1、50第二部分 排水工程一、排水系统概论1、掌握排水体制和排水系统的组成。1.1掌握排水体制排水系统体制分类：合流制，分流制，混合制。从环保方面看：合流制在降雨时会把大量城市污水直接排入河流，造成水体严重污染；分流制把雨水直接排入河流，污水则经过处理厂的处理后排入河流，污染相对较小。从造价方面看：合流制管道少，造价底；分流制管道多，造价高。从维护管理方面看：合流制雨污混合，不易淤积，容易维护管理；分流制污水管道易造成淤积，加大了管理难度。混合制的优缺点介于分流制和合流制之间。考虑到目前环保是主要的影响因素，所以现在新建排水系统的体制多为分流制。1.2掌握排水系统的组成。排水系统是指排水的收集、输
2、送、处理和利用，以及排放等设施以一定方式组合成总体。1.2.1城市污水排水系统的主要组成部分城市污水包括排入城镇污水管道的生活污水和工业废水。将工业废水排入城市城市生活污水排水系统，就组成城市污水排水系统。城市生活污水排水系统主要由下列几个主要部分组成：（1）室内污水管道系统及设备。其作用是收集生活污水，并将其排送至室外居住小区污水管道中去。（2）室外污水管道系统。分布在地面下的依靠重力流输送至泵站、污水厂或水体的管道系统统称为室外污水管道系统。它又分为居住小区管道系统及街道管道系统。（3）污水泵站及压力管道。污水一般以重力流排除，但往往由于受到地形等条件的限制而发生困难，这时就需要设置泵站。
3、泵站分为局部泵站、中途泵站、和总泵站。（4）污水厂。供处理和利用污水、污泥的一切构筑物及附属构筑物的综合体称为污水处理厂。（5）出水口及事故排出口。1.2 .2工业废水排水系统的主要组成部分。（1）车间内部管道系统和设备。主要用于收集各生产设备排出的工业废水，51并将其排送至车间外部的厂区管道系统中去。（2）厂区管道系统。敷设在工厂内，用以收集并输送个车间排出的工业废水的管道系统。厂区工业废水的管道系统，可根据具体情况设置若干个独立的管道系统。（3）污水泵站及管道压力。（4）废水处理站。是回收和处理废水与污泥的场所。1.2.3 雨水排水系统的主要组成部分（1）建筑物的雨水管道系统和设备。主要是
4、收集工业、公共或大型建筑的屋面雨水，并将其排入室外的雨水管渠系统中去。（2）居住小区或工厂雨水管道系统。（3）街道雨水管道系统。（4）排洪沟。（5）出水口。2、熟悉城市排水系统的规划原则和任务。2.1 排水系统的规划原则：（1）排水工程的规划应符合区域规划以及城市和工业企业的总体规划，并应与城市和工业企业中其他的单项工程建设密切配合，互相协调。（2）排水工程的规划与设计，要与邻近区域内的污水和污泥的处理和处置协调。一个区域的污水系统，可能影响邻近水域，特别是影响下游区域的环境质量，故在确定规划区域的处理水平的处置方案时，必须在较大区域内综合考虑。（3）排水工程规划与设计，应处理好污染源治理与集
5、中治理的关系。（4）城市污水是可贵的淡水资源，在规划中要考虑污水经再生后的回用方案。（5）如设计排水区域尚需考虑给水和防洪问题时，污水排水工程应与给水工程协调，雨水排水工程应与防洪工程协调，以节省总投资。（6）排水工程的设计应全面规划，按近期设计，考虑远期发展有扩建的可能。并根据使用要求和技术经济的合理性等因素，对近期工程作出分期建设的安排。（7）对于城市和工业企业原有的排水工程在进行改建和扩建时，应从实际出发，在满足环境保护的要求下，充分利用和发挥其效能，有计划、有步骤地加以改造，使其逐步达到完善和合理化。（8）在规划与设计排水工程时，必须认真贯彻执行国家和地方有关部门制定的现行有52关标准
