專題城市排水工程課件

1、專題 城市排水工程1v人們在生活和生產(chǎn)活動中產(chǎn)生大量污水，污水中人們在生活和生產(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，含有很多有害物質(zhì)，極易腐化發(fā)臭， 污染環(huán)境，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，行過程中也受到一定的污染， 如不及時排泄，如不及時排泄，也會危害人們的生活和生產(chǎn)。也會危害人們的生活和生產(chǎn)。v排水工程由排水管網(wǎng)、排水泵站、污水處理廠及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。處理后的排放設(shè)施等部分組成。 專題 城市排水工程2v1 1、定義：、定義：

2、城市的生活污水、工業(yè)生產(chǎn)污水和廢水以及空城市的生活污水、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。中降水所采用的排水方式稱為排水體制。v2 2、分類：、分類： 合流制合流制 分流制分流制專題 城市排水工程3v（1 1）完全合流制。當(dāng)生活污水、工業(yè)污水和雨）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，稱為合流制排水在同一排水系統(tǒng)匯集和排除時，稱為合流制排水系統(tǒng)。水系統(tǒng)。v優(yōu)點：采用這種系統(tǒng)時，街道下只有一條排水管優(yōu)點：采用這種系統(tǒng)時，街道下只有一條排水管道，因而管網(wǎng)建設(shè)比較經(jīng)濟。道，因而管網(wǎng)建設(shè)比較經(jīng)濟。v缺點：幾種污水匯集后缺點：幾種污水匯集后 都流入處

3、理廠，使處理都流入處理廠，使處理廠的規(guī)模過大，投資過多，建設(shè)困難；不降雨時，廠的規(guī)模過大，投資過多，建設(shè)困難；不降雨時，排水管內(nèi)水量較小，管中水力條件較差；如果直排水管內(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。接排入水體又極不衛(wèi)生。專題 城市排水工程4直排式合流制直排式合流制合流支管合流干管專題 城市排水工程5v定義：污水與雨定義：污水與雨水合流后排向沿水合流后排向沿河的截流干河的截流干 管，管，并在干管上設(shè)置并在干管上設(shè)置雨水溢流井。不雨水溢流井。不降雨水時，污水降雨水時，污水流入處理廠進(jìn)行流入處理廠進(jìn)行處處 理；降雨時，理；降雨時，管中流量增大，管中流量增大，當(dāng)管內(nèi)當(dāng)管內(nèi)

4、流量超過流量超過一定限度時，超一定限度時，超出的流量將出的流量將 通過通過溢流井溢入河道溢流井溢入河道中。中。專題 城市排水工程6v定義：污水與雨水分別定義：污水與雨水分別排除的系統(tǒng)。排除的系統(tǒng)。v分類：完全分流制，不分類：完全分流制，不完全分流制。完全分流制。 v1 1）完全分流制。生）完全分流制。生活污水、工業(yè)廢水和雨活污水、工業(yè)廢水和雨水分別以水分別以三個管道三個管道來排來排除；或生活污水與水除；或生活污水與水 質(zhì)相類似的工業(yè)污水合質(zhì)相類似的工業(yè)污水合流，而雨水則流入雨水流，而雨水則流入雨水管道。管道。專題 城市排水工程7特點：完全分流制系統(tǒng)衛(wèi)生情況好，管內(nèi)特點：完全分流制系統(tǒng)衛(wèi)生情況好

5、，管內(nèi)水力條件也較佳，并可以分期建設(shè)，減少一水力條件也較佳，并可以分期建設(shè)，減少一次投資。實際采用的較多。次投資。實際采用的較多。缺點：由于管道數(shù)增多，投資比合流制增缺點：由于管道數(shù)增多，投資比合流制增大。同時，因雨水可直接排入河道，初降的大。同時，因雨水可直接排入河道，初降的 雨水較臟，有可能污染河道。雨水較臟，有可能污染河道。 專題 城市排水工程8v定義：是城市只設(shè)污水排水系統(tǒng)而不設(shè)雨定義：是城市只設(shè)污水排水系統(tǒng)而不設(shè)雨 水系水系統(tǒng)。雨水沿街道邊溝或明渠排入水體。統(tǒng)。雨水沿街道邊溝或明渠排入水體。v特點：比較經(jīng)濟，但需具有有利地形時才能采用。特點：比較經(jīng)濟，但需具有有利地形時才能采用。在新

6、建城在新建城 市中，初期采用不完全分流制系統(tǒng)，市中，初期采用不完全分流制系統(tǒng)， 先解決污水排除問題。隨著城市的發(fā)先解決污水排除問題。隨著城市的發(fā) 展，道路展，道路逐漸完善，雨水管也建設(shè)起來，改為完全的分流逐漸完善，雨水管也建設(shè)起來，改為完全的分流制，這樣分期建設(shè)排水系統(tǒng)，有利城市的發(fā)展。制，這樣分期建設(shè)排水系統(tǒng)，有利城市的發(fā)展。 專題 城市排水工程9管徑或渠高（管徑或渠高（mm）最大設(shè)計充滿度最大設(shè)計充滿度2003000.553504500.655009000.7010000.752 2 雨水管道和合流管道應(yīng)按滿流計算。雨水管道和合流管道應(yīng)按滿流計算。 3 3 明渠超高不得小于明渠超高不得小于

