市政排水管道工程 53页

5市政排水管道工程本章学习目标：1.了解排水系统的分类，熟悉各排水系统的组成，掌握排水系统的6种布置形式；2.熟悉排水体制的选择，掌握合流制排水系统及分流制排水系统；3.掌握各类污水设计流量的计算；4.了解污水管道水力计算的设计参数，熟悉各参数的确定原则；5.掌握污水管道计算方法6.了解对排水管材的要求，熟悉各类管材的特点；7.了解排水管道系统的附属构筑物，熟悉各构筑物的结构特点；8.熟悉雨量分析要素，掌握暴雨强度曲线意义及暴雨强度计算公式；9.了解雨水管网系统的平面布置原则10.了解雨水管道设计流量参数的确定，掌握雨水系统设计计算步骤；11.熟悉合流制排水管道的水力计算5.1排水系统的组成和布置5.1.1排水系统的组成排水系统是指收集、输送、处理、利用废水以及把废水排入水体的所有工程设施的总称。包括城市污水、工业废水和雨水等排水系统。5.1.1.1城市污水排水系统城市污水是指排入城镇污水管道的生活污水和工业废水。城市污水排水系统由五部分组成，包括室内污水管道系统和设备、室外污水管道系统、污水泵站及压力管道、污水厂、出水口及事故排出口。如图5-1所示。\n图5-1城市污水排水系统总平面示意图Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ—排水流域1—干管2—排水流域分界线3—城市边界4—支管5—工厂6—主干管7—总泵站8—事故排出口9—压力管道10—城市污水厂11—出水口（1）室内污水管道系统和设备其作用是收集建筑物内的生活污水并将其排至室外居住小区或街坊水管道中去。住宅及公共建筑内，各种卫生设备是生活污水排水系统的起始设备，是人们用水和承受污水的容器。生活污水从这里经水封管、横支管、立管和出户管等室内管道系统流入室外居住小区管道系统。（2）室外污水管道系统该系统分布在地面以下，依靠重力将污水输送至泵站、污水厂或水体。由居住小区或街坊管道系统、街道管道系统及附属构筑物组成。①居住小区或街坊管道系统居住小区管道系统是指敷设在居住小区内连接建筑物出户管的污水管道系统。街坊管道系统是指敷设在一个街坊地面以下，并连接一群房屋出户管或整个街坊内房屋出户管的管道系统称。②街道污水管道系统敷设在街道下用以排除居住小区或街坊管道流来的污水。在市区内它由支管、干管和主干管等组成。支管承接居住小区干管或街坊污水管道流来的污水；按分水线将排水区界划分成几个排水流域，各排水流域内，干管汇集输送由支管流来的污水，常称流域干管；主干管则是汇集输送由两个或两个以上干管流来的污水，\n并将污水输送至总泵站、污水厂、出水口等的管道。③附属构筑物包括检查井、跌水井、倒虹管等。（3）污水泵站及压力管道污水一般以重力流排除，但常因受到地形等条件限制而欲将污水提升到高处时，此时需设置泵站。泵站分为局部泵站、中途泵站和总泵站等，如图5-2a)、b)、c)所示。因设置了泵站，则需相应的压力管道，即压送泵站出来的污水至高地自流管道或污水厂的承压管段。a)b)c)图5-2污水泵站的设置地点a)中途泵站b)局部泵站c)终点泵站（4）污水处理厂指供处理和利用污水、污泥的一系列构筑物及附属构筑物的综合体。城市污水厂一般设置在城市河流的下游地段，与居民点和公共建筑保持一定的卫生防护距离。（5）出水口及事故排出口出水口是指污水排入水体的渠道和出口，与接纳废水的水体连接。事故排出口是指在污水排水系统的中途所设置的辅助性出水渠，一般设置在某些易于发生故障的组成部分前面（例如在总泵站前设置）。当发生故障时，污水将通过事故排出口直接排入水体。5.1.1.2工业废水排水系统工业废水排水系统是由车间内部管道系统和设备、厂区管道系统、污水泵站及压力管道以及废水处理站组成的。（1）车间内部管道系统和设备用于收集各个生成设备排出的工业废水，并将废水排至车间外部的产区管道系统中。\n（2）厂区管道系统敷设在工厂内、车间外，用于汇集并输送各车间排除的工业废水。应根据废水的性质将其排入到城市污水管网、水体或厂区废水处理厂进行处理或利用。若废水水质较好且符合《室外排水规范》规定的排放标准，可直接排入水体；若废水性质符合《室外排水规范》中的相应规定，可将工业废水直接排入城镇排水管道中，与城镇污水合并在城镇污水厂处理后排放水体；若不符合相应规定，则应在厂区的废水处理站处理后排放水体。（3）污水泵站及压力管道在地形需要时设置。（4）废水处理站供处理和利用废水及污泥的一系列构筑物及附属构筑物的综合体。（5）出水口5.1.1.3雨水排水系统该系统由建筑物的雨水管道系统和设备、街坊小区或厂区雨水管道系统、街道雨水管道系统、排洪沟和出水口等构成。降落在地面的用雨水口收集；降落在屋面上的雨水由天沟或雨水斗收集，通过落水管输送至地面，同降落在地面上的雨水一起形成地表径流，然后通过雨水口收集流入街坊小区、厂区或街道的室外雨水管道系统，通过出水口排入附近水体。雨水一般既不处理也不利用，直接就近排入水体。除非必要，否则一般应尽量不设或少设雨水泵站。5.1.2排水系统的布置形式排水系统的平面布置是结合地形、竖向规划、污水厂位置、土壤条件、河流情况、污水种类和污染程度等因素而定。其中地形是影响布置形式的主要因素，从该角度出发，介绍以下几种布置形式。（1）正交式布置各排水流域的干管以最短距离沿与水体垂直相交的方向布置（如图5-3a）所示），适用于地势向水体适当倾斜的地区。此种布置形式干管长度短、管径小，造价经济实惠且污水排出迅速，但由于污水未经处理直接排放，易污染水体，影响环境。因此，常适用于排除雨水。\n（2）截流式布置以正交布置为基础，沿河岸再敷设主干管，并将各干管的污水截流送至污水厂的布置形式（如图5-3b）所示）。该布置形式可减轻水体污染，适用于分流制污水排水系统，也适用于区域排水系统。（3）平行式布置在地势向水体有较大倾斜的地区，为了避免因主干管坡度和管内流速过大，而使干管受到严重冲刷，可采用干管与等高线或水体基本平行，主干管与等高线或水体成一定倾斜角度敷设的方式，此种布置形式即平行式布置（如图5-3c）所示）。（4）分区式布置对于排水区地势高低相差很大，污水不能靠重力流至污水厂的地区，可采用分区式布置（如图5-3d）所示）。高地势地区的污水靠重力流直接进入污水厂，而低地势地区的污水则靠泵站提升至高地势地区干管或污水厂。此种布置形式能充分利用地形排水，节省能源，但只能用于个别阶梯地形或地形起伏很大的地区。（5）分散式布置当城市周围有河流，或城市中央部分地势高并且地势向周围倾斜的地区，各排水流域的干管常采用辐射状分布，各排水流域均具有独立的排水系统，即为分散式布置（如图5-3e）所示）。其优点是干管长度短、管径小、埋深浅等，但污水厂和泵站的数量较多，因此较有利于在地势平坦的大城市中布置。(6)环绕式布置基于分散式布置，沿城市四周布置主干管，把各干管的污水截流送至污水厂的布置形式为环绕式布置（如图5-3f）所示）。采用此种布置形式，通过建造大型污水厂可节省用地和减少投资。在现实的排水工程中，由于地形复杂等多方面原因，通常是根据当地条件，因地制宜地采用综合布置形式。并逐步发展为区域综合治理，从而控制水污染，来达到保护和改善环境的目的。\na)b)c)d)e)f)图5-3排水系统的布置形式a)正交式；b)截流式c)平行式d)分区式e)分散式f)环绕式1—城市边界2—排水流域分界线3—干管4—主干管5—污水厂6—出水口7—污水泵站5.2排水系统的体制及选择5.2.1排水系统的体制5.2.1.1排水分类城镇居民的生活和生产过程中使用的水由于\n受到不同程度的污染，改变了原有的成分，故称为污水或废水，此外还包括雨水及冰雪融化水。可按照污水来源的不同，将其分为生活污水、工业废水和雨水三类。（1）生活污水即居民日常生活中排出的废水，包括从厕所、浴室、厨房、食堂等处排出的水。生活污水中含有大量的有机物质、肥皂和合成洗涤剂、病原微生物等，故这类污水需经处理后才能排入水体、灌溉农田或再利用。（2）工业废水即是在工业企业的生产过程中排出的水，包括生产废水和生产污水两类。生产废水是在生产过程中未受污染或受轻微污染以及水温稍有升高的工业废水；生产污水是在生产过程中被污染的工业废水，还包括水温过高，排放后造成热污染的工业废水。前者一般需经某些简单处理后或不需经过处理，即可重复使用或直接排入水体；后者大都需经适当处理后才可重复使用或排放。（3）雨水这类水所含杂质主要是无机物，对环境危害较小，但径流量大，若不及时排除会使居住区和工业区等遭受淹没，或者交通受阻。通常暴雨水的危害最严重，是排水的主要对象之一；街道冲洗水和消防水的性质与雨水相似，也并入雨水。且不需要处理，可直接就近排入水体。