专题城市排水工程课件

1、专题城市排水工程1 v人们在生活和生产活动中产生大量污水，污水中人们在生活和生产活动中产生大量污水，污水中 含有很多有害物质，极易腐化发臭，含有很多有害物质，极易腐化发臭， 污染环境，污染环境， 危害人们的生活和生产；天然降水，在降落及流危害人们的生活和生产；天然降水，在降落及流 行过程中也受到一定的污染，行过程中也受到一定的污染， 如不及时排泄，如不及时排泄， 也会危害人们的生活和生产。也会危害人们的生活和生产。 v排水工程由排水管网、排水泵站、污水处理厂及排水工程由排水管网、排水泵站、污水处理厂及 处理后的排放设施等部分组成。处理后的排放设施等部分组成。 专题城市排水工程2 v1 1、定义

2、：、定义： 城市的生活污水、工业生产污水和废水以及空城市的生活污水、工业生产污水和废水以及空 中降水所采用的排水方式称为排水体制。中降水所采用的排水方式称为排水体制。 v2 2、分类：、分类： 合流制合流制 分流制分流制 专题城市排水工程3 v（1 1）完全合流制。当生活污水、工业污水和雨）完全合流制。当生活污水、工业污水和雨 水在同一排水系统汇集和排除时，称为合流制排水在同一排水系统汇集和排除时，称为合流制排 水系统。水系统。 v优点：采用这种系统时，街道下只有一条排水管优点：采用这种系统时，街道下只有一条排水管 道，因而管网建设比较经济。道，因而管网建设比较经济。 v缺点：几种污水汇集后缺

3、点：几种污水汇集后 都流入处理厂，使处理都流入处理厂，使处理 厂的规模过大，投资过多，建设困难；不降雨时，厂的规模过大，投资过多，建设困难；不降雨时， 排水管内水量较小，管中水力条件较差；如果直排水管内水量较小，管中水力条件较差；如果直 接排入水体又极不卫生。接排入水体又极不卫生。 专题城市排水工程4 直排式合流制 直排式合流制 合流支管 合 流 干 管 专题城市排水工程5 v定义：污水与雨定义：污水与雨 水合流后排向沿水合流后排向沿 河的截流干河的截流干 管，管， 并在干管上设置并在干管上设置 雨水溢流井。不雨水溢流井。不 降雨水时，污水降雨水时，污水 流入处理厂进行流入处理厂进行 处处 理

4、；降雨时，理；降雨时， 管中流量增大，管中流量增大， 当管内当管内 流量超过流量超过 一定限度时，超一定限度时，超 出的流量将出的流量将 通过通过 溢流井溢入河道溢流井溢入河道 中。中。 专题城市排水工程6 v定义：污水与雨水分别定义：污水与雨水分别 排除的系统。排除的系统。 v分类：完全分流制，不分类：完全分流制，不 完全分流制。完全分流制。 v1 1）完全分流制。生）完全分流制。生 活污水、工业废水和雨活污水、工业废水和雨 水分别以水分别以三个管道三个管道来排来排 除；或生活污水与水除；或生活污水与水 质相类似的工业污水合质相类似的工业污水合 流，而雨水则流入雨水流，而雨水则流入雨水 管道

5、。管道。 专题城市排水工程7 特点：完全分流制系统卫生情况好，管内特点：完全分流制系统卫生情况好，管内 水力条件也较佳，并可以分期建设，减少一水力条件也较佳，并可以分期建设，减少一 次投资。实际采用的较多。次投资。实际采用的较多。 缺点：由于管道数增多，投资比合流制增缺点：由于管道数增多，投资比合流制增 大。同时，因雨水可直接排入河道，初降的大。同时，因雨水可直接排入河道，初降的 雨水较脏，有可能污染河道。雨水较脏，有可能污染河道。 专题城市排水工程8 v定义：是城市只设污水排水系统而不设雨定义：是城市只设污水排水系统而不设雨 水系水系 统。雨水沿街道边沟或明渠排入水体。统。雨水沿街道边沟或明

6、渠排入水体。 v特点：比较经济，但需具有有利地形时才能采用。特点：比较经济，但需具有有利地形时才能采用。 在新建城在新建城 市中，初期采用不完全分流制系统，市中，初期采用不完全分流制系统， 先解决污水排除问题。随着城市的发先解决污水排除问题。随着城市的发 展，道路展，道路 逐渐完善，雨水管也建设起来，改为完全的分流逐渐完善，雨水管也建设起来，改为完全的分流 制，这样分期建设排水系统，有利城市的发展。制，这样分期建设排水系统，有利城市的发展。 专题城市排水工程9 管径或渠高（管径或渠高（mm）最大设计充满度最大设计充满度 2003000.55 3504500.65 5009000.70 1000

