專題城市排水工程課件

城市排水工程

人們在生活和生產(chǎn)活動中產(chǎn)生大量污水，污水中含有很多有害物質(zhì)，極易腐化發(fā)臭，污染環(huán)境，危害人們的生活和生產(chǎn)；天然降水，在降落及流行過程中也受到一定的污染，如不及時(shí)排泄，也會危害人們的生活和生產(chǎn)。排水工程由排水管網(wǎng)、排水泵站、污水處理廠及處理后的排放設(shè)施等部分組成。1一、排水體制1、定義：城市的生活污水、工業(yè)生產(chǎn)污水和廢水以及空中降水所采用的排水方式稱為排水體制。2、分類：合流制分流制23、合流制（1）完全合流制。當(dāng)生活污水、工業(yè)污水和雨水在同一排水系統(tǒng)匯集和排除時(shí)，稱為合流制排水系統(tǒng)。優(yōu)點(diǎn)：采用這種系統(tǒng)時(shí)，街道下只有一條排水管道，因而管網(wǎng)建設(shè)比較經(jīng)濟(jì)。缺點(diǎn)：幾種污水匯集后都流入處理廠，使處理廠的規(guī)模過大，投資過多，建設(shè)困難；不降雨時(shí)，排水管內(nèi)水量較小，管中水力條件較差；如果直接排入水體又極不衛(wèi)生。3(2)截流式合流制定義：污水與雨水合流后排向沿河的截流干管，并在干管上設(shè)置雨水溢流井。不降雨水時(shí)，污水流入處理廠進(jìn)行處理；降雨時(shí)，管中流量增大，當(dāng)管內(nèi)流量超過一定限度時(shí)，超出的流量將通過溢流井溢入河道中。54、分流制定義：污水與雨水分別排除的系統(tǒng)。分類：完全分流制，不完全分流制?！?）完全分流制。生活污水、工業(yè)廢水和雨水分別以三個管道來排除；或生活污水與水質(zhì)相類似的工業(yè)污水合流，而雨水則流入雨水管道。6特點(diǎn)：完全分流制系統(tǒng)衛(wèi)生情況好，管內(nèi)水力條件也較佳，并可以分期建設(shè)，減少一次投資。實(shí)際采用的較多。缺點(diǎn)：由于管道數(shù)增多，投資比合流制增大。同時(shí)，因雨水可直接排入河道，初降的雨水較臟，有可能污染河道。71重力流污水管道應(yīng)按非滿流計(jì)算，其最大設(shè)計(jì)充滿度：管徑或渠高（mm）最大設(shè)計(jì)充滿度200~3000.55350~4500.65500~9000.70≥10000.752雨水管道和合流管道應(yīng)按滿流計(jì)算。3明渠超高不得小于0.2m。二、排水管渠9管徑/mm20030040050060070080090010001500最小坡度/％0.40.20.150.120.10.090.080.070.060.054.管徑與坡度的關(guān)系:10排水管道的最大設(shè)計(jì)流速：金屬管道為10.0m／s。非金屬管道為2.0m／s。排水明渠的最大設(shè)計(jì)流速：當(dāng)水流深度為0.4～1.0m時(shí)，按表確定。當(dāng)水流深度在0.4～1.0m范圍以外時(shí)，表列最大設(shè)計(jì)流速宜乘以下列系數(shù)：

h＜0.4m

0.851.0＜h＜2.0m

1.25h≥2.0m

1.40注：h為水流深度。11排水管渠的最小設(shè)計(jì)流速：1污水管道在設(shè)計(jì)充滿度下為0.6m／s2雨水管道和合流管道在滿流時(shí)為0.75m／s3明渠為0.4m／s。

1314污水管道的埋設(shè)深度（1）管道的埋設(shè)深度有兩個意義：覆土厚度、埋設(shè)深度覆土厚度埋設(shè)深度（3）決定污水管道最小覆土厚度的因素有哪些？冰凍線的要求滿足地面荷載的要求滿足街坊管連接要求地面管道（2）管網(wǎng)造價(jià)

在實(shí)際工程中，污水管道的造價(jià)由選用的管道材料、管道直徑、施工現(xiàn)場地質(zhì)條件、管道埋設(shè)深度等四個主要因素決定。153）滿足街坊管連接要求17H=｛Z1－[（Z2－h(huán)）－I·L]｝+Δh式中：H——街道污水管網(wǎng)起點(diǎn)的最小埋深，m；h——街坊污水管起點(diǎn)的最小埋深，0.6~0.7m；Z1——街道污水管起點(diǎn)檢查井檢查井處地面標(biāo)高，m；Z2——街坊污水管起點(diǎn)檢查井檢查井處地面標(biāo)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；Δh——連接支管與街道污水管的管內(nèi)底高差，m。