（4）城市污水即指排入城市污水系统的生活污水和工业废水，是一种混合污水。其性质随各种污水的混合比例以及污水中污染物质特性而不断变化，需经过处理后才能排入水体、灌溉农田或再利用。5.2.1.2排水体制生活污水、工业废水和雨水既可采用同一个管道系统来排除，又可采用两个或两个以上各自独立的管道系统来排除，这种污水的收集和输送方式称为排水制度，又称排水体制。包括合流制和分流制两种基本方式。（1）合流制排水系统合流制是用同一个管道系统收集和输送污废水的排水方式，可分为直排式合流制和截流式合流制排水系统。直排式合流制排水系统是将混合污水不经任何处理就近排入水体，严重污染受纳水体，不宜采用。截流式合流制排水系统是\n在临河岸边建造截流干管，并在合流干管与截流干管相交前或相交处设置溢流井，同时在截流干管下游设置污水厂。晴天和降雨初期时，所有污水被输送至污水厂处理后排入水体；降雨量的增加而引起雨水径流也增加时，混合污水的流量超过截流干管的输水能力后，就有部分混合污水经溢流井溢出直接排入水体，如图5-4所示。若可保证受纳水体不遭受污染时，可采用此种排水系统；但若雨量大时，会有部分混合污水未处理直接排放，将严重污染受纳水体。如图5-4截流式合流制排水系统1—合流干管2—截流主干管3—溢流井4—污水处理厂5—出水口6—溢流出水口（2）分流制排水系统该系统是将生活污水、工业废水和雨水分别在两个或两个以上各自独立的管道内排除，分为排除生活污水和工业废水的污水排水系统，以及雨水排水系统，如图5-5所示。如图5-5分流制排水系统1—污水干管2—污水主干管3—污水处理厂4—出水口5—雨水干管\n根据排除雨水方式的不同，分流制排水系统又分为完全和不完全分流制排水系统。前者具有污水排水系统和雨水排水系统；而后者只具有污水排水系统，雨水沿天然地面、街道边沟、水渠等原有渠道系统排泄，或通过修建部分雨水管道来补充原有渠道系统输水能力的不足，待条件满足后再修建雨水排水系统，使其转变成完全分流制排水系统，如图5-6a)、b)所示。a)b)图5-6完全分流制及不完全分流制a)完全分流制b)不完全分流制1—污水管道2—雨水管道3—原有管道4—污水厂5—出水口老城区一般采用合流制，新城区或城市的新建部分一般采用分流制。在一个城市中，有时合流制和分流制并存。5.2.1.3排水体制的选择排水体制的选择是城市排水管道系统规划和设计的重要问题。不仅对城市的规划和环境保护影响深远，也影响排水管道系统的设计、施工和维护管理，以及排水管道系统的工程总投资、初期投资和维护管理费用。下面从不同角度进行分析比较：（1）环境保护方面采用合流制将城市的生活污水、工业废水和雨水全部截流至污水厂，经处理后再排放，可防止水体污染，但截流主干管的尺寸很大，污水厂的容量过高，建设费用也相应地增高。采用截流式合流制可降低截流主干管的尺寸和污水厂的容量，但雨天仍有部分混合污水通过溢流井直接排入水体，使受纳水体遭受严重的周期性污染。\n分流制是将城市污水全部输送至污水厂进行处理，其水质和水量变化小，有利于污水厂运行管理，但初降雨水未经处理就直接排入水体，也会对受纳水体造成污染。但分流制比较灵活，容易适应社会发展的需要，是城市排水系统体制发展的方向。（2）造价方面据经验数据表明，合流制排水管道系统的造价比完全分流制一般要低20%～40%，但其泵站和污水厂却比分流制的造价高。由于管道造价在排水系统总造价中占70%~80%，所以从总造价来看完全分流制一般要比合流制高。而不完全分流制因初期只建污水排水系统，可节省投资，缩短工期，发挥工程效益也快。因此，我国许多城市的居住区和工业区均采用不完全分流制排水系统。（3）维护管理方面合流制管道中晴天时污水是非满流，雨天时接近或达到满流，因晴天时合流制管道内流速较低，易产生沉淀，但沉淀物在暴雨时易被雨水冲走，此时合流制管道的维护管理费用可以降低。但晴天和雨天时进入污水厂的水质水量变化很大，增加了污水厂运行管理的复杂性。分流制系统可以保持管内的流速，不致产生沉淀，同时，进入污水厂的水质和水量变化比合流制小，便于污水厂的运行管理。总之，排水系统体制的选择，应从全局出发，根据城市规划、环境保护要求、污水利用情况、原有排水设施、水质、水量、地形、气候和受纳水体等条件，在满足环境保护的前提下，通过技术经济比较，综合考虑确定。5.3排水管网系统的设计步骤与设计流量的确定排水系统主要有分流制与合流制两种，其中分流制系统的设计包括污水管道系统和雨水管道系统的设计；合流制排水系统包括合流干管与截流主干管的设计。5.3.1污水管道系统的设计1管道定线：根据地形地质条件、污水厂位置及管道规划设计原则，依次确定主干管、干管及支管的位置与敷设方向。2划分干管与支管的服务面积，进行编号，同时计算各服务面积的大小3确定干管、支管及检查井的位置与编号，并计算管道总长度及各设计管段长度。\n4计算各管段的设计流量5进行管道的水力计算6绘制管道的平面及剖面图5.3.2污水设计流量的确定污水管道及其附属构筑物能保证通过的污水最大流量称为污水设计流量。通常以设计期限终期的最大日最大时流量作为设计流量，其单位为L/s。流量的设计是污水管道系统设计的首要任务，其包括生活污水设计流量和工业废水设计流量。设计规划的年限要适中，年限过长，则不易切合实际；过短，则易很快满负荷或超负荷，造成重复建设的浪费。一般分为短期5～10年和长期10～20年。5.3.2.1生活污水设计流量生活污水设计流量包括居住区居民生活污水设计流量、大型公共建筑生活污水设计流量和工业生产区生活污水设计流量。（1）居住区居民生活污水设计流量Q1计算公式如下：（5-1）式中Q1————居住区生活污水设计流量，L/s；n————居住区生活污水定额，L/(cap·d)；N————设计人口数；Kz————生活污水量总变化系数。①居民区生活污水定额该定额与居民生活用水定额、居住区给水排水系统的完善程度、气候、居住条件、生活习惯、生活水平及其他地方条件等诸多因素有关，包括居民生活污水定额和综合生活污水定额。前者指居民每人每天日常生活中洗涤、冲厕、洗澡等产生的污水量[L/(cap·d)]；后者指居民生活污水和公共设施（包括学校、机关办公室、娱乐场所、宾馆、商业网点等地方）排出污水的总和[L/(cap·d)]。\n居民生活污水定额和综合生活污水定额应根据当地采用的用水定额，并结合建筑内部给排水设施水平和排水系统普及程度等因素确定。一般地区可按当地用水定额的80%计，对于给排水系统完善的地区可按90%计。实际设计时，为简化计算，有些设计部门将市区内的污水量按比流量计算，即从单位面积上排出的日平均污水流量，以L/(s·104m2)或L/(s·ha)表示。该值是根据人口密度和居民生活污水定额等情况定出的一个单位居住面积上排出的污水流量综合性指标。②设计人口数即污水排水系统设计期限终期居住区居民的人口数，作为计算污水设计流量的基本数据，取决于城市和工业企业的发展规模。计算公式如下：（5-2）式中N————设计人口数，人；p————人口密度，单位面积上的居民数，人/104m2；F————排水区域的面积，104m2。人口密度分为总人口密度与街坊人口密度。若所用的地区面积包括街道、公园、运动场、水体等在内时，称总人口面积；若所用的面积为街坊内的建筑面积，即为街坊人口密度。规划或初步设计时，应根据总人口密度计算污水量；而技术设计或施工图设计，需要计算各管段所承受的污水量时，一般采用街坊人口密度来计算。③生活污水量总变化系数由于居民区的生活污水量标准是一个平均值，而实际生活中，污水量是在不断变化的，因此引入变化系数（日、时、总变化系数）来表示污水量的变化程度。a日变化系数Kd：一年中最大日污水量与平均日污水量的比值；b时变化系数Kh：最大日最大时污水量与该日平均时污水量的比值；c总变化系数Kz：最大日最大时污水量与平均日平均时的污水量的比值。三者关系为：（5-3）总变化系数值可按下表查的：\n表5-1生活污水量总变化系数污水平均日流量/L/s≤5154070100200500≥1000总变化系数Kz2.32.01.81.71.61.51.41.3注：1.当污水平均日流量为中间数值时，总变化系数用内插法求的；2.当居民区有实际生活污水量变化资料时，可按实际数据采用。总变化系数与平均流量之间的关系为：（5-4）（2）公共建筑生活污水设计流量Q2某些大型公共建筑的生活污水量比较大，例如宾馆、饭店、医院、学校、公共浴池等，设计时，常将这些建筑的污水量作为几种污水量单独计算。计算方法应按《建筑给水排水设计规范》（GB50015--2003）的规定进行计算。