7、0.75 2 2 雨水管道和合流管道应按满流计算。雨水管道和合流管道应按满流计算。 3 3 明渠超高不得小于明渠超高不得小于0.2m0.2m。 专题城市排水工程10 管管 径径 /mm 20030040050060070080090010001500 最最 小小 坡坡 度度/ 0.40.20.150.120.10.090.080.070.060.05 4.管径与坡度的关系管径与坡度的关系: 专题城市排水工程11 v排水管道的最大设计流速：排水管道的最大设计流速： 金属管道为金属管道为10.0ms。 非金属管道为非金属管道为2.0ms。 v排水明渠的最大设计流速：排水明渠的最大设计流速： 当水流

8、深度为当水流深度为0.41.0m时，按时，按表表确定。确定。 当水流深度在当水流深度在0.41.0m范围以外时，范围以外时，表列表列最大设计流最大设计流 速宜乘以下列系数：速宜乘以下列系数： h0.4m 0.85 1.0h2.0m 1.25 h2.0m 1.40 注：注：h为水流深度。为水流深度。 专题城市排水工程12 明渠类型明渠类型最大设计流速（最大设计流速（m/s） 粗砂或低塑性粉质粘土粗砂或低塑性粉质粘土0.8 粉质粘土粉质粘土1.0 粘土粘土1.2 草皮护面草皮护面1.6 干砌块石干砌块石2.0 浆砌块石或浆砌砖浆砌块石或浆砌砖3.0 石灰岩和中砂岩石灰岩和中砂岩4.0 混凝土混凝土

9、4.0 明渠最大设计流速表明渠最大设计流速表 专题城市排水工程13 v排水管渠的最小设计流速：排水管渠的最小设计流速： 1 污水管道在设计充满度下为污水管道在设计充满度下为0.6ms 2 雨水管道和合流管道在满流时为雨水管道和合流管道在满流时为0.75ms 3 明渠为明渠为0.4ms。 专题城市排水工程14 专题城市排水工程15 污水管道的埋设深度 （1）管道的埋设深度有两个意义：）管道的埋设深度有两个意义： 覆土厚度、埋设深度 覆 土 厚 度 埋 设 深 度 （3）决定污水管道最小覆土厚度的因素有哪些？ 冰冻线的要求满足地面荷载的要求满足街坊管连接要求 地面 管道 （2）管网造价）管网造价

10、在实际工程中，污水管道的造价由在实际工程中，污水管道的造价由 选用的选用的管道材料管道材料、管道直径管道直径、施工现场施工现场 地质条件地质条件、管道埋设深度管道埋设深度等四个主要因等四个主要因 素决定。素决定。 专题城市排水工程16 一般情况下，排水管道宜埋设在冰冻线以下。当该一般情况下，排水管道宜埋设在冰冻线以下。当该 地区或条件相似地区有浅埋经验或采取相应措施时，地区或条件相似地区有浅埋经验或采取相应措施时， 也可埋设在冰冻线以上，其浅埋数值应根据该地区也可埋设在冰冻线以上，其浅埋数值应根据该地区 经验确定，但应保证排水管道安全运行。经验确定，但应保证排水管道安全运行。 2）冰冻线的要求

11、）冰冻线的要求 1 1）满足地面荷载的要求）满足地面荷载的要求 车行道下污水管最小覆土厚度不宜小于车行道下污水管最小覆土厚度不宜小于0.70.7m。非车行。非车行 道下，污水管的最小覆土厚度可适当减小。道下，污水管的最小覆土厚度可适当减小。 专题城市排水工程17 3）满足街坊管连接要求）满足街坊管连接要求 专题城市排水工程18 H=Z1 （Z2h） IL +h 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，0.60.7m； 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

12、管的总长度，m； h连接支管与街道污水管的管内底高差，m。 专题城市排水工程19 对于每一个具体的设计管段，从上述三个不同的因素出发，对于每一个具体的设计管段，从上述三个不同的因素出发， 可以得到三个不同的管底埋深或管顶覆土厚度值，这三个数值可以得到三个不同的管底埋深或管顶覆土厚度值，这三个数值 中的最大一个值就是该管段的允许最小埋设深度或最小覆土厚中的最大一个值就是该管段的允许最小埋设深度或最小覆土厚 度。度。 除考虑最小埋深外，还应考虑最大埋深：除考虑最小埋深外，还应考虑最大埋深： 在干燥土壤中，一般不超过在干燥土壤中，一般不超过78 m； 在多水、流砂、石灰岩地层中，一般不超过在多水、流

