城鎮(zhèn)給排水電子教案

1、甘肅農(nóng)業(yè)大學工學院 農(nóng)業(yè)水利工程系系城鎮(zhèn)給排水課程教案第一篇給水工程第一章 城鎮(zhèn)給水工程第一節(jié) 城鎮(zhèn)用水標準與用水量城鎮(zhèn)用水量可分為生活用水量、生產(chǎn)用水量、 消防用水量和其他用水量一、用水標準（城市的）（一）生活用水標準與生活水平、生活習慣、氣候條件、水費、水質等有關。（二）工業(yè)生產(chǎn)用水量標準用水標準由工藝專業(yè)提供。 工藝不同差異很大，同一種工藝也也因為地域不同而不同，用水量由工藝專業(yè)提供。（三）消防用水量標準 建筑設計防火規(guī)范（GB50016-2006） 高層民用建筑設計防火規(guī)范（GB50045-95）（2005版本）（1）城鎮(zhèn)居住區(qū)室外消防用水量（同一時間內火災次數(shù)的概念）（2）工廠、倉庫

2、和民用建筑的室外消防用水量，應按同一時間內的 火災次數(shù)（教科書3）（注意備注）（3）建筑物的室外消火栓用水量，不應小于表8.2.2-2的規(guī)定（教科書3）（注意備注）（四）其他用水量標準（教科書3） （1）澆灑、綠化 （2）汽車沖洗 （3）未預見水量及管閥漏失水量，分別按最高日用水量的8%-12%，和10%-12%計算。二、用水量變化 引入此概念的前提：每天用水量早晚不同，每年各季節(jié)不同。三、用水量計算q即給水管網(wǎng)須提供的最高日最高時的平均秒流量，城市給水管網(wǎng)以它作為設計流量。符號意義見教課書第4頁第二節(jié) 水源與取水工程一、 水源的選擇 水源地應設在水量、水質有保障和易于實施水源保護的地段。選用

3、地表水作水源時，水源地應在城鎮(zhèn)和工業(yè)區(qū)上游，地下水水源地應選在不易污染的蓄水地段。二、水源的衛(wèi)生防護 （1）地下水的衛(wèi)生防護 （2）地表水的衛(wèi)生防護 三、取水工程（一）地下水取水構筑物 1.管井 2.大口井 3.滲渠（二）地表水取水構筑物 1.固定式取水構筑物（水量大） （1）岸邊式 （2）河床式 2.活動式取水構筑物（水量?。?（1）浮船式 （2）纜車式第三節(jié) 凈水與輸配水工程一、水質標準 國家以規(guī)范的形式制定了水質標準，生活飲用水常規(guī)檢驗項目及限值。城鎮(zhèn)供水是以生活飲用水標準要求的。二、凈化工藝與凈水廠（目的使原水水質達到飲用水標準） 1.凈水工藝流程（對于不同水源原水，凈化工藝有所不同）

4、（1）地面水處理工藝流程（較繁）（2）地下水處理工藝流程2.凈水工藝（1）混凝沉淀 （2）過濾 （3）消毒工藝 3.凈水廠三、輸水與配水工程 輸水與配水系統(tǒng)有輸水泵站。中途升壓站、輸水管、配水管和調節(jié)構筑物組成。 1.輸水泵站（二次泵站）與中途升壓站 2.輸水管（向城鎮(zhèn)配水管網(wǎng)送水的總管） 3.配水管網(wǎng)（向用戶供水的管道： a樹枝式b環(huán)式） 4.管網(wǎng)上的附屬設備 （1）閥門 （2）室外消火栓 5.調節(jié)構筑物 （1）清水池（水廠內） （2）高地水池或水塔第四節(jié) 給水管道、配件及設備一、金屬管 （一）鑄鐵管 （二）剛管（焊接鋼管、無縫鋼管、熱鍍鋅鋼管） （三）銅管與不銹鋼管二、非金屬管 （一）鋼筋

5、混凝土管 （二）石棉水泥管 （三）塑料管 （四）玻璃鋼管三、管道配件及附屬設備 （一）管道連接配件 （二）控制及調節(jié)配件 （三）配水配件（各種用水器具上的放水水龍頭、冷熱水龍頭 感應式?jīng)_洗閥 、自閉式?jīng)_洗閥） （四）量測儀表 1.壓力表、真空表、溫度表（一般只測量不記錄） 2.水量量測：水表、電磁水表、超聲波流量計、孔板、文氏表第二章給水管網(wǎng)工程設計2.1 管段設計流量計算2.2 初擬管徑2.3 管網(wǎng)平差2.4 管網(wǎng)水力計算2.5 輸水管設計2.6 管網(wǎng)校核2.7 最大閉合差的環(huán)校正法和多水源管網(wǎng)平差2.8 設計成果整理管網(wǎng)計算會遇到兩類課題：1管網(wǎng)設計計算（最高時）第一類課題2管網(wǎng)復核計算（

6、消防時、事故時及最大轉輸時等）第二類課題第一類課題第二類課題已知條件管網(wǎng)定線圖、設計流量 管網(wǎng)定線圖、設計流量、管徑 擬定內容節(jié)點流量Qi、管段流量qij節(jié)點流量Qi、管段流量qij計算內容Dij、hij、hijhij、hij最終目的Dij、Ht、Hp復核最高時確定的水泵能否滿足其他工況時Q、H的要求2.1 管段設計流量計算1、沿線流量 是指沿線分配給用戶的流量。 管網(wǎng)配水情況比較復雜，高峰流量各異。計算時加以簡化。比流量法，假定小用水戶的流量沿線均勻分布。（1）長度比流量 假定水量沿管網(wǎng)長度均勻流出。管線單位長度上的配水流量，稱為長度比流量，記作qcb。 則每一計算管段沿線流量記作qy為：。

