排水系统的布置

10　给排水工程

本章导读：

●基本要求 了解城市水务的概念及其体制管理在中国的发展历程；了解城市供排水一体化的理念；了解城市给水系统的组成、分类、布置形式及其影响因素；了解城市排水系统的组成、分类、布置形式及其影响因素；了解建筑给水系统的分类、组成及其给水方式；了解建筑排水系统的分类、组成及其污废水排水系统；了解典型给排水工程施工技术。

●重点　供排水一体化，给排水系统的分类与布置形式，建筑给水方式及污废水排水系统，典型给排水工程施工技术。

●难点　给水系统的分类，排水体制。

水是人类维系生命的基本物质，是工农业生产和城市发展不可缺少的重要资源。完善的给水排水系统是城市发展水平的体现，是城市（镇）基础设施的一个重要组成部分。给排水工程则是随着城市（镇）建设现代化与人们生活水平不断提高而形成的内容不断充实和更新的工程技术，是城市（镇）水务发展的基础学科，与土木工程密切相关。给排水工程可分为城市公用事业和市政工程的给水排水工程、大中型工业企业用于生产的给水排水及水处理工程、建筑给水排水工程等。

10.1　给水工程

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、生产用水和其他用水；不但要满足近期的供水需求，还需兼顾城（镇）长远发展需求。

10.1.1　给水系统组成

给水系统由相互连系的一系列构筑物和输配水管网组成。其任务是从水源取水，按照用户对水质的要求进行处理，然后将水输送到用水区，并向用户配水。给水系统通常由下列设施组成：

①取水构筑物：用以从选定的水源取水。

②水处理构筑物：对取水构筑物的来水进行处理，以满足用户对水质的要求，水处理构筑物通常集中布置在水厂范围内。

③泵站：用以将所需水量提升到要求的高度，可分为抽取原水的一级泵站、输送清水的二级泵站和设于管网中的增压泵站等。

④输水管渠和管网：输水管渠是将原水由取水构筑物送到水处理厂的管渠，管网则是指将处理后的清水送到各个给水区的全部管道。

⑤调节构筑物：用以贮存和调节水量，包括各种类型的贮水构筑物，例如高地水池、水塔、清水池等。

图10.1所示为以地表水为水源的给水系统。其具体工作流程为：取水构筑物1从江河取水，经一级泵站2送往水处理构筑物3，处理后的清水贮存在清水池4中；二级泵站5从清水池4取水，经管网6供应用户。有时，为了调节水量和保持管网的水压，可根据需要建造调节构筑物7（如水库泵站、高地水池或水塔等）。一般情况下，从取水构筑物到二级泵站都属于水厂的范围。当水源远离城市时，则须由输水管渠将水源水引到水厂。

图10.1　地表水源给水系统示意图
1—取水构筑物；2—一级泵站；3—水处理构筑物；4—清水池；5—二级泵站；6—管网；7—调节构筑物

图10.2　地下水源给水系统示意图
1—管井群；2—集水池；3—泵站；4—水塔；5—管网

以地下水为水源的给水系统，一般通过凿井取水，如图10.2所示。因地下水水质良好，一般可省去水处理构筑物而只需加氯消毒，使给水系统大为简化。此外，地下水源给水系统中水塔并非必需，视城市规模大小而定。

10.1.2　给水系统的分类

给水系统是保证城市（镇）、工矿企业等用水的各项构筑物和输配水管网组成的系统，分类如下：

①按水源种类不同分为地表水给水系统和地下水给水系统。

②按供水方式不同分为自流系统、水泵供水系统和混合供水系统。

③按使用目的不同分为生活用水系统、生产给水系统和消防给水系统。

④按服务对象不同分为城市（镇）给水系统和工业给水系统。

10.1.3　给水系统的布置

1）影响给水系统布置的因素

给水系统的布置取决于城市（镇）规划、水源、地形、用户要求等。

①城市规划：给水系统的布置，应密切配合城市和工业区的建设规划，做到通盘考虑、分期建设，既能及时供应生产、生活和消防用水，又能适应今后发展的需求。

②水源：水源种类、水源距离用水区的远近以及水源水质条件的不同均影响到城市给水系统的布置。

③地形：地形条件对给水系统的布置有很大影响。如城市地形比较平坦，工业用水量小、对水压又无特殊要求时，可用统一给水系统；城市地形起伏较大，则适合采用分区给水或局部加压的给水系统。