（3）工业企业生活污水设计流量Q3（5-5）式中Q3————工业企业生活污水和淋浴污水设计流量，L/s；A1————一般车间最大班职工人数，人；B1————一般车间职工生活污水定额，以25L/（人·班）计；K1————一般车间生活污水量时变化系数，以3.0计；A2————热车间和污染严重车间最大班职工人数，人；B2————热车间和污染严重车间职工生活污水量定额，以35L/（人·班）计；K2————热车间和污染严重车间生活污水量时变化系数，以2.5计；C1————一般车间最大班使用淋浴的职工人数，人；D1————一般车间的淋浴污水量定额，以40L/（人·班）计；C2————热车间和污染严重车间最大班使用淋浴的职工人数，人；D2————热车间和污染严重车间的淋浴污水量定额，以60L/（人·班）计；T————每工作班工作时数，h；淋浴按1h计。\n5.3.2.2工业废水设计流量Q4（5-6）式中Q4————工业废水设计流量，L/s；m————生产过程中每单位产品的废水量标准，L/单位产品；M————产品的平均日产量，单位产品/d；T————每日生产时数，h；Kz————总变化系数。工业废水量标准是指生产单位产品或加工单位数量原料所排出的平均废水量。该标准取决于产品种类、生产工艺、单位产品用水量以及给水方式等，各个工厂的工业废水量标准有很大区别，《污水综合排放标准》（GB8978-1996）对部分行业最高允许排水定额作了明确规定。一般情况下，工业废水量的日变化较小，日变化系数可取1，而时变化系数则可通过实测废水量最大的一天各小时流量计算确定。一些工业企业废水量的时变化系数如表5-2所示。表5-2工业企业废水量的是变化系数工业类别冶金化工纺织食品皮革造纸时变化系数1.0～1.11.3～1.51.5～2.01.5～2.01.5～2.01.3～1.85.3.2.3城市污水管道系统设计总流量城市污水管道系统设计总流量为居住区居民生活污水设计流量Q1、公共建筑生活污水设计流量Q2、工业企业生活污水设计流量Q3及工业废水设计流量Q44部分之和：（5-7）\n此计算方法的前提是假定各种污水在同一时间出现最大流量，对于管道设计理论上是合理的，但实际上各种污水的高峰流量可能相互错开而得到调节，假定的情况出现的概率非常小。若按此种方法设计，将会在污水泵站及污水厂的设计中产生巨大浪费，因此，以各种污水混合后的最大时流量作为上述两者的设计流量才是经济合理的。5.4污水管道的水力计算5.4.1污水管道中污水流动的特点通常污水靠重力流动，由支管流入干管，之后汇流于主干管，最终流入污水处理厂。污水的分布类似河流，呈树枝状，与给水管网的环流贯通截然不同。污水中含有一定量的悬浮物及有机物和无机物，悬浮物或漂浮于水上，或悬浮于水中，或沉积在管底内壁；有机物和无机物则按比重的不同分布在水流断面上。由于以上原因导致污水与清水的流动有所不同，但污水中水分一般占99%以上，所含悬浮物很少，因此可假定污水的流动遵循一般流体流动的规律，即假定管道内水流是均匀流，工程设计是仍按水力学公式计算。5.4.2水力计算的基本公式污水管道水力计算是为了合理、经济地选择管道尺寸，坡度和埋深。为简化计算，排水管道的水力计算采用均匀流公式，如下所示：流量公式为：（5-1）流速公式为：（5-2）式中Q————流量（m3/s）；ω————过水断面面积(m2)；υ————流速（m/s）；R————水力半径（过水断面面积与湿周的比值，m）;I————水力坡度（等于水面坡度，也等于管底坡度）；C————流速系数或称谢才系数。通常（5-3）（5-4）\n式中n————管壁粗糙系数。n值根据管壁材料确定，见表5-1。混凝土和钢筋混凝土污水管道粗糙系数一般采用0.014.表5-1排水管道粗糙系数管道种类n值陶土管0.013混凝土管、钢筋混凝土管0.013～0.014石棉水泥管0.012铸铁管0.013钢管0.012水泥砂浆抹面渠道0.013～0.014管道种类n值浆砌砖渠道0.015浆砌块石渠道0.017干砌块石渠道0.020～0.025土明渠0.025～0.030木槽0.012～0.0145.4.3污水管道水力计算的设计参数由水力计算公式可知，设计流量与设计流速及过水断面面积有关，而流速则与管壁粗糙系数、水力半径及水力坡度有关。为了保证污水管道的正常运行，《室外排水设计规范》（GBJ14-87/1997）中对这些因素综合考虑，提出如下的计算控制参数。5.4.3.1设计充满度在设计流量下，污水在管道中的水深h与管道直径D的比值（h/D）称为设计充满度，如图5-7所示。该值表示污水在管道中的充满程度。当h/D=1时称为满流；h/D＜1时称为不满流。我国按不满流进行设计，其最大设计充满度的规定如表5-2所示。\n图5-7充满度示意图表5-2最大设计充满度管径（D）或暗渠高（H）/mm最大设计充满度（h/D）或（h/H）200～3000.60350～4500.70500～9000.75≥10000.80注：在计算污水管道充满度时，不包括淋浴或短时间内突然增加的污水量，但当管径小于或等于300mm时，应按满流复核。这样规定是为了确保流量变化的安全，而且有利于管道通风，便于管道的疏通和维护管理。虽有些国家污水管道按满流设计，但此时还应包括雨水和地下水的渗入量。5.4.3.2设计流速即与设计流量、设计充满度相应的水流平均速度。若污水流动缓慢，则其中的悬浮物等杂质宜沉淀淤积；若流速太快，则可能对管壁产生冲刷。为防止上述两种情况的发生，《室外排水设计规范》规定了污水管道的最小和最大流速，则污水管道的流速应在两者范围内。最小设计流速是保证管道内不致发生淤积的流速。根据我国实际情况，并结合国外经验，污水管道的最小设计流速定为0.6m/s。含有金属、矿物固体或重油杂质的生产污水管道，最小设计流速宜适当加大，且应根据试验或运行经验确定。最大设计流速是保证管道不被冲刷损坏的流速。该值与管道材料有关，通常金属管道的最大设计流速为10m/s，非金属管道的最大设计流速为5m/s。5.4.3.3最小设计坡度\n污水管道系统设计时，通常要使管道埋设坡度与设计地区地面坡度一致，应注意的是为防止管道内杂质沉淀，管道坡度所造成的流速应该大于或等于最小流速。因此，最小设计坡度指的就是相应于最小设计流速时的管道坡度。在给定设计充满度的情况下，管径越大，相应的最小设计坡度值也就越小。所以只需规定最小管径的最小设计坡度值即可。我国《室外排水设计规范》规定：管径为200mm时，最小设计坡度为0.004；管径为300mm时，其值为0.003。5.4.3.4最小管径通常污水管道系统的上游污水设计量很小，若根据流量计算，则管径很小，但管径过小极易造成堵塞，并增加了管道的清通次数，给用户带来不便；若采用较大管径则可选用较小的设计坡度，使管道埋深减小。因此，常规定一个允许的最小管径。我国《室外排水设计规范》规定：在街坊和厂区内的最小管径为200mm，在街道下的最小管径为300mm。管道设计过程中，若计算设计流量小于最小管径、最小设计坡度及充满度为0.5时可以通过的流量时，此管段称为不设计管段。设计时不再进行水力计算，而直接采用最小管径和最小坡度即可。5.4.4污水管道的埋设深度即指管道内壁底部距离地面的垂直距离。管道顶部距离地面的垂直高度称为覆土厚度，如图5-8所示。管道的造价与四个主要因素有关，即管材、管径、施工现场地质条件和管道埋设深度。图5-8管道埋深示意图为了降低造价，管道的埋设深度要求越小越好，但不能过小，其覆土厚度有一个最小的极限，称为最小覆土厚度，其值的确定应满足如下要求：\n（1）防止管内污水和土壤冰冻膨胀而损坏管道据实测可知，污水水温即使在冬季也不会低于4℃，且管道有一定的坡度，内部污水具有一定的流速，故管内污水及周围泥土不会解冻，没有必要将整个污水管道埋设在冰冻线以下。我国《室外排水设计规范》规定：无保温措施的生活污水管道或水温与生活污水接近的工业废水管道，管底可埋设在冰冻线以上0.15m；有保温措施或水温较高的管道，管底在冰冻线以上的距离可以加大，其数值应根据该地区或条件相似地区的经验确定。（2）防止管道因地面荷载而破坏埋设的管道承受其上覆盖土壤的静载荷及地面上车辆运行产生的动载荷。因此，其上必须有一定的覆土厚度，具体数值取决于管材强度、地面载荷大小及在和的传递方式等因素。《室外排水设计规范》规定：在车行道下，污水管道最小覆土厚度不宜小于0.7m。（3）满足街坊污水连接管衔接的要求要使城市住宅及公共建筑内产生的污水顺畅排入街道污水管网，各部分管道的埋设深度关系如图5-9所示。一般污水出户管的最小埋深采用0.5～0.7m，街坊污水管道起点最小埋深为0.6～0.7m。