给排水管道工程讲稿 110页

第1章（目录）环境工程专业给排水管道工程周元祥\n参考书1.给水排水管网系统严熙世等建筑工业出版社2.水污染控制工程（上），高庭耀高教出版社3.给水工程严熙世建筑工业出版社4.给水排水管道工程王道明清华大学出版社\n第一章给水工程系统第一节给水工程概论§1.1材料力学的任务（目录）给水工程系统是供应生活用水，生产用水及消防用水的设施。它是由取水工程、净水工程和输配水工程所组成。做好这项工作，必须根据城镇规划、水源情况、当地的地形、用户对水量、水质和水压的要求等因素综合考虑。给水的形式有多种多样，既要满足近期城市建设需要，也要考虑今后的发展，做到全面规划，分期施工，安全可靠，经济合理。\n\n\n\n给水工程系统大体可分为下列几种形式：一、统一给水系统此种系统是整个供水区域，利用共同的取水构筑物、净水厂和输配水设备（水质、水压相同），统一供应生活生产及消防等多项用水。这种系统简单，管理方便，适用于中小城镇和工业的给水工程。二、分区给水系统供水区地形高差较大或功能分区比较明显，且用水量较大时，可以采用互相独立工作的给水系统，这种系统称为分区给水系统。\n１．分压给水系统城市的地形高差较大，或用户对水压有不同的要求，可以用分压供水系统或局部加压供水。地形高差较大，如果采用一个给水管道系统，则低地区供水压力将过高，过大的管网压力会消耗过多的动力，同时对使用和维护都不方便，为了使管网运行经济、适用，将管网分成高低两区供水，供水的安全性也增加．一般地势高差达３０米以上，就要考虑分压供水系统。２．分质给水系统如果用户对水质有不同的要求，而且水量又很大，为减小城市供水规模，节省净水费用。水源可以用同一个，经过不同的净水过程和不同的输配管网。分别送到各自的用水户，满足用水需要．若当地条件适宜，可不用同一水源，比如地面水经简单处理后供工业用水，地下水经消毒供生活用水。这样既降低了建设投资，又节省了日常的运行费用．\n一、直流给水系统直流给水系统是工业生产用水由水源直接供生产使用，或经简单处理供生产使用；水经使用一次后全部排除，不再利用。这种系统适用于附近有充足的水源可资利用的情况，运行管理简便可靠，较为经济．第二节工业给水系统二、循环给水系统生产中冷却设备排出的废水量很大，大多仅是水温升高而水质未受污染，或受轻度污染。为了节省用水，常把这部分升温的废水，经过冷却设备降温或经过较简单处理后，再送往车间循环使用，这种供水系统称为循环供水系统。\n三、循序给水系统循序给水系统是根据车间对水温、水质的不同要求，按程序将水重复利用，使水得到最大限度的利用，使供水更为经济合理．四、废水处理回用系统由于工业生产的发展，工业用水量增加很快，因此产生用水紧张情况。除去上述循环和循序供水系统外，还可采用生活或工业废水加以适当处理后，使水质达到冲洗用水的水质标准，可以用为冲洗厕所，喷洒道路，冲洗汽车、园林绿化、冷却用水等等。\n第二章给水管网的布置给水管网的基本任务是安全可靠经济合理地供应城乡人民生活，工业生产，保安防火，交通运输，建筑工程，公共设施，军事部门等各项用水，保证满足用水户对水量、水质和水压的供水要求．根据供水的对象，基本上可分为三类即生活用水，生产用水和消防用水。第一节给水管网的供水任务\n一、生活用水生活用水包括居住建筑、公共建筑、生活福利设施等生活饮用，洗涤、炊事、清洁卫生等用水，以及工业企业中工人的生活洗沐和食堂用水等。生活用水的水质关系到人们的身体健康，要求做到感官方面无色透明，无臭无味；在化学方面不含有害毒物；在细菌学方面不含致病菌.生活用水量的大小与人的生活水平和习惯，卫生设备条件，水费，水压及气候情况等因素有关。给水管网的供水压力，要满足城市内大多数建筑的供水要求，压力过大，浪费动力，也增加漏水及维修费用，个别高层建筑需要较高的压力，应由建筑内部自行加压解决．\n二、生产用水工业生产用水，有供应作为生产原料的食品、酿造及化学制药等工业用水，有冷却生产机械设备的冶炼、化工及发电等冷却用水；有生产蒸汽的锅炉用水；有运送材料及废物用水；有改善生产及生活环境的空调用水以及洗涤产品和设备等用水。不同种类的生产用水对水质的要求也不同，有的生产用水水质要求不高，如冷却用水；有的生产用水要求生活饮用水质，如食品工业用水；有的要求比生活饮用水还要纯洁一些的锅炉用水；还有的甚而要求高纯水，如电子工业用水。总之，各种工业用水的水质要求各异，即使同类性质的生产用水，对水质的要求也有很大的差别，例如冷却水的水质有的生产要求高纯水，有的则可允许有一定的浊度。因此生产用水的水质必须根据生产的工艺要求而定。\n各种生产用水的水量视生产工艺而不同，而且随着科学技术的发展；工艺改革和水的循环利用等都会使生产用水量发生变化。某些工业用水量很大，如火电厂、钢铁厂、石油化工厂、化纤厂等用水量都是很大的。生产用水的水压各种工艺亦大不相同，也应根据生产工艺要求而定。三、消防用水消防用水是扑灭火灾的用水，一般是从街道上或建筑内的消火栓取水．对水质没有特殊的要求。消防用水量国家制订标准，可以参考使用，如《工业企业和居住区建筑设计防火标准》．