排水管网工程主要内容

给水排水管道系统（II）教案本课程的主要内容概论：排水工程概念、内容、作用、排水体制、排水系统的布置形式等污水管道系统设计：污水管道的设计步骤及注意事项、设计举例雨水管道系统设计：雨水管道的设计步骤及注意事项、设计举例合流制管渠系统设计：合流制管道的使用条件、水力计算、改造途径等排水管渠要求及附属构筑物：排水管渠断面形式、接口、基础、附属构筑物第一部分概论一、排水工程的发展历史——河南省淮阳的古城下，发掘出公元前2800年埋下的陶制排水管，比公元前2500年埃及发现的排水沟早300年——河北省易县出土了战国后期的圆形陶制排水管——陕西西安出土秦代五角形陶制排水渠，在皇宫内出现了明渠和暗渠相结合的排水系统——唐代长安建造了较为完整的雨水排水系统——在近代我国排水工程发展缓慢，建国前全国103个城市建有排水设施，管线总长6034.8km，全国只有上海、南京建有城市污水处理厂，日处理能力为4万吨。1921年上海北区污水厂，是我国最早的活性污泥法水厂。二、排水工程的概念与内容排水工程的概念：指为保护环境而建设的一整套用于收集、输送、处理和利用污水的工程设施排水工程的内容：一是污水的收集、输送部分一一排水管网二是污水的处理、利用部分污水处理三、排水工程的作用保护环境免受污染，使城市免受污水之害和洪水之灾促进工农业生产，保证城市可持续性发展四、排水系统的体制污水的定义：在使用过程中受到了不同程度的污染，改变了原来的化学成分和物理性质的水，叫污水。污水的概念与分类：按来源分可分为：生活污水、工业废水和降水（降雨和降雪）。污水的最终出路有三：一是排放水体二是灌溉农田三是重复使用排水系统体制的概念：生活污水、工业废水和雨水可以采用一个管渠来排除，也可以采用两个或两个以上独立的管渠来排除，污水的这种不同排除方式所形成的排水系统，称为排水体制。排水系统体制的分类：1）合流制：直排式、完全截流式和部分截流式三种2）分流制：完全分流制和非完全分流制五、排水系统的布置形式排水系统的布置原则充分利用地形、地势，就近排入水体，以减小管道埋深、降低工程造价排水系统布置的影响因素1）地形地势2）土壤情况3）河流情况4）气候情况5）城市总体规划排水系统的布置形式1）正交式2）截流式3）平行式4）分区式5）分散式6）环绕式六、工业企业排水系统与城市排水系统的关系工业企业排出的废水应采取的措施1）改革生产工艺，进行技术革新，力求把有害物质消除在生产过程之中，做到不排或少排废水2）尽量采用循环或重复利用系统，以减小废水排放量3）回收废水中的有用物质，节省能源、创造财富4）尽量以废治废

第二部分污水管道系统设计污水管道系统的设计步骤设计资料的调查一＞设计方案的确定一＞设计计算一＞设计图纸的绘制一、设计资料的调查及方案确定设计资料调查1）设计任务资料：有关的法令、法规、制度；城市的总体规划及其他基础设施情况2）自然资料：地形资料，包括地形图、等高线；气象资料，包括气温、风向、降雨量等；水文资料，受纳水体流量、流速、洪水位；地质资料，包括地下水位、地耐力、地震等级3）工程资料：道路、通讯、供水、供电、煤气等设计方案确定包括排水体制的选择、排水系统的布置形式，应通过技术、经济比较，确定最优的方案有时需要设计方案对比，选择2-3各不同的设计方案，进行技术、经济方面的对比论证，确定最优的方案。二、污水设计流量的计算污水设计流量指污水管道及其附属构筑物能保证通过的最大流量，设计流量包括生活污水量和工业废水量（L/s）。1）生活污水设计流量：居住区生活污水；公共建筑生活污水；工业企业生活污水及淋浴污水2）工业废水设计流量n-N-n-N-KZ24x3600卫生设备情况分区一二三四五生活污水每人每日排水定额（L）室内有给水排水卫生设备，但无淋浴设备55-9060-9565-10065-10055-90室内有给水排水卫生设备和淋浴设备90-125100-140110-150120-160100-140室内有给水排水卫生设备，并有淋浴和集中热水供应130-170140-180145-185150-190140-18011）居住区生活污水排水定额

