《管道工程》教案

第一章給水排水管道系統(tǒng)概論

本章內容：

1、給水排水系統(tǒng)的功能與組成

2、給水管網系統(tǒng)的類型

3、排水體制

本章重點：

1、給水管網系統(tǒng)的類型及其適用條件

2、排水體制及其選擇

第一節(jié)給水排水系統(tǒng)的組成

一、給水排水系統(tǒng)的功能與組成

給水排水系統(tǒng)是為人們的生活、生產、市政和消防提供用水和廢水排除設施的總稱。

給水排水系統(tǒng)的功能：向各種不同類別的用戶供應滿足不同需求的水量和水質，同時承

擔用戶排除廢水的收集、輸送和處理，達到消除廢水中污染物質對于人體健康和保護環(huán)境的

目的。

給水系統(tǒng)（watersupplysystem）是保障城市、工礦企業(yè)等用水的各項構筑物和輸配水

管網組成的系統(tǒng)。

根據系統(tǒng)的性質不同有四種分類方法：按水源種類，分為地表水（江河、湖泊、水庫、

海洋等）和地下水（潛水、承壓水、泉水等）給水系統(tǒng)；按服務范圍，可分為區(qū)域給水、城

鎮(zhèn)給水、工業(yè)給水和建筑給水等系統(tǒng)；按供水方式可分為自流系統(tǒng)（重力供水）、水泵供水

系統(tǒng)（加壓供水）和兩者相結合的混合供水系統(tǒng)；按使用目的，可分為生活給水、生產給水

和消防給水系統(tǒng)。

根據用戶使用水的目的，通常將給水分為生活用水、工業(yè)生產用水、消防用水和市政用

水四大類。

廢水收集、處理和排放工程設施，稱為排水系統(tǒng)（seweragesystem）。

根據排水系統(tǒng)所接受的廢水的性質和來源不同，廢水可分為生活污水、工業(yè)廢水和雨水

三類。

給水排水系統(tǒng)的功能和組成圖

居民生活用水

公共設施用水

一取水設施給水處理該施卜—麗給水輸配

-1I—市政用水

城市消防用水

自

然

城

市

水

污

水

體

管

排放

道

|瑞

灌溉農田||廢水深度處理—|再生成品水輸配|

給水排水系統(tǒng)除以上功能外，還應具有以下三項主要功能:

（1）水量保障。

(2)水質保障。

(3)水壓保障。

給水排水系統(tǒng)組成：

(1)取水系統(tǒng)。

(2)給水處理系統(tǒng)。

(3)給水管網系統(tǒng)。

(4)排水管道系統(tǒng)。

(5)廢水處理系統(tǒng)。

(6)廢水排放系統(tǒng)。

(7)重復利用系統(tǒng)。

城鎮(zhèn)給水排水系統(tǒng)圖

4-排水管道系統(tǒng)；5-污水處理系統(tǒng)；6污水排放系統(tǒng)

二、給水排水系統(tǒng)工作原理

1.給水排水系統(tǒng)的流量關系

給水排水系統(tǒng)流量關系如圖1-3所示，其中qi為給水處理系統(tǒng)自用水，q2為給水管網

系統(tǒng)漏失水量；q3為給水管網系統(tǒng)水量調節(jié)，其流向根據水塔(或高位水池)進水或出水而

變;q4為用戶使用后未排入排水系統(tǒng)的水量;qs為進入排水管網系統(tǒng)的降水或滲入的地下水;

q6為排水管道水量調節(jié)，其流向根據調節(jié)池進水或出水而變化；q7為污水處理系統(tǒng)自耗水;

q8為污水回用用水量。

圖1-3給水排水系統(tǒng)流量關系示意圖

1-取水系統(tǒng)；2-給水處理系統(tǒng)；3-清水池；4-給水管網系統(tǒng)；5-水塔

6一用戶；7-排水管道系統(tǒng)；8-調節(jié)池；9-均和池；10-污水處理系統(tǒng)

清水池是用來調節(jié)給水處理水量與管網中的用水量之差。

調節(jié)池和均和池是用來調節(jié)排水管道和污水處理廠之間的流量差，排水調節(jié)池(均和池)

還具有均和水質的作用，以降低因污染物隨時間變化造成的處理困難。

2.給水排水系統(tǒng)的水質關系

3.給水排水系統(tǒng)的水壓關系

(1)全重力供水

(2)一級加壓供水

(3)二級加壓供水

(4)多級加壓供水

第二節(jié)給水排水管道系統(tǒng)的功能與特點

1、給水管道系統(tǒng)和排水管道系統(tǒng)均應具有以下功能：

?水量輸送

?2.水量調節(jié)

?3.水壓調節(jié)

2、給水排水管道系統(tǒng)的功能與特點

具有一般網絡的特點：如：分散性、擴展性等，同時又具有自身的特點，如隱蔽性。

第三節(jié)給水管網系統(tǒng)