13、砂、石灰岩地层中，一般不超过5 m。 污水管道的埋设深度（续） 专题城市排水工程20 （2）衔接的方式：）衔接的方式： 水面平接水面平接 管顶平接管顶平接 污水管道的衔接 （1）衔接的原则：）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；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。避免上游管段回水淤积。 水面平接较难做到，水面平接较难做到， 一般采用管顶平接一般采用管顶平接 专题城市排水工程21 污水管道的水力计算方法污水管道的水力计算方法 在进行污水管道水力计算时，各管段的设计流量为已知。在进行污水管道水力计算时，各管段的设计流量为已知。 污水管网

14、水力计算包括两方面内容：污水管网水力计算包括两方面内容： 1、确定各管段的直径和坡度、确定各管段的直径和坡度 （流速和充满度）（流速和充满度） 确定出的管段直径和坡度，必须符合设计规范要求，即：计算得确定出的管段直径和坡度，必须符合设计规范要求，即：计算得 来的一定管径在一定坡度的敷设下，通过设计流量时，流速要满足最来的一定管径在一定坡度的敷设下，通过设计流量时，流速要满足最 小流速、最大流速的要求，充满度要满足最大充满度的要求。小流速、最大流速的要求，充满度要满足最大充满度的要求。 2、 确定各管段始点和终点的埋设深度确定各管段始点和终点的埋设深度（水面标高、管底标高）（水面标高、管底标高）

15、 处理好各管段之间的衔接设计处理好各管段之间的衔接设计 专题城市排水工程22 1、确定各管段的直径和坡度、确定各管段的直径和坡度 确定管段的直径和坡度，应从上游管段开始，依次确定管段的直径和坡度，应从上游管段开始，依次 向下游管段计算。向下游管段计算。 vAQIRCv 在具体计算时，设计流量在具体计算时，设计流量Q和管道粗糙系数和管道粗糙系数n已已 知，知， 还有管径还有管径D 、充满度、充满度h/D、管道坡度、管道坡度I和流速和流速v是是 未知的，因此需要先假定未知的，因此需要先假定2个求其它两个，这样的数个求其它两个，这样的数 学计算非常复杂，而且经常要试算。为了简化计算，学计算非常复杂，

16、而且经常要试算。为了简化计算， 常采用常采用水力计算图水力计算图进行。进行。 （Q、v、D、 n 、h/D、I） 专题城市排水工程23 使用水力计算图时，涉及到管径或坡度使用水力计算图时，涉及到管径或坡度 的假定。的假定。 坡度和管径的假定是相互制约的。假定坡度和管径的假定是相互制约的。假定 哪一个分情况：哪一个分情况： 专题城市排水工程24 管道坡度可以先假定为地面坡度，管径的选择越小越好。选择时，管道坡度可以先假定为地面坡度，管径的选择越小越好。选择时， 采用采用污水管道直径选用图污水管道直径选用图， （1） 在有较大坡度地区时，在有较大坡度地区时，先假定管道的敷设坡度先假定管道的敷设坡度

17、I ，然后求出管径然后求出管径 在该图中，根据设计流量和坡度可以确定一个点，根据该点所处的区在该图中，根据设计流量和坡度可以确定一个点，根据该点所处的区 域即可选定一个合适管径。域即可选定一个合适管径。 流量流量 坡度坡度 专题城市排水工程25 管道的直径采用管道的直径采用污水管道直径选用图选择污水管道直径选用图选择。 （2） 在平坦或缓坡地区时，在平坦或缓坡地区时，先假定管道的直径，先假定管道的直径，然后求出敷设坡度然后求出敷设坡度I 坡度坡度 专题城市排水工程26 按上述方法，可以暂时确定出每一个管段的管径和坡度。按上述方法，可以暂时确定出每一个管段的管径和坡度。 确定出的管径和坡度还要进

18、行复核。确定出的管径和坡度还要进行复核。 当计算出的当计算出的v、h/D 符合设计规定时，则初步确定的符合设计规定时，则初步确定的管径和坡度管径和坡度 即为所求，此时管道的即为所求，此时管道的v、h/D 也就计算出来了。若也就计算出来了。若v、h/D 中有一个中有一个 不符合设计规定时，则要调整管径或管道坡度重新计算。不符合设计规定时，则要调整管径或管道坡度重新计算。 另外，在计算时，还要注意一点，就是不计算管段的水力计算。另外，在计算时，还要注意一点，就是不计算管段的水力计算。不不 计算管段一般在管网的起端，当街坊起端流量小于计算管段一般在管网的起端，当街坊起端流量小于9.19L/s，街道起