6、、规范或规定。同时，也必须执行国家关于新建、改建、扩建工程，实行把防止污染措施与主体工程同时设计、同时施工、同时投产的“三同时”规定，这是制定控制污染发展的重要政策。2.2 排水系统的任务它的主要任务是规划设计、收集、输送、处理和利用各种污水的一整套工程设施和构筑物，即排水管道系统和污水厂的规划与设计。二、污水管道系统的设计1、掌握污水设计流量的计算。（1）生活污水设计流量（含公共建筑）Q1 = nNKz/86400 = nPFKz/86400n生活污水定额，L/（人d） N设计人口数，人P人口密度，人/ha F服务面积，haKz=KhKd=2.7/Q 平均 0.11(Q 平均 1000 L/
7、s 则 Kz=1.3，Q 平均 5 L/s 则 Kz=2.3)（2）工企业生活污水及淋浴污水设计流量 Q2：人数 定额/时间，生活污水需乘变化系数，淋浴污水不需要。（3）工业废水设计流量Q 3 = mMKz/3600T m生产过程中每单位产品的废水量（L/单位产品）；M 产品的平均日产量；（4）地下水渗入量 Q4：一般以单位管道延长米或单位服务面积公顷计算。（5）城市总水设计总流量 Q=Q1+Q2+Q3+Q42、熟悉污水管网的水力计算方法。水力计算的基本公式：流速公式 ,流量公式Q=AvRICvC 值一般按曼宁公式计算， ,代入上式得 ，61n213IRnv213IARnQQ流量，m 3/s；
8、A过水断面面积，m 2；v流速，m/s；R水力半径，m，R=A/湿周；I 管道坡度；C谢才系数；n管壁粗糙系数。在进行污水管道水力计算时，通常污水设计流量为已知值，需要确定管道的断面尺寸和敷设坡度。为使水力计算获得较为满意的结果，必须认真分析设计地区的地形等条件，并充分考虑水力计算设计数据的有关规定。所选择的管道断面尺寸，必须要53在规定的设计充满度（非满流，根据管径不同最大充满度不同）和设计流速的情况下，能够排泄设计流量。管道坡度应参照地面坡度和最小坡度的规定确定。一方面要使管道尽可能与地面坡度平行敷设，这样可不增大埋深。但同时管道坡度又不能小于最小设计坡度的规定（DN200最小坡度0.00
9、4，DN300最小坡度0.003），以免管道内流速达不到最小设计流速（0.6m/s）而产生淤积。当然也应避免若管道坡度太大而使流速大于最大设计流速（金属管最大设计流速为10m/s；非金属管最大设计流速为5m/s ），也会导致管壁受冲刷。在具体计算中，已知设计流量Q 及管道粗糙系数n ，需要求管径D 、水力半径R、充满度h/D、管道坡度I 和流速v。为简化计算，常采用水力计算图。所谓水力计算图，是指将流量、管径、坡度、流速、充满度、粗糙系数各水力因素之间绘成计算图。对每一张图表而言，D 和n 是已知数，图上的曲线表示 Q、v、I、h/D 之间的关系。在这4 个因素中，只要知道2 个就可以查出其它
10、2 个。3、熟悉城市污水回用系统组成及设计要求。城市污水回用一般由污水收集系统、再生水厂、再生水输配系统和回用水管理等部分组成。污水收集系统：是收集输送回用原水的管道系统。污水收集一般靠城市排水管网进行，管道不宜采用明渠。排水系统可采用分流制或合流制，将回用原水从回用水源以最佳路线输送至再生水厂。再生水厂：它是以回用为目的对污水进行再生处理的污水处理厂。其处理工艺流程，应通过试验或参考实际经验 ，根据回用水水质标准，通过技术经济比较确定。再生水厂一般包括深度处理或仅深度处理。深度处理是进一步去除常规二级处理不能完全去除的污水中杂质的净化过程，通常由混凝、沉淀（澄清）、过滤、活性类吸附、离子交换