注：第一分区包括：黑龙江、吉林、内蒙古的全部，辽宁的大部分，河北、山西、陕西偏北的一小部分，宁夏偏东的一部分；第二分区包括：北京、天津、河北、山东、山西、山西的大部分，甘肃、宁夏、辽宁的南部，河南北部，青海偏东和江苏偏北的一小部分；第三分区包括：上海、浙江的全部，江西、安徽、江苏的大部分，福建北部、湖南、湖北的东部，河南南部；第四分区包括：广东、台湾的南部，广西的大部分，福建、云南的南部；第五分区包括：贵州的全部、四川、云南的大部分，湖南、湖北的西部，陕西和甘肃在秦岭以南的地区，广西偏北的一小部分2）总变化系数（KZ）K=KK2.7QonZd2.7Qon污水平均日流量（L/s）5154070100200500>1000总变化系数Kz2.32.01.81.71.61.51.41.3其中：KZ=生活污水量总变化系数3.公共建筑生活污水量计算Q）、•N•气

224x3600工业企业生活污水及淋浴污水量计算八ABK+ABKCD+CDTOC\o"1-5"\h\zQ=―1~1~12~2~2+―1~12~233600T3600工业废水设计流量计算八m-M-K

Q=z43600TQ=Q1+Q2+Q3+Q4+Q渗列表计算，见p30三、污水管道的水力计算污水管道内水质特点：含有泥沙、有机物污水管道内水流特点：重力流；非满流；近似均匀流《排水管网理论与计算》一一周玉文、赵洪宾著水力计算的基本公式Q=3•vv=C•、:R-1C=-•R6n——管壁粗糙系数（与管道材质有关）n污水管道水力计算的设计数据1）设计充满度（h/D）指设计流量下，管道内的有效水深与管径的比值。h/D=1时，满流h/D<1时，非满流《室外排水设计规范》规定，最大充满度为:管径（D）或暗渠高（H）（mm）最大充满度（h/D）200~3000.55(0.60)350〜4500.65(0.70)500〜9000.70(0.75)N10000.75(0.80)2）为什么要做最大设计充满度的规定？1、预留一定的过水能力，防止水量变化的冲击，为未预见水量的增长留有余地;2、有利于管道内的通风；3、便于管道的疏通和维护管理。为合理利用管道断面，减少投资，应考虑确定一个最小充满度为设计的下限值，各种管道的最小充满度建议不宜小于0.25。以最大和最小充满度为约束条件，选用设计充满度，可以最佳地确定管径，达到优化的目的。3）设计流速与设计流量和设计充满度相应的污水平均流速。最小设计流速：是保证管道内不发生淤积的流速，与污水中所含杂质有关；国外很多专家认为最小流速为0.6-0.75m/s，我国根据试验结果和运行经验确定最小流速为0.6m/s。最大设计流速：是保证管道不被冲刷破坏的流速，与管道材料有关；金属管道的最大流速为10m/s，非金属管道的最大流速为5m/s。管段的设计流速介于最小流速（0.6m/s）和最大流速（金属管10m/s，非金属管5m/s）之间。不同管径的圆形钢筋混凝土管，在相应的最大充满度最小的最大流速时不同的，如下表所示。