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《水污染控制工程(上)》复习题
0 绪论
0.1 水循环
自然界中的水经过蒸发、 凝结、 降水( 雪) 、 渗透和径流等作用, 无终止的往复循环过程。
0.2 水的自然循环
地球表面上的水在太阳能和地球表面热能的作用下, 不断被蒸发成为水汽而进入大气, 水汽上升到高空形成云。在大气环流的作用下云在空中移动, 在一定的条件下又凝聚成水, 在重力的作用下以降水的形式落到地面或海洋中。降落在除地上的水又分两路流动, 一路在地面上汇合成江河或溪流, 称为地表径流; 另一路渗入地下成为地下水, 称为地下渗流, 这两路水流又相互交叉转换, 最后注入海洋。同时也有一部分水经地面的蒸发和植物吸收后的蒸腾作用又进入大气, 这个周而复始的不断进行的过程称为水的自然循环。
水在地球上是不断循环的, 这种循环能够为地球表面调节气候, 也有净化环境的作用。
0.3 水资源
水资源是指可供人们经常使用的水量, 即大陆上由大气降水补给的各种地表、 地下淡水体的储存量和动态水量。地表水(河流、 湖泊、 冰川等)的动态水量为河流径流量。地下水的动态水量为降水渗入和地表水渗入补给的水量。
不能被直接利用的海水占总水量的97.2%, 陆地上的淡水又有大部分是以两极的冰川及高山顶上的冰盖的形式存在。人类能够直接利用的只是河水、 淡水湖及浅层地下水, 三者加在一起, 大约为总水量的0.2%, 约为3×106km3。据统计现有世界上有43个国家缺水。
0.4 水体污染
水体污染是指排入水体的污染物在数量上超过该物质在水体中的本底含量和水体的自净能力, 从而导致水体的物理、 化学及卫生性质发生变化, 使水体的生态系统和水体功能受到破坏。
根据污染物的性质, 水体的污染可分为: 物理性污染、 无机物污染、 有机物污染、 营养盐污染、 生物污染、 放射性污染。其中, 放射性污染物不能经过常规水处理方法去除。只能经浓缩及固化处理后, 在与环境隔绝的条件下安全地存放。
造成水体污染的因素: 向水体排放未达标的城市污水和工业废水。含有化肥和农药的农业排水。含有地面污染物的暴雨初期径流。随大气扩散的有毒有害物质经过重力沉降或降水过程进入水体。
0.5 水体富营养化
在光照和其它环境条件适宜的情况下, 藻类大量繁殖, 在随后的藻类死亡和随之而来的异养微生物代谢活动中, 水体中的溶解氧耗尽, 造成水体质量恶化和水生态环境结构破坏的现象。
0.6 中国水资源分布特点及其对策
特点: 总量大, 人均少; 时空分布不均衡, 水土资源分布不相匹配; 夏季多、 冬季少, 年际变化大。
对策: 节约使用水资源、 防止水污染; 兴建跨流域调水工程, 调节水资源的地区分布不均; 兴修水库调节水资源的季节分配不均、 年际变化大。
1 排水管渠系统
1.1 排水体制的类型及其特点。
排水体制又称排水制度, 是指污水的不同排出方式形成的排水系统。排水体制可分为合流制和分流制, 具体有以下五类:
直排合流: 投资少, 但污染严重, 已经不用。
截流合流: 投资少, 雨天存在污染问题, 初雨/小雨不污染, 较大的雨发生雨污混合水直接进入水体, 对污水厂冲击明显。
完全分流: 造价高, 存在初雨污染。
不完全分流: 造价低, 但适用范围有限, 作用类似完全分流。截流分流: 造价高, 污染最少。雨水污水全部流入污水处理厂, 全部处理, 费用极大, 实际难以实施, 没有必要, 当前尚无实例。
排水体制的比较:
分流制排水系统比合流制灵活, 分流制流入污水厂的水量和水质比合流制稳定得多。中国《室外排水设计规范》规定, 新建地区的排水一般采用分流制。
据国内外经验, 合流制排水管道的造价比完全分流制一般要低20~40%, 但合流制的泵站和污水厂却比分流制的造价高。
不完全分流制的初期投资比合流制和完全分流制低, 中国过去很多新建的工业基地和居住区在建设初期常采用。
下列情况采用合流制可能是有利和合理的: 附近有水量充沛的河流或近海, 发展受到限制的小城镇; 街道狭窄和地下设施较多的地区, 布置两套管道困难; 雨水较少的地区, 废水全部处理的地区。
老城区改造中既有合流也有分流的情况。
1.2 排水系统
排水系统的组成: 管渠系统( 收集输送污水) 、 污水厂( 处理污水) 和出水口( 处理后的废水排入水体)
排水系统的类型: 城镇污水系统、 工厂排水系统和雨水排水系统。
