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第一部分排水管渠设计常识第一章绪论第一节概述•将城市污水和降水，有组织地收集起来，输送到污水处理厂进行无害化处理并对其利用的整个系统，称排水工程系统。•城市排水的对象，按来源及水质分类，可分为生活污水、生产废水和降水三大类。第一节概述•生活污水是指在人们的生活活动过程中所产生的污水，主要来自厨房、厕所、洗衣房等，其水质含有大量的有机物，从化学成分来看，以碳、氢、氧、硫、磷、铁、钙、镁、钾等组成的脂肪、蛋白、糖类及其衍生物，同时含有大量的细菌及寄生卵，是传染病的主要传染介质，因此对生活污水，必须进行无害化处理。第一节概述•生产废水是人们在生产过程中产生的，由于各种产品的工艺过程不同，用水量的不同，所以生产废水的水质情况和水量也不同。有的生产废水污染极其严重，称为工业污水。这些被严重污染的工业污水，会严重的污染环境，必须进行无害化处理。也有些工业废水没有严重污染，如冷却用水等知识温度升高，经冷却后尚可重复使用或循环使用。第一节概述•降水迳流是指雨、雪、雹等降到地面上的水，其中以雨水为代表，其水质随大气被污染程度和性质的不同而不同。值得注意的是雨水量的变化较大，其主要特点是季节性及集中性。在雨季以及雨季中可能有几天的降雨量很大，从而形成单位时间内的雨水迳流量很大，甚至会造成水灾，因而对雨水的及时排放，就称为排水工作者的重要任务之一。第二节排水系统的体制•由于对城市污水及雨水的排除方式不同，所采用的管渠系统也不同，各种不同的排水方式形成了各种不同的排水体制。第二节排水系统的体制一、合流制•如果城市污水和雨水在同一排水管渠系统中输送排放，则称为合流制。合流制排水系统又可分为直泄式、全处理式和截流式等几种。现在常用的是截流式的合流系统。•截流式是一种改造旧有合流管渠系统的一种较好的方式。其措施是在合流管道将要接入天然水体时，在河岸边修建一条污水截留管，将合流管中的污水截流输送到污水处理厂进行处理，而大部分雨水可直接排入河道。其截流设备俗称截流井。第二节排水系统的体制溢流堰式溢流井第二节排水系统的体制跳越堰式溢流井第二节排水系统的体制截流槽式溢流井第二节排水系统的体制二、分流制•雨、污水各用专用管渠系统排放，称为分流制，按我国现行室外排水管渠设计规范（GBJ14-87）规定，新建排水管渠都应按分流制建设，以保护水体。第二节排水系统的体制二、分流制各种不同性质的污水，分别由各自的专用管渠排放，称为完全分流制。只建有城市污水管渠，雨水暂靠地面迳流排放，待将来城市发展，资金充足时在修建雨水管渠形成完全分流制系统。这种形式适用于新开发的城镇。若修建成完全分流制的两套排水管渠，再把雨水系统中的初期雨水，通过截流设备截流到污水管渠中，而将暴雨迳流排放到河流中，能够更有效的保护水体，称为半分流制。第二节排水系统的体制这里主要提醒注意的是半分流制同截流式合流制，虽然都是通过截流设备达到截流目的，但半分流制是将雨水管渠中的初期雨水截流到污水处理厂，而截流式合流制是将合流管渠中的污水截流到处理厂。第三节排水系统的组成排水工程系统中包括接受、排除、处理、利用等几部分。其基本组成是：室内排水设施、室外排水管网及其附属构筑物、泵站与压力管道、污水处理构筑物以及尾闾工程等五部分。第三节排水系统的组成•进行管道布置时，要考虑下列原则：充分利用地形，主要干线要布置在地形高程较低的低谷区，以便最大限度地接入支干管渠。同时要考虑尽量沿城市街道布置在人行道下或慢车道下，以减小动荷载和便于检修。当街道宽度较大时，应考虑在街道两侧各设一条，以减少过街管；还要尽量避免地上地下交叉。避免小流量长距离的管道。在布置雨水管时，要充分利用地形，就近排入水体。第一节管道的布置及埋深一、管道布置•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。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。•管道系统布置和定线的原则尽可能在管线短、管道埋设深度浅的情况下，使最大区域的污水或雨水能自流排除。•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。•地质条件也影响管道系统布置。•地下建筑和障碍物对管道系统布置也有影响。第一节管道的布置及埋深一、管道布置管道定线时注意事项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第一节管道的布置及埋深一、管道布置•管道纵坡尽可能与街道纵坡取得一致。•水管的最小纵坡不得太小，一般不小于0.3%。为防止或减少沉淀，雨水管设计流速常采用自清流速，一般为0.75米／秒。•为了满足管中雨水流速不超过管壁受力安全的要求，对雨水管的最大纵坡也要加以控制，通常道路纵坡大于4%时，需分段设置跌水井。第一节管道的布置及埋深二、管道埋深•最大允许埋深：一般在干燥土壤中，管道最大埋深不超过7～8m,地下水位较高，可能产生流沙的地区不超过4～5m。•最小埋深：等于管直径与管道上面的最小覆土深度之和。•在车行道下，管顶最小覆土深度一般不小于0.7m。•冰冻地区，则要依靠防冻要求来确定覆土深度。第二节污水量及变化系数的概念由于各地、各阶层居民生活方式不一，各种居住条件及卫生设备条件不一，生活污水排除量就不一样，各地各种条件居住区的排水定额如下表。