chapter

給水工程

給水工程 給水工程 (water supply engineering)(water supply engineering)

1.1. 取水 取水 (intake)(intake)

2.2. 導水 導水 (conveyance)(conveyance)

3.3. 抽水 抽水 (pumping)(pumping)

4.4. 淨水 淨水 (purification)(purification)

5.5. 配水 配水 (distribution)(distribution)

合乎自來水水質要求兩大原則：合乎自來水水質要求兩大原則：

適飲 適飲 (potable)(potable)

可口 可口 (palatable)(palatable)

取水工程取水工程

1.1. 河川取水河川取水

河川安全出水量：台灣以河川安全出水量：台灣以 2020 年發生一次枯水量為準年發生一次枯水量為準

2.2. 湖泊水庫取水湖泊水庫取水

水庫蓄水量：水庫蓄水量： rippleripple method method

3.3. 地下水取水地下水取水

河川安全出水量： 河川安全出水量： (1) (1) 井的平衡公式井的平衡公式

(2) Jacob(2) Jacob 修正型井的不平衡公式修正型井的不平衡公式

求水庫蓄水量：求水庫蓄水量： ripple methodripple method

1.1. 繪製累積流量曲線繪製累積流量曲線

2.2. 繪製需水量累積曲線繪製需水量累積曲線

3.3. 於累積曲線之轉折頂點做切線於累積曲線之轉折頂點做切線

　 　 　 　 3-1

　 　 河 川每 月 平均 流 量 如下 ，為 維 持 一定 取 水量 ，求 蓄 水 庫之 容 量 ( 取水 量

固定為 32 200, m / day3 )。

　月 份 2 3 4 5 6 7

逕流量( C M D )

5 9 ,8 7 0 1 8 ,6 2 0 1 5 ,5 2 0 1 6 ,4 0 0 1 5 ,5 2 0 1 9 ,9 6 0

　月 份 8 9 1 0 1 1 1 2 1 2

逕流量( C M D )

1 4 ,2 0 0 1 1 ,1 0 0 1 8 ,2 0 0 2 0 ,4 0 0 1 6 ,0 0 0 2 5 ,2 8 0 6 4 ,7 5 0

解 ：

井的平衡公式（井的平衡公式（ equilibrium formulaequilibrium formula ））

1.1. 自由含水層自由含水層

2.2. 受壓含水層受壓含水層

3.3. 集水暗渠集水暗渠

S 為洩降差

r為抽水井與觀測井之距離或者井的半徑S 為蓄水係數 ( 單位面積的水層方體，當垂直於水層面之水頭，增減 1

單 位 高 度 所 流 出 水 量 ， 受 壓 含 水 層 S 5 10 5 105 2~ ， 非 受 壓S005 03. ~ . )

T 為 傳 流 係 數 ( 係 溫 度 156. C， 1 0 0 % 坡 降 ， 每 1m飽 和 水 層 斷

面，每分鐘所能通過的水量 ( )m3 )。

t0 為洩降曲線 ( d t~ 曲線 ) 往後延伸於洩降為零時之時間

JacobJacob 修正型井的不平衡公式（修正型井的不平衡公式（ non-equilibrium formulanon-equilibrium formula ））

導水工程導水工程 __ 導水明渠導水明渠

導水工程導水工程 __ 壓力導水管壓力導水管

　 　 　 　 3-5

　 　 混凝土造的矩形渠道，水力坡降為 11 0 0 0 ，寬為 2 公尺，有效水深為 2

公尺，試計算平均流速及平均流量。解 ： v

nR S

1 2 3 1 2/ /

式中 013.0n

RA

p

S

2 2

2 2 2

2

3

0 0 0 1.

v

Q A v

1

0 0 1 3

2

30 0 0 1 1 8 6

2 2 1 8 6 7 4 4

2 31 2

3

.( . ) . / s e c

. . / s e c

// m

m

抽水工程抽水工程 _1._1. 特性曲線特性曲線

抽水工程抽水工程 _2._2. 系統水頭曲線系統水頭曲線

總動水頭總動水頭

淨水頭 淨水頭 (static head)(static head) ：：出水液面與被抽水液面的高差出水液面與被抽水液面的高差

摩擦水頭 摩擦水頭 (friction hea(friction head)d)