3.1、給水管網系統(tǒng)的組成

給水管網系統(tǒng)一般是由輸水管(渠)、配水管網、水壓調節(jié)設施(泵站、減壓閥)及水

量調節(jié)設施(清水池、水塔、高位水池)等構成。如圖1-4(a)>1-4(b)所示。

圖1-4(a)地表水源給水管道系統(tǒng)示意圖圖1-4(b)地下水源給水管道系統(tǒng)示意圖

1-取水構筑物；2-一級泵站；3-水處理構筑物：1-地下水取水構筑物；2-集水池：

4-清水池；5-二級泵站；6-輸水管；7-管網；8-水塔3-泵站；4-輸水管；5-管網

二、給水管網系統(tǒng)的類型

給水管網系統(tǒng)主要有統(tǒng)一給水管網系統(tǒng)、多水源給水管網系統(tǒng)和不同輸水方式的給水管

網系統(tǒng)三種類型。

1.統(tǒng)一給水管網系統(tǒng)：

根據向管網供水的水源數目，統(tǒng)一給水管網系統(tǒng)可分為單水源給水管網系統(tǒng)和多水源給

水管網系統(tǒng)兩種形式。

(1)單水源給水管網系統(tǒng)：即只有一個水源地，處理過的清水經過泵站加壓后進入輸

水管和管網，所有用戶的用水來源于一個水廠清水池(清水庫)，較小的給水管網系統(tǒng)，如

企事業(yè)單位或小城鎮(zhèn)給水管網系統(tǒng)，多為單水源給水管網系統(tǒng)，系統(tǒng)簡單，管理方便。如圖

1-5所示。

2

（2）多水源給水管網系統(tǒng)：有多個水廠的清水池（清水庫）作為水源的給水管網系統(tǒng),

清水從不同的地點經輸水管進入管網，用戶的用水可以來源于不同的水廠。較大的給水管網

系統(tǒng)，如中大城市甚至跨城鎮(zhèn)的給水管網系統(tǒng)，一般是多水源給水管網系統(tǒng)，如圖1-6所示。

多水源給水管網系統(tǒng)的特點是：調度靈活、供水安全可靠（水源之間可以互補），就近

給水，動力消耗較??；管網內水壓較均勻，便于分期發(fā)展，但隨著水源的增多，管理的復雜

2.分系統(tǒng)給水管網系統(tǒng)：分系統(tǒng)給水管網系統(tǒng)和統(tǒng)一給水管網系統(tǒng)一樣，也可采用單水

源或多水源供水。根據具體情況，分系統(tǒng)給水管網系統(tǒng)又可分為：分區(qū)給水管網系統(tǒng)、分壓

給水管網系統(tǒng)和分質給水管網系統(tǒng)。

（1）分區(qū)給水管網系統(tǒng)

管網分區(qū)的方法有兩種：一種是城鎮(zhèn)地形較平坦，功能分區(qū)較明顯或自然分隔而分區(qū)，

如圖1-7所示，城鎮(zhèn)被河流分隔，兩岸工業(yè)和居民用水分別供給，自成給水系統(tǒng)，隨著城鎮(zhèn)

發(fā)展，再考慮將管網相互溝通，成為多水源給水系統(tǒng)。另一種是因地形高差較大或輸水距離

較長而分區(qū)，又有串聯(lián)分區(qū)和并聯(lián)分區(qū)兩類：采用串聯(lián)分區(qū)，設泵站加壓（或減壓措施）從

某一區(qū)取水，向另一區(qū)供水；采用并聯(lián)分區(qū)，不同壓力要求的區(qū)域有不同泵站（或泵站中不

同水泵）供水。大型管網系統(tǒng)可能既有串聯(lián)分區(qū)又有并聯(lián)分區(qū)，以便更加節(jié)約能量。圖1-8

所示為并聯(lián)分區(qū)給水管網系統(tǒng)，圖1-9所示為串聯(lián)分區(qū)給水管網系統(tǒng)。

圖1-7分區(qū)給水管網系統(tǒng)

圖1-8并聯(lián)分區(qū)給水管網系統(tǒng)

a-高區(qū)；b-低渠：1-凈水廠；2-水塔:

(2)分壓給水管網系統(tǒng)：由于用戶對水壓的要求不同而分成兩個或兩個以上的系統(tǒng)給

水，如圖1-10所示。符合用戶水質要求的水，由同一泵站內的不同揚程的水泵分別通過高

壓、

1-凈水廠；2-二級泵站：3-低壓輸水管：4-高壓輸水管：5-低壓管網；6-高壓管網：7-水塔

低壓輸水管網送往不同用戶。

(2)分質給水管網系統(tǒng)：因用戶對水質的要求不同而分成兩個或兩個以上系統(tǒng)，分別

供給各類用戶，稱為分質給水管網系統(tǒng)，如圖1-11(a)>1-11(b)所示。

圖1-11(b)分質給水管網系統(tǒng)

1-井群；2-地下水水廠；3-生活用水管網;

4-居住區(qū)；5工廠區(qū)4-生產用水管網；5-取水構筑物；6-生產用水廠

3.不同輸水方式的管網系統(tǒng)

根據水源和供水區(qū)域地勢的實際情況,可采用不同的輸水方式向用戶供水。

(1)重力輸水管網系統(tǒng)

(2)水泵加壓輸水管網系統(tǒng)

第四節(jié)排水管道系統(tǒng)

4.1、排水管道系統(tǒng)的組成

排水管道系統(tǒng)一般由廢水收集設施、排水管道、水量調節(jié)池、提升泵站、廢水輸水管(渠)