1.3 城镇污水系统
收集住宅和公共建筑的污水并输送至污水厂。
城镇污水系统组成: 房屋污水管道系统、 街坊污水管道系统、 城镇污水管渠系统和污水泵站。
1.4 雨水排水系统
收集雨水径流, 排入水体。
雨水排水系统组成: 房屋雨水管道系统、 街坊或厂区雨水管渠系统、 街道雨水管渠系统、 雨水泵站及压力管。
1.5 管渠的要求
不能渗漏, 否则渗入造成流量增加, 或渗出造成污染地下水, 或造成地基结构破坏; 耐腐蚀, 因为某些废水污水有腐蚀性; 内壁整齐光滑, 水流阻力小; 强度要高, 耐静荷载或动荷载(路面下), 保证运输和施工; 价格要低, 管道的材料是管道造价的重要因素。
1.6 管道类型
混凝土管: 适用于排除雨水、 污水, 管道埋深较小, 承受压力小。
钢筋混凝土管: 适用于排除雨水、 污水, 管道埋深较小, 承受压力小。
塑料管和玻璃钢管: 质轻、 强度高、 耐腐蚀、 水流阻力小(粗糙系数n仅0.009), 管节长, 接口密封性能好, 施工安装方便, 综合成本低等特点, 多用在建筑排水。
陶土管: 由塑性粘土烧制而成, 优点: 水流阻力小, 耐腐蚀, 抗渗性能好, 特别是耐酸。缺点: 质地脆, 容易碎, 运输不方便; 耐压抗拉强度小, 埋深大或土壤质地松或需要大的荷载均不能用; 管节多, 施工麻烦。
金属管: 在外力很大或对渗漏要求特别高的场合下才采用金属管。在压力管线上和施工特别困难的场合也常采用。优点: 强度大、 抗震、 抗拉、 抗压性能好; 抗渗漏性能好, 水流阻力小, 管节长度大, 运输施工容易。缺点: 价格昂贵, 耐腐蚀性能差。一般需要进行防腐处理。
1.7 合理选择管材的原则
静力学方面: 必须具有较大的稳定性, 在承受荷载时应是稳定的和坚固的。
水力学方面: 应具有最大的排水能力, 在一定的流速下不产生沉淀物。
经济方面: 市场供应充分, 单长造价较低。
养护方面: 应便于冲洗和清淤, 使用寿命长。
适用性方面: 不易被腐蚀和磨损。
1.8 渠道
渠道材料: 钢筋混凝土、 砖、 石、 混凝土块、 钢筋混凝土块等。
管渠底部多用混凝土做基础, 渠身能够用砖砌, 渠顶一般需要钢筋混凝土或做拱形顶。砖一般耐腐蚀性能也较好。
断面形状选择要求: 静力学要求: 渠道稳定, 能够承受各种荷载; 水力学要求: 排水能力强而且水的流速不能过低或过高; 经济上要求: 造价低, 节省材料; 养护上要求: 便于清淤。
断面形状: 半椭圆形、 马蹄形、 蛋形、 矩形、 梯形等。
1.9 检查井( 窨井)
检查井的作用: 检查、 清通和连接管道。
检查井设置位置: (1)管渠交汇处; (2)方向转折处; (3)管道坡度改变处; (4)管道端面(尺寸､形状､材质)､基础､接口变更处; (5)直线管道每隔一定距离处; (6)特殊用途处(跌水井､防潮门等处)。
检查井的组成: 井基和井底、 井身、 井盖和盖座。
1.10 跌水井
设有消能设施的检查井, 可克服水流跌落时产生的巨大冲击力。
设置跌水井的场合: 管道跌水水头为1.0～2.0m 时, 宜设跌水井。跌水水头大于2.0m时, 应设跌水井。管道转弯处不宜设跌水井。上下游管道落差小, 不设置跌水井, 而将窨井底部改为斜坡。
跌水方式: 管径较小时, 一般可采用竖管或矩形竖槽。管径较大时, 一般可采用阶梯式跌水井。
1.11 水封井
对工业废水而言, 若含有容易燃烧的爆炸的气体(挥发性物质), 必须设置水封井, 水封井水封深度为0.25m。
水封井具有隔断气体流通的功能, 井上宜设置通风设施, 井底应设置沉泥槽。
水封井以及同一管道系统中的其它检查井, 均不应设在车行道和行人众多的地段, 并应适当远离产生明火的场地。
1.12 溢流井(截流井)
在截流式合流制排水系统中, 在合流管道与截流管道的交接处设置溢流井(截流井), 以完成截流(晴天)和溢流(雨天)的作用。
晴天时, 管道中的污水全部送往污水厂进行处理; 雨天时, 管道中的混合污水仅有一部分送入污水厂处理, 超过截流管道输水能力的那部分混合污水直接排入水体。
溢流井的类型: 截流槽式、 溢流堰式。
1.13 跳越井
跳越井也称跳越堰式截流井, 多用在半分流制排水系统。当雨水流量大时, 由于流速加快, 雨水越过隔墙, 全部雨水污水直接进入水体。能够截流初雨污染。对污水厂的冲击负荷较小。
1.14 冲洗井
