排水工程课件

排水工程

第一部分概论排水工程的发展历史排水工程的概念及内容城市排水管网系统的作用排水系统的体制排水系统的主要组成部分排水系统的布置形式工业企业排水系统与城市排水系统的关系废水的综合治理和区域排水系统排水系统的设计程序一、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——江苏扬州发现了唐代建造的多功能的排水渠——明、清时代的北京城，排水管渠系统比较发达一、排水工程的发展历史（续）——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。——建国后，排水工程事业发展较快，城市下水道普及率达60%以上。至1995年，全国排水管道总长11

万km，城市污水处理厂838座，日处理能力1645.4

万吨。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——排水管网二是污水的处理、利用部分——污水处理本课程内容三、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——保护人民的身体健康与正常生活

日本的“水俣病”、日本富山县的“骨痛病”四、排水系统的体制1、污水的概念与分类：——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。按来源分生活污水工业废水降水（降雨和降雪）城市污水按照污染程度的不同：生产废水和生产污水按所含主要污染物的化学性质：主要含无机物的废水主要含有机物的废水同时含有机物和无机物的废水按主要污染物成分：酸性废水、碱性污水含铬废水、含汞废水等四、排水系统的体制（续1）2、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自然复用间接复用直接复用直接复用的几种方式生活饮用水系统中水处理设施杂用水系统排放城市给水生活饮用水系统杂用水系统中水处理设施城市给水排放给水厂生活用水再生水厂杂用水工业用水污水处理厂居住小区中水系统单幢建筑中水系统城市污水回用系统四、排水系统的体制（续2）3、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。4、排水系统体制的分类：合流制：直排式、截流式分流制：完全分流制和非完全分流制合流制直排式合流制污水处理厂溢流井溢流井溢流井截流式合流制合流支管合流干管截流干管合流支管合流干管分流制污水处理厂完全分流制污水处理厂污水处理厂不完全分流制污水干管雨水干管污水主干管四、排水系统的体制（续3）5、合流制和分流制的比较：环保方面：截流式合流制对环境的污染较大，雨天时部分污水溢流入水体，造成污染；分流制在降雨初期有污染。造价方面：合流制管道比完全分流制可节省投资20%~40%，但合流制泵站和污水处理厂投资要高于分流制，总造价看，完全分流制高于合流制。而采用不完全分流制，初期投资少、见效快，在新建地区适于采用。维护管理：晴天时合流制管道内易于沉淀，在雨天时沉淀物易被雨水冲走，减小了合流制管道的维护管理费。但是合流制污水厂运行管理复杂。五、排水系统的组成部分1、城市生活污水排水系统的组成部分室内污水管道系统与设备室外污水管道系统污水处理厂出水口事故排出口污水泵站或压力管道手盆、便器、水封管、支管、立管、出户管．．．街坊管道、街道污水管道、附属构筑物等接户管、小区支管、小区干管城市支管、干管、主干管检查井、跌水井室内污水管道系统街坊管道系统街道管道系统五、排水系统的组成部分（续1）2、工业废水排水系统的组成部分车间内部管道系统与设备污水泵站或压力管道厂区管道系统废水处理站厂区支管、厂区干管、检查井、跌水井城市排水管道五、排水系统的组成部分（续2）建筑物雨水收集系统与设备街坊或厂区雨水管道系统街道雨水管道系统出水口排洪沟雨水泵站雨水口、天沟、雨水斗．．．3、雨水排水系统的组成部分街坊雨水支管、干管、雨水检查井等街道雨水支管、干管、雨水检查井等六、排水系统的布置形式1、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2、排水系统布置的影响因素地形地势土壤情况河流情况气候情况城市总体规划（1）正交式3、以地形为主的几种布置形式优点：干管长度短、管径小，经济，污水排出迅速缺点：污水未经处理直接排放，使水体遭受严重污染适应于：雨水管道系统的布置地势向水体适当倾斜时（2）截流式3、以地形为主的几种布置形式优点：减轻水体污染，保护环境缺点：主干管的管径稍大，有时埋深偏深，需要增加污水提升泵站;适应于：分流制污水管道系统的布置、区域排水系统布置地势向水体适当倾斜时（3）平行式3、以地形为主的几种布置形式优点：减小管道的严重冲刷缺点：主干管上有可能增加跌水井适应于：分流制污水管道系统的布置地势向水体倾斜较大时（4）分区布置形式3、以地形为主的几种布置形式优点：充分利用地形排水，比较经济适应于：个别阶梯地区或起伏很大地区的雨水、污水排水系统地势高低相差很大时（5）分散式布置形式3、以地形为主的几种布置形式优点：干管长度短、管径小、管道埋深浅，便于污水灌溉中央地势高，地势向周围倾斜且城市周围有河流时缺点：污水厂的数量较多适应于：分流制污水布置系统（6）环绕式布置形式3、以地形为主的几种布置形式优点：干管长度短、管径小、管道埋深浅，水厂规模大适应于：分流制雨水、污水布置系统中央地势高，地势向周围倾斜缺点：主干管的距离长，管径大，埋深较深。七、工业企业排水系统与城市排水系统的关系1、采取各种措施，尽量不排废水或少排废水改革生产工艺，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（源头治理）尽量采用循环或重复利用系统，以减小废水排放量回收废水中的有用物质，节省能源、创造财富尽量以废治废（末端治理）2、工业废水排入城市排水系统应考虑的问题

尽量考虑直接将工业废水排入城市排水系统，在污水处理厂统一进行处理《室外排水设计规范》规定：工业废水排入后，不应影响排水管渠和污水处理厂的正常运行；不应对养护人员造成危害；不应影响处理后出水和污泥的排放和利用，且水质应符合《污水排入城市下水道水质标准》