因此街道管网起点的最小埋深为：（5-5）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（m）；L————街坊污水管和连接支管的总长度（m）；Z1————街道污水管起点检查井处地面标高（m）；Z2————街道污水管起点检查井处地面标高（m）；————连接支管和街道污水管的管内底高差（m）。\n图5-9街道污水管最小埋深示意图对于某一个具体的管道，若从上述三方面出发，可得到三个不同的管底埋深或管顶覆土厚度值，此时应取其中最大的值作为该管道的允许最小埋设深度或最小覆土厚度。5.4.5污水管道的衔接在污水管道的管径、高程、坡度、方向发生变化及支管接入的地方需设置检查井，并且需考虑检查井内上下游管道衔接时的高程关系问题。管道的衔接在检查井内进行，遵循的原则如下：（1）尽可能提高下游管段的高程，从而减少管道埋深，降低造价；（2）避免上游管段中形成回水造成淤积。衔接方法分为水面平接和管顶平接两种。如图5-10a)、b)所示。a)b)图5-10污水管道的衔接a)水面平接b)管顶平接\n水面平接指的是在水力计算中，使污水管道上游管段终端和下游管段起端在在指定的充满度条件下的水面相平，即两者的水面标高相同。一般用于上下游管径相同的污水管道的衔接。但采用此种衔接方式时，由于上游管段水面变化较大，在上游管段内的实际水面标高有可能低于下游管段的实际水面标高，从而造成上游管段中的污水形成回水而导致沉淀淤积。管顶平接是指在水力计算中，使上游管段终端和下游管段起端的管顶标高相同。一般用于上下游管径不同的污水管道的衔接。采用此种衔接方式时，不会在上游管段产生回水，但将增加下游管段的埋深。无论采用何种衔接方式，下游管段起端的睡眠和管内底标高都不得高于上游管段终端的睡眠和管内底标高。5.4.6污水管道水力计算方法污水管道设计计算采用公式（5-1）及（5-4），公式中管道的设计流量Q、n是已知的，需要确定管径D和水力半径R、充满度、管道坡度i和流速，计算比较复杂。为了简化管道的水力计算，将各个水力要素：流量、管径、充满度、水力坡度及管道粗糙度等制成水力计算图表，供计算时查用。【例5-1】已知，，，，求和。【解】（1）采用的水力计算图（见附录A-2）；（2）该图上有4组线条：竖的线条代表流量，横的代表坡度。从左向右下倾的斜线代表流速，从右向左下倾的斜线代表充满度。首先从纵轴上的数字中找到0.006，从而找出代表的横线；（3）从横轴上找出代表的竖线；（4）两条线相交得到一点，这一点正好落在代表流速0.9m/s的斜线上，也正好落在代表充满度为0.55的斜线上。因此求的：，【例5-2】已知，，，，求和。【解】（1）采用的水力计算图（见附录A-3）；（2）在纵轴上找到代表的横线；（3）在横轴上找到代表的竖线；\n（4）两条线相交得到一点，这一点落在代表流速0.8m/s与0.85m/s两条斜线之间，按内插法计算；同时该点还落在设计充满度与的两条斜线之间，按内插法计算。5.5排水管材与附属构筑物5.5.1排水管材5.5.1.1对排水管材有如下要求：（1）必须具有足够强度来承受外部土壤压力、内部水压及运输过程中的动载荷。（2）具有较好的防渗性能，以避免污水渗出污染地下水及附近地表水体，同时防止地下水渗入管道，降低排水能力。（3）水力条件好，管道材料表面光滑，以减少水流阻力。（4）耐磨、耐腐、抗冲刷，增加管道使用寿命。（5）管材应就地取用，价廉、易于加工，以降低工程造价。5.5.1.2常用的排水管道材料（1）金属管常用的金属管有铸铁管和钢管。金属管质地坚固，强度高，抗震性能好，管壁光滑，水流阻力小，管节长，接口少，且运输和养护方便。但是价格昂贵，抗腐蚀能力较差，在城市排水管网中较少采用。（2）混凝土管与钢筋混凝土管上述两种管材较易获得，价格低廉，适用于排输雨水、污水。但抗腐蚀能力差，不宜输送酸、碱性较强的工业废水，抗沉降、抗震性能差，管节短、接头多。混凝土管与钢筋混凝土管可在预制厂预制或可现场烧制，制造方法分为捣实法、压实法和振荡法。捣实法即用人工捣实管模中的混凝土；压实法即是用机器压实管坯；振荡法则是用振荡器振动管模中的混凝土，使其密实。混凝土管的管径一般小于450mm，长度一般为1m，用捣实法制造的管长仅为0.6m。钢筋混凝土管的直径从500～1800mm，最大管径可达2400mm，管长在1～3m之间。两者一般采用圆形断面，采用的接口形式有承插式、企口式和平口式，如图5-11所示。\na)b)c)如图5-11混凝土管和钢筋混凝土管管口形式a)承插式b)企口式c)平口式（3）陶土管是用含石英和铁质等杂质较多的低质粘土及瘠性料经成型、烧成的多孔性陶器，在焙烧过程中向窑内加入食盐，使其与粘土发生化学反应，在管子内外表面形成一种酸性釉，从而使管子光滑、耐磨、耐腐蚀、不透水。该管可用于排输污水、废水、雨水、灌溉用水或排输酸性、碱性废水等，在世界各国应用广泛。但陶土管质脆易碎，抗压、抗弯、抗拉强度低，不能承受内压，管节短，施工不方便。该管的管径若太大则烧制时易产生变形，因此一般不超过600mm，管长一般在0.8～1.0m左右。（4）塑料管塑料排水管在排水管道工程中逐渐普及并得到广泛应用，这是由于该种管材具有质量轻、表面光滑、耐腐蚀、加工及搬运方便、漏水率低及价格便宜等优点。但塑料管材强度低、易老化。其主要品种包括聚乙烯（PE）管、高密度聚乙烯（HDPE）管、硬聚氯乙烯（UPVC）管、聚丙烯（PP）管、聚丁烯（PB）管、苯乙烯（ABS工程塑料）管、玻璃钢夹砂管（RPMP）等。前三者应用较广，其中HDPE管由于其特殊的结构与性能，较小的投资，在排水管领域内倍受青睐。（5）石棉水泥管此管是用石棉纤维与水泥制成的，具有强度大、表面光滑、重量轻、管节长抗腐蚀性强、易于加工等优点，但质地较脆、不耐磨。此管的直径在50～600mm之间，长度在2.5～4m之间。（6）大型排水管道当排水管道设计口径大于1.5m时，就需要现场浇\n筑、现场砌筑或预制装配等。常采用的材料有砖、石、混凝土块、陶土块、钢筋混凝土或钢筋混凝土块等。一般大型排水管道断面多采用矩形、拱形、马蹄形、半椭圆形等，其形式有单孔、双孔、多孔。合理选择管道材料，将直接影响工程造价和使用年限，应从市场供应、技术、经济等方面综合考虑。例如，若管道穿越铁路，就必须采用钢管或预应力钢筋混凝土管；若输送酸碱性稍强的工业废水，适宜选用陶土管、UPVC管；若在施工条件差（地下水位高或有流沙等）的地段，可采用较长的管道，可以减少接头，降低施工费用。5.5.2排水管道系统的附属构筑物为了能够及时有效地收集、输送以及排除污水及雨水，保证排水系统的正常工作，除管道本身之外，还需在管道系统上设置必要的构筑物，主要包括检查井、跌水井、倒虹管、水封井、溢流井、冲洗井、雨水口及出水口等。合理设计以上构筑物对整个系统的运行有很大影响。5.5.2.1检查井检查井用于连接上下游排水管道，便于对管道系统作定期的检查与清通。一般设置在管道交汇、转弯和管径的尺寸、方向、坡度及高程变化处。检查井在直线管路上的最大间距如表5-3所示。表5-3直线管道上检查井最大间距管别管径或暗渠净高/mm最大间距/m常用间距/m污水管道≤4004020～35500～9005035～501000～14007550～65≥150010065～80雨水管道、合流管道≤6005025～40700～11006540～551200～16009055～70≥180012070～85注：管径或暗渠高于2000mm时，检查井最大间距可适当增大。检查井通常是有井基、井底、井身和井盖和井盖座等部分组成。如图5-12\n所示。图5-12检查井1—井底2—井身3—井盖井基采用碎石、卵石、碎砖夯实或低标号混凝土。井底材料一般采用低标号混凝土，作为检查井的最重要的组成部分，为减小水流通过检查井时的阻力，井底宜设计成半圆形或弧形流槽，流槽直壁向上伸展。污水管道的检查井流槽顶与上、下游管道的管顶相平，或与0.85倍的管径高处相平，雨水管道和河流管道的检查井流槽顶可与0.5倍管径处相平。流槽两侧至检查井避间的地板（称沟肩）应有一定的宽度，一般不能小于200mm，以便于养护人员下井操作，并应有0.02～0.05的坡度坡向流槽，防止检查井积水时产生淤泥沉积。在管道转弯或多条管道交汇处，为使水流畅通，流槽中心线的弯曲半径应按转角大小和管径大小确定，但不能小于大管的管径。检查井底各种流槽的平面形式如图5-13所示。图5-13检查井底流槽的平面形式井身的构造与是否需要工人下井有密切关系。不需要下人的浅井，构造简单，一般为直壁圆筒形，直径在500～700mm，如图5-14所示；需要下人进行检修的井在构造上分为工作室、渐缩部和井筒三部分，其直径一般大于800mm为宜。\n工作室是养护人员进行临时操作的地方，不宜过分狭窄，直径不能小于1m，高度在1.8m或更高一些。