给水排水管道系统教案

给水排水管道系统（Ⅱ）教案主讲教师：韩洪军本课程的主要内容1.概论：排水工程概念、内容、作用、排水体制、排水系统的布置形式等2.污水管道系统设计：污水管道的设计步骤及注意事项、设计举例3.雨水管道系统设计：雨水管道的设计步骤及注意事项、设计举例4.合流制管渠系统设计：合流制管道的使用条件、水力计算、改造途径等5.排水管渠要求及附属构筑物：排水管渠断面形式、接口、基础、附属构筑物等第一部分概论一、排水工程的发展历史——河南省淮阳的古城下，发掘出公元前2800年埋下的陶制排水管，比公元前2500年埃及发现的排水沟早300年——河北省易县出土了战国后期的圆形陶制排水管——陕西西安出土秦代五角形陶制排水渠，在皇宫内出现了明渠和暗渠相结合的排水系统——唐代长安建造了较为完整的雨水排水系统——在近代我国排水工程发展缓慢，建国前全国103个城市建有排水设施，管线总长6034.8km，全国只有上海、南京建有城市污水处理厂，日处理能力为4万吨。1921年上海北区污水厂，是我国最早的活性污泥法水厂。二、排水工程的概念与内容1.排水工程的概念：指为保护环境而建设的一整套用于收集、输送、处理和利用污水的工程设施2.排水工程的内容：一是污水的收集、输送部分——排水管网二是污水的处理、利用部分——污水处理三、排水工程的作用1.保护环境免受污染，使城市免受污水之害和洪水之灾2.促进工农业生产，保证城市可持续性发展四、排水系统的体制1.污水的定义：在使用过程中受到了不同程度的污染，改变了原来的化学成分和物理性质的水，叫污水。2.污水的概念与分类：按来源分可分为：生活污水、工业废水和降水（降雨和降雪）。3.污水的最终出路有三：一是排放水体二是灌溉农田三是重复使用4.排水系统体制的概念：生活污水、工业废水和雨水可以采用一个管渠来排除，也可以采用两个或两个以上独立的管渠来排除，污水的这种不同排除方式所形成的排水系统，称为排水体制。5.排水系统体制的分类：1)合流制：直排式、完全截流式和部分截流式三种2)分流制：完全分流制和非完全分流制五、排水系统的布置形式1.排水系统的布置原则充分利用地形、地势，就近排入水体，以减小管道埋深、降低工程造价排水系统2.布置的影响因素1)地形地势2)土壤情况3)河流情况4)气候情况5)城市总体规划3.排水系统的布置形式1)正交式2)截流式3)平行式4)分区式5)分散式6)环绕式六、工业企业排水系统与城市排水系统的关系1.工业企业排出的废水应采取的措施1)改革生产工艺，进行技术革新，力求把有害物质消除在生产过程之中，做到不排或少排废水2)尽量采用循环或重复利用系统，以减小废水排放量3)回收废水中的有用物质，节省能源、创造财富4)尽量以废治废第二部分污水管道系统设计污水管道系统的设计步骤设计资料的调查—设计方案的确定—设计计算—设计图纸的绘制一、设计资料的调查及方案确定1.设计资料调查1)设计任务资料：有关的法令、法规、制度；城市的总体规划及其他基础设施情况2)自然资料：地形资料，包括地形图、等高线；气象资料，包括气温、风向、降雨量等；水文资料，受纳水体流量、流速、洪水位；地质资料，包括地下水位、地耐力、地震等级3)工程资料：道路、通讯、供水、供电、煤气等2.设计方案确定包括排水体制的选择、排水系统的布置形式，应通过技术、经济比较，确定最优的方案有时需要设计方案对比，选择2-3各不同的设计方案，进行技术、经济方面的对比论证，确定最优的方案。二、污水设计流量的计算1.污水设计流量指污水管道及其附属构筑物能保证通过的最大流量，设计流量包括生活污水量和工业废水量（L/s）。1）生活污水设计流量：居住区生活污水；公共建筑生活污水；工业企业生活污水及淋浴污水2）工业废水设计流量2.