11、、反渗透、电渗析、氨吹脱、臭氧氧化、消毒等单元技术组合而成。城市污水厂的再生水厂可采用一级处理、二级处理、混凝沉淀（澄清）、过滤和消毒等基本工艺流程，当有试验依据或回用水水质有特殊要求时，可采用其它工艺。再生水厂宜靠近回用水源收集区或用户集中地区，以便于原水收集和缩短输水距离。也可设在城市污水处理厂内、工业区内、或某一特定用户内。再生水厂规模应超过计划用水量的20以上。再生水输配系统：应建成独立系统。可新建再生管道，或利用原有给水管道输送再生水，而新建给水管道、再生水输水管道应防止微生物腐蚀，一般以非金属为宜，54当采用金属管道时，应做好防腐处理。再生水的配水系统由用户自行配置。用户的用水管理
12、：应根据用水设施的要求确定。当用于工业冷却时，一般包括水质稳定处理、菌藻处理和进一步改善水质的其它特殊处理。当用于生活杂用水或景观河道补充水时，可直接使用，不需要再进一步处理。三、排水管渠系统1、熟悉暴雨强度公式应用。暴雨强度公式 （L/sha）nbtPcAiq)(lg1671（2）设计重现期P雨水管渠设计重现期的选用，应根据汇水面积的地区建设性质（广场、干道、厂区、居件区）、地形特点、汇水面积和气象特点等因素确定、一般选用0.53a，对于重要于道，立交道路的重要部分，重要地区或短期积水即能引起较严重损失的地区，宜采用较高的设计重现期，一般选用25a，并应和道路设计协调。对于特别重要的地区可酌
13、情增加，而且在同一排水系统中也可采用同一设计重现期或不同的设计重现期。雨水管渠设计重现期规定的选用范围，是根据我国各地目前实际采用的数据，经归纳综合后确定的。我国地域辽阔，各地气候、地形条件及排水设施差异较大。因此，在选用雨水管渠的设计重现期时，必须根据当地的具体条件合理选用。（3）集水时间t对于管道的某一设计断面来说，集水时间t 由地面集水时间 t1和管道雨水流行时间t2两部分组成：t = t 1mt 21）地面集雨时间t 1的确定地面集水时间是指雨水从汇水面积上最远点流到第1个雨水口的时间。地面集水时间受地形坡度、地面铺砌、地面种植情况、水流路程、道路纵坡和宽度等因素的影响，这些因素直接决
14、定着水流沿地面或边沟的速度。此外，也与暴雨强度有关，因为暴雨强度大，水流时间就短。但在上述各因素中，地面集水时间主要取决于雨水流行距离的长短和地面坡度。在实际的设计工作中，要难确地计算t 1值是困难的，故一般不进行计算，而采用经验数值。根据室外排水设计规范规定：地面集水时间视距离长短和地形坡度及地面覆盖情况而定，般采用t 15 15min。按照经验，一般对在建筑密度较大、地形较陡、雨水口分布较密的地区或街区内设置的雨水暗管，宜采用较小的t 1值，可取t 158min 左右。而在建筑密度较小、汇水面积较大、地形较平坦、雨水口55布置较稀疏的地区，宜采用较大值，一般可取t 1 1015min。起点
15、井上游地面流行距离以不超过120150m 为宜。2）管道雨水流行时间t 2的计算管内雨水流行时间 t2= （L/60v） ， min。 L各管段的长度，m。 v各管段满流时的水流速度，m/s3）折减系数的确定：当降雨历时等于流域集流时间时，雨水流量最大。降雨初期没有达到这样的设计情况，随着降雨历时的增长形成满流。通过资料分析，建议用大于 1 的系数乘以用满流算出的管内雨水流行时间。该系数也叫苏林系数。通常暗管的折减系数为 2，明渠的折减系数为 1.22、掌握雨水管渠设计流量计算及系统设计和计算；了解雨水利用对城市排水系统设计的影响。2.1 雨水管渠设计流量计算Q = qF （L/s）径流系数；