④用户要求：给水系统布置应考虑不同的用户要求，包括不同的水质、水压等。

2）常见的给水系统布置形式

（1）统一给水系统

生活饮用水、工业用水、消防用水等都按照生活饮用水水质标准，用统一的给水管网供给用户的给水系统，称为统一给水系统。图10.1和10.2所示为统一给水系统。这类给水系统适用于新建的中小城市、城镇、工业区或大型厂矿企业中用户较集中、地形较平坦，且对水质、水压要求也比较接近的情况。

（2）分质给水系统

当大型厂矿企业等相当数量用户对水质的要求低于生活用水标准时，则宜采用分质给水系统。分质给水系统，既可以是同一水源，经过不同的处理，以不同的水质和压力供应工业和生活用水；也可以是不同的水源。如图10.3中虚线所示为地面水经沉淀后供工业生产用水，同时地下水经加氯消毒后供给生活用水。这种分质给水系统显然节省了净水运行费用，但需设置两套净水设施和两套管网，管理工作较为复杂。

图10.3　分质给水系统示意图
1—管井；2—泵站；3—生活用水管网；4—生产用水管网；5—取水构筑物；6—工业用水处理构筑物

图10.4　分压给水系统示意图
1—取水构筑物；2—水处理构筑物；3—泵站；4—高压管网；5—低压管网；6—水塔

（3）分压给水系统

当用户对水压要求差别较大时，如仍按统一供水，可能造成高压用户压力不足而需要增加相应增压设备，这种分散增压不但增加了管理工作量，而且能耗很大。此时，采用分压供水系统更为适合。分压给水可以采用并联或串联分压给水系统。图10.4所示为并联分压给水系统，其供水根据高、低压供水范围和压差值由泵站组合完成。

（4）分区给水系统

分区供水系统是将整个系统分成几个区，各区之间采取适当的联系，而每区设有单独的泵站和管网。采用分区给水系统，在技术上是为了使管网的水压不超过水管能承受的压力；在经济上是为了降低供水能量费用。在给水区范围很大、地形高差显著或远距离输水时，均须考虑分区给水系统。

（5）循环和循序给水系统

循环系统是指使用过的水经过处理后循环使用，只从水源取少量循环时损耗的水，这种系统通常采用较多。循序系统是在车间之间或工厂之间，根据水质重复利用的原理，水源水先在某车间或工厂使用，用过的水又到其他车间或工厂应用，或经冷却、沉淀等处理后再循序使用。循序系统由于水质较难符合循序适应的要求，很难普遍应用。循环给水系统、循序给水系统示意图分别如图10.5和图10.6所示。

图10.5　循环给水系统示意图
1—冷却塔；2—吸水井；3—泵站；4—车间；5—新鲜补充水

图10.6　循序给水系统示意图
1—取水构筑物；2—一级泵站；3—水处理构筑物；4—二级泵站；5—车间；6—车间；7—废水处理构筑物

（6）区域给水系统

随着工业的日益发展，沿一条河流建设的城市或工业企业愈来愈多，其间的距离愈来愈小。在有些情况下，选择的水源很难说是处于城市的上游或下游；因此，为避免污染，将所有水源设在一系列城市或工业区的上游，统一取水供沿河流各城市或工业区使用。这种从区域性考虑形成的给水系统称为区域给水系统。

10.1.4　建筑给水系统

1）建筑给水系统分类

根据用户对水质、水压、水量、水温的要求，并结合外部给水系统情况进行划分，建筑给水系统分为生活给水系统、生产给水系统、消防给水系统三种。

（1）生活给水系统

生活给水系统提供人们在日常生活中饮用、烹饪、盥洗、沐浴、洗涤、冲厕、清洗地面和其他生活用途的用水。在一般情况下是采用公用给水管网给水，在缺水地区可采用生活饮用水和杂用两类给水系统。随着人们对饮用水品质要求的不断提高，在某些城市、地区或高档住宅小区、综合楼等已实施分质供水，管道饮水给水系统已逐渐进入住宅。

（2）生产给水系统

生产给水系统提供生产过程中的工艺、清洗、冷却、生产、空调、稀释、除尘、锅炉等用水。由于工艺过程和生产设备的不同，这类用水的水质要求有较大的差异，有的低于生活用水标准，有的远远高于生活饮用水标准。

（3）消防给水系统

消防给水系统提供建筑消防灭火设施的用水，主要包括消火栓、消防卷盘和自动喷水灭火系统喷头等设施的用水。消防用水对水质要求不高，但必须按照建筑防火规范要求保证供给足够的水量和水压。

