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，稱為合流制排水系統(tǒng)。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)建設比較經(jīng)濟。缺點：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，并在干管上設置雨水溢流井。不降雨水時，污水流入處理廠進行處理；降雨時，管中流量增大，當管內(nèi)流量超過一定限度時，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。〔1）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：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，減少一次投資。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。71重力流污水管道應按非滿流計算，其最大設計充滿度：管徑或渠高（mm）最大設計充滿度200~3000.55350~4500.65500~9000.70≥10000.752雨水管道和合流管道應按滿流計算。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.管徑與坡度的關系:10排水管道的最大設計流速：金屬管道為10.0m／s。非金屬管道為2.0m／s。排水明渠的最大設計流速：當水流深度為0.4～1.0m時，按表確定。當水流深度在0.4～1.0m范圍以外時，表列最大設計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排水管渠的最小設計流速：1污水管道在設計充滿度下為0.6m／s2雨水管道和合流管道在滿流時為0.75m／s3明渠為0.4m／s。

1314污水管道的埋設深度（1）管道的埋設深度有兩個意義：覆土厚度、埋設深度覆土厚度埋設深度（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

在實際工程中，污水管道的造價由選用的管道材料、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；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深度或最小覆土厚度。

除考慮最小埋深外，還應考慮最大埋深：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。污水管道的埋設深度（續(xù)）19污水管道的水力計算方法在進行污水管道水力計算時，各管段的設計流量為已知。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（流速和充滿度）確定出的管段直徑和坡度，必須符合設計規(guī)范要求，即：計算得來的一定管徑在一定坡度的敷設下，通過設計流量時，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。2、確定各管段始點和終點的埋設深度（水面標高、管底標高）

處理好各管段之間的銜接設計211、確定各管段的直徑和坡度

確定管段的直徑和坡度，應從上游管段開始，依次向下游管段計算。

在具體計算時，設計流量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)學計算非常復雜，而且經(jīng)常要試算。為了簡化計算，常采用水力計算圖進行。

（Q、v、D、n、h/D、I）22使用水力計算圖時，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，先假定管道的直徑，然后求出敷設坡度I坡度25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行復核。當計算出的v、h/D符合設計規(guī)定時，則初步確定的管徑和坡度即為所求，此時管道的v、h/D也就計算出來了。若v、h/D中有一個不符合設計規(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。不計算管段一般在管網(wǎng)的起端，當街坊起端流量小于9.19L/s，街道起端流量小于14.63L/s時，管道分別采用200mm和300mm的管徑。

26（2）確定第二個管段的起點、終點的埋深

（管底標高、水面標高）首先應確定與第一個管段的銜接關系（根據(jù)具體情況選用一種）如管頂平接（上游管段的終點與下游管段的起點管頂標高相同）第二管段起點的管底標高＝上游終點的管底標高+上游管徑－下游管徑第二管段起點的水面標高＝起點的管底標高+管中水深h第二管段起點的埋深H1=起點的地面標高E1－起點的管底標高即可求出第二管段終點的管底標高、水面標高、埋設深度如水面平接（上游管段的終點與下游管段的起點水面標高相同）第二管段起點的管底標高＝上游終點的水面標高－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2930污水管道水力計算應注意的問題（1）確定管道的管徑和坡度應與確定管道的起點終點埋深交錯進行。（2）必須仔細研究管網(wǎng)系統(tǒng)的控制點?？刂泣c常位于區(qū)域的最遠或最低處。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。（3）水力計算從上游依次向下游進行一般情況下，隨著設計流量逐段增加，設計流速也應相應增加或不變。當管道坡度突然變小時，設計流速才允許減小。另外，隨著設計流量逐段增加，設計管徑也應相應增加或不變。但是，當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50～100mm。31（4）跌水井的設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，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?shù)狞c可設置跌水井。在旁側管與干管的連接處。要考慮干管的埋深是否允許旁側管接入，根據(jù)情況設置跌水井。（5）泵站的設置在干燥土壤中，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，則要設置泵站。污水管道水力計算應注意的問題3233明渠的水力計算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。當液體通過明渠流動時，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算公式明渠均勻流的水力計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、負坡

