第二节 乡镇给水用水量计算
用水量是指设计时所规定的给水系统各组成部分在投产后所能达到的日最大给水能力。在规划给水工程时,首先要对设计用水量做出估算;然后根据设计用水量选择水源、取水方式和给水方式,确定取水、净水、输配水等工程的规模。它直接影响着整个工程的投资、工程效益和社会效益。
用水量主要是根据用户对水量的要求而定,即取决于供水范围的大小、规划年限的长短、用水人口及乡镇企业的多少和用水定额的高低。乡镇供水按其用水目的不同,用水类型主要有居民生活用水、乡镇企业用水、村镇公共建筑用水、饲养禽畜用水、消防用水、浇洒道路和绿地用水、管网漏失水量及未预见用水量等。
一、用水量定额
用水定额是指每一种不同用水性质的用水所给定的单耗水量标准,即用水量标准。如每人每日需耗多少水量[L/(人·d)];每生产一件产品需多少水量[L/(单位产品)]等。用水量定额是确定设计用水量的主要依据,在确定用水定额时,应结合现状和规划资料,并参考类似地区用水情况。
(一)居民生活用水量定额
农村居民生活用水是指居民家庭的日常生活用水,包括居民的饮用、烹调、洗涤、清洁、冲厕、洗澡等用水。生活用水定额用 [L/(人·d)]表示。生活用水量定额与水源条件、经济水平、居住条件、供水设备完善情况、生活水平等因素有关。不同地区人均生活用水量会有较大差别,即使同一地区、不同村镇,因水源条件不同,用水量也可能相差较大。影响生活用水量的因素很多,设计规划时,农村生活用水量定额可参考 《村镇供水工程技术规范》(SL310—2004)、《村镇规划标准》(GB50188—2004)等有关规定(表1-2)。
(二)公共建筑用水量定额
公共建筑包括学校、机关、医院、饭店、旅馆、公共浴室、商店等。其用水涉及面广,难以用统一的指标衡量。机关、学校等行业一般用L/(人·d)表示,旅馆、医院等行业一般用L/(床·d)表示,商店、餐饮等行业一般用L/(营业面积·d)表示。
表1-2 居民生活最高日用水定额 单位:L/(人·d)
续表
注 1.本表所列用水量包括了居民散养畜禽用水量、散用汽车和拖拉机用水量、家庭小作坊生产用水量。
2.一区包括新疆,西藏,青海,甘肃,宁夏,内蒙古西北部,陕西、山西黄土高原丘陵沟壑区,四川西部。
二区包括黑龙江,吉林,辽宁,内蒙古西北部以外地区,河北北部。
三区包括北京,天津,山东,河南,河北北部以外地区,陕西关中平原地区,山西黄土高原丘陵沟壑区以外地区,安徽、江苏北部。
四区包括重庆,贵州,云南南部以外地区,四川西部以外地区,广西西北部,湖北、湖南西部山区,陕西南部。
五区包括上海,浙江,福建,江西,广东,海南,安徽、江苏北部以外地区,广西西北部以外地区,湖北、湖南西部山区以外地区,云南南部。
3.取值时,应对各村镇居民的用水现状、用水条件、给水方式、经济条件、用水习惯、发展潜力等情况进行调查分析,并综合考虑以下情况:村庄一般比镇区低;定时给水比全日给水低;发展潜力小取较低值;制水成本高取较低值;村内有其他清洁水源便于使用时取较低值。调查分析与本表有出入时,应根据当地实际情况适当增减。
4.本表中的卫生设施主要指洗涤池、洗衣机、淋浴器和水冲厕所等。
《建筑给水排水设计规范》(GB50015—2010)对各种公共建筑用水标准作了较详细的规定,旅馆、学校、医院等,对于条件好的村镇,可按表1-3确定公共建筑用水量标准。但对于条件一般或较差的乡镇,应根据公共建筑类型、用水条件以及当地的经济条件、气候、用水习惯、给水方式等具体情况对表1-3中的公共建筑用水量标准适当折减,折减系数可为0.5~0.7;无住宿学校的最高日用水量标准可为15~30L/(人·d),机关的最高日用水量定额可为20~40L/(人·d)。
表1-3 公共建筑用水量标准
续表
在缺乏统计资料时,公共建筑用水量可按居民生活用水量的5%~25%估算,其中无学校的村庄不计此项,其他村庄宜为5%~10%,集镇宜为10%~15%,建制镇宜为10%~25%,条件一般的村庄和条件较差的镇取低值,条件较好的村镇取高值。
(三)企业用水量定额
乡镇企业用水包括生产用水和工作人员的生活用水。
1.企业生产用水定额