1-排水管道；2-水量調節(jié)池：3-提升泵站：4-輸水管道(渠)：5-污水處理廠

4.2、排水管道系統(tǒng)的體制

城鎮(zhèn)和工業(yè)企業(yè)排出的廢水通常分為生活污水、工業(yè)廢水和雨水三類，它們可以采用同

一個排水管道系統(tǒng)來排除，也可以采用兩個或兩個以上各自獨立的排水管道系統(tǒng)來排除。這

種不同的排除方式所形成的排水系統(tǒng)，稱為排水體制。

排水系統(tǒng)的體制主要有合流制和分流制兩種基本方式。

1.合流制排水系統(tǒng)

將生活污水、工業(yè)廢水和雨水混合在同一管道（渠）系統(tǒng)內排放的排水系統(tǒng)稱為合流制

排水系統(tǒng)。根據污水匯集后的處置方式不同，又可把合流制分為下列三種情況：

（1）直排式合流制排水系統(tǒng)

（2）截流式合流制排水系統(tǒng)

（3）完全合流制排水系統(tǒng):

2.分流制排水系統(tǒng)

將生活污水、生產廢水和雨水分別在兩種或兩種以上管道（渠）系統(tǒng)內排放的排水系

統(tǒng)稱為分流制排水系統(tǒng)。根據雨水的排除方式不同，分流制又分為下列兩種情況：

（1）完全分流制排水系統(tǒng)：在同一排水區(qū)域內，既有污水管道系統(tǒng)，又有雨水管道系

統(tǒng)

（2）不完全分流制排水系統(tǒng)：這種體制只有污水排水系統(tǒng)，沒有完整的雨水排水系統(tǒng)

（圖1-22）。

污水處理廠

圖1-22不完全分流制排水系統(tǒng)

還有一種情況稱為半分流制排水系統(tǒng)

在一個城鎮(zhèn)中，有時既有分流制，又有合流制，這種體制可稱為混合制。

合理地選擇排水體制，是城鎮(zhèn)和小區(qū)排水系統(tǒng)設計的重要問題，它不僅從根本上影響

排水系統(tǒng)的設計、施工和維修管理，而且對城鎮(zhèn)和小區(qū)的規(guī)劃和環(huán)境保護影響深遠，同時也

影響排水系統(tǒng)的工程總投資和初期投資。通常，排水體制的選擇，必須符合城鎮(zhèn)建設規(guī)劃，

在滿足環(huán)境保護要求的前提下，根據當地的具體條件，通過技術經濟比較決定。

從城鎮(zhèn)規(guī)劃方面看。

從環(huán)境保護方面看。

從投資方面看。

從排水系統(tǒng)的管理上看。

總的看來，排水系統(tǒng)體制的選擇，應根據城鎮(zhèn)和工業(yè)企業(yè)規(guī)劃、當地降雨情況、排放

標準、原有排水設施、污水處理和利用情況、地形和水體條件等，在滿足環(huán)境保護要求的前

提下，全面規(guī)劃，接近期設計，考慮遠期發(fā)展，通過技術經濟比較，綜合考慮而定。一般情

況下，新建的城鎮(zhèn)和小區(qū)宜采用分流制和不完全分流制；老城鎮(zhèn)的城區(qū)由于歷史原因，一般

已采用合流制，要改造成完全分流制難度較大，故在同一城鎮(zhèn)內可采用不同的排水體制，舊

城區(qū)可采用截流式合流制，易改建地區(qū)和新建的小區(qū)宜采用分流制或不完全分流制；在干旱

少雨地區(qū)，或街道較窄地下設施較多而修建污水和雨水兩條管線有困難的地區(qū)，也可考慮采

用完全合流制。

第二章給水排水管道工程規(guī)劃與布置

本章內容：

1、給水排水管道工程規(guī)劃原則與建設程序

2、給水排水工程技術經濟分析

3、給水排水管道的布置

本章難點：給水排水管道的布置

第一節(jié)給水排水管道工程規(guī)劃原則與建設程序

給水排水管道系統(tǒng)規(guī)劃是城市總體規(guī)劃工作的重要組成部分，是對水源，供水系統(tǒng)、排

水系統(tǒng)的綜合優(yōu)化功能和工程布局進行的專項規(guī)劃，是城市專業(yè)功能規(guī)劃的重要內容。

一、給水排水工程規(guī)劃原則

1.貫徹執(zhí)行國家和地方的相關政策和法規(guī)

在進行給水排水工程規(guī)劃時，必須認真貫徹執(zhí)行國家及地方政府頒布的《城市規(guī)劃法》、

《環(huán)境保護法》、《水污染防治法》、《海洋環(huán)境保護法》、《水法》、《城市供水條例》等法律和

法規(guī)及《城市給水工程規(guī)劃規(guī)范》、《飲用水水源水質標準》、《環(huán)境保護法》、《生活飲用水衛(wèi)