7、0.2m0.2m。專題 城市排水工程10管管徑徑/mm20030040050060070080090010001500最最小小坡坡度度/0.40.20.150.120.10.090.080.070.060.054.管徑與坡度的關(guān)系管徑與坡度的關(guān)系:專題 城市排水工程11v排水管道的最大設(shè)計流速：排水管道的最大設(shè)計流速： 金屬管道為金屬管道為10.0ms。 非金屬管道為非金屬管道為2.0ms。v排水明渠的最大設(shè)計流速：排水明渠的最大設(shè)計流速： 當(dāng)水流深度為當(dāng)水流深度為0.41.0m時，按時，按表表確定。確定。 當(dāng)水流深度在當(dāng)水流深度在0.41.0m范圍以外時，范圍以外時，表列表列最大設(shè)計流最大設(shè)

8、計流速宜乘以下列系數(shù)：速宜乘以下列系數(shù)： h0.4m 0.85 1.0h2.0m 1.25 h2.0m 1.40注：注：h為水流深度。為水流深度。 專題 城市排水工程12明渠類型明渠類型最大設(shè)計流速（最大設(shè)計流速（m/s）粗砂或低塑性粉質(zhì)粘土粗砂或低塑性粉質(zhì)粘土0.8粉質(zhì)粘土粉質(zhì)粘土1.0粘土粘土1.2草皮護(hù)面草皮護(hù)面1.6干砌塊石干砌塊石2.0漿砌塊石或漿砌磚漿砌塊石或漿砌磚3.0石灰?guī)r和中砂巖石灰?guī)r和中砂巖4.0混凝土混凝土4.0明渠最大設(shè)計流速表明渠最大設(shè)計流速表專題 城市排水工程13v排水管渠的最小設(shè)計流速：排水管渠的最小設(shè)計流速： 1 污水管道在設(shè)計充滿度下為污水管道在設(shè)計充滿度下為

9、0.6ms 2 雨水管道和合流管道在滿流時為雨水管道和合流管道在滿流時為0.75ms 3 明渠為明渠為0.4ms。專題 城市排水工程14專題 城市排水工程15污水管道的埋設(shè)深度（1）管道的埋設(shè)深度有兩個意義：）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）管網(wǎng)造價 在實際工程中，污水管道的造價由在實際工程中，污水管道的造價由選用的選用的管道材料管道材料、管道直徑管道直徑、施工現(xiàn)場施工現(xiàn)場地質(zhì)條件地質(zhì)條件、管道埋設(shè)深度管道埋設(shè)深度等四個主要因等四個主要因素決定。素

10、決定。專題 城市排水工程16一般情況下，排水管道宜埋設(shè)在冰凍線以下。當(dāng)該一般情況下，排水管道宜埋設(shè)在冰凍線以下。當(dāng)該地區(qū)或條件相似地區(qū)有淺埋經(jīng)驗或采取相應(yīng)措施時，地區(qū)或條件相似地區(qū)有淺埋經(jīng)驗或采取相應(yīng)措施時，也可埋設(shè)在冰凍線以上，其淺埋數(shù)值應(yīng)根據(jù)該地區(qū)也可埋設(shè)在冰凍線以上，其淺埋數(shù)值應(yīng)根據(jù)該地區(qū)經(jīng)驗確定，但應(yīng)保證排水管道安全運行。經(jīng)驗確定，但應(yīng)保證排水管道安全運行。2）冰凍線的要求）冰凍線的要求1 1）滿足地面荷載的要求）滿足地面荷載的要求 車行道下污水管最小覆土厚度不宜小于車行道下污水管最小覆土厚度不宜小于0.70.7m。非車行。非車行道下，污水管的最小覆土厚度可適當(dāng)減小。道下，污水管的最小

11、覆土厚度可適當(dāng)減小。專題 城市排水工程173）滿足街坊管連接要求）滿足街坊管連接要求專題 城市排水工程18h=z1 （z2h） il +h式中：h街道污水管網(wǎng)起點的最小埋深，m； h街坊污水管起點的最小埋深，0.60.7m； z1街道污水管起點檢查井檢查井處地面標(biāo)高，m； z2街坊污水管起點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； h連接支管與街道污水管的管內(nèi)底高差，m。 專題 城市排水工程19 對于每一個具體的設(shè)計管段，從上述三個不同的因素出發(fā)，對于每一個具體的設(shè)計管段，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