次要水頭損失 次要水頭損失 (minor head los(minor head loss)s)

速度水頭 速度水頭 (velocity head)(velocity head) ：：被抽水機抽送的液體於系統中任一點被抽水機抽送的液體於系統中任一點

所含之動能，以 所含之動能，以 VV22/2g/2g 表示。表示。

操作水頭及抽水量操作水頭及抽水量 選用在選用在最高效率點最高效率點附近操作附近操作

抽水機的理論馬力 　(theo ry ho rse pow er)，又稱水馬力 ( w a te r

h o r s e p o w e r )，其計算方程式如下：

HQH

p 0 075.

式中 為水密度 ( )6 1 3ton / m

Q 抽水量 ( / sec)m3

H 為抽水揚程 ( )m

Hp 單位為馬力

抽水機的動力計算 抽水機的動力計算

抽水機之軸馬力 (sha ft ho rse pow er )： ( )H p ，又稱制動馬力

(b rake ho rse pow er)，抽水機之效率必小於 1 0 0 %，因此加

於抽水機之動力必然大於理論馬力

HQH

Ep

0 075.

其中 E 為抽水機之效率。

需要馬力 (requ ired ho rse pow er)：真正用於抽水機之動力必

須考慮一個因素 ：

需要馬力 軸馬力 1

E

式中 為抽水機與電動機直接連結運轉時，考慮 1 0 % 左

右 之 電 壓 下 降 及 2 % 左 右 之 電 源 頻 率 變 動 ， 通 常

01 0 2. ~ . 。

E 電動機之效率或傳動效率，直接連結為 1 .0， V 型

連結為 0 .9 5。

抽 水 機 之 比 速 為 其 幾 何 相 似 之 理 想 抽 水 機在抽水量為一單位與揚程一

單位之操作情形。比速 N s 可由下式表示

N NQ

Hs 1 2

3 4

/

/

式中 N 抽水機每分鐘之轉速 ( r p m )

Q最 高 效 率 點 之 抽 水 量 ( / min)m3 ，若抽水機為雙吸式， Q

為抽水量之半。

H 最高效率點之總揚程 ( )m

抽水機的比速 抽水機的比速

　 　 　 　 3-7

　 　 有 一 抽 水 機 的 抽 水 量 為 0 5 3. / s e cm ， 抽 水 機 揚 程 為 1 5 m ， 試 計 算 抽 水 機

的水馬力、馬達馬力、及每日的電費為多少 ( 每天抽水 1 2 小時 )？ ( 註：抽

水機效率為 8 2 %，馬達效率為 9 2 %，電力費 1 度 ( k w、 h r ) 為 0 .8 元， 1 馬力 0 7 4 6. 瓩 ( k w ) )。

解： 水 馬 力 馬 力

Q H

0 0 7 5

1 0 5 1 5

0 0 7 51 0 0

.

.

.

馬 達 馬 力 馬 力

每 月 電 費 元

1 0 0

0 8 2 0 9 21 3 2 5 6

1 3 2 5 6 0 7 4 6 1 2 3 0 0 8 2 8 4 8 0

. ..

. . . ,7

孔蝕現象 孔蝕現象 (cavitation)(cavitation)

當抽水機轉速過大或吸水高度過高，而使機內之最低壓當抽水機轉速過大或吸水高度過高，而使機內之最低壓力小於水之飽和蒸汽壓，則水蒸發為氣泡。若氣泡流入壓力小於水之飽和蒸汽壓，則水蒸發為氣泡。若氣泡流入壓力最高處則氣泡破裂而發生噪音及震動損壞抽水機。力最高處則氣泡破裂而發生噪音及震動損壞抽水機。

水錘現象 水錘現象 (water hammer) (water hammer)

管路內流速急遽變化，使管內水壓激升或激降而發生水管路內流速急遽變化，使管內水壓激升或激降而發生水錘現象。流速變化乃因抽水機之啟動、停止或制水閥突然錘現象。流速變化乃因抽水機之啟動、停止或制水閥突然關閉產生。關閉產生。