7、該管段的計算長度，式中m )/( iicbylsllqq=（2）面積比流量 假定沿線流量均勻分布在整個供水面積上。管線單位面積上的配水流量，稱為面積比流量，記作qmb則每一計算管段沿線流量記作qy為：qy=qmb*Ai每一管段所負擔的供水面積可按分角線法和對角線法劃分。注意：1）面積比流量考慮了沿線供水面積（人數(shù)）多少對管線配水的影響，計算結果更接近實際配水情況，但計算較麻煩。當供水區(qū)域的干管分布比較均勻時，二者相差很小。這時，用長度比流量較好。2）當供水區(qū)域內各區(qū)衛(wèi)生設備或人口密度相差較大時，各區(qū)的比流量應分別計算。3）同一管網(wǎng)，比流量的大小隨用水量變化而變化。各種工況下需分別計算。2、節(jié)點

8、流量（1）、沿線流量為什么要轉化為節(jié)點流量 但是，實際的管段并沒有喇叭口形狀的，管徑也是不連續(xù)的，所以，仔細去計算每一個沿線流出去的流量已經(jīng)沒有實際意義了。沿線流量只有當其累積到一定量，足以引起管徑變化的時候計算起來才有實際意義。這樣，就可以不考慮實際沿線配水的情況，而把一定長度管段上的沿線流量用一個等效的流量來代替，即節(jié)點流量。（2）沿線流量如何轉換成節(jié)點流量沿線流量劃成節(jié)點流量公式（3）沿線流量轉換成節(jié)點流量的依據(jù)假設沿線出流是均勻的，則管道的任一斷面上的流量沿程水頭損失將 ql移至兩端點，分別為管道內流量為沿程水頭損失根據(jù)水力等效原則 （2）、節(jié)點流量計算公式節(jié)點流量包括兩部分：由沿線流

9、量劃成節(jié)點流量和該節(jié)點的集中流量【例題】某城市最高時總用水量為260L/s，其中集中供應的工業(yè)用水量120 L/s（分別在節(jié)點2、3、4集中出流40 L/s）。各管段長度（單位為m）和節(jié)點編號見圖。管段1-5、2-3、3-4為一側供水，其余為雙側供水。試求：（1）比流量；（2）各管段的沿線流量；（3）各節(jié)點流量。解：1配水干管計算總長度2配水干管比流量3沿線流量： 各 管 段 沿 線 流 量 計 算管段編號管段計算總長度 （m） 比 流 量 (L/s.m) 沿 線 流 量 (L/s) 1-2 2-3 3-4 1-5 3-5 4-6 5-6 6-7 800 0.5600=300 0.5600=3

10、00 0.5600=300 800 800 600 500 0.03182 25.45 9.55 9.55 9.55 25.45 25.45 19.09 15.91 合 計 4400 140.004節(jié)點流量計算： 各 管 段 節(jié) 點 流 量 計 算節(jié)點節(jié)點連的管段節(jié) 點 流 量(L/s)集 中 流 量(L/s)節(jié)點總流量 (L/s)12345671-2 , 1-5 1-2 , 2-32-3 , 3-4 , 3-53-4 , 4-61-5 , 3-5 , 5-64-6 , 5-6 , 7-66-70.5(25.45+9.55)=17.500.5(25.45+9.55)=17.500.5(9.55

11、+9.55+25.45)=22.280.5(25.45+9.55)=17.500.5(9.55+25.45+19.09)=27.050.5(25.45+19.09+15.91)=30.220.5(15.91)=7.95 40 40 40 17.50 57.50 62.28 57.50 27.05 30.22 7.95合計140.00120.00260.002.2 初擬管徑1、管段設計流量分配目的：確定各管段中的流量，進而確定管段直徑。流量分配要保持水流的連續(xù)性，每一節(jié)點必須滿足節(jié)點流量的平衡條件：流入任一節(jié)點的流量等于流離該節(jié)點的流量，若以流入為“一”，流離為“+”，則Q=0。a. 枝狀網(wǎng) 水

12、流方向唯一，流量分配唯一，任一管段的流量等于以后所有節(jié)點流量總和。b. 環(huán)狀網(wǎng) 流量分配有多種組合方案基本原則：滿足供水可靠性前提下，兼顧經(jīng)濟性。方法和步驟： 確定控制點位置，管網(wǎng)主導流向； 參照主導流向擬定各管段水流方向，以最短距離供水到大用戶或邊遠地區(qū)； 盡量使平行的主要干管分配相近的流量（防止某些管段負荷過重），連接管要少分配流量，滿足沿線配水為限（主要作用是干管損壞時轉輸流量） 各干管通過的流量沿主要流向逐漸減少，不要忽多忽少； 可以起端開始或從末端，滿足節(jié)點流量的平衡條件。此分配值是預分配，用來選擇管徑，真正值由平差結果定。2、初擬管徑確定管網(wǎng)中每一管段的直徑是輸水和配水系統(tǒng)設計計算

13、的主要課題之一。管段的直徑應按分配后的流量確定。 在設計中，各管段的管徑按下式計算：式中 q為管段流量，m3/s；V為管內流速，m/s。由上式可知，管徑不但和管段流量有關，而且還與流速有關。因此，確定管徑時必須先選定流速。為了防止管網(wǎng)因水錘現(xiàn)象而損壞，在技術上最大設計流速限定在2.53.0m/s范圍內；在輸送渾濁的原水時，為了避免水中懸浮物質在水管內沉積，最低流速通常應大于0.60m/s，由此可見，在技術上允許的流速范圍是較大的。因此，還需在上述流速范圍內，根據(jù)當?shù)氐慕?jīng)濟條件，考慮管網(wǎng)的造價和經(jīng)營管理費用，來選定合適的流速。從公式可以看出，流量一定時，管徑與流速的平方根成反比。如果流速選用的大