生標準》、《防洪標準》等國家標準與設計規(guī)范，它是城市規(guī)劃和工程建設的指導方針。

2.給水排水工程規(guī)劃要服從城鎮(zhèn)總體規(guī)劃

城鎮(zhèn)及工業(yè)區(qū)總體規(guī)劃中的設計規(guī)模、設計年限、功能分區(qū)布局、城鎮(zhèn)人口的發(fā)展、居

住區(qū)的建筑層數和標準以及相應的水量、水質、水壓資料等，是給水排水工程規(guī)劃的主要依

據。

3.近遠期規(guī)劃與建設相結合

給水排水工程一般可按遠期規(guī)劃，而按近期規(guī)劃進行設計和分期建設。

4.要合理利用水資源和保護環(huán)境

6.規(guī)劃方案盡可能經濟和高效

二、給水排水工程規(guī)劃與建設程序

1.給水排水工程規(guī)劃的主要依據和內容

給水排水工程規(guī)劃應以批準的當地城鎮(zhèn)(地區(qū))總體規(guī)劃為主要依據。給水排水工程

規(guī)劃包括給水水源規(guī)劃、給水處理廠規(guī)劃、給水管網規(guī)劃、排水管道規(guī)劃、污水處理廠規(guī)劃

和廢水排放與利用規(guī)劃等內容。規(guī)劃工作的主要任務是：

(1)確定給水排水系統(tǒng)的服務范圍和建設規(guī)模；

(2)確定水資源綜合利用與保護措施；

(3)確定系統(tǒng)的組成與體系結構；

(4)確定給水排水主要構筑物的位置；

(5)確定給水處理及污水處理的工藝流程與水質保證措施；

(6)進行給水排水管網規(guī)劃和干管布置與定線；

(7)確定污水的處置方案及其環(huán)境影響評價；

(8)進行給水排水工程規(guī)劃的技術經濟比較，包括經濟、環(huán)境和社會效益分析。

給水排水工程規(guī)劃應以規(guī)劃文本和說明書的形式進行表達。

一般近期按5~10年進行規(guī)劃，遠期按10-20年進行規(guī)劃。

2.規(guī)劃設計基礎資料的調查

基礎資料調查：

(1)城鎮(zhèn)總體規(guī)劃資料的收集：工業(yè)布局、人口規(guī)劃、公共設施、地下構筑物、交通

網絡、豎向規(guī)劃、各專項工程規(guī)劃等資料的收集。

(2)踏勘：按現(xiàn)狀圖對建設現(xiàn)場進行實際勘探，了解現(xiàn)狀與城市規(guī)劃的概貌，如流域

的高程、坡度、坡向、建筑、道路、水資源及水環(huán)境概貌等內容，以便對工程作大體上的估

計，并醞釀規(guī)劃設計方案。

(3)測量：測定規(guī)劃設計流域面積、分水線、等高線、道路交叉點高程、高地和低地

的高程、控制點高程。

(4)給水和排水資料的收集：用水量標準、衛(wèi)生設備情況、工業(yè)給水量和工業(yè)污水量

以及水質情況、現(xiàn)有給水排水系統(tǒng)的情況等資料的收集。

(5)氣象資料的收集：風向、風速、氣溫(平均氣溫、極端最高氣溫和極端最低氣溫)、

空氣濕度、降雨量或當地的雨量公式等資料的收集。

(6)水文、地質資料的調查：水體分布、河流流量、流向、水位、潮汐、地下水位、

水源的水質、水體環(huán)境現(xiàn)狀及綜合利用規(guī)劃，以及土質、冰凍深度、土壤承載力和地震等級

等資料的調查。

3.給水排水工程建設程序

給水排水工程建設程序分可為以下幾個步驟：

(1)提出項目建議書

(2)進行可行性研究

(3)編制設計文件

(4)組織施工

(5)竣工驗收、交付使用

給水排水管道工程的規(guī)劃設計可分為三個階段(初步設計、技術設計、施工圖設計)或

兩個階段(初步設計或擴大初步設計和施工圖設計)進行。

第二節(jié)給水排水工程技術經濟分析方法

技術分析的方法主要有數學分析法和方案比較法。

在給水排水工程項目中，通常采工程項目的年計算費用值來表達，即年平均費用值最低

的工程方案為最佳方案。其分析方法有靜態(tài)分析法和動態(tài)分析法兩種。

一、靜態(tài)分析法

式中W一一年計算費用，元/a；

C——工程項目投資額，元；

T一一投資償還期，a,一般由項目的性質和投資來源情況確定；

Y——年運行費，元/a。

二、動態(tài)分析法

投資資金的時間價值計算通常采用復利法，常用的計算公式如下：

1.當資金的現(xiàn)值為P，利率為i%,則n年后的資金終值F為：

F=(i+i%)nP(2-2)

2.因此，當已知資金的終值為F,則現(xiàn)值P為：

F

P-aF=(2-3)

(1+Z%)"

式中a一一折現(xiàn)系數。

將資金的終值折算為現(xiàn)值稱為貼現(xiàn)，其相應的利率稱為貼現(xiàn)率。

3.當資金現(xiàn)值為P,利率為i%,設在n年內各年平均分攤資金現(xiàn)金A,則各年分攤資金

現(xiàn)值的計算方法如下：

A

第一年：-------

(1+Z%)

4

第二年：A2=-J(2-4)

2(1+z%)2

A

第n年：A?二

(1+i%)”

為保證資金現(xiàn)值P得到回收，則有：

〃=+…4)