不能满足上述要求时，则应对某些废水应进行局部处理，以满足排入城市排水管道所要求的条件，然后再接入城市排水管道。1）当工业企业位于城市内时

符合排入城市排水管道的工业废水，是直接排入城市下水道还是单独设置排水系统和无害化处理设施处理，应根据技术经济比较确定。一般来说，单独进行无害化处理后直接排放不经济。

总之，在规划企业排水系统时，当工业废水需要排入水体时，应符合《污水综合排放标准》、《工业企业卫生设计标准》及其他有关标准2）当工业企业位于城市远郊区或距离城市较远时

不符合排入城市下水道的工业废水，是单独设置排水系统和无害化处理设施处理废水、达标排放；还是局部处理后排入城市下水道，由城市污水厂集中处理，也应进行技术经济比较确定。八、废水的综合治理和区域排水系统

1、废水的综合治理——指对废水进行统一规划，多重治理。其主要内容有：加强废水排放的管理减少和控制废水及污染物的排放量城市规划与生产布局合理化充分利用水体、土壤的环境容量发展经济、节能、实用的水处理技术。废水中有用物质的回收及综合利用发展区域性废水及水污染整治系统2、区域排水系统A城B城C城污水处理厂D城污水处理厂污水处理厂泵站泵站泵站E城F城泵站区域污水处理厂泵站九、排水系统的规划和设计1、基本建设程序：可行性研究阶段计划任务书阶段设计阶段组织施工阶段竣工验收交付使用论证项目技术经济可行性确定基建项目编制设计文件设计图纸与概预算项目实施2、排水系统的规划与设计应遵循的原则（1）应符合区域规划及城市和工业企业的总体规划，并与其他单项工程建设密切配合，互相协调。（2）要与邻近区域内的污水和污泥的处理和处置相协调。（3）应处理好污染源治理和集中处理的关系（4）应考虑污水经处理再生后可回用的方案（5）应按近期设计，考虑远期发展。并结合使用要求和技术经济的合理性因素，对近期工程做出分期建设的安排。（6）必须认真贯彻和执行国家、地方的相关法规、标准和规定。§2-1设计资料的调查明确设计任务的资料：城市的总体规划及其他基础设施情况

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、地震等级工程资料：道路、通讯、供水、供电、煤气等§2-2污水管道系统的规划布置

主要内容有：一、确定排水体制和排水区界，划分排水流域；二、选择污水厂和出水口的位置；三、管道定线：拟定污水干管及主干管的路线；支管的布置与定线；四、确定需要提升的排水区域和设置泵站的位置等。五、控制点的确定

一、确定排水体制和排水区界，划分排水流域1、排水体制的确定根据《室外排水设计规范》规定，一般新建的城市和地区排水系统采用分流制；对老城区排水系统的改建可采用合流制。并兼顾考虑环境保护的要求、造价和维护管理等方面。2、确定排水区界排水区界是污水排水系统设置的界限。凡是采用完善卫生设备的建筑区都应设置污水管道。3、划分排水流域在丘陵及地形起伏的地区，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。有河流或铁路等障碍物贯穿时，应根据地形和周围水体情况划分。每一个排水流域内要有一个或一个以上的干管，并根据流域地势确定水流方向和污水需要抽升的地区。

IIIIIIIV

二、选择污水厂和出水口的位置

污水厂和出水口的数目和位置，将影响到管道系统的主干管的数目和走向。

确定污水厂、出水口的数目和位置，应考虑以下因素：

城市规模；

地形因素；

风向因素；

河流的位置和流向；

在考虑以上因素的情况下，进行技术经济分析、比较，确定污水厂的数目和位置。

IIIIIIIV选择污水厂出水口的位置三、管道定线

污水管道的定线，一般按先确定主干管、再定干管、最后确定支管的顺序进行。

在总体规划中，只决定污水主干管、干管的走向与平面布置。在详细规划中，除以上内容外，还要决定污水支管的走向及位置。1、

定线原则：应尽可能在管线较短、埋深较浅的情况下，让最大区域的污水能自流排出。为了实现这一原则，在定线时，应尽可能研究各种影响因素，使拟定的路线能利用有利因素，避免不利因素。——在总平面图上确定污水管道的位置和走向。三、管道定线2、管道定线的影响因素

（1）地形

：

在定线时应充分利用地形，使管道的走向符合地形趋势，顺坡排水。在排水区域较低处，敷设主干管或干管，这样干管或支管的污水能自流接入。

如：在地形平坦稍向一侧倾斜时，常采用正交式的布置方式如：在地形倾向河道的坡度较大时，常采用平行式的布置方式2、管道定线的影响因素（2）污水厂和出水口的数目和位置污水厂和出水口的数目与位置，将影响到主干管的数目和位置。（3）所采用的排水体制分流制系统一般有两个或两个以上的管道系统，定线时必须在平面上和高程上互相配合；采用合流制要确定截流干管及溢流井的位置；采用混合体制时，则要考虑两种体制管道的连接方式。三、管道定线3、管道定线时注意事项三、管道定线主干管布置在坚硬密实土壤中尽量少穿河流、铁路、山谷和高地避免与地下构筑物交叉不宜敷设在繁忙、狭窄的街道下

（通常设在污水量较大一侧或地下管线较少一侧的人行道、绿化带或慢车道下，当道路宽度超过40米时，可考虑在道路两侧各设一条污水管）集中流量尽量排入上游四、确定需要提升的排水区域和设置泵站的位置

