iA排水系统概论.ppt

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1、雨水管渠系统的设计,雨水管渠系统的组成,雨水口 雨水管渠 检查井 出水口 雨水泵站,雨水管渠系统的任务,及时地汇集并排出暴雨形成的地面径流。以保障城市人民的生命财产的安全及工农业生产的正常进行，达到既合理又经济的要求。,雨水管渠的主要设计内容,收集基础资料 确定当地的暴雨强度公式 确定设计参数 划分排水流域 雨水管渠的定线 计算设计流量和进行管渠的水力计算 绘制管渠的平面图及纵剖面图,雨量分析,目的 确定降雨历时、暴雨强度与降雨重现期之间的关系，以此作为雨水设计管渠设计的依据，估算排水管渠断面的尺寸 。,分析要素,降雨量,降雨历时,暴雨强度,降雨面积及汇水面积,降雨频率和重现期,降雨量：降雨的

2、绝对量，指某场降雨落在不透水平面上的水层深度。 年平均降雨量 月平均降雨量 年最大日降雨量,降雨历时：连续降雨的时段 降雨面积：降雨所笼罩的面积 汇水面积：雨水管渠汇集雨水的面积,暴雨强度,指某一连续降雨时段内的平均降雨量，即单位时间的平均降雨深度。,工程上常用单位时间内单位面积上的降雨体积表示q(L/has)。,降雨频率：等于或大于某特定值的暴雨强度出现的次数m与观测资料总项数n之比。 降雨重现期：等于或大于某特定值的暴雨强度可能出现一次的平均间隔时间。,暴雨强度公式,q:设计暴雨强度（L/sha) P:设计重现期（a） t：降雨历时（min） A1、c、b、n：地方参数,确定暴雨强度公式的

3、步骤,收集当地气象台的自记雨量记录（一般不少于10年） 对雨量资料进行统计 根据pit关系求解b、n、A1、c各个参数，得到当地暴雨强度公式 计算抽样误差和暴雨公式均方差,雨水管渠设计流量的确定,雨水管渠设计流量计算公式（极限强度法）： Q = q F 式中：Q雨水设计流量( L/s ) 径流系数，其数值小于1； F汇水面积(ha) q设计暴雨强度( L/(sha) ),雨水径流成因,地面点上的产流过程 植物截留 降雨 余水 地面径流 土壤渗流,流域上的汇流过程 流域： 沟、溪 地面径流 低洼处 江河 城市： 雨水管渠 地面径流 雨水口 江河,极限强度法原理,承认降雨强度随降雨历时的增长而减小

4、的规律性 汇水面积的增长与降雨历时成正比 汇水面积随降雨历时的增长较降雨强度随降雨历时增长而减小的速度更快,当t0时，t增大，F不变，q减小，Q减小,极限强度理论的内容,当汇水面积上最远点的雨水达集流点时，全面积汇流，雨水管渠的流量最大。 当降雨历时等于汇水面积上最远点的雨水达集流点的集流时间时，雨水管道的雨量最大。,假设条件,降雨在整个汇水面积上的分布是均匀的 降雨强度在选定的降雨时段内均匀不变 汇水面积随集流时间增长的速度为常数,雨水管段的设计流量计算,各管段的雨水设计流量等于该管段承担的所有汇水面积和设计暴雨强度的乘积。,集水时间的确定,t=t1+mt2 t1:地面集水时间 t2:管内雨

5、水流行时间 m:折减系数,地面集水时间t1的确定,影响因素： 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、暴雨强度等。 室外排水设计规范规定：一般采用t1=515min。,管渠内雨水流行时间t2的确定,L：各管段的长度(m)； v：各管段满流时的水流速度(m/s)； 60：单位换算系数，1min=60s,折减系数m值的确定,按极限强度法计算的重力流雨水管道存在空隙容量。 折减系数m实际是苏林系数与管道调蓄利用系数两者的乘积。 室外排水设计规范建议：暗管m=2.0，明渠m=1.2。在陡坡地区，暗管m=1.22.0。,径流系数的确定,影响因素：地面覆盖情况、地面坡度、地貌、建筑密度