19、端，街道起端 流量小于流量小于14.63L/s时，管道分别采用时，管道分别采用200mm和和300mm的管径。的管径。 专题城市排水工程27 2、 确定各管段始点和终点的埋设深度确定各管段始点和终点的埋设深度 （水面标高、管底标高）（水面标高、管底标高） 即衔接设计，衔接设计也是由上游管段向下游管段进行的。即衔接设计，衔接设计也是由上游管段向下游管段进行的。 （1）首先确定第一个管段的起点、终点的埋深）首先确定第一个管段的起点、终点的埋深（管底标高、水面标高）（管底标高、水面标高） a、确定出第一个管段的起点埋深、确定出第一个管段的起点埋深H1： 第一个管段的起点通常是管网的控制点。根据埋深的

20、三个要求，确第一个管段的起点通常是管网的控制点。根据埋深的三个要求，确 定出第一个管段的起点埋深定出第一个管段的起点埋深H1 b 、起点的管底标高、起点的管底标高 =起点的地面标高起点的地面标高E1起点埋深起点埋深H1 c、起点的水面标高、起点的水面标高 =起点的管底标高起点的管底标高 +管中水管中水 深深h d 、终点的管底标高起点的管底标高、终点的管底标高起点的管底标高 IL e 、终点的水面标高终点的管底标高、终点的水面标高终点的管底标高 +管中水管中水 深深h f 、终点的埋深、终点的埋深H2=终点的地面标高终点的地面标高E2终点的管底标高终点的管底标高 覆 土 厚 度 埋 设 深 度

21、 地面 管道 专题城市排水工程28 E E1 1 H H1 1 h h L L 专题城市排水工程29 （2）确定第二个管段的起点、终点的埋深）确定第二个管段的起点、终点的埋深 （管底标高、水面标高）（管底标高、水面标高） 首先应确定与第一个管段的衔接关系（根据具体情况选用一种首先应确定与第一个管段的衔接关系（根据具体情况选用一种 ） 如管顶平接（上游管段的终点与下游管段的起点管顶标高相同）如管顶平接（上游管段的终点与下游管段的起点管顶标高相同） 第二管段起点的管底标高第二管段起点的管底标高上游上游终点的管底标高终点的管底标高+上游管径下游管径上游管径下游管径 第二管段起点的水面标高第二管段起点

22、的水面标高起起点的管底标高点的管底标高+管中水深管中水深h 第二管段起点的埋深第二管段起点的埋深H1=起点的地面标高起点的地面标高E1起点的管底标高起点的管底标高 即可求出第二管段终点的管底标高、水面标高、埋设深度即可求出第二管段终点的管底标高、水面标高、埋设深度 如水面平接（如水面平接（上游管段的终点与下游管段的起点水面标高相同）上游管段的终点与下游管段的起点水面标高相同） 第二管段起点的管底标高第二管段起点的管底标高上游上游终点的水面标高下游管中的水深终点的水面标高下游管中的水深 同理可依次求出后续下游管段的起点和终点埋深同理可依次求出后续下游管段的起点和终点埋深 专题城市排水工程30 专

23、题城市排水工程31 污水管道水力计算应注意的问题污水管道水力计算应注意的问题 （1）确定管道的管径和坡度应与确定管道的起点终点埋深交错进行。）确定管道的管径和坡度应与确定管道的起点终点埋深交错进行。 （2）必须仔细研究管网系统的控制点。）必须仔细研究管网系统的控制点。 控制点常位于区域的最远或最低处。各条管道的起点、低洼地区的控制点常位于区域的最远或最低处。各条管道的起点、低洼地区的 个别街坊、污水出水口较深的工业企业或公共建筑都是研究的对象。个别街坊、污水出水口较深的工业企业或公共建筑都是研究的对象。 （3） 水力计算从上游依次向下游进行水力计算从上游依次向下游进行 一般情况下，随着设计流量

24、逐段增加，设计流速也应相应增加或一般情况下，随着设计流量逐段增加，设计流速也应相应增加或 不变。当管道坡度突然变小时，设计流速才允许减小。不变。当管道坡度突然变小时，设计流速才允许减小。 另外，随着设计流量逐段增加，设计管径也应相应增加或不变。另外，随着设计流量逐段增加，设计管径也应相应增加或不变。 但是，当管道坡度突然增大时，管径也可以减小，减小的范围不得超过但是，当管道坡度突然增大时，管径也可以减小，减小的范围不得超过 50100mm。 专题城市排水工程32 （4）跌水井的设置）跌水井的设置 在地面坡度太大时，为了减小管内水流速度，防止管壁被冲刷，在地面坡度太大时，为了减小管内水流速度，防

