给水排水管道系统教案.docx

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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

1）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

55-90

60-95

65-100

65-100

55-90

室内有给水排水卫生设备和淋浴设备

90-125

100-140

110-150

120-160

100-140

室内有给水排水卫生设备，并有淋浴和集中热水供应

130-170

140-180

145-185

150-190

140-180

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：

生活污水量总变化系数

污水平均日流量（L/s）

5

15

40

70

100

200

500

>1000

总变化系数Kz

2.3

2.0

1.8

1.7

1.6

1.5

1.4

1.3

3.公共建筑生活污水量计算

4.工业企业生活污水及淋浴污水量计算

5.工业废水设计流量计算

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

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/D<1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）

200~300

350~450

500~900

≥1000

0.55（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0.7m

3、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

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