消防时管网上的最低压力不得小于100千帕．\n第二节给水管网的规划布置一、给水管网的规划给水管网是给水工程中的主要组成部分，按投资比例为最高，并负担着整个区域的供水任务，因此管网规划布置的合理与否对管网的运行安全、适用与经济至关重要，必须做好这项工作，给水管网的规划布置包括二泵站至用水点之间的所有输水管、配水管、及闸门消火栓等附属设备的布置，同时还需考虑调节设备如水塔或水池等。\n城市总体规划给水系统图\n进行管网规划和布置管线应该符合下列基本原则：１、给水管线应布满整个供水区，满足用户的用水量、供水压力和水质的要求。２、管网应供水安全可靠，当局部管线发生故障时，仍能保证不间断供水。３、布线力求简短；考虑地形和地质情况，并尽量减少特殊工程，如穿越铁路，河谷和地下构筑物等．这样既可提高供水可靠性，加快建设速度，又可降低造价和运行管理费用。４、应符合区域规划，考虑供水的分期建设，并留有充分发展的余地。为了作好规划布置工作，要根据地区规划，地形地质和自然情况，人口增长，工农业等用水情况，并考虑将来发展与运行管理上的简便，应加强调查研究，进行详尽的技术经济比较，选取适宜方案，合理布置管线．\n二、配水管网的布置形式１．树枝管网管网的干管和配水管的布置形似树枝，干线向供水区延伸，管径随用水量的减少而逐渐缩小，这种管网的管线长度最短，供水直接，投资最省。但供水可靠性较差．树枝管线末端水流停滞，可能影响水质。一般在小城市中供水要求又不太严格时，可以采用树枝式管网、或者，在建设初期，可先用树枝管网形式，以后再按发展规划，逐步形成环状网。\n２．环式管网管线间连接成环网，每条管均可由两个方向来水，如果一个方向发生故障，还可由另一方向供水，因此供水较为安全可靠。一般在较大城市或供水要求较高不能断水的地区，均应采用环式管网。环式管网还有降低水头损失，节省能量、缩小管径以及减小水锤威胁等优点，有利供水安全．但环式管网的管线长，需用较多材料增大建设投资。\n三、影响管网布置的因素给水管网的布置主要受以下的各种因素的影响：１．供水区的地形：地区的地形对管线的布置影响很大，地形平坦，供水范围又不太大时，可采用统一给水管网，即全区域用同一个给水管网供水；地形起伏较大的地区，可考虑用分压供水管网，较为经济合理。２．供水区内管线沿程有无较大的障碍物：如河流、山谷、铁路、桥梁等，管线应尽量避免穿越这些障碍物，既可保证安全供水，又可便于施工和降低造价。比如有河流分割时，可否考虑分区供水，自成给水管网，俟发展之后，再联成多水源供水管网等。３．供水区内街区的大小和形状及用水户的分布情况，尤其是大用水户的位置：街区管道向两侧用水户供水，且向大用水户延伸，管网的布置与城市平面布置有直接关系。４．其他水源，水塔或水池的位置也影响管网的布置。\n四、管网的定线给水管网是各种大小不同的管段所组成，包括输水管、干管、配水管、接户管和附属设备等．１．输水管输水管是指水源到水厂或由水厂至供水区间的输送水流的干管，它不中途配水。水源到水厂的输水管可以用重力输水也可以用压力输水。输水管定线原则为：（ｌ）线路简短，可保证供水安全，减小工程量，有利施工并节省投资。管线尽可能沿公路敷设，便于施工和维护工作。（２）输水管线应尽量避免穿越铁路、公路、河流、沼泽、山谷、滑坡、洪水淹没区、侵蚀性土区及地质不良地段等。如遇上述困难情况，应权衡轻重可以考虑绕行，如必须穿越时，需要采取有效措施，保证安全供水。\n（３）输水管线的走向、平面和高程布置应符合城市或工业企业对管线的规划要求，有条件时最好沿现有道路或规划道路敷设。（４）根据发生事故时，是否允许减少水量及减少的程度，有无调节设备，管线的长短等因素。输水管可以敷设为单线或双线。为了供水可靠，还可在双线输水管间装设连通管（联络管），把管线分成几个环网，并装设闸门，控制事故断水。当输水管某段发生故障时，水流通过连通管仍能保证７５%以上的设计水量。（５）输水管应有坡度，坡度小于1%时，应每隔１０００米左右，在高处管顶装设排气阀，在低处装设排水问，以利输水通畅和方便检修。在严寒地区需要注意防止管子冻坏。\n２．干管城市给水干管的主要任务，是沿各用水区输水供应各配水管，它是敷设在各供水区主要管线。管网的定线和计算，一般限于干管。干管的定线应考虑以下的问题：（ｌ）干管应按供水的主要流向延伸，而供水流向取决于最大用水户或水塔等调节构物的位置。在供水区范围内可以布置几条并行的干管，干管间的距离视供水区域的大和供水情况而不同。（２）干管应尽可能布置在较高地位，这样可以保证用户附近配水管中有足够的压并可减低于管内压力，以增加管道的供水安全性。（３）干管的布置必须根据地区规划，沿规划道路布置，尽量避免在重要道路或高级路面下敷设。管线在路下的平面和坚面位置应符合该地区地下建筑规划的规定，这样对施工和管网的运行管理都有利。（４）干管应隔一定距离设有连接管，以保证在干管发生故障时，关闭部分管段，仍能供应大部分地区用水。（５）干管的布置还要考虑将来发展和分期建设，要留有余地．\n３．