排水管網工程主要內容

給水排水管道系統(tǒng)（II）教案本課程的主要內容概論：排水工程概念、內容、作用、排水體制、排水系統(tǒng)的布置形式等污水管道系統(tǒng)設計：污水管道的設計步驟及注意事項、設計舉例雨水管道系統(tǒng)設計：雨水管道的設計步驟及注意事項、設計舉例合流制管渠系統(tǒng)設計：合流制管道的使用條件、水力計算、改造途徑等排水管渠要求及附屬構筑物：排水管渠斷面形式、接口、基礎、附屬構筑物第一部分概論一、排水工程的發(fā)展歷史——河南省淮陽的古城下，發(fā)掘出公元前2800年埋下的陶制排水管，比公元前2500年埃及發(fā)現的排水溝早300年——河北省易縣出土了戰(zhàn)國后期的圓形陶制排水管——陜西西安出土秦代五角形陶制排水渠，在皇宮內出現了明渠和暗渠相結合的排水系統(tǒng)——唐代長安建造了較為完整的雨水排水系統(tǒng)——在近代我國排水工程發(fā)展緩慢，建國前全國103個城市建有排水設施，管線總長6034.8km，全國只有上海、南京建有城市污水處理廠，日處理能力為4萬噸。1921年上海北區(qū)污水廠，是我國最早的活性污泥法水廠。二、排水工程的概念與內容排水工程的概念：指為保護環(huán)境而建設的一整套用于收集、輸送、處理和利用污水的工程設施排水工程的內容：一是污水的收集、輸送部分一一排水管網二是污水的處理、利用部分污水處理三、排水工程的作用保護環(huán)境免受污染，使城市免受污水之害和洪水之災促進工農業(yè)生產，保證城市可持續(xù)性發(fā)展四、排水系統(tǒng)的體制污水的定義：在使用過程中受到了不同程度的污染，改變了原來的化學成分和物理性質的水，叫污水。污水的概念與分類：按來源分可分為：生活污水、工業(yè)廢水和降水（降雨和降雪）。污水的最終出路有三：一是排放水體二是灌溉農田三是重復使用排水系統(tǒng)體制的概念：生活污水、工業(yè)廢水和雨水可以采用一個管渠來排除，也可以采用兩個或兩個以上獨立的管渠來排除，污水的這種不同排除方式所形成的排水系統(tǒng)，稱為排水體制。排水系統(tǒng)體制的分類：1）合流制：直排式、完全截流式和部分截流式三種2）分流制：完全分流制和非完全分流制五、排水系統(tǒng)的布置形式排水系統(tǒng)的布置原則充分利用地形、地勢，就近排入水體，以減小管道埋深、降低工程造價排水系統(tǒng)布置的影響因素1）地形地勢2）土壤情況3）河流情況4）氣候情況5）城市總體規(guī)劃排水系統(tǒng)的布置形式1）正交式2）截流式3）平行式4）分區(qū)式5）分散式6）環(huán)繞式六、工業(yè)企業(yè)排水系統(tǒng)與城市排水系統(tǒng)的關系工業(yè)企業(yè)排出的廢水應采取的措施1）改革生產工藝，進行技術革新，力求把有害物質消除在生產過程之中，做到不排或少排廢水2）盡量采用循環(huán)或重復利用系統(tǒng)，以減小廢水排放量3）回收廢水中的有用物質，節(jié)省能源、創(chuàng)造財富4）盡量以廢治廢

第二部分污水管道系統(tǒng)設計污水管道系統(tǒng)的設計步驟設計資料的調查一＞設計方案的確定一＞設計計算一＞設計圖紙的繪制一、設計資料的調查及方案確定設計資料調查1）設計任務資料：有關的法令、法規(guī)、制度；城市的總體規(guī)劃及其他基礎設施情況2）自然資料：地形資料，包括地形圖、等高線；氣象資料，包括氣溫、風向、降雨量等；水文資料，受納水體流量、流速、洪水位；地質資料，包括地下水位、地耐力、地震等級3）工程資料：道路、通訊、供水、供電、煤氣等設計方案確定包括排水體制的選擇、排水系統(tǒng)的布置形式，應通過技術、經濟比較，確定最優(yōu)的方案有時需要設計方案對比，選擇2-3各不同的設計方案，進行技術、經濟方面的對比論證，確定最優(yōu)的方案。