排水工程与管网复习题1

《水污染控制工程(上)》复习题

0 绪论

0.1 水循环

自然界中的水通过蒸发、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，这种循环可以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，放射性污染物不能通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。 2 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通过重力沉降或降水过程进入水体。

0.5 水体富营养化

在光照和其他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 我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，目前尚无实例。

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。我国《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 3 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，我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。 4 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，尤其是耐酸。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。通常需要进行防腐处理。

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：市场供应充足，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，渠身可以用砖砌，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 5 ､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。 6 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，可以截流较重的物体。

当连接管道的管径大于0.8m，连接处可以不是窨井，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 7 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：QAv

流速公式：21321vRin

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。通过水力计算，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