配水管和接户管配水管是把干管输送来的水量配送到接户管和消火栓上的管道，它敷设在每一条街道或工厂车间的路边上。配水管的直径由消防水量决定，通常配水管的最小管径为１００一１５０毫米，大城市用１５０～２００毫米。接户管是连接配水管与用户的管线，在城市中即为建筑物的进水管。在较大工厂中接户管进入工厂后还有厂中的配水管网。一般建筑物用一条按户管，重要或用水量较大的建筑物可用两条，并由不同方向接入，建筑内部，以增加供水的安全性。\n第三章用水量设计给水工程时，首先确定所需要供应的总水量，以便决定各种给水构筑物的规模和尺寸，其中包括：水源、取水构筑物、一泵站、原水输水管、净水厂、二泵站、净水输水管和用水区的配水管网。用水量是给水工程设计的基本数据，必须做好用水量的计算工作。第一节用水量标准用水量标准是给水工程设计的主要依据，其大小涉及的面很多，直接影响工程的投资，供水的安全、可靠和运行管理等方面。前面已经讲过用水量分为生活用水量，生产用水量和消防用水量，三种用水量各有其标准：\n１．生活用水量标准生活用水量的大小与生活水平、生活习惯、卫生设备情况、水质、水压和气候条件等因素有关。用水量标准是以每人每日用水量表示。我国南北气候及生活习惯不同，用水量相差很大，为了便于给水工程建设，国家建设部制订了全国各地区的用水量标准。如《城市给水工程设计规范》中载有用水量标准数字，把全国分成七个区，其中五个区又按给水设备的不同情况分成五类，由公共水龙头取水的最低标准到室内有集中热水供应的最高用水标准，其平均日用水量标准为20～170升／人。对新疆、青海、西藏等三个地区没有订数字，可以参照相类似地区情况确定。用水量标准是设计的基本依据，必须慎重研究，要根据具体情况，参考附近地方标准，远近期结合确定适宜的用水量标准，居住区生活用水量标准中，未包括浇洒道路及绿化用水量，这些水量应根据路面情况，绿化、气候和土壤条件等确定。浇洒道路每日2—3次，每次每平米为1～1.5升，绿地用水每日每平米为1.5～2.0升。公共建筑的生活用水量，可以参照《室内给水排水和热水供应设计规范》而定。我国农村发展很快，目前尚无用水量标准，可以参照室外给水设计规范TJ13—74表中类似生活用水量标准确定。\n\n２．生产用水量标准工业的种类很多，生产用水量各不相同，应根据生产工艺过程的要求而定。可以按每单位产命计算，如每生产一吨钢，一辆汽车等等；也可按每台生产设备每天用水量来估算。其用水量可由工艺提出，并参照有关资料确定。同时还必须指出，由于工艺生产不同，生产设备不同，用水的方式不同等原因，即使同一产品，其生产用水量也可能有不同，必须结合具体情况确定。在工业日益发展，用水量逐渐增加，供水量日感不足的情况下，除开辟新水源外，改革工艺，节省用水是大有潜力的．目前很多工业单耗用水量还很高，应挖掘这部分潜力，节约生产用水，以利生产的更大发展。３．消防用水量消防用水是灭火保安的用水量，系根据建筑情况，居住人数，以及工业企业的性质和规模等制定的。消防用水量标准和同时发生火灾的次数，国家建委和公安部订有防火规范，供参照使用．\n第二节用水量变化上面所说的用水量标准是个平均数字，实际上用水量是逐日遂时在变化着，管网的供水量应满足最高用水量的要求，因此必须研究用水量的变化情况。生活用水量是随着人的生活活动和季节的不同而变化，比如，节假日与平日，炎热于旱季节与寒冷季节等均不相同，在一日之内早晚用水量最多．在一年之内，用水最高一天的水量称为最高日用水量。在最高日内其中用水量最大的一小时用量称为最高时用水量。最高日用水量与平均日用水量的比值，称为日变化系数，其值在1.3～2.0之间。在最高日一天之内最高时用水量与其平均时用水量的比值，称为时变化系数，其值在1.3～2.5之间。这些数值是根据多方面长时间的调查研究统计分析而得到的。\n\n工业生产用水量也有变化，不是完全均匀的，例如冷却用水量就随着季节变化而有所增减。某些季节性工业，用水量的变化就更大了。当然也有些工业生产用水是较均匀的。工业用水量的变化取决于生产工艺，设备能力及产品数量等因素，可以通过调查研究，了解工艺生产情况，研究高峰用水时间，确定合理的工业用水量。用水量是设计给水管网的基本数据。设计用水量的确定，除参照国家规定的用水量标准，还应根据实际调查资料，结合具体情况以及工程设计期限并留有适当余地．设计期应根据城市或工业的发展规划，远近期结合，一次规划分期施工建设。\n第一节给水管道材料1.金属管铸铁管钢管（焊接钢管、无缝钢管）2.非金属管钢筋混凝土管、塑料管（聚乙烯管、聚丙烯管（连接方式：热熔、承插、法兰连接等））第二节给水管道零件弯头、三通、异径管、阀门等。阀门：闸阀、截止阀、止逆阀、蝶阀、球阀等第四章管道材料及管件\n\n\n闸阀球阀\n伞形齿轮传动暗杆楔式单闸板闸阀\n\n第六章给水管网管段的流量和水头损失给水管网的计算就是决定管径和供水时的水头损失，但是当D确定时，Q变化，h也随之变化。本章重点解决Q、D、h的关系问题。第一节沿线流量\n管网配水的真实情况是复杂的。所以要完全考虑所有用户用水量的实际情况是不可能的。因此需要加以简化。