D-Vmax的关系D(mm)*ax(m/s)D(mm)膈x(m/s)D(mm)*ax(m/s)2003.196003.5716004.812503.097003.9618004.993002.958004.3320004.973503.489004.6822004.954003.7810004.5424004.994504.0912004.87N26004.905003.4614004.924）最小管径1、为什么要规定最小管径？（防止堵塞、便于维护）街坊管最小管径为200mm，街道管最小管径为300mm。2、什么叫不计算管段？（取最小管径）在管道起端由于流量较小，通过水力计算查得的管径小于最小管径，对于这样的管段可不用再进行其他的水力计算，而直接采用最小管径和相应的最小坡度，这样的管段称为不计算管段。5）最小设计坡度相应于最小设计流速的坡度为最小设计坡度，最小设计坡度是保证不发生淤积时的坡度。规定：管径200mm的最小设计坡度为0.004；管径300mm的最小设计坡度为0.003；管径400mm的最小设计坡度为0.0015。规范只规定了最小管径的最小设计坡度。实际上各种管径都有对应的最小设计坡度。为保证管道的运行和维护管理，也应考虑确定各种管径的最大设计坡度。最大设计坡度应为各种管径的管道，当其充满度达到最大值且流速接近和小于最大流速时所对应的坡度。在平坦地区污水管道的水力坡度应用最小设计坡度约束，而地形坡度大的地区则应用最大设计坡度约束。以min的关系D(mm)始（％。）D(mm)始（％。）D(mm)知（％。）20046000.916000.525037000.72518000.53002.28000.620000.53502.09000.622000.54001.510000.524000.54501.312000.5N26000.55001.1314000.5贝皿的关系D(mm)/咛％。）D(mm)/咛（％。）D(mm)/max(%。)200100600251600122507070025180011300508002520009.5350509002522008.54005010002024007.545050120018N26006.550030140015在计算中确定管径时，应避免小流量选用大管径，故应明确各种管径对应最小流速（最小充满度）时所通过的流量为最小流量，如下表所示。当管径设计流量小于某一管径的最小流量时，只能选小一级的管径。但当管段设计流量小于12.5L/S时，其管径只能选200mm。D-Qmin的关系D(mm)Qmin(L/S)D(mm)Qmin(L/S)D(mm)Qmi")20012.560085.521600871.6825015.12700115.7418001193.3430021.06800150.3820001580.4735030.29900205.8822002037.8440037.451000248.9124002570.0445047.731200404.75N26003181.5550059.001400610.546）污水管道的埋设深度管道的埋设深度有两个意义：覆土厚度；埋设深度问：决定污水管道最小覆土厚度的因素有哪些？1、冰冻线的要求2、地面荷载-大于0.7m3、满足街坊管连接要求7）H=h+IL+Z「Z2+您式中：H街道污水管网起点的最小埋深，m；h——街坊污水管起点的最小埋深，0.6〜0.7m；Z1——街道污水管起点检查井检查井处地面标高，m；Z2——街坊污水管起点检查井检查井处地面标高，m；I——街坊污水管和连接支管的坡度；L——街坊污水管和连接支管的总长度，m；Ah——连接支管与街道污水管的管内底高差，m。8）污水管道水力计算的方法1、需要确定的参数流量Q、管径D、坡度I、流速v、充满度h/D和埋深H。