为减低造价，井筒直径比工作室小，其值不应小于0.7m。井筒和工作室之间可采用锥形渐缩部连接，渐缩部的高度一般采用0.6～0.8m，也可在工作室顶偏向出水管一边加钢筋混凝土盖板梁，井筒砌筑在其上。图5-14不需下人的检查井检查井的尺寸大小，应按管道埋深、管径和操作要求确定，详见《给水排水标准图集》。5.5.2.2跌水井当检查井内衔接的上下游管道的管底标高落差大于1m是，为消减水流速度，防止冲刷，检查井内需采取消能设施，该种检查井称跌水井。当管道跌水高度在1m以内时，可不设置跌水井，只需将检查井井底做成斜坡即可；跌水井也不宜设置在管道的转弯处。常用的跌水井有竖管式、溢流堰式和阶梯式，如图5-15a)、b)、c)所示。平面图\n1-1剖面图图5-15a)竖管式跌水井图5-15b)溢流堰式跌水井1-1剖面图2-2剖面图图5-15c)阶梯式跌水井竖管式跌水井构造较简单，一般不需作水力计算，适用于管径小于400mm的管道。此种跌水井的允许跌落高度与管径有关，当管径小于等于200mm时，一次落差不超过6m；当管径为300～400mm时，一次落差不超过4m。\n溢流堰式和阶梯式跌水井的尺寸则需要通过水力计算求得。两者可应用于大管径的管道上，采用溢流堰或多阶梯逐步消能。为防止因跌水水流的冲刷而造成损坏或减少跌水井的使用寿命，溢流堰的底板或每级阶梯的底板均要采取加固措施。5.5.2.3水封井因工业废水能产生引起爆炸或火灾的气体，所以排水管道上必须设置水封井，即设有水封的检查井，以阻隔易燃易爆气体的流通及阻隔水面游火，防止其蔓延。水封井应设置在产生易燃易爆气体的废水成产装置、贮罐区、原料贮运场地、成品仓库、容器洗涤车间等废水排出口处和适当距离处的干管上；由于此管道的危险性，应远离有明火的地方，不能设在车行道和行人众多的地段。水封深度一般为0.25m左右，井上设通风管，井底设沉泥槽，深度一般采用0.5～0.6m。如图5-16所示图5-16竖管式水封井5.5.2.4换气井污水中的有机物常在管道中沉积而厌氧发酵，发酵分解产生甲烷、硫化氢、二氧化碳等气体，若雨一定体积的空气混合，在点火条件下将会产生爆炸，甚至引起火灾。因此为防止此类事故的发生，也为保证在检修排水管道时工作人员能较安全的进行操作，有时在街道排水管的检查井上设置通风管，使有害气体在住宅竖管的抽风作用下，随同空气延庭院管道、出户管及竖管排入大气中。此种设有通风管的检查井称为换气井。\n5.5.2.5冲洗井为防止管道内产生淤积现象，可设置冲洗井。包括自动冲洗和人工冲洗井，但自动清洗井采用虹吸式，构造复杂，造价很高，很少采用。人工冲洗井结构简单，具有一定的容积。此井适用于管径不大于400mm的管道上。构造如图5-17所示。图5-17冲洗井1—拉阀的线索2—溢流管3—供水管4—出流管5.5.2.6雨水口雨水口是在雨水管道或合流管道上收集地面雨水的构筑物，如图5-18所示。图5-18雨水口雨水口的构造包括进水箅、井筒和连接管。进水箅可用铸铁或钢筋混凝土制成，井筒用砖砌或混凝土制成。\n雨水口的设置位置应能保证迅速有效低收集地面雨水。一般设置在交叉路口、路测边沟的一定距离处，以及没有道路边石的低洼地区，用以防止雨水漫过道路，造成道路及低洼地区积水而妨碍交通，如图5-19所示。a）道路交叉口b）雨水口位置图5-19雨水口的布置1—路边石2—雨水口3—道路路面雨水口的数量和形式按汇水面积上所产生的径流量和雨水口的泄水能力来确定，一般一个平箅雨水口可排泄15～20L/s的地面径流量。道路上的进水口的间距视暴雨强度和汇水面积大小而定，一般为25～50m。街道雨水口有三种形式：（1）边沟雨水口，即进水箅稍低于道路边沟底水平位置；（2）边石雨水口，即进水箅嵌入道路边石垂直放置；（3）联合式雨水口，即在边沟和边石侧面都安置进水箅。雨水口的深度一般不大于0.8～1.0m，在寒冷地区的雨水口深度可适当增大。5.5.2.7溢流井溢流井的形式主要有截流槽式、溢流堰式、跳跃堰式，通常设置在合流管道与截流干管的交汇处。截流槽式溢流井结构最简单，井中设有截流槽，槽顶与截流干管的管顶相平，当上游来水量超过截流干管输水能力时，水就会从槽顶溢出，进入溢流管排入水体。溢流堰式溢流井设在截流管的侧面，如图5-20所示。槽中水位超过堰顶时，超量的水即溢流入水体。\n图5-20溢流堰式溢流井1—合流沟道2—截流干沟3—溢流沟道4—溢流堰墙跳跃堰式溢流井的构造如图5-21所示。当上游的流量大到一定量时，水流将越过截流干管，进入到溢流管排入水体。图5-21跳跃堰式溢流井1—隔墙2—雨水出流干管3—雨水截流干沟4—雨水入流干沟5.5.2.8倒虹管当排水管道遇到河流、山涧、洼地或地下构筑物时，管道不能按原有的坡度埋设，而是以下凹的折线方式从障碍物下通过，此种管道称为倒虹管。倒虹管井施工麻烦，造价很高，养护困难，应尽量避免采用。若采用，则应布置在不受洪水淹没处，必要时可考虑排气设施。倒虹管由进水井、管道和出水井组成。管道有折管式和直管式，如图5-22所示。折管式管道包括下行管、平行管和上行管三部分。此管道在河滩很宽的情况下采用，且施工麻烦；而直管式管道施工与养护较前者简易。\n图5-22折管式倒虹管1—进水井2—出水井3—溢流堰4—沟管倒虹管的设置应尽可能与障碍物正交通过，从而缩短其铺设长度，同时也应符合于障碍物相交的有关规定。由于倒虹管的清通要比一般管道困难，因此设计时应采取以下措施防止倒虹管内污泥沉积：（1）提高管内设计流速。一般采用1.2～1.5m/s，条件困难时可适当降低，但不应小于0.9m/s，且不能小于上游管内流速。若管道流速达不到0.9m/s，则应加冲洗措施，且不得小于1.2m/s；（2）在进水井或靠近进水井的上游管道的检查井底部设沉泥槽；（3）倒虹管的管径应不小于200mm；（4）折管式倒虹管的上升管与水平线夹角应不大于30°，以免污泥在管内淤积；（5）倒虹管应设置事故排出口，当需要检修倒虹管时，上游废水能够通过该事故排出口直接排入水体。5.5.2.9出水口出水口是设在排水系统终端、向水体排放污水、雨水的构筑物。出水口的设置位置应根据排水水质，下游用水情况、水文及气象条件等因素而定，并要取得当地卫生主管部门和航运管理部门的同意。如在河渠的桥、涵、闸附近设置，应设在以上构筑物的下游等。污水排放管道出水口一般采用淹没式，又分为岸边式和江心分散式，如图5-23a)、b)所示。岸边式出水口\n能使雨水与河水较好混合，同时能避免污水沿滩流泻造成环境污染。江心分散式出水口则是将污水顺河底用铸铁管或铜管引至河心，用分散出水口将污水排入水体。图5-23a)岸边式出水口图5-23b)江心分散式出水口雨水排水管道出水口通常采用非淹没式，即管底标高在水体的最高水位以上或高于常水位，以避免水体倒灌。出水口的翼墙可分为一字式和八字式，如图5-24a)、b)所示。当出水口的标高高于水体水面很多时，应考虑设置单级或多级跌水设施消能，防止冲刷。\n图5-24a)一字式出水口图5-24b)八字式出水口5.6雨量分析5.6.1雨量分析要素用于描述某场降雨特征的指标主要包括降雨量、降雨历时、暴雨强度、重现期、汇水面积等。5.6.1.1降雨量降雨量（H）指单位地面面积上在一定时间内降雨的雨水体积，其计量单位为体积/（面积·时间）或长度/时间，这时降雨量又称为一定时间内的降雨深度。常用的降雨量统计数据计量单位有：年平均降雨量：指多年观测的各年降雨量的平均值；月平均降雨量：指多年观测的各月降雨量的平均值；最大日降雨量：指多年观测的各年中降雨量最大的一日的降雨量。降雨量可用雨量计测得，如图5-25所示为虹吸式自记雨量计。\n图5-25虹吸式自记雨量计5.6.1.2降雨历时降雨历时指连续降雨的时段，或全部降雨的时间或其中个别的连续降雨时段，用t表示，单位以min或h计。5.6.1.3降雨面积及汇水面积降雨面积即每一场降雨所笼罩的地面面积。汇水面积（或称流域面积）为雨水管道汇集和排除雨水的地面面积，用F表示，单位为公顷hm2或平方公里km2。一般大的雷雨或暴雨覆盖面较大，且在整个降雨面积上呈不均匀分布。但对于城市排水系统，汇水面积一般小于100km2。因此，可假定降雨在整个小汇水面积内事均匀分布的，从而采用自记雨量计所测得的局部地点的降雨量数据可以近似代表整个汇水面积上的降雨量。5.6.1.4暴雨强度、频率及重现性（1）暴雨强度暴雨强度是指某一连续降雨时间段内的平均雨量，用i表示，单位为mm/min或mm/h。（5-6）式中H————平均降雨深度（mm）；t————单位时间（min或h）；\n工程上，常用单位时间内单位面积上的降雨量q表示，单位为（L/s）/hm2。