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對于每一個具體的設(shè)計(jì)管段，從上述三個不同的因素出發(fā)，可以得到三個不同的管底埋深或管頂覆土厚度值，這三個數(shù)值中的最大一個值就是該管段的允許最小埋設(shè)深度或最小覆土厚度。

除考慮最小埋深外，還應(yīng)考慮最大埋深：在干燥土壤中，一般不超過7~8m；在多水、流砂、石灰?guī)r地層中，一般不超過5m。污水管道的埋設(shè)深度（續(xù)）19污水管道的水力計(jì)算方法在進(jìn)行污水管道水力計(jì)算時(shí)，各管段的設(shè)計(jì)流量為已知。污水管網(wǎng)水力計(jì)算包括兩方面內(nèi)容：1、確定各管段的直徑和坡度（流速和充滿度）確定出的管段直徑和坡度，必須符合設(shè)計(jì)規(guī)范要求，即：計(jì)算得來的一定管徑在一定坡度的敷設(shè)下，通過設(shè)計(jì)流量時(shí)，流速要滿足最小流速、最大流速的要求，充滿度要滿足最大充滿度的要求。2、確定各管段始點(diǎn)和終點(diǎn)的埋設(shè)深度（水面標(biāo)高、管底標(biāo)高）

處理好各管段之間的銜接設(shè)計(jì)211、確定各管段的直徑和坡度

確定管段的直徑和坡度，應(yīng)從上游管段開始，依次向下游管段計(jì)算。

在具體計(jì)算時(shí)，設(shè)計(jì)流量Q和管道粗糙系數(shù)n已知，還有管徑D、充滿度h/D、管道坡度I和流速v是未知的，因此需要先假定2個求其它兩個，這樣的數(shù)學(xué)計(jì)算非常復(fù)雜，而且經(jīng)常要試算。為了簡化計(jì)算，常采用水力計(jì)算圖進(jìn)行。

（Q、v、D、n、h/D、I）22使用水力計(jì)算圖時(shí)，涉及到管徑或坡度的假定。

坡度和管徑的假定是相互制約的。假定哪一個分情況：23

管道的直徑采用污水管道直徑選用圖選擇。（2）在平坦或緩坡地區(qū)時(shí)，先假定管道的直徑，然后求出敷設(shè)坡度I坡度25按上述方法，可以暫時(shí)確定出每一個管段的管徑和坡度。確定出的管徑和坡度還要進(jìn)行復(fù)核。當(dāng)計(jì)算出的v、h/D符合設(shè)計(jì)規(guī)定時(shí)，則初步確定的管徑和坡度即為所求，此時(shí)管道的v、h/D也就計(jì)算出來了。若v、h/D中有一個不符合設(shè)計(jì)規(guī)定時(shí)，則要調(diào)整管徑或管道坡度重新計(jì)算。

另外，在計(jì)算時(shí)，還要注意一點(diǎn)，就是不計(jì)算管段的水力計(jì)算。不計(jì)算管段一般在管網(wǎng)的起端，當(dāng)街坊起端流量小于9.19L/s，街道起端流量小于14.63L/s時(shí)，管道分別采用200mm和300mm的管徑。