淨水工程 淨水工程 (cavitation)(cavitation)

混凝 → 沈澱 → 過濾 → 消毒混凝 → 沈澱 → 過濾 → 消毒

混凝膠凝 混凝膠凝 (coagulation & flocculation)(coagulation & flocculation)

1.1. 膠體特性：親水性、疏水性膠體特性：親水性、疏水性

2.2. 破壞膠體穩定：破壞膠體穩定：

增加膠體顆粒之凡得瓦力增加膠體顆粒之凡得瓦力

降低界達電位降低界達電位 (zeta potential)(zeta potential)

3.3. 促進混凝效果：促進混凝效果：

高分子聚合物的架橋作用高分子聚合物的架橋作用

4.4. 膠羽沉降產生絆除作用膠羽沉降產生絆除作用

常用的混凝劑 常用的混凝劑 (coagulant)(coagulant)

1.1. 硫酸鋁 硫酸鋁 (( 明礬明礬 ))

2.2. 硫酸亞鐵硫酸亞鐵

3.3. 硫酸鐵硫酸鐵

4.4. 氯化鐵氯化鐵

5.5. 多元氯化鋁 多元氯化鋁 (PAC)(PAC)

因因 PACPAC 不會產生永久硬度不會產生永久硬度 CaSOCaSO44 ，已逐漸廣為應用。，已逐漸廣為應用。

　 　 　 　 3-8

　 　 原 水 中 加 入 1 mg / 硫 酸 鋁 [Al (SO ) 18H O2 4 2 2 ] 時 ， 水 中 之 鹼 度[ ( ) )Ca(HCO 3 2 以 CaCO 3 計 ] 減少多少？解 ： Al (SO ) 18H O 3Ca(HCO2 4 3 2 3 ) 2

2

1

3

1

666

100

0 45

Al(OH) 3CaSO 6CO 18H O

mg as CaCO

3 4 2 2

3

x

x . /

混凝與膠凝方法混凝與膠凝方法

1.1. 機械攪拌機械攪拌

2.2. 壓氣攪拌壓氣攪拌

3.3. 隔板攪拌隔板攪拌

沉澱 沉澱 (sedimentation)(sedimentation)

理想沉澱池之沉澱效率： 理想沉澱池之沉澱效率：

EvQ

A

0

式中 v0 為顆粒沉降速度

Q

A為溢流率

Q 為流量

A 為池子表面積

改良型沉澱池 ：可增進改良型沉澱池 ：可增進 EE 值值

　 　 　 　 3-11

　 　 有 一 長 方 形 混 凝 沉 澱 池 ， 其 尺 寸 為 2 0 m ( 寬 ) 6 7 m ( 長 ) 3 m

( 有效水深 )，處理水量為 2 5 0 0 0, m / d a y3 ，試求水力停留時間及溢流率，並檢核其是否恰當。

解 ： 水力停留時間 D TV

Q. .

,.

2 0 6 7 3

2 5 0 0 02 4 3 8 6 小 時

溢 流 率

2 5 0 0 0

2 0 6 71 8 6 6

,. m / d a y

　 　 以上計算結果均在合理範圍內。

過濾 過濾 (filtration)(filtration)

重力水流快濾池之操作程序重力水流快濾池之操作程序

消毒 消毒 (disinfection)(disinfection)

HOCl 及 OCl- 又稱為自由有效餘氯 (free available chlorine) ，其分佈百分比依水中 pH 而定， pH 愈低， HOCl 佔有的百分率越大，消毒效果愈佳。

折點加氯：從淨水廠到用戶管需維持一定餘氯量，加氯量需超過下圖折點。

折點折點

硬水軟化 硬水軟化 (hardness softening)(hardness softening)

配水工程配水工程 1.1. 用水量需求：滿足最大日用水量、最大時用水量、消防用水量用水量需求：滿足最大日用水量、最大時用水量、消防用水量 2.2. 水壓的規定：最大靜水壓、最小動水壓、最大動水壓水壓的規定：最大靜水壓、最小動水壓、最大動水壓 3.3. 配水方式：配水方式：