2、确定方法首先根据已知资料，计算出流量Q，根据Q值可初步确定管径D；然后，根据Q、D值，求I、h/D、v值。在这三个未知数中，还需知道一个参数，才能求得另外两个，此时可以在三个参数中先假设一个值，比如流速为最小流速，或是坡度为最小坡度，或是充满度满足一定要求等，之后进行查表或查图，就可得出其余两个未知数；最后要进行校核，若得出的两个参数满足其规定的要求，则计算完成，若不满足要求，则需调整假设值，甚至管径D，重新进行计算。四、污水管道的设计确定排水区界，划分排水流域1）排水区界是污水排水系统设置的界限。2）排水流域是指在排水区界内，按照一定要求所划分的不同排水区域。（通常根据等高线划分排水区域，在地形平坦地区可按照面积的大小进行划分。）管道定线1）在总平面图上确定污水管道的位置和走向。2）管道定线的影响因素：1、地形2、污水厂和出水口的位置3、所采用的排水体制3）管道定线时注意事项1、主干管布置在坚硬密实土壤中2、尽量少穿河流、铁路、山谷和高地3、避免与地下构筑物交叉4、不宜敷设在繁忙、狭窄的街道下5、集中流量尽量排入上游控制点确定和泵站设置地点对管道系统的埋深起控制作用的地点，通常在管道起点或最低最远点。泵站设置地点：中途泵站；局部泵站；总泵站。设计管段及设计流量两个检查井之间，设计流量不变，且采用同样的管径和坡度的管段，称为一个设计管段。一般检查井的设置位置有：流量汇入的地方、管径变化的地方、转弯的地方、或在直管段管径长度较长时（30〜70m）。设计流量：本段流量；转输流量；集中流量。设计管段及设计流量q=F-q-Kq=业匕10z”086400污水管道的衔接衔接的原则：尽可能地提高下游管段的高程，减小埋深，降低造价；避免上游管段回水淤积。衔接的方式：水面平接；管顶平接；跌水连接。水力计算注意问题1）控制点选择2）管道坡度与地面坡度3）设计流速与设计管径4）注意水头损失5）旁侧支管连接五、国外污水管道的设计方法介绍常规设计方法H最小流量I—核自净流速给水量|M排水量|——60%〜80%查曲线M设计流量乘系数（考虑地下水和雨水）设计充满度一般按满流，也有非满流情况：小管0.5，其他0.75真空管网：真空阀井、中继真空泵站和真空管道压力式管网：研磨潜力泵、压力支管和压力干管六、城市污水回用工程（扩充知识）污水回用意义污水回用目标与水质污水回用处理技术第三部分雨水管渠系统设计雨水管渠系统特点：径流量大、流量变化大、满流雨水管渠系统组成：雨水口、雨水管渠、检查井、出水口雨水管渠系统设计步骤：资料收集，确定暴雨强度公式；划分排水流域，进行管道定线；水力计算；绘制管渠平面图及剖面图一、雨量分析与暴雨强度公式雨量分析的要素降雨量：指降雨的绝对量，用降雨深度（mm）表示，也可用单位面积的降雨体积（L/ha）表示。年平均降雨量：指多年观测所得的各年降雨量的平均值月平均降雨量：指多年观测所得的各月降雨量的平均值年最大日降雨量：指多年观测所得的一年中降雨量最大一日的绝对量降雨历时：是指连续降雨的时段，可以指一场雨全部降雨的时间，也可以指其中个别的连续时段。用t表示，单位为min或h暴雨强度：是指某一连续降雨时段内的平均降雨量，时间短、暴雨强度大，即单位时间的平均降雨深度，用（mm/min）表示；在工程上，常用单位时间内单位面积上的降雨体积q（L/s.公顷）表示q=167i暴雨强度公式：q=167Ai（1'ClgP）二、雨量管渠设计流量的确定雨水管渠设计流量计算公式：Q=WqF极限强度法：从流域上最远一点的雨水流至出口断面的时间称为流域的集流时间或集水时间极限强度法，即承认降雨强度随降雨历时的增长而减小的规律性，同时认为汇水面积的增长与降雨历时呈正比，而且汇水面积的增长速度更快，因此只有当降雨历时等于集流时间时，全部面积参与径流，产生最大径流量各参数1）径流系数：指径流量与降雨量的比值。