26（2）確定第二個管段的起點(diǎn)、終點(diǎn)的埋深

（管底標(biāo)高、水面標(biāo)高）首先應(yīng)確定與第一個管段的銜接關(guān)系（根據(jù)具體情況選用一種）如管頂平接（上游管段的終點(diǎn)與下游管段的起點(diǎn)管頂標(biāo)高相同）第二管段起點(diǎn)的管底標(biāo)高＝上游終點(diǎn)的管底標(biāo)高+上游管徑－下游管徑第二管段起點(diǎn)的水面標(biāo)高＝起點(diǎn)的管底標(biāo)高+管中水深h第二管段起點(diǎn)的埋深H1=起點(diǎn)的地面標(biāo)高E1－起點(diǎn)的管底標(biāo)高即可求出第二管段終點(diǎn)的管底標(biāo)高、水面標(biāo)高、埋設(shè)深度如水面平接（上游管段的終點(diǎn)與下游管段的起點(diǎn)水面標(biāo)高相同）第二管段起點(diǎn)的管底標(biāo)高＝上游終點(diǎn)的水面標(biāo)高－下游管中的水深同理可依次求出后續(xù)下游管段的起點(diǎn)和終點(diǎn)埋深2930污水管道水力計(jì)算應(yīng)注意的問題（1）確定管道的管徑和坡度應(yīng)與確定管道的起點(diǎn)終點(diǎn)埋深交錯進(jìn)行。（2）必須仔細(xì)研究管網(wǎng)系統(tǒng)的控制點(diǎn)?？刂泣c(diǎn)常位于區(qū)域的最遠(yuǎn)或最低處。各條管道的起點(diǎn)、低洼地區(qū)的個別街坊、污水出水口較深的工業(yè)企業(yè)或公共建筑都是研究的對象。（3）水力計(jì)算從上游依次向下游進(jìn)行一般情況下，隨著設(shè)計(jì)流量逐段增加，設(shè)計(jì)流速也應(yīng)相應(yīng)增加或不變。當(dāng)管道坡度突然變小時(shí)，設(shè)計(jì)流速才允許減小。另外，隨著設(shè)計(jì)流量逐段增加，設(shè)計(jì)管徑也應(yīng)相應(yīng)增加或不變。但是，當(dāng)管道坡度突然增大時(shí)，管徑也可以減小，減小的范圍不得超過50～100mm。31（4）跌水井的設(shè)置在地面坡度太大時(shí)，為了減小管內(nèi)水流速度，防止管壁被沖刷，管道坡度往往需要小于地面坡度。這就有可能使下游管段的覆土厚度無法滿足最小限值的要求，甚至超出地面，因此在適當(dāng)?shù)狞c(diǎn)可設(shè)置跌水井。在旁側(cè)管與干管的連接處。要考慮干管的埋深是否允許旁側(cè)管接入，根據(jù)情況設(shè)置跌水井。（5）泵站的設(shè)置在干燥土壤中，管道的埋深一般不超過7~8m；在多水、流砂、石灰?guī)r地層中，一般不超過5m。如果超過，則要設(shè)置泵站。污水管道水力計(jì)算應(yīng)注意的問題3233明渠的水力計(jì)算34天然河道、人工渠道統(tǒng)稱為明渠。明渠中流動的液體稱為明渠水流。當(dāng)液體通過明渠流動時(shí)，形成與大氣相接觸的自由水面，表面各點(diǎn)壓強(qiáng)均為大氣壓強(qiáng)，所以明渠水流為無壓流。明渠水流也可分為恒定流與非恒定流、均勻流與非均勻流、漸變流與急變流等。主要內(nèi)容：明渠的幾何特性明渠均勻流的特性明渠均勻流的計(jì)算公式明渠均勻流的水力計(jì)算水力最佳斷面及允許流速35明渠的幾何特性1.明渠的底坡

明渠渠底縱向（沿水流方向）傾斜的程度稱為底坡。以i表示。底坡線水面線底坡線θi>0順坡、正坡

i等于渠底線與水平線夾角θ的正弦，即i=sinθ。i=0平坡i<0逆坡、負(fù)坡

順坡（或正坡）明渠按底坡分類：平坡明渠

逆坡（或負(fù)坡）明渠362.明渠的橫斷面垂直于渠道中心線作鉛垂面與渠底及渠壁的交線稱為明渠的橫斷面。主槽灘地梯形斷面河道斷面矩形斷面反映斷面的形狀特征值稱為斷面水力要素。bh1αmB底寬水深邊坡系數(shù)水面寬過水?dāng)嗝婷娣e濕周水力半徑斷面形狀、尺寸及底坡沿程不變，同時(shí)又無彎曲的渠道，稱為棱柱體渠道。斷面形狀、尺寸或底坡沿程改變的渠道，稱為非棱柱體渠道。棱柱體棱柱體非棱柱體22331—12—23—31137常見的過水?dāng)嗝娴乃σ財(cái)嗝嫘螤钏鎸挾菳過水?dāng)嗝娣eA濕周x水力半徑R*式中以弧度計(jì)38明渠均勻流的特性Ff

=

Gs均速運(yùn)動Ff

<Gs加速運(yùn)動充分長直的棱柱體順坡(i>0)明渠加速運(yùn)動1.過水?dāng)嗝娴男螤睢⒊叽缂八钛爻滩蛔儭?.過水?dāng)嗝嫔系牧魉俜植?、斷面平均流速沿程不變；因此，水流的動能修正系?shù)及流速水頭也沿程不變。3.總水頭線、水面線及底坡線三者相互平行，即4.水流重力在流動方向上的分力與摩阻力相平衡，即Gs=Ff。產(chǎn)生均勻流的條件：水流應(yīng)為恒定流。流量應(yīng)沿程不變，即無支流。渠道必須是長而直的棱柱體順坡明渠，粗糙系數(shù)沿程不變。另外渠道中無水工建筑物的局部干擾。39明渠均勻流的計(jì)算公式40明渠均勻流的水力計(jì)算以梯形斷面為例：已知渠道的斷面尺寸b、m、h及底坡i、粗糙系數(shù)n，求通過的流量Q。

