公用设备工程师考试.pdf

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1、 注册公用设备工程师给水排水执业资格考试 排水工程专业辅导课程 第 1章 排水系统概论 排水工程的基本任务和主要内容 污水的定义与分类 排水系统的体制及其选择 排水系统的组成与布置形式 排水系统的规划设计原则 排水系统的基建程序和设计阶段 排水工程的基本任务和主要内容 排水工程的基本任务： 保护生态环境免受污染 污水的无害化和资源化 保障工农业生产的发展和人民的健康与正常生活 排水工程的主要内容： 收集各种污水并及时将其输送至适当地点 将污水妥善处理后排放或再利用 排水系统的体制及其选择 排水系统的体制： 【 雨水，污水（生活、生产） 】 分流制排水系统（ 新建城区，工业企业 ） 完全分流制排

2、水系统 不完全分流制排水系统 合流制排水系统（ 截流式合流制排水系统 ） 排水体制的选择 ： (规范 1.0.4） 环境保护要求 技术安全可靠 经济造价分析 维护管理费用 城市排水系统的组成 城市污水排水系统 1. 室内污水管道系统及设备 2. 室外排水管道系统 3. 污水泵站及压力管道 4. 城市污水处理厂 5. 出水口及事故排出口 城市雨水排水系统： 1. 建筑物的雨水管道系统和设备 2. 居住小区或工厂雨水管渠系统 3. 街道雨水管渠系统 4. 排洪沟 5. 出水口 城市排水系统的总平面布置 城市排水系统总平面布置的任务： 确定干管、主干管的走向 确定污水处理厂和出水口的位置 城市排水系

3、统总平面布置的原则： 管网密度合适，管道工程量小，水流畅通 充分利用地形地势，顺坡排水，避免提升 地形起伏较大的地区，采用高、低区系统分离 尽量减少中途加压泵站的个数 截流干管的布置要使全区污水管道能便捷、直接地接入 城市排水系统的总平面布置 城市排水系统总平面布置的常见形式： （教材图） a) 直流正交式（ 适用于雨水 ） b) 正交截留式（ 合流制 ） c) 平行式（排水坡度过大、减小流速、避免冲刷） d) 高低分区式（地形起伏过大，减少提升能耗） e) 辐射分散式（城区大、中心地势高、出路分散） f) 环绕式（中小城市、排水出路集中） 第 2章 污水管道系统的设计 1. 设计基础数据的收

4、集 2. 污水管道系统的平面布置 3. 污水管道设计流量计算和水力计算 4. 污水管道衔接的原则和方式的确定 5. 污水管道在街道上位置的确定 6. 绘制污水管道系统平面图和纵剖面图 污水设计流量的计算 污水设计流量： 生活污水量 工业废水量 （地下水渗入量） 最大日最大时（高日高时）污水流量 流量单位 L/S（升 /秒） 污水量变化系数： 污水设计流量的基本计算公式： 设计流量 排水个体数 排水定额 变化系数 排水时间 单位换算 当当当当当当当当当当 均日均时 高日高时 高日均时 高日高时 均日 高日 时日 = KKK Z 污水设计流量的计算 生活污水设计流量的计算公式： 当当当当当当当当当

5、当 Q 1 居住区生活污水设计流量（ L/s)； n居民生活污水定额（ L/人 .d）； 80 90用水定额 （表 2 2 1） N设计人口（人）； 设计人口人口密度 服务面积 K Z 生活污水量总变化系数，（表 2 2 2） )/( 360024 1 sL KNn Q Z = 11.0 7.2 Q K Z = 污水设计流量的计算例题 某居住区生活给水定额 200L/（人 .d),居住区人口数 N=10000，污水收集系数 0.85， K总 2.7/Q的 0.11次方 ， 则居住区生活污水设计流量 Q 1 =( )L/s. A 30.32 B 38.28 C 44.68 D 46.30 当当当

6、当当当当当当当 sLQKQ Q K sL Nn Q z z /38.3868.1995.1 95.1 68.19 7.27.2 /68.19 360024 1000020085.0 360024 1 11.011.0 = = = = = 污水设计流量的计算例题 某居住区生活排水定额 200L/（人 .d),居住区人 口数 N=10000， K总 =1.93， 则居住区生活污水设计流量 Q 1 =( )L/s. A 30.32 B 38.28 C 44.68 D 46.30 当当当当当当当当当当 )/(68.44 86400 3860000 360024 93.110000200 360024

