第2章排水系統概論
【教學基本要求】
通過學習，要求學生了解排水系統的基本知識，熟悉並掌握排水系統中一些重要概念，掌握排水管道施工圖的識讀，初步具備城市排水管道工程基本知識的素質與能力，為後續施工知識的學習打好基礎。
【學習重點】
1、排水系統的任務；城市排水的分類；排水系統的體制及選擇
2、排水系統的布置形式；汙水、雨水管道的布置要求；排水系統的組成
3、汙水、雨水管道系統設計基本知識；覆土厚度、埋設深度等重要概念；合流制管道
系統設計的基本知識
4、排水管道施工圖(平面圖、縱斷面圖等)的識讀
5、城市汙水處理工藝流程
【內容提要和學習指導】
2.1 排水系統的體制及其選擇
城市排水系統服務物件按**不同分為:生活汙水、工業廢水和降水。
1. 排水系統的體制
直洩式排水系統
合流制截流式合流制排水系統
完全分流制
分流制不完全分流制
2. 排水系統的體制的選擇
環境保護方面
造價方面
維護管理方面
施工方面
排水系統體制的選擇應根據城鎮及工業企業的規劃、環境保護的要求、汙水利用情況原有排水設施、水質、水量、地形、氣候和水體等條件，從全域性出發，在滿足環境保護的前提下，通過技術經濟比較，綜合考慮確定。
2.2 排水系統的組成和布置
1. 排水系統的組成
（1）城市汙水排水系統的組成
室內汙水管道系統及裝置
室外汙水管道系統
汙水幫浦站及壓力管道
汙水處理廠
汙水出水口及事故排放口
（2）雨水排水系統的組成
建築物的雨水管道系統。
居住小區或工廠、街道雨水管道系統。
雨水幫浦站及壓力管道。
出水口及事故排放口。
2. 排水系統的布置形式
正交式、截流式 、平行式、分割槽式、分布式、環繞式
3. 汙水管網的布置
（1）汙水管道的定線原則：
以最短的管道、最小的埋深，盡可能地讓最大區域的汙水自流排出。定線一般先確定主幹管，再是幹管和支管。
（2）定線時應充分利用地形，汙水主幹管盡可能設在地形低平位置，沿河布置。
（3）汙水幹管一般沿城市道路敷設，通常設在汙水量大或地下管線較少一側的行人路、綠化帶或慢車道下。
4. 雨水管渠的布置
（1）充分利用地形，就近排入水體。
（2）結合街區及道路規劃布置雨水管道。
（3）合理布置雨水口，以保證路面雨水排除通暢。
（4）合理選用出水口形式。
（5）雨水管道採用明渠或暗管應結合具體條件確定。
（6）充分利用地形，選擇適當的河湖水面和窪地作為調節池，以調節洪峰流量。
2.3汙水管道系統
1. 汙水設計流量計算
（1）汙水量的總變化係數kz：指在設計年限內，最高日最高時的汙水量與平均日平均時的汙水量的比值，
(5l/s << 1000 l/s)
其中中 ≤5 l/s時，kz 取 2.3； ≥1000 l/s時，kz 取 1.3。
(2) 汙水設計流量計算
城市汙水設計總流量一般採用直接求和的方法進行計算，即
q = 居住區流量 +工廠（職工 + 生產）流量
例題：已知某居住區的生活汙水平均流量是10l/s，則該居住區的生活汙水設計流量是多少？
解答：根據總變化係數的定義可知：
最高日最高時的汙水量（設計流量）＝平均日平均時的汙水量·kz ＝21 l/s
其中2. 汙水管道的水力計算設計規定
（1）設計充滿度：汙水管道中充滿度(h/d)應小於1
（2）設計流速：汙水管道的最小設計流速定為0.6m/s
（3）最小管徑：街坊和廠區內最小管徑為200mm，街道上最小管徑為300mm。
（4）最小設計坡度：管徑200mm的最小設計坡度為0.004，管徑300mm的最小設計坡度為0.003。
（5）汙水管道的埋設深度
汙水管道的埋設深度是指管道內壁底部到地面的垂直距離，簡稱埋深。
管道外壁頂部到地面的距離，稱為覆土厚度。
管道最小覆土厚度應滿足下列三個要求:
必須防止管道內的汙水冰凍和因土壤冰凍膨脹而損壞管道。
必須防止管壁因地面荷載而受到破壞。
必須滿足街區汙水連線管銜接的要求。
上述三個不同因素下得到的最大值就是該管道的允許最小覆土厚度或最小埋深。
管道的最大埋深一般在乾燥土壤中，不超過7~8m，在多水、流砂、石灰岩地層中，一般不超過5m。
（6）汙水管道的銜接：水面平接和管頂平接
遵循兩個原則：
一是盡可能抬高下游管段的高程，以減小管道的埋深，降低造價；
二是避免在上游管段中形成回水而造成淤積。