根据流域地势确定污水需要抽升的地区（局部泵站）。泵站设置地点中途泵站局部泵站总泵站

五、控制点的确定——对管道系统的埋深起控制作用的点，通常在管道起点或最低最远点。

各条管道的起点大都是该条管道的控制点。这些控制点中离污水厂最远的那点，通常是整个系统的控制点。

确定控制点的标高，一方面，要保证排水区域内各点的污水都能够排出；另一方面，不能因为照顾个别控制点而增加整个管道系统的埋深。§2-3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，污水设计流量包括生活污水设计流量和工业废水设计流量。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工业废水设计流量1、生活污水设计流量的计算（1）居住区生活污水量计算式中：Q1——居住区生活污水设计流量，L/s；

n——居住区生活污水量标准（定额）（L/(d.人)），也可按该地区居民生活用水定额的80%~90%选用

N——设计人口数，按规划部门根据统计资料提供的参数选用；常用人口密度和服务面积相乘得到

KZ——总变化系数，是最大日最大时污水量与平均日平均时污水量的比值居住区生活污水排水定额卫生设备情况室内有给水排水卫生设备，但无淋浴设备室内有给水排水卫生设备和淋浴设备室内有给水排水卫生设备，并有淋浴和集中热水供应分区一二三四五生活污水每人每日排水定额（L）55-9090-125130-17060-95100-140140-18065-100110-150145-18565-100120-160150-19055-90100-140140-180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Kd——日变化系数，是最大日污水量与平均日污水量的比值Kh——时变化系数，是最大日最大时污水量与最大日平均时污水量的比值KZ=KdKh生活污水量总变化系数因为一般城市缺乏日变化系数和时变化系数的数据，要直接采用上式计算总变化系数有困难。总变化系数与平均流量之间有一定的关系。平均流量越大，总变化系数越小。污水平均日流量（L/s）5154070100200500﹥1000总变化系数（KZ）2.32.01.81.71.61.51.41.32.7/Q0.11

（

5L/s

﹤Q﹤1000L/s）

1.3Q≥1000L/s时也可按照以下公式求：KZ=2.3Q≤5L/s时（2）公共建筑生活污水量计算式中：Q2——公共建筑生活污水设计流量，L/s；

S——公共建筑最高日生活污水量标准（L/(d.人)），一般按《建筑给水排水设计规范》中有关公共建筑的用水量标准选用，排水量大的建筑也可以通过调查或参考相近建筑选用。

Kh——时变化系数，是最大日最大时污水量与最大日平均时污水量的比值

公共建筑生活污水量的计算可与居民生活污水量合并计算，也可单独计算。合并计算时，生活污水量定额应选用综合生活污水量定额（可参考该地区综合生活用水定额的80%~90%选用）。单独计算时，则用下列公式计算：（3）工业企业生活污水及淋浴污水量计算

式中：Q3——工业企业生活污水及淋浴污水设计流量，L/s；

A1——一般车间最大班职工人数，人；

B1——一般车间职工生活污水量标准，为25(L/(人.班))；

T——每班工作时数，h。

K1——一般车间生活污水量时变化系数，以3.0计；

A2——热车间最大班职工人数，人；

B2——热车间职工生活污水量标准，为35(L/(人.班))；

K2——热车间生活污水量时变化系数，以2.5计；

C1——一般车间最大班使用淋浴的职工人数，人；

D1——一般车间的淋浴污水量标准，为40(L/(人.班))；

C2——热车间最大班使用淋浴的职工人数，人；

D2——热车间的淋浴污水量标准，为60(L/(人.班))；2、工业废水设计流量的计算工业废水设计流量计算公式式中：Q4——工业废水设计流量，L/s；

m——生产过程中每单位产品的废水量标准，

L/单位产品；

M——产品的平均日产量；

T——每日生产时数；

KZ——总变化系数，与工业企业性质有关。

日变化系数为1，时变化系数可以实测（最大时流量/平均时流量），也可以按经验值选用（见P28页）。3、污水总设计流量的计算Q=Q1+Q2+Q3+Q4+Q渗

Q渗指地下水渗入量，一般以单位管道延长米或单位服务面积公顷计算。

该方法是假定排出的各种污水，都是在同一时间内出现最大流量的，即采用简单累加法来计算流量的。例：某城镇居住小区污水管网设计

该居住小区街坊总面积50.20hm2,人口密度为350cap/hm2，居民生活污水量定额为120L/cap.d;有两座公共建筑，火车站和公共浴室的污水设计流量分别为3.00L/s和4.00L/s；有两个工厂，工厂甲的生活、淋浴污水与工业废水的总设计流量为25.00L/s，工厂乙的的生活、淋浴污水与工业废水的总设计流量为6.00L/s。全部污水统一送至污水厂处理。试计算该小区污水设计总流量。解：

（1）居民区生活污水设计流量：N=350×50.20=17570（cap）

Qd=（120×17570）÷（24×3600）=24.40（L/s）

KZ=2.7÷Qd

0.11=2.7÷24.40

0.11=1.9Q1=24.40×1.9=46.36（L/s）（2）公共建筑生活污水设计流量：题目已直接给出

Q2=3.00+4.00=7.00（L/s）（3）Q3+Q4=25.00+6.00=31.00（L/s）（4）将各项污水求和得该小区污水设计总流量：

Q1+Q2+Q3+Q4=46.36+7.00+31.00=84.36（L/s）（1）城镇居住区生活污水设计流量计算表（表2-3）居住区名称排水流域编号居住区面积ha人口密度cap/ha居民人数cap生活污水定额L/cap.d平均污水量总变化系数KZ设计流量m3/dm3/hL/sm3/hL/s旧城区Ⅰ61.49520319641003196.4133.18371.81241.0666.97文教区Ⅱ41.49440184361402581.04107.5429.871.86200.0255.56工业区Ⅲ52.85480253631203044.16126.8435.231.82231.0864.19合计—155.51—75768—8821.60367.56102.101.62595.44165.40（2）城市公共建筑污水设计流量