25、止管壁被冲刷， 管道坡度往往需要小于地面坡度。这就有可能使下游管段的覆土厚度管道坡度往往需要小于地面坡度。这就有可能使下游管段的覆土厚度 无法满足最小限值的要求，甚至超出地面，因此在适当的点可设置跌无法满足最小限值的要求，甚至超出地面，因此在适当的点可设置跌 水井。水井。 在旁侧管与干管的连接处。要考虑干管的埋深是否允许旁侧管接在旁侧管与干管的连接处。要考虑干管的埋深是否允许旁侧管接 入，根据情况设置跌水井。入，根据情况设置跌水井。 （5）泵站的设置）泵站的设置 在干燥土壤中，管道的埋深一般不超过在干燥土壤中，管道的埋深一般不超过78 m；在多水、流砂、石；在多水、流砂、石 灰岩地层中，一般不

26、超过灰岩地层中，一般不超过5 m。如果超过，则要设置泵站。如果超过，则要设置泵站。 污水管道水力计算应注意的问题污水管道水力计算应注意的问题 专题城市排水工程33 专题城市排水工程34 专题城市排水工程35 天然河道、人工渠道统称为天然河道、人工渠道统称为明渠明渠。明渠中流动的液体称明渠中流动的液体称 为为明渠水流。明渠水流。 当液体通过明渠流动时，形成与大气相接触的自由水面，当液体通过明渠流动时，形成与大气相接触的自由水面， 表面各点压强均为大气压强，所以明渠水流为表面各点压强均为大气压强，所以明渠水流为无压流无压流。 明渠水流也可分为恒定流与非恒定流、均匀流与非均匀明渠水流也可分为恒定流与

27、非恒定流、均匀流与非均匀 流、渐变流与急变流等。流、渐变流与急变流等。 主要内容：主要内容： 明渠的几何特性明渠的几何特性 明渠均匀流的特性明渠均匀流的特性 明渠均匀流的计算公式明渠均匀流的计算公式 明渠均匀流的水力计算明渠均匀流的水力计算 水力最佳断面及允许流速水力最佳断面及允许流速 专题城市排水工程36 明渠的几何特性明渠的几何特性 1.1.明渠的底坡明渠的底坡 明渠渠底纵向（沿水流明渠渠底纵向（沿水流 方向）倾斜的程度称为方向）倾斜的程度称为底坡底坡。 以以i i表示。表示。 底坡线 水面线水面线 底坡线底坡线 i 0 顺坡、正坡顺坡、正坡 i i等于渠底线与水平线夹角等于渠底线与水平线

28、夹角 的正弦，即的正弦，即i=sini=sin。 i = 0 平坡平坡 i 0 逆坡、负坡逆坡、负坡 顺坡（或正坡）明渠顺坡（或正坡）明渠 按底坡分类：按底坡分类： 平坡明渠平坡明渠 逆坡（或负坡）明渠逆坡（或负坡）明渠 专题城市排水工程37 2.2.明渠的明渠的横断面横断面 垂直于渠道中心线作铅垂直于渠道中心线作铅 垂面与渠底及渠壁的交垂面与渠底及渠壁的交 线称为线称为明渠的横断面明渠的横断面。 主槽 滩地 梯形断面河道断面矩形断面 反映断面的形状特征值称为反映断面的形状特征值称为断面水力要素断面水力要素。 b h 1 m B 底宽底宽 水深 边坡系数 水面宽水面宽2Bbmh过水断面面积过水

29、断面面积 ()Abmh h 湿周湿周 2 21bhm水力半径水力半径 2 () R 21 Abmh h bhm 断面形状、尺寸及底坡沿程不变，断面形状、尺寸及底坡沿程不变， 同时又无弯曲的渠道，称为同时又无弯曲的渠道，称为棱柱棱柱 体渠道体渠道。 断面形状、尺寸或底坡沿程改变断面形状、尺寸或底坡沿程改变 的渠道，称为的渠道，称为非棱柱体渠道非棱柱体渠道。 棱柱体棱柱体非棱柱体 2 2 3 3 112233 1 1 专题城市排水工程38 表5-2 矩形、梯形、圆形过水断面的水力要素 断面形状断面形状 b mhb2 hdh2 *sin 8 2 d hmhb bh hb2 2 12mhb d 2 1

30、 sin 1 4 d 2 12mhb hmhb hb bh 2 水面宽度水面宽度 B B 过水断面积过水断面积 A A 湿湿 周周 x x 水力半径水力半径 R R B B h b m b B d h *式中 以弧度计 专题城市排水工程39 明渠均匀流的特性明渠均匀流的特性 Ff = Gs 均速运动均速运动 Ff 0)明渠明渠 加速运动加速运动 1.过水断面的形状、尺寸及水深沿程不变。过水断面的形状、尺寸及水深沿程不变。 2.过水断面上的流速分布、断面平均流速沿程不变；因此，水流过水断面上的流速分布、断面平均流速沿程不变；因此，水流 的动能修正系数及流速水头也沿程不变。的动能修正系数及流速水头