已知渠道的斷面尺寸b、m、h及設(shè)計(jì)流量Q、粗糙系數(shù)n，求底坡i。

已知渠道的斷面尺寸b、m、h及通過的流量Q、底坡i，求粗糙系數(shù)n。

已知渠道的設(shè)計(jì)流量Q、底坡i、底寬b、邊坡系數(shù)m和粗糙系數(shù)n，求正常水深h0。

已知渠道的設(shè)計(jì)流量Q、底坡i、水深h、邊坡系數(shù)m和粗糙系數(shù)n，求底寬b。41

例：某梯形斷面渠道,已知流量Q=3m3/s，邊坡系數(shù)m=1.0，底坡i=0.0049，粗糙系數(shù)n=0.0225，底寬b=1m。求：均勻流動時(shí)的正常水深h0（簡稱正常水深h0）。解：根據(jù)謝才—曼寧公式，并代入梯形斷面水力要素，有設(shè)h=0.5m，0.75m，1.0m，計(jì)算相應(yīng)的Q值如下表h(m)0.50.751.0Q(m3/s)1.072.294.03h(m)Q(m3/s)1.02.03.00.00.00.50.750.251.0從曲線上查得：當(dāng)Q=3m3/s時(shí)，h=0.86m。42水力最佳斷面

從經(jīng)濟(jì)的觀點(diǎn)來說，總是希望所選定的橫斷面形狀在通過已知流量時(shí)面積最小，或者是過水面積一定時(shí)通過的流量最大。符合這種條件的斷面，其工程量最小，過水能力最強(qiáng)，稱為水力最佳斷面。所以水力最佳斷面是濕周最小的斷面。工程中多采用梯形斷面，在邊坡系數(shù)m已定的情況下，同樣的過水面積A，濕周的大小因底寬與水深的比值b/h而異。bh1αmB可以證明：梯形水力最佳斷面的寬深之比為此時(shí)，43證明水力最佳斷面的寬深比根據(jù)水力最佳斷面的條件即而將A、χ分別對h求一階導(dǎo)，并使之為零上二式中消去db/dh后，解得44例：試按水力最優(yōu)條件設(shè)計(jì)一梯形斷面渠道的尺寸。已知設(shè)計(jì)流量Q＝3.5m3/s，底坡i＝0.005，邊坡系數(shù)m＝1.5，渠壁粗糙系數(shù)n＝0.025。45無壓圓管均勻流的水力計(jì)算過水面積A：濕周χ：水力半徑R：充滿度：水面寬度：46例：已知某圓形污水管管徑d＝800mm，粗糙系數(shù)n＝0.014，底坡i＝0.0024，試求最大設(shè)計(jì)充滿度時(shí)的流量Q。47排水管道采用壓力流時(shí)，壓力管道的設(shè)計(jì)流速宜采用0.7～2.0m／s。污水廠壓力輸泥管的最小設(shè)計(jì)流速，按表確定：48污泥含水率（%）最小設(shè)計(jì)流速（m/s）管徑150~250mm管徑300~400mm901.51.6911.41.5921.31.4931.21.3941.11.2951.01.1960.91.0970.80.9980.70.8污水廠壓力輸泥管的最小設(shè)計(jì)流速表

49檢查井跌水井水封井雨水口截流井倒虹管出水口50檢查井檢查井的位置，應(yīng)設(shè)在管道交匯處、轉(zhuǎn)彎處、管徑或坡度改變處、跌水處以及直線管段上每隔一定距離處。管渠凈高mm最大間距（m）污水管道雨水（合流）管道200~4004050500~7006070800~100080901100~15001001201600~200012012051跌水井管道跌水水頭為1.0～2.0m時(shí)，宜設(shè)跌水井；跌水水頭大于2.0m時(shí)，應(yīng)設(shè)跌水井。管道轉(zhuǎn)彎處不宜設(shè)跌水井。跌水井的進(jìn)水管管徑不大于200mm時(shí)，一次跌水水頭高度不得大于6m；管徑為300～600mm時(shí)，一次跌水水頭高度不宜大于4m。跌水方式可采用豎管或矩形豎槽。管徑大于600mm時(shí)，其一次跌水水頭高度及跌水方式應(yīng)按水力計(jì)算確定。52水封井當(dāng)工業(yè)廢水能產(chǎn)生引起爆炸或火災(zāi)的氣體時(shí)，其管道系統(tǒng)中必須設(shè)置水封井。水封井位置應(yīng)設(shè)在產(chǎn)生上述廢水的排出口處及其干管上每隔適當(dāng)距離處。水封深度不應(yīng)小于0.25m，井上宜設(shè)通風(fēng)設(shè)施，井底應(yīng)設(shè)沉泥槽。水封井以及同一管道系統(tǒng)中的其他檢查井，均不應(yīng)設(shè)在車行道和行人眾多的地段，并應(yīng)適當(dāng)遠(yuǎn)離產(chǎn)生明火的場地。53雨水口雨水口的形式、數(shù)量和布置，應(yīng)按匯水面積所產(chǎn)生的流量、雨水口的泄水能力及道路形式確定。雨水口間距宜為25～50m。當(dāng)?shù)缆房v坡大于0.02時(shí)，雨水口的間距可大于50m，其形式、數(shù)量和布置應(yīng)根據(jù)具體情況和計(jì)算確定。坡段較短時(shí)可在最低點(diǎn)處集中收水，其雨水口的數(shù)量或面積應(yīng)適當(dāng)增加。雨水口深度不宜大于lm，并根據(jù)需要設(shè)置沉泥槽。