12、度值，這三個數(shù)值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。度。 除考慮最小埋深外，還應(yīng)考慮最大埋深：除考慮最小埋深外，還應(yīng)考慮最大埋深： 在干燥土壤中，一般不超過在干燥土壤中，一般不超過78 m； 在多水、流砂、石灰?guī)r地層中，一般不超過在多水、流砂、石灰?guī)r地層中，一般不超過5 m。污水管道的埋設(shè)深度（續(xù)）專題 城市排水工程20（2）銜接的方式：）銜接的方式： 水面平接水面平接 管頂平接管頂平接污水管道的銜接（1）銜接的原則：）銜接的原則： 盡可能地提高下游管段的高程，減小

13、埋深，降低造價；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。避免上游管段回水淤積。水面平接較難做到，水面平接較難做到，一般采用管頂平接一般采用管頂平接專題 城市排水工程21污水管道的水力計算方法污水管道的水力計算方法 在進(jìn)行污水管道水力計算時，各管段的設(shè)計流量為已知。在進(jìn)行污水管道水力計算時，各管段的設(shè)計流量為已知。污水管網(wǎng)水力計算包括兩方面內(nèi)容：污水管網(wǎng)水力計算包括兩方面內(nèi)容：1、確定各管段的直徑和坡度、確定各管段的直徑和坡度 （流速和充滿度）（流速和充滿度） 確定出的管段直徑和坡度，必須符合設(shè)計規(guī)范要求，即：計算得確定出的管段直徑和坡度，必須符合設(shè)計規(guī)范要求，即

14、：計算得來的一定管徑在一定坡度的敷設(shè)下，通過設(shè)計流量時，流速要滿足最來的一定管徑在一定坡度的敷設(shè)下，通過設(shè)計流量時，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。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、 確定各管段始點和終點的埋設(shè)深度確定各管段始點和終點的埋設(shè)深度（水面標(biāo)高、管底標(biāo)高）（水面標(biāo)高、管底標(biāo)高） 處理好各管段之間的銜接設(shè)計處理好各管段之間的銜接設(shè)計專題 城市排水工程221、確定各管段的直徑和坡度、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，依次向下游管段計算。向下游管段計算。vaq

15、ircv 在具體計算時，設(shè)計流量在具體計算時，設(shè)計流量q和管道粗糙系數(shù)和管道粗糙系數(shù)n已已知，知， 還有管徑還有管徑d 、充滿度、充滿度h/d、管道坡度、管道坡度i和流速和流速v是是未知的，因此需要先假定未知的，因此需要先假定2個求其它兩個，這樣的數(shù)個求其它兩個，這樣的數(shù)學(xué)計算非常復(fù)雜，而且經(jīng)常要試算。為了簡化計算，學(xué)計算非常復(fù)雜，而且經(jīng)常要試算。為了簡化計算，常采用常采用水力計算圖水力計算圖進(jìn)行。進(jìn)行。 （q、v、d、 n 、h/d、i）專題 城市排水工程23 使用水力計算圖時，涉及到管徑或坡度使用水力計算圖時，涉及到管徑或坡度的假定。的假定。 坡度和管徑的假定是相互制約的。假定坡度和管徑的

16、假定是相互制約的。假定哪一個分情況：哪一個分情況：專題 城市排水工程24 管道坡度可以先假定為地面坡度，管徑的選擇越小越好。選擇時，管道坡度可以先假定為地面坡度，管徑的選擇越小越好。選擇時，采用采用污水管道直徑選用圖污水管道直徑選用圖，（1） 在有較大坡度地區(qū)時，在有較大坡度地區(qū)時，先假定管道的敷設(shè)坡度先假定管道的敷設(shè)坡度i ，然后求出管徑然后求出管徑 在該圖中，根據(jù)設(shè)計流量和坡度可以確定一個點，根據(jù)該點所處的區(qū)在該圖中，根據(jù)設(shè)計流量和坡度可以確定一個點，根據(jù)該點所處的區(qū)域即可選定一個合適管徑。域即可選定一個合適管徑。流量流量坡度坡度專題 城市排水工程25 管道的直徑采用管道的直徑采用污水管道

17、直徑選用圖選擇污水管道直徑選用圖選擇。（2） 在平坦或緩坡地區(qū)時，在平坦或緩坡地區(qū)時，先假定管道的直徑，先假定管道的直徑，然后求出敷設(shè)坡度然后求出敷設(shè)坡度i 坡度坡度專題 城市排水工程26 按上述方法，可以暫時確定出每一個管段的管徑和坡度。按上述方法，可以暫時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。確定出的管徑和坡度還要進(jìn)行復(fù)核。 當(dāng)計算出的當(dāng)計算出的v、h/d 符合設(shè)計規(guī)定時，則初步確定的符合設(shè)計規(guī)定時，則初步確定的管徑和坡度管徑和坡度即為所求，此時管道的即為所求，此時管道的v、h/d 也就計算出來了。若也就計算出來了。若v、h/d 中有一個中有一個不符合設(shè)計規(guī)定時，則