总之，给水系统的选择，应根据生活、生产、消防等各项用水对水质、水量、水压、水温的要求，结合室外给水系统的实际情况，经技术、经济比较或采用综合评判法确定。上述三种基本建筑给水系统可根据具体情况予以合并和共用，如生活-生产给水系统、生活-消防给水系统、生产-消防给水系统、生活-生产-消防给水系统。

2）建筑给水系统组成

建筑内部给水系统一般由引入管、给水管道、给水附件、给水设备、配水设施和计量仪表等组成。包括：引入管、接户管、入户管、水表节点、管道系统、给水附件、升压和贮水设备，以及室内消防设备等，如图10.7所示。

图10.7　建筑给水系统
1—阀门井；2—引入管；3—阐阀；4—水表；5—水泵；6—逆止阀；7—干管；8—支管；9—浴盆； 10—立管；11—水龙头；12—淋浴器；13—洗脸盆；14—大便器；15—洗涤盆；16—水箱； 17—进水管；18—出水管；19—消火栓；A—入贮水池；B—来自贮水池

3）建筑给水的布置方式

建筑给水布置方式（不包括高层建筑）主要包括以下几种：

（1）直接给水

由室外给水管网直接供水，是最简单、经济的给水方式，如图10.8所示。此类供水方式适用于室外给水管网的水量、水压在一天内能满足用水要求的建筑。

（2）水箱给水

当室外给水管网供水压力周期性不足时宜采用该给水方式，如图10.9所示。低峰用水时，可利用室外给水管网水压直接供水并向水箱进水，同时水箱贮备水量；高峰用水时，室外管网水压不足，则由水箱向建筑内的给水系统供水。

图10.8　直接给水方式

图10.9　设水箱的给水方式

（3）水泵给水

在室外给水管网的水压经常不足时宜采用该给水方式。为充分利用室外管网压力、节省电能，当水泵与室外管网直接连接时，应设旁通管，如图10.10（a）示。当室外管网压力足够大时，可自动开启旁通管的逆止阀直接向建筑内供水。水泵直接从室外管网抽水，会使外网压力降低，影响附近用户用水，严重时还可能造成外网负压。因此，当采用水泵直接从室外管网抽水时，必须征得供水部门的同意，并在管道连接处采取必要的防护措施，以免水质污染。为了避免上述问题，可在系统中增设贮水池，采用水泵与室外管网间接连接的方式，如图10.10（b）所示。

图10.10　设水泵的给水方式

10.2　排水工程

排水工程是收集、输送、处理和处置城市生活污水、工业废水和雨水的总称，是城市（镇）基础设施的重要组成部分。为了系统地排除和处置各种废水而建设的一整套工程设施称为排水系统。

10.2.1　排水体制

生活污水、工业废水和雨水可以采用一套管渠系统或采用两套及两套以上各自独立的管渠系统来排除，这种不同的排除方式所形成的排水系统，称为排水体制。排水系统主要有合流制和分流制两种制度。

1）合流制排水系统

合流制排水系统是将生活污水、工业废水和雨水混合在同一套管渠内排除的系统。合流制排水系统又分为直排式合流制排水系统和截流式合流制排水系统。

（1）直排式合流制排水系统

直排式合流制排水系统属于早期的合流制排水系统，就是将排除的混合污水不经处理和利用，就近直接排入水体。图10.11所示为直流式合流制排水系统，由于全部污水不经处理直接排入水体，虽然投资较低，但随着环境质量标准的提高，这种体制将不能满足环境保护的要求。因此，一般不宜采用这种体制。

（2）截流式合流制排水系统

截流式合流制排水系统是在早期直排式合流制排水系统建设的基础上，沿水体岸边增建一条截流干管，并在干管末端设置污水厂，同时在截流干管与原干管相交处设置溢流井。图10.12所示为截流式合流制排水系统，这种排水系统虽比直排式有了较大的改进，但随着雨量的增加超过了截流干管的输水能力时，将出现溢流，有部分混合污水将因直接排放而污染水体。为了克服截流式合流制这一缺陷，可设置调蓄设施贮存雨污水，待雨后再送至污水厂处理。这样做还有可能降低污水厂进水量的变化幅度，从而降低其基建费用和改善其运行条件。