7、1 sL KNn Q Z = = = 污水管道的水力计算 污水在管道中为重力流（管道两端水面高差）； 污水管道内水流状态为明渠非稳定非均匀流； 对于设计管段，采用稳定均匀流公式计算； 污水管道按不满流设计，主要原因： 为未预见水量的增长留有余地，避免污水外溢； 利于管道通风，排除有害气体； 便于管道的疏通和维护管理。 污水管道的水力计算 污水管道水力计算的基本公式 : 2 1 3 2 1 IRA n IRCAvAQ = Q流量， m 3 /s； A过水断面面积， m 2 ， v流速， m/s； R水力半径（过水断面面积与湿周的比值）， m； I水力坡度（水面坡度，管底坡度）； C流速系数（谢才

8、系数）； n管壁粗糙系数（表 2 2 7） 污水管道的水力计算例题 某管， n=0.014， DN300， I=0.004，水深 h=150mm，求 管中水流速。 A 0.62m/s, B 1.50m/s, C 0.80m/s, D 0.33m/s sm r D IR n IRCv /32.0063.0) 16 3.0 ( 014.0 1 004.0 )(8 014.0 1 1 3 2 2 1 3 2 2 2 1 3 2 = = = 污水管道的水力计算例题 一根 DN1200管道 ， 原来 n=0.015， Q=1.4m 3 /s， 内壁刮 管除垢涂层后 ， n=0.012， 求其 Q（ R，

9、 I不变 ） A 1.75m 3 /s， B 1.57m 3 /s， C 2.19m 3 /s， D 1.68m 3 /s sm n Qn Q IRA n IRCAvAQ /75.1 012.0 4.1015.0 1 3 2 11 2 2 1 3 2 = = = = 污水管道的水力计算 污水管道水力计算的目的： 根据设计流量，确定管道断面尺寸和敷设坡度， 并在满足设计规范的前提下，对设计参数进行经 济优化。 污水管道水力计算的原则： 充分利用地面坡度，减小埋深和造价； 控制设计流速，避免管道淤积和冲刷； 控制设计充满度在规定范围内。 污水管道的水力计算 污水管道水力计算的设计规定： (新规范有

10、变化 ) 管壁粗糙系数（ n）表 2 2 7 设计充满度 （ h/D）（ 0.55 0.75） 表 2 2 8 最小设计流速 （ v m ）（管道 :0.6m/s，明渠 :0.4m/s） 最大设计流速（ v x ）（金属管道 :10m/s，非金属 :5m/s） 最小设计坡度 （ I）（街区内： 0.004，街道下： 0.003） 最小管径 （街区内： 200mm，街道下： 300mm） 最大允许埋深（干燥土壤： 7 8m） 最小覆土厚度（冰冻，动荷载，支管衔接） P252 污水管道的水力计算 覆土厚度： 管道外壁顶部到地面的 距离 埋设深度： 管道内壁底部到地面的 距离 覆土厚度 埋设深度 管

11、道 地面 污水管道的水力计算 污水管道水力计算的方法（图表法）： 1. 根据所选管材，使用相应粗糙系数 (n)的水力计算图表； 2. 根据设计流量（ Q），初步确定管径（ D）； 3. 使用相应管径（ D）的水力计算图表进行水力计算； 4. 设定 1个未知参数（ I， v， h/D），求定另外 2个： 坡度（ I）控制法 尽量采用最小设计坡度，减小埋深； 流速（ v）控制法 流速逐段增大，参照上段流速； 充满度（ h/D）控制法 尽量采用最大允许充满度，以降低工 程造价。 污水管道的水力计算 污水管道水力计算的步骤（教材 P261 263例题） 1. 编制污水主干管水力计算表，列入所有已知数据

12、； 2. 根据设计流量 Q和最小管径 D，确定起始管段未知参数 （ I， v， h/D），可根据情况设定 1个，求定另外 2个； 3. 根据设计流量 Q的变化，设定下游管段管径 D，遵循流速 随流量增大而增大或不变的原则设定设计流速，然后确 定该管段其它未知参数（ I， h/D），通过试算定夺； 4. 计算管段上、下端的水面标高、管内底标高及埋设深度： 根据管段长度和坡度求坡降，根据管径和充满度求水深； 5. 根据管段衔接方式，确定下游管段上端的管内底标高。 污水管道水力计算例题 已知 DN600污水管埋设深度为 1.8m，管壁 厚度为 60mm，计算覆土厚度。 A 1.14， B 1.24，