二、污水設計流量的計算污水設計流量指污水管道及其附屬構筑物能保證通過的最大流量，設計流量包括生活污水量和工業(yè)廢水量（L/s）。1）生活污水設計流量：居住區(qū)生活污水；公共建筑生活污水；工業(yè)企業(yè)生活污水及淋浴污水2）工業(yè)廢水設計流量n-N-n-N-KZ24x3600衛(wèi)生設備情況分區(qū)一二三四五生活污水每人每日排水定額（L）室內有給水排水衛(wèi)生設備，但無淋浴設備55-9060-9565-10065-10055-90室內有給水排水衛(wèi)生設備和淋浴設備90-125100-140110-150120-160100-140室內有給水排水衛(wèi)生設備，并有淋浴和集中熱水供應130-170140-180145-185150-190140-18011）居住區(qū)生活污水排水定額

注：第一分區(qū)包括：黑龍江、吉林、內蒙古的全部，遼寧的大部分，河北、山西、陜西偏北的一小部分，寧夏偏東的一部分；第二分區(qū)包括：北京、天津、河北、山東、山西、山西的大部分，甘肅、寧夏、遼寧的南部，河南北部，青海偏東和江蘇偏北的一小部分；第三分區(qū)包括：上海、浙江的全部，江西、安徽、江蘇的大部分，福建北部、湖南、湖北的東部，河南南部；第四分區(qū)包括：廣東、臺灣的南部，廣西的大部分，福建、云南的南部；第五分區(qū)包括：貴州的全部、四川、云南的大部分，湖南、湖北的西部，陜西和甘肅在秦嶺以南的地區(qū)，廣西偏北的一小部分2）總變化系數（KZ）K=KK2.7QonZd2.7Qon污水平均日流量（L/s）5154070100200500>1000總變化系數Kz2.32.01.81.71.61.51.41.3其中：KZ=生活污水量總變化系數3.公共建筑生活污水量計算Q）、?N?氣

224x3600工業(yè)企業(yè)生活污水及淋浴污水量計算八ABK+ABKCD+CDTOC\o"1-5"\h\zQ=―1~1~12~2~2+―1~12~233600T3600工業(yè)廢水設計流量計算八m-M-K

Q=z43600TQ=Q1+Q2+Q3+Q4+Q滲列表計算，見p30三、污水管道的水力計算污水管道內水質特點：含有泥沙、有機物污水管道內水流特點：重力流；非滿流；近似均勻流《排水管網理論與計算》一一周玉文、趙洪賓著水力計算的基本公式Q=3?vv=C?、:R-1C=-?R6n——管壁粗糙系數（與管道材質有關）n污水管道水力計算的設計數據1）設計充滿度（h/D）指設計流量下，管道內的有效水深與管徑的比值。h/D=1時，滿流h/D<1時，非滿流《室外排水設計規(guī)范》規(guī)定，最大充滿度為:管徑（D）或暗渠高（H）（mm）最大充滿度（h/D）200~3000.55(0.60)350?4500.65(0.70)500?9000.70(0.75)N10000.75(0.80)2）為什么要做最大設計充滿度的規(guī)定？1、預留一定的過水能力，防止水量變化的沖擊，為未預見水量的增長留有余地;2、有利于管道內的通風；3、便于管道的疏通和維護管理。為合理利用管道斷面，減少投資，應考慮確定一個最小充滿度為設計的下限值，各種管道的最小充滿度建議不宜小于0.25。以最大和最小充滿度為約束條件，選用設計充滿度，可以最佳地確定管徑，達到優(yōu)化的目的。3）設計流速與設計流量和設計充滿度相應的污水平均流速。最小設計流速：是保證管道內不發(fā)生淤積的流速，與污水中所含雜質有關；國外很多專家認為最小流速為0.6-0.75m/s，我國根據試驗結果和運行經驗確定最小流速為0.6m/s。