高廷耀《水污染控制工程》（第4版）（上册）笔记和课后习题（含考研真题）详解

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内容简介
目录
第一章　排水管渠系统
　1.1　复习笔记
　1.2　课后习题详解
　1.3　考研真题与典型题详解
第二章　排水管渠水力计算
　2.1　复习笔记
　2.2　课后习题详解
　2.3　考研真题与典型题详解
第三章　污水管道系统的设计
　3.1　复习笔记
　3.2　课后习题详解
　3.3　考研真题与典型题详解
第四章　城镇雨水管渠的设计
　4.1　复习笔记
　4.2　课后习题详解
　4.3　考研真题与典型题详解
第五章　排水泵站的设计
　5.1　复习笔记
　5.2　课后习题详解
　5.3　考研真题与典型题详解
第六章　排水管渠施工
　6.1　复习笔记
　6.2　课后习题详解
　6.3　考研真题与典型题详解
第七章　排水管渠系统的管理和养护
　7.1　复习笔记
　7.2　课后习题详解
　7.3　考研真题与典型题详解
第八章　城镇排水工程的规划
　8.1　复习笔记
　8.2　课后习题详解
　8.3　考研真题与典型题详解
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内容预览
第一章　排水管渠系统
1.1　复习笔记
【知识框架】

【重点难点归纳】
一、城镇排水系统的体制和组成
1．排水系统的体制
（1）定义
①为了系统地排除和处置各种废水而建设的一整套工程设施称为排水系统；
②不同的排除方式所形成的排水系统称为排水系统的体制，简称排水体制，又称排水制度。
（2）排水系统分类
①合流制排水系统
合流制排水系统是将生活污水、工业废水和雨水混合在同一套管渠内排除的系统。
a．直排式合流制排水系统（见图1-1）
早期的合流制排水系统是将排除的混合污水不经处理和利用，就近直接排入水体。

图1-1直排式合流制排水系统
①合流支管；②合流干管；③河流
b．截流式合流制排水系统（见图1-2）
在早期建设的基础上，沿水体岸边增建一条截流干管，并在干管末端设置污水厂，同时，在截流干管与原干管相交处设置溢流井。

图1-2截流式合流制排水系统
①合流干管；②溢流井；③截流主干管；④污水厂；
⑤出水口；⑥溢流干管；⑦河流
②分流制排水系统
将污水和雨水分别在两套或两套以上各自独立的管渠内排除的系统。排除生活污水、工业废水或城市污水的系统称污水排水系统；排除雨水的系统称雨水排水系统。由于排除雨水的方式不同，分流制排水系统又分为以下三种：
a．完全分流制排水系统（见图1-3）
既有污水排水系统，又有雨水排水系统。生活污水、工业废水通过污水排水系统排至污水厂，经处理后排入水体；雨水则通过雨水排水系统直接排入水体。

图1-3完全分流制排水系统
①污水干管；②污水主干管；③污水厂；④出水口；⑤雨水干管；⑥河流
b．不完全分流制排水系统（见图1-4）
只设有污水排水系统，没有完整的雨水排水系统，各种污水通过污水排水系统送至污水厂，经处理后排入水体；雨水则通过地面漫流进入不成系统的明渠或小河，然后进入较大的水体。

图1-4不完全分流制排水系统
①污水干管；②污水主干管；③污水厂；④出水口；⑤明渠或小河；⑥河流
c．半分流制（又称截流式分流制）排水系统（见图1-5）
既有污水排水系统，又有雨水排水系统。之所以称半分流是因为它在雨水干管上设雨水跳越井，可截留初期雨水和街道地面冲洗废水进入污水管道。雨水干管流量不大时，雨水与污水一起引入污水厂处理；雨水干管流量超过截留量时，跳越截流管道经雨水出流干管排入水体。