冲洗井是为了防止污泥的淤积而设置。冲洗的管道直径<400mm, 长度250 m。
冲洗井类型: 自动冲洗井和人工冲洗井。
1.15 潮门井
潮门井是为了防止潮水倒灌而设置在排水管道出水口上游的适当位置。(临海的管道, 当潮水上涨, 水位高于管道内水位)。
潮门井的组成: 井身、 防潮门。
工作原理: 无水时, 防潮门靠重力密闭; 上游来水时, 水流顶开防潮门排水; 涨潮时, 下游潮水的压力使防潮门密闭。
1.16 雨水口
雨水口是在雨水管道或合流管道上收集地面雨水的构筑物。雨水经雨水口和连接管流入管道上的窨井。
雨水口结构: 由进水篦、 井身、 连接管组成。
雨水口有落底和不落底之分, 落底就是连接管连接位置与井底存在一定的距离, 能够截流较重的物体。
当连接管道的管径大于0.8m, 连接处能够不是窨井, 即连接暗井。
雨水口类型: 边沟、 侧石和联合式。
1.17 倒虹管
倒虹管是穿越障碍物设置的特殊构筑物。
倒虹管的组成: 进水井、 管道、 出水井。
倒虹管的类型: 折管式倒虹管、 直管式倒虹管。折管式倒虹管: 管道先下降再上升, 适合跨度大的河道等, 施工复杂, 管理养护困难; 直管式倒虹管: 管道部分为直形, 相对管理维护容易。
1.18 出水口
污水管道出水口淹没在水中, 需要混合充分, 管顶标高在常水位下; 雨水管道出水口应该在水面上, 防止河水到灌, 管底标高在常水位上。出水口多设在岸边, 也有分散式设置的江心。出口标高比水位高很多, 应考虑单极或多级跌水设施。
2 排水管渠水力计算
2.1 排水管渠水力计算的任务
根据管段的设计流量; 选定既能防止淤积又不会引起冲刷的流速; 确定排水管渠的断面尺寸和高程; 并使管渠管段的敷设经济合理。
管渠水力设计就是根据水力学原理确定管渠的管径、 坡度和高程。
2.2 污水管渠水力设计原则
不溢流: 以可能出现的最大流量为设计流量, 避免污水溢出地面。
不淤积: 设计流速要大于最低限值, 避免固体杂质沉积、 堵塞管道。
不冲刷沟壁: 设计流速要小于最高限值, 避免水流冲刷和损坏管渠内壁。
通风: 非满流, 水面上保留一部分空间便于有毒和可燃气体的散发。
污水管渠的水流特点: 重力流、 非满流、 近似均匀流
2.3 设计管段
设计管段是指将相邻的两个检查井的管段作为设计对象, 当相邻的设计管段可采用相同的管径和坡度时可合并为一条设计管段。
2.4 均匀流水力计算基本公式
流量公式:
流速公式:
式中A和R均与管径D和充满度h/D的函数, 总共6个水力要素, 除Q和n为已知外, 尚有4个为未知。为简化计算, 采用水力学计算图和水力学计算表进行计算。经过水力计算, 可确定管径、 流速、 坡度、 埋深。
2.5 不满流圆形管道水力学算图
已知: n=0.014, D=300mm, Q=38L·s-1, v=1.0 m/s。求: i和h/D
v=0.72m/s, h/D=0.52
已知: n=0.014, D=300mm, i=0.0024, Q=25.5L·s-1求: v和h/D
v=0.65m/s, h/D=0.55

两条虚线即最小允许流速线和最大允许充满度线上方的数据均符合规定, 故能够采用。查图时, 在一般情况下, 宜选用两条虚线交点处或接近交点又在两条虚线上方的数据。这样, 既符合规定, 又能使管道断面得到充分利用, 相应的坡度也较小, 以减少理深, 降低造价。
2.6 管渠水力设计主要参数
设计充满度(h/D): 设计流量下, 管道内的有效水深与管径的比值(h/D)
设计流速(v): 沟道中流量到达设计流量时的水流速度。即与设计流量和设计充满度相应的污水平均流速。《室外排水设计规范》规定: 污水沟道的最小设计流速为0.6m/s ; 明沟的最小设计流速为0.4 m/s。最大设计流速混凝土管为5m/s, 钢管为10m/s。
最小管径(D):
最小设计坡度(i): 最小设计坡度是保证不发生淤积时的坡度。
管道埋设深度: 沟底的内壁到地面的距离。管道埋设深度越大, 造价越高, 施工期越长。管道最大埋深: 干燥土壤不超过7~8 m; 多水、 流沙、 石灰岩地层不超过5 m。
覆土厚度: 沟顶的外壁到地面的距离。覆土厚度需满足: ① 地面荷载要求(防止车重压坏管壁); ② 防冻要求(防止污水冰冻或土壤冰冻膨胀而损坏管道); ③ 街坊管连接要求。
管道的埋设深度和覆土厚度影响到管网造价和工程质量。
2.7 为什么要做最大设计充满度的规定?
