝土的复合管，管芯为混凝土，在管芯外壁或中部埋入厚1.5mm的钢筒，采用机械张拉在管芯上缠绕一层或两层施加环向预应力的高强度钢丝，然后在外部喷水泥砂浆保护层。预应力钢筋混凝土管造价低，抗震性能强，管壁光滑，水力条件好，耐腐蚀，爆管率低，具有良好的抗渗性和耐久性。重量大，不便于运输和安装。（5）自应力钢筋混凝土管自应力钢筋混凝土管是利用自应力水泥的膨胀力张拉钢筋而产生预应力的。适合较小管径。自应力管用425号或525号普通硅酸盐水泥，按适当比例加工制成，所用钢筋为低碳冷拨钢丝或钢丝网，规格一般在100～600mm之间，强度较低，容易出现二次膨胀及横向断裂，工艺简单，制管成本较低，在小城镇及农村供水系统中使用较普遍。连接形式：采用橡胶圈密封的承插字母口，施工安装比较简单。水泥管材的缺点：①水泥工业对环境造成的污染严重，生产加工能耗高，浪费资源。②重量大、不便于运输、施工复杂、工程周期长。③连接质量低、易泄漏（PCCP管除外）。④与塑料管道相比，水泥管道光滑度较差，可能在内壁滋生细菌，影响水质。⑤寿命短，水泥管抗腐蚀性差。（6）塑料管塑料管类型：硬聚氯乙烯管(UPVC)､聚乙烯管(PE)､高密度聚乙烯管(HDPE)､中密度聚乙烯管(MDPE)､低密度聚乙烯管(LDPE)､聚乙烯夹铝复合管(HAH)､交联聚乙烯管(PEX)､聚丙烯管(PP)､聚丁烯管(PB)､工程塑料管(ABS)。塑料给水管制造能耗低(以长度计，仅为金属管道的18.7％)、内表面光滑、水力条件优越、不生锈、不结垢、水质卫生、没有管道二次污染、重量轻、加工和接口方便、安装劳动强度低、节约综合施工费用。管材强度低、对基础及回填土要求较高、膨胀系数较大、需考虑温度补偿措施、抗紫外线能力较弱、存在应变腐蚀问题（以蠕变系数来表示）。热塑性塑料：热塑性塑料指具有加热软化、冷却硬化特性的塑料。加热时变软以至流动，冷却变硬，这种过程是可逆的，可以反复进行。日常生活中使用的大部分塑料属于这个范畴。热塑性塑料中树脂分子链都是线型或带支链的结构,分子链之间无化学键产生,加热时软化流动,冷却变硬的过程是物理变化。热塑性塑料的突出缺点是强度和刚度较低。热塑性塑料可分为泛用塑料、泛用工程塑料、高性能工程塑料等三类。热塑性塑料有：聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)、聚甲基丙烯酸甲酯(有机玻璃)(PMMA)、尼龙(Nylon)(锦纶)[尼龙66(聚己二酰己二胺)、尼龙6(为聚酰胺6)]、聚碳酸酯(PC)、聚氨酯(PU)、聚四氟乙烯(特富龙,PTFE)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(涤纶)(PET，PETE)、丙烯酸类塑料、聚砜、聚苯醚、氯化聚醚等。增强热塑性塑料管：一类以提高抗内压能力为目标。三层结构，内外层是各种热塑性塑料，中间层是增强材料（各种纤维或金属）。称为增强热塑性塑料管(ReinforcedThermoplasticPipes,RTP)。另一类不仅要求提高抗内压，而且要求提高抗外压。多层结构（5层以上），除了各种热塑性塑料层以外，分别有抗内压，抗外压和实现其他功能的层。称为挠性管(FlexiblePipe,FP)。热固性塑料:46\n热固性塑料是指在受热或其他条件下能固化或具有不溶（熔）特性的塑料，如酚醛塑料、环氧塑料等。热固性塑料第一次加热时可以软化流动，加热到一定温度，产生化学反应一交链固化而变硬，这种变化是不可逆的，此后，再次加热时，已不能再变软流动了。热固性塑料的树脂固化前是线型或带支链的，固化后分子链之间形成化学键，成为三度的网状结构，不仅不能再熔触，在溶剂中也不能溶解。正是借助这种特性进行成型加工，利用第一次加热时的塑化流动，在压力下充满型腔，进而固化成为确定形状和尺寸的制品。热固性塑料主要用于隔热、耐磨、绝缘、耐高压电等在恶劣环境中使用的塑料，大部分是热固性塑料，最常用的应该是炒锅锅把手和高低压电器。常用的热固性塑料品种有酚醛树脂、脲醛树脂、三聚氰胺树脂、不饱和聚酯树脂、环氧树脂、有机硅树脂、聚氨酯等。热固性塑料类型：甲醛交联型：酚醛塑料、氨基塑料(如脲－甲醛－三聚氰胺－甲醛等)；其他交联型：不饱和聚酯、环氧树脂、邻苯二甲二烯丙酯树脂等。（7）玻璃钢管热固性塑料管通常是指玻纤维增强树脂塑料管(GlassReforcedPlastics,GRP)，又称玻璃钢管。玻璃钢管的特点是强度较高,重量轻,耐腐蚀,不结垢,内壁光滑,阻力小,在相同管径、相同流量条件下,比金属管道和混凝土管道水头损失小,节省能耗。玻璃钢管生产工艺复杂，价格较高，相对而言管壁薄，属于柔性管道，对基础与回填要求较高，也存在应变腐蚀问题。PCCP管与钢管比较：①壁厚远大于钢管，刚性强，能承受较大的外荷载，对基础及回填土要求不高；②采用钢制承插口柔性连接，可边开挖、边安装、边试压、边覆土，施工快捷；③有1～3°的借转角，适应于软土地区由于基础处理不均匀而产生的不均匀沉降；④内壁表面光滑，水头损失小；⑤耐腐蚀性好，寿命一般可达60a以上；⑥管线综合造价和维修费用低；⑦可节约钢材40%～70%。PCCP管与普通预应力混凝土管相比：①PCCP管的抗渗性能由内置的焊接钢筒保证，普通预应力混凝土管的抗渗能力取决于混凝土的密实性；②PCCP管采用钢制承插口，可以保证工作面间隙差≤1.6mm，而普通预应力混凝土管承插口工作面间隙差≤12mm，其水密性和耐久性都不如PCCP管；③施工过程中可利用钢制承插口采用多种形式的限制性接头或现场焊接接头，减少因需平衡推力而设置止推挡墩的费用。1.1阀门阀门是流体管路的控制装置，其基本功能是接通或切断管路介质的流通，改变介质的流动方向，调节介质的压力和流量，保护管路的设备的正常运行。阀门的分类：①按作用和用途分类：截断类、止回类、安全类、调节类、分流类和特殊用途类；②按结构特征分类：截门形、旋塞和球形、闸门形、旋启形、蝶形和滑阀形；③按连接方法分类：螺纹连接、法兰连接、焊接连接、卡箍连接、卡套连接和对夹连接；④按驱动方式分类：自动阀、电动阀、气动阀、液动阀和手动阀。此外，按公称压力、工作温度、法体材料和开关方向，还可分成不同类型。阀门类型：(1)截断类：接通或截断管路中的介质。如闸阀、截止阀、旋塞阀、球阀、蝶阀、针型阀、隔膜阀等。(2)止回类：防止管路中的介质倒流、防止泵及驱动电机反转，以及容器介质的泄漏。如止回阀(单向阀或逆止阀)，止回阀属于一种自动阀门。(3)安全类：防止管路或装置中的介质压力超过规定数值，从而达到安全保护的目的。如安全阀、防爆阀、事故阀等。(4)调节类：调节介质的压力、流量等参数，如调节阀、节流阀和减压阀。(5)分流类：分配、分离或混合管路中的介质，如分配阀、三通阀、疏水阀。(6)特殊用途类：如清管阀、放空阀、排污阀、排气阀等。排气阀是管道系统中必不可少的辅助元件，广泛应用于锅炉、空调、石油天然气、给排水管道中。往往安装在制高点或弯头等处，排除管道中多余气体、提高管道路使用效率及降低能耗。46\n1.1闸阀关闭件(闸板)由阀杆带动，沿阀座密封面作升降运动的阀门。闸阀具有流体阻力小、开闭所需外力较小、介质的流向不受限制等优点；外形尺寸和开启高度都较大、安装所需空间较大、水中有杂质落入阀座后阀不能关闭严密、关闭过程中密封面间的相对摩擦容易引起擦伤现象。1.2蝶阀蝶阀是指启闭件(蝶板)绕固定轴旋转的阀门。蝶阀具有操作力矩小、开闭时间短、安装空间小、重量轻等优点；蝶阀的主要缺点是蝶板占据一定的过水断面，增大水头损失，且易挂积杂物和纤维。1.3截止阀截止阀是关闭件(阀瓣)沿阀座中心线移动的阀门。截止阀在开闭过程中密封面的摩擦力比闸阀小，耐磨；开启高度小；通常只有一个密封面，制造工艺好，便于维修。截止阀使用较为普遍，但由于开闭力矩较大，结构长度较长，一般公称通径都限制在DN≤200mm以下。截止阀的流体阻力损失较大。因而限制了截止阀更广泛的使用。1.4止回阀依靠介质本身流动而自动开、闭阀瓣，用来防止介质倒流的阀门。根据启闭件动作方式不同可分为：旋启式止回阀、升降式止回阀、消声止回阀和缓闭止回阀。1.5球阀关闭件(球体)绕阀体中心线作旋转来达到开启、关闭的阀门，用来做切断、分配和改变介质的流动方向。球阀是近年来被广泛采用的一种新型阀门，适用范围广，通径从小到几毫米，大到几米，从高真空至高压力都可应用。球阀具有以下优点：流体阻力小；结构简单、体积小、重量轻；紧密可靠；操作方便；开闭迅速，便于远距离的控制，维修方便；在全开或全闭时，不会引起阀门密封面的侵蚀。1.6旋塞阀关闭件(塞子)绕阀体中心线旋转来达到开启和关闭的阀门。用作切断、分配和改变介质流动方向的。旋塞阀是历史上最早被人们采用的阀件。由于结构简单，开闭迅速（塞子旋转四分之一圈就能完成开闭动作），操作方便，流体阻力小，至今仍被广泛使用。目前主要用于低压，小口径和介质温度不高的情况下。1.7排气阀用来排除集积在管中的空气，以提高管线的使用效率。在间歇性使用的给水管网末端和最高点、给水管网有明显起伏可能积聚空气的管段的峰点应设置自动排气阀。使管线投产时或检修后通水时，管内空气可经此阀排除，平时用以排出从水中释出的气体。1.8泄水阀泄水阀的作用是排除水管中的沉淀物以及检修时放空水管内的存水。在输水管道和配水管网低处和平直段的必要位置上应装设泄水阀。排放出的水可排入水体、沟管、泄水井。1.9消火拴安装在给水管网上，向火场供水的带有阀门的标准接口。