图10.11　直排式合流制排水系统
1—合流支管；2—合流干管；3—河流

图10.12　截流式合流制排水系统
1—合流干管；2—溢流井；3—截流主干管；4—污水厂；5—出水口；6—溢流干管；7—河流

2）分流制排水系统

分流制排水系统是将污水和雨水分别在两套或两套以上各自独立的管渠内排除的系统。排除生活污水、工业废水或城市污水的系统称为污水排水系统；排除雨水的系统称为雨水排水系统。由于排除雨水的方式不同，分流制排水系统又分为完全分流制、不完全分流制和半分流制三种。

（1）完全分流制排水系统

完全分流制排水系统既有污水排水系统，又有雨水排水系统，如图10.13所示；生活污水、工业废水通过污水排水系统排至污水厂，经处理后排入水体；雨水则通过雨水排水系统直接排入水体，故环保效益较好，但有初期雨水的污染问题，而且其投资一般也比截流式合流制高些。新建的城市及重要的工矿企业，一般采用完全分流制排水系统。

图10.13　完全分流制排水系统图
1—污水干管；2—污水主干管；3—污水厂；4—出水口；5—雨水干管；6—河流

图10.14　不完全分流制排水系统
1—污水干管；2—污水主干管；3—污水厂；4—出水口；5—明渠或小河；6—河流

（2）不完全分流制排水系统

不完全分流制排水系统只设有污水排水系统，没有完整的雨水排水系统，如图10.14所示。污水通过污水排水系统送至污水厂，经处理后排入水体；雨水则通过地面漫流进入不成系统的明渠或小河，然后进入较大的水体，故投资较省。这种体制适用于地形适宜，地面水体可顺利排泄雨水的城镇。发展中的城镇，则可先建污水系统，再完善雨水系统。我国很多工业区、居住区在以往建设中采用了不完全分流制排水系统。

（3）半分流制排水系统

半分流制排水系统既有污水排水系统，又有雨水排水系统，如图10.15所示。该系统之所以称为半分流是因为它在雨水干管上设置了雨水跳越井，可截留初期雨水和街道地面冲洗废水进入污水管道。雨水干管流量不大时，雨水与污水一起被引入污水厂处理；雨水干管流量超过截流量时，则跳越截流管道经雨水出流干管排入水体。在生活水平、环境质量要求高的城镇可以采用。

合理选择排水系统的体制，是城镇和工业企业排水系统规划和设计的重要问题。通常排水系统体制的选择，应当在满足环境保护需要的前提下，根据当地的具体条件，通过技术经济比较决定。

图10.15　半分流制排水系统
1—污水干管；2—污水主干管；3—污水厂

10.2.2　排水系统组成

图10.16所示为排水系统组成示意图。排水系统通常由管渠系统、污水厂和出水口三部分组成。

图10.16　排水系统的组成
1—工厂排出的生产废水；2—住宅排出的生活污水；3—工厂区及住宅区排出的雨水；4—城市管渠系统；5—泵站；6—格栅；7—曝气沉沙池；8—初次沉淀池；9—鼓风机房；10—曝气池；11—二次沉淀池；12—出水渠；13—江河

管渠系统：收集和输送废水的工程设施。

污水厂：改善水质和回收利用污水的工程设施。

出水口：废水排入水体的工程设施。

城市（镇）污水系统主要负责收集住宅和公共建筑的污水并输送至污水厂，由房屋内部污水管道系统、街坊污水管道系统、城镇污水管渠系统和污水泵站组成。

工厂排水系统主要是收集各车间及其他排水对象所排出的废水，并将其送至回收利用、处理构筑物，或直接排入城镇排水系统。工业废水排水系统由车间内部管道系统和设备、厂内管道系统等组成。

雨水排水系统的任务主要是收集雨水径流，并排入水体。雨水排水系统由房屋雨水管道系统、街坊或厂区雨水管渠系统、街道雨水管渠系统、雨水泵站及压力管等组成。

10.2.3　排水系统的布置

污水管道系统的平面布置包括：确定排水区界，划分排水流域；选择污水厂出水口的位置；拟定污水干管及总干管的路线；确定需要抽升的排水区域和设置泵站的位置等。

排水区界是排水系统敷设的界限。在排水区界内应根据地形及城市和工业企业的竖向规划划分排水流域，一般排水区界应与排水区域分水线相符合。污水厂和出水口要设在城市的下风向、水体的下游；离开居住区和工业区，其间距必须符合环境卫生的要求，应通过环境影响评价最终确定。

管道定线一般按总干管、干管、支管顺序依次进行。污水总干管的走向取决于污水厂和出水口的位置；因此污水厂和出水口的数目与分布位置将影响主干管的数目和走向。在一般情况下，污水管道是沿道路敷设，所以管道定线时需考虑街道宽度及交通情况，同时污水干管一般不宜在交通繁忙而狭窄的街道下敷设。污水支管的平面布置除取决于地形外，还需考虑街坊的建筑特征，并便于用户的接管排水。