16、 q暴雨强度， （L/sha） ；F汇水面积，ha 。降落在地面上的雨水，一部分被植物和地面的洼地截留，一部分渗入土壤，余下的一部分沿地面流入雨水管渠，这部分进入雨水管渠的雨水量称做径流量。径流量与降雨量的比值称径流系数 ，其值常小于1。径流系数的值因汇水面积的地面覆盖情况、地面坡度、地貌、建筑密度的分布、路面铺砌等情况的不同而异。如屋面为不透水材料覆盖， 值大；沥青路面的 值也大；而非铺砌的土路面 值就较小。地形坡度大，雨水流动较快，其值也大；种植植物的庭园，由于植物本身能截留一部分雨水，其 值就小等等。但影响 值的主要因素则为地面覆盖种类的透水性。此外，还与降雨历时、暴雨强度及暴雨类型有关
17、。如降雨历时较长，由于地面渗透损失减少， 就大些；暴雨强度大，其 值也大；最大强度发生在降雨前期的雨型，前期雨大的， 值也大。由于影响因素很多，要精确地求定其值是很困难的。目前在雨水管渠没计中，径流系数通常采用按地面覆盖种类确定的经验数值。2.2雨水系统设计和计算56（1）水力计算1）设计充满度雨水中含有泥沙等无机物质，不同于污水的性质，加以暴雨净流量大，而响应较高的设计重现期的暴雨强度的降雨历时一般不会很长，故管道设计充满度按满流考虑，即h/D1。明渠则应有等于或大于0.20m 的超高。2）设计流速为避免雨水所挟带的泥沙等无机物质在管区内沉淀下来而堵塞管道，雨水管渠的最小设计流速应大于污水管
18、道，满流时管道内最小设计流速为0.75m/s；明渠内最小设计流速为0.40m/s。为防止管壁受到冲刷而损坏，影响及时排水，对雨水管渠的最大设计流速规定为：金属管最大设计流速为10m/s；非金属管最大设计流速为5m/s.3）最小管径和最小设计坡度雨水管道的最小管径为300mm，响应的最小坡度为0.003，雨水口连接管最小管径为200mm，最小坡度为0.01。（2）设计步骤1）划分排水流域和管道定线应根据城市的总体现划图或工厂的总平面团，按实际地形划分排水流域。2）划分设计管段根据管道的具体位置，在管道转弯处、管径或坡度改变处，有支管接入处或两条以上管道交汇处以及超过一定距离的直线管段上都应设置检
19、查井。3）划分并计算各设计管段的汇水面积各设计管段汇水面积的划分应结合地形坡度、汇水面积的大小以及雨水管道布置等情况而划定。地形较平坦时，可按就近排入附近雨水管道的原则划分汇水面积；地形坡度较大时，应按地面雨水径流的水流方向划分汇水面积。4）确定各排水流域平均径流系数数值通常根据排水流域内各类地面的面积数或所占比例，计算出该排水流域的平均径流系数。也可根据规划的地区类别，采用区域综合径流系数。5）确定设计重现期P 、地面集水时间 t1设计时应结合该地区的地形特点、汇水面积的地区建设性质和气象特点选择设计重现期。各个排水流域雨水管道的设计重现期可选用同一值，也可选用不同的值。6）求单位面积径流量
20、q 057q0 是暴雨强度q 与径流系数 的乘积，称单位面积径流量。7）列表进行雨水干管的设计流量和水力计算，以求得各管段的设计流量，及确定各管段的管径、坡度、流速、管底标高和管道理深值等。计算时需先定管道起点的埋深或是管底标高。8）绘制雨水管道平面团及纵剖面图。2.3 雨水利用对城市排水系统设计的影响传统理论设计的城市雨水系统的优点：(1)由于雨水管径的确定是根据极限强度理论来确定设计流量的最大值，故降雨时它能及时地汇集并排除暴雨形成的地面径流，防止城市居民区和工业企业等受淹，有效的保障人民财产生命的安全、保护居民健康安全、提高生活质量使城市闩常生活正常运转。(2)传统按照理论设计的城市排水