注意，無論在任何情況下，下游管段的起端水面標高不得高於上游管段的終端水面標高；下游管段的管底標高不得高於上游管段的管底標高。
3. 汙水管道的水力計算
（1）幾個概念
設計管段：兩個檢查井之間，若設計流量相同，且採用相同的管徑和坡度的管段。
本段流量q1:假定從管段起點流入的沿線街坊流來的流量；
轉輸流量q2:從上游管段和旁側管段流來的流量；
集中流量q3:從工業企業或其他大型公共建築物流來的流量。
（2）管段的設計流量
4. 汙水管道的設計計算步驟
(1)汙水管道定線
(2)街區編號並計算街區的面積
(3)劃分設計管段，列表計算設計流量
(4)水力計算
例題：有兩管段d300 、d400在檢查井處連線，已知d300管段坡度0.003，管長30m，上游管底高程為4.300m,試確定d400管段上游管內底高程？
解答：兩管段採用管頂平接。
d300下游管內底高程＝4.300－0.003×30＝4.210m
d400上游管內底高程＝4.210-（0.4－0.3）＝4.110m
5．繪製管道平面圖和縱斷面圖
汙水、雨水管道平面圖
汙水縱斷面圖
2.4 雨水管渠系統
1. 幾個概念
（1）暴雨強度：單位時間內單位面積上降落在不透水地面上的雨水體積稱為暴雨強度q(l/(s·hm2)。我國採用的暴雨強度公式的表示式為:
注意：重現期p選取與經濟條件、地理位置或地區的重要性、技術條件、地形條件等有關，經濟條件好的城市，較重要的幹道、立交橋等，重現期p可選較大值。
(2)降雨歷時(集水時間)t
集水時間由兩部分組成:地面集水時間t1和雨水在管道內流到該設計斷面所需的時間t2。可由下式表示:
t = t1 + mt2
（3）徑流係數ψ：徑流量與降雨量的比值，其值常小於1。
地面徑流係數與匯水面積上的地面材料性質、地形地貌、植被分布、建築密度、降雨歷時、暴雨強度及暴雨雨型有關。
在實踐中，可按不透水區域覆蓋面積取經驗數值，參見現行設計規範。
2．雨水管渠設計流量計算
例題：已知設計暴雨強度q＝200(l/(s·hm2)，徑流係數ψ＝0.5，f＝2 hm2，則單位面積徑流量q0為多少？
解答：根據雨水管渠設計流量計算公式q=ψqf可知：
單位面積徑流量q0=ψq＝0.5×200＝100(l/(s·hm2)
3. 雨水管渠水力計算的設計規定
（1）設計充滿度： h/d=1
(2)設計流速：滿流時管道內最小設計流速為0.75m/s
(3)最小管徑和最小設計坡度：
在街道下的雨水管道，最小管徑為300mm，相應的最小坡度為0.003；雨水口連線管的最小管徑為200mm，最小坡度為0.0l。
4. 雨水管渠水力計算
雨水管道各設計管段在高程上採用管頂平銜接。
(1)根據城市規劃和排水區的地形，劃分排水流域和管道定線。
(2)劃分設計管段。
(3)劃分並計算各設計管段的匯水面積。
(4)確定各排水流域的平均徑流係數值。
(5)確定設計重現期、地面集水時間。
(6)求單位面積徑流量ψq。
(7)列表進行雨水幹管的設計流量和水力計算。
(8)繪製雨水管道平面圖及縱斷面圖。
2.5 合流制排水管渠
1. 合流制管渠系統的使用條件
（1）排水區域內有一處或多處水量充沛的水體，其流量和流速都足夠大，—定量的混合汙水排入後對水體造成的汙染危害程度在允許的範圍以內。
（2）街坊和街道的建設比較完善，必須採用暗管渠排除雨水，而街道橫斷面又較窄，管渠的設定位置受到限制時，可考慮選用合流制。
（3）地面有一定的坡度傾向水體，當水體高水位時，岸邊不受淹沒。
(4) 水體衛生要求特別高的地區，雨、汙水均需處理。
(5) 雨水較稀少的地區。
2. 合流制排水管渠的設計流量
例題：某合流制溢流井上游管網系統中的旱流流量qf為10 l/s ，雨水設計流量為100l/s ，則計算該合流制溢流井上游管網系統中的設計流量?
解答：溢流井上游管渠的設計流量為旱流量與雨水設計流量之和。
＝10+100＝110 l/s
3. 城市舊合流管渠系統的改造
（1）改合流制為分流制
（2）保留合流制，修建合流管渠截流管
（3）對溢流的混合汙水進行適當處理
（4）對溢流的混合汙水量進行控制
2.6 城市汙水處理簡介
2.7 城市汙水的處理工藝
城市汙水處理工藝示意圖
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