54截流井截流井的位置，應(yīng)根據(jù)污水截流干管位置、合流管渠位置、溢流管下游水位高程和周圍環(huán)境等因素確定。截流井宜采用槽式，也可采用堰式或槽堰結(jié)合式。截流井溢流水位，應(yīng)在設(shè)計(jì)洪水位或受納管道設(shè)計(jì)水位以上，當(dāng)不能滿足要求時(shí)，應(yīng)設(shè)置閘門等防倒灌設(shè)施。55倒虹管通過河道的倒虹管，不宜少于兩條；通過谷地、旱溝或小河的倒虹管可采用一條。倒虹管的設(shè)計(jì)，應(yīng)符合下列要求：最小管徑宜為200mm。管內(nèi)設(shè)計(jì)流速應(yīng)大于0.9m／s，并應(yīng)大于進(jìn)水管內(nèi)的流速，當(dāng)管內(nèi)設(shè)計(jì)流速不能滿足上述要求時(shí)，應(yīng)增加定期沖洗措施，沖洗時(shí)流速不應(yīng)小于1.2m／s。倒虹管的管頂距規(guī)劃河底距離一般不宜小于1.0m，通過航運(yùn)河道時(shí)，其位置和管頂距規(guī)劃河底距離應(yīng)與當(dāng)?shù)睾竭\(yùn)管理部門協(xié)商確定，并設(shè)置標(biāo)志，遇沖刷河床應(yīng)考慮防沖措施。倒虹管宜設(shè)置事故排出口。56出水口排水管渠出水口位置、形式，應(yīng)根據(jù)受納水體的水質(zhì)要求、水體的流量、水位變化幅度、水流方向、波浪狀況、稀釋自凈能力等因素確定。出水口應(yīng)采取防沖刷、消能、加固等措施，并視需要設(shè)置標(biāo)志。有凍脹影響地區(qū)的出水口，應(yīng)考慮用耐凍脹材料砌筑，出水口的基礎(chǔ)必須設(shè)在冰凍線以下。57三、泵站設(shè)計(jì)流量：污水泵站的設(shè)計(jì)流量，應(yīng)按泵站進(jìn)水總管的最高日最高時(shí)流量計(jì)算確定。雨水泵站的設(shè)計(jì)流量，應(yīng)按泵站進(jìn)水總管的設(shè)計(jì)流量計(jì)算確定。合流污水泵站的設(shè)計(jì)流量，應(yīng)按下列公式計(jì)算確定：58泵站后設(shè)污水截流裝置時(shí)，按QP＝Qd

＋Qm

＋Qs計(jì)算泵站前設(shè)污水截流裝置時(shí)，雨水部分和污水部分分別按公式計(jì)算:1)雨水部分Qp＝Qs—noQdr

2)污水部分Qp＝(no＋1)Qdr

式中Qp——泵站設(shè)計(jì)流量(m3/s)；Qs——雨水設(shè)計(jì)流量(m3/s)；Qdr——旱流污水設(shè)計(jì)流量(m3/s)；no——截流倍數(shù)。綜合生活污水量工業(yè)廢水量59綜合生活污水量綜合生活污水定額應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)夭捎玫挠盟~，可按當(dāng)?shù)叵嚓P(guān)用水定額的80％～90％采用。綜合生活污水量總變化系數(shù)可按當(dāng)?shù)貙?shí)際綜合生活污水量變化資料采用，沒有測定資料時(shí)，可按下表取定。

60平均日流量（L/s）5154070100