14、一些，管徑就會減小，相應的管網(wǎng)造價便可降低，但水頭損失明顯增加，所需的水泵揚程將增大，從而使經(jīng)營管理費（主要指電費）增大，同時流速過大，管內壓力高，因水錘現(xiàn)象引起的破壞作用也隨之增大。相反，若流速選用小一些，因管徑增大，管網(wǎng)造價會增加。但因水頭損失減小，可節(jié)約電費，使經(jīng)營管理費降低。因此，管網(wǎng)造價和經(jīng)營管理費（主要指電費）這兩項經(jīng)濟因素是決定流速的關鍵。求一定年限t（稱為投資償還期）內，管網(wǎng)造價和經(jīng)營管理費用之和為最小的流速，稱為經(jīng)濟流速），以此來確定的管徑，稱為經(jīng)濟管徑。各城市的經(jīng)濟流速值應按當?shù)貤l件，如水管材料和價格、施工條件、電費等來確定，不能直接套用其他城市的數(shù)據(jù)。另外，管網(wǎng)中各管段的

15、經(jīng)濟流速也不一樣，須隨管網(wǎng)圖形、該管段在管網(wǎng)中的位置、該管段流量和管網(wǎng)總流量的比例等決定。因為計算復雜，有時簡便地應用“界限流量表”確定經(jīng)濟管徑，見界限流量表 。由于實際管網(wǎng)的復雜性，加上情況在不斷的變化，例如流量在不斷增加，管網(wǎng)逐步擴展，諸多經(jīng)濟指標如水管價格、電費等也隨時變化，要從理論上計算管網(wǎng)造價和年管理費用相當復雜且有一定難度。在條件不具備時，設計中也可采用由各地統(tǒng)計資料計算出的平均經(jīng)濟流速來確定管徑，得出的是近似經(jīng)濟管徑，見平均經(jīng)濟流速表 界 限 流 量 表管徑/mm界限流量/Ls 1管徑/mm界限流量/Ls 110094501301681509155001682372001528.

16、560023735525028.545700355490300456880049068535068969006858224009613010008221120平 均 經(jīng) 濟 流 速 表管徑/mm平均經(jīng)濟流速e/Ls 1D=1004000.60.9D4000.91.4在使用各地區(qū)提供的經(jīng)濟流速或按平均經(jīng)濟流速確定管網(wǎng)管徑時，需考慮以下原則：1）一般大管徑可取較大的經(jīng)濟流速，小管徑可取較小的經(jīng)濟流速；2）首先定出管網(wǎng)所采用的最小管徑（由消防流量確定），按e確定的管徑小于最小管徑時，一律采用最小管徑；3）連接管屬于管網(wǎng)的構造管，應注重安全可靠性，其管徑應由管網(wǎng)構造來確定，即按與它連接的次要干管管徑相

17、當或小一號確定；4）由管徑和管道比阻之間的關系可知，當管徑較小時，管徑縮小或放大一號，水頭損失會大幅度增減，而所需管材變化不多；相反，當管徑較大時，管徑縮小或放大一號，水頭損失增減不很明顯，而所需管材變化較大。因此，在確定管網(wǎng)管徑時，一般對于管網(wǎng)起端的大口徑管道可按略高于平均經(jīng)濟流速來確定管徑，對于管網(wǎng)末端較小口徑的管道，可按略低于平均經(jīng)濟流速確定管徑，特別是對確定水泵揚程影響較大的管段，適當降低流速，使管徑放大一號，比較經(jīng)濟；5）管線造價（含管材價格、施工費用等）較高而電價相對較低時，取較大的經(jīng)濟流速，反之取較小的經(jīng)濟流速。以上是指水泵供水時的經(jīng)濟管徑確定方法，在求經(jīng)濟管徑時，考慮了抽水所需

18、的電費。重力供水時，由于水源水位高于給水區(qū)所需水壓，兩者的標高差H可使水在管內重力流動。此時，各管段的經(jīng)濟管徑應按輸水管和管網(wǎng)通過設計流量時，供水起點至控制點的水頭損失總和等于或略小于可利用的水頭來確定。4.3 管網(wǎng)平差4.3.1 什么叫管網(wǎng)平差上一節(jié)課已經(jīng)根據(jù)管網(wǎng)各節(jié)點流量進行了流量的初分配，并且已經(jīng)根據(jù)初分配流量和經(jīng)濟流速初擬了管徑。由于初分流量時是嚴格按照節(jié)點流量平衡來進行的，所以連續(xù)性方程能夠滿足，但是能量方程就有可能不滿足，即環(huán)內正反兩個方向的水頭損失不相等。環(huán)內正反兩個方向的水頭損失之差稱作閉合差。調整管段流量，減少閉合差到一定精度范圍的過程就叫管網(wǎng)平差連續(xù)性方程能量方程4.3.2

19、 為什么要進行管網(wǎng)平差實際管網(wǎng)中的流量分配總是自動的滿足連續(xù)性方程和能量方程，如果初分流量不能滿足能量方程，那只能說明我們初分的流量在管網(wǎng)的實際流量中永遠都不會發(fā)生，所以就不能根據(jù)這個初分流量進行后面的水力計算。這就要求對初分流量進行調整，使之符合實際情況。4.3.3 如何進行管網(wǎng)平差管網(wǎng)平差有下面3中方法（1）解環(huán)方程組法 原理：在初步分配流量的基礎上，逐步調整管段流量以滿足能量方程。L個非線性的能量方程N初步分配的流量一般不滿足能量方程： N初步分配流量與實際流量的的差額為q，實際流量應滿足能量方程：N將函數(shù)在分配流量上展開，并忽略高階微量N方程組左邊的第一部分即為我們初分流量時環(huán)內正反兩