6、的分布、路面铺砌、降雨历时、暴雨强度、暴雨雨型等,平均径流系数,区域综合径流系数 一般市区的综合径流系数取=0.50.8，郊区取=0.40.6,设计重现期的确定,影响因素： 汇水面积的地面建设性质、地形特点、汇水面积和气象特点等。 重现期一般选用0.53a，对于重要地区，一般选用25a。 在同一个排水系统中可采用同一个设计重现期或不同的设计重现期。,特殊情况雨水设计流量的计算,当汇水面积的轮廓形状很不规则，即汇水面积呈畸形增长时（包括几个相距较远的独立区域雨水的交汇）；汇水面积地形坡度变化较大或汇水面积各部分径流系数有显著差异时，就可能发生管道的最大流量不是发生在全部面积参与径流时，而发生在部

7、分面积参与汇流时。,处理方法： 计算各种可能情况下的雨水设计流量，取最大值,径流调节,设置调节池 可供利用的调节池有：天然洼地、谷塘或池塘，以及人工修建的调节池。,调节水池常用的布置形式,溢流堰式调节水池 设置在干管一侧，有进水管和出水管。进水管较高，出水管较低,底部流槽式调节水池 当进水量小于出水量时，雨水经设在池最底部的渐缩断面流槽全部流入下游干管而排走。 当进水量大于出水量时，池内水位逐渐上升，直到进水量减少至小于下游干管的通过能力时，池内水位才逐渐下降，至排空为止,调节池容积的计算,调节池内最高水位与最低水位之间的容积为有效调节容积,调节池下游干管设计流量计算,Q：调节池下游干管汇水面

8、积上的雨水 设计流量,校核调节池的放空时间,出水管管径的估算： V=5001000m3 D=150250mm V=10002000m3 D=200300mm,放空时间按照水力学中变水头下的非稳定流进行计算，不得超过24h ，然后按照调节池放空时间要求校核选用的出水管管径是否满足,雨水管渠系统的设计和计算,雨水管渠系统平面布置原则,利用地形排水,出水口形式,雨水管道布置与城市规划相协调,合理布置雨水口,有条件时应尽量采用明渠排水,城郊或新建工业区、建筑密度低的地区及交通量小的地区 尽量采用道路边沟排水以减少管道用量,设置排洪沟排出雨洪径流,设计充满度 管道设计充满度按满流考虑 明渠超高0.20m

9、 街道边沟超高0.03m,雨水管渠水力计算的设计参数,设计流速 最小流速： 管道0.75m/s 明渠0.40m/s 最大流速： 管道：金属管道10m/s 非金属管道5m/s,最小管径及最小设计坡度 雨水管道：DNmin=300 imin=0.003 雨水口连接管：DNmin=200 imin=0.010 最大埋深,干燥土壤：78m,多水、流沙、石灰岩地层：5m,管道衔接方式 管顶平接,雨水管渠水力计算方法,已知条件：n、Q 未知条件：i参照地面坡度或相应管径的最小坡 度，假定管底坡度 D、v 从水力计算图或表中求得,公式,雨水管渠系统的设计步骤,收集和整理设计地区的各种原始资料 划分排水流域和

10、管道定线 划分设计管段 划分并计算各设计管段的汇水面积 确定各排水流域的平均径流系数值 确定设计重现期P、地面集水时间t1 求单位面积径流量q0 列表进行雨水干管及支管的水力计算 绘制雨水管道平面图及纵剖面图,洋河镇雨水设计基础资料,洪水位：16.5m 常水位：14.3m 暴雨强度公式,1,2,3,4,5,6,立体交叉道路排水,尽量缩小汇水面积 取用较高的排水设计标准 雨水口的布设位置要便于拦截径流 管道布置应于其它市政管道综合考虑 适当加大管道断面 设置排水及降低地下水位的措施,排洪沟的设计与计算,设计防洪标准,一般以洪峰流量计算的设计频率表示 根据城市、工厂的性质，规模大小、受淹后损失和修