13、 C 1， D 1.2 覆土厚度管底埋深管径管壁厚度 覆土厚度 1.8-0.6-0.06 1.14m 污水管道水力计算例题 在管顶平接的情况下，已知前一管段（ DN600） 的下端管底标高为 1.8m，求后一管段（ DN700） 的上端管底标高为（）米。 A 1.7， B 1.8， C 1.9， D 2.0 采用管顶平接，后一管段上端管底标高前 一管段下端管底标高两管径之差 1.8- (0.7-0.6) 1.7m 污水管道水力计算例题 在水面平接的情况下，已知前一管段（ DN600）的下 端水面标高为 1.3m，如果后一管段的充满度为 0.6， 计算后一管段（ DN800）的上端管底标高。 A

14、 1.14， B 0.82， C 0.96， D 1.3 后管段有效水深充满度 管径 0.6 0.8=0.48m 管底标高水面标高有效水深 1.3-0.48 0.82m 污水管道水力计算例题 某管， n=0.014， DN300， I=0.004，水深 h=150mm，求管中水流速。 A 0.62m/s, B 1.50m/s, C 0.80m/s, D 0.33m/s h/D 150/300 0.5 根据 h/D、 I，查相应水力计算图， h/D、 I相 交处， v=0.8m/s， Q=30L/s 污水管道系统的设计 管道定线和平面布置： 任务：在总平面图上确定污水管道的位置和走向， 主干管

15、干管 支管 原则：管线短，埋深小，自流排水 考虑因素： 地形：充分利用地形，顺坡排水，干管正交布置 污水厂和排水口位置：主干管走向 排水体制：雨、污水管道的平面、高程配合 水文地质条件：地下水位，地下障碍物 道路和交通条件：道路宽度 40m，可平行敷设两条管道 集中排水点：工厂和大型建筑，干管起点 污水管道系统的设计 街区内污水支管的平面布置： 低边式（图 2 2 7 a） 街坊面积不大且地形有一定坡度时 周边式（图 2 2 7 b）围坊式 : 街坊面积较大且地势较平坦时 穿坊式（图 2 2 7 c） ： 小区建设规划已确定时 污水管道系统的设计 控制点标高和泵站设置： 控制点（最不利点）：对

16、管道系统埋深起控制 作用的地点 离出水口最远的管道起点； 大埋深支管接入点或低洼地区管道起点； 大埋深的工厂排水口。 污水泵站： （根据位置和功能分类） 中途泵站； 局部泵站； 终点泵站。 污水管道系统的设计 设计管段及设计流量的确定： 设计管段的划分 : 流量、管径、坡度不变的直线管段 设计管段的设计流量： 本段流量 (q 1 )：沿线街坊，起点进入 转输流量 (q 2 ) ：上游、旁侧管段 集中流量 (q 3 ) ：工厂，大型建筑 hap dLn hasLq K haF pn KFKqFq z zz / ./ ./ 360024 0 01 人口密度，人null 人生活污水定额，null 比

17、流量，null 生活污水量总变化系数null ，设计管段街坊服务面积null 本段流量计算公式： = 污水管道系统的设计 污水管道的衔接： 衔接方法：检查井 管径、坡度、高程、方向发生变化和一定距离处 衔接原则：经济、技术比较 尽可能减小埋深，降低造价 避免上游管段中形成回水而造成淤积 水面和管底标高，下游不能高于上游 衔接方式： 水面平接：可减小埋深，易形成回水 管顶平接：不产生回水，埋深增加快 跌水连接：高差过大时采用 污水管道系统的设计 污水管道在街道上的位置： 污水管道的特点： 输送污水，重力流，易渗漏 管径大，埋深大 连接支管和附属构筑物多 污水管道的定位原则： 保证安全：礼让关系，

18、最小净距 方便用户接管 便于维护、清通 污水管道系统的设计 污水管道系统的设计步骤： 1. 总平面设计（管网定线，街区编号，街区面积） 2. 干、支管线的平面设计（管线定位，设计管段） 3. 确定设计标准（设计人口，排水定额） 4. 计算设计流量（总变化系数，管段流量，集中流 量，转输流量） 5. 管道水力计算（选定控制点，依次逐段计算） 6. 绘制管道系统平面图和纵剖面图 第 3章 雨水管渠系统的设计 1. 确定当地暴雨强度公式和计算方法 2. 划分排水流域，进行雨水管渠定线 3. 划分设计管段，计算雨水设计流量 4. 进行雨水管渠的水力计算和高程计算，确 定管渠的尺寸、坡度、标高及埋深 5