最大設計流速：是保證管道不被沖刷破壞的流速，與管道材料有關；金屬管道的最大流速為10m/s，非金屬管道的最大流速為5m/s。管段的設計流速介于最小流速（0.6m/s）和最大流速（金屬管10m/s，非金屬管5m/s）之間。不同管徑的圓形鋼筋混凝土管，在相應的最大充滿度最小的最大流速時不同的，如下表所示。D-Vmax的關系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）最小管徑1、為什么要規(guī)定最小管徑？（防止堵塞、便于維護）街坊管最小管徑為200mm，街道管最小管徑為300mm。2、什么叫不計算管段？（取最小管徑）在管道起端由于流量較小，通過水力計算查得的管徑小于最小管徑，對于這樣的管段可不用再進行其他的水力計算，而直接采用最小管徑和相應的最小坡度，這樣的管段稱為不計算管段。5）最小設計坡度相應于最小設計流速的坡度為最小設計坡度，最小設計坡度是保證不發(fā)生淤積時的坡度。規(guī)定：管徑200mm的最小設計坡度為0.004；管徑300mm的最小設計坡度為0.003；管徑400mm的最小設計坡度為0.0015。規(guī)范只規(guī)定了最小管徑的最小設計坡度。實際上各種管徑都有對應的最小設計坡度。為保證管道的運行和維護管理，也應考慮確定各種管徑的最大設計坡度。最大設計坡度應為各種管徑的管道，當其充滿度達到最大值且流速接近和小于最大流速時所對應的坡度。在平坦地區(qū)污水管道的水力坡度應用最小設計坡度約束，而地形坡度大的地區(qū)則應用最大設計坡度約束。以min的關系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貝皿的關系D(mm)/嚀％。）D(mm)/嚀（％。）D(mm)/max(%。)200100600251600122507070025180011300508002520009.5350509002522008.54005010002024007.545050120018N26006.550030140015在計算中確定管徑時，應避免小流量選用大管徑，故應明確各種管徑對應最小流速（最小充滿度）時所通過的流量為最小流量，如下表所示。當管徑設計流量小于某一管徑的最小流量時，只能選小一級的管徑。但當管段設計流量小于12.5L/S時，其管徑只能選200mm。D-Qmin的關系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）污水管道的埋設深度管道的埋設深度有兩個意義：覆土厚度；埋設深度問：決定污水管道最小覆土厚度的因素有哪些？1、冰凍線的要求2、地面荷載-大于0.7m3、滿足街坊管連接要求7）H=h+IL+Z「Z2+您式中：H街道污水管網起點的最小埋深，m；h——街坊污水管起點的最小埋深，0.6?0.7m；Z1——街道污水管起點檢查井檢查井處地面標高，m；Z2——街坊污水管起點檢查井檢查井處地面標高，m；I——街坊污水管和連接支管的坡度；L——街坊污水管和連接支管的總長度，m；Ah——連接支管與街道污水管的管內底高差，m。8）污水管道水力計算的方法1、需要確定的參數流量Q、管徑D、坡度I、流速v、充滿度h/D和埋深H。2、確定方法首先根據已知資料，計算出流量Q，根據Q值可初步確定管徑D；然后，根據Q、D值，求I、h/D、v值。在這三個未知數中，還需知道一個參數，才能求得另外兩個，此時可以在三個參數中先假設一個值，比如流速為最小流速，或是坡度為最小坡度，或是充滿度滿足一定要求等，之后進行查表或查圖，就可得出其余兩個未知數；最后要進行校核，若得出的兩個參數滿足其規(guī)定的要求，則計算完成，若不滿足要求，則需調整假設值，甚至管徑D，重新進行計算。