46\n地上消火栓：地上消火栓部分露出地面，目标明显、易于寻找、出水操作方便，适应于气温较高地区，但容易冻结、易损坏，有些场合妨碍交通，容易被车辆意外撞坏，影响市容。地上消火栓有SS100和SS150两种型号。SS100消火栓的公称通径为100mm，一个100mm的出水口，两个65mm的出水口。SS150消火栓的公称通径为150mm，一个150mm的出水口，两个65mm或80mm的出水口。地下式消火栓：地下式消火栓隐蔽性强，不影响城市美观，受破坏情况少，寒冷地带可防冻，适用于较寒冷地区。但目标不明显，寻找、操作和维修都不方便，容易被建筑和停放的车辆等埋、占、压，要求在地下消火栓旁设置明显标志。地下式消火栓一般需要与消火栓连接器配套使用。消火栓连接器主要由本体、闸体、快速接头等零部件组成，其材质为铸造铝合金。地下消火栓有两种型号，SX65和SX100。1.1阀门井用于安装管网中的阀门及管道附件阀门井的平面尺寸，应满足阀门操作和安装拆卸各种附件所需的最小尺寸。井深由水管埋设深度确定。井底到水管承口或法兰盘底的距离至少为0.10m，法兰盘和井壁的距离宜大于0.15m，从承口外缘到井壁的距离应在0.30m以上，以便于接口施工。阀门井有圆形与方形两种，一般采用砖砌，也可用石砌或钢筋混凝土建造。1.2支墩承插式接口的管线，在弯管处、三通处、水管尽端的盖板上以及缩管处，都会产生拉力，接口可能因此松动脱节而使管线漏水。因此在这些部位须设置支墩以承受拉力和防止事故。当管径小于300mm或转弯角度小于10°且水压力不超过980kPa时，因接口本身足以承受拉力，可不设支墩。1.3管道穿越障碍物措施穿越临时铁路或一般公路，可不设套管，但应将接口放在两股道之间。穿越较重要的铁路或交通频繁的公路，须放在套管内，大开挖施工套管比给水管直径大300mm；顶管法施工时应比给水管直径大600mm。穿越铁路或公路时，管顶应在铁轨底或公路路面以下1.2m左右，两端应设检查井，井内设阀门或排水管等。管线穿越河川山谷时，可利用现有桥梁架设水管，或敷设倒虹管，或建造水管桥，钢管过河时，也可设为拱管。1.4水塔水塔一般采用钢筋混凝土或砖石等建造，主要由水柜、塔架、管道和基础组成。进、出水管可以合用，也可分别设置。为防止水柜溢水和将柜内存水放空，须设置溢水管和排水管，管径可和进、出水管相同。溢水管上不设阀门。排水管从水柜底接出，管上设阀门，并接到溢水管上。1.5水池类型：钢筋混凝土水池、预应力钢筋混凝土水池和砖石水池。形态：圆形或矩形。构造：进水管、出水管、溢水管、排水管、检修孔、通风孔。进水管和出水管安装位置应保证池内水流的循环。溢水管的管径和进水管相同，管端有喇叭口、管上不设阀门。排水管(放空管)接在集水坑内,管径一般按2h内将池水放空计算。容积在1000m3以上的水池，至少应设两个检修孔。1.6管道接口钢管：焊接、法兰连接、承插连接；铸铁管：法兰连接、承插连接；混凝土管：一般采用承插连接；塑料管：法兰连接、承插连接、溶剂粘结、热熔或电熔连接。管材、管件的接口原则上不推荐刚性接口，在爆管抢修中，也尽量安装柔性快速抢修接头。2取水工程概论2.1水资源概念46\n广义概念（从地学、水文学和气象学角度来定义）：广义的水资源指包括海洋、地下水、冰川、湖泊、土壤水、河川径流、大气等在内的各种水体。全球广义的水资源总量约为：1.4×1018m3。海水占总水资源的97.2%；淡水占总水资源2.8%。极地和高山地区的冰体占淡水资源的68.7%；河流、湖泊等地表水占淡水资源的0.3％；地下水占淡水资源的30.1％；其他占0.9％。狭义概念（从生态环境与水资源综合开发利用角度来定义）：狭义的水资源指广义水资源范围内逐年可以得到恢复更新的那一部分淡水。全球狭义的水资源总量约为：4.7×1013m3，仅占总资源的0.003％。人类直接利用的淡水资源包括江河、湖泊、水库等地表水及浅层地下水。这些水量通过降雨和降雪定期更新，因此可持续利用。当提到某区域水资源问题时，往往指的是狭义的水资源。工程概念（从城市和工业给水及农田水利工程角度来定义）：工程概念的水资源仅指上述狭义水资源范围内可以恢复更新的淡水量中，在一定技术经济条件下，可以为人们所用的那一部分水以及少量被用于冷却的海水。当提到水资源数量不足时，往往指的是工程概念的水资源，即可以被人们取用的那一部分水。一些水资源因受污染，而不能被利用。造成缺水的三种原因：资源性缺水。由于气候和地理位置等自然原因所导致。污染性缺水。水资源丰富但污染严重而不能利用。管理性缺水。由于不合理开发利用和水的浪费所造成。1.1取水工程任务和研究内容取水工程任务：从水源取水，并送至水厂或用户。取水工程研究内容：①给水水源。各种天然水体存在形式，运动变化规律，作为给水水源的可能性，以及作为供水目的而进行的水源勘察、规划、调节治理与卫生防护等问题。②取水构筑物。各种水源的选择和利用,从各种水源取水的方法,各种取水构筑物的构造形式,设计计算、施工方法和运行管理等。1.2给水水源地下水源：潜水(无压地下水)、自流水(承压地下水)和泉水。地表水源：江河、湖泊、水库和海水。地下水源的特点：水质澄清、水温稳定、分布面广。径流量较小，有的矿化度和硬度较高，部分地区可能出现矿化度很高或其他物质如铁、锰、氟、氯化物、硫酸盐、各种重金属或硫化氢的含量较高的情况。采用地下水源的优点：①取水构筑物构造简单，便于施工和运行管理；②水处理工艺比地表水简单，处理构筑物投资和运行费用较省；③便于靠近用户建立水源，降低给水系统(特别是输水管和管网)投资，节省输水费用，提高给水系统的安全可靠性；④便于分期修建；⑤便于建立卫生防护区。地表水源的特点：①浊度较高，水温变幅大，有机物和细菌含量高，有时还有较高的色度，易受到污染。②水源流量较大，水量充沛，常能满足大量用水的需求。③矿化度和硬度低，含铁锰量等较低。④水质水量有明显的季节性。⑤采用地表水源时，在地形、地质、水文、卫生防护等方面均较复杂。我国华东、中南、西南河网发达的地区普遍以地表水为水源。水源选择要求：①所选水源应该水质良好且稳定、水量充沛，并能持续开发利用。②易于进行卫生防护；靠近主要用水区域；具有良好的取水构筑物施工条件。③有利于水资源的综合利用和开发，处理好与农业、水力发电、水产、旅游等方面的关系。④符合卫生要求的地下水，宜优先作为生活饮用水的水源，地下水作为工业企业生产用水水源时，用水量不宜过大。⑤采用地表水源时，须先考虑自天然河道取水，取水量不大于该河流枯水期的可取水量(可取水量一般占枯水流量的15%~25%)。⑥某些沿海城市的潮汐河流，采用蓄淡避咸措施，即当河水含盐量高时取集水库水，含盐量低时，直接取用河水。⑦对于水资源不丰富的地区，采用地下水源和地表水源相结合，集中和分散相结合的多水源供水以及分质供水。一般工业用水采用地表水源，饮用水采用地下水源。⑧人工回灌地下水是合理开采和利用地下水源的措施之一。2地下水取水构筑物46\n1.1基本术语透水层：也称含水层，是指由卵石层、砂层和石灰岩层等组成的岩层。其组织松散，具有众多相互连通的孔隙，透水性能较好，水能在其中渗透进行流动。不透水层：也称隔水层，是指由粘土和花岗岩等组成的岩层，其结构紧密，透水性极差甚至不透水。地层构造往往由透水层和不透水层彼此相间构成，其厚度和分布范围随地区而异。潜水：埋藏在地面下第一个隔水层上的地下水叫潜水。潜水有一个自由水面。潜水主要靠雨水和河流等地表水下渗而补给。多雨季节，潜水面上升，干旱季节，潜水面下降。地表水和潜水相互补给。地表水位高于潜水面时，地表水补给地下潜水，相反则潜水补给地表水。我国西北地区气候干旱，潜水埋藏较深，约达50~80m；南方潜水埋深较浅，一般在3~5m以内。层间水：两个不透水层间的水叫层间水。在同一地区，可同时存在几个层间水或含水层。无压含水层：层间水存在自由水面，称无压含水层。承压含水层：层间水有压力，称承压含水层。自流水：打井时，若承压含水层中的水喷出地面，叫自流水。泉水：在适当地形下，在某一出口处涌出的地下水叫泉水。泉水分自流泉和潜水泉两种，自流泉由承压地下水补给，泉水涌水量稳定，水质好。地下径流：地下水在松散岩层中流动称地下径流。补给区：地下水的补给范围叫补给区。抽取井水时，补给区内的地下水都向水井方向流动。地下水流动条件：岩层透水性，以渗透系数表达。水位差，以水力坡度表达。地下水流速决定于地层渗透系数和水力坡度。地下水的流态：稳定流和非稳定流；平面流和空间流；层流与紊流或混合流。1.2地下水取水构筑物类型（取决于含水层的厚度及水位深度）管井：由凿井机械开凿，用于开采深层地下水。管井深度一般在200m以内，最大深度可达1000m以上。大口井：由人工开挖或沉井法施工，用于取集浅层地下水，地下水埋深通常小于12m，含水层厚度5~20m。辐射井：由集水井和若干水平铺设的辐射形集水管组成。用于取集含水层厚度较薄的地下水。复合井：复合井是上部大口井与下部管井的组合。用于地下水位较高、厚度较大的含水层。渗渠：壁上开孔，用于取集含水层厚度4~6m、水位深度小于2m的浅层地下水，以及河床地下水或地表渗透水。1.3管井管井的井壁为管状，含水层中进水部分采用填砾过滤器以防漏砂及堵塞。管井的直径一般为50~1000mm,井深可达1000m以上。常见的管井直径多为小于500mm,井深在200m以内。管井施工方便，适应性强，应用范围广，能用于各种岩性、埋深、含水层厚度和多层次含水层的取水工程。