18、要調(diào)整管徑或管道坡度重新計算。不符合設(shè)計規(guī)定時，則要調(diào)整管徑或管道坡度重新計算。 另外，在計算時，還要注意一點，就是不計算管段的水力計算。另外，在計算時，還要注意一點，就是不計算管段的水力計算。不不計算管段一般在管網(wǎng)的起端，當(dāng)街坊起端流量小于計算管段一般在管網(wǎng)的起端，當(dāng)街坊起端流量小于9.19l/s，街道起端，街道起端流量小于流量小于14.63l/s時，管道分別采用時，管道分別采用200mm和和300mm的管徑。的管徑。 專題 城市排水工程272、 確定各管段始點和終點的埋設(shè)深度確定各管段始點和終點的埋設(shè)深度（水面標(biāo)高、管底標(biāo)高）（水面標(biāo)高、管底標(biāo)高） 即銜接設(shè)計，銜接設(shè)計也是由上游管段向下游

19、管段進(jìn)行的。即銜接設(shè)計，銜接設(shè)計也是由上游管段向下游管段進(jìn)行的。（1）首先確定第一個管段的起點、終點的埋深）首先確定第一個管段的起點、終點的埋深（管底標(biāo)高、水面標(biāo)高）（管底標(biāo)高、水面標(biāo)高） a、確定出第一個管段的起點埋深、確定出第一個管段的起點埋深h1： 第一個管段的起點通常是管網(wǎng)的控制點。根據(jù)埋深的三個要求，確第一個管段的起點通常是管網(wǎng)的控制點。根據(jù)埋深的三個要求，確定出第一個管段的起點埋深定出第一個管段的起點埋深h1 b 、起點的管底標(biāo)高、起點的管底標(biāo)高 =起點的地面標(biāo)高起點的地面標(biāo)高e1起點埋深起點埋深h1 c、起點的水面標(biāo)高、起點的水面標(biāo)高 =起點的管底標(biāo)高起點的管底標(biāo)高 +管中水管中

20、水 深深h d 、終點的管底標(biāo)高起點的管底標(biāo)高、終點的管底標(biāo)高起點的管底標(biāo)高 il e 、終點的水面標(biāo)高終點的管底標(biāo)高、終點的水面標(biāo)高終點的管底標(biāo)高 +管中水管中水 深深h f 、終點的埋深、終點的埋深h2=終點的地面標(biāo)高終點的地面標(biāo)高e2終點的管底標(biāo)高終點的管底標(biāo)高覆土厚度埋設(shè)深度地面管道專題 城市排水工程28e e1 1h h1 1h hl l專題 城市排水工程29（2）確定第二個管段的起點、終點的埋深）確定第二個管段的起點、終點的埋深（管底標(biāo)高、水面標(biāo)高）（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 ）

21、如管頂平接（上游管段的終點與下游管段的起點管頂標(biāo)高相同）如管頂平接（上游管段的終點與下游管段的起點管頂標(biāo)高相同）第二管段起點的管底標(biāo)高第二管段起點的管底標(biāo)高上游上游終點的管底標(biāo)高終點的管底標(biāo)高+上游管徑下游管徑上游管徑下游管徑第二管段起點的水面標(biāo)高第二管段起點的水面標(biāo)高起起點的管底標(biāo)高點的管底標(biāo)高+管中水深管中水深h第二管段起點的埋深第二管段起點的埋深h1=起點的地面標(biāo)高起點的地面標(biāo)高e1起點的管底標(biāo)高起點的管底標(biāo)高即可求出第二管段終點的管底標(biāo)高、水面標(biāo)高、埋設(shè)深度即可求出第二管段終點的管底標(biāo)高、水面標(biāo)高、埋設(shè)深度如水面平接（如水面平接（上游管段的終點與下游管段的起點水面標(biāo)高相同）上游管段的終

22、點與下游管段的起點水面標(biāo)高相同）第二管段起點的管底標(biāo)高第二管段起點的管底標(biāo)高上游上游終點的水面標(biāo)高下游管中的水深終點的水面標(biāo)高下游管中的水深同理可依次求出后續(xù)下游管段的起點和終點埋深同理可依次求出后續(xù)下游管段的起點和終點埋深專題 城市排水工程30專題 城市排水工程31污水管道水力計算應(yīng)注意的問題污水管道水力計算應(yīng)注意的問題（1）確定管道的管徑和坡度應(yīng)與確定管道的起點終點埋深交錯進(jìn)行。）確定管道的管徑和坡度應(yīng)與確定管道的起點終點埋深交錯進(jìn)行。（2）必須仔細(xì)研究管網(wǎng)系統(tǒng)的控制點。）必須仔細(xì)研究管網(wǎng)系統(tǒng)的控制點。 控制點常位于區(qū)域的最遠(yuǎn)或最低處。各條管道的起點、低洼地區(qū)的控制點常位于區(qū)域的最遠(yuǎn)或最低