比流量：1）长度比流量2）面积比流量\n第二节节点流量流进每一管段的流量都是由两部分组成，一部分是沿管段配给用户的沿线流量，另一部分为转输流量。沿线流量由于沿线配水，逐渐减小，到管段终点将水配完。\n第三节管段的流量计算一、树枝网的计算二、环状网的计算第四节管径的计算一、经济流速是管网造价和送水费用最低时，对应的流速。水泵送水的功率计算公式\n二、一般确定最经济管径的公式三、管网年费用的折算值\n五.界限流量确定界限流量的条件是：相邻两个商品管径的年费用折算值相等。\n第五节管道阻力损失的计算一、选用公式时应考虑的因素1.管材2.管材的粗糙度3.管道中水的流态二、水头损失计算公式1.舍维列夫公式2.谢才公式3.巴甫洛夫斯基公式4.曼宁公式5.海曾－威廉公式\n\n\n\n\n\n\n第七章给水管网的水力计算给水管网的任务是：在各种最不利的工作条件下，满足最不利点的供水水压和水量的要求；管网供水要可靠和不间断，管网本身及与此相连接的二泵站和调节水库建造费与运行管理费之和应为最低．因此，管网水力计算的任务是在各种最不利条件下，求出管网各供水点的水压由最不利点的水压加上该点至二泵站的水头损失定出二泵站的最高扬程和相应流量，这些数据是设计二泵站的依据。\n最不利的工作情况（1）最高日最高时供水，此种情况属于正常供水时中最不利的情况．（2）最高日最高时用水量加上消防用水量，此时水量是最大，但水压不一定高，消防时管网的自由水头可以降低到10米。（3）最不利管段发生故障，此时供水量可以降低为70％，属于事故情况，其压力可能最大。（4）在设有对置水塔(或高池水库)的给水系统中．管网最大转输流向水塔的流量比最高时流出的流量还大，此段管道的水头损失增大，可能出现水压最高的情况。\n一、树枝管网的特点它的水流方向只有一个，流向任何节点的管段流量也只有一个。树枝式管网的计算是先计算主干线，后计算支线．这里有两种计算课题：1．始点水头未知，而知其终点的自由水头，如树枝式管网的干线计算。2．起点及终点的水头均已知，如支线的计算．\n第二节环状网的水力计算一、环网计算基本方程根据环网水流运动的规律，能得到环网计算的两个基本条件：1、流入任一节点的各管段流量之和等于自该节点流出的各管段流量之和再加上节点流量。设流量为Q，流入节点者为正，自该节点流出者为负，那么节点流量的代数和为零。2、在环网的任一闭合环内各管段水头损失的代数和等于零。设水头损失顺时针方向者为正，逆时针方向者为负。\n环数、节点数和管段数之间的关系：二、环式管网的计算步骤1、在既定的干管环网节点之间，分成许多管段，定出各管段的计算长度；2、按最高日最高时的流量确定供水区域内的集中流量和可假定为均匀的流量，求出比流量、各管段的沿线流量和节点流量；3、初步拟定管网中各管段的预期的水流方向，要考虑转输流量沿最短路线供至最远地区，且考虑个别管段发生故障时能互相调剂的原则；作出整个管网的流量分配，但应当满足节点流量平衡条件。4、按初步分配的流量，可用平均经济流速或经济管径与流量相关的公式确定每一管段的直径。确定管径对除满足经济条件外，还应保证转输、消防和事故时，对管网要求的水压和水量．因此，某些管段的管径耍适当放大，管径要符合市售标准规格。\n5．由于某些管段管径变化，采用了标准管径，使环网内闭合环的水头损失不能满足要求，产生了闭合差，为消除闭合差，必须将原有的流量分配逐一加以修正，使管段管径逐渐满足真实的流量，这就是环网平差计算的工作．环网平差的计算过程：(1)根据每一管段的管径．流量和管长计算每段管的水头损失hi；(2)按水流方向正负号的规范计算每一个环的闭合差；(3)当某个环的闭合差不等于零时，即没有满足水头损失平衡的条件，必须进行修正．这种修正是根据闭合差的大小和正负号定出管段流量的修正值。对闭合差等于0的环不必进行修正，(4)重新计算每个管段修正后的流量；(5)重复(1)一(4)的工作，直到每个环的闭合差值都很小时，就可以停止计算。6、利用平差计算后的各管段水头损失．各节点地形标高和最不利点要求的自由水头，计算出水泵的总扬程，并在管网图上画出等水压线；\n三、环网计算方法1、洛巴切夫法（同HardyCross法）特点：经过两次简化，采用逐次逼近方法解决平差问题。2、M.M安德列雪夫简化法特点：将闭合差符号相同的相邻环合并成大环进行平差，减少了环数和计算量；符号不同的环则先对闭合差较大的环进行平差，这时，符号不同环的闭合差也随着下降。\n四、多水源管网的计算特点大、中城市多用多水源供水，即由几个水源统一向供水区送水，这样使得供水的安全可靠性增加，当—个水源发生故障时，其它水源还能供水。水由几处向管网供水，水量分散，水头损失较小，供水范围可以较大。我国很多大城市如北京、上海、天津等都是多水源供水。多水源可以是地下水，也可以是地面水，或者是二者相结合的水源。多水源虽然水厂分散，运行管理复杂，但是如安装遥控设施，可以集中控制，能更好地满足供水要求。\n在几个水源同时向管网供水，每一个水源输入管网的流量不仅取决于管网所需的流量，并随管路的阻抗和每一个水源输入的水压而异。