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; 有利于管道内的通风; 便于管道的疏通和维护管理。
2.8 为什么要规定最小管径?
管径过小, 管道容易堵塞, 管道养护管理费用增加。
2.9 什么叫不计算管段?
在管道起端由于流量较小, 经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它的水力计算, 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。
2.10 管道坡度i与管道沿程阻力损失有何关系? H=iL
2.11 污水管道的衔接方式
管顶平接: 特点: 上游管段产生回水可能性较小, 但使下游管段的埋深增加。适用场合: ①异管径管段; ②同管径管段(上游充盈深>下游充盈深)
水面平接: 特点: 常因管道中流量出现变化而产生回水, 但下游管段的埋深能够浅些。适用场合: ①同管径管段(下游充盈深>上游充盈深); ②平坦地区的异管径管段水面平接或充满度0.8处平接以减少管道埋深。
管底平接: 适用场合: ①下游管段的管径<上游管段的管径, 而不能采用前两种的。②下游管段的管径>上游管段的管径, 但为减少管道埋深时。
2.12 管段的水力计算
( 1) 确定各管段的直径和坡度
( 2) 确定各管段始点和终点的埋设深度(水面标高、 管底标高)
P60, 例2-4
3 污水管道系统的设计
3.1 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、 污水管网设计计算、 设计图纸的绘制
3.2 污水管道的设计流量
污水管道的设计流量是设计期限终了时的最大日最大时的污水量, 也是污水管道及其附属构筑物能保证经过的最大流量。
污水管道的设计流量: 包括生活污水设计流量( 包括居住区生活污水、 公共建筑生活污水、 工业企业生活污水及淋浴污水) 、 工业废水设计流量和地下水渗入量(地下水位较高的地区)。
3.3 生活污水设计流量的确定
生活污水量定额为设计期限终了时, 每人每日排出的平均污水量。
生活污水定额与生活用水定额有关, 可按生活用水定额的80%~90%选用。
生活污水设计流量也可用比流量和排水面积来表示。
排水面积的划分方法: 围坊式、 低侧式和对边式。
3.4 污水管道系统的平面布置内容
确定排水区界, 划分排水流域。选择污水厂和出水口的位置。管道定线: 拟定污水干管及主干管的路线; 支管的布置与定线。确定需要提升的排水区域和设置泵站的位置等。控制点的确定。
3.5 管道系统定线的影响因素
( 1) 地形、 地势的影响: 总干管及干管设在整个排水区域较低的地方(如在集水线或河岸低处), 便于干管及支管的污水自流接入。在地形平坦略向一边倾斜的地区, 总干管与等高线平行敷设, 干管与等高线垂直敷设。当地形斜向河道的坡度很大时, 总干管与等高线垂直, 干管与等高线平行。
( 2) 污水厂和出水口的数目和位置影响管道系统的主干管的数目和走向。在大城市或地形平坦的城市, 可能要建几个污水厂分别处理与利用污水, 这就需要敷设几条总干管。在小城市或地形倾向一方的城市, 一般只设一个污水厂, 则只需敷设一条总干管。若相邻的若干城镇联合建造一个污水厂, 则需相应建造联结这些城镇的区域污水管道系统。
( 3) 所采用的排水体制的影响: 分流制系统一般有两个或两个以上的管道系统, 定线时必须在平面上和高程上互相配合; 采用合流制要确定截流干管及溢流井的位置; 采用混合体制时, 则要考虑两种体制管道的连接方式。
3.6 以地形为主的几种管道系统布置形式
正交式、 截流式、 平行式、 分区式、 分散式、 环绕式
考虑街坊建筑特征的支管布置形式: 低侧式、 围坊式、 穿坊式
3.7 管道在街道上的位置
污水管道设在道路上, 在连接支管多, 地下管线少的一侧。当街道线宽度大于50m, 可考虑两侧都设置污水管道, 以减少连接支管的长度和与其它地下管线的交叉, 并尽可能避开车行道。城市道路下设有各种管道、 各种电缆电线、 隧道, 这些地下设施相互之间、 地下设施和街面建筑物之间应当很好地配合。为便于施工和检修, 它们之间应有一定距离。