按其过滤器是否贯穿整个含水层,可分为完整井和非完整井。多个含水层可用多层过滤器管井。当抽取结构稳定的岩溶裂隙水时,管井可不装井壁管和过滤器。管井构造：(1)井室：井室是用以安装水泵、控制柜等设备,保持井口免受污染和进行维护管理的场所。井室应有一定的采光、采暖、通风、防水和防潮设施。井室类型：深井泵房、深井潜水泵房和卧式泵房。井口应高出地面0.3~0.5m。井口一般用粘土或水泥等不透水材料封闭。抽水设备：深井泵、潜水深井泵和卧式水泵等。(2)井壁管：井壁管用于加固井壁、隔离水质不良的或水头较低的含水层。井壁管应有足够的强度，内壁平整光滑，轴线不弯曲，便于设备安装和管井清洗。46\n井壁管材料:钢管、铸铁管、钢筋混凝土管。钢管可用于任意井深的管井；铸铁管适用于井深小于250m的管井；钢筋混凝土管适用于井深小于150m的管井。井壁管内径应比水泵设备的外径大100mm。分段钻进法与不分段钻进法的井壁管构造有所不同。③过滤器：安装与含水层，用以集水和保持填砾与含水层的稳定。(3)过滤器：应有足够的强度和良好的透水性。过滤器的类型：①填砾过滤器：包括钢筋骨架过滤器、圆孔或条孔过滤器、缠丝过滤器和包网过滤器。②砾石水泥过滤器：取材容易、制作方便、价格低廉，但强度较低、重量大、易堵塞。(4)沉淀管：接在过滤器的下面，用以沉淀进入井内的细心砂粒和自地下水中析出的沉淀物。沉淀管的长度2~10m,井深<10m,长度取2m;井深>90m,长度取10m。在稳定的裂隙和岩溶基岩地层取水时，可不设过滤器。1.1管井施工钻凿井孔管井验收粘土封闭冲孔换浆物探测井井管安装围填砾料抽水试验洗井钻凿井孔：①冲击钻进法：利用钻头对地层的冲击力钻凿井孔。仅适用于松散岩层。机械设备简单，效率低，速度慢。②回转钻进法：利用钻头旋转对地层的切削、挤压、研磨破碎作用钻凿井孔。既适用于松散岩层，也适用于基岩。机械设备较复杂，效率高，速度快。回转钻进方式：正循环回转钻进、反循环回转钻进和岩心回转钻进。回转钻进过程：钻机的动力通过传动装置使转盘旋转，带动主钻杆旋转，主钻杆接钻杆，钻杆接钻头，从而使钻头旋转切削地层。当钻进一个主钻杆深度后，由钻机的卷扬机提起钻具，将钻杆用卡盘卡在井口，取下主钻杆，接一根钻杆，再接上主钻杆，继续钻进，如此反复进行，直至设计井深。钻头过程中，高压泥浆泵把用粘土调制成的含砂量极低的泥浆经胶管、提引龙头、钻杆腹腔向下喷射至工作面，起到冷却钻头、润滑钻具的作用，同时将被切削下来的岩土碎屑混合在一起，沿着井孔与钻杆之间的环形空间上升至地面，流入泥浆池。地层被钻成井孔后，破坏了原始应力平衡状态，在侧压力作用下可导致井壁坍塌，因钻进中泥浆始终灌满井孔，比重较大，可平衡地层侧压力、防止井壁坍塌。物探测井：井孔打成后，还需了解掌握地层结构，含水层与隔水层的深度、厚度，地下水的矿化度(总合盐量)和咸、淡水分界面，为井管安装、填砾和粘土封闭提供可靠资料。取水工程通常采用电法勘探测井，其基本原理是：不同地层的导电性能差异很大，利用电测仪器测得反映各地层导电性能的物理参数，就可以反推各地层的性质。冲孔换浆：井孔打成后，在井孔中仍充满着泥浆，泥浆稠度较大，含有大量泥质，无法安装井管、填砾和粘土封闭，也会给洗井带来困难。在下管前必须将井孔中的泥浆换成清水。将不带钻头的钻杆放入井底，用泥浆泵吸取清水打入井中，将泥浆换出，至井孔中全为清水力止。清水护壁作用不如泥浆好，有可能造成井壁局部坍塌，要尽量缩短冲孔时间，换浆完毕立即下管。井管安装：井管安装的顺序为沉淀管→过滤器→井壁管，下管前应根据凿井和电测井资料，确定过滤器的长度和安装位置。井管安装必须保证井管顺直，接口牢固，过滤器安装到位。下管一般有两种方法：吊装法、浮板法和托盘法。吊装法适用于拉力大、重量相对轻的井管安装。浮板法适用于长度大，重量大的井管安装。托盘法适用于不能承受拉力的非金属井管安装。填砾和粘土封闭：填砾应以坚实、圆滑砾石为主，并应按设计要求的粒径进行筛选。填砾过程要均匀、连续，避免堵塞，并随时测量砾面高度。砾料填完后、一定要计算所填砾料的总体积，一般情况下，围填砾料的总体积应等于或大于井管与孔壁之间环形空间的体积。粘土封闭一般采用球直径为25mm的粘土球，围填过程同样要求均匀、连续，填至井口时，应进行夯实。46\n洗井：洗井目的是消除井孔及周围含水层中的泥浆和井壁上的泥浆壁，冲洗出含水层中部分细小颗粒，形成天然反滤层。洗井方法：水泵洗井法、活塞洗井法、压缩空气洗井法和联合洗井法。洗井要求：中、细砂地层出水含砂量在1/200000以下，粗砂地层出水含砂量在1/500000以下。抽水试验：目的：测定管井的出水量，了解出水量与水位降落的关系，为选择、安装抽水设备提供依据；取样进行分析，评价管井水质。方法步骤：记录静水位，开启抽水设备，使抽水量达到设计出水量，动水位稳定后记录水位降落值，绘制出水量与水位降落关系曲线。管井验收资料：管井施工说明书：管井地质柱状图，过滤器和填砾规格，井位的座标及井口的绝对标高，抽水试验记录，水的化学及细菌分析资料，过滤器安装、填砾、外围封闭施工记录；管井使用说明书：最大开采量和选用抽水设备的型号规格，使用维护注意事项；钻进中的岩样：名称、厚度、埋藏深度。1.1井群系统在规模较大的地下水取水工程中，常由很大取水井(管井或大口井)组成一个井群系统。井群类型：（1）自流井井群：承压含水层的静水位高于地表，可以用管道直接汇集至清水池、加压泵站或给水管网。（2）虹吸式井群：适用于静水位接近地面的含水层。（3）卧式泵井群：适用于静水位接近地面且水位降落较小的含水层。（4）深井泵井群：适用于各类含水层。井群互阻概念：在水位降落值不变的条件下，共同工作时，各井的出水量小于各井单独工作时的出水量；在出水量不变的条件下，共同工作时，各井的水位降落值大于各井单独工作时的水位降落值。分段取水的概念：在水位降落和出水量一定的情况下，对大厚度含水层抽水，过滤器只在有效长度范围内起作用，只能对一定厚度的含水层抽水。受抽水影响的含水层厚度称含水层的有效带。在有效带范围以外的含水层中，地下水基本上不向水井流动。在有效带以外含水层中另设过滤器，实行垂直分段开采，可充分利用含水层。1.2大口井大口井用于开采含水层埋深小于12m，厚度5~20m的地下水，口径5~8m，井深≤15m。完整井只有井壁进水，适用于颗粒粗、厚度薄(5~8m)、埋深浅的含水层。不完整大口井，井壁和井底均可进水，含水层厚度＞10m。大口井构造简单、取材容易、施工方便、使用年限长、容积大能起水量调节作用；但深度较浅，对水位变化适应性差。大口井构造：(1)井筒：井筒通常为圆筒形，用钢筋混凝土或砖、石做成，用以加固井壁和隔离不良水质的含水层。钢筋混凝土井筒用于沉井法施工，井筒最下端设刃脚，刃脚外缘凸出井筒5~10cm，用以在井筒下沉时切削土层，减少摩擦力。砖石结构的井筒和进水孔井壁、透水井壁，也需加用钢筋混凝土刃脚，刃脚高度不小于1.2m。圆形受力条件好，节省材料，采用阶梯圆形井筒可减小下沉时的摩擦力。(2)井口：井口高出地表0.5m以上，并在井口周边修建宽度为1.5m的排水坡，以避免地表污水从井口或沿井壁侵入，污染地下水。如覆盖层系透水层，排水坡下面还应填以厚度不小于1.5m的夯实粘土层。井口以上部分可与泵站合建，工艺布置要求与一般泵站相同；也可与泵站分建，只设井盖，井盖上部设有人孔和通风管。在低洼地区及河滩上的大口井应用密封盖板，以防洪水冲刷和淹没人孔。(3)进水部分：进水部分包括井壁进水和井底反滤层。井壁进水方式：进水孔和透水壁进水。46\n井壁进水孔为水平或倾斜的圆形(100~200mm)，或方形(100×150~200×250)。孔隙率为15％左右，孔内装填一定级配的滤料层，孔的两侧设置钢丝网，以防滤料漏失。透水壁由无砂混凝土制成。无砂混凝土大口井制作方便，结构简单，造价低，但在粉细砂层和含铁地下水中易堵塞。井底反滤层：3~4层,滤料级配,下细上粗，每层厚度200~300mm。进水孔易堵塞，主要靠井底进水。大口井施工方法：(1)大开槽施工：将基槽直接开挖到设计井深，并进行排水，在基槽中砌筑或浇注透水井壁和井筒以及铺设反滤层。优点：施工方便，便于铺设反滤层，可以直接采用当地的建筑材料。缺点：开挖土方量大、施工排水费用较高，只适用于口径小(D＜4m)、深度浅(H＜9m)或地质条件不宜采用沉井施工的大口井。(2)沉井施工：在井位处开挖基坑，将带有刃脚的井筒或进水孔井壁、透水井壁放入基坑，再在井筒内挖土，让井筒靠自重切土下沉，直至设计井深。优点：土方量少，施工场地小，施工安全，排水费用低，对含水层扰动程度轻，可避免流砂现象发生，对周围建筑物影响小。缺点：技术要求高，在下沉过程中可能会出现井筒歪斜、下沉困难或到位后难以控制下沉趋势等问题。1.1辐射井辐射井由集水井与辐射状集水管组成，辐射井适用于较薄的含水层或厚度小而埋深大的含水层。辐射井的特点：辐射井进水面积大，单井产水量高；辐射井管理集中,占地省,便于卫生防护；但施工难度较大,成本较高。辐射井类型：①按集水井本身取水与否：集水井底与辐射管同时进水的辐射井，适用于厚度较大的含水层(5~10m)；集水井底封闭，仅靠辐射管集水的辐射井，适用于较薄的含水层(＜5m)。②按补给方式：集取地下水的辐射井；集取河流或其他地表水体渗透水的辐射井；集取岸边地下水和河床地下水的辐射井。按辐射管铺设方式：单层辐射管和多层辐射管辐射井。