19、. 绘制雨水管渠系统平面图和纵剖面图 暴雨强度公式 暴雨强度公式是描述 降雨量 、 降雨历时 和 重现期 三者之间数学关系的经验公式 n bt PcA q )( )lg1(167 1 + + = 式中： q 设计暴雨强度， L/s.ha t 降雨历时， min P 设计重现期， a A 1 ,b,c,n 地方参数，根据统计方法计算确定 雨量分析的几个要素 降雨量（ H）： mm，单位面积上的降雨体积 降雨历时（ t）： min，连续降雨的时间 暴雨强度（ q）： L/s.ha，单位时间内，单位面 积上的降雨体积 汇水面积（ F）： ha，雨水管渠汇集雨水的面积 暴雨强度的重现期（ P）： a，

20、 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 根据当地实际情况，正确选择设计参数，才能做 出经济合理的设计。 雨水管渠设计流量的确定 极限强度理论： 当汇水面积上最远点的雨水流达集流点时，全面积产生 汇流，雨水管道的设计流量最大； 当降雨历时等于汇水面积上最远点的雨水流达集流点的 集流时间时，雨水管道需要排除的雨水量最大。 雨水设计流量计算公式： FqQ = 式中： Q 雨水设计流量， L/s 径流系数， t B ，求 Q B-C ？ ) )( )( )()( 部分参与全部径流，（ 最大径流已过）全部径流，（ AB n BAB A A BAB n B B CB BA n BAA

21、B n A A CB FF btt F t tt c bt Fc Q FF btt Fc bt Fc Q + + + = + + + = A B t A-B F B t B F A t A C 雨水管渠设计流量计算例题 一雨水干管接受两个独立排水流域的雨水径流， q=c(t+b) n ，若 t A +t A-B 2m，现场建造，砖、石、混凝土、 钢筋混凝土。 第 5章 排水管渠的材料、接口、 基础及构筑物 排水管道的接口： 柔性接口： 石棉沥青卷材 接口：管道轴向地基不均匀沉降的地区 橡胶圈 接口：土质差，地基硬度不均匀，地震多发区 半柔半刚性接口： 使用条件与柔性接口类似 预制套环 石棉 水

22、泥（或 沥青 砂浆）接口： 刚性接口： 水泥砂浆抹带 接口：适用于雨水管道和地下水位以上 的污水支管 钢丝网水泥砂浆抹带 接口：地基土质好，有带形基础 第 5章 排水管渠的材料、接口、 基础及构筑物 排水管道的基础： 砂土基础： 弧形素土基础：干燥土壤，小直径污水管道 砂垫层基础： 干燥多石土壤，小直径污水管道 混凝土枕基： (C8混凝土 ) 管道接口处设置的局部基础，适用于干燥土壤，雨水管和不太重要的 污水支管 混凝土带形基础： (C8混凝土 ) 沿管道全长铺设的基础，适用于地震区和土质松软地区， 根据管顶覆土厚度，选择不同断面形状（ 90， 135， 180）的管 座基础 。 (P294）

23、 第 5章 排水管渠的材料、接口、 基础及构筑物 排水管渠系统上的构筑物： 雨水口：收集雨水，包括进水篦、井筒和连接管 连接暗井：排水管径 800mm时，替代检查井 溢流井：截流干管上的重要构筑物 检查井：管道交汇、转弯、变径、变坡、跌水 跌水井：消能，降速，防止冲刷 水封井：隔绝易燃易爆气体，水封深度 0.25m 倒虹管：穿越河流、山涧、洼地和地下障碍物 出水口：排水管渠进入水体的最终出口 第 5章 排水管渠的材料、接口、 基础及构筑物 排水管渠系统的清通方法： 水力清通：操作简便，效率高，劳动条件好； 机械清通：管渠淤塞严重，淤泥密实，水力清通 效果不好时采用； 管道清通车 管道清通机器人 排水管渠的养护与安全： 经常检查、冲洗或清通，维持通水能力； 严防有毒气体、易燃易爆气体对养护人员的伤害