31、也沿程不变。 3.总水头线、水面线及底坡线三者相互平行，即总水头线、水面线及底坡线三者相互平行，即 4.水流重力在流动方向上的分力与摩阻力相平衡，即水流重力在流动方向上的分力与摩阻力相平衡，即G Gs s= =F Ff f 。 z JJi 产生均匀流的条件：产生均匀流的条件： v水流应为恒定流。流量应沿程不变，即无支流。水流应为恒定流。流量应沿程不变，即无支流。 v渠道必须是长而直的棱柱体顺坡明渠，粗糙系数沿渠道必须是长而直的棱柱体顺坡明渠，粗糙系数沿 程不变。另外渠道中无水工建筑物的局部干扰。程不变。另外渠道中无水工建筑物的局部干扰。 专题城市排水工程40 明渠均匀流的计算公式明渠均匀流的计

32、算公式 1 6 1 QAv vCRi CR n 3 2 2 1 3 5 3 2 2 1 11 iA n RAi n RiACQ 专题城市排水工程41 明渠均匀流的水力计算明渠均匀流的水力计算 以梯形断面为例：以梯形断面为例：),(nihbmfQ 51 32 23 1 A i QAC Ri n v 已知渠道的断面尺寸已知渠道的断面尺寸b b、m m、h h及底坡及底坡i i、粗糙系、粗糙系 数数n n，求通过的流量求通过的流量Q Q。 v 已知渠道的断面尺寸已知渠道的断面尺寸b b、m m、h h及设计流量及设计流量Q Q、粗、粗 糙系数糙系数n n，求底坡求底坡i i。 v 已知渠道的断面尺寸

33、已知渠道的断面尺寸b b、m m、h h及通过的流量及通过的流量Q Q、 底坡底坡i i，求粗糙系数求粗糙系数n n。 v 已知渠道的设计流量已知渠道的设计流量Q Q、底坡、底坡i i、底宽、底宽b b、边坡系、边坡系 数数m m和粗糙系数和粗糙系数n n，求正常水深求正常水深h h0 0。 v 已知渠道的设计流量已知渠道的设计流量Q Q、底坡、底坡i i、水深、水深h h、边坡系、边坡系 数数m m和粗糙系数和粗糙系数n n，求底宽求底宽b b。 专题城市排水工程42 例：某梯形断面渠道例：某梯形断面渠道,已知流量已知流量Q=3m3/s ，边坡系数，边坡系数 m=1.0，底坡，底坡i=0.0

34、049，粗糙系数，粗糙系数n=0.0225 ，底宽，底宽b=1m 。 求：均匀流动时的正常水深求：均匀流动时的正常水深h0（简称正常水深（简称正常水深h0）。）。 解：根据谢才解：根据谢才曼宁公式，并代入梯形断面水力要素，有曼宁公式，并代入梯形断面水力要素，有 2 1 3 2 2 3 2 2 1 12 )( )( 11 i mhb hmhb hmhb n RAi n RiACQ 设设h=0.5m，0.75m，1.0m，计算相应的，计算相应的Q值如下表值如下表 h(m) 0.5 0.75 1.0 Q(m3/s) 1.07 2.29 4.03 h(m) Q(m3/s)1.02.03.00.0 0.

35、0 0.5 0.75 0.25 1.0 从曲线上查得：当从曲线上查得：当Q=3m3/s时，时， h=0.86m。 专题城市排水工程43 水力最佳断面水力最佳断面 从经济的观点来说，总是希望所选定的横断面形状从经济的观点来说，总是希望所选定的横断面形状 在在通过已知流量时面积最小通过已知流量时面积最小，或者是，或者是过水面积一定时通过水面积一定时通 过的流量最大过的流量最大。符合这种条件的断面，其工程量最小，。符合这种条件的断面，其工程量最小， 过水能力最强，称为过水能力最强，称为水力最佳断面水力最佳断面。 3 2 2 1 3 5 3 2 2 1 11 iA n RAi n RiACQ 所以水力