辐射井的构造：①集水井：集水井的作用是汇集从辐射管来的水；安放抽水设备以及作为辐射管施工的场所；集水井直径不应小于3m。不封底的集水井还兼有取水井之作用，出水量增大，但对辐射管施工及维护均不方便。在我国多采用。集水井通常都采用圆形钢筋混凝土井筒，沉井施工。②辐射管：辐射管一般采用厚壁钢管(壁厚6~9mm)，直接顶管施工；当采用套管施工时，可采用薄壁钢管、铸铁管及其他非金属管。辐射管可多层布置，层间距1~3m，每层4~8根，最下层距含水层底板不小于1m，高于集水井井底1.5m，以利于集水和顶管施工。直径一般为75~100mm。长度一般小于30m。进水孔有圆孔和条孔两种，孔眼在集水管上交错排列，孔隙率15~20％。为利于集水和排砂，辐射管应有一定坡度向集水井倾斜。辐射井的施工：(1)顶管法：利用千斤顶将辐射管从集水井向外顶入含水层，在顶进的同时，利用喷射水枪，以高速射流(15~30m/s)冲射含水层，砂粒因此随水流沿辐射管排入井内，含水层松动，辐射管得以顶进。此法在水流冲射下，对含水层扰动很大，难以在辐射管周围形成透水性能良好的反滤层，从而影响辐射管之出水量。(2)套管法：当含水层中缺乏骨架颗粒，不可能形成天然反滤层（如在中、细砂地层）时，可采用套管顶进施工法，在辐射管周围进行人工填砾。采用顶管法将套管顶入含水层。然后在套管内安装辐射管，并利用送料小管用压力水将砾石冲填在套管与辐射管间环状空间，形成人工填砂层。最后拔出套管，形成人工填砾的辐射管。此法由于不用辐射管作直接顶进，可用强度较低的金属管和非金属管。在有侵蚀性的地下水中，宜用此法铺设抗蚀能力较强的非金属管。1.2复合井当含水层厚度很大，或在上方含水层下还有可开采利用的含水层时，为增大井的出水量，在大口井下面再打一个管井，就组成了复合井。46\n复合井比大口井更能充分利用厚度较大的含水层，增加井的出水量。当增加管井部分过滤器的直径时，可以增加复合井的出水量，但管井部分对大口井井底进水量的干扰程度也增加，故过滤器的直径不宜过大，一般以200~300mm为宜。1.1渗渠渗渠即水平铺设在含水层中的集水管(渠)。也称水平式地下水取水构筑物。渗渠可用于集取浅层地下水，也可铺设在河流、水库等地表水体之下或旁边，集取河床地下水或地表渗透水。渗渠深度(或埋设深度)一般为4~7m，很少超过10m，用于开采埋深小于2m、厚度小于6m的含水层。渗渠一般平行河岸铺设,用以集取河流下渗水和河床潜流水。因此，也称渗透式取水构筑物。由于能接受河水的补给，渗渠的出水量很大，在经过了地层的过滤后，水质较好，做为生活饮用水源，可简化净化工艺，降低水处理费用。渗渠的水兼有河水和普通地下水的水质特点，浊度、色度、细菌总数等较河水低，而硬度、矿化度较河水高。渗渠的布置方式：平行于河流布置、垂直于河流布置和平行和垂直组合布置。渗渠构造：水平集水管、集水井、检查井和泵站。2地表水取水构筑物2.1地表水取水构筑物的类型按水源种类：河流取水构筑物、湖泊取水构筑物、水库取水构筑物和海水取水构筑物；按取水构筑物的构造形式：①固定式取水构筑物：岸边式、河床式、斗槽式；②活动式取水构筑物：浮船式、缆车式。在山区河流上，低坝式和低栏栅式取水构筑物。2.2江河径流特征江河径流特征主要是指水位（河段历年最高水位和最低水位、逐月平均水位和常年水位）、流量（河段历年最大流量和最小流量）和流速（河段取水点历年的最大流速、最小流速速、平均流速）等因素的变化特征。2.3确定设计水位和水量的原则①地表水取水构筑物的设计最高水位的设计频率，一般按百年一遇(即1％)确定。②设计枯水位和设计枯水流量的设计频率，应根据水源情况和供水重要性选定。③当地表水作为城镇供水水源时，其设计枯水位和设计枯水流量的保证率，一般可采用90％~97％。④当地表水作为工业企业供水水源时，其设计枯水流量的保证率应技行有关部门的规定选取。2.4泥沙运动推移质：在水流的作用下，沿河床滚动、滑动或跳跃前进的泥沙称为推移质(又称底沙)；这类泥沙一般粒径较粗，通常占江河总挟沙量的5%~10%。悬移质：悬浮在水中，随水流前进的泥沙称为悬移质(也称悬沙)。这类泥沙一般颗粒较细。在冲积平原河流中约占总挟沙量的90%~95%。两类泥沙既有区别又有联系。同一组成泥沙，在较缓水流作用下，表现为推移质；在较强水流作用下，表现为悬移质。推移质运动：起动流速：在一定的水流作用下，静止的泥沙由静止状态转变为运动状态这时的水流速度称为起动流速。止动流速：当河水流速逐渐减小泥沙静止下来的数值称为泥沙的止动流速。泥沙的止动流速为起动流速0.71。在用自流管或虹吸管取水时，为避免水中的泥沙在管中沉积，设计流速应不低于不淤流速。不同颗粒的不淤流速可以参照其相应颗粒的止动流速。悬移质运动：悬移质在水中一方面受重力作用而下沉，另一方面受水流垂直向上的紊动作用而上浮，两者共同作用使悬移质在水中浮游前进。单个沙粒的运动轨迹很不规则，时而接近水面，时而接近河底。含沙量：单位体积河水内挟带泥沙的重量，以kg/m3表示。46\n江河横断面上各点的水流脉动强度不同，含沙量的分布亦不均匀：越靠近河床含沙量越大，泥沙粒径较粗；越靠近水面含沙量越小，泥沙粒径较细；河心的含沙量高于两侧。1.1河床演变河床演变：水流与河床相互作用，使河床形态不断发生变化的过程称河床演变。水流与河床的相互作用通过泥沙运动体现。挟沙能力：水流能够挟带泥沙的饱和数量。水流条件改变时，挟沙能力也随之改变。如果上游来沙量与本河段水流挟沙能力相适应，河床既不外刷，也不淤积。如果来沙量与本河段水流挟沙能力不相适应，河床将发生冲刷或淤积。影响河床演变的主要因素：①河段的来水量。来水量大，河床冲刷；来水量小，河床淤积。②河段的来沙量、来沙组成。来沙量大、沙粒粗，河床淤积；来沙量少、沙粒细，河床冲刷。③河段的水面比降。水面比降小，河床淤积；水面比降增大，河床冲刷。④河床地质情况。疏松土质河床容易冲刷变形，坚硬岩石河床不易变形。河床变形：①河床单向变形：指在长时间内，河床缓慢地不间断地冲刷或淤积，不出现冲淤交错。②河床往复变形：指河道周期性往复发展的演变现象。③河床纵向变形：河床沿纵深方向的变化，表现为河床纵剖面上的冲淤变化。纵向变形由水流纵向输沙不平衡所引起。纵向输沙不平衡是由来沙量随时间变化和沿程变化，河流比降和河谷宽度的沿线变化及拦河坝等的兴建所造成。④横向变形：河床在与水流垂直的方向上，向两侧的变化，表现为河岸的冲刷与淤积，使河床平面位置发生摆动。河流横向变化是由横向输沙不平衡引起的。造成横向输沙不平衡主要是由于环流，其中最常见的是弯曲河段的横向环流。此外，水流绕过河道中的各种沙滩或障碍物时，也能形成环流。1.2选择江河取水构筑物位置的基本要求①设在水质较好地点：取水构筑物宜位于城镇和工业企业上游的清洁河段，在污水排放口的上游100~150m以上，以避免污染。取水构筑物应避开河流中的回流区和死水区，以减少进水中的泥沙和漂浮物。在沿海地区应考虑到咸潮的影响，尽量避免吸入咸水。污水灌溉农田、农作物施加杀虫剂等都可能污染水源，也应予以注意。②具有稳定河床和河岸，靠近主流，有足够的水深：在弯曲河段上，取水构筑物位置宜设在河流的凹岸。在凸岸的起点，主流尚未偏离时，也可设置取水构筑物；在凸岸的起点或终点，主流虽已偏离，但离岸不远有不淤积的深槽时，也可设置取水构筑物。在顺直河段上，取水构筑物位置宜设在河床稳定、深槽主流近岸处。通常是河流较窄、流速较大，水较深的地点，在取水构筑物处的水深一般要求不小于2.5~3.0m。③具有良好的地质、地形及施工条件：地质条件：取水构筑物应设在地质构造稳定、承载力高的地基上。地形条件：取水构筑物不宜设在有宽广河漫滩的地方，以免进水管过长。施工条件：交通运输方便，有足够的施工场地，尽量减少土石方量和水下工程量，以节省投资，缩短工期。④靠近主要用水地区：取水构筑物位置选择应与工业布局和城市规划相适应，全面考虑整个给水系统的合理布置。在保证取水安全的前提下，取水构筑物应尽可能靠近主要用水地区，以缩短输水管线的长度，减少输水管的投资和输水电费。输水管的敷设应尽量减少穿过天然或人工障碍物。⑤注意人工构筑物或天然障碍物：取水构筑物应避开桥前水流滞缓段和桥后冲刷、落淤段，一般设在桥前0.5~1.0km或桥后1.0km以外。取水构筑物与丁坝同岸时，应设在丁坝上游，与坝前浅滩起点相距一定距离处，也可设在丁坝的对岸。拦河坝上游流速减缓，泥沙易于淤积，应注意河床淤高的影响。闸坝泄洪或排沙时，下游产生冲刷泥沙增多，取水构筑物宜设在其影响范围以外的地段。46\n⑥避免冰凌的影响：取水构筑物应设在水内冰较少和不受流冰冲击的地点，不宜设在易于产生水内冰的急流、冰穴、冰洞及支流出口的下游。尽量避免将取水构筑物设在流冰易于堆积的浅滩、沙洲、回流区和桥孔的上游附近。在水内冰较多的河段，取水构筑物不宜设在冰水混杂地段，而宜设在冰水分层地段，以便从冰层下取水。⑦与河流的综合利用相适应：选择取水构筑物位置时，应结合河流的综合利用，如航运、灌溉、排洪、水力发电等，全面考虑，统筹安排。在通航河流上设置取水构筑物时，应不影响航船通行，必要时应按照航道部门的要求设置航标；应注意了解河流上下游近远期内拟建的各种水工构筑物和整治规划对取水构筑物可能产生的影响。1.1固定式取水构筑物类型：（1）岸边式取水构筑物：直接从江河岸边取水的构筑物。适用于岸边较陡，主流近岸，岸边有足够水深，水质和地质条件较好，水位变幅不大的情况。（2）河床式取水构筑物：与岸边式基本相同，但进水管伸入江河中。