该城市没有公共建筑物的基础资料。故设计时不考虑公共建筑污水设计流量。（3）各工厂生活污水及淋浴污水设计流量计算表

（表2-6）工厂名称班数每班时数(h)生活污水淋浴污水合计职工人数（人）污水量标准L日流量m3最大班流量m3时变化系数最大时流量m3最大秒流量L使用淋浴的职工人数(人）污水量标准L日流量m3最大时流量m3最大秒流量L日流量m3最大时流量m3最大秒流量L日最大班日最大班酿酒厂384181563514.635.462.51.710.472921096017.526.541.8232.158.252.29256108256.402.703.01.010.288938403.561.520.429.962.530.70肉类加工厂3852016810.048.82.492349211.942.270.63合计176.6570.4423.796.6189.7663.717.7368.987.4924.26（4）城镇工业废水的设计流量计算表（表2-4）工厂名称班数各班时数（h）单位产品（1t）日产量（t）单位产品废水量（m3/t）平均流量总变化系数设计流量m3/dm3/hL/sm3/hL/s酿酒厂38酒1518.627911.633.23334.899.69肉类加工厂38牲畜162152430101.2528.131.7172.1347.82造纸厂38白纸1215018007520.831.45108.7530.20皮革厂38皮革34752550106.2529.511.4148.7541.31印染厂38布36150540022562.51.42319.588.75合计—————12459519.13144.2—784.02217.77城镇污水总流量综合表（表2-5）排水工程对象平均日污水流量（m3/d）最大时污水流量（m3/h）设计流量（L/s）生活污水进入城镇污水管道的生产废水生活污水进入城镇污水管道的生产废水生活污水进入城镇污水管道的生产废水居住区8821.60（来自表2—3）——595.44（来自表2—3）——165.40（来自表2—3）——工厂368.90（来自表2—6）12459（来自表2—4）87.49（来自表2—6）784.02（来自表2—4）24.26（来自表2—6）217.77（来自表2—4）合计9190.5012459682.93784.02189.66217.77总计21649.51466.95407.43一、设计管段及其划分

在排水管网中，为了管道连接和清通方便，需要设置检查井。

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（30~100m）§2-4各设计管段划分及其设计流量计算

从理论上讲，计算管道的设计流量时，应该把两个检查井之间的管道作为一个计算管段。

为了简化计算，不需要把每个检查井都作为计算节点，有流量汇入的检查井才作为计算节点。计算节点之间的管道称为一个计算管段。

计算管段：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。二、设计管段的设计流量设计流量本段流量转输流量集中流量1234AB工厂Dq（1）本段流量q1：是从管段沿线街坊流来的污水量（2）转输流量q2

：是从上游管段和旁侧管段流来的污水量5（3）集中流量q3：是从工业企业或其他大型公共建筑物流来的污水量（包括工业企业的工业废水、生活污水、淋浴污水量）C居住区生活污水设计流量集中流量本段流量转输流量本段流量转输流量式中：q1——设计管段的本段流量，L/s；

F——设计管段服务的街坊面积，公顷；

q0——单位面积的本段平均流量，即比流量，L/s.公顷

KZ——生活污水量总变化系数；式中：n——污水量标准，L/(人.d)；

p——人口密度，人/公顷。本段流量q1可用下式计算A12

q0可用下式求得

初步设计时，只计算干管和主干管的流量，技术设计时，应计算全部管道的流量§2-5污水管网的水力计算一、污水管道中污水流动的特点二、污水管道水力计算的基本公式三、污水管道水力计算的设计参数四、污水管道的水力计算方法五、污水管道水力计算应注意的问题一、污水管道中污水流动的特点1、污水管道内水质特点：

含有一定数量的无机物和有机物，但总的说来，污水中的水分一般在99%以上，因此可假定污水按照一般液体流动的规律流动。2、污水管道内水流特点

重力流非满流近似均匀流二、污水管道水力计算的基本公式式中：Q——流量，m3/s；

ω——过水断面面积，m2；

v——流速，m/s；

R——水力半径（过水断面积与湿周的比值），m；

I——水力坡度（即水面坡度，等于管底坡度）；

C——流速系数，或谢才系数。C值一般按曼宁公式计算，即n——管壁粗糙系数管道水力计算：通过计算合理的确定管径、流速、坡度、埋深

三、污水管道水力计算的设计参数设计充满度（h/D）设计流速（v）最小管径（D）最小设计坡度（i）污水管道的埋设深度污水管道的衔接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：hD管径（D）或暗渠高（H）（mm）最大充满度（h/D）200~300350~450500~900≥10000.55(0.60)0.65(0.70)0.70(0.75)0.75(0.80)对于明渠流：设计规范规定，设计超高不小于0.2米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。2、设计流速（v）——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。***国内一些城市污水管道长期运行的情况说明，超过上述最高限值，并未发生冲刷管道的现象。3、最小管径（D）1、为什么要规定最小管径？

管径过小，管道容易堵塞。如：

150mm与200mm的管道比较，前者堵塞的次数有时是后者的2倍，使管道的养护管理费用增加；而在相同的埋深下，施工费用相差不多。若将计算出的150mm改为200mm的管道的话，维护费用减少，而且，管道的坡度可减小，使管道的埋深减小。

