清水池和水塔容积计算-给排水管道工程技术

给水系统中的调节构筑物主要有清水池和水塔（或高位水池），清水池目前在城市供水系统中应用比较广泛，水塔在城市供水系统中应用较少，高位水池主要用在山地城市和地形高差较大的村镇供水系统。调节构筑物的作用主要是流量调节，清水池的作用主要有流量调节，兼有储存水量和保证消毒接触时间等；水塔（或高位水池）的作用主要有流量调节，兼有储存水量和保证管网水压的作用。

1.4.2.1　流量调节设施及其选用

一般情况下，水厂的取水构筑物和净水厂规模是按最高日平均时设计的，而配水设施则需满足供水区的逐时用水量变化，为此需设置水量调节构筑物，以平衡两者的负荷变化。

调节构筑物的设置方式对配水管网的造价以及经常电费均有较大影响，故设计时应根据具体条件做多方案比较。调节构筑物的调节容量可以设在水厂内，也可设在厂外；可以采用高位的布置形式（水塔或高位水池），也可采用低位的布置形式（调节水池和加压泵房）。关于调节设施的一般设置方式及其相应的适用条件，见表1.4.1。

表1.4.1　各种调节设施的适用条件

续表

1.4.2.2　清水池和水塔的容积计算

1.清水池和水塔的调节容积计算

清水池和水塔的调节容积计算，通常采用两种方法：一是根据24h供水量和用水量变化曲线推算；二是凭经验估算。

无论是清水池或水塔，调节构筑物的共同特点是调节两个流量之差，其调节容积为

式中 Q1、Q2——表示要调节的两个流量，m3/h。

【例题1.4.2】 按图1.4.1所示用水曲线和泵站供水曲线，分别计算管网中设水塔和不设水塔时的清水池调节容积，以及水塔调节容积。

【解】 （1）当管网中设置水塔时，清水池调节容积计算见表1.4.2中第5、6列，Q1为第2列，Q2为第3列，第5列为调节流量Q1-Q2，第6列为调节流量累计值∑（Q1-Q2），其最大值为9.74%，最小值为-3.89%，则清水池调节容积为：9.74-（-3.89）=13.63%。

（2）当管网中不设水塔时，清水池调节容积计算见表1.4.2中第7、8列，Q1为第2列，Q2为第4列，第7列为调节流量Q1-Q2，第8列为调节流量累计值∑（Q1-Q2），其最大值为10.40%，最小值为-4.06%，则调节容积为：10.40-（-4.06）=14.46%。

（3）水塔调节容积计算见表1.4.2中第9、10列，Q1为第3列，Q2为第4列，第9列为调节流量Q1-Q2，第10列为调节流量累计值∑（Q1-Q2），其最大值为2.43%，最小值为-1.78%，则水塔调节容积为：2.43-（-1.78）=4.21%。

表1.4.2　清水池与水塔调节容积计算表

续表

2.清水池和水塔的容积计算

（1）清水池有效容积计算。清水池中除了储存调节用水以外，还存放消防用水和水厂生产用水，因此，清水池有效容积等于：

式中 W——清水池有效容积，m3；

W1——清水池调节容积，m3；

W2——消防储水量，m3，按2h火灾延续时间计算；

W3——水厂冲洗滤池和沉淀池排泥等水厂自用水，一般取最高日用水量的5%～10%；

W4——安全储水量，m3。

清水池有效容积按式（1.4.5）计算时，尚需复核必要的消毒接触时间（消毒时间不低于30min）。

清水池的个数或分格数不得少于2个，并能单独工作和分别泄空；在有特殊措施能保证供水要求时，亦可修建1个。

（2）水塔有效容积计算。水塔除了储存调节用水量以外，还需储存室内消防用水量。因此，水塔设计有效容积为

式中 W——水塔有效容积，m3；

W1——调节容积，m3；

W2——消防储水量，m3，按10min室内消防用水量计算。

在缺乏资料时，不能进行水量调节计算的情况下，水塔容积可按最高日用水量的2.5%～3%至5%～6%计算，当城市用水量大时取低值，城市用水量小时取高值。工业用水可按生产上的要求（调度、事故和消防）确定水塔调节容积。