这种管网的计算，应该满足三个基本水力条件：1．节点流量的总和等于零，即满足节点流量平衡方程式；2．闭合环路各管段的水头损失之和等于零，即满足环路内水头平衡方程式；3．由各水源至分界线上节点间的水头损失之差等于各水源输入的水压之差。即各水源的水供至供水分界线上的水压应当相等。\n第三节输水管的计算输水管的基本任务是保证不间断输水．多数用户特别是工业企业不允许断水，甚至不允许减少水量，因此，输水管须平行敷设两条或敷设一条的水管，同时建有相当容量的蓄水池以备输水管发生故障时不致供水中断。允许间断供水或多水源的供水管网，可以设一条输水管；当远距离输水时，输水管造价高，应当慎重考虑输水管的根数问题。输水管的计算就是要确定管径、水头损失以及输水管的分段数，输水管应和管网同时平差。发生事故时，为保证通过事故要求的水量，应当将平行的输水管分成几段，每段用连通管联接。如发生事故，只关闭损坏的一段而不是将输水管的全部管线关掉，供水量不致减少的过多，分段数越多，减少的水量越少．\n第七章排水管道系统第一节污水分类及其性质生活污水、生产废水。大气降水第二节排水系统的排水体制及选择一、排水体制排水体制是指前面所述的生活污水、生产废水和降水所采取的排除方式。排水体制可分为合流制与分流制两大类，所谓合流与分流是指对污水与雨水的合与分而言。\n第七章排水管道系统第一节污水分类及其性质生活污水、生产废水。大气降水第二节排水系统的排水体制及选择一、排水体制排水体制是指前面所述的生活污水、生产废水和降水所采取的排除方式。排水体制可分为合流制与分流制两大类，所谓合流与分流是指对污水与雨水的合与分而言。\n1．合流制排水系统（1）直流式合流制诽水系统直流式合流制是将生活污水和雨水，或生活污水、与生活污水相似的工业污水及雨水合流于一条排水管中，然后不经处理即排入水量较大的水体中。（2）截流式合流制排水系统为了改善旧城市直流式合流制排水系统严重污染水体的缺点，常采用截流式合流制。这种排水系统是在沿河岸铺设一条截流干管，同时在截流干管上设置溢流井，最后排入下游污水厂。平时和初降雨时所有污水都排入污水厂进行污水处理，随着降雨量的增加，雨水迳流也增大，当流入的雨水量超过截流干管的输水能力时，既有部分混合污水通过溢流井溢流入水体中．\n二、分流制排水系统分流制排水系统是将生活污水和雨水分别以两套管道汇集输送，或生活污水、工业废水。雨水分别汇集输送时称为分流制排水系统。其中输送生活污水和工业废水的管道称为污排系统，输送雨水的系统称为雨水排水系统。1．完全分流制排水系统城市或地区设置独立的污水排水系统和雨水排水系统。2.不完全分流制排水系统城市只建污水排水系统，解决污水的输送和处理问题，不建雨水排水系统，雨水暂沿道路边沟、地面或其他水沟排入水体。3．半分流制排水系统这种排水系统既有污水排水系统，也有雨水排水系，同时雨排系统中还设有雨水跳跃井。这样可截流被污染的初期雨水，送到污水处理厂处理。\n第三节排水系统的组成和布置一、排水系统的组成1．城市排水系统城市排水系统内排水的汇集、输送．提升、处理及附属设备等所组成。(1)建筑排水管网系统(2)街坊排水管网系统(3)城币排水管网(4)排水管道系统上的附属设备(5)排水泵站(6)事故排出渠道(7)污水处理厂\n2．工业废水排水系统(1)车间内部的排水系统(2)厂区排水管系统3．雨水排水系统(1)房屋雨水排水系统(2)街坊或厂区雨水排水管渠系统二、排水系统的布置1．城市排水系统城市排水系统的平面布置，是确定排水系统各部分在设计区域平面上的位置.\n\n\n内容主要包括：管道线路的位置和走向、污水泵站、污水处理厂位置及出水口等。排水系统的平面布置是规划设计工作中的重要部分，在布置时，要仔细研究城市规划，如建筑的功能分区、竖向布置、道路系统及自然条件如河湖分布、地形地貌、水文地质．气象等；环境保护要求；少占线不占农田，尽量利用原有排水设备。要远期近期建设相结合，作到技术上先进，经济上合理，充分发挥排水系统的效益。\n排水系统的布置有下列几种形式可供选用：(1)正交式(2)截流式(3)平行式(4)分区式(5)分散式(6)区域集中式第四节排水管道材料及附属构筑物一、排水管渠材料混凝土管、钢筋混凝土管、陶土管、石棉水泥管、金属管、塑料管、陶瓷玻璃管等。\n\n\n\n\n二、排水管系统的构筑物这些构筑物包括检查井、跌水井、溢流井、跳跃井．冲洗井、倒虹吸管、雨水口、出水口及水封井等。1.检查井：主要用于检查疏通管道，同时也起到连接管段作用，在管道变径、转向、改变坡度、汇集时均应设置检查井；2.跌水井（又称消能井）：竖管式、阶梯式3.溢流井：用于污水干管与截流干管的连接；4.水封井：防爆阻燃；5.跳跃井：用于初期雨水的拦截；6.雨水口7.倒虹吸管8.出水口：一字式、八字式\n第十五章污水管网设计第一节污水管网的设计任务和资料调查一、管网的设计任务规划设计汇集和输送各种污水的设施及构筑物。管网是排水工程中工程量最大，投资最多并与城市建设其他工程关系最为密切的工程，同时也是控制污染，保护环境的重要建筑。