36、最佳断面是所以水力最佳断面是湿周最小湿周最小的断面。的断面。 工程中多采用梯形断面，在边坡系数工程中多采用梯形断面，在边坡系数m已定的情况已定的情况 下，同样的过水面积下，同样的过水面积A，湿周的大小因底宽与水深的比，湿周的大小因底宽与水深的比 值值b/h而异。而异。 b h 1 m B 可以证明：梯形水力最佳断面的宽可以证明：梯形水力最佳断面的宽 深之比为深之比为 2 2( 1) m b mm h 此时，此时， 2 m m h R 专题城市排水工程44 证明水力最佳断面的宽深比证明水力最佳断面的宽深比 根据水力最佳断面的条件根据水力最佳断面的条件 A 常数 最小值 即 2 2 0 0,0 d

37、A dh dd dhdh 而而hmhbA)( 2 12mhb 将将A、分别对分别对h求一阶导，并使之为零求一阶导，并使之为零 0)()(m dh db hmhb dh dA 012 2 m dh db dh d 上二式中消去上二式中消去db/dh后，解得后，解得 )()1(2 2 mfmm h b m 专题城市排水工程45 例：试按水力最优条件设计一梯形断面渠道的尺 寸。已知设计流量Q3.5m3/s，底坡i0.005，边 坡系数m1.5，渠壁粗糙系数n0.025。 mb mh iAR n QinRAQ hRR hhhhmhbA hb m m 59. 097. 061. 0 97. 0 1 5

38、. 0 11. 2)5 . 161. 0()( 61. 0 61. 0)5 . 15 . 11(2 2 1 3 2 2 2 得代入流量公式、将 又 即 解： 专题城市排水工程46 无压圆管均匀流的水力计算无压圆管均匀流的水力计算 h d B hdh2 *sin 8 2 d d 2 1 sin 1 4 d 过水面积过水面积A： 湿湿 周周： 水力半径水力半径R： 充满度：充满度： d h 水面宽度：水面宽度： 专题城市排水工程47 例：已知某圆形污水管管径d800mm，粗糙 系数n0.014，底坡i0.0024，试求最大设计 充满度时的流量Q。 smiAR n Q m d Rmd m d A m

39、md /504. 0 1 237. 0) sin 1 ( 4 ,586. 1 2 1 3758. 0)sin( 8 16.227 4 sin 70. 0800 3 2 1 3 2 2 2 2 故 则 。得代入 ，时的最大设计充满度解：查表得 专题城市排水工程48 v排水管道采用压力流时，压力管道的设排水管道采用压力流时，压力管道的设 计流速宜采用计流速宜采用0.72.0ms。 v污水厂压力输泥管的最小设计流速，污水厂压力输泥管的最小设计流速， 按按 表表确定：确定： 专题城市排水工程49 污泥含水率（污泥含水率（%）最小设计流速（最小设计流速（m/s） 管径管径150250mm管径管径3004

40、00mm 901.51.6 911.41.5 921.31.4 931.21.3 941.11.2 951.01.1 960.91.0 970.80.9 980.70.8 污水厂压力输泥管的最小设计流速表污水厂压力输泥管的最小设计流速表 专题城市排水工程50 v检查井检查井 v跌水井跌水井 v水封井水封井 v雨水口雨水口 v截流井截流井 v倒虹管倒虹管 v出水口出水口 专题城市排水工程51 v检查井的位置，应设在管道交汇处、转弯处、管径或检查井的位置，应设在管道交汇处、转弯处、管径或 坡度改变处、跌水处以及直线管段上每隔一定距离处。坡度改变处、跌水处以及直线管段上每隔一定距离处。 管渠净高管渠

41、净高mm最大间距（最大间距（m） 污水管道污水管道雨水（合流）管道雨水（合流）管道 2004004050 5007006070 80010008090 11001500100120 16002000120120 专题城市排水工程52 v管道跌水水头为管道跌水水头为1.02.0m时，宜设跌水井；跌水时，宜设跌水井；跌水 水头大于水头大于2.0m时，应设跌水井。管道转弯处不宜时，应设跌水井。管道转弯处不宜 设跌水井。设跌水井。 v跌水井的进水管管径不大于跌水井的进水管管径不大于200mm时，一次跌水时，一次跌水 水头高度不得大于水头高度不得大于6m；管径为；管径为300600mm时，时， 一次跌水

42、水头高度不宜大于一次跌水水头高度不宜大于4m。跌水方式可采用。跌水方式可采用 竖管或矩形竖槽。管径大于竖管或矩形竖槽。管径大于600mm时，其一次跌时，其一次跌 水水头高度及跌水方式应按水力计算确定。水水头高度及跌水方式应按水力计算确定。 专题城市排水工程53 v当工业废水能产生引起爆炸或火灾的气体时，其管当工业废水能产生引起爆炸或火灾的气体时，其管 道系统中必须设置水封井。水封井位置应设在产生道系统中必须设置水封井。水封井位置应设在产生 上述废水的排出口处及其干管上每隔适当距离处。上述废水的排出口处及其干管上每隔适当距离处。 v水封深度不应小于水封深度不应小于0.25m，井上宜设通风设施，井