AAA

=---------1---------+…H------------(z2-5)x

(1+/%)(1+z%)2(1+/%)"_

(i+z%r-iA

/%(I+/%)"

亦即:

/%(1+/%)"

A=0P=(1+i%)"-1”(2-6)

式中9——資金回收系數，表示資金現(xiàn)金在n年內每年平均分攤的份額。

由此可見，動態(tài)法計算工程費用更能反映項目經濟效益的真實性。因此，工程項目的年

計算費用即為上述的年平均分攤資金額與項目年運行費用之和，即：

i0/(l+i%)T

W=6C+Y=0c(2-7)

(1+z%)r-l

【例2-1】某排水工程項目建設投資為8800萬元，年運轉費用為260萬元/年，求:

（1）投資償還期為20年的靜態(tài)年計算費用值；（2）利率為5.58%,還款期為20年的動態(tài)

年計算費用值。

【解】（1）靜態(tài)年計算費用值為：

QQA0

W=+260=700萬元/a

20

（2）動態(tài)年計算費用值：

0.058x(1+。055司2。

x880A260=萬元/a

(1+0.055峭—1

第三節(jié)給水管網系統(tǒng)規(guī)劃布置

一、給水管網布置原則

給水管網的規(guī)劃布置應符合下列基本原則：

1.按照城市總體規(guī)劃，結合當地實際情況布置給水管網，并進行多方案技術經濟比較;

2.管線應均勻地分布在整個給水區(qū)域內，保證用戶有足夠的水量和水壓，并保持輸送

的水質不受污染；

3.力求以最短距離敷設管線，并盡量減少穿越障礙物等

4.必須保證供水安全可靠

5.盡量減少拆遷，少占農田或不占農田；

6.管渠的施工、運行和維護方便；

7.規(guī)劃布置時應遠近期相結合，考慮分期建設的可能性，并留有充分的發(fā)展余地。

給水管網的規(guī)劃布置主要受給水區(qū)域下列因素影響：地形起伏情況；天然或人為障礙物

及其位置；街道情況及其用戶的分布情況，尤其是大用戶的位置；水源、水塔、水池的位置

等。

二、給水管網布置的基本形式

樹狀管網

環(huán)狀管網

三、給水管網定線

給水管網定線是指在地形平面圖上確定管線的位置和走向。

1.城鎮(zhèn)給水管網

定線時干管的延伸方向應于水流方向基本一致。

干管位置應從用水量較大的街區(qū)通過。

干管的間距，一般為500?800m左右，連接管之間的間距一般在800~1000m左右。

干管一般按城鎮(zhèn)規(guī)劃道路定線，盡量避免在高級路面或重要道路下通過，給水管線與

構筑物、鐵路以及其它管道的水平凈距，均應參照有關規(guī)定。

為了保證給水管網的正常運行以及消防和管網的維修管理工作，管網上必須安裝各種

必要的附件，如閥門、消防栓、排氣閥和泄水閥等。閥門是控制水流、調節(jié)流量和水壓的重

要設備，閥門的布置應能滿足故障管段的切斷需要，其位置可結合連接管或重要支管的節(jié)點

位置；消防栓易設在使用方便、明顯易見之處，如路口、道邊等位置。

在干管的高處應裝設排氣閥，在管線低處和兩閥門之間的低處，應裝設泄水管。2.工

業(yè)企業(yè)管網

四、輸水管渠定線

第四節(jié)排水管道系統(tǒng)規(guī)劃布置

一、排水管道系統(tǒng)布置原則

1.按照城市總體規(guī)劃，結合當地實際情況布置排水管道，并對多方案進行技術經濟比

較；

2.首先確定排水區(qū)界、排水流域和排水體制，然后布置排水管道，應按從主干管、干

管、支管的順序進行布置；

3.充分利用地形，盡量采用重力流排除污水和雨水，并力求使管線最短和埋深最??；

4.協(xié)調好與其它地下管線和道路等工程的關系，考慮好與企業(yè)內部管網的銜接；

5.規(guī)劃時要考慮到使管渠的施工、運行和維護方便；

6.規(guī)劃布置時應遠近期相結合，考慮分期建設的可能性，并留有充分的發(fā)展余地。

二、排水管道系統(tǒng)布置形式

1.城鎮(zhèn)排水管道系統(tǒng)的布置形式

4、

2.區(qū)域排水系統(tǒng)