23、處。各條管道的起點、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。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） 水力計算從上游依次向下游進(jìn)行水力計算從上游依次向下游進(jìn)行 一般情況下，隨著設(shè)計流量逐段增加，設(shè)計流速也應(yīng)相應(yīng)增加或一般情況下，隨著設(shè)計流量逐段增加，設(shè)計流速也應(yīng)相應(yīng)增加或不變。當(dāng)管道坡度突然變小時，設(shè)計流速才允許減小。不變。當(dāng)管道坡度突然變小時，設(shè)計流速才允許減小。 另外，隨著設(shè)計流量逐段增加，設(shè)計管徑也應(yīng)相應(yīng)增加或不變。另外，隨著設(shè)計流量逐段增加，設(shè)計管徑也應(yīng)相應(yīng)增加或不變。但是，當(dāng)管道坡度突然增大時，管徑也可以減小，減小的范圍不得超過

24、但是，當(dāng)管道坡度突然增大時，管徑也可以減小，減小的范圍不得超過50100mm。專題 城市排水工程32（4）跌水井的設(shè)置）跌水井的設(shè)置 在地面坡度太大時，為了減小管內(nèi)水流速度，防止管壁被沖刷，在地面坡度太大時，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可設(shè)置跌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可設(shè)置跌水井。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)管接在旁側(cè)管與干管的連接處。要考慮干管的埋深是否

25、允許旁側(cè)管接入，根據(jù)情況設(shè)置跌水井。入，根據(jù)情況設(shè)置跌水井。（5）泵站的設(shè)置）泵站的設(shè)置 在干燥土壤中，管道的埋深一般不超過在干燥土壤中，管道的埋深一般不超過78 m；在多水、流砂、石；在多水、流砂、石灰?guī)r地層中，一般不超過灰?guī)r地層中，一般不超過5 m。如果超過，則要設(shè)置泵站。如果超過，則要設(shè)置泵站。污水管道水力計算應(yīng)注意的問題污水管道水力計算應(yīng)注意的問題專題 城市排水工程33專題 城市排水工程34專題 城市排水工程35天然河道、人工渠道統(tǒng)稱為天然河道、人工渠道統(tǒng)稱為明渠明渠。明渠中流動的液體稱明渠中流動的液體稱為為明渠水流。明渠水流。當(dāng)液體通過明渠流動時，形成與大氣相接觸的自由水面，當(dāng)液體通

26、過明渠流動時，形成與大氣相接觸的自由水面，表面各點壓強均為大氣壓強，所以明渠水流為表面各點壓強均為大氣壓強，所以明渠水流為無壓流無壓流。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。流、漸變流與急變流等。主要內(nèi)容：主要內(nèi)容：明渠的幾何特性明渠的幾何特性明渠均勻流的特性明渠均勻流的特性明渠均勻流的計算公式明渠均勻流的計算公式明渠均勻流的水力計算明渠均勻流的水力計算水力最佳斷面及允許流速水力最佳斷面及允許流速專題 城市排水工程36明渠的幾何特性明渠的幾何特性1.1.明渠的底坡明渠的底坡明渠渠底縱向（沿水流明渠渠底縱向（沿水流方

27、向）傾斜的程度稱為方向）傾斜的程度稱為底坡底坡。以以i i表示。表示。底坡線水面線水面線底坡線底坡線i 0順坡、正坡順坡、正坡 i i等于渠底線與水平線夾角等于渠底線與水平線夾角的正弦，即的正弦，即i=sini=sin。i = 0平坡平坡 i 0逆坡、負(fù)坡逆坡、負(fù)坡 順坡（或正坡）明渠順坡（或正坡）明渠按底坡分類：按底坡分類： 平坡明渠平坡明渠 逆坡（或負(fù)坡）明渠逆坡（或負(fù)坡）明渠專題 城市排水工程372.2.明渠的明渠的橫斷面橫斷面垂直于渠道中心線作鉛垂直于渠道中心線作鉛垂面與渠底及渠壁的交垂面與渠底及渠壁的交線稱為線稱為明渠的橫斷面明渠的橫斷面。主槽灘地梯形斷面河道斷面矩形斷面反映斷面的形

28、狀特征值稱為反映斷面的形狀特征值稱為斷面水力要素斷面水力要素。bh1mb底寬底寬水深邊坡系數(shù)水面寬水面寬2bbmh過水?dāng)嗝婷娣e過水?dāng)嗝婷娣e()abmh h濕周濕周221bhm水力半徑水力半徑2()r21abmh hbhm斷面形狀、尺寸及底坡沿程不變，斷面形狀、尺寸及底坡沿程不變，同時又無彎曲的渠道，稱為同時又無彎曲的渠道，稱為棱柱棱柱體渠道體渠道。斷面形狀、尺寸或底坡沿程改變斷面形狀、尺寸或底坡沿程改變的渠道，稱為的渠道，稱為非棱柱體渠道非棱柱體渠道。棱柱體棱柱體非棱柱體2 23 311223311專題 城市排水工程38表5-2 矩形、梯形、圓形過水?dāng)嗝娴乃σ財嗝嫘螤顢嗝嫘螤頱mhb2hd