20、個方向水頭損失差，稱為閉合差：n將閉合差項移到方程組的左邊，得到關于流量誤差（校正流量）的線性方程組：N利用線性代數(shù)的多種方法可求解出校正流量。因為忽略了高階項，得到的解仍然不能滿足能量方程，需要反復迭代求解，直到誤差小于允許誤差值。 環(huán)方程組解法特點 ：l 方程數(shù)目少l 要求輸入的參數(shù)的多適合于手工平差（2）解節(jié)點方程組法 原理：在初步擬訂節(jié)點壓力的基礎上，逐步調整節(jié)點水壓以滿足連續(xù)性方程。 節(jié)點流量應該滿足連續(xù)性方程：個連續(xù)性方程：N第二篇 排水篇第一章排水溝道系統(tǒng)課程學習目標和基本要求：(1)全面掌握和了解城鎮(zhèn)排水工程系統(tǒng)規(guī)劃的基本概念、常識。(2)準確掌握有關城鎮(zhèn)排水管網(wǎng)設計的基本原理

21、以及相關的計算方法。第一節(jié) 城市排水系統(tǒng)的體制和組成排水系統(tǒng)：為了系統(tǒng)地排除和處置各種廢水而建設的一整套工程設施。排水體制：污水不同的排出方式所形成的排水系統(tǒng)。一、規(guī)劃與定線排水溝道系統(tǒng)應根據(jù)城市規(guī)劃和建設情況統(tǒng)一考慮，分期建設。排水溝道系統(tǒng)使用年限長，改建困難，因此，應按遠期水量設計，遠期的規(guī)劃年限應與城市的總體規(guī)劃相協(xié)調。排水溝道系統(tǒng)的平面布置，應根據(jù)地形、道路建設情況、原有和規(guī)劃的地下設施，施工條件以及城市污水處理廠的位置等許多因素綜合考慮確定。排水溝道的流向與在街道上的位置應與街道的坡度協(xié)調、配合。（堵塞溢流）在一般情況下，排水溝道應盡量避免設在車行道下，如不可避免，應充分考慮施工對交

22、通和路面建設的影響。二、排水系統(tǒng)的體制合流制排水系統(tǒng)將生活污水、工業(yè)廢水和雨水混合在同一套溝道內排除的系統(tǒng)。分直排式合流制排水系統(tǒng)和截流式合流制排水系統(tǒng)兩種。分流制排水系統(tǒng)將污水和雨水分別在兩套或兩套以上各自獨立的溝道內排除的系統(tǒng)。分完全分流制排水系統(tǒng)、不完全分流制排水系統(tǒng)和半分流制排水系統(tǒng)。1、 直排式合流制排水系統(tǒng)（見圖11）將排除的混合污水不經(jīng)處理和利用就近直接排入水體。以往的老城市差不多都是采用這種排水體制。特點：對水體污染嚴重；溝道建設相對較少，又不建污水廠，所以投資較低；不能滿足環(huán)境保護的需要，一般不宜采用。改造這種系統(tǒng)時，常采用截流式合流制排水系統(tǒng)。2、 截流式合流制排水系統(tǒng)（見

23、圖12）在早期建設的基礎上，沿水體岸邊增建一條截流干溝，并在干溝末端設置污水廠。同時，在截流干溝與原干溝相交處設置溢流井。特點：投資比直排式高；比直排式有了較大的改進；但在雨天，仍可能有部分混合污水因直接排放而污染水體，在多雨地區(qū)，污染可能仍然嚴重；隨著環(huán)境質量標準的提高，這種系統(tǒng)也將滿足不了要求。3、 完全分流制排水系統(tǒng)（見圖13）生活污水和工業(yè)廢水通過污水排水系統(tǒng)排至污水廠，經(jīng)處理后排入水體；雨水則通過雨水排水系統(tǒng)直接排入水體。特點：投資一般比截流式高；雨水污水分流，環(huán)保效益較好；將導致初污雨水直接進入水體形成污染；適用于工礦企業(yè)和新建的城市。4、 不完全分流制排水系統(tǒng)（見圖14）只設有污

24、水排水系統(tǒng)，沒有完整的雨水排水系統(tǒng)，各種污水通過污水排水系統(tǒng)排至污水廠，經(jīng)處理后排入水體；雨水則通過地面漫流進入不成系統(tǒng)的明溝和小河，然后進入水體。特點：無雨水排水系統(tǒng)，投資比較少；受地形的限制；適用于發(fā)展中的城鎮(zhèn)、工業(yè)區(qū)和居住區(qū)（可分步投資，先建污水系統(tǒng)，再完善雨水系統(tǒng)）。5、半分流制排水系統(tǒng)（見圖14）在完全分流制排水系統(tǒng)的基礎上改進的。在雨水干溝上設置雨水跳躍井可截留初污雨水進入污水溝道。雨水干溝流量不大時，雨水與污水一起進入污水處理廠處理；雨水干溝流量超過截流量時，跳躍截流口經(jīng)雨水出流干溝排入水體。特點：環(huán)境效益最好；在生活水平高、環(huán)境質量要求高的城鎮(zhèn)可以采用。目前尚無實例。排水體制的

25、選擇原則：三、 排水系統(tǒng)的組成部分排水系統(tǒng)是收集、輸送、處理、利用及排放廢水的全部工程設施。排水系統(tǒng)（圖16） 溝道系統(tǒng)收集和輸送廢水的工程設施 污水廠改善水質和回收利用污水的工程設施 出水口廢水排入水體的工程設施 （一） 城市污水系統(tǒng)城市污水系統(tǒng)的作用是收集住宅和公共建筑的污水并輸送至污水廠，由五部分組成。1、房屋污水管道系統(tǒng)聯(lián)結室內用水設備和室外溝道，以排除用過的水。（見教材）。污、廢水在排水管系中的流動并不是一相流，而是呈現(xiàn)復雜的氣水兩相流。水封高度存水彎中存有的水柱的高度。水封層越厚，防止氣體穿透的能力越強；但水封層太高，又會使存水彎底部容易產(chǎn)生沉積臟物，且安裝也較困難。水封高度按不同