因此污水管网的设计必须根据城市建设规划，如竖向规划、建筑功能分区．道路系统等；自然条件如地形，水文地质、河湖分布等；环境保护要求；城建投资和投资情况等，进行综合研究。\n污水管网的设计，可分阶段进行，一般工程按扩初设计和施工图设计两个阶段。在大型工程中工程技术比较复杂，可按三阶段设计，即初步设计、技术设计及施工图设计。初步设计的任务，在于解决整个工程的原则性问题。例如排水系统的服务范围、建设分期，排水系统体制，污水管网布置，泵站、污水厂，污水处理与利用，工程概算等。初步设计要进行不同方案的比较，作到技术上先进，经济上合理，选取最优方案。技术设计是在初步设计的基础上进行。它的任务是初步设计的具体化，·对各项技术问题作出具体详细的研究与决定。其中包括工艺设计、结构设计、机电设计、建筑总预算和经常管理费用的估算等。\n施工图设计是以技术设计的图纸和说明书为依据，编制施工图，使技术设计进一步细部化，以便进行备料施工。扩大初步设计是三个阶段的初步设计和技术设计的综合。有些小工程或技术较简单的工程，可用一个阶段设计，直接编制施工图设计。所以设计阶段的划分，应根据工程的不同性质，区别对待，以求实效。二、设计资料的调查1．有关明确工程任务的资料，这部分资料包括城乡与工业企业的发展规划、设计人口、建筑分区，污水水质和水量、水体的综合利用、城乡土地利用情况，主要的排水点等等。\n2.自然因素资料自然因素资料包括地形图、气象、水文、水质、地质等。3.有关工程现状资料工程现状资料包括道路、给水、地面建筑、地下建筑和地下管线等情况。4.有关工料的资料工料方面的资料包括建筑材料、管道制品、机械设备、电力供应和电费、施工力量及装备情况等。\n三.设计方案在调查的基础上即可进行设计工作。在设计时应充分考虑当地的总体规划，环保要求，远、近期分期建设。应尽量利用原有的排水工程设施，工程投资以及材料设备和施工技术等，提出对污水管道的线路、排水泵站及处理厂建设方案。方案应有两个以上，供比较选择，并提供技术先进、经济合理的推荐性方案，供上级部门参考审批之用，批准后即为本工程初步设计或扩大初步设计的依据。\n第二节污水设计流量一.生活污水量的计算二.工业废水流量的计算三.城市总的设计污水量的计算城市污水总量为城市生活污水量、工业企业生活污水量及工业废水量三者之和．即：Q＝Q1＋Q2＋Q3\n第三节污水管道系统的平面布置污水管道系统的平面布置包括划分排水流域，确定污水管线、话水泵站负担的排水区域和设置位置等。一、划分排水流域二、污水管道布置确定污水管线在平面团上的位置和流向，称为管道定线。主要考虑的因素为：地形和竖向规划、排水体制和管线数目；污水厂和出水口；水文地质；道路宽度；地下管线和构筑物；河湖和丘洼地带；以及排出大量污水的建筑分布和发展远景等。\n污水支管的平面布置的形式低边式、周边式（又称围坊式）、穿坊式。第四节污水管网的水力计算一.污水流动的特点水量、水质变化大，不是均匀流；杂质含量高，易堵塞，管道磨损大；二.污水管道断面的形式圆形、半椭圆形．马蹄形、矩形和梯形。三．水力计算的基本公式Q＝ων\n四.水力计算的数据1．管道的设计充满度表15－1最大设计充满度管径(D)或暗渠高(H)(毫米)最大设计充满度150－3000.6350－4500.7500－9000.75≥10000.8由于施工质量，管道接口情况，土壤性质和地下水位的高低等影响，可能有地下水渗入污水管内，使流量增大根据经验，一般可按管道设计污水量的10一20％估计。\n2．设计流速在TJl4—74中规定：污水管在设计充满度下，最小设计流速规定为：(1)当管径D≤500毫米时为0．7米／秒；(2)当管径0＞500毫米时为0．8米／秒。排水管渠的最大设计流速，一般规定为(1)金属管道为10米／秒；(2)非金属管道为5米／秒；(3)明渠当水深为0.4一1.0米时，可按表15－5采用。如水深在0.4一1.0米之外时，表列流速应乘以下列系数：水深＜0.4米系数为0.85水深＞1.0系数为1.25水深≥2.0米系数为1.40\n3．最小管径上游支管流量很小，按水力计算时，其管径可以很小。但管径过小，易堵塞，例如150毫米支管的阻塞次数，可以达到200毫米支管的阻塞次数的两倍。较大管径还可用较小的坡度，可使管道埋深较小。因此常规定最小管径。（1）街坊和厂区内：Dmin＝150mm;最小坡度0.007；（2）街道下：Dmin＝200mm;最小坡度0.004.4．最小坡度在重力流的情况下，水力坡降即等于水面坡度，也等于管底坡度。流速与坡度之间有一定关系，最小坡度可以根据最小流速计算出来。最小坡度是保证管道造成自清流速时的坡度。\n第五节水力计算图表一.水力计算图二.水力计算表第六节污水管的埋深和位置一、管道的埋设深度管道埋没深度有两个含意，一个是覆土厚度（最小覆土厚度），是指管道外壁顶部到地表面的距离，另一个是由管道内壁的底部到地表面的距离称为埋没深度（最大埋设深度）。污水管道的最小覆土厚度，应满足下列三种情况的要求，1．必须防止管内污水冰冻和因土壤冰冻而冻坏管道。2．必须防止管道因受地面荷载而受到破坏。