管道与房屋和树木的间距: 管道渗漏影响房屋基础, 树根挤坏甚至长入管道。当管道的埋深小于2.2 m时, 管道离房屋边线的水平距离不应小于3.5 m; 离行道树的水平距离不应小于2 m。当埋深大于2.2m时, 离房屋不应小于5~6m; 离行道树不应小于1.5 m。
管道交叉的原则: 有压(管)让无压(管), 小管让大管, 新管让旧管, 柔性让刚性, 临时让永久。给水管在排水管之上。
3.8 污水沟道的水力学设计任务
根据已经确定的沟道路线, 计算和确定各设计沟段的设计流量、 管径、 坡度、 流速、 充满度和沟底高程。
设计原则: 不冲刷、 不淤积、 不溢流、 要通风。
3.9 污水沟道的水力学计算方法
(1)先确定控制点
(2)将沟段划分为若干设计沟段
(3)从污水厂开始标定每个设计沟段起迄点上窨井的编号
(4)确定各设计沟段的服务面积、 设计流量
3.10 设计流量的组成
(1)沿线流量q1: 从本管段沿线街坊流来的污水量。
(2)转输流量q2: 从上游管段和旁侧管段流来的污水量
(3)集中流量q3: 从工业企业或其它大型公共建筑物流来的污水量( 包括工业企业的工业废水、 生活污水、 淋浴污水量)
4 城镇雨水管渠的设计
4.1 雨水管渠系统
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。
4.2 雨量参数
雨量分析目的是确定降雨历时、 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。
阵雨历时: 一场暴雨经历的整个时段, min。
降雨历时: 阵雨过程中任一连续的时段, min 。
降雨面积: 降雨所笼罩的面积。
汇水面积: 雨水管渠汇集和排除雨水的地面面积。
降雨量: 一段时间内降落在某一面积上的总水量。降雨量表示方法: 深度h (mm)或1hm2面积上的雨量体积(m3/hm2), 降雨量包括: 年平均降雨量、 月平均降雨量、 年最大日降雨量。
降雨强度: 指在某一降雨历时内的平均降雨量, i = h/t( mm·min-1) 工程上常见单位时间内单位面积上的降雨体积表示: q = K i =166.7 i ( L·s-1·hm-2)
降雨频率: 等于或大于某特定值的降雨强度出现的次数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降雨强度可能出现一次的平均间隔时间。
4.3 推理公式
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降雨强度的乘积。

要进行雨水管渠的设计, 显然首先要确定雨水的流量。在雨水流量公式中有参数径流系数、 降雨强度q和汇水面积A。
4.4 地面径流
降落在地面上的雨水在沿地面流行的过程中, 一部分雨水被地面上的植物、 洼地、 土壤或地面缝隙截留, 剩余的雨水在地面上沿地面坡度流动, 称为地面径流。
地面径流的流量: 称为雨水地面径流量。雨水管渠系统的功能就是排除雨水地径流量。
径流系数: 地面径流量与总降雨量的比值称为径流系数Ψ, 径流系数小于1 。
4.5 极限强度法原理
承认降雨强度随降雨历时的增长而减小的规律性;
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t <τ0(汇流时间)时, 部分汇流。t增大, q减小, A增大, Q增大;
当t =τ0时, 全面积汇流;
当t >τ0时, t增大, A不变, q减小, Q减小。
4.6 极限强度理论的内容
( 1) 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。( 2) 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。
4.7 雨水管渠设计流量的估算
设计降雨强度的确定, 设计降雨历时的确定, 设计重现期的确定, 径流系数的确定。
4.8 雨水管渠设计流量的估算: 有一条雨水干管接受两个独立排水流域的雨水径流, 如下图所示。图中FA为城市中心区汇水面积, FB为城市近郊工业区汇水面积, 试求B点的设计流量Q为多少? 已知: (1) P=1a时的降雨强度公式为: (2) 径流系数ψ=0.5; (3) FA=30ha, tA=25min; FB=15ha, tB=15min; 雨水管道A-B的tA-B=10min。