乡镇企业生产用水一般是指乡镇企业在生产过程中用于加工、净化和洗涤等方面的用水。乡镇企业生产用水量定额与生产规模、生产工艺、设备类型和管理水平等因素有关,各地差异较大。一般有两种计算方法:①按单位产品计算,如每生产1t水泥需水1.5~ 3.0m3,每印染1万m棉布需200~300m3水;②按每台设备每台或台班的用水量计算,如农用汽车100~120L/(台·d),锅炉1000L/(h·t)(以小时蒸发量计)。企业生产用水量通常由工艺部门提供数据,还应参照同类性质工厂的生产用水量并结合当地实际情况定,表1-4可供参考。
表1-4 乡镇企业生产用水定额
注 1.表中括号内的罗马数字代表气候分区。
2.气候分区:第Ⅰ分区包括黑龙江和吉林全部,内蒙古和辽宁的大部分地区,河北、山西、陕西、宁夏的一小部分县市;第Ⅱ分区包括北京、天津和山东的全部,河北、陕西、山西的大部分,甘肃、宁夏、辽河、河南、青海、江苏的部分县市;第Ⅲ分区包括上海、浙江、安徽和江西的全部、江苏的大部分地区、福建、湖南、湖北、河北、河南的部分县市;第Ⅳ分区包括广东和台湾的全部,广西的大部分,福建、云南的部分县市;第Ⅵ分区包括贵州的全部,四川、云南的大部分,湖南、湖北、陕西、甘肃和广西的部分县市。
2.乡镇企业职工生活用水定额
乡镇企业的职工生活用水定额是指每一职工每班的生活用水量和淋浴用水量。职工生活用水定额,应根据车间性质确定,无淋浴的可为25~35L/(人·班),有淋浴的可根据具体情况确定,淋浴用水定额为40~60L/(人·班)。
(四)饲养禽畜用水量定额
集体或专业户饲养畜禽,不同饲养方式的用水量定额不同。饲养禽畜最高日用水量,应根据畜禽饲养方式、种类、数量、用水现状和近期发展计划确定。
(1)圈养时,饲养畜禽用水定额可按表1-5选取。
表1-5 饲养禽畜最高日用水定额 单位:L/(头·d)
(2)放养畜禽时,应根据用水现状对按定额计算的用水量适当折减。
(3)有独立水源的饲养场可不考虑此项。
(五)消防用水量定额
消防用水一般是从街道消火栓取水。此外,有些建筑物中采用特殊消防措施,如自动喷水设备等。消防给水设备由于不经常工作,可与生活饮用水给水系统结合在一起考虑。对防火要求高的场所,如仓库和工厂,可设立专用的消防给水系统。大型城镇应根据 《建筑设计防火规范》(GB50016—2006)的规定,把消防水量计算在用水量之内。消防用水量标准参照表1-6。
表1-6 城镇或居民区室外消防用水量标准
允许短时间中断给水的村镇,当前述四项用水量之和高于消防用水量时,确定给水规模可不单列消防用水量。
(六)浇洒道路和绿地用水量定额
浇洒道路和绿地用水量,水资源丰富地区、经济条件好或规模较大的镇可根据需要适当考虑,村镇道路的浇洒用水标准可按浇洒面积乘以1.0~2.0L/(m2·d)计算;绿地浇洒用水标准可按浇洒面积乘以1.0~3.0L/(m2·d)计算。若道路的喷洒频率不高,则该项用水量很少,一般也可按综合生活用水量的3%~5%估算,其余村镇可不计此项。
(七)管网漏失水量和未预见用水量定额
未预见水量是指给水系统设计中,对难于预测的各种因素而准备的水量。村镇的未预见水量和管网漏失水量参照《镇(乡)村给水工程技术规程》(CJJ123—2008),可按最高日用水量的15%~25%合并计算。村庄取较低值,规模较大的镇区取较高值。
二、用水量变化
由于乡镇居民用水具有随机性,所以每天用水量时刻变化,用水量只能按一定时间范围内的平均值进行计算,通常用以下方式表示。
1.用水量的表示
(1)平均日用水量:即规划年限内,用水量最多一年内的总用水量除以用水天数。该值一般作为水资源规划的依据。
(2)最高日用水量:即用水量最多一年内,用水量最多一天的总用水量。该值一般作为供水取水与水处理工程规划和设计的依据。设计给水工程时,一般以最高日用水量来确定给水系统中各项构筑物的规模。
(3)最高日平均时用水量:即最高日用水量除以24h,得到的最高日平均每小时的用水量,实际上只是对最高日用水量进行了单位换算,它与最高日用水量作用相同。
(4)最高时用水量:即用水量最多的一年内,用水量最高的24h中,用水量最大的1h的总用水量。该值一般作为供水管网工程规划与设计的依据。
2.用水量变化的表示
无论是生活用水还是生产用水,其耗水量绝不是一个恒定不变的数值,用水量随时都在变化。一年中不同季节的用水量有变化,同一季节中不同日的用水量有变化,同一天不同小时的用水量也有变化。生活用水量随着生活习惯和气候而变化,如假期比平日高,夏季比冬季用水多;在一天内又以起床后和晚饭前用水最多。农业生产活动有较强的季节性,同工业生产相比年内用水量变化也较大。用水量定额只是一个平均值,在设计给水系统时,还须考虑每日每时的用水量变化。各种用水量的变化幅度和规律有所不同,用水量的变化可以用变化系数表示。规划和设计供水工程时主要是考虑逐日、逐时的变化。