排水泵站设置的具体位置应考虑环境卫生、地质、电源和施工条件等因素，并应征询规划、环保、城建等部门的意见。

10.2.4　建筑排水系统

1）建筑排水系统分类

建筑排水系统的任务是将建筑内生活、生产中使用过的水收集并排放到室外的污水管道系统。根据系统接纳的污、废水类型，可分为生活排水系统、工业废水排水系统和雨水排水系统三大类。

生活排水系统：用于排除居住、公共建筑及工厂生活间的盥洗、洗涤和冲洗便器等污废水。

工业废水排水系统：用于排除生产过程中产生的工业废水。

雨水排水系统：用于收集排除建筑屋面上的雨雪水。

在以上三类系统中，若污废水单独排放，则称为分流制排水系统，否则称为合流制排水系统。

2）建筑排水系统的基本要求与组成

建筑内部污、废水排水系统应能满足以下基本要求：

①系统能迅速畅通地将污废水排到室外。

②排水管道系统内的气压稳定，有害气体不能进入室内，保持室内良好的环境卫生。

③管线布置合理，简短顺直，工程造价低。

为满足上述要求，建筑污废水排水系统由卫生器具和生产设备的受水器、排水管道、清通设备和通气管道、建筑污废水的提升和局部处理等基本部分组成。

民用和公共建筑的地下室、人防建筑、消防电梯底部集水池内以及工业建筑内部标高低于室外地坪的车间和其他用水设备房间排放的污废水，若不能自流排至室外检查井时，必须提升排出，以保持室内良好的环境卫生。

为使污废水水质标准达到排入市政管网的要求，通常要采用局部处理，污废水的局部处理主要有化粪池、隔油池、降温池和医院污水处理设施等。

3）建筑污废水排水系统的类型

污废水排水系统通气的好坏直接影响着排水系统的正常使用，按系统通气方式，建筑内部污废水排水系统分为单立管排水系统、双立管排水系统和三立管排水系统。

（1）单立管排水系统

单立管排水系统指只有一根排水立管，没有专门通气立管的系统，如图10.17（a）所示。这种排水系统利用排水立管本身及其连接的横支管和附件进行气流交换，这种通气方式称为内通气。

（2）双立管排水系统

双立管排水系统也称两管制，由一根排水立管和一根专用通气立管组成，是利用排水立管与另一根立管之间进行气流交换，所以叫作外通气，如图10.17（b）所示。该建筑排水系统适用于污废水合流的各类多层和高层建筑。

（3）三立管排水系统

三立管排水系统由三根立管组成，如图10.17（c）所示，分别为生活污水立管、生活废水立管和专用通气立管。三立管排水系统也是外通气系统，适用于生活污水和生活废水分别排除室外的各类多层、高层建筑。

图10.17　污废水排水系统类型
1—排水立管；2—污水立管；3—通气立管；4—结合通气管

图10.18　普通外排水系统示意图

4）建筑屋面雨水系统

建筑屋面雨水的排除方式按其雨水管道的位置分为外排水系统和内排水系统。

（1）外排水系统

管道敷设在外，故室内无雨水管产生的漏、冒等隐患，且系统简单，施工方便，造价低，在设置条件具备时应优先采用。根据屋面有无天沟分为普通外排水和天沟外排水两种方式。图10.18所示为普通外排水系统示意图。

（2）内排水系统

一般由雨水斗、连接管、悬吊管、立管、排出管、埋地干管和附属构筑物等几部分组成。降落到屋面的雨水沿屋面流入雨水斗，经连接管、悬吊管流入立管，再经排出管流入雨水检查井，或经埋地干管排至室外雨水管道。

建筑物屋面雨水排水系统的选择应综合考虑建筑物的类型、建筑结构形式、屋面面积大小、当地气候条件以及生活生产的要求，经过技术经济比较，本着既安全又经济的原则进行。

思考讨论题

1.简述给水系统的分类和组成？

2.给水系统的布置形式有哪些？

3.简述建筑给水系统给水方式，并说明其适用条件。

4.排水体制有哪几种？每种排水体制有何优缺点？选择排水体制时应考虑哪些问题？

5.城市排水系统由哪几部分组成？每个组成部分的功能是什么？

6.建筑污废水排水系统的要求有哪些？常用的有哪几种类型？