第三节 给水系统各部分的水压关系

给水系统必须保持足够的压力，以便将水送到各个用水点，以满足用户对水量和水压的要求。

一、城市给水管网的最小服务水头和控制点

最小服务水头即给水管网上用户接管处管网应为用户提供的最小水压力。我国《室外给水设计规范》（GB 50013—2006）中规定：当按直接供水的建筑层数确定给水管网水压时，其用户接管处的最小服务水头从地面算起，一层为10m（0.1MPa），二层为12m（0.12MPa），二层以上每增高一层增加4m（0.04MPa）。一般应根据各城市规定的标准层数来确定管网的最小服务水头，而不应将市内个别或少量高层建筑所需的水压作为城市给水管网的设计依据，否则将导致投资和运行费用的巨大浪费。

所谓控制点即管网中控制水压的点。该点一般位于距水厂最远或地形最高处，只要该点的压力在最高用水时能够达到城市管网的最小服务水头的要求，整个管网各供水点的水压就均能满足要求。

二、一级泵站扬程

无论处于何种情况，水泵扬程H_p 均可由静扬程H₀与水头损失∑h之和表示，即

只是在不同的情况下，H₀及∑h所表达的含义不尽相同。

一级泵站的作用是将原水送到净水构筑物中去，其扬程H_p（m）的计算（见图4-3）见下式：

式中：H₀为静扬程，m，即水厂第一个水处理构筑物（一般为混合池或配水井）的最高水位与水泵吸水井最低水位的高程差；h_s和h_c分别为由一级泵站输水量Q₁确定的水泵吸水管和水泵压水管（从水泵到水厂的第一个水处理构筑物）的水头损失，m。

图4-3 一级泵站扬程计算

1—吸水井；2—一级泵站；3—混合池

三、二级泵站扬程和水塔高度

二级泵站的作用是从清水池中抽取清水，加压后通过管网直接送入用户或将水送入水塔。由于有些管网中设置水塔，而有些则不设，因此二级泵站扬程的计算也有些差异。

（一）管网中不设置水塔

当管网中不设置水塔时，由二级泵站直接向用户送水。如果二级泵站能够将水送到控制点，并能满足最小服务水头的要求，就可满足整个管网的水压要求。二级泵站扬程的计算（见图4-4）见下式：

式中：Z_C为控制点C的地面标高与清水池最低水位的高程差，m；H_C为控制点C要求的最小服务水头，m；h_s、h_c和h_n分别为最高时用水量下的水泵吸长管、输水管和管网中的水头损失，m。

图4-4 无水塔管网的水压线

1—最低用水时；2—最高用水时

（二） 管网中设置前置水塔

当管网中设置前置水塔时，二级泵站将水送到水塔中，由水塔向管网供水。水塔的设置高度应满足控制点的水压要求。水塔的水柜底面高于地面的高度H_t（m），应按下式计算（见图4-5）：

式中：Z_C为控制点C的地面标高，m；Z_t为水塔处的地面标高，m；H_C为控制点C要求的最小服务水头，m；h_n为按最高时用水量计算的从水塔到控制点的管网的水头损失，m。

从式（4-7）可以看出，水塔的地面标高Z_t越大，则水塔的高度H_t越小，建造水塔的费用越低，这就是水塔要建造在高地的原因。

图4-5 前置水塔管网的水压线

1—最高用水时；2—最低用水时

二级泵站扬程H_p（m）应保证将水送到水塔，即

式中：Z_t为水塔处的地面标高与清水池最低水位的高程差（在图4-5中，以清水池最低水位为地面标高零点），m；H_t符号意义同前；H₀为水塔水柜的水深，m；h_s 和h_c分别为二级泵站在最大一级供水时，水泵吸水管和二级泵站到水塔的输水管中的水头损失，m。

（三）管网中设置对置水塔

当管网中设置对置水塔时，管网在最高供水时，由二级泵站和水塔同时向管网供水，两者有各自的供水区，形成供水分界线，如图4-6所示。在供水分界线上，水压最低。设C点为供水分界线上水压最低点，即控制点，则二级泵站扬程可按无水塔管网的公式计算，只是水泵吸水管、输水管和管网中的水头损失均应按水泵最大一级供水时的流量计算。水塔高度计算与前置水塔时相同，只是式中的h_n为最高供水时由水塔供水量引起的水塔到分界线上C点的水头损失。

在设置对置水塔时，当二级泵站供水量大于用水量时，多余的水量通过整个管网流入水塔，这种流量称为转输流量。在最大转输流量时，由于输水距离长，水头损失大，有可能要求二级泵站的扬程比最高用水时大，因此，设置对置水塔时，必须进行最大转输流量时水泵扬程的校核。最大转输流量时水泵扬程（m）为

图4-6 对置水塔管网的水压线

式中：Z_t为水塔处地面标高与清水池最低水位的高程差，m；h_s、h_c和h_n分别为最大转输流量时水泵吸水管、输水管和管网中的水头损失，m；其他符号意义同前。

（四）管网中设置网中水塔

当城市中部地形较高或有大用水户时，可在管网中间设置水塔，这种水塔称为网中水塔。根据水塔距二级泵站的远近，网中水塔管网供水又分为两种情况：一种情况是二级泵站供水量超过其与水塔间管网的需水量，此时这部分管网均由二级泵站供水，因此不会出现供水分界线；另一种情况是二级泵站的供水量不能满足其与水塔间管网的需水量，此时这部分管网需由二级泵站与水塔同时供水，管网中会出现供水分界线，如同对置水塔的情况。水塔后的管网则由水塔供水。管网的最不利点，可能在二级泵站与水塔之间，也可能在水塔后的最高最远点，因此，二级泵站扬程和水塔高度应根据具体情况，参照前置水塔和对置水塔的有关公式进行计算。

（五） 二级泵站扬程的校核

输、配水管网的管径和二级泵站扬程是按设计年限内最高日最高时的水量和水压要求确定的，但还应满足特殊情况下的水量和水压要求。因此，在特殊供水情况下，应对管网的管径和二级泵站扬程进行校核，以确保供水安全。通过校核，当二级泵站扬程不能满足特殊供水要求时，有时需将管网中个别管段的直径放大，有时则需另选合适的水泵或设专用水泵。

特殊供水情况主要有三种，即消防时、最大转输时和最不利管段发生故障时。在这三种情况下，由于管网中的流量发生了变化，有可能使管网的水头损失增加，从而使二级泵站扬程增大，因而需要进行校核。校核时，二级泵站扬程仍可按前述方法计算，只是需要注意控制点的位置，并重新确定管网中的流量。具体校核方法详见本书第五章第六节。