径流量指进入雨水管渠部分的雨水。见表3-3（P69）采用加权平均值计算2）设计重现期P:在一般地区采用0.5-1年，重要地区采用2-5年。见表3-6（P69（P70）3）集水时间t的确定t=4+&=t]+mt2式中：t1——地面集水时间；m——折减系数（流行速度慢了）；t2——雨水在管道内流行时间。4）地面集水时间t1雨水-屋顶-地面-街坊-明沟-雨水口一般在建筑密度较大、地形较陡、雨水口分布较密的地区，t1可采用5-8min;在建筑密度小、地形平坦、雨水口稀疏的地区，t1可取10-15min。5）雨水在管道内流行时间t2=£^O-（min）6）折减系数m雨水在管道内的实际流行时间与计算得出的流行时间不符，需要采用一个系数进行修正，此系数叫折减系数.引入折减系数的原因有二：一是雨水管道内不总是满流，降雨从小到大，按满流计算的流行时间小于雨水实际的流行时间（苏林系数1.2）；二是雨水管道的最大流量不大可能在同一时间发生，上游管道存在调蓄容积（空隙容量1.68）.明渠m=1.2，管道m=2.07）雨水径流量的调节（调峰）（P77）三、雨量管渠系统的设计和计算雨水管渠系统平面布置的原则和要求1）充分利用地形，就近排入水体.2）根据城市规划布置雨水管道.3）合理设置雨水口，保证路面雨水排除畅通.4）明渠与暗渠相结合.5）设置排洪沟排除设计区外的雨水或洪水.雨水管渠水力计算的设计数据1）设计充满度：按满流设计，h/D=1.2）设计流速：最小流速0.75m/s,（明渠0.4）最大流速10m/s（金属管），5m/s（非金属管）.3）最小管径和最小设计坡度：雨水管最小管径为300mm，相应的最小坡度为0.003；雨水口连接管最小管径为200mm，最小坡度为0.014）最小埋深同污水的最小埋深雨水管渠水力计算的方法由于h/D=1，故只需确定Q、D、v、I值。Q值可经过计算求得，然后选定D值，即可查表求得v、I值雨水管渠系统的设计步骤和水力计算（画图）（1）收集、分析资料，划分排水流域、进行管道定线。（2）划分设计管段。注意：不宜划分过多；管径增长要连续；划分要从密到疏。（3）划分并计算汇水面积。汇水面积包括绿地、街道等。（4）计算平均径流系数。一般经验值为：城市0.5〜0.8；郊区0.4〜0.6。（5）确定重现期P、地面集水时间t1。（6）计算单位面积径流量q0。（7）计算各管段的设计流量，并求出Q、D、v、I及埋深等。（8）绘制图纸。包括平面图和剖面图雨水管渠系统设计计算举例已知某居住区平面图，地形西高东低，东面有一自南向北流的河流，河流常年洪水位14m，常水位12m，该市的暴雨强度公式给定。要求布置雨水管道并进行干管的水力计算.（见p89）立体交叉道路排水设计时注意问题：1）尽量缩小汇水面积，以减少设计流量2）注意地下水的排除3）排水设计标准高于一般道路4）雨水口布设的位置要便于拦截径流5）管道布置及断面选择6）对于立交地道，最低点低于地下水位时，应采取排水或降低地下水的措施四、排洪沟的设计与计算防洪设计标准:为了准确合理地拟定工程规模而选定的计算洪峰流量的标准，称为防洪设计标准.（见p100.）设计洪峰流量的计算1）洪水调查法2）推理公式法3）经验公式法排洪沟的水力计算水力计算公式为（见p100）梯形断面：A=Bh+mh2x=B+2h（1+m2）1/2矩形断面：A=Bhx=B+2h排水管网水力计算软件介绍1）检查井编号说明2）数据文件编写3）计算软件使用介绍部分合流制管渠系统的设计合流制管渠系统是指在同一管渠内排除生活污水、工业废水和雨水的管渠系统.