图1-5半分流制排水系统
①污水干管；②污水主干管；③污水厂；④出水口；
⑤雨水干管；⑥跳越井；⑦河流
（3）各种排水系统的使用情况
①直排式合流制排水系统
直排式合流制排水系统由于全部污水不经处理直接排入水体，故对水体污染严重。虽然投资较低，但随着环境质量标准的提高，这种体制将不能满足环境保护的要求，一般不宜采用。
②截流式合流制排水系统
截流式合流制排水系统即使在雨天，也仅有部分混合污水不经处理直接排入水体，故对水体的污染较直排式合流制排水系统有很大的改善；但在多雨地区，污染可能仍然严重。随着环境质量标准的提高，该系统也将不能满足要求。
③完全分流制排水系统
完全分流制排水系统由于既有污水排水系统，又有雨水排水系统，故环保效益较好；但有初期雨水的污染问题，其投资一般也比截流式合流制排水系统高。新建的城市、重要的工矿企业以及工厂的排水系统，一般采用完全分流制排水系统。
④不完全分流制排水系统
不完全分流制排水系统由于只建污水系统，不建雨水系统，故投资节省。这种体制适用于地形适宜，有地面水体，可顺利排泄雨水的城镇。
⑤半分流制排水系统
半分流制排水系统在生活水平高、环境质量要求高的城镇可以采用。
《室外排水设计规范》（GB 50014—2006）规定，现有的合流制排水系统，在有条件的地方应按照城镇排水规划的要求，实施雨污分流改造；暂时不具备雨污分流条件的，应采取截流、调蓄和处理相结合的措施。
2．排水系统的组成部分
排水系统是收集、输送、处理、利用及排放废水的全部工程设施。通常，排水系统由三部分组成，如图1-6所示。

图1-6排水系统的组成
①工厂排出的生产废水；②住宅排出的生活污水；③工厂区及住宅区排出的雨水；
④城市管渠系统；⑤泵站；⑥格栅；⑦曝气沉砂池；⑧初次沉淀池；
⑨鼓风机房；⑩曝气池；?二次沉淀池；?出水渠；?江河
（1）城镇污水系统
城镇污水系统的作用是收集住宅和公共建筑的污水并输送至污水厂，见图1-7，由房屋内部污水管道系统和城镇污水管渠系统组成。

图1-7区域排水系统平面示意图
①区域干管；②压力排水管道；③新建城镇总干管；④泵站；
⑤废弃的城镇污水厂；⑥区域污水厂；⑦河流；⑧出水口
①房屋污水管道系统
房屋污水管道系统及设备的作用是连接室内用水设备和室外管道，以排除用过的水。生活污水从这里经水封、支管、竖管和出流管等室内管道系统，如图1-8所示，到达街坊（或庭院）管道。

图1-8房屋内部的排水设备
①卫生设备和厨房设备；②存水弯（水封）；③支管；④竖管；
⑤房屋出流管；⑥庭院管道；⑦连接支管；⑧检查井
②街坊污水管道系统
街坊管道敷设在街坊内部地面下，它起到承上启下的作用，将房屋污水管道系统排出的污水，经街坊管道系统排入城镇污水管渠系统，见图1-9。

图1-9街坊污水管道布置图
①房屋出流管；②街坊污水管道；③检查井；④控制井；
⑤连接管；⑥街道检查井；⑦城市污水管道
③城镇污水管渠系统
城镇污水管渠系统的主体是重力流管道（或渠道），犹如河川，从高处流向低处，街坊管道的起端段称支管，支管交汇成干管，最后那段干管称总干管（或主干管）。总干管的终点设污水厂，处理污水至合格标准，然后通过出水口排放至水体，见图1-10。