26、的衛(wèi)生器具類型宜在25100mm范圍內選用。2、城市污水溝道系統(tǒng)分坊內溝道和坊外溝道。有支溝、干溝和總干溝以及一些附屬設施組成。為了便于清通，每段溝道都呈直線，段與段之間設窨井。倒虹管等，第三節(jié)會學到。3、污水泵站及壓力管道4、污水廠5、出水口和事故排放口（二） 工廠排水系統(tǒng)工廠排水系統(tǒng)的作用是收集各車間及其他排水對象所排出的廢水，送至回收利用、處理構筑物，或直接排入城市排水系統(tǒng)。由五部分組成。 1、車間內部溝道系統(tǒng)和設備（見教材） 2、廠內溝道系統(tǒng)（見教材，詳細講解圖111）（其他的組成部分與城市污水系統(tǒng)相同）3、污水泵站及壓力管道4、污水廠5、出水口和事故排放口（三） 雨水排水系統(tǒng)雨水排水

27、系統(tǒng)的作用是收集雨水徑流，排入水體。由五部分組成。 1、房屋雨水管道系統(tǒng)收集屋面雨水，并將其排入室外的雨水溝道系統(tǒng)。2、街坊或廠區(qū)雨水溝道系統(tǒng)窨井、控制井等。3、街道雨水溝道系統(tǒng)有檢查井、跌水井、出水口和雨水口等。4、排洪溝5、雨水泵站及壓力管必要時抽升部分或全部雨水。 第二節(jié) 溝道及溝道系統(tǒng)上的構筑物一、概述見教材溝道的基本要求（對管材的要求）：1、 不滲水否則將降低溝道的排水能力或是污染鄰近的地下水。2、 抗腐蝕和耐沖刷磨損某些污水和地下水有侵蝕性，雜質有沖刷磨損作用。3、 水力性能好內壁面整齊光滑，減少水流阻力，保持水流暢通。4、 能承擔外壓力土壓力、車輛壓力和內部水壓，而且在運輸和施工

28、中不致破裂。5、價格便宜，易于施工，使用壽命長應就地取材，考慮預制管件和快速施工的可能性，以降低造價以及運輸和施工費用，從而降低整個溝道系統(tǒng)的造價。二、 溝管 通常是圓形的非金屬管子。圓形：水力性能好。在一定坡度下，在指定斷面面積下，水力半徑最大，因此流速大，流量也大。此外，便于預制，使用材料經(jīng)濟，對外壓抵抗力較強。能獲得較高的穩(wěn)定性，運輸、施工和養(yǎng)護方便。非金屬：抗腐蝕性、耐沖刷磨損性和經(jīng)濟性都優(yōu)于金屬管。只有在外力很大或對滲漏要求特別高的場合才采用金屬管。 (一) 混凝土管混凝土管適用于排除雨水、污水。管徑一般小于450 mm，長度為0.61 m。管口有承插式、企口式和平口式（見圖1-12

29、）。前兩種方式適用于中、小口徑的管道，后一種適用于大口徑的管道。管間連接方式管節(jié)間用水泥砂漿或瀝青油膏填封，前者為剛性，強度高，適用于一般廢水管道和水頭低于5 m的低壓管，后者為柔性，適用于地基較差的管道連接，能承受微量的不均勻沉陷（下同）。 混凝土管一般在專門的工廠預制，也可以現(xiàn)場澆制?；炷凉艿闹圃旆椒ㄓ袚v實法、壓實法和振蕩法。優(yōu)點：原料較易獲得，設備、制造工藝簡單。缺點：抗蝕性較差，既不耐酸也不耐堿；抗?jié)B性也較差；管節(jié)短、接頭多，施工復雜。(二) 鋼筋混凝土管 鋼筋混凝土管適用于排除雨水、污水。管徑一般5002400 mm，長度在13 m之間。口徑在700 mm以上時，采用內外兩層鋼筋，

30、鋼筋的混凝土保護層為25 mm。當管道埋深較大或敷設在土質條件不良的地段，以及穿越鐵路、河流、谷地時，都可采用鋼筋混凝土管（還可以用金屬管）。除用于無壓管外，亦可用作倒虹管以及泵站的壓力管。其它優(yōu)缺點同混凝土管。 管口：承插、企口和平口。制造方法：搗實法、壓實法和振蕩法。其它優(yōu)缺點同混凝土管。(三) 陶土管 陶土管差不多適用于各種水質，特別是酸性廢水。缺點是質脆易碎，不宜敷設在松土和地質不穩(wěn)定地區(qū)（如土崩或地震地區(qū)）。 燒制過程 管徑 管長 外形（圖113）(四) 金屬管鑄鐵管、鋼管在外力很大或對滲漏要求特別高的場合下才采用金屬管。在壓力管線上和施工特別困難的場合也常采用。優(yōu)點：質地堅固，抗壓

31、抗震抗?jié)B透性好，水流阻力?。▋缺诠饣?，管節(jié)長、接頭少。缺點：價格昂貴，抗腐蝕性差。(五) UPVC管（白色塑料管） (六) 玻璃鋼管 (七) HDPE管合理選擇管材的原則1、 靜力學方面，必須具有較大的穩(wěn)定性，在承受荷載時應是穩(wěn)定的和堅固的。2、 水力學方面，應具有最大的排水能力，在一定的流速下不產(chǎn)生沉淀物。3、 經(jīng)濟方面，市場供應充足，單長造價較低。4、 養(yǎng)護方面，應便于沖洗和清淤，使用壽命長。5、 適用性方面，不易被腐蝕和磨損。特別說明：生活污水以及中性或弱堿性（pH=810）的工業(yè)廢水，上訴管材都適用，當生活污水溝道，河流污水溝道采用混凝土或鋼筋混凝土管材時，由于沉積污泥會析出硫化氫腐