21、管道系统属于重力流管道，有排除超设计标准的一定重现期的雨水能力。传统理论设计的城市雨水系统的缺点：(1)这种以尽快排除城市小范围区域内的雨水设计理念使得下游城市防洪压力骤增，以武汉市为例，长江武汉段的洪水经常受到上游地区的洪水影响(武汉段洪水主要由长江上游重庆等地区洪水、洞庭湖流域洪水、湖北境内沿江支流洪水组成，并受鄱阳湖流域洪水的顶托影响)，反过来，武汉段的洪水又会给九江、安庆、南京等地区带来上游洪水的压力。(2)随着研究的不断深入，这些未经任何形式处理的雨水直接排入受纳水体，会对受纳水体造成严重的污染，有些甚至到了不能容忍的程度。有些资料证明，雨水径流特别是初期雨水径流对水体的污染相当严重
22、。(3)由于排水系统的管径确定是按照最大流量来确定的，无形中会增加一部分排水管道基础设施的资金投入，这会给城市建设带来资金上的压力。雨水的资源化和再利用既提高了水的利用率，又有效地保护了水环境，克服了传统城市雨水系统的缺点，有利于实现城市水系统的健康、良性循环，从长远来看，这将是有效地解决我国水资源短缺和水环境恶化问题的优化途径。3、了解合流制管渠系统的使用条件和布置特点。3.1 使用条件（1）排水区域内有一处或多处水源充沛的水体，其流量和流速都足够大，一定量的58混合污水排入后对水体造成的污染危害程度在允许的范围以内。（2）街坊和街道的建设比较完善，必须采用暗管渠排除雨水，而街道横断面又较窄
23、，管渠的设置位置受到限制时，可考虑选用合流制。（3）地面有一定的坡度倾向水体，当水体高水位时，岸边不受淹没。污水在中途不需要泵汲。显然，上述条件的第一条是主要的，也就是说，在采用合流制管渠系统时，首先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范围内，只有在这种情况下才可根据当地城市建设及地形条件合理地选用合流制管渠系统。3. 2 布置特点（1）管渠的布置应使所有服务面积上的生活污水、工业废水和雨水都能合理的排入管渠，并能以可能的最短距离坡向水体。（2）沿水体岸边布置与水体平行的截流干管，在截流干管的适当位置上设置溢流井，使超过截留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
24、排入水体。（3）必须合理的确定溢流井的数目和位置，以便尽可能减少对水体的污染、减小截流干管的尺寸和缩短排放渠道的长度。从对水体的污染情况看，合流制管渠系统中的初雨水虽被截流处理，但溢流的混合污水总比一般雨水脏，为改善水体卫生、保护环境，溢流井的数目宜少，且其位置尽可能设置在水体的下游。从经济上讲，为了减小截流干管的尺寸，溢流井的数目多一点好，这可使混合污水及早溢入水体，降低截流干管下游的设计流量。但是，溢流井过多，会增加溢流井和排放渠道的造价，特别在溢流井离水体较远、施工条件困难时更是如此。当溢流井的溢流堰口标高低于水体最高水位时，需在排放渠道上设置防潮门、闸门或排涝泵站，为减少泵站造价和便于
25、管理，溢流井应适当集中，不宜过多。（4）在合流制管渠系统的上游排水区内，如果雨水可沿地面的街道边沟排泄，则该区域可只设置污水管道。只有当雨水不能沿地面排泄时，才考虑布置合流管渠。目前，我国许多城市的旧市区多采用合流制，而在新建区和工矿区则一般多采用分流制，特别是当生产污水中含有毒物质，其浓度又超过允许的卫生标准时，则必须采用分流制，或者必须预先对这种污水单独进行处理到符合要求后，再排入合流制管渠系统。4、了解排水管渠系统的维护管理和养护。4.1 管理和养护的任务59排水管渠在建成通水后，为保证其正常工作，必须经常进行养护和管理。排水管渠内常见的故障有：污物淤塞管道；过重的外荷载、地基不均匀沉陷