1.4.2.3　清水池和水塔的构造

1.清水池的构造

给水工程中，常采用钢筋混凝土水池、预应力钢筋混凝土水池或砖石水池，形状一般为圆形或矩形，其中钢筋混凝土水池应用最广，如图1.4.3所示。一般当水池容积小于2500m3时，以圆形较为经济；大于2500m3时以矩形较为经济。

清水池进、出水管应分设，结合导流墙布置，以保证池水能经常流通，避免死水区。管道口径应通过计算确定，并留有余地，以适应挖潜改造时水量的增加。

（1）进水管。进水管管径按最高日平均时水量计算。进水管标高应考虑避免由于池中水位变化而形成进水管的气阻，可采用降低进水管标高，或进水管进池后用弯管下弯。

当清水池进水管上游设置有计量或加注化学药剂设备时，进水管应采取适应措施、保证满管出流。

（2）出水管。出水管管径一般按最高日最高时水量计算。当二级泵房设有吸水井时，清水池出水管（至吸水井）一般设置一根；当水泵直接从池内吸水时，出水管根数根据水泵台数确定。进出水管流速在0.7～1.0m/s左右。

（3）溢水管。溢水管管径一般与进水管相同，管端为喇叭口，管上不得安装阀门。溢水管出口应设置网罩，以防爬虫等沿溢水管进入池内。如清水池全部为地下式而溢水管出口经常处于排水水位以下时，也可考虑将溢水管先经溢流井，再通至排水井，以避免清水受到污染。

（4）排水管。一般情况下，清水池在低水位条件下进行泄空。排水管管径可按2h内将余水泄空进行计算，但最小管径不得小于100mm。如清水池埋深大，排水有困难时，可在池外设置排水井，利用水泵排除，也可利用潜水泵直接从清水池排除。为便于排空池水，池底应有一定底坡，并设置排水集水井。

图1.4.3　圆形钢筋混凝土水池(www.xing528.com)

（5）通气孔及检修孔。通气孔及检修孔的数量应根据水池大小确定。通气孔应设置在清水池顶部并设有网罩，宜结合导流强布置，通气孔池外高度宜布置有参差，以利于空气自然对流。检修孔宜设置在清水池进水管、出水管、溢流管及集水坑附近，同时宜成对角线布置。检修孔设置不少于两个，孔的尺寸应满足池内管配件进出要求，孔顶应设置防雨盖板。

（6）导流强。为避免池内水的短流和满足加氯后接触时间的需要，池内应设导流强。为清洗水池排水方便，在导流强底部隔一定距离设置流水孔，流水孔的底部应与池底相平。

（7）水位指示装置。清水池应设置水位连续测量装置，发出上、下限水位信号，用于控制水量或报警之用。

清水池池顶应有覆土，覆土厚度需满足清水池抗浮要求，避免池顶阳光直晒，并应符合保温要求，防治冬季温度过低的影响。

我国已编有容量50～2000m3圆形钢筋混凝土蓄水池国家标准图04S803，容量50～2000m3矩形钢筋混凝土蓄水池国家标准图05S804，以供给水工程设计时选用。