32、蝕溝道，可在溝道內加入專門的襯層（多由瀝青，煤焦油或環(huán)氧樹脂材料做成）；如果是堿性（pH10）的工業(yè)廢水，用陶土管或磚渠；如果是較強酸性（pH5）的工業(yè)廢水，用陶土管、耐酸水泥砌的磚渠或內壁涂有塑料或環(huán)氧樹脂襯層的管道；其它情況下，可根據(jù)各管材的優(yōu)缺點進行選擇。 三、 溝渠常用溝渠斷面（見圖1-14），各斷面優(yōu)缺點見教材。四、管道基礎 常用的管道基礎有：砂土基礎、灰土基礎、混凝土基礎。各種基礎的形式、做法和適用條件參見給水排水標準圖集S222。五、窨井各種檢查井窨井，又稱檢查井，主要是為了檢查、清通和連接溝道而設置的（見圖1-15）。文字說明在p24檢查井的位置：溝道交匯、轉彎處；管道尺寸、標

33、高或坡度變化處；直線溝道上每隔一段距離處；特殊用途處。具體技術說明見教材p23 窨井井身和井蓋的材料見教材p23和p24。井身與地面的距離見教材p25。 標準設計參見給水排水標準圖集S231 S232 S233六、跌水井當上下游溝段出現(xiàn)較大的落差(大于1m)時，一般窨井不再適用，改用跌水井連接。管道直徑小于等于200mm時，一次落差不宜超過6m，管道直徑為300400mm時，一次落差不宜超過4m，管徑大于400mm時，其一次跌水高度和跌水方式應通過水力計算確定。跌水井是設有消能設施的窨井，它可以克服水流跌落時產(chǎn)生的巨大沖擊力，宜設在直線溝段（轉彎處不宜設）。跌水井的構造見教材。跌水井有多種形式

34、：豎管式、豎槽式、階梯式和堰壩式。標準設計參見給水排水標準圖集S234圖1-20豎管式跌水井和圖1-21階梯式跌水井七、水封井當工業(yè)廢水中含有易燃的揮發(fā)性物質時（如汽油類物質），它的溝道水面空間常充滿空氣和易燃氣體的混合物，易發(fā)生爆炸，并點燃水面浮油，火有竄入車間的危險。為防止這種氣體進入車間，在連接車間內、外溝段的窨井中應設置水封，這種窨井叫水封井（圖1-22）。當排泄這類廢水的溝道很長時，在溝道適當?shù)奈恢靡矐O置水封井。這類溝道具有危險性，定線時要注意安全問題。水封的深度一般為0.25m，井上設通風管（其管徑不得小于100mm），井底設沉泥槽。八、溢流井(見教材)在合流溝道與截留溝道的交接

35、處，設置溢流井以完成截留(晴天)和溢流(雨天)的作用。截流槽式溢流井（圖1-23）溢流井示意圖（圖1-24）九、跳越井(見教材)一般用于半分流制排水系統(tǒng)，設在截留溝道與雨水溝道的交接處（圖1-25）。十、沖洗井(見教材)當污水在溝道內的流速不能保證自清時，為防止淤積可設置沖洗井。沖洗井一般適用于管徑小于400mm的較小溝道，沖洗溝道長度一般為250m左右（見圖1-26）。十一、潮門井(見教材)為防止潮水或河水倒灌進排水溝道，在排水溝道出水口上游的適當位置應設置潮門井，潮門井是裝有防潮閘門的窨井（見圖1-27）。十一、雨水口雨水口是在雨水溝道或合流溝道上收集地面雨水的構筑物。設在交叉路口、路側邊

36、溝的一定距離處以及設有道路邊石的低洼地方(宜設在匯水點或截水點，不宜設在匯水很少或不便的地方)。雨水口的形式和數(shù)量應按匯水面積上所產(chǎn)生的徑流量和雨水口的泄水能力來確定。雨水口包括進水篦、井身和連接管三部分。形式：邊溝雨水口（進水篦稍低于邊溝底水平放置圖1-28）、側石雨水口（進水篦嵌入邊石垂直放置圖1-29）和聯(lián)合式雨水口圖1-30。匯水能力與適用條件p31 間距p31 篦面高p31 與窨井的連接p31雨水口井身一般不大于1.0m，一般為0.60.8m。其泄水能力及適用條件見給水排水標準圖集S235。圖1-28邊溝雨水口 圖1-29側石雨水口十二、 倒虹管定義：倒虹管由進水井、溝管及出水井組成

37、。分直管式和折管式。位置：穿越河道、鐵路、洼地、或地下構筑物等障礙物不能按原高程通過；盡可能與障礙物軸線垂直。數(shù)目：穿越小河，旱溝，洼地時可設1條；穿越河道時一般設兩條，1用1備（穿過河道的倒虹管，應選擇在河床和河岸較穩(wěn)定、不易被沖刷的地段及埋深較小的部位敷設。管頂與河床的垂直距離一般不小于0.5m。）；穿越特殊重要的構筑物時應設3條，2用1備。長度： 角度： 管材和管徑選擇： 流速： 進出水井： 圖1-34避開地下管道的直式倒虹管圖1-33穿越道河的折管式倒虹管防止倒虹管內污泥淤積的措施（前面都已經(jīng)講了，這里再次強調）(1) 提高倒虹管內的設計流速：一般采用1.21.5m/s；(2) 最小管