29、h2*sin82dhmhbbhhb2212mhbd21sin14d212mhbhmhbhbbh2水面寬度水面寬度 b b過水?dāng)嗝娣e過水?dāng)嗝娣e a a濕濕 周周 x x水力半徑水力半徑 r rbbhbmbbdh*式中 以弧度計專題 城市排水工程39明渠均勻流的特性明渠均勻流的特性ff = gs均速運動均速運動ff 0)明渠明渠加速運動加速運動1.過水?dāng)嗝娴男螤?、尺寸及水深沿程不變。過水?dāng)嗝娴男螤?、尺寸及水深沿程不變?.過水?dāng)嗝嫔系牧魉俜植?、斷面平均流速沿程不變；因此，水流過水?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。的動能修正系數(shù)及流速水頭也沿程不變

30、。3.總水頭線、水面線及底坡線三者相互平行，即總水頭線、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，即水流重力在流動方向上的分力與摩阻力相平衡，即g gs s= =f ff f 。zjji產(chǎn)生均勻流的條件：產(chǎn)生均勻流的條件：v水流應(yīng)為恒定流。流量應(yīng)沿程不變，即無支流。水流應(yīng)為恒定流。流量應(yīng)沿程不變，即無支流。v渠道必須是長而直的棱柱體順坡明渠，粗糙系數(shù)沿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。程不變。另外渠道中無水工建筑物的局部干擾。專題 城市排水工程40明渠均勻流的計算公式明渠均勻流的計算公式161qavvcric

31、rn322135322111ianrainriacq專題 城市排水工程41明渠均勻流的水力計算明渠均勻流的水力計算以梯形斷面為例：以梯形斷面為例：),(nihbmfq 5132231 a iqac rinv 已知渠道的斷面尺寸已知渠道的斷面尺寸b b、m m、h h及底坡及底坡i i、粗糙系、粗糙系數(shù)數(shù)n n，求通過的流量求通過的流量q q。v 已知渠道的斷面尺寸已知渠道的斷面尺寸b b、m m、h h及設(shè)計流量及設(shè)計流量q q、粗、粗糙系數(shù)糙系數(shù)n n，求底坡求底坡i i。v 已知渠道的斷面尺寸已知渠道的斷面尺寸b b、m m、h h及通過的流量及通過的流量q q、底坡底坡i i，求粗糙系數(shù)

32、求粗糙系數(shù)n n。v 已知渠道的設(shè)計流量已知渠道的設(shè)計流量q q、底坡、底坡i i、底寬、底寬b b、邊坡系、邊坡系數(shù)數(shù)m m和粗糙系數(shù)和粗糙系數(shù)n n，求正常水深求正常水深h h0 0。v 已知渠道的設(shè)計流量已知渠道的設(shè)計流量q q、底坡、底坡i i、水深、水深h h、邊坡系、邊坡系數(shù)數(shù)m m和粗糙系數(shù)和粗糙系數(shù)n n，求底寬求底寬b b。專題 城市排水工程42 例：某梯形斷面渠道例：某梯形斷面渠道,已知流量已知流量q=3m3/s ，邊坡系數(shù)，邊坡系數(shù)m=1.0，底坡，底坡i=0.0049，粗糙系數(shù)，粗糙系數(shù)n=0.0225 ，底寬，底寬b=1m 。 求：均勻流動時的正常水深求：均勻流動時的

33、正常水深h0（簡稱正常水深（簡稱正常水深h0）。）。解：根據(jù)謝才解：根據(jù)謝才曼寧公式，并代入梯形斷面水力要素，有曼寧公式，并代入梯形斷面水力要素，有21322322112)()(11imhbhmhbhmhbnrainriacq設(shè)設(shè)h=0.5m，0.75m，1.0m，計算相應(yīng)的，計算相應(yīng)的q值如下表值如下表h(m) 0.5 0.75 1.0 q(m3/s) 1.07 2.29 4.03h(m)q(m3/s)1.02.03.00.00.00.50.750.251.0從曲線上查得：當(dāng)從曲線上查得：當(dāng)q=3m3/s時，時，h=0.86m。專題 城市排水工程43水力最佳斷面水力最佳斷面 從經(jīng)濟的觀點來說

34、，總是希望所選定的橫斷面形狀從經(jīng)濟的觀點來說，總是希望所選定的橫斷面形狀在在通過已知流量時面積最小通過已知流量時面積最小，或者是，或者是過水面積一定時通過水面積一定時通過的流量最大過的流量最大。符合這種條件的斷面，其工程量最小，。符合這種條件的斷面，其工程量最小，過水能力最強，稱為過水能力最強，稱為水力最佳斷面水力最佳斷面。322135322111ianrainriacq 所以水力最佳斷面是所以水力最佳斷面是濕周最小濕周最小的斷面。的斷面。 工程中多采用梯形斷面，在邊坡系數(shù)工程中多采用梯形斷面，在邊坡系數(shù)m已定的情況已定的情況下，同樣的過水面積下，同樣的過水面積a，濕周的大小因底寬與水深的比，