43、，井上宜设通风设施，井 底应设沉泥槽。底应设沉泥槽。 v水封井以及同一管道系统中的其他检查井，均不应水封井以及同一管道系统中的其他检查井，均不应 设在车行道和行人众多的地段，并应适当远离产生设在车行道和行人众多的地段，并应适当远离产生 明火的场地。明火的场地。 专题城市排水工程54 v雨水口的形式、数量和布置，应按汇水面积所产生雨水口的形式、数量和布置，应按汇水面积所产生 的流量、雨水口的泄水能力及道路形式确定。的流量、雨水口的泄水能力及道路形式确定。 v雨水口间距宜为雨水口间距宜为2550m。当道路纵坡大于。当道路纵坡大于0.02时，时， 雨水口的间距可大于雨水口的间距可大于50m，其形式、

44、数量和布置应根，其形式、数量和布置应根 据具体情况和计算确定。坡段较短时可在最低点处据具体情况和计算确定。坡段较短时可在最低点处 集中收水，其雨水口的数量或面积应适当增加。集中收水，其雨水口的数量或面积应适当增加。 v 雨水口深度不宜大于雨水口深度不宜大于lm，并根据需要设置沉泥槽。，并根据需要设置沉泥槽。 专题城市排水工程55 v截流井的位置，应根据污水截流干管位置、合流管截流井的位置，应根据污水截流干管位置、合流管 渠位置、溢流管下游水位高程和周围环境等因素确渠位置、溢流管下游水位高程和周围环境等因素确 定。定。 v截流井宜采用槽式，也可采用堰式或槽堰结合式。截流井宜采用槽式，也可采用堰式

45、或槽堰结合式。 v截流井溢流水位，应在设计洪水位或受纳管道设计截流井溢流水位，应在设计洪水位或受纳管道设计 水位以上，当不能满足要求时，应设置闸门等防倒水位以上，当不能满足要求时，应设置闸门等防倒 灌设施。灌设施。 专题城市排水工程56 v通过河道的倒虹管，不宜少于两条；通过谷地、旱沟或小河通过河道的倒虹管，不宜少于两条；通过谷地、旱沟或小河 的倒虹管可采用一条。的倒虹管可采用一条。 v倒虹管的设计，应符合下列要求：倒虹管的设计，应符合下列要求： 最小管径宜为最小管径宜为200mm。 管内设计流速应大于管内设计流速应大于0.9ms，并应大于进水管内的流速，并应大于进水管内的流速， 当管内设计流

46、速不能满足上述要求时，应增加定期冲洗措当管内设计流速不能满足上述要求时，应增加定期冲洗措 施，冲洗时流速不应小于施，冲洗时流速不应小于1.2ms。 倒虹管的管顶距规划河底距离一般不宜小于倒虹管的管顶距规划河底距离一般不宜小于1.0m，通过航，通过航 运河道时，其位置和管顶距规划河底距离应与当地航运管运河道时，其位置和管顶距规划河底距离应与当地航运管 理部门协商确定，并设置标志，遇冲刷河床应考虑防冲措理部门协商确定，并设置标志，遇冲刷河床应考虑防冲措 施。施。 倒虹管宜设置事故排出口。倒虹管宜设置事故排出口。 专题城市排水工程57 v排水管渠出水口位置、形式，应根据受纳水体的排水管渠出水口位置、

47、形式，应根据受纳水体的 水质要求、水体的流量、水位变化幅度、水流方水质要求、水体的流量、水位变化幅度、水流方 向、波浪状况、稀释自净能力等因素确定。向、波浪状况、稀释自净能力等因素确定。 v出水口应采取防冲刷、消能、加固等措施，并视出水口应采取防冲刷、消能、加固等措施，并视 需要设置标志。需要设置标志。 v有冻胀影响地区的出水口，应考虑用耐冻胀材料有冻胀影响地区的出水口，应考虑用耐冻胀材料 砌筑，出水口的基础必须设在冰冻线以下。砌筑，出水口的基础必须设在冰冻线以下。 专题城市排水工程58 v设计流量：设计流量： 污水泵站的设计流量，应按泵站进水总管的最高日最污水泵站的设计流量，应按泵站进水总管的最高日最 高时流量计算确定。高时流量计算确定。 雨水泵站的设计流量，应按泵站进水总管的设计流量雨水泵站的设计流量，应按泵站进水总管的设计流量 计算确定。计算确定。 合流污水泵站的设计流量，应按下列公式计算确定：合流污水泵站的设计流量，应按下列公式