( 1) 按正常方法计算
将A、 B两个区域看作一个排水区域来考虑。按照极限强度理论, B处最大流量发生在整个区域全面积汇流时, 即设计流量应取区域上最远一点处的雨水流到设计断面时的流量。
整个区域上的集流时间: t=tA+tA-B=25+10=35min
在这种情况下, B点的最大流量为:

( 2) 分析

可见, 区域FA和FB不可能同时在B处出现最大流量。
因此要分两种情况进行考虑: ①最大流量可能发生在全部FB面积参与径流, 而仅FA有部分雨水能够参与同时径流; ②最大流量可能发生在全部FA面积参与径流, 这时FB的最大流量已经流过B点。
第一种情况: FB全面积参与径流
对于FB显然降雨历时取
对于FA显然降雨历时取
FA上并没有发生全面积汇流, 发生汇流部分的面积能够按照下式进行计算:

在这种情况下, B点的最大流量为:

第二种情况: FA全面积参与径流
对于FA显然降雨历时取
对于FB降雨历时取
FA上发生全面积汇流, FB 的最大流量已经流过B点, 在这种情况下, B点的最大流量为:

( 3) 两种情况的比较
根据以上两种情况计算的结果, 选择其中最大流量Q=5085.9( L/s) 作为B点处所求的设计流量。
4.9 雨水径流量调节
雨水径流调节池的作用: ①降低下游管渠的设计流量, 降低整个管网的造价。②能使雨水管渠的设计有较大的灵活性。城市建设和发展会使不透水面积增加, 从而使径流量剧增。③在雨水不多的干旱地区, 可用于蓄积雨水综合利用。④利用天然洼地或池塘、 公园水池等调节径流, 能够充分利用雨水资源补充景观水体, 美化城镇环境。⑤能改进合流制管系暴雨时的溢流水水质。
径流调节池的类型: 溢流堰式、 流槽式、 泵汲式
4.10 雨水利用系统
雨水利用系统组成: 集流区、 输水系统、 截污净化系统、 储存系统、 渗透系统、 配水系统。
4.11 雨水管渠设计的原则
①尽量利用池塘、 河浜受纳地面径流, 最大限度地减少雨水管渠的设置。②利用地形, 就近排放地面水体, 降低造价。③因明沟造价低, 考虑采用明沟。在建筑物密度较高、 交通繁忙的地区, 可采用加盖明沟。④因雨水泵站投资、 用电量都很大, 尽量避免设置雨水泵站。
4.12 雨水管渠水力学设计的准则
管道按满流设计, 明沟应留超高, 不小于0.2m。最小设计流速为0.75m/s, 明沟为0.4 m/s。管道可不考虑最大流速, 明沟的最大流速按表4-8(p102)采用。最小管径300mm, 最小坡度0.003; 雨水口连接管管径200mm, 最小坡度0.01。雨水管渠流速公式: 。管段衔接一般用管顶平接, 当条件不利时也可用管底平接。最小覆土厚度, 在车行道下时, 一般不小于0.7m, 基础应设在冰冻线以下。在直线管段上窨井的最大间距见表1-1(p30)。
4.13 雨水管渠水力学设计步骤
①划分流域与管渠定线, 确定雨水流向; ②划分设计沟段与沿线汇水面积; ③确定雨量参数的设计值; ④确定管渠的最小埋深; ⑤进行水力学计算。
4.14 雨水管渠水力计算: 已知n=0.013, 设计流量Q=200 L/s, 地面坡度i=0.004, 试计算该管段的管径D, 管底坡度i及流速v。
[解]采用n=0.013的水力计算图。
横坐标找到Q=200L/s, 纵坐标找到i=0.004, 两线交于A点, 得到v=1.17m/s, 符合规定; 而D界于400~500mm之间。
采用D=400mm时, i=0.0092, v=1.60m/s。i与地面坡度相差太大。
采用D=500mm时, i=0.0028, v=1.02m/s。结果合适。

4.15 城镇防洪
洪灾类型: 河洪和山洪
防洪方法: ①受河洪威胁的城镇, 大抵都筑江堤以御洪潮。②山洪防治的原则是”因势利导”, ”因地制宜”, ”宜顺不宜挡”。治理山洪的主要措施是: 上游缓蓄和截洪引水, 中游疏导, 下游泄洪或滞洪。
河洪或山洪的防洪方法可分为 ”拦, 蓄, 分, 泄”四种。
”拦”: 在流域内进行水土保持, 节节拦截部分径流, 使在洪水发生前将部分径流拦截下来, 以控制和减小洪水的发生。