则i和q之间的换算关系为：（5-7）常采用自记雨量计来观测降雨，记录每场雨的累积降雨量和降雨时间之间的对应关系，以降雨时间为横坐标，以累积降雨量为纵坐标绘制降雨量累积曲线。曲线上某点的斜率即为该时间的降雨瞬时强度。将降雨量在某段时间内的增量除以该时间段长度，即为该段降雨历时的平均降雨强度。找出降雨量最大的那个时段内的降水量对雨水管网设计意义重大。因此，暴雨强度的数值与所取的连续时间段t的跨度和位置有关。在城市暴雨强度公式推求中，经常采用的降雨历时为5min、10min、15min、20min、30min、45min、60min、90min、120min等9个历时数值，特大城市可以用到180min。（2）暴雨强度频率对应于特定降雨历时的暴雨强度的出现次数服从一定的统计规律，可通过长期的观测数据计算某个特定的降雨历时的暴雨强度出现的频率，即暴雨强度频率。由于实际工作中，只能取得一定年限内有限的暴雨强度值，且只能反映一定时间内的经验，故也称经验频率。若取若干年的暴雨强度资料，按大到小的顺序排列，总项数为n，等于或大于某强度值的项数为m，则暴雨强度的次频率为：（5-8）式中N————降雨资料的年数；M————每年选入的平均雨样数。上式中的M=1时为“年频率”。由于实际工作中，只能取得一定年限内有限的暴雨强度值，且只能反映一定时间内的经验，故也称经验频率。若对于排列的最末项m=n时，Pn=100%，显然不合理。因此常采用下式计算经验频率：（5-9）（3）暴雨强度重现期指多次的观测中，事件数据值大于或等于\n某个设定值重复出现的平均间隔年数，单位为年（a）。重现期与经验频率之间的关系可直接按定义由下式表示:（5-10）重现期的最小值不宜低于0.33年。一般的情况下，低洼地段采用的设计重现期大于高地；干管采用的设计重现期大于支管；工业区采用的设计重现期大于居住区；市区采用的设计重现期大于郊区。5.6.1.5暴雨强度曲线与暴雨强度公式（1）暴雨强度曲线设计雨水管道的流量时，必须研究并确定各地区的i(q)-t-p这三者的关系。具体方法为：以降雨历时t为横坐标，以暴雨强度i(q)为纵坐标，将选定的各重现期各历时的暴雨强度点绘制于坐标纸上，然后将重现期相同的点连成光滑曲线，此组曲线表示了三者之间的关系，即称为暴雨强度曲线，如图5-26所示。此曲线虽准确度不高，但方法简单，适用于要求不高的雨水管道设计。图5-26自记雨量计雨量记录（2）暴雨强度公式暴雨强度公式即为暴雨强度i(q)与降雨历时t和年重现期P之间的函数关系式，其函数形式有多种，我国《室外排水设计规范》中规定的公式形式为：\n（5-11）式中q————暴雨强度（L/s）/hm2；P————重现期，a；t————降雨历时，min。A1，C，b，n————地方参数，根据统计方法进行计算。我国部分大城市的暴雨强度公式的参数如表5-4所示。表5-4我国部分大城市暴雨强度公式参数表城市名称资料年数暴雨强度公式参数A1Cbn北京4010.6628.8427.8570.679上海4117.81214.66810.4720.766天津1549.58639.84625.3341.012南京4016.96211.91413.2280.775杭州1510.6007.7366.4030.686广州1011.1636.6465.0330.625成都1720.15413.37118.7680.784昆明168.9186.13310.2470.649西安1937.60350.12430.1771.077哈尔滨3417.93217.03611.7700.880对于目前尚无暴雨强度公式的城镇，可借用临近气象条件相似城市的公式进行计算，我国一些地区采用的暴雨强度公式如表5-5所示。表5-5我国一些地区采用的暴雨强度计算公式城市名称暴雨强度公式资料记录年数北京20上海41\n成都17齐齐哈尔10南宁32太原155.7雨水管网系统的设计5.7.1雨水管网系统的平面布置雨水管网系统由雨水口、雨水管道、检查井和出水口等构筑物组成。该系统的布置是要使水顺利地从建筑物、车间、工厂区或居住区内排泄出去，不影响生产与生活，达到经济合理的要求。具体原则如下：（1）平面布置时，应尽量利用地形的自然坡度，使雨水能以重力流就近排入附近的水体中去，并且保证管线最短。地形坡度较大时，雨水干管多布置在地形低的地方；地形平坦时，则布置在排水区域中间。当由于地形的原因必须设置水泵站时，应尽量使流入泵站的雨水量减到最低限度，以降低泵站的造价和运行管理费用。（2）在街道两侧设置雨水口，其布置应使雨水不致漫过路面，不影响交通，且相邻雨水口的纵向距离一般为30～80cm。（3）每条雨水干管起端的100～200m可不设置雨水管道，尽量利用道路两侧边沟排除地面径流。（4）雨水干管不宜设置在交通量大的干道下，应设在排水区的地处道路下。（5）若条件允许，为降低工程造价，可用明暗渠结合的方式排出雨水。但在城市内设置明渠，可能对交通和卫生带来很大影响，一般较宜设置在市郊或工业区。（6）城市规划时应有计划的设置池塘，以便暴雨量大时储存超过雨水管道负荷的径流量，同时可减小管道断面的设计参数，节约投资。（7）建筑于山坡或山脚下的城市，应在市郊设置排洪沟，以拦截坡上的径流，保护城镇和工业区的安全。\n5.7.2雨水管道设计流量的确定根据《室外排水设计规范》规定，雨水管道设计流量与汇水面积、暴雨强度、径流系数之间的关系如下：（5-12）式中Q————雨水设计流量，L/s；ψ————径流系数，其值小于1；F————汇水面积，hm2；q————设计暴雨强度，L/(s·hm2)；上述公式成立的假定条件如下：（1）降雨在汇水面积上是分布均匀的；（2）径流面积的增长速度是常数；（3）降落在地面上的雨水无渗透、蒸发等现象，全部形成径流，即ψ=1。5.7.2.1径流系数ψ降落到地面的水除蒸发，渗透，以及流入地势低洼处外，余下的雨水将沿地面流入雨水管道，此部分的雨水称为径流。径流量与雨水量的比值称为径流系数ψ，其值小于1。影响ψ的因素很多，如地面覆盖情况、地面坡度、地貌、建筑物密度等，精确计算其值大小非常困难。目前设计中常采用按地面覆盖种类确定的经验数值，见表5-6所示。表5-6径流系数ψ值地面种类ψ值各种屋面、混凝土和沥青路面0.9大块石铺砌路面和沥青表面处理的碎石路面0.6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0.30公园和绿地0.15通常汇水面积内存在多种地面种类，此时对应的径流系数应为整个汇水面积的平均径流系数ψav，计算公式如下：\n（5-13）式中Fi————汇水面积上各类地面的面积，万m2；ψi————相应的各类地面的径流系数；F————全部汇水面积，万m2；实际设计时，各类地面面积很难计算，而且工作量大，因此常采用区域综合径流系数。一般城市市区的综合径流系数为ψ=0.5～0.8，郊区为ψ=0.4～0.6。表为国内部分城市采用的综合径流系数。表5-7国内部分城市采用的综合径流系数城市综合径流系数为ψ北京建筑极稠密娥中心区0.70建筑密集的商业、居住区0.60城郊一般规划区0.55上海一般0.50～0.60，最大0.80；新建小区0.40～0.44，某工业区0.40～0.50天津0.30～0.90广州0.50～0.90南京0.50～0.70重庆一般0.70，最大0.85成都0.60西安城区0.54，郊区0.43～0.47济南0.60唐山0.50长沙0.60～0.90宁波0.50杭州小区0.60常州0.55～0.60兰州0.60哈尔滨0.35～0.45\n佳木斯0.30～0.45齐齐哈尔0.30～0.50吉林0.45营口郊区0.38，市区0.45白城郊区0.35，市区0.38四平0.39保定0.50～0.70西宁半建成区0.30，基本建成区0.50昆明0.60通辽0.38《室外排水设计规范》（GB50101-2005）推荐的城市建筑密集区ψ值范围为0.60～0.85；城市建筑较密集区的ψ值范围为0.45～0.60；城市建筑密疏区的ψ值范围为0.20～0.45。5.7.2.2设计暴雨强度的确定虽各地区的暴雨强度计算公式不同，但均能反映出暴雨强度与降雨历时和重现期之间的关系。因此设计暴雨强度的前提是确定降雨历时与重现期。（1）设计降雨历时即管段设计断面发生最大流量时对应的降雨历时。雨水汇流过程中，流域中最远点的雨水径流流到出水断面的时间称为流域的集流时间，用表示。当降雨历时与集流时间相等时，雨水管道对应的全部汇水面积参与径流，此时流量最大，并采用集流时间作为设计降雨历时。雨水管道某一断面的集流时间见下式：（5-14）式中t1————汇水面积最远点流到第一个雨水口的地面集流时间，min；t2————雨水在管道内流到设计断面所需时间，min；m————折减系数。