三、污水管道系統(tǒng)布置

污水管道系統(tǒng)布置的主要內容有：

1.確定排水區(qū)界、劃分排水流域

2.污水廠和出水口位置的選定

應遵循以下原則選定污水廠和出水口的位置。

(1)出水口應位于城市河流的下游。

(2)出水口不應設回水區(qū)，以防回水區(qū)的污染。

(3)污水廠要位于河流的下游，并與出水口盡量靠近，以減少排放渠道的長度。

(4)污水廠應設在城鎮(zhèn)夏季主導風向的下風向，并與城鎮(zhèn)、工礦企業(yè)以及郊區(qū)居民點

保持300m以上的衛(wèi)生防護距離。

(5)污水廠應設在地質條件較好，不受雨洪水威脅的地方，并有擴建的余地。

3.污水管道的布置與定線

污水管道平面布置，一般按主干管、干管、支管的順序進行。

圖2-7某市排水流域的劃分及污水管道平面布置

0-排水區(qū)界；I、II、IILN-排水流域編號；1、2、3、4-各排水流域干管；5-污水處理廠

污水干管一般沿城鎮(zhèn)道路敷設，不宜設在交通繁忙的快車道下和狹窄的道路下，也不宜

設在無道路的空地上，而通常設在污水量較大或地下管線較少一側的人行道、綠化帶或慢車

道下。道路寬度超過40米時，可考慮在道路兩側各設一條污水管，以減少連接支管的數目

以及與其他管道的交叉，并便于施工、檢修和維護管理。污水干管最好以排放大量工業(yè)廢水

的工廠（或污水最大的公共建筑）為起端，除了能較快發(fā)揮效用外，還能保證良好的水力條

污水支管的平面布置取決于地形及街區(qū)建筑特征，并應便于用戶接管排水。低邊式布置；

周邊式；穿坊式布置。

4.確定污水管道系統(tǒng)的控制點和泵站的設置地點

控制點是指在污水排水區(qū)域內，對管道系統(tǒng)的埋深起控制作用的點。

5.確定污水管道在街道下的具體位置

污水管道與建筑物應有一定間距，與生活給水管道交叉時，應敷設在生活給水管的下面。

管線綜合規(guī)劃時，所有地下管線都應盡量設置在人行道、非機動車輛和綠化帶下，只有在不

得己時，才考慮將埋深大，維修次數較小的污水、雨水管道布置在機動車道下。

若各種管線布置時發(fā)生沖突，處理的原則是：未建讓已建的，臨時性管讓永久性管，小

管讓大管，有壓管讓無壓管，可彎管讓不可彎管。

四、雨水管渠系統(tǒng)布置

雨水管渠規(guī)劃布置的主要內容有：確定排水流域與排水方式，進行雨水管渠的定線；確

定雨水泵房、雨水調節(jié)池、雨水排放口的位置。

雨水管渠系統(tǒng)的布置

1.充分利用地形，就近排入水體。

2.根據街區(qū)及道路規(guī)劃布置雨水管道。

道路邊溝最好低于相鄰街區(qū)地面標高，盡量利用道路兩側邊溝排除地面徑流。雨水管渠

應平行與道路敷設，宜布置在人行道或草地下，不宜設在交通量大的干道下。當路寬大于

40m時，應考慮在道路兩側分別設置雨水管道。雨水干管的平面和豎向布置應考慮與其它地

下管線和構筑物在相交處相互協(xié)調，以滿足其最小凈距的要求。

3.合理布置雨水口，保證路面雨水順暢排除。雨水口的布置應根據地形和匯水面積確

定，以使雨水不至漫過路口。一般在道路交叉口的匯水點、低洼地段均應設置于水口。此外,

在道路上每隔25~50m也應設置雨水口。道路交叉口雨水口的布置見圖2-9所示。

4.采用明渠和暗渠相結合的形式。

5.出水口的設置。

6.調蓄水體的布置。

7.排洪溝的設置。

第三章給水排水管道系統(tǒng)水力計算基礎

本章內容：

1、水頭損失計算

2、無壓圓管的水力計算

3、水力等效簡化

本章難點：無壓圓管的水力計算

第一節(jié)基本概念

一、管道內水流特征

進行水力計算前首先要進行流態(tài)的判別。判別流態(tài)的標準采用臨界雷諾數Rek,臨界雷

諾數大都穩(wěn)定在2000左右，當計算出的雷諾數Re小于2000時，一般為層流，當Re大于

4000時，一般為紊流，當Re介于2000到4000之間時，水流狀態(tài)不穩(wěn)定，屬于過渡流態(tài)。

對給水排水管道進行水力計算時，管道內流體流態(tài)均按紊流考慮

紊流流態(tài)又分為三個阻力特征區(qū)：紊流光滑區(qū)、紊流過渡區(qū)及紊流粗糙管區(qū)。

二、有壓流與無壓流

水體沿流程整個周界與固體壁面接觸，而無自由液面，這種流動稱為有壓流或壓力流。

水體沿流程一部分周界與固體壁面接觸，另一部分與空氣接觸，具有自由液面，這種流動稱

為無壓流或重力流

給水管道基本上采用有壓流輸水方式，而排水管道大都采用無壓流輸水方式。

從水流斷面形式看，在給水排水管道中采用圓管最多

三、恒定流與非恒定流

給水排水管道中水流的運動，由于用水量和排水量的經常性變化,均處于非恒定流狀態(tài),

但是，非恒定流的水力計算特別復雜，在設計時，一般也只能按恒定流（又稱穩(wěn)定流）計算。

四、均勻流與非均勻流

液體質點流速的大小和方向沿流程不變的流動，稱為均勻流；反之，液體質點流速的大

小和方向沿流程變化的流動，稱為非均勻流。從總體上看，給水排水管道中的水流不但多為

非恒定流，且常為非均勻流，即水流參數往往隨時間和空間變化。

對于滿管流動，如果管道截面在一段距離內不變且不發(fā)生轉彎，則管內流動為均勻流;