当河床稳定，河岸较平坦，枯水期主流远离岸边，岸边水深不够或水质不好，而河中心具有足够的水深或水质较好。（3）斗槽式取水构筑物：在岸边式或河床式取水构筑物之前，在河流岸边用堤坝围成或在岸内开挖形成进水斗槽。适用于取水量大、河流含沙量高、漂浮物较多、冰絮较严重且有适合地形的情况。1.2岸边式取水构筑物的基本形式岸边式取水构筑物由进水间和泵房两部分组成。按照进水间与泵房的合建与分建，岸边式取水构筑物的基本型式可分为合建式和分建式。合建式岸边取水构筑物：进水间与泵房合建在岸边，水经进水孔进入进水室，再经格网进入吸水室，然后由水泵抽送至水厂或用户。进水孔上的格栅用以拦截水中粗大的漂浮物。进水间中的格网用以拦截水中细小的漂浮物。合建式的优点是布置紧凑，占地面积小，水泵吸水管路短，运行管理方便。但土建结构复杂，施工较困难分建式岸边取水构筑物：分建式进水间设于岸边，泵房建于岸内地质条件较好的地点，但不宜距进水间太远，以免吸水管过长。分建式土建结构简单，施工较容易，但操作管理不便，吸水管路较长，增加了水头损失，运行安全性不如合建式。1.3进水间的构造进水间由进水室和吸水室两部分组成，可与泵房分建或合建。分建时平面形状有圆形、矩形、椭圆形等。圆形结构：性能较好，水流阻力较小，便于沉井施工，但不便于布置设备。深度较大时宜采用圆形。矩形则相反。进水间深度不大，用大开槽施工时可采用矩形。椭圆形兼有两者优点，可用于大型取水。岸边分建式进水间的构造：进水间由纵向隔墙分为进水室和吸水室。进水室外壁上开有进水孔。进水孔一般为矩形。孔侧设有格栅。在进水室和吸水室之间设有平板格网或旋转格网。吸水室用于安装水泵吸水管。进水间常用横向隔墙分成几个能独立工作的分格。进水间上部的操作平台设有格栅、格网、闸门等设备的起吊装置和冲洗系统。进水间附属设备：①格栅：设于进水口(或取水头部)的进水孔上，以拦截水中粗大的漂浮物及鱼类。②格网：设在进水间内，用以拦截水中细小的漂浮物。格网分为旋转格网和平板格网两种。③排泥设备：河水进入进水间后流速减小,会有泥沙沉积,需及时排除。常用排泥设备有排沙泵、排污泵、射流泵、压缩空气提升器等。④启闭设备：在进水间的进水孔、格网和横向连通孔上都须设置闸阀、闸板等启闭设备，以便在进水间冲洗和设备检修时使用。常用的有平板闸门、滑阀及蝶阀等。⑤46\n起吊设备：在格网、格栅的清洗和检修及闸门的启闭和检修时使用。常用的起吊设备有电动卷扬机、电动和手动单轨吊车等。⑥防冰措施。⑦防草措施。1.1岸边式取水泵房的设计（1）水泵选择：水泵选择包括水泵型号选择和水泵台数确定。水泵台数过多，将增大泵房面积和土建造价；水泵台数过少，不利于运行调度，一般采用3~4台。水泵型号应尽量相同，以便互为备用。当供水量或扬程变化较大时，可考虑大小水泵搭配，以利调节。选泵时应以近期水量为主，适当考虑远期发展。（2）泵房布置：泵房的平面形状：圆形、矩形、椭圆形、半圆形等。矩形便于布置水泵、管路和起吊设备。圆形受力条件好，当泵房深度较大时，土建费用较低。（3）水泵机组、管路及附属设备布置：既要满足安装、操作、检修的方便，为远期发展留有余地，又要尽量减小泵房面积、减低造价。（4）泵房地面层的设计标高：岸边式取水构筑物的泵房地面层(又称泵房顶层进口平台)的设计标高，应分别按下列情况确定：当泵房位于渠道边时，采用设计最高水位加0.5m；当泵房位于江河边时，采用设计最高水位加浪高再加0.5m；当泵房位于湖泊、水库或海边时，采用设计最高水位加浪高再加0.5m，并应设有防止风浪爬高的措施。（5）泵房的起吊、通风、自控及附属设施：①起吊设备：用于机械设备的安装和检修。分为一级起吊和二级起吊。起吊设备有卷扬机、单轨吊车、桥式吊车。②通风设施：用于电动机的散热。深度不大时采取自然通风；深度较大时可采用机械通风。③为便于调度，泵房内应设置通讯、遥控等自动控制设施。④当水泵启动时不能自灌时，应采用真空泵和水射器引水。⑤地下式或半地下式取水泵房须设置集水沟和排水泵，及时排除漏水及渗水。（6）泵房的防渗和抗浮：①取水泵房的侧壁及底部，要求在水压作用下不产生渗漏，因此必须注意混凝土的级配及施工质量。②取水泵房在岸边时，将会受到河水和地下水的浮力作用，因此在设计时必须考虑抗浮。抗浮方式：自重抗浮、增加重物抗浮；将泵房底板扩大嵌固于岩石地基内抗浮；泵房底部打入锚桩与基岩锚固抗浮。1.2河床式取水构筑物利用伸入江河中心的进水管和固定在河床上的取水头部取水的构筑物，称为河床式取水构筑物。当河床稳定，河岸较平坦，枯水期主流远离岸边，岸边水深不够或水质不好，而河中心具有足够的水深或水质较好时，宜采用河床式取水构筑物。河床式取水构筑物组成：取水头部、进水管、集水间、泵房。河床式取水构筑物的类型：自流管取水、虹吸管取水、水泵直接吸水和桥墩式取水。河床式取水构筑物的构造：（1）集水间与泵房：河床式取水的集水间与泵房和岸边式的进水间与泵房相似，有分建式和合建式两种。（2）取水头部：①取水头部的形式：喇叭管、蘑菇形、鱼形罩、箱式和斜板式。②取水头部的设计要求：尽量减少吸入泥沙和漂浮物；防止头部周围河床冲刷；避免船只和木排碰撞；防止冰凌堵塞和冲击；便于施工，便于清洗检修。③取水头部的位置：应设在稳定河床的深槽主流,有足够的水深处。④取水头部进水孔的淹没深度：侧面进水孔下缘应高出河底不小于0.5m，顶部进水孔应高出河底1.0~1.5m以上。从湖泊、水库取水时，底层进水孔距水体底部高度不小于1.0m。顶部进水孔的上缘在设计最低水位以下0.5m，侧面进水孔时不小于0.3m，有冰凌时应从冰凌下缘算起。虹吸管和吸水管进水时，其上缘的淹没深度不小于1.0m。⑤取水头部的外形：流线型、棱形、长圆形和圆形。减少取水头部对水流的阻力，避免引起河床冲刷。取水头部的迎水面成流线形，头部长轴与水流方向一致。⑥进水孔流速和面积。（3）进水管：进水管有自流管、进水暗渠、虹吸管等。自流管一般采用钢管、铸铁管和钢筋混凝土管。虹吸管要求严密不漏气，宜采用钢管，但埋在地下的亦可采用铸铁管。进水暗渠46\n一般用钢筋混凝土。进水管一般不应少于两条，以保证进水安全可靠性和便于清洗检修。当一条进水管停止工作时，其余进水管通过的流量应满足事故用水要求。进水管管径：进水管的管径应按正常供水时的设计水量和流速决定。管中流速不低于泥沙颗粒的不淤流速,以免泥沙沉积。流速不宜过大,以免水头损失过大,增加集水间和泵房深度。进水管流速：进水管流速一般不小于0.60m/s，水量较大、含沙量较大、进水管短时，流速可适当增大。一条管线冲洗或检修时，管中流速允许达到1.5~2.0m/s。1.1斗槽式取水构筑物在岸边式或河床式取水构筑物之前，在河流岸边用堤坝围成，或在岸内开挖形成进水斗槽。水流进入斗槽后，流速减小，便于泥沙沉淀和水内冰上浮，可减少泥沙和冰凌进入进水孔。适用于取水量大、河流含沙量高、漂浮物较多、冰絮较严重且有适合地形的情况。斗槽式取水构筑物的位置应设在凹岸靠近主流的岸边处，以便利用水力冲洗沉积在斗槽内的泥沙。斗槽式取水构筑物施工量大，造价较高，排泥困难，并且要有良好的地质条件，采用较少。斗槽式取水构筑物的型式：①顺流式：顺流式斗槽水流方向与河流一致。斗槽中流速小于河水流速，一部分动能转化位能，在进口形成壅水和横向环流，进入斗槽的水流主要是河流表层水。适用于含泥沙多，冰凌不严重的河流。②逆流式：逆流式斗槽水流方向与河流相反。河水在斗槽进口受到抽吸，形成水位跌落，产生横向环流，进入斗槽的水流主要是河流底层的水。适用于冰凌严重，而泥沙较少的河流。③双流式：双流式斗槽适用于河流含沙量和冰凌含量季节性变化的情况。当洪水季节含沙量大时，打开上游端闸门，顺流进水。当冬季冰凌严重时，打开下游端闸门，逆流进水。1.2固定式取水构筑物施工方法(1)大开槽施工法：在开挖的基槽中施工，适合于土质好、构筑物埋深不大，或有岩层、砾石层而不宜采用沉井施工的情况。(2)围堰施工法：用堤坝(围堰)将施工区域与水体隔开，将围堰内的水抽干后进行施工，施工技术和设备较简单，但土石方量较大。目前常用的围堰有土围堰、草土混合围堰、钢板桩围堰和橡胶坝活动围堰等。(3)沉井施工法：沉井为开口无底井筒，施工时在井内挖土，井筒在自重或外加荷重下克服四周土壤的摩阻力而下沉至设计标高，最后进行封底，适用于松散土质地层。(4)浮运下沉法：预先在河滩上将构筑物装配好，并加以密封，然后移入水中，用船只浮运至安装地点，定位后灌水下沉至预先挖好的基槽中。不需大型起吊设备，施工较简单，但河水流速大时不易定位。(5)气压沉箱法：将沉井构筑物下部切土挖土部分作成密闭的气压工作室，室内通以压缩空气，气压略大于室外水压，以阻止河水进入工作室内，在工作室内挖土使沉箱下沉。适宜在含有大的漂石、卵石或透水性很强的土层中采用，但需要一套特殊的施工设备和专门的技术工人，施工费用甚高。只在个别大型墩桥式取水头部或江内泵房施工时采用。1.3江河移动式取水构筑物在水源水位变幅大，供水要求急和取水量不大时采用。江河移动式取水构筑物的类型：浮船式取水构筑物和缆车式取水构筑物。1.4浮船式取水构筑物（1）浮船式取水构筑物的特点：优点：具有投资小、施工期短、见效快、水下工程量小、对水源水位变化适应性强、便于分期建设。缺点：维护管理复杂，易受水流、风浪、航运的影响，取水可靠性差。适用于水源水位变幅大且中小取水量的情况，多用于江河、水库和湖泊取水。（2）浮船取水位置选择：①河岸有适宜的坡度。岸坡过于平缓，不仅联络管增长，而且移船不方便，容易搁浅。