2.水塔的构造

水塔主要由水柜（或水箱）、塔体、管道及基础组成，在气温较低的地区水塔根据气候等因素考虑是否需要进行保温采暖设置。

（1）水柜（或水箱）。水柜主要是储存水量，容积包括调节容量和消防容量。水柜通常做成圆形，必须牢固不透水，材料可用钢材、钢筋混凝土。

（2）塔体。塔体可以支撑水柜，常用钢筋混凝土、砖石或钢材建造，塔体形状有圆筒形和支柱式。近年来也采用装配式和预应力钢筋混凝土水塔。

（3）管道和设备。

1）进、出水管可分别设立，也可合用。竖管上需设置伸缩接头。为防止进水时水塔晃动，进水管宜设在水柜中心或适当升高。

2）一般情况下溢水管与排水管可合并联结。其管径一般可采用与进、出水管相同，或比进、出水管缩小一个规格（管径大于DN200时）。溢水管上不得安装阀门。

3）为反映水柜内水位变化，可设浮标水位尺或水位传示仪。

4）塔顶应装避雷设施。

（4）基础。水塔基础可采用单独基础、条形基础和整体基础。常用的材料有砖石、混凝土、钢筋混凝土等。

（5）保温、采暖。

1）当水源为地下水，冬季采暖室外计算温度为-8～-23℃地区的水塔，可只保温不采暖。

2）水源为地表水或地表水与地下水的混合水时，冬季采暖室外计算温度为-8～-23℃地区，以及冬季采暖室外计算温度为-24～-30℃地区，除保温外还需采暖。

我国已经编有50m3、100m3、150m3、200m3、300m3钢筋混凝土倒锥壳保温水塔和钢筋混凝土倒锥壳不保温水塔的国家标准图07S906，以供给水工程设计时选用。

1.4.2.4　调节构筑物的设计要求

1.有效容积

城市净水厂清水池的有效容积，应根据产水曲线、送水曲线、自用水量及消防储备水量等确定，并满足消毒接触时间的要求。当管网无调节构筑物时，在缺乏资料情况下，可按水厂最高日设计水量的10%～20%确定。供水量大的大中型城市，因24h用水量变化较小，取值靠近下限，以免清水池过大；供水量小的中小型城市，因24h用水量变化较大，取值靠近上限，满足用户对给水的要求。生产用水的清水池调节容积，应按工业生产的调度、事故和消防等要求确定。

村镇水厂调节构筑物的有效容积，应根据以下要求，通过技术经济比较确定：

（1）清水池和高位水池的有效容积可按最高日用水量20%～30%设计，水塔的有效容积可按最高日用水量的5%～10%设计。

（2）调节构筑物的有效容积尚应满足消毒剂与水接触时间的要求，采用游离氯或二氧化氯消毒的接触时间不应小于30min，采用氯胺消毒的接触时间不应小于2h。

（3）供生活饮用水的调节构筑物容积，不应考虑灌溉用水。

2.村镇供水系统的调节构筑物选择

调节构筑物的形式和位置应根据下列规定，通过技术经济比较确定：

（1）清水池应设在水厂内。

（2）有适宜高地的供水系统宜设置高位水池。

（3）地势平坦的小型水厂可设置水塔。

（4）联片集中供水工程需分压供水时，可分设调节构筑物，并应与加压泵站前池或减压池相结合。

（5）调节构筑物应设于工程地质条件良好、环境卫生和便于管理的地段。

3.清水池管配件的设置规定

（1）进水管管径应根据净水构筑物最大设计流量确定，进水管管口宜设在平均水位以下。

（2）出水管管径应根据供水泵房最大流量确定。

（3）溢流管管径不应小于进水管管径，溢流管管口应与最高设计水位持平，池外管口应设网罩。

（4）排空管不宜小于100mm。

（5）通气管应设在水池顶部，管径不宜小于150mm，出口宜高出覆土0.7～1.2m，并应高低交叉布置。

（6）检修孔应便于检修人员进出。

（7）通气管、溢流管和检修孔应有防止杂物和虫子进入池内的措施。

4.其他

（1）城镇管网供水区域较大，距离净水厂较远，且供水区域有合适的位置和适宜的地形，可考虑在水厂外建高位水池、水塔或调节水池泵站。其调节容积应根据用水区域供需情况及消防储备水量等确定。

（2）清水池的个数或分格数不得少于2个，并能单独工作和分别泄空；在有特殊措施能保证供水要求时，亦可修建1个。

（3）生活饮用水的清水池、调节水池、水塔，应有保证水的流动，避免死角，防止污染，便于清洗和通气等措施。

生活饮用水的清水池和调节水池周围10m以内不得有化粪池、污水处理构筑物、渗水井、垃圾堆放场等污染源；周围2m以内不得有污水管道和污染物。当达不到上述要求时，应采取防止污染的措施。

（4）在寒冷地区，调节构筑物应有防冻措施。

（5）水塔应根据防雷要求设置防雷装置。