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？

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。(﹤9.19L/s、﹤

14.63L/s)4、最小设计坡度（i）——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。（1）（2）（3）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。5、污水管道的埋设深度（1）管道的埋设深度有两个意义：覆土厚度、埋设深度覆土厚度埋设深度（3）决定污水管道最小覆土厚度的因素有哪些？冰冻线的要求满足地面荷载的要求满足街坊管连接要求地面管道

（2）管网造价

在实际工程中，污水管道的造价由选用的管道材料、管道直径、施工现场地质条件、管道埋设深度等四个主要因素决定。

《室外排水设计规范》规定：无保温措施的生活污水管道，管底可埋设在冰冻线以上0.15m；有保温措施或水温较高的管道，距离可以加大。国外规范规定：污水管道最小埋深，应根据当地的养护经验确定。无养护资料时，采用如下数值：管径小于500mm，管底在冰冻线上0.3m；管径大于500mm，为0.5m。2）冰冻线的要求1）满足地面荷载的要求

车行道下污水管最小覆土厚度不宜小于0.7m。非车行道下，污水管的最小覆土厚度可适当减小。3）满足街坊管连接要求H=｛Z1

－[（Z2－h）－I·L]｝+Δh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；

Δh——连接支管与街道污水管的管内底高差，m。

对于每一个具体的设计管段，从上述三个不同的因素出发，可以得到三个不同的管底埋深或管顶覆土厚度值，这三个数值中的最大一个值就是该管段的允许最小埋设深度或最小覆土厚度。

除考虑最小埋深外，还应考虑最大埋深：在干燥土壤中，一般不超过7~8m；在多水、流砂、石灰岩地层中，一般不超过5m。5、污水管道的埋设深度（续）（2）衔接的方式：

水面平接管顶平接6、污水管道的衔接（1）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。跌水连接四、污水管道的水力计算方法

在进行污水管道水力计算时，各管段的设计流量为已知。污水管网水力计算包括两方面内容：1、确定各管段的直径和坡度（流速和充满度）确定出的管段直径和坡度，必须符合设计规范要求，即：计算得来的一定管径在一定坡度的敷设下，通过设计流量时，流速要满足最小流速、最大流速的要求，充满度要满足最大充满度的要求。2、确定各管段始点和终点的埋设深度（水面标高、管底标高）

处理好各管段之间的衔接设计1、确定各管段的直径和坡度

确定管段的直径和坡度，应从上游管段开始，依次向下游管段计算。

在具体计算时，设计流量Q和管道粗糙系数n已知，还有管径D、充满度h/D、管道坡度I和流速v是未知的，因此需要先假定2个求其它两个，这样的数学计算非常复杂，而且经常要试算。为了简化计算，常采用水力计算图进行。见附表。

对每一张水力计算图而言，管径D和粗糙系数n是已知的，图上的曲线表示的是Q、v、I、h/D之间的关系，这四个因素中，只要确定两个因素，就可以通过图查出其它两个因素。计算时，Q为已知，D不知，应确定D。只要再知道一个因素就可以查图计算了，通常情况下先想办法假定坡度I。

由Q和I，就可查图得出v、h/D→复核v、h/D的设计规定→若符合，则该管段的D、I(v、h/D)即确定。若不符合，重新设定I或管径D进行计算。计算中涉及到管径的假定。坡度和管径的假定是相互制约的。

（Q、v、D、n

、h/D、I）

管道坡度可以先假定为地面坡度，管径的选择越小越好。选择时，采用污水管道直径选用图，（1）在有较大坡度地区时，先假定管道的敷设坡度I，然后求出管径

在该图中，根据设计流量和坡度可以确定一个点，根据该点所处的区域即可选定一个合适管径。

管道的直径采用污水管道直径选用图选择。（2）在平坦或反坡地区时，先假定管道的直径，然后求出敷设坡度I

按上述方法，可以暂时确定出每一个管段的管径和坡度。确定出的管径和坡度还要进行复核。复核时，可以根据水力计算图进行查图计算，当计算出的v、h/D符合设计规定时，则初步确定的管径和坡度即为所求，此时管道的v、h/D也就计算出来了。若v、h/D中有一个不符合设计规定时，则要调整管径或管道坡度重新计算。

另外，在计算时，还要注意一点，就是不计算管段的水力计算。不计算管段一般在管网的起端，当街坊起端流量小于9.19L/s，街道起端流量小于14.63L/s时，管道分别采用200mm和300mm的管径。

2、确定各管段始点和终点的埋设深度

（水面标高、管底标高）

即衔接设计，衔接设计也是由上游管段向下游管段进行的。（1）首先确定第一个管段的起点、终点的埋深（管底标高、水面标高）

a、确定出第一个管段的起点埋深H1：第一个管段的起点通常是管网的控制点。根据埋深的三个要求，确定出第一个管段的起点埋深H1b、起点的管底标高=起点的地面标高E1－起点埋深H1c、起点的水面标高=起点的管底标高+管中水深hd、终点的管底标高＝起点的管底标高－I×Le、终点的水面标高＝终点的管底标高+管中水深hf、终点的埋深H2=终点的地面标高E2－终点的管底标高覆土厚度埋设深度地面管道（2）确定第二个管段的起点、终点的埋深