四、污水管道的設計確定排水區(qū)界，劃分排水流域1）排水區(qū)界是污水排水系統(tǒng)設置的界限。2）排水流域是指在排水區(qū)界內，按照一定要求所劃分的不同排水區(qū)域。（通常根據等高線劃分排水區(qū)域，在地形平坦地區(qū)可按照面積的大小進行劃分。）管道定線1）在總平面圖上確定污水管道的位置和走向。2）管道定線的影響因素：1、地形2、污水廠和出水口的位置3、所采用的排水體制3）管道定線時注意事項1、主干管布置在堅硬密實土壤中2、盡量少穿河流、鐵路、山谷和高地3、避免與地下構筑物交叉4、不宜敷設在繁忙、狹窄的街道下5、集中流量盡量排入上游控制點確定和泵站設置地點對管道系統(tǒng)的埋深起控制作用的地點，通常在管道起點或最低最遠點。泵站設置地點：中途泵站；局部泵站；總泵站。設計管段及設計流量兩個檢查井之間，設計流量不變，且采用同樣的管徑和坡度的管段，稱為一個設計管段。一般檢查井的設置位置有：流量匯入的地方、管徑變化的地方、轉彎的地方、或在直管段管徑長度較長時（30?70m）。設計流量：本段流量；轉輸流量；集中流量。設計管段及設計流量q=F-q-Kq=業(yè)匕10z”086400污水管道的銜接銜接的原則：盡可能地提高下游管段的高程，減小埋深，降低造價；避免上游管段回水淤積。銜接的方式：水面平接；管頂平接；跌水連接。水力計算注意問題1）控制點選擇2）管道坡度與地面坡度3）設計流速與設計管徑4）注意水頭損失5）旁側支管連接五、國外污水管道的設計方法介紹常規(guī)設計方法H最小流量I—核自凈流速給水量|M排水量|——60%?80%查曲線M設計流量乘系數（考慮地下水和雨水）設計充滿度一般按滿流，也有非滿流情況：小管0.5，其他0.75真空管網：真空閥井、中繼真空泵站和真空管道壓力式管網：研磨潛力泵、壓力支管和壓力干管六、城市污水回用工程（擴充知識）污水回用意義污水回用目標與水質污水回用處理技術第三部分雨水管渠系統(tǒng)設計雨水管渠系統(tǒng)特點：徑流量大、流量變化大、滿流雨水管渠系統(tǒng)組成：雨水口、雨水管渠、檢查井、出水口雨水管渠系統(tǒng)設計步驟：資料收集，確定暴雨強度公式；劃分排水流域，進行管道定線；水力計算；繪制管渠平面圖及剖面圖一、雨量分析與暴雨強度公式雨量分析的要素降雨量：指降雨的絕對量，用降雨深度（mm）表示，也可用單位面積的降雨體積（L/ha）表示。年平均降雨量：指多年觀測所得的各年降雨量的平均值月平均降雨量：指多年觀測所得的各月降雨量的平均值年最大日降雨量：指多年觀測所得的一年中降雨量最大一日的絕對量降雨歷時：是指連續(xù)降雨的時段，可以指一場雨全部降雨的時間，也可以指其中個別的連續(xù)時段。用t表示，單位為min或h暴雨強度：是指某一連續(xù)降雨時段內的平均降雨量，時間短、暴雨強度大，即單位時間的平均降雨深度，用（mm/min）表示；在工程上，常用單位時間內單位面積上的降雨體積q（L/s.公頃）表示q=167i暴雨強度公式：q=167Ai（1'ClgP）二、雨量管渠設計流量的確定雨水管渠設計流量計算公式：Q=WqF極限強度法：從流域上最遠一點的雨水流至出口斷面的時間稱為流域的集流時間或集水時間極限強度法，即承認降雨強度隨降雨歷時的增長而減小的規(guī)律性，同時認為匯水面積的增長與降雨歷時呈正比，而且匯水面積的增長速度更快，因此只有當降雨歷時等于集流時間時，全部面積參與徑流，產生最大徑流量各參數1）徑流系數：指徑流量與降雨量的比值。徑流量指進入雨水管渠部分的雨水。