①t1的确定实际设计中，t1的计算很困难，一般采用经验数值。《室外排水设计规范》规定，一般采用5～15min；对于建筑密度大，雨水分布较密地区，其值可取5～\n8min；而在建筑面积小，地形平坦，雨水口布置较稀疏的地区，其值取10～15min。②t2的确定（5-15）式中L————计算管段长度，m；v————各管段满流时的水流速度，m/s。③折减系数m雨水管道是按照满流来设计的，但实际上随着降雨历时的增长，管道中的雨水是逐渐增多，直到满流，因此，按满流时的雨水流速计算的时间要短于实际水流时间。故计算式引入折减系数m加以修正。我国《室外排水设计规范》建议暗管的折减系数m为2，明渠的m则为1.2，陡坡地区为1.2～2。（2）设计重现期雨水管道设计时，若采用较高的设计重现期，则由暴雨强度公式可知，对应的设计暴雨强度就大，管道断面相应也大，有利于排除地面积水，安全可靠，但工程造价高；若采用较小的设计重现期，虽管道断面减小，减低了工程造价，但安全性差，可能出现地面径流得不到及时排泄的现象。实际设计时，应根据地区地形特点、汇水面积，建设性质（如广场、居住区、厂区）来确定重现期。一般选用0.5～3a；对于重要干道、地区或短时间积水可造成严重损失的地区，一般选用3～5a，并应与道路设计相协调；对于特别重要的地区可选用10～20a。对于同一排水系统也可采用同一或不同的重现期。综上，当设计降雨历时与设计重现期确定后，设计暴雨强度公式与流量公式可写成：（5-16）（5-17）式中各参数的意义及单位与上文相同。5.7.3雨水管道设计流量参数确定5.7.3.1设计充满度\n由于雨水较污水清洁，因此雨水系统溢流对环境卫生的影响较轻，故雨水管道的充满度按满流设计，即。明渠应有大于或等于0.2m的超高；街道边沟应有不小于0.03m的超高。5.7.3.2设计流速为避免雨水夹带的泥土与其他杂质沉积堵塞管道，雨水管道最小设计流速0.75m/s，明渠的最小设计流速为0.4m/s。为避免管道内雨水流速过大而冲刷损坏，雨水管道最大设计流速为：金属管道10m/s，非金属为5m/s；明渠的最大设计流速如表5-8所示。表5-8明渠最大设计流速明渠类别最大设计流量（m/s）粗砂或低塑性粉质粘土0.8粉质粘土1.00粘土1.20石灰岩及中砂岩4.00草皮护面1.60干砌块石2.00浆砌块石或浆砌砖3.00混凝土4.00注：①此表数据适用于水深为h=0.4～1.0m的明渠②当水深在上述范围外，则需乘以下列系数：当h＜0.4m时，系数为0.85；当h＞1.0m时，系数为1.25；当h＞2.0m时，系数为1.4。5.7.3.3最小管径与最小设计坡度雨水管道和合流管道的最小管径为300mm，最小设计坡度为0.003。雨水口连接管最小管径为200mm，最小坡度为0.01。5.7.3.4雨水管道的断面形式大多数采用圆形，当圆形断面尺寸较大时，可采用矩形或其他形式代替。雨水明渠一般采用梯形的断面形式，且底宽不小于0.3m。\n5.7.3.5管顶覆土厚度在车行道下时，一般不小于0.7m。5.7.4雨水系统设计计算步骤1.划分排水区域，进行管道定线。根据城市总体规划，按地形划分排水流域，进行管道定线。2.划分设计管段划分原则是应使设计管段服务范围内地形变化不大，没有大流量交汇，一般在100～150m左右。若管段划分较短，则计算工作量大；若划分较长，则会使某些管段管径偏大，设计不经济。根据管道的具体位置，，应在管道转弯处、管径或坡度改变处、有支管接入处、两条以上管道的交汇处以及超过一定距离的直线管段上，均应设置检查井。两检查井之间流量不变且预计管径和坡度也不变的管段定位计算管段，并应从管段上游至下游对各检查井进行编号。3.确定沿线管段的汇水面积沿线管段的汇水面积的划分要根据实际地形而定。地形平坦时，可按就近排除的原则，按周围管道的布置用等分角线法来划分汇水面积；当地形坡度较大时，则按地面雨水径流的水流方向划分汇水面积，同时进行编号，计算其面积。4.确定设计计算基本数据根据各流域的具体条件，确定地面径流系数、设计暴雨重现期及积水时间，各数据的选择及计算上文已介绍。将数据列表计算各设计管段的设计流量。5.确定管道埋深与衔接在保证管道不被冻坏、不被压坏和满足街坊内部沟道的衔接的要求下，确定最小埋设。管顶的最小覆土厚度，在车行道下时一般不低于0.7m。雨水管道的衔接宜采用管顶平接的方式。6.确定单位面积的径流量单位面积的径流量用q0表示，单位为L/(s·hm2)，其值为暴雨强度q与径流系数ψ的乘积：（5-18）\n式中各参数意义同上文，其中P、t1、ψ、A1、b、c、n均为已知数，只要求出t2即可计算q0的值。根据暴雨强度公式，可绘制出单位面积径流量与设计降雨历时关系曲线。7.管材的选择雨水管道管径不大于400mm时，采用混凝土管，当大于400mm时，采用钢筋混凝土管。8.雨水管段的水力计算确定各设计管段的管径、坡度、流速、管底标高和管道埋深。9.绘制雨水管道平面图及纵剖面图绘制方法及要求与污水管道基本相同。5.8合流制排水管网系统的设计合流制排水管网系统是采用同一管道排除生活污水、工业废水及雨水的排水方式，根据混合污水的处理和排放方式，又分为直流式和截流式合流制两种。由于直流式合流制是将混合污水直接排入水体，而造成水体严重污染，目前新建的排水系统已经不再采用此种方式。故本章只介绍截流式合流制排水系统。5.8.1截流式合流制排水系统的特点该排水系统管道造价低，管线单一，总长度减少，缓解了晴天时城市污水及初期雨水对水体的污染，一定程度上满足环境保护方面的要求。但该系统管道的过水断面很大，晴天时旱流流量小，流速低，易使管底形成淤积。而当降雨时，管底大量的沉积物会被雨水冲刷带入水体，造成严重的污染。暴雨期间，部分混合污水通过溢流井排入水体，也会对水体造成周期性污染。5.8.2截流式合流制排水系统的工作情况截流式合流制排水系统临河平行设置截流管道，用以汇集各支管、干管输送来的混合污水。晴天时，截流管以非满流的排水方式将生活污水和工业废水送往污水处理厂。雨天时，随着雨量的增加，截流干管则以满流的方式将生活污水、工业废水和雨水的混合污水送至污水处理厂；当雨水量增加到超过截流管的设计输水能力时，溢流井开始溢流；随着降雨时间的增长，溢流量将会随之减少，直至停止溢流。5.8.3截流式合流制排水系统的使用条件\n1.排水区域内有一处或多处充沛的水体，并有较大的流量与流速，当一定量的混合污水排入后，对水体造成的污染在允许范围之内。2.街道和街区建设比较完善，而街道的横断面又较窄，要求必须采用暗管排除雨水，管道的平面位置受到限制时，可考虑采用此系统。3.地面有一定的坡度倾向水体，当水体处于高水位时，不会淹没岸边，且污水能以自流的方式排入水体，中途无须泵站提升。4.特别干旱，降雨量小的地区。对于不同的地区来说，上述条件不一定应够全部满足，但最重要的是应满足环境保护的要求，即保证水体所受的污染程度在允许的范围内，此时方可根据当地城市建设及地形条件合理的选用合流制排水系统。5.8.4截流式合流制排水系统的布置截流式合流制排水系统的布置特点如下：1.系统的布置应使排水面积上的生活污水、工业废水和雨水都能合理地排入管道，并且管道应尽可能以最短的距离坡向水体。2.排水系统上游的区域内，若雨水可沿地面的街道边沟排泄，在给区域可以只设置污水管道，而当雨水不能沿地面排泄时，才考虑布置合流管道。3.沿水体岸边布置与其平行的截流干管，在截流干管的适当位置上设置溢流井，从而使超过截流干管设计输水能力的那部分混合污水能顺利地通过溢流井就近排入水体。4.截流干管上必须合理确定溢流井的数目和位置，以便尽可能减小队水体的污染，同时减小截流干管的断面尺寸和缩短排放渠道。5.可在溢流出水口附近设置混合污水贮水池，降雨时用于贮存溢流出的混合污水，待雨后将其输送至污水处理厂处理。此方法可彻底解决收纳水体的污染问题，又可充分利用污水处理厂。但要求贮水池要有较大的容积，还需设置泵站待雨停时将贮存的污水提升至截流管。5.8.5溢流井的设置溢流井的设置是为了使超过截流干管设计输水能力的混合污水顺利地溢流并就近排入水体。通常将其设置在合流干管与截流干管的交汇处，但并非每一交汇处均设溢流井\n。若溢流井设置数目少，则有利于改善水体环境，将污水对水体的污染降到最低；若设置数目多一些，则可使溢流出的混合污水及早流入水体，同时减少截流干管的尺寸，降低截流干管下游的设计流量，但过多，将会增加溢流井和排放渠道的造价。综上，溢流井的数目和位置应根据设计地区的实际情况，综合考虑各影响因素，通过经济技术比较确定。