图1-10城镇污水排水系统总平面示意图
Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ—排水流域
①街区；②排水流域；③排水流域分界线；④支管；⑤干管；⑥主干管；
⑦终点泵站；⑧压力管道；⑨污水厂；⑩出水口；?事故出水口
④污水泵站
当管道埋深达到一定深度时，由于技术和经济的原因可在管道系统中设置泵站将污水提升上来。
（2）工厂排水系统
工厂排水系统的作用是收集各车间及其他排水对象所排出的废水，送至回收利用、处理构筑物，或直接排入城镇排水系统。工业废水排水系统由下列几个主要部分组成：
①车间内部管道系统和设备。具有用水设备的车间，排水设施需要按废水水质设计，或设循环使用设备，或直接排出车间，或经处理后排出车间。
②厂内管道系统。厂内管道系统是敷设在工厂内，用以收集并输送各车间排出的工业废水的管道系统。
③其他组成部分。其他的组成部分与城镇污水系统相同。
（3）雨水排水系统
雨水排水系统的任务就是收集雨水径流，排入水体。雨水排水系统由下列几个主要部分组成：
①房屋雨水管道系统。收集工厂车间或大型建筑的屋面雨水，并将其排入室外的雨水管渠系统。
②街坊或厂区雨水管渠系统。承接房屋雨水管道系统排出的雨水和收集街坊或厂区地面的雨水，并将其排入街道雨水管道系统。
③街道雨水管渠系统。雨水管渠系统上的附属构筑物，除检查井、跌水井、出水口等之外，还有收集地面雨水用的雨水口。
④雨水泵站及压力管。因为雨水径流量较大，应尽量不设或少设雨水泵站；但在必要时必须设置，用以抽升部分或全部雨水。
二、排水管渠及管渠系统上的构筑物
1．概述
（1）管渠系统的组成
管渠系统的主要组成部分是管道或渠道，渠道有暗渠和明渠之分。暗渠埋在地下，明渠沿地面修筑。根据需要常设置一些附属构筑物，如各种检查井、雨水口、倒虹管、出水口等。泵站是排水系统中常见的建筑物。
（2）管渠的要求
①管道和渠道必须不漏水，不论渗入或渗出；
②某些污水和地下水有侵蚀性，因此，管道和渠道应能抵抗这种侵蚀，为了使水流畅通，管渠的内壁面应整齐光滑；
③在强度方面，管道和渠道不仅要能承担外压力（土压力和车辆压力），而且应当有足够的强度保证在运输和施工中不致破裂。
2．管道
（1）混凝土管
①混凝土管（CP）
混凝土管适用于排除雨水、污水。管口通常有承插式、企口式和平口式，如图1-11所示。混凝土管的管径一般为100～600mm，长度多为1m。混凝土管的制造方法主要采用离心法、悬辊法、振动法和立式挤压法成型。

图1-11管口形式
a．承插管；b．企口管；c．平口管
②钢筋混凝土管（RCP）
钢筋混凝土管适用于排除雨水、污水等。当管道埋深较大或敷设在土质条件不良的地段，以及穿越铁路、河流、谷地时都可采用钢筋混凝土管，其口径为200～2400mm，有时甚至做成口径3000mm的大型预制管，长度一般为2～3m。
钢筋混凝土管管口的做法有三种形式：承插、企口和平口。采用顶管法施工时以前常用平口管，现在已不使用，顶管多用F型接口。钢筋混凝土管制造方法主要有离心、悬辊、振动和立式挤压法四种。
③预应力钢筒混凝土管（PCCP）
在城市给水排水干管、农田灌溉、倒虹吸管、压力隧道管线及深覆土涵管等工程中有广泛应用。适用于内压力不超过1.6MPa、管顶覆土深度不大于10m的场合。预应力钢筒混凝土管的口径为400～4000mm，有效长度为5～6m，管子接头采用单根或两根橡胶密封圈进行柔性密封连接。
（2）塑料管
现行用于排水系统的塑料管有硬聚氯乙烯（PVC-U）管、高密度聚乙烯（HDPE）管和聚丙烯（PP）管等，它们具有质轻、强度高、耐腐蚀性能好，水流摩阻小，接口密封性能好，安装施工方便等优点，但一般管道内的水温应低于40℃。
（3）玻璃纤维管材
玻璃纤维增强塑料夹砂管（简称RPM管）具有质量轻、强度高、输送液体阻力小以及耐化学和电腐蚀性能好、运输安装方便、使用寿命长、综合造价适中、维护成本低等优点。目前该管材的公称直径为200～4000mm，管长可达12m。此外，近来还生产有“玻璃纤维增强塑料顶管”（简称GRP顶管），其公称直径为400～3000mm，管长一般为2～6m。
（4）陶土管
陶土管能满足污水管道在技术方面的各种要求，耐酸性很好，特别适用于排除酸性废水。陶土管的缺点是质脆易碎，不宜敷设在松土中。陶土管是由塑性耐火黏土制成的。陶土管的外形如图1-12所示。