第二节污水量及变化系数的概念一、变化系数一年内最高日污水量与平均日污水量之比，其比值称日变化系数，同样，一天内24小时各小时的污水量也不一致，最高日内最高时污水量与该日平均时污水量之比，称时变化系数。定义日变化系数与时变化系数之乘积为总变化系数。式中：K总－总变化系数Q平均－平均日平均时秒流量（l/s）第二节污水量及变化系数的概念二、污水量计算北京现在设计污水管时，是按北京市的实际情况制定的适用于北京地区使用的面积比流量定额。北京市规定：城区、近郊区已建成区的排水区定额是则设计污水量可按下式计算：（l/s）式中：Q设－设计污水量（l/s）K总－总变化系数F－流域面积（ha）q－面积比流量第三节管渠水力计算简介一、水力计算公式现行设计规范规定，水力计算按谢才－曼宁公式计算：式中：Q——流量，m3/s；A——过水断面面积，m2；v——流速，m/sR——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）；n——管壁粗糙系数，雨水n=0.013污水n=0.014vAQ21321iRnv第三节管渠水力计算简介二、污水管道水力计算的数据控制污水管道水力计算的任务就在计算通过一定流量所必须的过水断面，从而合理地确定管径。污水管较常用的是圆形管，其水力特性是流速与流量的最大值不发生在满流状态。各种不同充满度时的流速、流量同满流时的流速、流量关系，如下表。第三节管渠水力计算简介充满度的意义是：管道以水深与管径的比值来表示，渠道是以水深与设计最大水深的比值来表示。第三节管渠水力计算简介二、污水管道水力计算的数据控制设计充满度（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第四节设计管段与管段设计流量一、设计管段设计管段的意义是两个检查井之间的一个管段，如果设计流量、坡度都不变，则可取同一管径，称为一个设计管段。二、管段设计流量管段设计流量包括本段的污水设计流量，集中流量和转输前一管段的流量三个流量之和，可按下式计算：第四节设计管段与管段设计流量jqqFKQ总式中：Q－管段设计流量K总－总变化系数F－排水流域面积q－面积比流量qj－集中流量第五节污水管设计注意事项（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。第五节污水管设计注意事项（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，则要设置泵站第一部分排水管渠设计常识第三章雨水管渠系统设计常识第一节概述雨水迳流的水质，与其所流经的地面情况有关，一般说初期雨水较脏，而经过一段时间后，迳流水就比较清洁了。因此就应该尽量就近排入水体。在设计管径时按满流计算，并允许按地区重要程度有一定时间的溢流。第二节雨水管渠系统及共布置雨水管渠系统大体上由以下几个部分组成：房屋及庭院雨水排除系统、雨水口、雨水管渠、检查井、出口。必要时可以设置雨水泵站和雨水调节湖等。雨水系统布置的主要原则是根据流域内的重要性，将雨水迳流及时地就近排放到水体中去，尽量减小由于积水所造成的损失和居民的不便。因此，雨水管渠的布置就要充分利用地形条件，就近排入水体，要结合道路规则。雨水口的布置以路口处雨水不漫路面为原则。第三节雨水管渠设计流量的确定一、迳流量公式雨水管渠设计流量计算公式：Q=ψqA式中：Q－设计迳流量I/SΨ－迳流系数q－降雨强度（l/S.ha）F－汇水面积（万m2或ha）第三节雨水管渠设计流量的确定二、迳流系数降落到地面上的雨水，流入雨水管渠内的部分称为迳流量。迳流量与降雨量之间的比，称为迳流系数。迳流系数与地面情况有关。各种地面的迳流系数值，可参见下表。第三节雨水管渠系统及共布置在排水流域面积内，不可能为单一种类的地面，因此在设计计算时需要按加权平均法求得综合的迳流系数。式中：－设计时所采用的迳流系数。－各种不同各类地面的相应迳流系数。F1－各种不同各类地面的流域面积。111FF1第三节雨水管渠系统及共布置三、降雨强度现行设计规范规定设计暴雨强度计算公式为式中q——设计暴雨强度，L/s/104m2；t——降雨历时，min；T——设计重现期，年；A1、C、n、b——参数nbtTCAq)()lg1(1671第三节雨水管渠系统及共布置四、降雨历时设计降雨所取的某一连续时段称为设计降雨历时，单位以分min计。雨水管渠的设计降雨历时，应采用管渠中形成最大径流量所需的时间。设计降雨历时包括：地面汇流时间和管渠内流行时间t=t1+mt2式中m－降雨历时折减系数或称延缓系数设计规范中规定：暗管折减系数m=2，明渠折减系数m=1.2第三节雨水管渠系统及共布置五、设计重现期设计重现期是指在一个较长的统计期限内，设计暴雨强度的降雨重新出现一次的平均时间间隔，单位为年。设计重现期T第四节雨水管渠的水力计算一、雨水管渠设计的一般规定1、圆管及方沟均按满流计算，如流量很大应采用方沟排水时，要核算满流与非满流两种情况，取其经济者。如设计成明渠，则必须有不小于20cm的保护超高。2、雨水管渠最小设计流速，在不满流时应不小于0.75m/s，明渠为0.4m/s。3、除雨水口管渠最小管径采用200mm，坡度最小值为0.01外，市政雨水管最小管径采用300mm，最小坡设为0.003。4、因雨水迳流含砂较多，故不宜设倒虹管。第四节雨水管渠的水力计算二、雨水管渠水力计算公式雨水管渠水力计算公式采用谢才－曼宁公式：RicvyRnc161y21321iRn取式中v－设计流速（m/s）n－粗糙系数水泥沙浆抹面或混凝土管，介质为清水时，取n=0.