第三節 給水系統各部分的水壓關系

給水系統必須保持足夠的壓力，以便將水送到各個用水點，以滿足用戶對水量和水壓的要求。

一、城市給水管網的最小服務水頭和控制點

最小服務水頭即給水管網上用戶接管處管網應為用戶提供的最小水壓力。我國《室外給水設計規范》（GB 50013—2006）中規定：當按直接供水的建筑層數確定給水管網水壓時，其用戶接管處的最小服務水頭從地面算起，一層為10m（0.1MPa），二層為12m（0.12MPa），二層以上每增高一層增加4m（0.04MPa）。一般應根據各城市規定的標準層數來確定管網的最小服務水頭，而不應將市內個別或少量高層建筑所需的水壓作為城市給水管網的設計依據，否則將導致投資和運行費用的巨大浪費。

所謂控制點即管網中控制水壓的點。該點一般位于距水廠最遠或地形最高處，只要該點的壓力在最高用水時能夠達到城市管網的最小服務水頭的要求，整個管網各供水點的水壓就均能滿足要求。

二、一級泵站揚程

無論處于何種情況，水泵揚程H_p 均可由靜揚程H₀與水頭損失∑h之和表示，即

只是在不同的情況下，H₀及∑h所表達的含義不盡相同。

一級泵站的作用是將原水送到凈水構筑物中去，其揚程H_p（m）的計算（見圖4-3）見下式：

式中：H₀為靜揚程，m，即水廠第一個水處理構筑物（一般為混合池或配水井）的最高水位與水泵吸水井最低水位的高程差；h_s和h_c分別為由一級泵站輸水量Q₁確定的水泵吸水管和水泵壓水管（從水泵到水廠的第一個水處理構筑物）的水頭損失，m。

圖4-3 一級泵站揚程計算

1—吸水井；2—一級泵站；3—混合池

三、二級泵站揚程和水塔高度

二級泵站的作用是從清水池中抽取清水，加壓后通過管網直接送入用戶或將水送入水塔。由于有些管網中設置水塔，而有些則不設，因此二級泵站揚程的計算也有些差異。

（一）管網中不設置水塔

當管網中不設置水塔時，由二級泵站直接向用戶送水。如果二級泵站能夠將水送到控制點，并能滿足最小服務水頭的要求，就可滿足整個管網的水壓要求。二級泵站揚程的計算（見圖4-4）見下式：

式中：Z_C為控制點C的地面標高與清水池最低水位的高程差，m；H_C為控制點C要求的最小服務水頭，m；h_s、h_c和h_n分別為最高時用水量下的水泵吸長管、輸水管和管網中的水頭損失，m。

圖4-4 無水塔管網的水壓線

1—最低用水時；2—最高用水時

（二） 管網中設置前置水塔

當管網中設置前置水塔時，二級泵站將水送到水塔中，由水塔向管網供水。水塔的設置高度應滿足控制點的水壓要求。水塔的水柜底面高于地面的高度H_t（m），應按下式計算（見圖4-5）：

式中：Z_C為控制點C的地面標高，m；Z_t為水塔處的地面標高，m；H_C為控制點C要求的最小服務水頭，m；h_n為按最高時用水量計算的從水塔到控制點的管網的水頭損失，m。

從式（4-7）可以看出，水塔的地面標高Z_t越大，則水塔的高度H_t越小，建造水塔的費用越低，這就是水塔要建造在高地的原因。

圖4-5 前置水塔管網的水壓線

1—最高用水時；2—最低用水時

二級泵站揚程H_p（m）應保證將水送到水塔，即

式中：Z_t為水塔處的地面標高與清水池最低水位的高程差（在圖4-5中，以清水池最低水位為地面標高零點），m；H_t符號意義同前；H₀為水塔水柜的水深，m；h_s 和h_c分別為二級泵站在最大一級供水時，水泵吸水管和二級泵站到水塔的輸水管中的水頭損失，m。

（三）管網中設置對置水塔

當管網中設置對置水塔時，管網在最高供水時，由二級泵站和水塔同時向管網供水，兩者有各自的供水區，形成供水分界線，如圖4-6所示。在供水分界線上，水壓最低。設C點為供水分界線上水壓最低點，即控制點，則二級泵站揚程可按無水塔管網的公式計算，只是水泵吸水管、輸水管和管網中的水頭損失均應按水泵最大一級供水時的流量計算。水塔高度計算與前置水塔時相同，只是式中的h_n為最高供水時由水塔供水量引起的水塔到分界線上C點的水頭損失。

在設置對置水塔時，當二級泵站供水量大于用水量時，多余的水量通過整個管網流入水塔，這種流量稱為轉輸流量。在最大轉輸流量時，由于輸水距離長，水頭損失大，有可能要求二級泵站的揚程比最高用水時大，因此，設置對置水塔時，必須進行最大轉輸流量時水泵揚程的校核。最大轉輸流量時水泵揚程（m）為

圖4-6 對置水塔管網的水壓線

式中：Z_t為水塔處地面標高與清水池最低水位的高程差，m；h_s、h_c和h_n分別為最大轉輸流量時水泵吸水管、輸水管和管網中的水頭損失，m；其他符號意義同前。

（四）管網中設置網中水塔

當城市中部地形較高或有大用水戶時，可在管網中間設置水塔，這種水塔稱為網中水塔。根據水塔距二級泵站的遠近，網中水塔管網供水又分為兩種情況：一種情況是二級泵站供水量超過其與水塔間管網的需水量，此時這部分管網均由二級泵站供水，因此不會出現供水分界線；另一種情況是二級泵站的供水量不能滿足其與水塔間管網的需水量，此時這部分管網需由二級泵站與水塔同時供水，管網中會出現供水分界線，如同對置水塔的情況。水塔后的管網則由水塔供水。管網的最不利點，可能在二級泵站與水塔之間，也可能在水塔后的最高最遠點，因此，二級泵站揚程和水塔高度應根據具體情況，參照前置水塔和對置水塔的有關公式進行計算。

（五） 二級泵站揚程的校核

輸、配水管網的管徑和二級泵站揚程是按設計年限內最高日最高時的水量和水壓要求確定的，但還應滿足特殊情況下的水量和水壓要求。因此，在特殊供水情況下，應對管網的管徑和二級泵站揚程進行校核，以確保供水安全。通過校核，當二級泵站揚程不能滿足特殊供水要求時，有時需將管網中個別管段的直徑放大，有時則需另選合適的水泵或設專用水泵。

特殊供水情況主要有三種，即消防時、最大轉輸時和最不利管段發生故障時。在這三種情況下，由于管網中的流量發生了變化，有可能使管網的水頭損失增加，從而使二級泵站揚程增大，因而需要進行校核。校核時，二級泵站揚程仍可按前述方法計算，只是需要注意控制點的位置，并重新確定管網中的流量。具體校核方法詳見本書第五章第六節。