合流制管渠系统特点1）结构简单，管渠总长度小2）与分流制相比，截流干管管径大，泵站和污水处理厂规模大3）雨天径流时，部分生活污水也溢流到水体，造成一定程度的污染4）晴天时，管渠内流量小，流速低，易淤积合流制管渠系统的使用条件1）排水区域内有水源充沛的水体，足够大的环境容量，使污染程度控制在允许范围之内2）街道比较完善，必须采用暗管排除雨水，而街道又比较狭窄，管渠的设置位置受到限制时，可以考虑采用合流制合流制管渠布置时注意问题1）管渠的布置应能使所有服务面积上的生活污水、工业废水和雨水都能合理地排入管渠，并尽可能以最短距离坡向水体2）截流干管与水体平行布置，在适当位置设置溢流井3）合理控制溢流井的数目和位置合流制排水管渠的设计流量1）第一个溢流井上游管渠设计流量Q=Q+Q+QsirQ=Q+Q+QrQS和Q分别为生活污水和工业废水的平均流量。Q+Q称为旱流流量Qf2）溢流井下游管渠的设计流量Q=n0（QS+Q）+Q1+Q+Q+Q2式中:n0——截流倍数Q1——溢流井下游排水面积上的雨水设计流量q2——溢流井下游排水面积上的生活污水平均流量与工业废水最大班平均流量之和3）截流倍数n0溢流井后，不从溢流井泄出的雨水量，通常按旱流流量的指定倍数计算，该指定倍数称为截流倍数n0我国《室外排水设计规范》规定采用n0为1〜5；工程实际中，我国多数城市都米用n0=3；美国、日本等多米用n0=3~5合流制排水管渠的水力计算要点1）按满流进行设计2）重现期应适当放大，因为混合污水有污染3）应合理确定截流倍数n0溢流井形式1）截流槽式2）溢流堰式3）跳跃堰式城市旧合流制排水管渠系统的改造1）改合流制为分流制2）改为截流式合流3）对溢流的混合污水量进行控制第五部分排水管渠及附属构筑物一、排水管渠的断面及材料排水管渠的断面形式要求1）静力学上，具有一定的抗荷载能力，坚固稳定，2）抗压抗折，不破裂、不变形3）水力学上，尽可能大的排水能力，不淤积，不沉淀4）经济上，造价低5）管理维护上，便于疏通、清洗排水管渠的断面形式1）圆形：水力特性好；排水能力大；抗压能力强；便于预制；节省材料2）半椭圆形：抗压能力强；节省材料；用于污水流量大且变化小；管径大*m3）马蹄形：高度小于宽度；可减小埋深；造价低、易淤积；适用大流量、变化小、出水位置受限制排水管渠的断面形式矩形：水力条件差；可现场预制；适用于排洪沟等明渠或路面狭窄地区梯形：只适用于明渠蛋形：下部窄；流量小时流速也较大；不淤积；清通养护方便排水管渠材料的要求1）具有一定的强度，抗压抗折2）抗冲刷、耐磨损3）有抗腐蚀，浸蚀能力4）不透水5）内壁光滑、阻力小6）货源充足、价格便宜常用的排水管渠（1）混凝土和钢筋混凝土管优点：制造方便，成本低，抗压能力强，适用于大管径缺点：抗酸、碱和浸蚀能力低；抗渗透性能低；管节短，接头多，施工困难；重量大，搬运不便1）乘插式2）企口式3）平口式（2）陶土管特点：内外壁光滑；不透水性能好，耐磨损、抗腐蚀；强度低，抗压抗折能力差，管径较小，一般在300mm以下适用条件：居民区室外排水管、工业废水中（3）金属管（钢管和铸铁管）特点：成本高，较少采用；抗高压、抗渗透能力强；内壁光滑，阻力小；长度大，接头少；抗酸、碱腐蚀和抗地下水浸蚀能力低，需作防腐处理适用条件：震区，对渗透要求高的地区（4）砖石浆砌或钢混大型管渠特点：现场浇筑，抗压、抗震、抗腐蚀能力强，无法预制适用条件：大管径，管径大于2.0m（5）石棉水泥管特点：表面光滑、不透水；抗腐蚀性强；重量轻；质脆，易折断，不耐磨损（6