順坡（或正坡）明渠按底坡分類：平坡明渠

逆坡（或負坡）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)水面寬過水斷面面積濕周水力半徑斷面形狀、尺寸及底坡沿程不變，同時又無彎曲的渠道，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常見的過水斷面的水力要素斷面形狀水面寬度B過水斷面積A濕周x水力半徑R*式中以弧度計38明渠均勻流的特性Ff

=

Gs均速運動Ff

<Gs加速運動充分長直的棱柱體順坡(i>0)明渠加速運動1.過水斷面的形狀、尺寸及水深沿程不變。2.過水斷面上的流速分布、斷面平均流速沿程不變；因此，水流的動能修正系數(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：水流應為恒定流。流量應沿程不變，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明渠均勻流的計算公式40明渠均勻流的水力計算以梯形斷面為例：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及設計流量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。

已知渠道的設計流量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。

已知渠道的設計流量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h=0.5m，0.75m，1.0m，計算相應的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Q=3m3/s時，h=0.86m。42水力最佳斷面

從經(jīng)濟的觀點來說，總是希望所選定的橫斷面形狀在通過已知流量時面積最小，或者是過水面積一定時通過的流量最大。符合這種條件的斷面，其工程量最小，過水能力最強，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，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，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)條件設計一梯形斷面渠道的尺寸。已知設計流量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，試求最大設計充滿度時的流量Q。47排水管道采用壓力流時，壓力管道的設計流速宜采用0.7～2.0m／s。污水廠壓力輸泥管的最小設計流速，按表確定：48污泥含水率（%）最小設計流速（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計流速表

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，應設在管道交匯處、轉彎處、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，宜設跌水井；跌水水頭大于2.0m時，應設跌水井。管道轉彎處不宜設跌水井。跌水井的進水管管徑不大于200mm時，一次跌水水頭高度不得大于6m；管徑為300～600mm時，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，其一次跌水水頭高度及跌水方式應按水力計算確定。52水封井當工業(yè)廢水能產(chǎn)生引起爆炸或火災的氣體時，其管道系統(tǒng)中必須設置水封井。水封井位置應設在產(chǎn)生上述廢水的排出口處及其干管上每隔適當距離處。水封深度不應小于0.25m，井上宜設通風設施，井底應設沉泥槽。水封井以及同一管道系統(tǒng)中的其他檢查井，均不應設在車行道和行人眾多的地段，并應適當遠離產(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?shù)缆房v坡大于0.02時，雨水口的間距可大于50m，其形式、數(shù)量和布置應根據(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)量或面積應適當增加。雨水口深度不宜大于lm，并根據(jù)需要設置沉泥槽。

54截流井截流井的位置，應根據(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合式。截流井溢流水位，應在設計洪水位或受納管道設計水位以上，當不能滿足要求時，應設置閘門等防倒灌設施。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。倒虹管的設計，應符合下列要求：最小管徑宜為200mm。管內(nèi)設計流速應大于0.9m／s，并應大于進水管內(nèi)的流速，當管內(nèi)設計流速不能滿足上述要求時，應增加定期沖洗措施，沖洗時流速不應小于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，通過航運河道時，其位置和管頂距規(guī)劃河底距離應與當?shù)睾竭\管理部門協(xié)商確定，并設置標志，遇沖刷河床應考慮防沖措施。倒虹管宜設置事故排出口。56出水口排水管渠出水口位置、形式，應根據(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。出水口應采取防沖刷、消能、加固等措施，并視需要設置標志。有凍脹影響地區(qū)的出水口，應考慮用耐凍脹材料砌筑，出水口的基礎必須設在冰凍線以下。57三、泵站設計流量：污水泵站的設計流量，應按泵站進水總管的最高日最高時流量計算確定。雨水泵站的設計流量，應按泵站進水總管的設計流量計算確定。合流污水泵站的設計流量，應按下列公式計算確定：58泵站后設污水截流裝置時，按QP＝Qd

＋Qm

＋Qs計算泵站前設污水截流裝置時，雨水部分和污水部分分別按公式計算:1)雨水部分Qp＝Qs—noQdr

2)污水部分Qp＝(no＋1)Qdr

式中Qp——泵站設計流量(m3/s)；Qs——雨水設計流量(m3/s)；Qdr——旱流污水設計流量(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根據(jù)當?shù)夭捎玫挠盟~，可按當?shù)叵嚓P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?shù)貙嶋H綜合生活污水量變化資料采用，沒有測定資料時，可按下表取定。

60平均日流量（L/s）5154070100