图1-12陶土管
（5）金属管
通用的金属管是铸铁管和钢管，由于价格较昂贵，一般较少采用。只有在外力很大或对渗漏要求特别高的场合下才采用金属管。
合理选择管道是排水管渠系统设计的重要问题，主要从三方面进行考虑：①市场供应情况；②经济上的考虑；③技术上的要求。
3．渠道
①半椭圆形断面在土压力和荷载较大时，可以较好地分配管壁压力，因而可减少管壁厚度。在污水流量无大变化及渠道直径大于2m时，采用此种形式的断面较为合适。
②马蹄形断面，其高度小于宽度。在地质条件较差或地形平坦需尽量减少埋深时，可采用此种形式的断面。由于这种断面下部较大，适宜输送流量变化不大的大流量污水。
③蛋形断面由于底部较小，从理论上讲，在小流量时仍可维持较大的流速，从而可减少淤积。
④矩形断面可以按需要增加深度，以增大排量。
4．检查井
（1）检查井的定义
检查井（又称窨井），主要是为了检查、清通和连接管渠而设置的。检查井通常设在管渠交汇、转弯、管径或坡度改变以及跌水等处。
（2）检查井的组成
检查井由井基和井底、井身、井盖和盖座三部分组成，见图1-13。

图1-13检查井
①井底；②井身；③井盖及盖座；④井基；⑤沟肩
（3）检查井的材料
检查井井底的材料一般采用低标号混凝土，井基采用碎石、卵石、碎砖夯实或低标号混凝土。检查井井身的材料可采用砖、石、混凝土或钢筋混凝土。检查井井盖可采用铸铁、钢筋混凝土或塑料材料，在车行道上一般采用铸铁。
（4）井底流槽
为使水流流过时阻力较小，井底宜设半圆形或弧形流槽，流槽直壁向上升展。井底各种流槽的平面形式如图1-14所示。

图1-14井底流槽的形式
（5）检查井的使用
①在重要道路上的检查井，有时为了防止因检查井沉降而破坏路面，可设计卸荷板来固定井座和井盖，即使检查井沉降也不影响道路路面或采用防沉降井座及井盖。
②为防止行人坠落一般应安装防坠落装置，为防止井盖被盗可采用“防盗再生树脂复合材料钢纤维井盖”，为方便养护检查井，井盖应有污水管、雨水管、合流污水管的标识。
③国外和我国上海已开始采用聚合物混凝土预制检查井、装配式检查井和混凝土、钢筋混凝土预制检查井。
④为了避免井筒直接承受地面车辆荷载作用，检查井的井筒顶端与基座之间应保持一定空隙，并由基座基础承受检查井基座的荷载再将其传递至路基。
5．跌水井
（1）定义
跌水井是设有消能设施的检查井，它可以克服水流跌落时产生的巨大冲击力，宜设在直线管段上。当上下游管段出现较大的落差（大于1～2m）时，改用跌水井连接。
（2）跌水井构造
跌水井的构造并无定型，目前常用的有竖管式、竖槽式和阶梯式，如图1-15和图1-16所示。

图1-15竖管式跌水井

图1-16阶梯式跌水井
竖管式和竖槽式跌水井适用于管径不大于600mm的管道。当管道管径大于600mm时，采用阶梯式跌水井。
6．水封井
当工业废水中含有易燃的挥发性物质时，它的管道空间常出现爆炸性气体，为防止这种气体进入车间，在连接车间内、外管段的检查井中必须设置水封，这种检查井称为水封井。住宅出户管与市政排水管道连接处也应设水封井。水封井的作用除阻隔易燃气体的流通外，还有阻隔水面游火的功能，防止其蔓延。水封井的构造如图1-17所示。

图1-17水封井
7．溢流井
在截流式合流制排水系统的合流管道与截流管道的交接处，设置溢流井以完成截流（晴天）和溢流（雨天）的作用。如图1-18所示为截流槽式溢流井示意图。如图1-19所示为溢流堰式溢流井，即在流槽的一侧设置溢流堰，流槽中水面超过堰顶时，超量的水即溢过堰顶，进入溢流管道，进而流入水体。