26、或污水的侵蚀作用，使管渠损坏、裂缝或腐蚀等。管理养护的任务是：（1）验收排水管渠；（2）监督排水管渠使用规则的执行；（3）经常检查、冲洗或清通排水管渠，以维持其通水能力；（4）修理管渠及其构筑物，并处理意外事故等。排水管渠系统的管理养护工作，一般由城市建设机关专设部门（如养护工程管理处）领导，按行政区划设养护管理所，下设若干养护工程队（班） ，分片负责。整个城市排水系统的管理养护组织一般可分为管渠系统、排水泵站和污水厂 3 部分。工厂内的排水系统，一般由工厂自行负责管理和养护。在实际工作中，管渠系统的管理养护应实行岗位责任制，分片包干，以充分发挥养护人员的社会主义积极性。同时，可根据管渠中沉积
27、污物可能性的大小，划分若干养护等级，以便对其中水力条件较差，排入管渠的脏物较多，易于淤塞的管渠段，给予重点养护。实践证明，这样可以大大提高养护工作的效率，是保证排水管渠系统全线正常工作行之有效的办法。4.2 排水管渠的清通（1）水力清通水力清方法是用水对管道进行冲洗。可以利用管道内污水自冲，也可利用自来水或河水。用管道内污水自冲时，管道本身必须具有一定的流量，同时管内淤泥不宜过多（20左右） 。用自来水冲洗时，通常从消防龙头或街道集中给水栓取水， ，或用水车将水送到冲洗场内，一般在街坊内的污水支管，每冲洗一次需水约20003000kg。（2）机械清通当管渠淤塞严重，淤泥已粘结密实，水力清通的效
28、果不好时，需要采用机械清通方法。首先用竹片穿过需要清通的管渠段，竹片一端系上钢丝绳，绳上系住清通工具的一端。在清通管渠段两端检查井上各设一架绞车，当竹片穿过管渠段后将钢丝绳系在一架绞车上，清通工具的另一端通过钢丝绳系在另一绞车上。然后利用绞车往复绞动钢丝绳，带动清通工具将淤泥刮至下游检查井内，使管渠得以清通。绞车的动力可以是手动，也可以是机动，例如以汽车引擎为动力。4.3 排水管渠的修理60系统地检查管渠的淤塞及损坏情况，有计划地安排管渠的修理，是养护工作的重要内容之一。当发现管渠系统有损坏时，应及时修理，以防损坏处扩大而造成事故。管渠的修理有大修与小修之分，应根据各地的经济条件来划分。修理内
29、容也包括检查井、雨水口顶盖等的修理与更换；检查井内踏步的更换，砖块脱落后的修理，局部管渠段损坏后的修补；由于出户管的增加需要添建的检查井及管渠；或由于管渠本身损坏严重、淤塞严重，无法清通时所需的整段开挖翻修。当进行检查井的改建、添建或整段管渠翻修时，常常需要断绝污水的流通，应采取措施，例如安装临时水泵将污水从上游检查井抽送到下游检查井，或者临时将污水引入雨水管渠中。修理项目应尽可能在短时间内完成，如能在夜间进行更好。在需时较长时，应与有关交通部门取得联系，设置路障，夜间应挂红灯。5、了解城市排水系统的现代化管理模式与技术手段。（1）档案管理数字化数字化城市工程要求城市排水管网设施档案数字化，很
30、多城市正在进行立项、研究和推广城市排水管网档案管理数字化技术。（2）科学管理网络化可以采用网络化技术建立城市排水指挥中心，对城市排水系统进行科学化管理，可以实现城市防洪的实时指挥调度、网络化办公、网上审批和缴费等。（3）地理信息系统和优化分析系统地理信息系统是对具有空间特征的管网信息进行分析、利用和管理的有效工具。管网信息获取与处理是最合适，也是最需要应用地理信息系统的领域之一。而优化分析系统，是给设计人员、管理者以及系统的维护人员、调度人员提供指导性建议、辅助决策和制定最优方案的一个工具。根据水力模型和优化运行模型的计算结果制定决策方案，将彻底改变人为经验决策和运行局面，提高管理和决策的科学性。（4）实时模拟技术排水管网采用最大日最大时流量作为设计流量，按恒定流进行水力计算。排水管网的流量时刻在变化，属于非恒定非均匀流动，计算排水管网内实际的流动状态必须采用非恒定流理论。对排水管网进行校核模拟和实时模拟可以了解系统的排水能力和排水过程，对科学化管理排水系统具有积极作用。