”蓄”: 在流域的干支流的中上游或适当地点修建防洪水库, 以拦蓄已发生的洪水, 削减洪峰流量, 延长洪流时间, 起蓄洪和滞洪作用, 以减缓洪水的威胁。
”拦”与”蓄”的防洪措施是尽可能地不让超过中下游安全泄量的洪水下泄, 延迟和延长其下泄时间。
”分”: 在过洪河道上修建分洪工程, 以减轻河道的泄洪负担, 以免过洪河道因泄洪能力不足而泛滥危及城镇。
”泄”: 进行河道整治, 扩大其泄洪能力。
”分”与”泄”的防洪措施是将下泄洪水引走。
”拦””蓄”方法是对洪水的积极控制和利用, 蓄水不但能够防洪, 而且能够兴利( 灌溉和发电) 。为此宜以拦蓄为主, 分泄兼顾。
5 排水泵站的设计
5.1 排水泵与排水泵站
排水泵: 将各种废水由低处提升到高处所用的抽水机械
排水泵站组成: 水泵间: 安置排水泵的建筑物; 集水池: 集水构筑物; 辅助间: 安置附属设备的建筑物。
排水泵站的功能: 把离地面较深的污水或雨水提升到离地面较浅的位置上。
排水泵站的设置地点: 排水管道中途埋深达到”极限深度”处(中途泵站)。排入水体前的主干管上(终点泵站)。管道中的水面高度低于河流水位时设置。雨水管道的出水口虽然在河流常水位之上, 但为了排除高峰时的雨水。在污水处理厂构筑物之前(终点泵站)。为满足污水自流流过各构筑物, 并排入水体。污水处理厂的污泥的处理和利用(污泥泵站)。局部区域(如: 地势低洼地区、 高楼的地下室、 地下铁道、 其它地下建筑)需要提升污水或雨水。
5.2 常见的排水泵
离心泵: 叶轮转动时水流呈辐射状。流量较小, 扬程较高, 用于提升污水。离心泵的类型: 卧式离心泵(轮轴平放), 立式离心泵(轮轴竖放)
混流泵: 构造基本上于离心泵相同, 只是叶轮的设计不同。泵内主流方向介于辐射和轴向之间。
轴流泵: 轴流泵的主流方向与泵轴平行。轴流泵的特点是流量大, 扬程低, 吸水高度很低, 仅有1~2m。轴流泵常见于输送雨水, 广泛应用于城市雨水防洪泵站, 大型污水泵站, 农业排灌泵站以及大型工矿企业的冷却水泵站中。
螺旋泵: 用于灌溉、 排涝、 提升污水和污泥, 特别是污水处理厂的污泥提升方面。螺旋泵的特点: (1)没有阻塞问题; (2)结构简单, 可自行制造; (3)无须辅助设备; (4)无须正规泵站; (5)基建投资省; (6)低速运行, 机械磨损小, 维修方便; (7)电能消耗少, 运行费用低｡缺点: (1)占地较大; (2)扬程低(一般为3~6米)｡
螺杆泵: 螺杆泵应用范围很广, 可输送所有流动介质甚至非流动物料。螺杆泵因其可变量输送、 自吸能力强、 可逆转、 能输送含固体颗粒的液体等特点。在排水工程中, 广泛地被使用在输送湿污泥和絮凝剂药液方面。
潜污泵: 随着防腐措施和防水绝缘性能的不断改进, 电动泵组能够制成能放在水中的泵组, 称潜水泵。潜水泵的类型有: 潜水离心泵、 潜水轴流泵、 潜水混流泵和潜水螺旋泵。无需正规的泵站, 占地面积小; 管路简单, 配套设备少。
气提泵: 利用回流活性污泥与”泵”内的混有气泡的活性污泥之间的比重差γ2-γ1造成的浮力。常见于提升回流活性污泥。结构简单, 管理方便, 当压缩空气有现成来源时, 能够采用。
5.3 排水泵的工作特性
排水泵的工作特性可用Qp-η线、 Qp-N线和Qp-H线来表示。
qp-N
qp
N
η
H
qp-H
qp-η
H
Qp-N
Qp
η
N
Qp-H
Qp-η

离心泵的工作特性: ①流量小、 扬程高。②Qp-η线可知, 最高效率点两侧下降较缓, 易在高效区运行。③Qp-N线可知, Qp=0时, 轴功率最小。因此应闭闸启动, 以减少电动机的起动电流。数台离心泵并联运行, 能适应排水量的变化。
轴流泵的工作特性: ①流量大、 扬程小(雨水)。②Qp-N线可知, 轴功率随流量的减小而增大, Qp=0时, 轴功率最大。③轴流泵应开闸启动, 使Qp最大, 以减少电机启动电流。
螺旋泵的工作特性: ①螺旋泵的特点是扬程低、 转速低、 流量范围大, 适用于农业排水、 城市排涝。②当进水水位达到泵轴心管边缘螺旋叶片时, 提升水量达到最大值, 这时的水位是最佳进水位。当水位进一步上升时, 提升流量不变, 但功率增加。③当提升水量减少到30％时, 效率仅下降10％左右。因此, 在螺旋泵提升能力范围内, 当进水量变化较大时, 仍能够保持高效率运行。
5.4 排水泵引水设备