而當管道在局部有交匯、轉彎與變截面時，管內流動為非均勻流。均勻流的管道對水流的阻

力沿程不變，水流的水頭損失可以采用沿程水頭損失公式進行計算；滿管流的非均勻流動距

離一般較短，采用局部水頭損失公式進行計算。

對于非滿管流或明渠流，只要長距離截面不變，也沒有轉彎或交匯時，也可以近似為均

勻流，按沿程水頭損失公式進行水力計算，對于短距離或特殊情況下的非均勻流動則運用水

力學理論按緩流或急流計算。

五、水流的水頭和水頭損失

水頭是指單位重量的流體所具有的機械能，一般用符號〃或〃表示，常用單位為米水

柱（m^O）,簡寫為米（m）。水頭分為位置水頭、壓力水頭和流速水頭三種形式。位置水頭

是指因為流體的位置高程所得的機械能，又稱位能，用流體所處的高程來度量，用符號Z表

示;壓力水頭是指流體因為具有壓力而具有的機械能，又稱壓能，根據壓力進行計算，即p/y

（式中的p為計算斷面上的壓力，?為流體的比重）；流速水頭是指因為流體的流動速度而具

有的機械能，又稱動能，根據動能進行計算，即//2g（式中v為計算斷面的平均流速，g

為重力加速度）。

位置水頭和壓力水頭屬于勢能，它們二者的和稱為測壓管水頭，流速水頭屬于動能。流

體在流動過程中，三種形式的水頭（機械能）總是處于不斷轉換之中。給水排水管道中的測

壓管水頭較之流速水頭一般大得多，在水力計算中，流速水頭往往可以忽略不計。

實際流體存在粘滯性，因此在流動中，流體受固定界面的影響（包括摩擦與限制作用）,

導致斷面的流速不均勻，相鄰流層間產生切應力，即流動阻力。流體克服阻力所消耗的機械

能，稱為水頭損失。當流體受固定邊界限制做均勻流動（如斷面大小，流動方向沿流程不變

的流動）時，流動阻力中只有沿程不變的切應力，稱沿程阻力。由沿程阻力所引起的水頭損

失稱為沿程水頭損失。當流體的固定邊界發(fā)生突然變化，引起流速分布或方向發(fā)生變化，從

而集中發(fā)生在較短范圍的阻力稱為局部阻力。由局部阻力所引起的水頭損失稱為局部水頭損

失。

在給水排水管道中，由于管道長度較大，沿程水頭損失一般遠遠大于局部水頭損失，

所以在進行管道水力計算時，一般忽略局部水頭損失，或將局部阻力轉換成等效長度的管道

沿程水頭損失進行計算。

第二節(jié)管渠水頭損失計算

一、沿程水頭損失計算

管渠的沿程水頭損失常用謝才公式計算，其形式為:

v2

h,=.>RI（m）(3-1)

式中h—沿程水頭損失，m；

v—過水斷面平均流速，m/s；

C—謝才系數；

R—過水斷面水力半徑，即過水斷面面積除以濕周，m,圓管滿流時/?=0.25。

(D為圓管直徑);

/一管渠長度，m。

對于圓管滿流，沿程水頭損失也可用達西公式計算:

/?=2——(m)(3-2)

'D2g

式中。一圓管直徑，m；

g一重力加速度，m/s2；

2—沿程阻力系數，丸=詈。

沿程阻力系數或謝才系數與水流流態(tài)有關，一般只能采用經驗公式或半經驗公式計算。

目前國內外較為廣泛使用的主要有舍維列夫(中?A?WeBeJIeB)公式、海曾一威廉

(Hazen-Williams)公式、柯爾勃洛克一懷特(Colebrook-White)公式和巴甫洛夫斯基

(H.H.naBJIoBcKHfl)等公式，其中，國內常用的是舍維列夫公式和巴甫洛夫

斯基公式。

(I)舍維列夫公式

舍維列夫公式根據他對舊鑄鐵管和舊鋼管的水力實驗(水溫10℃),提出了計算紊流過

渡區(qū)的經驗公式。

當.2m/s時

2=0.00214備(3-3)

當y<1.2m/s時，

4=0.0018244jl+竺生］(3-4)

D03(v)

將(3-3)、(3-4)式代入(3-2)式分別得:

當口21.2m/s時

V2

^=0.00107—(3-5)

當”1.2m/s時

?(CW7、0.3

hf=0.000912-^1+-^-I(3-6)

fD'3{v)

(2)海曾一威廉公式

海曾一威廉公式適用于較光滑的圓管滿管紊流計算:

13.16gD013

4-cl.852g0.148(3-7)

式中q一流量，m3/s；

「,一海曾一威廉粗糙系數，其值見表3-1；

其余符號意義同(3-2)式。

海曾一威廉粗糙系數G,值表3-1

管道材料G,管道材料G,

塑料管150新鑄鐵管、涂瀝青或水泥的鑄鐵管130

石棉水泥管120?140使用5年的鑄鐵管、焊接鋼管120

混凝土管、焊接鋼管、木管120使用10年的鑄鐵管、焊接鋼管110

水泥襯里管120使用20年的鑄鐵管90?100

陶土管110使用30年的鑄鐵管75?90

將式(3-7)代入式(3-2)得:

_10.67寸852

nf―01.85204.87(3-8)