居住区生活污水量计算3600241ZKNnQ1）居住区生活污水排水定额卫生设备情况分区一二三四五生活污水每人每日排水定额（L）室内有给水排水卫生设备，但无淋浴设备55-9060-9565-10065-10055-90室内有给水排水卫生设备和淋浴设备90-125100-140110-150120-160100-140室内有给水排水卫生设备，并有淋浴和集中热水供应130-170140-180145-185150-190140-180注：第一分区包括：黑龙江、吉林、内蒙古的全部，辽宁的大部分，河北、山西、陕西偏北的一小部分，宁夏偏东的一部分；第二分区包括：北京、天津、河北、山东、山西、山西的大部分，甘肃、宁夏、辽宁的南部，河南北部，青海偏东和江苏偏北的一小部分；第三分区包括：上海、浙江的全部，江西、安徽、江苏的大部分，福建北部、湖南、湖北的东部，河南南部；第四分区包括：广东、台湾的南部，广西的大部分，福建、云南的南部；第五分区包括：贵州的全部、四川、云南的大部分，湖南、湖北的西部，陕西和甘肃在秦岭以南的地区，广西偏北的一小部分2）总变化系数（KZ）KZ=KdKh其中：11.07.2QKZ生活污水量总变化系数污水平均日流量（L/s）51540701002005001000总变化系数Kz2.32.01.81.71.61.51.41.33.公共建筑生活污水量计算3600242hKNSQ4.工业企业生活污水及淋浴污水量计算3600360022112221113DCDCTKBAKBAQ5.工业废水设计流量计算TKMmQZ36004Q=Q1+Q2+Q3+Q4+Q渗列表计算，见p30三、污水管道的水力计算污水管道内水质特点：含有泥沙、有机物污水管道内水流特点：重力流；非满流；近似均匀流《排水管网理论与计算》——周玉文、赵洪宾著1.水力计算的基本公式vQIRCv611RnCn——管壁粗糙系数（与管道材质有关）2.污水管道水力计算的设计数据1）设计充满度（h/D）指设计流量下，管道内的有效水深与管径的比值。h/D=1时，满流h/D1时，非满流《室外排水设计规范》规定，最大充满度为：管径（D）或暗渠高（H）（mm）最大充满度（h/D）200~300350~450500~900≥10000.55(0.60)0.65(0.70)0.70(0.75)0.75(0.80)2）为什么要做最大设计充满度的规定？1、预留一定的过水能力，防止水量变化的冲击，为未预见水量的增长留有余地；2、有利于管道内的通风；3、便于管道的疏通和维护管理。3）设计流速与设计流量和设计充满度相应的污水平均流速。最小设计流速：是保证管道内不发生淤积的流速，与污水中所含杂质有关；国外很多专家认为最小流速为0.6-0.75m/s，我国根据试验结果和运行经验确定最小流速为0.6m/s。最大设计流速：是保证管道不被冲刷破坏的流速，与管道材料有关；金属管道的最大流速为10m/s，非金属管道的最大流速为5m/s。4）最小管径1、为什么要规定最小管径？（防止堵塞、便于维护）街坊管最小管径为200mm，街道管最小管径为300mm。2、什么叫不计算管段？（取最小管径）在管道起端由于流量较小，通过水力计算查得的管径小于最小管径，对于这样的管段可不用再进行其他的水力计算，而直接采用最小管径和相应的最小坡度，这样的管段称为不计算管段。5）最小设计坡度相应于最小设计流速的坡度为最小设计坡度，最小设计坡度是保证不发生淤积时的坡度。规定：管径200mm的最小设计坡度为0.004；管径300mm的最小设计坡度为0.003；管径400mm的最小设计坡度为0.0015。6）污水管道的埋设深度管道的埋设深度有两个意义：覆土厚度；埋设深度问：决定污水管道最小覆土厚度的因素有哪些？1、冰冻线的要求2、地面荷载-大于0.7m3、满足街坊管连接要求7）H=h+IL+Z1-Z2+Δh式中：H——街道污水管网起点的最小埋深，m；h——街坊污水管起点的最小埋深，0.6~0.7m；Z1——街道污水管起点检查井检查井处地面标高，m；Z2——街坊污水管起点检查井检查井处地面标高，m；I——街坊污水管和连接支管的坡度；L——街坊污水管和连接支管的总长度，m；Δh——连接支管与街道污水管的管内底高差，m。