35、濕周的大小因底寬與水深的比值值b/h而異。而異。bh1mb可以證明：梯形水力最佳斷面的寬可以證明：梯形水力最佳斷面的寬深之比為深之比為22( 1)mbmmh此時，此時，2mmhr專題 城市排水工程44證明水力最佳斷面的寬深比證明水力最佳斷面的寬深比根據(jù)水力最佳斷面的條件根據(jù)水力最佳斷面的條件 a常數(shù)最小值即2200,0dadhdddhdh而而hmhba)( 212mhb將將a、分別對分別對h求一階導(dǎo)，并使之為零求一階導(dǎo)，并使之為零0)()(mdhdbhmhbdhda0122mdhdbdhd上二式中消去上二式中消去db/dh后，解得后，解得)()1(22mfmmhbm專題 城市排水工程45例：試

36、按水力最優(yōu)條件設(shè)計一梯形斷面渠道的尺寸。已知設(shè)計流量q3.5m3/s，底坡i0.005，邊坡系數(shù)m1.5，渠壁粗糙系數(shù)n0.025。mbmhiarnqinraqhrrhhhhmhbahbmm59. 097. 061. 097. 015 . 011. 2)5 . 161. 0()(61. 061. 0)5 . 15 . 11(2213222得代入流量公式、將又即解：專題 城市排水工程46無壓圓管均勻流的水力計算無壓圓管均勻流的水力計算hdbhdh2*sin82dd21sin14d過水面積過水面積a：濕濕 周周：水力半徑水力半徑r：充滿度：充滿度：dh水面寬度：水面寬度：專題 城市排水工程47 例

37、：已知某圓形污水管管徑d800mm，粗糙系數(shù)n0.014，底坡i0.0024，試求最大設(shè)計充滿度時的流量q。smiarnqmdrmdmdammd/504. 01237. 0)sin1 (4,586. 1213758. 0)sin(816.2274sin70. 080032132222故則。得代入，時的最大設(shè)計充滿度解：查表得專題 城市排水工程48v排水管道采用壓力流時，壓力管道的設(shè)排水管道采用壓力流時，壓力管道的設(shè)計流速宜采用計流速宜采用0.72.0ms。 v污水廠壓力輸泥管的最小設(shè)計流速，污水廠壓力輸泥管的最小設(shè)計流速， 按按表表確定：確定：專題 城市排水工程49污泥含水率（污泥含水率（%）

38、最小設(shè)計流速（最小設(shè)計流速（m/s）管徑管徑150250mm管徑管徑300400mm901.51.6911.41.5921.31.4931.21.3941.11.2951.01.1960.91.0970.80.9980.70.8污水廠壓力輸泥管的最小設(shè)計流速表污水廠壓力輸泥管的最小設(shè)計流速表 專題 城市排水工程50v檢查井檢查井v跌水井跌水井v水封井水封井v雨水口雨水口v截流井截流井v倒虹管倒虹管v出水口出水口專題 城市排水工程51v檢查井的位置，應(yīng)設(shè)在管道交匯處、轉(zhuǎn)彎處、管徑或檢查井的位置，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。坡度改變處、跌水處以及

39、直線管段上每隔一定距離處。管渠凈高管渠凈高mm最大間距（最大間距（m）污水管道污水管道雨水（合流）管道雨水（合流）管道20040040505007006070800100080901100150010012016002000120120專題 城市排水工程52v管道跌水水頭為管道跌水水頭為1.02.0m時，宜設(shè)跌水井；跌水時，宜設(shè)跌水井；跌水水頭大于水頭大于2.0m時，應(yīng)設(shè)跌水井。管道轉(zhuǎn)彎處不宜時，應(yīng)設(shè)跌水井。管道轉(zhuǎn)彎處不宜設(shè)跌水井。設(shè)跌水井。 v跌水井的進(jìn)水管管徑不大于跌水井的進(jìn)水管管徑不大于200mm時，一次跌水時，一次跌水水頭高度不得大于水頭高度不得大于6m；管徑為；管徑為300600mm

40、時，時，一次跌水水頭高度不宜大于一次跌水水頭高度不宜大于4m。跌水方式可采用。跌水方式可采用豎管或矩形豎槽。管徑大于豎管或矩形豎槽。管徑大于600mm時，其一次跌時，其一次跌水水頭高度及跌水方式應(yīng)按水力計算確定。水水頭高度及跌水方式應(yīng)按水力計算確定。專題 城市排水工程53v當(dāng)工業(yè)廢水能產(chǎn)生引起爆炸或火災(zāi)的氣體時，其管當(dāng)工業(yè)廢水能產(chǎn)生引起爆炸或火災(zāi)的氣體時，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。上述廢水的排出口處及其干管上每隔適當(dāng)距離處。 v水封深度不應(yīng)小于水封深度不應(yīng)小于0.25m，井上宜設(shè)通風(fēng)設(shè)