38、徑采用200mm；(3) 在進水井或靠近進水井的上游溝道的窨井底部設沉淀槽；(4) 折管式倒虹管的上升管與水平線夾角應不大于30 。十三、 管橋溝道穿過谷地時，可以不變更坡度而用棧橋或橋梁承托溝管，這種構筑物稱為管橋。十四、 出水口（見教材）（溝道出水口的位置和形式應根據(jù)出水水質、水體的水位及其變化幅度、水流方向、下游用水情況、邊岸變遷(沖、淤)情況和夏季主導風向等因素確定，并要取得當?shù)匦l(wèi)生主管部門和航運管理部門的同意。污水和受水水體需充分混合時，出水口常長距離伸入水體。 雨水出水口設在常水位以上。污水出水口應盡可能在常水位以下。 出水口與河道連接處，一般設置護坡或土墻。 出水標高比水體水面高

39、出很多時，應考慮設置單級或多級跌水設施。）第二章 城市污水管道系統(tǒng)的規(guī)劃設計第一節(jié) 溝道中的水流情況污水在溝道系統(tǒng)中的流動特點1. 管網(wǎng)呈樹枝狀且沿程流量遞增；2. 靠重力流動；3. 污水中含有雜質（清水；過水斷面面積變化；粗糙系數(shù)發(fā)生變化。）近似按清水出廠管計算；4. 溝道中流速沿程有變化：（沿程流量有變化；轉彎，交叉，變徑等處流速有變化。）近似按穩(wěn)定均勻流計算。第二節(jié) 污水溝道水力學設計的原則溝道水力學設計：根據(jù)水力學原理確定溝道的管徑，坡度和高程。一.設計原則（見教材）1.不溢流 2.不淤積 3.不沖刷溝壁 4.要注意通風第三節(jié) 溝道水力學計算用的基本公式一. 水力計算公式1. 流量公式

40、：Q=Av(4.2.1)式中：Q設計流量（m3/s）；A水流有效斷面面積（m2）；v流速（m/s）。2. 流速公式：式中：v流速（m/s）；R水力半徑（m）；I水力坡降；n粗糙系數(shù)。3. 方程組：流速公式；qv=二.污水設計流量計算污水管道系統(tǒng)是由污水管道及管道系統(tǒng)上的附屬構筑物組成。污水管（渠）道設計的主要內容包括：劃分排水流域，進行管網(wǎng)定線；劃分設計管段，確定各設計管段的設計流量；進行管（渠）道的水力計算，確定管徑、坡度、流速及埋深等；繪制管（渠）道平面圖及剖面圖。2.1污水設計流量計算污水設計流量是污水管道系統(tǒng)及附屬構筑物設計的依據(jù)。2.1.1設計污水量定額居民生活污水定額是指居民每人每

41、日所排出的平均污水量。居民生活污水定額與居民生活用水定額、建筑內給排水設施水平及排水系統(tǒng)普及程度等因素有關。我國現(xiàn)行室外排水設計規(guī)范規(guī)定，可按當?shù)赜盟~的8090采用。對給排水系統(tǒng)完善的地區(qū)可按90計，一般地區(qū)可按80計。綜合生活污水定額(還包括公共建筑排放的污水)注意：采用平均日污水量定額。工業(yè)企業(yè)工業(yè)廢水和職工生活污水和淋浴廢水定額：與給水定額相近，可參考。2.1.2污水量的變化通常用變化系數(shù)來反映城鎮(zhèn)污水量的變化程度。變化系數(shù)有日變化系數(shù)、時變化系數(shù)和總變化系數(shù)。日變化系數(shù)Kd：在一年中最大日污水量與平均日污水量的比值稱為日變化系數(shù)。 時變化系數(shù)Kh：最大日中最大時污水量與該日平均時污

42、水量的比值，稱為時變化系數(shù)。 總變化系數(shù)Kz：最大日最大時污水量與平均日平均時污水量的比值稱為總變化系數(shù)。Kz= Kd Kh1居民生活污水量變化系數(shù)總變化系數(shù)與平均流量有一定關系，平均流量愈大，總變化系數(shù)愈小。生活污水量總變化系數(shù)宜按現(xiàn)行室外排水設計規(guī)范規(guī)定采用。（1）查表生活污水量總變化系數(shù) 污水平均日流量（L/s）51540701002005001000總變化系數(shù)Kz2.32.01.81.71.61.51.41.3注：1.當污水平均日流量為中間數(shù)值時，總變化系 數(shù)用內差法求得。2.當居住區(qū)有實際生活污水量變化資料時，可按實際數(shù)據(jù)采用。（2）公式計算 該式是我國在多年觀測資料的基礎上進行綜合

43、分析總結出的計算公式。它反映了我國總變化系數(shù)與平均流量之間的關系：式中 平均日平均時污水量（L/s）。2工業(yè)廢水量變化系數(shù)日變化系數(shù)較小，接近1。時變化系數(shù)見下表：工業(yè)種類冶金化工紡織食品皮革造紙時變化系數(shù)Kh1.01.11.31.51.52.01.52.01.52.01.31.83工業(yè)企業(yè)工業(yè)職工生活污水和淋浴污水量變化系數(shù)生活污水：一般車間3.0，高溫車間2.5。淋浴污水：下班后1小時使用，不考慮變化。113 污水設計流量計算1居民生活污水設計流量的確定 居民生活污水是指居民日常生活中洗滌、沖廁、洗澡等產(chǎn)生的污水。 居民生活污水設計流量可按下式計算：式中 Q1 居民生活污水設計流量（L/s