11、复难易等因素综合考虑确定 一般设计重现期为10100a,设计洪峰流量,洪水调查法：深入现场，勘察洪水位的痕迹，推出它发生的频率，选择和测量河槽断面。,Q = A v,推理公式法,适用于流域面积为4050km2的地区，以及山区城镇。,：洪峰径流系数 S：暴雨雨力(mm/h) F：流域面积 ：流域的集流时间(h) n ：暴雨强度衰减系数,地区性经验公式,F:流域面积 K、n：随地区及洪水频率而变化的系数和 指数,设计原则,在设计流量确定后，渠线走向应多方案比较 合理利用地形坡度排水 排洪沟的布置应与城镇或厂区的总体规划密切配合 充分利用原有的天然沟道 渠线走向应选在地形较平缓，地质稳定地带，并要求

12、渠线短 最好将水导至城市下游，以减少河水顶托 尽量避免穿越铁路和公路 尽量减少弯道 排洪沟采用明渠还是暗管要视具体情况而定,设计要求,平面布置要求,进口形式,直插式 侧流堰式,进口布置要创造良好的导流条件，一般布置成喇叭口形 进口段长度不得小于3m，可取渠中水深的510倍。,出口段 要使水流均匀平缓扩散，防止冲刷。 应设置于地形地质良好的地段，并采取护砌措施。 当排洪沟直接排入河道时，出口宜逐渐加宽成喇叭口形状。 当排洪沟穿越防洪堤时，应在出口设置涵洞。,联结段 尽量布置成直线，若有弯道，要保证转弯处良好的水流条件。 排洪沟的宽度发生变化时应设渐变段，以防引起冲刷和涡流现象，渐变段长度可取底宽

13、差的520倍。 排洪沟穿越道路应设桥涵。,纵坡的确定 根据地形、地质、护砌、原有排洪沟坡度以及冲淤情况等条件确定，通常不小于1。 纵坡过大，需设置跌水或陡槽。,最大流速 防止山洪对沟底及沟壁的冲刷。 排洪沟不同的铺砌其最大设计流速也不同。 最小流速 防止排洪沟产生淤积。,排洪沟的断面形式、材料及其选择 断面形式：矩形或梯形 最小断面尺寸：BH0.4m 0.4m 铺砌材料：片石或块石,排洪沟的水力计算,排洪能力计算,矩形断面 梯形断面,水力要素计算,已知Q、i 渠道断面 已知Q或v、n、渠道断面 i 已知渠道断面、n、i Q,水力计算,合流制管渠系统的设计,截流式合流制系统的工作情况,晴天 截流

14、管以非满流将生活污水、工业废水送往污水厂进行处理。 雨天 Qq时，混合水全部送入污水处理厂 Qq时，部分混合水送入污水厂，部分水从溢流井溢出直接进入水体,截流式合流制系统的使用条件,雨水稀少地区 排水区域内有一处或多处水源充沛的水体 必须采用暗管渠排除雨水，但街道横断面较窄管渠位置受限 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,布置特点,管渠的布置应使所有服务面积上的污废水均能合理地排入管渠，并以尽可能短的距离坡向水体。 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 须合理确定溢流井的数目和位置，既要减小对水体的污染，又要减小截流干管的尺寸及长度 在合适的

15、排水区域内，合流制排水系统的上游可只设污水管道,合流制排水管渠的设计流量,第一个溢流井中上游管渠的设计流量 Q=Qs+Qi+Qr Qs ：生活污水设计流量 Qi ：工业废水设计流量 Qr：雨水设计流量,实际工程中，若Qs+Qi5 Qr，则Qs、Qi可不计。 雨水设计流量往往比生活污水及工业废水设计流量大得多，因此，生活污水及工业废水设计流量对管径和坡度的影响很小。,：生活污水平均流量,：工业废水最大班平均流量, 旱流流量,溢流井下游管渠的设计流量,雨水设计流量,Qr：溢流井下游排水面积上的雨水设计流量 n0 ：截流倍数，溢流时截流的雨水与旱流流量之比。 与污水水量、水质以及总变化系数，水体的卫