采用摇臂式连接时，岸坡宜陡些。②设在水流平缓、风浪小的地方，以利于浮船的锚固和减小颠簸；46\n在水流湍急的河流上，浮船位置应避开急流和大回流区，并与航道保持一定距离。③尽量避开河漫滩和浅滩地段（3）浮船与水泵布置：①浮船的数目：当允许间断供水或有足够容量的调节水池时，或者采用摇臂式连接的，可设置一只浮船，否则不宜少于两只。②浮船的类型：浮船有木船、钢板船、钢丝网水泥船等。③浮船的构造形式：平底囤船形式，平面为矩形，断面为梯形或矩形。船宽多在5~6m左右，船长∶船宽=2:1~3:1。吃水深0.5~1.0m，船体深1.2~1.5m。船首、船尾长2~3m。④水泵布置形式：平面布置形式：纵向排列(常见),横向排列。竖向布置形式：上承式和下承式。（4）浮船的平衡与稳定：设备布置应使浮船在正常运转时接近平衡。可用平衡水箱或压舱重物来调整平衡。为保证操作安全，在移船和风浪作用时，浮船的最大横倾角以不超过7°~8°为宜。浮船的稳定与船宽关系很大。为了防止沉船事故，应在船舱中设水密隔舱。（5）联络管：①阶梯式连接：柔性联络管连接。采用两端带有法兰接口的橡胶软管作联络管，管长6~8m，管径350mm以下。刚性联络管连接。采用两端各有一个球形方向接头的焊接钢管作联络管，管长8~12m，管径350mm以下。阶梯式连接的转角受限制，在水位涨落超过一定范围时，就需移船和换接头，操作较麻烦，并需短时停止取水。但船靠岸较近，连接比较方便，可在水位变幅较大的河流上采用。②摇臂式连接：摇臂式连接由钢管和几个套筒旋转接头组成。水位涨落时，联络管可以围绕岸边支墩上的固定接头转动。摇臂式连接不需要拆换接头，不用经常移船，能适应河流水位的猛涨猛落，管理方便，不中断供水，因此采用较广泛。目前已用于水位变幅达20m的河流。但洪水时浮船离岸较远，上下交通不便。（6）输水管：输水管一般沿岸边敷设。阶梯式连接的输水管上每隔一定距离设置叉管。叉管之间垂直高差在1.5~2.0m左右。第一个叉管设在常年低水位处，然后按高差布置其余叉管。当有两条以上输水管时，各条输水管上的叉管在高程上应交错布置，以便浮船交错位移。（7）浮船的锚固：浮船锚固方式：缆索和撑杆的岸边固定，船首尾抛锚的水中固定。1.1缆车式取水构筑物（1）缆车式取水构筑物组成：泵车、坡道或斜桥、输水管和牵引设备等。当河水涨落时，泵车由牵引设备带动，沿坡道上的轨道上下移动。（2）缆车式取水构筑物的优点与浮船取水构筑物基本相同。缆车移动比浮船方便，缆车受风浪影响小，比浮船稳定。缆车取水的水下工程量和基建投资比浮船取水大，宜在水位变幅较大，涨落速度不大（不超过2m/h)，无冰凌和漂浮物较少的河流上采用。（3）缆车式取水构筑物的位置选择：应选择在河岸地质条件较好，有10°~28°的岸坡处为宜。河岸太陡，则所需牵引设备过大，移车较困难；河岸平缓，则吸水管架太长，容易发生事故。（4）缆车式取水构筑物的构造：①泵车：小型供水一般设置一部泵车。供水量较大，供水安全性要求较高时，泵车应不少于两部，每部泵车上不少于两台水泵。泵车上的水泵宜选用吸水高度不小于4m，Q-H特性曲线较陡的水泵。泵车布置要求：布置紧凑，操作检修方便，稳定，振动小。小型水泵机组宜采用平行布置，大中型机组宜采用垂直布置。车厢净高：2.5~3.0m(无起吊设备)；4.0~4.5m(有起吊设备)。泵车的下部车架为型钢组成的桁架结构。在主桁架的下节点处装有2~6对滚轮。②坡道：坡道的坡度：10°~25°。坡道的形式：斜坡式(地质条件较好,坡度适宜)和斜桥式(岸坡较陡或河岸地质条件较差)。坡道的组成：坡道基础，钢轨，输水管，安全挂钩座，电缆沟，接管平台及人行道等。斜桥式坡道基础：整体式、框式挡土墙和钢筋混凝土框格式。坡道顶面应高出地面0.5m左右，以免积泥。钢轨：敷设在坡道基础上，吸水管直径小于300mm时，轨距采用1.5~2.5m;吸水管直径300~500mm时，轨距采用2.8~4.0m。③输水管：输水管沿斜坡或斜桥敷设。通常一部泵车设置一根输水管。输水管上每隔一定距离设置叉管(正三通或斜三通)，用于连接联络管。叉管的高差：一般采用1~2m；采用曲臂式联络管时，叉管高差可取2~4m左右。活动接头：设置在水泵出水管与叉管之间的联络管上。活动接头的类型：橡胶软管、球形万向接头、套筒旋转接头和曲臂式活动接头等。④牵引设备：牵引设备由绞车(卷扬机)及连接泵车和绞车的钢丝绳组成。绞车一般设置在洪水位以上岸边的绞车房内。牵引力在50kN以上时宜用电动绞车。⑤安全装置46\n：在绞车和泵车上都必须设置制动保险装置,以保证泵车运行安全。绞车制动装置：电磁铁刹车和手刹车(两者并用较安全)。泵车在固定时，一般采用螺栓夹板式保险卡(小型泵车)或钢杆安全挂钩(大中型泵车)作为安全装置。泵车在移动时一般采用钢丝绳挂钩作为安全装置。1.1湖泊和水库的水文、水质特征湖泊：内陆低洼地区畜积着停止流动或慢流动而不与海洋直接联系的天然水体称为湖泊。水库：人类为了控制洪水或调节径流，在河流上筑坝，拦蓄河水而形成的水体为水库，也称人工湖泊。按其构造可分为湖泊式和水库式。从深度分，湖泊和水库分为深水型和浅水型；从水面形态分,湖泊和水库可分为宽阔型和窄条型。储水量：湖泊、水库的储水量与下列因素有关：湖面、库区的降水量，入湖(入库)的地面、地下径流量；湖面、库区的蒸发量；出湖(出库)的地面和地下径流量。水位变化：湖泊、水库的水位变化主要是由水量变化而引起。水位年变化规律基本上属于周期性变化。以雨水补给的湖泊，一般最高水位出现在夏秋季节，最低水位出现在冬末春初。湖泊增减水：由于强风或气压骤变引起的漂流,使湖泊迎风岸水量积聚,水往上涨,背风岸水往下降,前者称增水,后者称减水。湖泊增减水现象导致湖面倾斜，倾斜的湖面反过来又阻滞着漂流作用，即补偿流。湖泊增减水引起湖泊水位变化，水位变幅的大小决定于风力的强弱、湖盆的形态、湖水的深度等。湖泊水位较深时，在水下形成与漂流方向相反的补偿流，补偿流的水量较大，则湖泊水位变化较小。湖泊水位较浅面积较大时，由于底部摩擦力的作用，补偿流的水量不足，水位变化大。由于湖泊增减水现象，在浅水滩大的湖湾向风岸，当冬季刮大风时，湖水浊度大大超过夏季暴雨时的湖水浊度。湖泊水质：湖泊、水库是由河流、地下水、降雨时的地面径流作为补给水的，因此其水质与补给水来源的水质有密切关系。湖水水质化学变化具有生物作用。湖泊、水库中的浮游生物较多，多分布于水体上层10m深度以内的水域中。蓝藻分布于水的最上层，硅藻多分布于较深处。浮游生物的种类和数量，近岸处比湖中心多，浅水处比深水处多，无水草处比有水草处多。1.2湖泊和水库取水构筑物位置选择(1)不要选择在湖岸芦苇丛生处附近：芦苇丛生处有机物丰富，水生物较多，水质较差，尤其是水底动物(如螺、蚌等)较多，而螺丝等软体动物吸着力强，若被吸入后将会产生严重的堵塞现象。(2)不要选择在夏季主风向的向风面的凹岸处：向风面的凹岸处有大量的浮游生物集聚并死亡，沉至湖底后腐烂，从而水质恶化，水的色度增加，且产生臭味。藻类被吸入到水厂后，会在沉淀池(特别是斜管沉淀池)和滤池的滤料内滋长，使滤料产生泥球，增大滤料阻力。(3)应选在靠近大坝附近或远离支流的汇入口：在靠近大坝附近或湖泊的流出口附近，水深较大，水的浊度也较小，也不易出现泥沙淤积现象。(4)应建在稳定的湖岸或库岸处：在风浪的冲击和水流的冲刷下，湖岸、库岸常常会遭到破坏，甚至发生崩坍和滑坡。一般在岸坡坡度较小、岸高不大的基岩或植被完整的湖岸和库岸是比较稳定的地方。1.3湖泊和水库取水构筑物的类型(1)隧洞式取水和引水明渠取水：隧洞式取水构筑物可采用水下岩塞爆破法施工。在选定的取水隧洞的下游一端，先行挖掘修建引水隧洞，在接近湖底或库底的地方预留一定厚度的岩石——即岩塞，最后采用水下爆破的办法，一次炸掉预留岩塞，从而形成取水口。该法在国内外均获得采用。(2)分层取水的取水构筑物：分层取水适宜于深水湖泊或水库。在不同季节、不同水深，深水湖泊或水库的水质相差较大。夏秋季节，表层水藻类较多；在秋末，漂浮生物死亡沉积于库底或湖底，因腐烂而使水质恶化发臭。在汛期、暴雨后的湖泊水库的浊度骤增，湖底库底泥沙含量高。可以很据不同水深的水质情况，取得低浊度、低色度、无嗅的水。46\n(3)自流管式取水构筑物：在浅水湖泊和水库取水，一般采用自流管或虹吸管把水引入岸边深挖的吸水井内，然后水泵的吸水管直接从吸水井内抽水，泵房与吸水井既可合建，也可分建。1.1山区河流及其取水方式的特点山区河流的特点：①流量和水位变化幅度很大，水位猛涨猛落，但洪水持续时间不长。②水质变化剧烈。②河床常为砂、卵石或岩石组成。河床坡度陡、比降大，洪水期流速大，推移质多，粒径大。③北方某些山区河流潜冰（水内冰）期较长。取水方式的特点：①由于山区河流枯水期流量很小，因此取水量所占比例往往很大，有时达70％~90％以上。②由于平枯水期水层浅薄，因此取水深度往往不足，需要修筑低坝抬高水位，或者采用底部进水等方式解决。③由于洪水期推移质多，粒径大，因此修建取水沟筑物时，要考虑能将推移质顺利排除，不致造成淤塞或冲击。当山区河流取水深度不足，或者取水量占河流枯水量的百分比较大(30％~50％以上)，推移质不多时，可在河流上修筑低坝来抬高水位和拦截足够的水量。1.2低坝式取水固定式低坝取水：固定式低坝取水枢纽由拦河低坝、冲砂间、进水闸或取水泵站等部分组成。低坝取水需考虑溢流坝的冲刷、上游水的渗透和排砂。