44、）； q1 居民生活污水定額（L/人d）； N1 設計人口數(shù)； Kz 生活污水量總變化系數(shù)。設計人口指污水排水系統(tǒng)設計期限終期的規(guī)劃人口數(shù)。它與城市的發(fā)展規(guī)模及人口的增長率有關。2工業(yè)廢水設計流量3工業(yè)企業(yè)的生活污水和淋浴污水設計流量的確定工業(yè)企業(yè)生活污水和淋浴污水設計流量用下式計算：（4）公共建筑污水設計流量可利用綜合污水定額計算，如有具體資料也可單獨計算。 式中 Q4 各公共建筑污水設計流量（L/s）； Q4i 各公共建筑最高日污水量標準 L/用水單位d）；N4i各公共建筑用水單位數(shù)； T4i 各公共建筑最高日排水小時數(shù)；h Kh4i各公共建筑污水量時變化系數(shù)。（5）城市污水設計總流量【例

45、題】某工業(yè)區(qū)，居住區(qū)人口為4000人，居民生活污水定額（平均日）=80（L/人d），工廠最大班職工人數(shù)1000人，其中熱車間職工占25%，熱車間70%職工淋浴，一般車間10%職工淋浴。求該工業(yè)區(qū)生活污水總設計流量。解：1. 居住區(qū)生活污水設計流量2工業(yè)企業(yè)的生活污水和淋浴污水設計流量3生活污水總設計流量22 管段設計流量計算1設計管段的劃分（1）設計管段：兩個檢查井之間的管段，如果采用的設計流量不變，且采用同樣的管徑和坡度，則稱它為設計管段。（2）劃分設計管段：只是估計可以采用同樣管徑和坡度的連續(xù)管段，就可以劃作一個設計管段。根據(jù)管道的平面布置圖，凡有集中流量流入，有旁側管接入的檢查井均可作為

46、設計管段的起止點。設計管段的起止點應依次編上號碼。2設計管段設計流量的確定 每一設計管段的污水設計流量可能包括以下幾種流量。（1）本段流量 q1 是從本管段沿線街坊流來的 污水量；（2）轉輸流量 q2 是從上游管段和旁側管段流來的污水量；（3）集中流量q3 是從工業(yè)企業(yè)或其它產(chǎn)生大量污水的公共建筑流來的污水量。對于某一設計管段，本段流量是沿管段長度變化的，即從管段起點的零逐漸增加到終點的全部流量。為便于計算，通常假定本段流量從管段起點集中進入設計管段。而從上游管段和旁側管流來的轉輸流量 q2和集中流量 q3對這一管段是不變的。本段流量是以人口密度和管段的服務面積來計算，公式如下：式中 q1 設

47、計管段的本段流量（L/s）； F 設計管段的本段服務面積（ha）； q s 比流量（L/sha）。比流量是指 單位面積上排出的平均污水量?？捎孟率接嬎悖菏街?n 生活污水定額（L/人d）； 人口密度（人/ ha）。某一設計管段的設計流量可由下式計算：式中 q ij 某一設計管段的設計流量（L/s）； q1 本段流量（L/s）； q2 轉輸流量（L/s）； q3 集中流量（L/s）； kz 生活污水總變化系數(shù)。第四節(jié) 水力學算圖第五節(jié) 溝道水力學設計數(shù)據(jù)5.1 污水管道設計參數(shù) 水力計算的兩個基本公式給出了流量 Q、流速 v、粗糙系數(shù) n、水力坡度 I、水力半徑和過水斷面面積等水力要素之間的關系

48、。為使污水管渠正常運行，需對這些因素加以考慮和限制。作為污水管道設計的依據(jù)。2.3.1 設計充滿度1設計充滿度h/D：在設計流量下，污水管道中的水深 h與管道直徑 D的比值稱為設計充滿度（或水深比）。當 h/D時稱為滿流；當 h/D1時稱為不滿流。2污水管道的設計有按滿流和非滿流兩種方法。在我國，按非滿流進行設計。原因是：污水的流量很難精確確定，而且雨水或地下水可能滲入污水管道增加流量，因此，選用的污水管道斷面面積應留有余地，以防污水溢出； 污水管道內沉積的污泥可能分解析出一些有害氣體，需留出適當?shù)目臻g，以利管道內的通風，排除有害氣體便于管道的疏通和維護管理。一. 設計充滿度充滿度定義 ：溝道

49、中的水深h和管徑D（或渠深H）的比值。如p43圖。設計充滿度：溝道是按不滿流的情況進行設計的。在設計流量下，溝道中的水深h和管徑D（或渠深H）的比值c稱為設計充滿度。1.按不滿流進行設計（h/D1）h/D（h/D）max （最大設計充滿度） （h/D）max見表22室外排水設計規(guī)范排水管渠的最大設計充滿度和超高，應符合下列規(guī)定：(1) 重力流污水管道應按非滿流計算，其最大設計充滿度，應按室外排水設計規(guī)范表4.2.4的規(guī)定取值；表4.2.4 最大設計充滿度管徑或渠高（mm）最大設計充滿度2003000.553504500.655009000.7010000.75 注：在計算污水管道充滿度時，不包

50、括短時突然增加的污水量，但當管徑小于或等于300mm時，應按滿流復核。(2 )雨水管道和合流管道應按滿流計算；(3) 明渠超高不得小于0.2 m。按不滿流進行設計原因：留出一定空間，使管道通風；考慮未預見水量；便于溝道的疏通和維護管理，在一定條件，可提高流速，減少淤積（流速和充滿度的關系見教材手畫圖）。h/D，排量；h/D；流速。2.按滿流設計（h/D1）雨水溝道系統(tǒng)按滿流設計（h/D1）qv滿qvq未預見， q未預見（1020）qv室外排水設計規(guī)范規(guī)定，明溝超高（渠中設計水面與渠頂間高度）不小于0.2m。二. 設計流速定義：溝道中流量到達設計流量時的水流速度。1. 最大設計流速（防止沖刷溝道）：金屬管10m/s，非金屬管5m/s2. 最小設計流速（防止溝道淤積）：污水溝道0.6m/s，明溝0.4m/s。防止淤積所需的溝道設計流速的最小限值同廢水中夾帶的懸浮物的性質(顆粒