16、生要 求、水文、气象等有关。 规范规定取用15，通常采用n03。,截流倍数n0,在居住区内排入大河流（Q10m3/s) n012 在居住区内排入小河流（Q=510m3/s) n035 在区域泵站和总泵站前及排水总管端部 n00.52 在处理构筑物旁 n00.51 工厂区 n013,溢流井下游管渠的设计流量,合流制排水管渠的水力计算,水力计算内容,合理确定溢流井的位置和数目 溢流井上游合流管渠的计算 截流干管和溢流井的计算 晴天旱流情况校核,计算方法,溢流井上游合流管渠的计算与雨水管 渠的计算基本相同 按满流进行计算 合流制雨水重现期一般比同一情况下 雨水设计重现期提高1025,设计参数的选择,

17、充 满 度 流 速 管 径 埋 深,同雨水管道,溢流井的形式,截流槽,溢流堰式溢流井,跳跃堰式溢流井,洋河镇部分区域合流制管网计算,生活污水比流量：q00.21L/s.ha,n0=3,旧合流制改造途径,改合流制为分流制比较彻底的改造方法 适用条件： 住房内部卫生设备完善 工厂内部可清浊分流 城市街道的横断面有足够的位置,改直排式合流制为截流式合流制 保留合流制，修建合流管渠截流干管及溢流井 对溢流混合污水进行适当处理,修建全部处理的污水处理厂 对降雨量较少或对环境质量要求特别高的城市，可通过修建大型污水处理厂和蓄水水库，对全部雨污混合污水进行处理。,合流制与分流制的衔接,对溢流污水的管理,合流

18、制污水科学管理的内容 工程措施：对溢流污水的水量进行控制，对水质进行处理。 非工程措施：对公众进行环保教育，对点污染源进行科学管理等。,加强对溢流水量的调查研究 当接受超设计标准的水量时，溢流污水的处理设施的处理效果会有很大的影响。因此，要注意超设计标准水量的排除问题。,加强对溢流水质的管理,影响因素,城市的环境卫生状况 城市污水的水质状况 城市排水管网的清通与养护质量 气候特点,处理工艺,一般采用沉淀和过滤等物理方法,当系统中有大的污水调节水库时， 可以考虑生物处理方法,排水管渠的材料、接口及基础,管道断面形式,常用管材,钢管或铸铁管 优点：质地坚固、抗压、抗震性强，每节管 长，接头少 缺点

19、：价高、钢管的耐酸碱性差 适用条件：受高内压、高外压或对抗渗漏要 求特别高的场合，如泵站的进出 水管，穿越地下其它管线或铁路、 河流、谷地等,混凝土管或钢筋混凝土管 优点：造价低，可预制也可现场浇制，可根据需要制作不同承压管，而且采用预制管时，现场施工时间短。 缺点：管节较短、接头较多；大口径管重量大，不易搬运；不耐酸碱。 适用条件：钢筋混凝土管适用于自流管、压力管或穿越铁路、河流、谷地等；混凝土管适用于管径较小的无压管。,陶土管 优点：耐酸碱，抗蚀性强，便于制造 缺点：质脆、不宜远运；管节短、接头多，管 径小。 适用条件：排除侵蚀性污水或管外有侵蚀性地 下水的自流管。,砖砌沟渠 优点：可砌筑

20、成多种形式的断面；抗蚀性较 好；可就地取材。 缺点：断面小于800mm时不易施工；现场施 工的时间较长。 适用条件：大型下水道工程,聚氯乙烯塑胶硬质管（PVC管） 优点：管材轻，可节省施工费用；耐酸碱，抗蚀 性强，与其它管材相比水力条件好。 缺点：价格较高（但不比钢筋混凝土管高很 多），易老化。 适用条件：污水处理厂的各种配管工程和中水工 程。,其它管材 玻璃纤维筋混凝土管、丙烯晴管、丁二烯管、苯乙烯管、构架管、加筋热固性树脂管、强化塑料管,管渠材料的选择,根据排除污水的性质，综合考虑技术、经济及其它方面的因素，合理选择管渠材料。,排水管道的接口,水泥沙浆抹带接口 适用条件：地基土质条件较好的