（管底标高、水面标高）首先应确定与第一个管段的衔接关系（根据具体情况选用一种）如管顶平接（上游管段的终点与下游管段的起点管顶标高相同）第二管段起点的管底标高＝上游终点的管底标高+上游管径－下游管径第二管段起点的水面标高＝起点的管底标高+管中水深h第二管段起点的埋深H1=起点的地面标高E1－起点的管底标高即可求出第二管段终点的管底标高、水面标高、埋设深度如水面平接（上游管段的终点与下游管段的起点水面标高相同）第二管段起点的管底标高＝上游终点的水面标高－下游管中的水深同理可依次求出后续下游管段的起点和终点埋深五、污水管道水力计算应注意的问题（1）确定管道的管径和坡度应与确定管道的起点终点埋深交错进行。（2）必须仔细研究管网系统的控制点。控制点常位于区域的最远或最低处。各条管道的起点、低洼地区的个别街坊、污水出水口较深的工业企业或公共建筑都是研究的对象。（3）水力计算从上游依次向下游进行一般情况下，随着设计流量逐段增加，设计流速也应相应增加或不变。但是，当管道坡度突然变小时，设计流速才允许减小。另外，随着设计流量逐段增加，设计管径也应相应增加或不变。但是，当管道坡度突然增大时，管径也可以减小，减小的范围不得超过50～100mm。（4）跌水井的设置在地面坡度太大时，为了减小管内水流速度，防止管壁被冲刷，管道坡度往往需要小于地面坡度。这就有可能使下游管段的覆土厚度无法满足最小限值的要求，甚至超出地面，因此在适当的点可设置跌水井。在旁侧管与干管的连接处。要考虑干管的埋深是否允许旁侧管接入，根据情况设置跌水井。（5）泵站的设置在干燥土壤中，管道的埋深一般不超过7~8m；在多水、流砂、石灰岩地层中，一般不超过5m。如果超过，则要设置泵站。五、污水管道水力计算应注意的问题§2－6设计图纸的绘制§2－7污水管道的设计计算举例原始资料：给定某市的街坊平面图，如下页图。居住区街坊人口密度为350人/公顷，污水量标准为120L/(人.d)，火车站和公共浴室的设计污水量分别为3L/s和4L/s，工厂甲和工厂乙的废水总设计流量分别为25L/s与6L/s。生活污水及经过局部处理的工业废水全部送至污水处理厂进行处理。工厂甲废水排出口的管底埋深为2.0m

平面图浴一、在平面图上布置污水管道污水厂二、街坊编号并计算街坊面积污水厂123456712131827计算街坊面积并填入下表街坊编号1234567891011街坊面积（公顷）1.211.702.081.982.202.201.432.211.962.042.40街坊编号1213141516171819202122街坊面积（公顷）2.401.212.281.451.702.001.801.661.231.531.71街坊编号2324252627街坊面积（公顷）1.802.201.382.042.40街坊面积（见教材表2-11）三、划分设计管段，计算设计流量污水厂1234561、划分设计管段123456789101112131415161718197891011121314151617181920212223242526272、计算各管段的设计流量污水干管设计流量计算表（见教材P48表2-12）管段编号居住区生活污水量Q1本段流量街区编号街区面积（ha）比流量q0(L/(s·ha)流量q1(L/s)转输流量q2(L/s)合计平均流量q1+q2(L/s)总变化系数Kz生活污水设计流量Q1(L/s)集中流量q3本段流量(L/s)转输流量(L/s)设计流量(L/s)1234567891012111~225.0025.008~91.41？1.412.3？3.24？3.249~103.18？3.182.37.31？7.3110~24.88？4.882.311.2311.232~3242.200.486？1.07？4.885.952.213.0925.0038.093~4251.380.4860.675.956.622.214.5625.0039.5611~123.003.00…比流量q0=（120×350）÷86400=0.486四、管道的水力计算管段编号管段长度L(m)设计流量q(L/s)管段直径D(mm)管段坡度I(‰)管内流速v(m/s)充满度h/D(%)h(m)降落量I·L(m)标高(m)地面水面管内底埋设深度(m)上端上端上端上端下端下端下端下端12345678910111213141516171、首先将管段的编号、长度、设计流量、上下端地面标高等已知数据填入下表中1~21102586.2086.102~325038.0986.1086.053~417039.5686.0586.00……………1）首先计算管段的地面坡度，作为确定管道坡度和管径时的参考。管段1~2的地面坡度为（86.20－86.10）÷110=0.00092）选择管径（根据管径选择图），流量为25L/s的最大管径为300mm,在管径选择图上，对应的坡度为2.01‰。查300mm水力计算图可以得出v=0.61m/s,充满度为h/D=55.75%.2、确定1~2管段的管径、坡度（流速、充满度）3003.000.70513、进行1~2管段的衔接设计:计算管段起点1点的管底标高：86.20-2.00=84.20m0.1530.330水深h=0.30×0.51=0.153m。84.20上端水面标高=84.20+0.153=84.353m84.3532.00管段的降落量=I×L=0.003×110=0.330m可求出下端的管内底、水面标高、埋设深度83.87084.0232.23调整坡度为3.00‰，管径不变。查300mm水力计算图可以得出v=0.70m/s,充满度为h/D=51%.符合要求，填入下表管段编号管段长度L(m)设计流量q(L/s)管段直径D(mm)管段坡度I(‰)管内流速v(m/s)充满度h/D(%)h(m)降落量I·L(m)标高(m)地面水面管内底埋设深度(m)上端上端上端上端下端下端下端下端12345678910111213141516171~21102586.2086.102~325038.0986.1086.053~417039.5686.0586.00……………1）首先计算管段的地面坡度，作为确定管道坡度和管径时的参考。管段2~3的地面坡度为（86.10－86.05）÷250=0.00022）选择最大管径（根据管径选择图），流量为38.09L/s的最大管径为350mm,在管径选择图上，对应的坡度为1.54‰。查350mm水力计算图可以得出v=0.61m/s,充满度为h/D=62.7%，不符合要求，调整v=0.70m/s,重新查表计算,得坡度为2.32‰,充满度为h/D=55.0%,填入下表4、确定2~3管段的管径、坡度（流速、充满度）3003.000.70515、进行2~3管段的衔接设计:1~2管段与2~3管段的管径不相同，应采用管顶平接。0.1530.33水深h=0.35×0.55=0.193m。84.20上端管内底标高=84.17－0.35=83.82m84.3532.00管段的降落量=I×L=0.00232×250=0.58m可求出下端的管内底标高=83.82－0.58=83.24m83.87084.0232.233502.320.7055.0管顶平接即1~2管段终点的管顶标高与2~3管段起点的管顶标高相同。（2~3管段上端的管顶标高=1~2管段末段的管顶标高即83.870+0.3=84.17m)84.0130.19383.8283.24同理，可求出下端的水面标高=84.013－0.58=83.433m83.433最后求出管段上下端的埋深2.282.810.58管段编号管段长度L(m)设计流量q(L/s)管段直径D(mm)管段坡度I(‰)管内流速v(m/s)充满度h/D(%)h(m)降落量I·L(m)标高(m)地面水面管内底埋设深度(m)上端上端上端上端下端下端下端下端12345678910111213141516171~21102586.2086.102~325038.0986.1086.053~417039.5686.0586.003003.000.7051.00.1530.3384.2084.3532.0083.8784.0232.233502.320.7055.084.0130.19383.8283.2483.4332.282.813502.240.7057.583.4330.20183.2320.4930.5882.9482.7392.8183.2616、确定3~4管段的管径、坡度（流速、充满度）1）首先计算管段的地面坡度，作为确定管道坡度和管径时的参考。管段3~4的地面坡度为（86.05－86.00）÷170=0.00032）选择最大管径（根据管径选择图），流量为39.56L/s的最大管径为350mm,在管径选择图上，对应的坡度为1.50‰。查350mm水力计算图可以得出v=0.60m/s,充满度为h/D=66.1%，不符合要求，重新调整计算。调整v=0.70m/s,重新查表计算得坡度为2.24‰充满度为h/D=57.5%