41、施，井，井上宜設(shè)通風(fēng)設(shè)施，井底應(yīng)設(shè)沉泥槽。底應(yīng)設(shè)沉泥槽。 v水封井以及同一管道系統(tǒng)中的其他檢查井，均不應(yīng)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。明火的場地。專題 城市排水工程54v雨水口的形式、數(shù)量和布置，應(yīng)按匯水面積所產(chǎn)生雨水口的形式、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。的流量、雨水口的泄水能力及道路形式確定。 v雨水口間距宜為雨水口間距宜為2550m。當(dāng)?shù)缆房v坡大于。當(dāng)?shù)缆房v坡大于0.02時，時，雨水口的間距可大于雨水口的間距可大于50m，其形式、數(shù)量和

42、布置應(yīng)根，其形式、數(shù)量和布置應(yīng)根據(jù)具體情況和計算確定。坡段較短時可在最低點處據(jù)具體情況和計算確定。坡段較短時可在最低點處集中收水，其雨水口的數(shù)量或面積應(yīng)適當(dāng)增加。集中收水，其雨水口的數(shù)量或面積應(yīng)適當(dāng)增加。 v 雨水口深度不宜大于雨水口深度不宜大于lm，并根據(jù)需要設(shè)置沉泥槽。，并根據(jù)需要設(shè)置沉泥槽。 專題 城市排水工程55v截流井的位置，應(yīng)根據(jù)污水截流干管位置、合流管截流井的位置，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)境等因素確渠位置、溢流管下游水位高程和周圍環(huán)境等因素確定。定。 v截流井宜采用槽式，也可采用堰式或槽堰結(jié)合式。截流井宜采用槽式，也可采用堰式或槽堰結(jié)合式。

43、v截流井溢流水位，應(yīng)在設(shè)計洪水位或受納管道設(shè)計截流井溢流水位，應(yīng)在設(shè)計洪水位或受納管道設(shè)計水位以上，當(dāng)不能滿足要求時，應(yīng)設(shè)置閘門等防倒水位以上，當(dāng)不能滿足要求時，應(yīng)設(shè)置閘門等防倒灌設(shè)施。灌設(shè)施。 專題 城市排水工程56v通過河道的倒虹管，不宜少于兩條；通過谷地、旱溝或小河通過河道的倒虹管，不宜少于兩條；通過谷地、旱溝或小河的倒虹管可采用一條。的倒虹管可采用一條。 v倒虹管的設(shè)計，應(yīng)符合下列要求：倒虹管的設(shè)計，應(yīng)符合下列要求： 最小管徑宜為最小管徑宜為200mm。管內(nèi)設(shè)計流速應(yīng)大于管內(nèi)設(shè)計流速應(yīng)大于0.9ms，并應(yīng)大于進(jìn)水管內(nèi)的流速，并應(yīng)大于進(jìn)水管內(nèi)的流速，當(dāng)管內(nèi)設(shè)計流速不能滿足上述要求時，應(yīng)增

44、加定期沖洗措當(dāng)管內(nèi)設(shè)計流速不能滿足上述要求時，應(yīng)增加定期沖洗措施，沖洗時流速不應(yīng)小于施，沖洗時流速不應(yīng)小于1.2ms。倒虹管的管頂距規(guī)劃河底距離一般不宜小于倒虹管的管頂距規(guī)劃河底距離一般不宜小于1.0m，通過航，通過航運河道時，其位置和管頂距規(guī)劃河底距離應(yīng)與當(dāng)?shù)睾竭\管運河道時，其位置和管頂距規(guī)劃河底距離應(yīng)與當(dāng)?shù)睾竭\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。施。倒虹管宜設(shè)置事故排出口。倒虹管宜設(shè)置事故排出口。專題 城市排水工程57v排水管渠出水口位置、形式，應(yīng)根據(jù)受納水體的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

45、量、水位變化幅度、水流方水質(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。向、波浪狀況、稀釋自凈能力等因素確定。 v出水口應(yīng)采取防沖刷、消能、加固等措施，并視出水口應(yīng)采取防沖刷、消能、加固等措施，并視需要設(shè)置標(biāo)志。需要設(shè)置標(biāo)志。 v有凍脹影響地區(qū)的出水口，應(yīng)考慮用耐凍脹材料有凍脹影響地區(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。砌筑，出水口的基礎(chǔ)必須設(shè)在冰凍線以下。專題 城市排水工程58v設(shè)計流量：設(shè)計流量： 污水泵站的設(shè)計流量，應(yīng)按泵站進(jìn)水總管的最高日最污水泵站的設(shè)計流量，應(yīng)按泵站進(jìn)水總管的最高日最高時流量計算確定。高時流量計算確定。 雨水泵站的設(shè)計流量，應(yīng)按泵站進(jìn)水總管的設(shè)計流量雨水泵站的設(shè)計流量，應(yīng)按泵站進(jìn)水總管的設(shè)計流量計算確定。計算確定。 合流污水泵站的設(shè)計流量，應(yīng)按下列公式計算確定：合流污水泵站的設(shè)計流量，應(yīng)按下列公式計算確定：專題 城市排水工程59v泵站后設(shè)污水截流裝置