5.8.6合流制排水管道的水力计算5.8.6.1完全合流制排水管道设计流量该管道的设计流量按下式计算：（5-19）式中Qz————完全合流制管道的设计流量，L/s；Qs————设计生活污水量，L/s；Qg————设计工业废水量，L/s；Qy————设计雨水量，L/s；Qh————设计生活污水量与工业废水量之和，即无降雨日的城市污水量，L/s。截流式合流制排水管道系统中溢流井上游部分实际上相当于完全合流制排水管道系统，其设计流量计算方法与上述方法完全相同。5.8.6.2截流式合流制排水管道设计流量当溢流井内的混合污水量刚好达到溢流状态时，雨水流量与旱流流量的比值即为截流倍数，用n0表示。n0值的取值决定了下游管道的断面尺寸以及污水处理厂的设计负荷，其大小是根据旱流污水的水质和水量机器总变化系数、水体卫生要求及水文、气象条件等因素计算确定。我国《室外排水设计规范》规定截流倍数n0的值按排放条件的不同采用1～5，我国有多数城市采用n0=3。溢流井下游截流管道的设计流量计算公式如下：（5-20）式中Qj————溢流井下游截流管道的总设计流量，L/s；n0————设计截流倍数；Qh————从溢流井截流的上游日平均旱流污水量，L/s；Qy’————溢流井下游纳入的旱流雨水量，L/s；Qh’————溢流井下游纳入的旱流污水量，L/s。\n5.8.6.3溢流井溢流出的混合污水的设计流量从溢流井溢流出的混合污水通过排放管道排入水体，其溢流的混合污水设计流量计算公式如下：(5-21)式中Qx————溢流井溢流出的混合污水设计流量，L/s；其余意义同上。5.8.7城市旧合流制排水管道系统的改造我国的新建城市，如深圳市，上海浦东，大连开发区等，均采用分流制排水系统，而大多数的老城市虽然已将最初的明渠改为了暗管渠，但污水仍基本上直接排入水体，对环境造成了严重的污染。为适应城镇和工业的发展，保护水体，应尽早对旧的合流制排水管道系统进行改造。具体途径如下：1.将合流制改为分流制此种改造方式可彻底解决污水对水体的污染的问题，但也应基本满足以下条件，方可进行改造。（1）房屋内部有完善的卫生设备，便于将生活污水与雨水分流；（2）工厂内部可浊清分流，将符合要求的生产污水接入城市污水管网，将较清洁的生产废水接入城市雨水管道系统；（3）城市街道的横断面有足够的位置，允许设置由于改成分流制而新增建的污水管道，并且不会对城市的交通造成严重影响。2.保留原有合流制，改为截流式合流制排水管道系统若将合流制直接改造成对水体无污染的分流制，施工困难，投资大，耗时长，因此旧合流制排水系统的改造多采用保留合流制，修建合流管道截流干管，即改造成截流式合流制排水系统的方式。此种改造方法易于实施，在一定程度上缓解了混合污水对水体的污染，但由于雨天时还有部分混和污水溢流入水体，仍会对水体的局部或全部造成污染。为进一步保护水体，可修建蓄水池或地下人工水库，对污水进行筛虑、沉淀或加氯消毒等适当处理后排入水体。3.对溢流的混合污水量进行控制为减轻溢流的混合污水对水体的污染，可建设雨水收集利用系统或采用提高地表持水和地表渗透能力的措施来较少暴雨径流，从而降低溢流的混合污水量。\n总之，城市旧合流制排水管道系统的改造要结合实际制定可行方案，同时还要从管理水平、动态发展角度进行研究，使改造方案既有利于保护环境，又经济合理、切实可行，不要盲目模仿、生搬条款。本章小结本章以排水管网的设计计算为核心，以各排水系统设计过程中参数的确定为主线展开理论介绍。1.排水系统分为城市污水排水系统、工业废水排水系统及雨水排水系统，同时应熟悉各排水系统的组成；结合示意图学习了排水系统的布置形式：正交式布置、截流式布置、平行式布置、分区式布置、分散式布置、环绕式布置。2.学习了排水体制的分类及选择原则。3.掌握了排水管网系统的设计步骤及如何确定设计流量。4.污水管道系统的设计中的污水管道水力计算是重中之重，通过学习，掌握了计算中所涉及到的各参数的意义及确定方法。5.根据污水管道系统的设计要求学习了排水管材与附属构筑物的结构及选择。6.对于雨水排水系统的设计，首先熟悉了雨量分析的各要素，掌握了暴雨强度曲线意义及暴雨强度计算公式，进而进行雨水管网系统的设计。7.最后了解了合流制排水管网系统的设计相关内容。思考题1.排水系统的分类。2.城市污水排水系统、工业废水排水系统及雨水排水系统各由哪些部分组成？3.什么是排水体制？具体分为哪两种？如何选择排水体制?4.排水系统的布置形式有哪些？5.污水管道系统的设计包括哪些内容？\n6.城市污水管道系统设计总流量如何计算？7.何为设计充满度？何时为满流与不满流？8.何为管道的埋设深度与覆土厚度？最小覆土厚度的确定应满足哪些要求？9.对排水管材有何要求？常用的排水管道材料有哪些？10.跌水井的作用是什么？常用的跌水井有哪些形式？11.街道雨水口有几种形式？12.溢流井分为哪几种形式？13.倒虹管由那些部分组成？在什么情况下设置倒虹管？14.淹没式污水排放管道出水口分为哪两种形式，各自有何作用？15.雨量分析要素主要有哪些？16.雨水管网系统的平面布置有哪些原则？17.简述雨水系统设计计算步骤。18.简述截流式合流制排水系统的使用条件。计算题1.某肉类加工厂每天宰杀牲畜258t，废水量标准8.2m3/t牲畜，总变化系数为1.8，三班制生产，每班工作8h。最大班职工人数860人；其中在高温及污染严重车间工作的职工占总数的40%，使用淋浴人数按85%计；其余60%的职工在一般车间工作，使用淋浴人数按30%计。工厂居住区面积为9.5ha，人口密度为580人/ha，生活污水量标准为160L/(人·d)，各种污水由管道汇集至污水处理站，试计算该厂的最大时污水设计流量。2.从某市一场暴雨自记雨量计记录中求得5、10、15、20、30、45、60、90、120min的最大降雨量分别是13、20.7、27.2、33.5、43.9、45.8、46.7、47.3、47.7min，试计算各历时的最大平均暴雨强度i及q值。\n本章小结本章以排水管网的设计计算为核心，以各排水系统设计过程中参数的确定为主线展开理论介绍。1.排水系统分为城市污水排水系统、工业废水排水系统及雨水排水系统，同时应熟悉各排水系统的组成；结合示意图学习了排水系统的布置形式：正交式布置、截流式布置、平行式布置、分区式布置、分散式布置、环绕式布置。2.学习了排水体制的分类及选择原则。3.掌握了排水管网系统的设计步骤及如何确定设计流量。4.污水管道系统的设计中的污水管道水力计算是重中之重，通过学习，掌握了计算中所涉及到的各参数的意义及确定方法。5.根据污水管道系统的设计要求学习了排水管材与附属构筑物的结构及选择。6.对于雨水排水系统的设计，首先熟悉了雨量分析的各要素，掌握了暴雨强度曲线意义及暴雨强度计算公式，进而进行雨水管网系统的设计。7.最后了解了合流制排水管网系统的设计相关内容。思考题1.排水系统的分类。2.城市污水排水系统、工业废水排水系统及雨水排水系统各由哪些部分组成？3.什么是排水体制？具体分为哪两种？如何选择排水体制?4.排水系统的布置形式有哪些？5.污水管道系统的设计包括哪些内容？6.城市污水管道系统设计总流量如何计算？7.何为设计充满度？何时为满流与不满流？8.何为管道的埋设深度与覆土厚度？最小覆土厚度的确定应满足哪些要求？\n9.对排水管材有何要求？常用的排水管道材料有哪些？10.跌水井的作用是什么？常用的跌水井有哪些形式？11.街道雨水口有几种形式？12.溢流井分为哪几种形式？13.倒虹管由那些部分组成？在什么情况下设置倒虹管？14.淹没式污水排放管道出水口分为哪两种形式，各自有何作用？15.雨量分析要素主要有哪些？16.雨水管网系统的平面布置有哪些原则？17.简述雨水系统设计计算步骤。18.简述截流式合流制排水系统的使用条件。计算题1.某肉类加工厂每天宰杀牲畜258t，废水量标准8.2m3/t牲畜，总变化系数为1.8，三班制生产，每班工作8h。最大班职工人数860人；其中在高温及污染严重车间工作的职工占总数的40%，使用淋浴人数按85%计；其余60%的职工在一般车间工作，使用淋浴人数按30%计。工厂居住区面积为9.5ha，人口密度为580人/ha，生活污水量标准为160L/(人·d)，各种污水由管道汇集至污水处理站，试计算该厂的最大时污水设计流量。2.从某市一场暴雨自记雨量计记录中求得5、10、15、20、30、45、60、90、120min的最大降雨量分别是13、20.7、27.2、33.5、43.9、45.8、46.7、47.3、47.7min，试计算各历时的最大平均暴雨强度i及q值。3.已知n=0.014，D=400mm，I=0.004，Q=41L/s，v=0.90m/s，求I和h/D。