。符合要求，填入上表7、进行3~4管段的衔接设计:2~3管段与3~4管段的管径相同，应采用水面平接。水面平接即2~3管段终点的水面标高与3~4管段起点的水面标高相同。（3~4管段上端的水面标高为83.433m)水深h=0.350×0.575=0.201m。上端管内底标高=83.433

－0.201=83.232m管段的降落量=I×L=0.00224×220=0.493m下端水面标高=83.433－0.493=82.94m下端管内底标高=83.232－0.493=82.739m8、绘制管道的平面图和纵剖面图污水厂12345612345678910111213141516171819789101112131415161718192021222324252627D=300I=3.00‰L=110§3-1

雨量分析与暴雨强度公式一、雨量分析的要素1、降雨量：

指单位地面面积上，在一定时间内降雨的雨水体积。又称在一定时间内的降雨深度。

用H（mm）表示，也可用单位面积的降雨体积（L/ha）表示。常用的降雨量统计数据计量单位有以下几种：年平均降雨量：指多年观测所得的各年降雨量的平均值（mm/a）月平均降雨量：指多年观测所得的各月降雨量的平均值（mm/月）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降雨量（mm/d）2、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

3、暴雨强度：是指某一连续降雨时段内的平均降雨量，即单位时间的平均降雨深度，用i（mm/min）表示；i=H/t

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=167ii与q两种表示方法的换算关系如下：1mm/min=10-3(m3

/m2)/min=10-3(103L

/m2)/min=1(L/

m2)/min=1(L/min)/m2=10000(L/min)/hm2=10000/60

（L/s.hm2）

=167（L/s.hm2）

决定雨水设计流量的主要因素暴雨强度和降雨历时的关系

自动雨量计所记录的数据一般是每场雨的累积降雨量和降雨时间之间的对应关系。以降雨时间为横坐标、以累积降雨量为纵坐标，绘制的曲线称为降雨量累计曲线。①在城市暴雨的推球过程中，经常采用的降雨历时为：

5min、10min、15min、20min、30min、45min、60min、90min、120min，特大城市可以用到180min②各历时的最大平均暴雨强度相应于各降水历时，降雨量最大的那个时段内的降水量（？）最大平均暴雨强度（教材P65的表3-1）降雨历时t(min)降雨量H(mm)暴雨强度I(mm/min)所选时段起止561.219：0719：121010.21.0219：0419：141512.30.8219：0419：192015.50.7819：0419：243020.20.6719：0419：344524.80.5519：0419：496029.50.4919：0420：049034.80.3919：0420：3412037.90.3219：0421：044、降雨面积：指降雨所笼罩的面积

5、汇水面积：指雨水管渠汇集雨水的面积。单位

常用hm2或km2。

任意场暴雨在降雨面积上各点的暴雨强度是不相等的，但是雨水管渠的汇水面积较小，因此可假设降雨在整个小汇水面积内的分布是均匀的。这样，雨量计所测得的点雨量资料可以代表整个小汇水面积的面雨量资料。6、暴雨强度的频率：

是指在多次的观测中，等于或大于某值的暴雨强度出现的次数m与观测资料总项数n之比的百分数。即：Pn=m/n×100%

式中：

Pn=某值暴雨强度出现的频率

m：将所有数据从大到小排序之后，某值暴雨强度所对应的序号

n：降雨量统计数据的总个数

n=N,Pn=m/n×100%=m/N×100%为年频率；

n=NM,Pn=m/n×100%=m/NM×100%

为次数频率。

因此，水文计算常采用的公式为：Pn=m/（n+1）×100%

6、暴雨强度的频率：①n越大，参与统计的数据越多，根据上面公式计算来的经验频率就越能反映其真实的发生概率。

故我国《室外排水设计规范》规定，在编制暴雨强度公式时，必须具有10年以上的自计雨量记录，且每年选择6~8场最大暴雨记录，计算各历时的暴雨强度值。将各历时的暴雨强度按照大小排列成数列，然后不论年次，按照由大到小的方向选择年数的3~4倍的个数作为统计的基础资料。Pn=m/（n+1）×100%