活动式低坝取水：活动坝在洪水期可以开启，能减少上游淹没面积，便于冲走坝前沉积的泥砂，采用较多，但其维护管理较复杂。活动低坝的类型：活动闸：平板闸门和弧形闸门；橡胶坝：袋形、片形；浮体闸：主闸板、上下副闸板、充排水系统；水力自动翻板闸。1.3底栏栅取水构筑物底栏栅取水构筑物是通过坝顶带栏栅的引水廊道取水。用于水浅、大粒径推移质较多的山区河流，取水量较大。底栏栅取水构筑物拦河低坝、底栏栅、引水廊道、沉沙池、取水泵房。2给水处理概论2.1原水中的杂质杂质的来源：自然过程：所接触的大气、土壤等自然环境。人为因素：工业废水、农业污水及生活污水。水中杂质类型：溶解物、胶体和悬浮物。悬浮物：悬浮物尺寸较大，易于在水中下沉或上浮。易于下沉的一般是大颗粒泥砂及矿物质废渣等；能够上浮的一般是体积较大而密度小的某些有机物。胶体：胶体物质包括粘土、某些细菌及病毒、腐殖质、蛋白质、各种胶质。天然水中的胶体一般带负电荷。工业废水排入水体，会引入各种各样的胶体或有机高分子。悬浮物和胶体是使水产生浑浊现象的根源。有机物，如腐殖质及藻类等，往往会造成水的色、臭、味。随生活污水排入水体的病菌，病毒及原生动物等病原体会通过水传播疾病。悬浮物和胶体是饮用水处理的主要去除对象。水中悬浮物和胶体如何去除？溶解杂质：溶解杂质包括有机物和无机物两类。无机溶解物是指水中所含的无机低分子和离子。有机溶解物主要来源于水源污染，也有天然存在的，如腐殖质等。无机溶解杂质主要是某些工业用水的去除对象。有毒、有害无机溶解物也是生活饮用水的去除对象。溶解性有机物已成为饮用水处理的重点去除对象之一，是目前水处理专家们重点的研究对象之一。溶解气体：天然水中的溶解气体主要是氧、氮和二氧化碳，有时也含有少量硫化氢。①天然水中的氧主要来源于空气中氧的溶解，部分来自藻类和其他水生植物的光合作用。天然水体，溶解氧含量一般为5~10mg/L，最高含量不超过14mg/L。当水体受到废水污染时，溶解氧含量降低。严重污染的水体，溶解氧甚至为零。②地表水中的CO2主要来自有机物的分解。地下水中的CO246\n除来源于有机物的分解外，还有在地层中所进行的化学反应。地表水中（除海水以外）含量一般小于20~30mg/L；地下水中CO2含量约几十~数百mg/L。海水中CO2含量很少。③水中氮主要来自空气中氮的溶解，部分是有机物分解及含氮化合物的细菌还原等生化过程的产物。④水中硫化氢的存在与某些含硫矿物（如硫铁矿）的还原及水中有机物腐烂有关。地表水中H2S含量较高，往往与含有大里含硫物质的生活污水或工业废水污染有关。离子：天然水中所含主要阳离子有Ca2+、Mg2+、Na+；主要阴离子有HCO3-、SO42-、Cl-。此外还含有少量K+、Fe2+、Mn2+、Cu2+等阳离子及HSiO3-、CO32-、NO3-等阴离子。1.1各种天然水源的水质特点地下水：①水质清澈，水质、水温较稳定。一般宜作饮用水和工业冷却水水源。②地下水含盐量通常高于地表水(由于地下水流经岩层时溶解了各种可溶性矿物质)。地下水含盐量在200~500mg/L，多雨地区含盐量少，干旱地区含盐量多。③地下水硬度高于地表水。我国地下水总硬度通常在60~300mg/L(以CaO计)之间，少数地区有时高达300~700mg/L。硬度表示方法：mg/L(CaO计);德国度(1°=10ppmCaO)。④地下水铁、锰含量往往较高。江河水：①水中悬浮物和胶态杂质含量较多，浊度高于地下水，其杂质含量可用含砂和浑浊来衡量。②江河水的含盐量和硬度较低。③江河水易受工业废水和生活污水的污染。湖泊及水库水：湖泊及水库水的特点是浊度较低；含较多藻类，水质易恶化；易受废水污染；含盐量比河水高。海水：含盐量高，所含各种盐类或离子的重量比例基本一定。1.2给水处理给水处理的任务是通过必要的处理方法去除水中杂质，使之符合生活饮用或工业使用所要求的水质。水处理方法应根据水源水质和用水对象对水质的要求确定。在给水处理中，有的处理方法除了具有某一特定的处理效果外，往往也直接或间接地兼收其它处理效果。为了达到某一处理目的，往往几种方法结合使用。澄清：澄清工艺通常包括混凝、沉淀和过滤。处理对象主要是水中悬浮物和胶体杂质。原水加药后，经混凝使水中悬浮物和胶体形成大颗粒絮凝体，而后通过沉淀池进行重力分离。过滤是利用粒状滤料截留水中杂质的构筑物，用以进一步降低水的浑浊度。消毒：消毒是灭活水中致病微生物，通常在过滤以后进行。主要消毒方法是在水中投加消毒剂以杀灭致病微生物。除臭、除味：当原水中臭和味严重而采用澄清和消毒工艺系统不能达到水质要求时。方法取决于水中臭和味的来源。除铁、除锰和除氟：除铁、除锰的方法：自然氧化法和接触氧化法。还可采用药剂氧化、生物氧化法和离子交换法。除氟的方法：投入硫酸铝、氯化铝或碱式氯化铝等使氟化物产生沉淀；利用活性氧化铝或磷酸三钙等进行吸附交换。软化：处理对象：主要是水中钙、镁离子。软化方法：离子交换法和药剂软化法。淡化和除盐：淡化：将高含盐量的水处理到符合生活饮用或某些工业用水要求时的处理过程。除盐：制取纯水及高纯水的处理过程。淡化和除盐主要方法：蒸馏法、离子交换法、电渗析法及反渗透法等。水的冷却：采用冷却塔，喷水冷却池或水面冷却池。水的腐蚀和结垢控制：加入缓蚀剂和阻垢剂。生活饮用水预处理：处理对象：水中有机污染物。预处理方法：粉末活性炭吸附法；臭氧或高锰酸钾氧化法；生物氧化法等。生活饮用水深度处理：处理对象：水中有机污染物。深度处理方法：粒状活性炭吸附法；臭氧—粒状活性炭联用法或生物活性炭法；化学氧化法；光化学氧化法及超声波—46\n紫外线联用法等物理化学氧化法；膜滤法。1.1质量传递传递机理机理可分：主流传递；分子扩散传递；紊流扩散传递。主流传递：物质随水流主体而移动。它与液体中物质浓度分布无关，而与流速有关。传递速度与流速相等，方向与水流方向一致。推流式反应器的物质浓度变化由主流迁移和化学反应引起。分子扩散传递：由于浓度梯度而存在的传递。传递速度取决于浓度梯度和分子扩散系数。。适用于静止或作层流运动的流体。浓度梯度是导致分子扩散传递的推动力。紊流扩散传递：。适用于处于紊流运动的流体。紊流扩散传递速度也与浓度梯度是导致分子扩散传递的推动力。1.2理想反应器模型理想反应器类型：完全混合间歇式反应器（CMB型）、完全混合连续式反应器（CSTR型）、推流式反应器（PF型）。水处理中常见的反应器：反应器期望的反应器设计反应器期望的反应器设计快速混合器完全混合软化完全混合絮凝器局部完全混合的活塞流加氯活塞流(推流式)沉淀活塞流(推流式)污泥反应器局部完全混合的活塞流砂滤池活塞流(推流式)生物滤池活塞流(推流式)吸附活塞流(推流式)化学澄清完全混合离子交换活塞流(推流式)活性污泥完全混合及活塞流(推流式)2过滤2.1过滤概述过滤是指以石英砂等粒状滤料层截留水中悬浮杂质，从而使水获得澄清的工艺过程。过滤的作用：降低水的浊度。部分去除水中有机物、细菌和病毒。滤出水浊度必须达到饮用水标准,<1NTU(散射浊度单位),水源与净水技术条件限制时,<3NTU。原水浊度低于100度以下，水质较好时，可采用直接过滤。滤池的类型：使用历史最久滤池是以石英砂作为滤料的单层快滤池。为充分发挥滤料层截留杂质能力，以及提高滤池自动运行程度，发展了其它型式的滤池。滤料、滤层和流向：双层、多层滤池；均质滤料滤池；上向流和双向流滤池。工作方式：虹吸滤池、无阀滤池、移动冲洗罩滤池，其它水力自动冲洗滤池。冲洗方式：单纯水冲洗和气水反冲洗两种。滤池工艺参数：①滤速：快滤池的产水量决定于滤速(以m/h计)。滤速相当于滤池负荷。滤池负荷以单位时间，单位过滤面积上的过滤水量计，单位为m3/(m2·h)。按设计规范，单层砂滤池的滤速约8~10m/h，双层滤料滤速约10~14m/h，多层滤料滤速一般可用18~20m/h。②工作周期：工作周期也影响滤池产水量，周期过短，滤池日产水量减少，一般工作周期为12~24h。2.2过滤理论过滤主要是悬浮颗粒与滤料颗粒之间粘附作用的结果。过滤过程涉及颗粒迁移和颗粒粘附两个过程。46\n颗粒迁移：在过滤过程中，滤层孔隙中的水流一般属层流状态。被水流挟带的颗粒将随着水流流线运动。受拦截、沉淀、惯性、扩散和水动力作用脱离流线而与滤粒表面接近。颗粒粘附：当水中杂质颗粒迁移到滤料表面上时，在范德华引力和静电力相互作用下，以及某些化学键和某些特殊的化学吸附力下，被粘附于滤料颗粒表面上，或者粘附在滤粒表面上原先粘附的颗粒上。粘附作用主要决定于滤料和水中颗粒的表面物理化学性质。未经脱稳的悬浮物颗粒，过滤效果很差。在过滤后期，当滤层中孔隙尺寸逐渐减小时，表层滤料的也存在筛滤作用。筛滤作用是不希望发生的现象。滤层内杂质分布规律：与颗粒粘附同时，还存在由于孔隙中水流剪力作用而导致颗粒从滤料表面上脱落趋势。粘附力和水流剪力相对大小，决定了颗粒粘附和脱落的程度。过滤初期，滤料较干净，孔隙率较大，孔隙流速较小，水流剪力Fs1较小，因而粘附作用占优势。随着过滤时间的延长，滤层中杂质逐渐增多，孔隙率逐渐减小，水流剪力逐渐增大，以至最后粘附上的颗粒将首先脱落下来，或者被水流挟带的后续颖粒不再有粘附现象，于是，悬浮颗粒便向下层推移，下层滤料截留作用渐次得到发挥。滤料层含污量变化：滤层含污量是指单位体积滤层中所截留的杂质量。对于单层滤料，表层滤料含污量大，滤料深度增加到一定程度，滤层含污量急剧降低。这表明下层滤料的截污作用很小。为改变上细下粗的滤层中杂质分布严重的不均匀现象，提高滤层含污能力，便出现了双层滤料、三层滤料或混合滤料及均质滤料。