見表3-3（P69）采用加權平均值計算2）設計重現期P:在一般地區(qū)采用0.5-1年，重要地區(qū)采用2-5年。見表3-6（P69（P70）3）集水時間t的確定t=4+&=t]+mt2式中：t1——地面集水時間；m——折減系數（流行速度慢了）；t2——雨水在管道內流行時間。4）地面集水時間t1雨水-屋頂-地面-街坊-明溝-雨水口一般在建筑密度較大、地形較陡、雨水口分布較密的地區(qū)，t1可采用5-8min;在建筑密度小、地形平坦、雨水口稀疏的地區(qū)，t1可取10-15min。5）雨水在管道內流行時間t2=￡^O-（min）6）折減系數m雨水在管道內的實際流行時間與計算得出的流行時間不符，需要采用一個系數進行修正，此系數叫折減系數.引入折減系數的原因有二：一是雨水管道內不總是滿流，降雨從小到大，按滿流計算的流行時間小于雨水實際的流行時間（蘇林系數1.2）；二是雨水管道的最大流量不大可能在同一時間發(fā)生，上游管道存在調蓄容積（空隙容量1.68）.明渠m=1.2，管道m(xù)=2.07）雨水徑流量的調節(jié)（調峰）（P77）三、雨量管渠系統(tǒng)的設計和計算雨水管渠系統(tǒng)平面布置的原則和要求1）充分利用地形，就近排入水體.2）根據城市規(guī)劃布置雨水管道.3）合理設置雨水口，保證路面雨水排除暢通.4）明渠與暗渠相結合.5）設置排洪溝排除設計區(qū)外的雨水或洪水.雨水管渠水力計算的設計數據1）設計充滿度：按滿流設計，h/D=1.2）設計流速：最小流速0.75m/s,（明渠0.4）最大流速10m/s（金屬管），5m/s（非金屬管）.3）最小管徑和最小設計坡度：雨水管最小管徑為300mm，相應的最小坡度為0.003；雨水口連接管最小管徑為200mm，最小坡度為0.014）最小埋深同污水的最小埋深雨水管渠水力計算的方法由于h/D=1，故只需確定Q、D、v、I值。Q值可經過計算求得，然后選定D值，即可查表求得v、I值雨水管渠系統(tǒng)的設計步驟和水力計算（畫圖）（1）收集、分析資料，劃分排水流域、進行管道定線。（2）劃分設計管段。注意：不宜劃分過多；管徑增長要連續(xù)；劃分要從密到疏。（3）劃分并計算匯水面積。匯水面積包括綠地、街道等。（4）計算平均徑流系數。一般經驗值為：城市0.5?0.8；郊區(qū)0.4?0.6。（5）確定重現期P、地面集水時間t1。（6）計算單位面積徑流量q0。（7）計算各管段的設計流量，并求出Q、D、v、I及埋深等。（8）繪制圖紙。包括平面圖和剖面圖雨水管渠系統(tǒng)設計計算舉例已知某居住區(qū)平面圖，地形西高東低，東面有一自南向北流的河流，河流常年洪水位14m，常水位12m，該市的暴雨強度公式給定。要求布置雨水管道并進行干管的水力計算.（見p89）立體交叉道路排水設計時注意問題：1）盡量縮小匯水面積，以減少設計流量2）注意地下水的排除3）排水設計標準高于一般道路4）雨水口布設的位置要便于攔截徑流5）管道布置及斷面選擇6）對于立交地道，最低點低于地下水位時，應采取排水或降低地下水的措施四、排洪溝的設計與計算防洪設計標準:為了準確合理地擬定工程規(guī)模而選定的計算洪峰流量的標準，稱為防洪設計標準.（見p100.）設計洪峰流量的計算1）洪水調查法2）推理公式法3）經驗公式法排洪溝的水力計算水力計算公式為（見p100）梯形斷面：A=Bh+mh2x=B+2h（1+m2）1/2矩形斷面：A=Bhx=B+2h排水管網水力計算軟件介紹1）檢查井編號說明2）數據文件編寫3）計算軟件使用介紹部分合流制管渠系統(tǒng)的設計合流制管渠系統(tǒng)是指在同一管渠內排除生活污水、工業(yè)廢水和雨水的管渠系統(tǒng).