21、雨水管道，或位于地下水位以上的污水支线上。企口管、平口管、承插管均可使用。,钢丝网水泥沙浆抹带接口 适用条件：地基土质较好的具有带形基础的雨水、污水管道，以及水头低于5m的低压管。,石棉沥青卷材接口 适用条件：地基沿管道纵向沉陷不均匀的地区。平口管和企口管均可使用。,预制套管接口 适用条件：地基软弱地段，或地基经处理后管道可能产生不均匀沉陷且位于地下水位以下，内压低于10m的污水管道上。,橡胶圈接口 适用条件：施工地段土质较差、地基硬度不均匀，或地震地区。,顶管施工常用的接口形式 混凝土或铸铁内套环石棉水泥接口 污水管道,沥青油毡、石棉水泥接口或麻辫（塑料圈）石棉水泥接口。 雨水管道,承插式铸

22、铁管油麻石棉水泥接口 铸铁管排水管道,排水管道的基础,管道基础的组成：地基、基础、管座,常用的管道基础,砂土基础 弧形素土基础适用于槽底无地下水，土质能保证挖成弧形，管径小于600mm、管顶覆土厚度在0.72.0m之间的街坊污水管道。,砂垫层基础：适用于无地下水、坚硬岩石地区，管道直径小于600m、管顶覆土厚度0.72.0m的排水管道。,混凝土带形基础：适用于任何潮湿土壤，槽底为未在施工中受到扰动的老土，管径为2002000mm，覆土厚度为0.76.0m的管道。,混凝土枕基：适用于干燥土壤中的雨水管道或不重要的污水支管。,排水管渠系统上的构筑物,雨水口,雨水口的设置,十字路口处应根据雨水径流情

23、况布置雨水口。,雨水口的设置数量 依据：汇水面积产生的径流量,截水点及来水量较小处单箅雨水口 汇水点及来水量较大处双箅雨水口 汇水距离较长、汇水面积较大的易积水地段 三箅、四箅或联合式雨水口 立交道路最低点十箅左右,雨水口的设置间距 根据有关因素和实践经验确定，一般为2550m。 当道路纵坡大于0.02时，雨水口间距可大于50m。 在低洼和易积水的地段，应根据需要适当增加雨水口的数量。,雨水口的构造 进水箅：铸铁或钢筋混凝土、石料制成。 井筒：砖砌或用钢筋混凝土预制，也可为预制的混凝土管。 连接管:连接雨水口与街道排水管渠检查井的管道。,雨水口的形式,雨水口的构造要求 a、平箅雨水口箅面一般宜

24、低于附近路面3040mm，设在土面上时宜低5060mm，四周路面或地面应平顺坡向雨水口，不得形成陡坎。 b、雨水口串联时一般不宜多于3个。 c、雨水口要保证进水量大，进水效果好。 d、易于施工养护，构造简单，尽可能设计选用装配式的雨水口。 e、安全卫生，平箅栅条间隙不大于30mm。,检查井,设置条件 a、管道方向转折处 b、管道坡度改变处 c、管道断面（尺寸、形状、材质），基础、接口 变更处。 d、管道交汇处 e、直线管道上每隔一定距离处 f、特种用途处,检查井的组成 a、井底 b、井身 c、井盖,检查井的构造要求 a、能顺畅地汇集和转输水流,b、便于养护,井室工作高度一般为1.8m 井筒内径

25、一般为700m，井筒高度 大于4m时，应考虑将下部加大 根据需要，污水干管每隔适当距 离在检查井内设闸槽，沉泥井,检查井的形式及适用条件,跌水井,设有消能设施的检查井,设置条件 a、当排水管的跌落水头大于1m并处于下列情况时，宜设跌水井。 管道中的流速过大，需要加以调节处 管道垂直陡峭地形的等高线布置，按照设计坡度将要露出地面处 支管接入高程较低的干管处（支管跌落）或干管接纳高程较低的支管处（上游干管跌落） 管道遇地下障碍物，必须跌落通过处 当淹没排放时，在水体前的最后一个井,b、跌落水头小于1m时，只在检查井中做成斜坡，不做跌水设施。 c、管道在转折处一般不宜设置跌水井 d、污水管和合流制排