在一年中,每天用水量的变化可以用日变化系数表示,即最高日用水量与平均日用水量的比值,称为日变化系数,记作Kd,即
日变化系数应根据给水规模、用水量组成、生活水平、气候条件,结合当地相似给水工程的年内给水变化情况综合分析确定,可在1.3~1.6范围内取值。
在进行给水工程规划和设计时,一般首先计算最高日用水量,然后确定日变化系数,由此,计算出全年用水量或平均日用水量,即
在一日内,每小时用水量的变化可以用时变化系数表示,最高时用水量与最高日平均时用水量的比值,称为时变化系数,记作Kh,即
图1-3为2785人的村庄全日供水的用水量变化曲线,每小时用水量按最高日用水量的百分数计,图形面积为∑Qi%=100%,Qi%是以最高日用水量百分数计的每小时用水量。从曲线上看出,用水量变化较大,出现4个用水高峰,最高时用水量为最高日用水量的8.9%,发生在16~17时,时变化系数Kh为2.13。图中虚线为最高日平均时用水量。
图1-3 某村生活用水量变化曲线
3.时变化系数的选用
设计乡镇给水系统时,要认真考虑时变化系数的取值。时变化系数与用水人口数、乡镇企业多少和规模及给水方式等有关。通过一些实际用水情况分析,时变化系数的大小,有如下变化规律。
(1)供水时间越短,Kh越大。
(2)当两水厂规模相同时,定时给水的Kh大于全日供水的Kh。
(3)Kh与用水人口成反比。用水人口越多,则Kh越小;用水人口越少,则Kh越大。
(4)Kh与乡镇企业多少成反比,乡镇企业越多,Kh越小;乡镇企业越少,则Kh越大。
根据上述Kh的变化规律及有关调查资料,全日给水的乡镇水厂Kh可选为2~4;定时给水的乡镇水厂Kh可选为3~5。具体可参考表1-7。
表1-7 乡镇给水Kh建议值
注 用自来水浇洒庭院时,Kh宜采用相应人数的高值;工、商、企业较集中的村镇,Kh宜采用相应人数的低值。
三、用水量计算
1.生活用水量
(1)当采用最高日生活用水量标准作为计算依据时,计算公式为
(2)当采用平均日生活用水量标准作为计算依据时,计算公式为
3.企业用水量
计算公式为
4.未预见水量
当不单独考虑庭院及消防用水时,未预见水量可按最高日生活用水量、牲畜用水量及乡镇企业用水量之和的10%~20%计算。计算公式为
5.管网漏失水量
同样,在不单独考虑庭院及消防用水时,管网漏失水量可按最高日生活用水量、牲畜用水量及乡镇企业用水量之和的5%~10%计算。计算公式为
式中 Q5——管网漏失水量,m3/d。
6.水厂自用水量
一般可按最高日生活用水量、牲畜用水量及乡镇企业用水量之和的5%~10%计算。计算公式为
7.水厂规模及给水系统各组成部分的流量
水厂规模即水厂建成投产后,每天所能提供的最大供水量。计算公式为
二级泵站的流量是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。二级泵站的计算流量与管网中是否设置水塔或高位水池有关。当管网内不设水塔时,任何小时的二级泵站供水量应等于用水量,这时二级泵站应满足最高日最高时的用水要求。水厂的输水管和管网应按二级泵站最大供水量即最高日最高时用水量计算。如图1-3所示的用水量变化曲线为例,该计算流量等于8.9%的最高日用水量。若采用公式计算,则
【例1-1】 某乡镇现有人口3500人,在已定的供水范围内,据调查:牲畜用水总共为45m3/d;乡镇企业用水总共为110m3/d。根据当地情况,人口自然增长率确定为1.2%,设计年限按15年计。生活用水的最高日用水量标准按80L/(人·d)考虑。未预见水量按15%计算,管网漏失水量按5%计算,水厂每天工作16h,水厂自用水量按10%计算,时变化系数采用3.0。试计算供水系统各组成部分的设计流量。
解:(1)确定设计年限人口数。可按下式计算:
(2)确定水厂最高供水量。
(3)给水系统各组成部分设计流量。
1)一级泵站及水厂净水构筑物设计流量。由式(1-13)有
2)二级泵站及配水管网设计流量。由式(1-14)有
由二级泵站到配水管网的输水管设计流量也为73.5m3/h。