合流制管渠系統(tǒng)特點1）結構簡單，管渠總長度小2）與分流制相比，截流干管管徑大，泵站和污水處理廠規(guī)模大3）雨天徑流時，部分生活污水也溢流到水體，造成一定程度的污染4）晴天時，管渠內流量小，流速低，易淤積合流制管渠系統(tǒng)的使用條件1）排水區(qū)域內有水源充沛的水體，足夠大的環(huán)境容量，使污染程度控制在允許范圍之內2）街道比較完善，必須采用暗管排除雨水，而街道又比較狹窄，管渠的設置位置受到限制時，可以考慮采用合流制合流制管渠布置時注意問題1）管渠的布置應能使所有服務面積上的生活污水、工業(yè)廢水和雨水都能合理地排入管渠，并盡可能以最短距離坡向水體2）截流干管與水體平行布置，在適當位置設置溢流井3）合理控制溢流井的數目和位置合流制排水管渠的設計流量1）第一個溢流井上游管渠設計流量Q=Q+Q+QsirQ=Q+Q+QrQS和Q分別為生活污水和工業(yè)廢水的平均流量。Q+Q稱為旱流流量Qf2）溢流井下游管渠的設計流量Q=n0（QS+Q）+Q1+Q+Q+Q2式中:n0——截流倍數Q1——溢流井下游排水面積上的雨水設計流量q2——溢流井下游排水面積上的生活污水平均流量與工業(yè)廢水最大班平均流量之和3）截流倍數n0溢流井后，不從溢流井泄出的雨水量，通常按旱流流量的指定倍數計算，該指定倍數稱為截流倍數n0我國《室外排水設計規(guī)范》規(guī)定采用n0為1?5；工程實際中，我國多數城市都米用n0=3；美國、日本等多米用n0=3~5合流制排水管渠的水力計算要點1）按滿流進行設計2）重現期應適當放大，因為混合污水有污染3）應合理確定截流倍數n0溢流井形式1）截流槽式2）溢流堰式3）跳躍堰式城市舊合流制排水管渠系統(tǒng)的改造1）改合流制為分流制2）改為截流式合流3）對溢流的混合污水量進行控制第五部分排水管渠及附屬構筑物一、排水管渠的斷面及材料排水管渠的斷面形式要求1）靜力學上，具有一定的抗荷載能力，堅固穩(wěn)定，2）抗壓抗折，不破裂、不變形3）水力學上，盡可能大的排水能力，不淤積，不沉淀4）經濟上，造價低5）管理維護上，便于疏通、清洗排水管渠的斷面形式1）圓形：水力特性好；排水能力大；抗壓能力強；便于預制；節(jié)省材料2）半橢圓形：抗壓能力強；節(jié)省材料；用于污水流量大且變化?。还軓酱?m3）馬蹄形：高度小于寬度；可減小埋深；造價低、易淤積；適用大流量、變化小、出水位置受限制排水管渠的斷面形式矩形：水力條件差；可現場預制；適用于排洪溝等明渠或路面狹窄地區(qū)梯形：只適用于明渠蛋形：下部窄；流量小時流速也較大；不淤積；清通養(yǎng)護方便排水管渠材料的要求1）具有一定的強度，抗壓抗折2）抗沖刷、耐磨損3）有抗腐蝕，浸蝕能力4）不透水5）內壁光滑、阻力小6）貨源充足、價格便宜常用的排水管渠（1）混凝土和鋼筋混凝土管優(yōu)點：制造方便，成本低，抗壓能力強，適用于大管徑缺點：抗酸、堿和浸蝕能力低；抗?jié)B透性能低；管節(jié)短，接頭多，施工困難；重量大，搬運不便1）乘插式2）企口式3）平口式（2）陶土管特點：內外壁光滑；不透水性能好，耐磨損、抗腐蝕；強度低，抗壓抗折能力差，管徑較小，一般在300mm以下適用條件：居民區(qū)室外排水管、工業(yè)廢水中（3）金屬管（鋼管和鑄鐵管）特點：成本高，較少采用；抗高壓、抗?jié)B透能力強；內壁光滑，阻力??；長度大，接頭少；抗酸、堿腐蝕和抗地下水浸蝕能力低，需作防腐處理適用條件：震區(qū)，對滲透要求高的地區(qū)（4）磚石漿砌或鋼混大型管渠特點：現場澆筑，抗壓、抗震、抗腐蝕能力強，無法預制適用條件：大管徑，管徑大于2.0m（5）石棉水泥管特點：表面光滑、不透水；抗腐蝕性強；重量輕；質脆，易折斷，不耐磨損（6