双层滤料含污能力较单层滤料约高1倍以上。在相同滤速下，过滤周期长，在相同过滤周期下，滤速可提高。直接过滤：原水不经沉淀而直接进入滤池过滤称“直接过滤”。直接过滤充分体现了滤层中特别是深层滤料中的接触絮凝的作用。直接过滤工艺简单，混凝剂用量较少。在处理湖泊、水库等低浊度原水方面已有较多应用，也适宜于处理低温低浊水。直接过滤方式：①接触过滤：原水经加药后直接进入滤池过滤，滤前不设任何絮凝设备。②微絮凝过滤：原水加药混合后先经微絮凝池(几分钟)，形成粒径相近的微絮粒后(粒径~40~60μm)即刻进入滤池过滤。直接过滤工艺条件：①水质条件：原水浊度和色度较低且水质变化较小。一般要求常年原水浊度低于50度。②滤层：通常采用双层、三层或均质滤料。滤料粒径和厚度适当增大，否则滤层表面孔隙易被堵塞。③絮凝体尺寸：原水进入滤池前，无论是接触过滤或微絮凝过滤，均不应形成大的絮凝体以免很快堵塞滤层表面孔隙。④微絮粒强度和粘附力：投加高分子助凝剂（如活化硅酸、聚丙烯酰胺等），通过高分子的吸附架桥作用，增强杂质在滤料上的粘附力，使其不易脱落而穿透滤层。助凝剂应投加在混凝剂投加点之后，滤池进口附近。⑤滤速：滤速应根据原水水质决定。浊度偏高时应采用较低滤速，反之亦然。原水浊度通常在50度以上时，滤速一般在5m/h左右。滤速最好通过试验确定。1.1过滤水力学开始过滤时的滤层的水头损失称清洁滤层水头损失。砂滤池的滤速为8~10m/h时，水头损失约为30~40cm。清洁滤层的水流属层流状态,水头损失与滤速一次方成正比。随着过滤时间的延长，滤层中截留的悬浮物量逐渐增多，滤层孔隙率逐渐减小。在其他条件确定的情况下：若保持水头损失不变，孔隙率减小，则滤速减小；若保持滤速不变，孔隙率减小，则水头损失增加。由此就产生了等速过滤和变速过滤两种基本过滤方式。等速过滤：是指滤池过滤速度保持不变，也即滤池流量保持不变。在等速过滤状态，由于滤层逐渐被堵塞，水头损失随过滤时间逐渐增加，滤池中水位逐渐上升，当水位上升到最高水位时，过滤停止以待冲洗。无阀滤池与虹吸滤池是典型的恒速过滤滤池。变速过滤：滤速随时间而逐渐减小的过滤，过滤过程的水头损失始终保持不变，滤层孔隙率逐渐减小，则滤速逐渐减小，这种情况称等水头变速过滤。由4座滤池组成1个滤池组，进入滤池组的总流量不变。进水渠相互连通，4座滤池内的水位或总水头损失在任何时间内基本上都是相等的。最干净的滤池滤速最大，截污最多的滤池滤速最小。446\n座滤池按截污量由少到多依次排列，它们的滤速则由高到低依次排列。在整个过滤过程中，4座滤池的平均滤速始终不变以保持总的进、出流量平衡。对于某一滤池来说,由于滤池水位或总水头损失在任何时间内基本上相等,因而滤速随着过滤时间的延续而逐渐降低。最大滤速发生在该座滤池刚冲洗完毕投入运行阶段，而后滤速呈阶梯形下降而非连续下降。滤速的突变是另一座滤池刚冲洗完毕投入过滤引起的。4座滤池同时处于过滤状态时，每座滤池的滤速不同，都是等速过滤，随着过滤的进行，各座滤池水位稍有升高。当某座滤池冲洗完毕投入过滤，该座滤池滤料干净，滤速突然增大，其它3座滤池的一部分水量由该座滤池分担，因而其它3座滤池流量减小，滤速降低，相应地4座滤池水位也突然下降一些。折线的每一突变，表明其中某座滤池刚冲洗干净投入过滤。如果一组滤池的滤池数很多，则相邻两座滤池冲洗间隙时间很短，阶梯式下降折线将变为近似连续下降曲线。移动冲洗罩滤池每组分格数多达十几乃至几十格，几乎连续地逐格依次冲洗，因而，对任一格滤池而言，滤速的下降接近连续曲线。移动冲洗罩滤池是典型的递降速过滤滤池，当移动冲洗罩滤池的分格数很多时，这格滤池冲冼与下一格滤池冲洗的间隔时间很近，滤池水位变化不大，有可能达到近似的“等水位变速过滤”。滤层中的负水头：当过滤进行到一定时刻，从滤料表面到某一深度处的滤层的水头损失超过该深度处的水深，该深度处就出现负水头。负水头对过滤的影响：①负水头会导致溶解于水的空气释放出来而形成气囊。②气囊的存在减小了有效过滤面积，增加了过滤的水头损失，使滤层中空隙流速增加。③气囊会穿过滤料层上升，有可能把部分细滤料或轻质滤料带出，破坏滤层结构。④在冲洗时，气囊更容易将滤料带出滤池。避免出现负水头的方法：增加砂面上的水深；使滤池出口位置等于或高于滤层表面。1.1滤料有效粒径：d10表示通过滤料重量10%的筛孔直径，即筛下物重量占10%时的筛孔直径，或筛上物占90%时的筛孔直径。最大粒径：dmax最小粒径：dmin不均匀系数：我国规范中采用dmax，dmin和K80表示滤料粒径级配。K80愈大表示粗细颗粒尺寸相差大愈，颗粒愈不均匀，这对过滤和冲洗都很不利。K80较大时，过滤时滤层含污能力减小。反冲洗时，为满足粗颗粒膨胀要求，细颗粒可能被冲出滤池，若为满足细颗粒膨胀要求，粗颗粒将得不到很好清洗。K80愈接近于1，滤料愈均匀，过滤和反冲洗效果愈好，但滤料价格提高。滤料的混杂：粒径小、密度大的砂粒位于滤层下部；粒径大、密度小的煤粒位于滤层上部。反冲洗后，可能出现3种情况：分层正常，上层为煤，下层为砂；煤砂相互混杂，可能部分混杂(在煤－砂交界面上)，也可能完全混杂；煤、砂分层颠倒，上层为砂、下层为煤。这3种情况的出现，主要决定于煤、砂的密度差、粒径差及煤和砂的粒径级配、滤料形状、水温及反冲洗强度等因素。煤－砂交界面上不同程度的混杂是很难避免的。生产经验表明，煤－砂交界面混杂厚度在5cm左右，对过滤有益无害。1.2承托层承托层的作用：主要是防止滤料从配水系统中流失，同时对均布冲洗水也有一定作用。46\n承托层的级配：层次（自上而下）粒径（mm）厚度12~410024~810038~16100416~32本层顶面高度至少应高出配水系统孔眼100由于下层滤料粒径小而重度大，承托层必须与之相适应，以免反冲洗是承托层移动。1.1滤池冲洗反冲洗方法：高速水流反冲洗、气、水反冲洗、表面助冲加高速水流反冲洗。滤层冲洗强度L/(s·m2)膨胀度(%)冲洗时间(min)石英砂滤料12~15457~5双层滤料13~16508~6三层滤料16~17557~5气、水反冲洗：利用上升空气气泡的振动可有效地将附着于滤料表面污物擦洗下来使之悬浮于水中，然后再用水反冲把污物排出池外。因为气泡能有效地使滤料表面污物破碎、脱落，故水冲强度可降低，即可采用所谓“低速反冲”。气、水反冲操作方式：①先用空气反冲，然后再用水反冲。②先用气一水同时反冲，然后再用水反冲。③先用空气反冲，然后用气一水同时反冲，最后再用水反冲（或漂洗）。气、水反冲的特点：采用气、水反冲洗方法既提高冲洗效果，又节省冲洗水量。气、水反冲洗时，滤层不一定需要膨胀或仅有轻微膨胀，冲洗结束后，滤层不产生或不明显产生上细下粗分层现象，即保持原来滤层结构，从而提高滤层含污能力。气、水反冲洗需增加气冲设备（鼓风机或空气压缩机和储气罐），池子结构及冲洗操作也较复杂。气、水反冲，国外采用比较普遍，我国也日益增多。1.2配水系统配水系统的作用：使冲洗水在整个滤池面积上均匀分布。反冲洗时配水不均匀的危害：滤池中砂层厚度分布不同；过滤时，产生短流现象，使出水水质下降；可能招致局部承托层发生移动，造成漏砂现象。均匀配水方式：大阻力配水、大阻力配水大阻力配水系统：穿孔管布水系统，孔口阻力系数大。优点：配水均匀性较好。缺点：结构较复杂；孔口水头损失大，冲洗时动力消耗大；管道易结垢，增加检修困难。小阻力配水系统：孔口阻力系数小。①穿孔滤板：造价较低，孔口不易堵塞，配水均匀性较好，强度高，耐腐蚀。②穿孔滤砖：二次配水。滤砖尺寸为600m×280mm×250mm，用钢筋混凝土或陶瓷制成。每平方米滤池面积上铺设6块。开孔比为：上层1.07%，下层0.7%，属中阻力配水系统。③滤头：滤头由具有缝隙的滤帽和滤柄（具有外螺纹的直管）组成。短柄滤头用于单独水冲滤池，长柄滤头用于气水反冲洗滤池。滤头安装在预埋内螺纹套管混凝滤板上，垫橡胶垫圈拧紧。滤帽上开有许多缝隙，缝宽在0.25mm~0.4mm,以防滤料流失。直管上部开1~3个小孔，下部有一条直缝。滤头布置数50~60个，开孔比1.5%。冲洗排水槽和排水渠。冲洗水的供给。1.3均匀配水原理要使全池水量分布均匀,则要求上流水在流向全池各部的水头损失尽可能相等。图中靠近进口的A点及配水系统末端B点的水流路线Ⅰ和Ⅱ。46\n假定滤池上升水流各处分布均匀，各水流路线上单位面积、单位时间的水量为Q。各水流路线的总水头损失应包括:(1)配水系统的水头损失s1Q2;(2)配水系统上出水孔眼的水头损失s2Q2;(3)垫料层水头损失s3Q2;(4)滤料层水头损失s4Q2。不同水道的水头流道Ⅰ：H1=s1AQA2+s2AQA2+s3AQA2+s4AQA2+流速水头流道Ⅱ：H2=s1BQA2+s2BQA2+s3BQA2+s4BQA2+流速水头s:水力阻力系数出水高度相同，则H1=H2;两流道的垫层、滤层及布水孔眼可认为基本相同，则s2A=s2B=s2,s3A=s3B=s3,s4A=s4B=s4。由此可得下式：s1A总是不等于s1B,所以QA≠QB,但是设计中必须尽可能使QA≈QB。分析上式可知,为使QA≈QB,可采取两种方法。尽可能增大配水系统中布水孔眼的阻力，即减小孔眼尺寸，使s2>>s1+s3+s4,从而使上式右边根号内的分子接近于分母值,这种人为增大孔眼阻力的配水系统称为大阻力配水系统。穿孔管式的配水系统就是大阻力配水系统。尽可能减小s1的数值，使水从进口端流到末端的水头损失可以忽略不计，s1<