在车行道下，管顶最小覆土厚度一般不小于0.7米。但当土壤冰冻线很浅，且管道保证不受外部荷载损坏时，覆土也可小于上述厚度。3．必须保证街坊污水连接管连接上的要求。\n\n第七节污水管道的衔接管道的衔接方法，常用的有二种：一为水面平接，一为管顶平接。第八节污水管道在街道上的位置第九节污水管的水力计算目的：是在输送设计地段内污水流量的条件下，经济合理地确定管道的直径、管道的坡度和埋没深度。一、设计管道的划分二、设计流量的计算\n在进行水力计算时，应仔细研究以下几个问题：1．仔细研究设计地区的控制点，控制点控制流域污水管网的最小埋深。各条管道的起点、低洼地区的某些街坊和污水出口较深的工厂或公共建筑等都需要注意。2．尽量不使污水管道埋深过大。3．自上游开始设计流量逐渐增加,设计流速也应随之增大，如流量保持不变，流速不应减小。只有在下游管内的流速不低于1.2米／秒(混凝土管)的情况下，坡度大的管道接到坡度小的管时，设计流速容许减小。4．水流汇合处，旁支管和主管中部不应产生逆流和回水。旁支管的流速不应大于主管中的设计流速。在旁支管与干管的接连点，要考虑于管已定埋深是否可以容许旁支管接入。5．为了降低检查井水头损失，检查井底部在直线管道上要严格采用直线，在转弯和交叉处要采取匀称的曲线。当充满度不超过0.6时，直线管道上的检查并不考虑损失；其他情况下，建议取为0.01米。6．在进行水力计算的同时，应绘制管道纵剖面图，便于参考地面坡度而选定管道坡度以及考虑支管是否能接入干管。7．在初步设计中，只进行干管和主干管的水力计算。在技术设计中，要进行管网中所有管段的水力计算。\n污水管道水力计算的步骤：1)在地形图上进行污水管网定线，并绘出管线的平面布置图；2)从平面图上量出各设计管段的管长，标注于平面图上；3)计算各设计管段的设计流量，4)由地形图上查出设计管段检查井的地面标高，计算管道参考坡度和埋深用；5)根据管段设计流量，参照地面坡度，估算管径，6)根据管段流量、坡度、管径，查水力计算图，求得流速和充满度，如果二者符合规定，可认为管径和坡度合适，否则需改变管径及坡度再行计算；7)按照管长和坡度计算管道两端的降落量，根据管径及充满度计算管中的水深。\n第十节污水管网平面图和纵剖面图一、平面图1、初步设计和技术设计阶段都需要平面图，初步设计的管道平面团就是管道的总平面图，图中只有干管或主干管的位置、检查井号及地面上建筑物等。2、在技术设计中，管道平面图要包括详细资料。图上除反映初步设计的要求外，还要绘出检查井的准确位置和标高，地下设施和各种管线及交叉位置，地面设施包括人行边道、房屋界线、电杆、街边树木等。平面图纸比例尺，通常用500一2000分之一。\n二、纵剖面图纵剖面图表示管道沿程管线的高程位置，它和平面图是相互对应的。工程较小，地形．地物比较简单的污水管道工程中，把设计管的管径、坡度、管长、检查井的标高以及交叉部位等注明于平面图，也可不绘制纵剖面团。较大工程中，情况比较复杂，必须绘制纵剖面图以明确管道的高程情况。图中包括地面标高线、管道标高线，检查井及支管接入位置，管径和标高等；其他地下管线或地下设施的位置和标高；沿线地质钻孔位置和地质情况等。纵剖面图的比例尺，常采用水平方向为500一2000分之一，垂直方向为50一200分之一。\n第十六章雨水管(渠)道的设计第一节概述雨水管道排水系统包括雨水口、雨水管道、检查井、排洪沟和出水口等主要部分。雨水管(渠)道设计的主要内容包括：1．确定排水系统方案；2．确定当地的暴雨强度公式或暴雨强度曲线；3．划分排水流域，进行雨水管(渠)道的定线；4．划分设计管段，计算各管段雨水设计流量；5．进行管道水力计算与高程计算，确定管径、坡度、标高及埋深；6．绘制管(渠)道的平面图及纵剖面图。\n第二节雨量分析一、我国各地降雨的特点二、雨量分析的几个要素降雨现象的分折，是用降雨量、降雨强度、降雨历时、降雨面积和重现期等因素来表示降雨的特征。1．降雨量和降雨历时2.降雨强度和降雨面积降雨强度是描述降雨的重要指标，强度越大，雨越猛烈。在一场暴雨中，强度是随降雨历时变化的，降雨历时越短，暴雨强度越大。3．降雨的重现期某种强度的暴雨出现一次的间隔时间（按年计），称为重现期。三．暴雨强度曲线\n四、暴雨强度公式1．根据自记雨量记录推求暴雨强度公式常用的暴雨强度公式的型式如下：式中i－降雨强度(毫米／分钟)q－降雨强度(对秒·万米2)t－降雨历时(分钟)P－重现期(年)Al、b、C、n为参数、根据当地雨量资料的分析求得．\n第三节雨水沟道设计流量的确定一、径流系数降落在地面上的雨水只有一部分沿地面流入雨水沟道，这部分雨水称做径流。其余的雨水有一部分渗入土壤一部分蒸发，另一部分为地面洼地所截留。径流量只是雨水量的一部分，二者之间的比称做径流系数，其值小于1。影响径流系数的因素很多，最主要的是流域的地面性质。地面上的种植情况，对径流有很大的影响。土壤的渗水能力也是影响径流系数的一个因素。径流系数也受地面坡度的影响，地面坡度愈大，流入雨水道的水量愈多，因此径流系数也大。