26、水管道上的跌水井，宜设排气通风管。,跌水井的形式,竖管式 DN200mm，跌差6m 300mmDN400mm，跌差4m,竖槽式 200mmDN600mm跌差4m,阶梯式 ：700mmDN1650mm跌差2m,溢流堰式 主要尺寸及跌水方式等均应通过水力计算求得。,水封井,隔绝易爆、易燃气体进入排水管渠，使排水管渠在进入可能遇火的场地时不致引起爆炸或火灾 水封深度一般为0.25m,换气井,为防止污水中产生的气体发生爆炸，甚至引起火灾，同时也为保证在检修排水管渠时工作人员能较安全地进行操作，有时在街道排水管地检查井上设置通风管。,倒虹吸管,定义 排水管渠遇到河流、山洞、洼地或地下构筑物等障碍物时，不

27、能按原有的坡度埋设，而是按下凹的折线方式从障碍物下通过的管道。,组成 进水井、下行管、平行管、上行管和出水井,敷设位置及要求 污水管穿过河道、旱沟、洼地或地下障碍物不能按照原来的高程径直通过时，应设倒虹吸管，倒虹管尽可能与障碍物轴线垂直，以缩短距离。 敷设条数 一般敷设2条工作管道。穿过特殊重要构筑物的倒虹管应敷设3条管道，2条工作，1条备用。,管材要求 金属管或钢筋混凝土管 管径 一般不小于200mm 深度 水平管的外顶距规划河底一般不小于0.5m 斜管角度 上下行管与水平线夹角不大于30,流速 一般采用1.21.5m/s，不宜小于0.9m/s，也不应小于进水管内流速。当流速达不到0.9m/

28、s，应加定期冲洗措施，冲洗流速不小于1.2m/s。 进出水井 倒虹管应布置在不受洪水淹没处，必要时可设排气设施。井内应设闸槽闸板或闸门。进水井中应备有冲洗设施。,沉泥槽 设置于上游管渠靠近进水井的检查井底部 事故排除口 设置于进水井或靠近进水井的上游管渠的检查井中 在虹吸管内设置防沉设施,冲洗井,为防止流速不能保证自清的污水管道淤塞而设置的检查井。 冲洗井出水管上设有闸门，井内设有溢流管，供水管的出口高于溢流管管顶。 一般适用于管径小于400mm的管道，冲洗管道的长度一般为250m左右。,防潮门,为防止涨潮时潮水倒灌，在排水管渠出水口上游的适当位置上应设置装有防潮门（或平板闸门）的检查井。,出

29、水口,位置 根据污水水质、下游用水情况、水体的水位变化幅度、水流方向、波浪情况、地形变迁和主导风向等因素确定 。 高程 雨水出水口内顶最好不低于多年平均洪水位，一般应在常水位以上。污水出水口应尽可能淹没在水体水面以下。,形式：淹没式、江心分散式、一字式、八字式,设置防冲措施 采用淹没式岸边出水口时，出水口与岸边的连接部分要建挡土墙和护坡，底板要防冲加固。 设置防潮防洪闸 砌筑材料 耐浸泡、抗冻涨的材料。一般为浆砌块石。,排水管渠的管理和养护,排水管渠内常见故障 淤塞、管渠损坏、裂缝、腐蚀 管理养护的任务 a、验收排水管渠 b、监督排水管渠使用规则的执行 c、检查、冲洗或清通排水管渠 d、修理管渠及其构筑物，并处理意外事故,排水管渠的清通,水力清通 用水对管道进行冲洗。 机械清通 当管渠淤塞严重，淤泥已粘结密实时，采用骨骼形松土器、弹簧刀和锚式清通工具、胶皮刷、钢丝网、铁牛等工具进行清通。,引进国外先进的管道清污车 VACTOR系列管道清污车 AQUATECH系列喷射清洗真空清污车 排水管网清通机器人 可处理排水管网中淤塞和树根堵塞等特殊情况 安置排水管网检测设备 通过电视摄像机了解管道内的沉淀、堵塞、杂物和破损情况,谢 谢！,