8）污水管道水力计算的方法1、需要确定的参数流量Q、管径D、坡度I、流速v、充满度h/D和埋深H。2、确定方法首先根据已知资料，计算出流量Q，根据Q值可初步确定管径D；然后，根据Q、D值，求I、h/D、v值。在这三个未知数中，还需知道一个参数，才能求得另外两个，此时可以在三个参数中先假设一个值，比如流速为最小流速，或是坡度为最小坡度，或是充满度满足一定要求等，之后进行查表或查图，就可得出其余两个未知数；最后要进行校核，若得出的两个参数满足其规定的要求，则计算完成，若不满足要求，则需调整假设值，甚至管径D，重新进行计算。四、污水管道的设计1.确定排水区界，划分排水流域1）排水区界是污水排水系统设置的界限。2）排水流域是指在排水区界内，按照一定要求所划分的不同排水区域。（通常根据等高线划分排水区域，在地形平坦地区可按照面积的大小进行划分。）2.管道定线1）在总平面图上确定污水管道的位置和走向。2）管道定线的影响因素：1、地形2、污水厂和出水口的位置3、所采用的排水体制3）管道定线时注意事项1、主干管布置在坚硬密实土壤中2、尽量少穿河流、铁路、山谷和高地3、避免与地下构筑物交叉4、不宜敷设在繁忙、狭窄的街道下5、集中流量尽量排入上游3.控制点确定和泵站设置地点对管道系统的埋深起控制作用的地点，通常在管道起点或最低最远点。泵站设置地点：中途泵站；局部泵站；总泵站。4.设计管段及设计流量两个检查井之间，设计流量不变，且采用同样的管径和坡度的管段，称为一个设计管段。一般检查井的设置位置有：流量汇入的地方、管径变化的地方、转弯的地方、或在直管段管径长度较长时（30~70m）。设计流量：本段流量；转输流量；集中流量。5.设计管段及设计流量ZKqFq01864000pnq6.污水管道的衔接衔接的原则：尽可能地提高下游管段的高程，减小埋深，降低造价；避免上游管段回水淤积。衔接的方式：水面平接；管顶平接；跌水连接。7.水力计算注意问题1)控制点选择2)管道坡度与地面坡度3)设计流速与设计管径4)注意水头损失5)旁侧支管连接五、国外污水管道的设计方法介绍1.常规设计方法最小流量校核自净流速给水量排水量60%~80%查曲线最大流量设计流量乘系数（考虑地下水和雨水）设计充满度一般按满流，也有非满流情况：小管0.5，其他0.75真空管网：真空阀井、中继真空泵站和真空管道压力式管网：研磨潜力泵、压力支管和压力干管六、城市污水回用工程（扩充知识）污水回用意义污水回用目标与水质污水回用处理技术第三部分雨水管渠系统设计雨水管渠系统特点：径流量大、流量变化大、满流雨水管渠系统组成：雨水口、雨水管渠、检查井、出水口雨水管渠系统设计步骤：资料收集，确定暴雨强度公式；划分排水流域，进行管道定线；水力计算；绘制管渠平面图及剖面图一、雨量分析与暴雨强度公式1.雨量分析的要素降雨量：指降雨的绝对量，用降雨深度（mm）表示，也可用单位面积的降雨体积（L/ha）表示。年平均降雨量：指多年观测所得的各年降雨量的平均值月平均降雨量：指多年观测所得的各月降雨量的平均值年最大日降雨量：指多年观测所得的一年中降雨量最大一日的绝对量降雨历时：是指连续降雨的时段，可以指一场雨全部降雨的时间，也可以指其中个别的连续时段。用t表示，单位为min或h暴雨强度：是指某一连续降雨时段内的平均降雨量，时间短、暴雨强度大，即单位时间的平均降雨深度，用（mm/min）表示；在工程上，常用单位时间内单位面积上的降雨体积q（L/s.公顷）表示q=167i暴雨强度公式：nbtPcAq)()lg1(1671二、雨量管渠设计流量的确定1.雨水管渠设计流量计算公式：qFQ2.极限强度法：从流域上最远一点的雨水流至出口断面的时间称为流域的集流时间或集水时间极限强度法，即承认降雨强度随降雨历时的增长而减小的规律性，同时认为汇水面积的增长与降雨历时呈正比，而且汇水面积的增长速度更快，因此只有当降雨历时等