径流系数受降雨历时的影响，降雨时间愈长，地面已经湿透，渗入地下的水量就极少，因而流入雨水道的水量就愈多。同时径流系数还受降雨强度的影响，暴雨的径流系数比小雨的径流系数大。\n各种地面径流系数值地面种类径流系数各种房屋面，混凝土和沥青路面0.90大块石铺砌的路面和沥青表面处理的碎石路面0.50级配碎石路面0.45干砌砖．石和碎石路面0.40非铺砌土路面0.35公园或绿地0.15由于影响因素很多，要精确地求定径流系数值是很困难的。目前在雨水道的设计中，径流系数通常采用按地面覆盖种类确定的经验数值。\n在城市和工业区的设计中，由于汇水面积较大，且建筑物分布的差异也较大，这时宜分成不同种类型的小区，如商业区、工业区、居住区、文教区等等，分别进行径流系数的计算。各区的汇水面积是由各种性质的覆盖地面所组成，随着它们占有面积的比例的变化径流系数也改变。因此，整个汇水面积上的乎均径流系数是按各类地面面积用加权平均法计算而求得。式中fi－汇水面积上各类地面的面积；Ψi－与各类地面相应的径流系数，F－全部汇水面积。\n二、雨水沟道设计流量公式或\n雨水道设计的极限强度理论包括两部分内容：(1)当汇水面积最大、最远点的雨水流到设计断面时雨水道的设计流量是最大的；(2)当降雨历时等于集水时间(就是汇水面积上最远点的水流到设计断面的时间)，雨水沟道需要排除的水量是最大的：因此，雨水道的设计流量，应根据最远点的雨水流到设计断面的集水时间来计算，这项集水时间可使之等于降雨历时。即假定设计流量公式中的л0和雨量公式中的t相等,在这二个时间相等的条件下，雨水道所要排除的水量是最大的，这种计算雨水沟道设计流量的方法，称作极限强度法。\n在设计雨水道的实际工作中，可能遇到这种情况：按降雨历时等于全部汇水面积最远点的渠水时间计算出的雨水流量小于实际流过设计断面的最大流量，例如：（1）当排水地面的形状不规则时；（2）当排水面上的建筑物分布不均匀时；（3）当排水地面的坡度起伏剧烈时。在这些情况下，为了要得出实际的最大流量，必须进行核算。\n三、管段设计流量四、设计重现期的确定在雨水沟道的设计中，应根据工程的性质，经济合理地确定设计采用的重现期。重现期确定的是否适宜，不仅影响工程的投资而且还影响使用的安全。雨水沟道设计重现期大致分为八级，即：0.25、0.33、0.5、1、2、3、5及10年，我国《室外排水设计规范》规定，设计重现期选用范围一般为0.33-3年。影响确定重现期的因素有：汇水地区的性质(如广场、于道、工厂或居住区)，地形的特点(平原、丘陵、盆地)；汇水面积的大小；短期积水所引起损失的大小等等。\n五、集水时间的确定雨水沟道设计管段的集水时间通常包括两部分：(1)地面集水时间：是指雨水从集水面积内最远点流至雨水口所需时间。(2)管内流行时间：是指雨水从雨水道设计管段的起点流至设计管段终点所需的时间。六、特殊情况雨水设计流量的确定(1)汇水面积的平面形状极不规则，前部狭长，后部广阔，汇水面积F不是随降雨历时t的增加而均匀增长此时就有可能构成特殊情况；(2)汇水面积内地面坡度变化较大，前部乎坦，后部较陡，汇水面积内地面坡度是不均匀的，也会构成特殊情况；(3)汇水面积内各部分径流系数有显著的差别，同样也会构成特殊情况。\n七、雨水沟道的径流调节\n第四节雨水管(渠)系统的设计与计算雨水管(渠)系统的设计内容主要是：(1)根据当地实际情况确定各种基本数据，包括雨量曲线或雨量公式，重现期，集水时间，径流系数和设计流量等；(2)就设计地区划分排水流场；(3)雨水管(渠)道的定线；(4)雨水出水口和泵站位置的决定；(5)雨水管(渠)系统的水力计算；(6)雨水管(渠)道平面图及纵剖面图的绘制。\n一、雨水管(渠)系统的设计原则1．利用地形就近排入水体；2．采用明渠或暗管的考虑；3．必须考虑建设排洪沟或截水沟，以排除设计地区以外的雨洪水；4．雨水沟道干线和总干线应设在排水地区的低处；5．要结合街区内部的规划来考虑雨水管道的定线；6．雨水不应漫过路口。\n二．雨水管(渠)系统的设计步骤三、雨水管(渠)的水力计算1．水力计算的设计数据为了使雨水管(渠)正常工作，避免发生淤积、仲刷或其他不正常的现象，对雨水管(渠)水力计算的基本数据作以下规定：(1)设计充满度雨水管道均按满流条件设计，即h／D＝1。明渠应有不小于0.2米的超高。(2)设计流速雨水管道的设计也必须考虑流速的最低值和最高值。\n(3)最小坡度(4)最小管径(5)雨水沟道的断面水力计算中应注意的问题(a)在水力计算中，如果发现下游管段的流量小于上游管段的流量，这显然是不合理的．此时，就耍分析产生此现象的原因，应进行分析、核算，使下游设计管段的流量大于或等于上游管段．(b)管径与流速应从上游往下游逐渐增加，如果下游设计管段的管径与流速小于上游管段，就要分析原因，加以纠正。(c)选择设计管径的输水能力应等于或略大于设计流量，否则，应调整坡度或改变设计管径．(d)雨水管道采用管项平接，管径变化是在检查井内使管顶平连接。(e)雨水干管系统的干管起点埋深，应当考虑土壤的冰冻深度、地面荷载，水位及支管接入的可能性等条件后确定．\n