②某个暴雨强度的频率越小时，该暴雨强度的值就越大。7、暴雨强度的重现期：

是指在多次的观测中，等于或大于某值的暴雨强度重复出现的平均时间间隔P。单位用年（a）表示。重现期与频率互为倒数，即P=1/Pn①某一暴雨强度的重现期等于P，是指在相当长的一个时间序列中，大于等于该暴雨强度的暴雨平均出现的可能性是1/

P。②重现期越大，降雨强度越大。在排水管网的设计中，如果使用较高的设计重现期，则计算的设计排水量就越大，排水管网系统的设计规模相应增大，排水通畅，但排水系统的建设投资就比较高；反之，则投资较小，但安全性差。确定设计重现期的因素有：

排水区域的重要性、功能、淹没后果严重性、地形特点和汇水面积的大小等。一般情况下，低洼地段采用的设计重现期大于高地；干管采用的大于支管；工业区采用的大于居住区；市区采用的大于郊区。重现期的最小值不宜低于0.33年，一般选用0.5~3年。重要的干道、区域，一般选用2~5年。二、暴雨强度公式式中：

q——设计暴雨强度，L/s.公顷；

P——设计重现期，年；

t——降雨历时，min；

A1,c,b,n——地方参数，根据统计方法进行确定。

暴雨强度公式是反映暴雨强度q(i)、降雨历时t、重现期P三者之间的关系，是设计雨水管渠的依据。我国《室外排水设计规范》中规定，我国采用的暴雨强度公式的形式为：

教材附录3-2收录了我国若干城市的暴雨强度公式（或参见《给水排水设计手册》第五册），可供计算雨水管渠设计流量时采用。目前，我国尚有一些城镇无暴雨强度公式，当这些城镇需要设计雨水管渠时，可选用附近地区城市的暴雨强度公式。一、地面径流与径流系数二、流域上的汇流过程三、雨水管渠设计流量计算公式四、雨水管段的设计流量计算举例五、集水时间的确定六、雨水径流量的调节§3-2雨水管渠设计流量的确定一、地面径流与径流系数1、地面径流与径流系数产流过程：

径流系数：

地面径流量与总降雨量的比值称为径流系数Ψ，其值小于1。2、径流系数Ψ的确定地面径流系数的值与以下几个因素有关：汇水面积上的地面材料性质、地形地貌、植被分布、降雨历时、暴雨强度以及暴雨雨型有关。目前，在雨水管渠的设计中，通常按照地面材料性质确定径流系数的经验数值。我国排水设计规范中有关径流系数取值的规定见下表不同地面的径流系数Ψ值地面种类径流系数Ψ各种屋面、混凝土和沥青路面0.9大块石铺砌路面和沥青表面处理的碎石路面0.6级配碎石路面0.45干砌砖石和碎石路面0.40非铺砌土地面0.30公园或绿地0.15

如果汇水面积由不同的地面组合而成，整个汇水面积上的平均径流系数可按以下公式来求：

Ψav=∑Fi·Ψi/F在工程设计中，经常采用区域综合径流系数近似代替平均径流系数区域情况区域综合径流系数值城市市区0.5~0.8城市郊区0.4~0.6区域综合径流系数国内各地区采用的综合径流系数见教材74页的表3-5二、流域上的汇流过程

当流域最边缘线上的雨水达到集流点A时，在A点汇集的流量其汇水面积扩大到整个流域，即全部流域面积参与径流，此时在A点产生最大流量。

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τ0

At1t2t3BCDEFGbcτ0

当全流域参与径流时,A点产生的最大流量来自τ0时段内的降雨量三、雨水管渠设计流量计算公式式中：Q——雨水设计流量，L/s；

Ψ——径流系数，其数值小于1；

F——汇水面积，公顷；

q——设计暴雨强度，L/s.公顷。径流系数Ψ的确定:按照地面材料性质确定径流系数的经验数值。汇水面积F:

与降雨历时t有关。随着降雨历时的延长，参与径流的面积在增加，当全部流域参与径流时，进入雨水管渠中的流量就最大。暴雨强度q：与降雨历时t有关。随着降雨历时的延长，暴雨强度降低。

关键在于采用降雨强度和汇水面积都是尽量大的降雨

在雨水管道的设计中,采用的降雨历时t=汇水面积最远点的雨水流达集流点的集流时间τ0,此时暴雨强度、汇水面积都是相应的极限值，根据公式确定的流量应是最大值。这便是雨水管道设计的极限强度理论。

t﹤τ0时，只有一部分面积参与径流。与t=τ0时相比较，此时暴雨强度大于t=τ0时的暴雨强度，但汇水面积小。根据公式计算得来的雨水径流量小于t=τ0时的径流量。极限强度理论

t﹥τ0时，全部流域面积参与径流。与t=τ0时相比较，此时汇水面积没有增加，而暴雨强度小于t=τ0时的暴雨强度。根据公式计算得来的雨水径流量小于t=τ0时的径流量。极限强度理论：

承认暴雨强度随降雨历时的延长而减小的规律性；汇水面积随降雨历时的延长而增长的规律性；汇水面积随降雨历时的延长而增长的速度比暴雨强度随降雨历时的延长而减小的速度更快。

在使用该式时,随着计算管段位置的不同,管渠的Ψ值不同；汇水面积不同;从汇水面积最远端到计算断面处的集流时间τ0是不同的,