(3)柯爾勃洛克一懷特公式

柯爾勃洛克一懷特公式適用于各種紊流:

C=-17.711g(—。［或3=—21g(—+(3-9)

(14.8E3.53ReJVI(3.70ReVI)

4vRvD_

式中Re—雷諾數，Re=-=—,其中。為水的動力粘滯系數，和水溫有關，其單

uu

位為：m2/s；

e—管壁當量粗糙度，m,由實驗確定，常用管材的e值見表3-2。

該式適用范圍廣，是計算精度最高的公式之一，但運算較復雜，為便于應用，可簡化為

直接計算的形式：

ce4.462V1c,(e4.462A小小

C=-17.71g-----+——|或〒=-21g|-----+——(3-10)

114.8/?Re0'875)VI13.7。Re0'875)

常用管渠材料內壁當量粗糙度e(mm)表3-2

管渠材料光滑平均粗糙

玻璃00.0030.006

鋼、PVC或AC0.0150.030.06

有覆蓋的鋼0.030.060.15

鍍鋅鋼管、陶土管0.060.150.3

鑄鐵管或水泥襯里0.150.30.6

預應力混凝土管或木管0.30.61.5

鉀接鋼管1.536

臟的污水管道或結瘤的給水主管線61530

毛砌石頭或土渠60150300

(4)巴甫洛夫斯基公式

巴甫洛夫斯基公式適用于明渠流和非滿流管道的計算，公式為:

C&

(3-11)

nb

式中：丁=2.5阮—0.13—0.75直(匹—0.10)

n—巴甫洛夫斯基公式粗糙系數，見表3-3?

將(3~11)式代入(3~2)式得:

(3-12)

常用管渠材料粗糙系數nh值表3-3

管渠材料

時管渠材料nb

鑄鐵管、陶土管0.013漿砌磚渠道0.015

混凝土管、鋼筋混凝土管0.013?0.014漿砌塊石渠道0.017

水泥砂漿抹面渠道0.013-0.014干砌塊石渠道0.020?0.025

石棉水泥管、鋼管0.012土明渠(帶或不帶草皮)0.025?0.030

(5)曼寧(Manning)公式

曼寧公式是巴甫洛夫斯基公式中y=l/6時的特例，適用于明渠或較粗糙的管道計算:

6/D

c=—(3-13)

n

式中〃一粗糙系數，與(3-12)司，見表3-3。

將(3-13)式代入(3-1)得：

22

篙/或〃10.29〃2q2

~05.333-(3-14)

二、局部水頭損失計算

局部水頭損失用下式計算:

上(3-15)

72g

式中hj一局部水頭損失，m；

C一局部阻力系數，見表3-4。

根據經驗，室外給水排水管網中的局部水頭損失一般不超過沿程水頭損失的5%,因和

沿程水頭損失相比很小，所以在管網水力計算中，常忽略局部水頭損失的影響，不會造成大

的計算誤差。

局部阻力系數G表3-4

配件、附件或設施配件、附件或設施C

全開閘閥0.1990°彎頭0.9

50%開啟閘閥2.0645°彎頭0.4

截止閥3-5.5三通轉彎1.5

全開蝶閥0.24三通直流0.1

第三節(jié)無壓圓管的水力計算

所謂無壓圓管，是指非滿流的圓形管道。在環(huán)境工程和給排水工程中，圓形斷面無壓均

勻流的例子很多，如城市排水管道中的污水管道、雨水管

道以及無壓涵管中的流動等。這是因為它們既是水力最優(yōu)

B

斷面，又具有制作方便、受力性能好等特點。由于這類管

P道內的流動都具有自由液面，所以常用明渠均勻流的基本

0v

公式對其進行計算。

圓形斷面無壓均勻流的過水斷面如圖3-1所示。設其

ha

管徑為d水深為h,定義a=—=sin2—，。稱為充滿度,

圖3-1無壓圓管均勻流的過水d4

斷面所對應的圓心角e稱為充滿角。由幾何關系可得各水力要

素之間的關系為：

過水斷面面積：

A=?6—sin。)

(3-16)

濕周：

d

x=—^a(3-17)

2

水力半徑：

nd(.sin。、

(3-18)

4(0)

所以

2

1rd(sin。、下-1-\

(3-19)

0)\n

2

Csin。］下21.?|4

Q=——(。一sin。)——1-----i2=—AR3t2(3-20)

8l4(0)n

為便于計算，表3-5列出不同充滿度時圓形管道過水斷面面積A和水力半徑R的值。

不同充滿度時圓形管道過水斷面積A和水力半徑R的值（表中d以m計）表3-5

充滿度a過水斷面積A（m2）水力半徑（R）充滿度a過水斷面積A（m2）水力半徑（R）

0.050.0147d20.0326d0.550.4426d20.2649d

0.100.0400d20.0635d0.600.4920d20.2776d

0.150.0739d20.0929d0.650.5404d20.2881d

0.20O.H18d20.1206d0.700.5872d20.2962d

0.250.1535d20.1466d0.750.6319d20.3017d

0.300.1982d20.1709d0.800.6736d20.3042d

0.350.2450d20.1935d0.850.7115d20.3033d

0.400.2934d20.2142d0.900.7445d20.2980d

0.450.3428d20.2331d