在排水泵站中, 当水泵高程在进水池启动水位以下时, 则水泵及其吸水管内时刻充满着水, 水泵可直接启动, 这种泵站称自灌式泵站。反之, 则必须人工引水入泵, 水泵才能启动。
常见的引水设备: 真空泵系统和水射器( 泵) 。
真空泵系统: 启动迅速, 效率高, 特别适用于大、 中型水泵和吸水管较长的水泵系统; 但操作较繁, 自控复杂。
水射器: 适用于小型泵站。具有结构简单、 占地少、 安装容易、 工作可靠等特点。
5.5 污水泵站设计中要解决的问题
( 1) 泵组的选择; ( 2) 进水池容积的确定; ( 3) 泵站的建筑设想与管道的布置; ( 4) 起重设备的选择和布置; ( 5) 电器设备和自动化设备的选择; ( 6) 施工方法的确定; ( 7) 泵站的建筑与结构设计。
5.6 污水泵的选择
根据最大时、 平均时、 最小时流量及相应的全扬程, 按照水泵的特性曲线选择水泵。
流量: 最大时、 平均时和最小时。
扬程: 净扬程、 总水头损失和自由水头。
水泵选择: 按照特性曲线进行, 保证不同流量下的高效运行。每个泵站的水泵宜选用同一型号, 最多不能超过两种型号, 可采用变频调速装置或叶片可调式水泵。而且应按上表的规定配备备用泵。
5.7 进水池
进水池须满足水泵吸水管和格栅的安装和水泵正常工作的容积要求。
有效容积(最高水位和最低水位): 进水池最高水位和最低水位之间的容积。有效高度一般为1.5~2.0米。进水池的有效容积不小于最大一台泵的5分钟出水量。进水池的容积与水泵的操作方式有关, 人工操作每小时不宜多于4次, 自动操作每小时不宜多于6次。
集水坑: 进水池底部应设集水坑, 深度一般不小于0.5m, 池底向坑口倾斜, 坡度不宜小于10％。
水位指示器: 进水池中应设水位指示器。
格栅: 进水池内应设置格栅以阻挡粗大的物质, 保护水泵。栅面与水面成60°~70°角, 过栅流速0.6~1.0m/s, 栅间空隙10~20mm(随水泵类型和大小而定)。清渣方式: 人工、 机械, 当前一般采用机械格栅。
5.8 吸水管及出水管
泵前的管道称为吸水管。每台水泵都应有单独吸水管, 力求短而直。自灌式水泵的吸水管应安装闸阀。吸水管入口处装有喇叭口。吸水管的水平部分应顺水流方向微抬高, 坡度0.005, 以便于吸水管中空气的排出。吸水管内流速0.7~1.5m/s。
泵后的管道为出水管。出水管的数量取决于泵站的大小和有无应急出口, 有应急出口: 1条出水管。无应急出口或泵站很大: 2条出水管。出水管管内流速0.8~2.5m/s, 在任何情况下应不小于0.7m/s。出水管应有倾向进水池的坡度, 便于检修放空存水。离心式污水泵出水管上靠近泵的出口处的水平管道上应设逆止阀和闸阀。
5.9 泵组间
水泵机组的平面布置一般按单排布置。这种布置吸水管直而短, 水力条件好, 跨度小, 便于起重设备的布置和操作。泵组多时, 可采用两排或交叉排列布置。泵组间布置受收水泵型号、 外形尺寸、 水泵台数、 泵站建筑形式的影响。泵组之间、 泵组与墙壁之间有一定的距离, 满足维修和安装需要。
5.10 污水泵站建筑要求
泵组间的高度。便于设置的吊装。无吊车起重设备的, 室内净高不小于3.0m。有吊车起重设备的, 吊起物件与地面物件间有不小于0.5m的净空。有高压配电设备的, 高度应根据电器设备要求确定。
设备进入口。有能允许最大设备或部件出入口的门或窗。
地面排水。地面应向进水池方向倾斜, 坡度0.01以上, 并设集水坑。
通风。泵站的地上部分一般采用自然通风, 在地下间应设置机械通风设备。
5.11 污水泵站建筑形式
按泵站与集水井组合方式分类: 合建式: 常见, 进水间与泵组间下层在同一高程上, 水泵轴线低于进水室中水位。分建式: 少用, 可用于土质差、 施工困难、 进水间深度大的场合, 缺点是水泵启动需用引水设备。
按泵站平面形状分类: 矩形: 便于安排设备, 需开挖法施工。圆形: 对土质要求低, 可采用沉井法施工。组合: 地下部分圆形, 地上部分矩形, 适用于小型泵站。
矩形合建式: 便于安排设备, 需用开挖法施工。进水间和泵组间用隔墙分隔, 互不通气; 泵组间(出水间)分上下两层, 上层(地面上)为工作室; 进水间和泵组间下层在同一高程上, 水泵轴线低于进水室中水位。
圆形合建式: 常见沉井法施工, 对土质要求低。特点与矩形合建式相同。