图1-18截流槽式溢流井
①合流管道；②截流管道；③溢流管道

图1-19溢流堰式溢流井
①合流干管；②截流干管；③溢流管道；④溢流堰
8．跳越井
跳越井一般用于半分流制排水系统，设在截流管道与雨水管道的交接处，当小雨或初雨时，雨水流量不大，全部雨水被截流，送至污水厂处理；当大雨时，雨水管道中的流量增至一定量后，将越过截流干管，全部雨水直接排入水体。跳越井的构造如图1-20所示。

图1-20跳越井
①雨水入流干管；②雨水出流干管；③初期雨水截流干管；④隔墙
9．冲洗井
当污水在管道内的流速不能保证自清时，为防止淤积可设置冲洗井。冲洗井分为人工冲洗和自动冲洗两种类型。自动冲洗一般采用虹吸式，其构造复杂，造价很高，目前很少采用。人工冲洗井的构造如图1-21所示。冲洗井一般适用于管径小于400mm的较小管道，冲洗管道的长度一般为250m左右。

图1-21冲洗井
①出流管；②供水管；③溢流管；④拉阀的绳索
10．潮门井
为防止潮水或河水倒灌进排水管道，在排水管道出水口上游的适当位置应设置潮门井，潮门井是装有防潮闸门的检查井，如图1-22所示。

图1-22潮门井
11．橡胶鸭嘴阀
橡胶柔性止回阀，又称“鸭嘴阀”，可通过内外压差来实现启闭，即使被固体物质夹塞，也依然能够严密关闭。可代替潮门井防止潮水倒灌，也可用于需要止回阀的管道系统中，如图1-23至图1-26所示。

图1-23鸭嘴阀启闭示意图

图1-24鸭嘴阀设计尺寸图

图1-25鸭嘴阀在合流管渠上的应用

图1-26鸭嘴阀在泵房中的应用
12．雨水口
（1）定义
雨水口是指在雨水管道或合流管道上收集地面雨水的构筑物。地面上的雨水经过雨水口和连接管流入管道上的检查井。
（2）位置设置
雨水口一般应设在交叉路口、路侧边沟的一定距离处以及设有道路边石的低洼地方，以防止雨水漫过道路或造成道路及低洼地区积水而妨碍交通。
（3）结构
雨水口包括进水篦、井身和连接管三部分。进水篦可用混凝土制品或铸铁制品，后者坚固耐用，进水能力强。
（4）形式
街道雨水口的形式有边沟雨水口、侧石雨水口、两者相结合的联合式雨水口及新型雨水口，如缝隙式雨水口和蓄渗式雨水口。
13．倒虹管
（1）定义
在管道必须为障碍物（如河道、铁路、各种地下设施等）让路时，不能按原有的坡度埋设，而是按下凹的折线方式从障碍物下通过，这种管道称为倒虹管。
（2）结构
倒虹管由进水井、管道及出水井三部分组成。进、出水井内应设闸槽或闸门。管道分为折管式和直管式两种。
（3）倒虹管的设置
确定倒虹管的路线时，应尽可能与障碍物正交通过，以缩短倒虹管的长度，并应符合与该障碍物相交的有关规定。倒虹管采用复线时，其中的水流用溢流堰自动控制，或用闸门控制。
（4）防污泥淤积的措施
①提高倒虹管内的设计流速；
②最小管径采用200mm；
③在进水井或靠近进水井的上游管道的检查井底部设沉淀槽；
④折管式倒虹管的上升管与水平线夹角应不大于30°。
14．管桥
（1）定义
管道穿过谷地时，可以不变更管道的坡度而用栈桥或桥梁承托管道，这种构筑物称为管桥。
（2）管桥设置
管道在上桥和下桥处应设检查井，通过管桥时每隔40～50m设检修口。上游检查井应有应急出水口。
15．出水口
①管道出水口的位置和形式应根据出水水质、水体的水位及其变化幅度、水流方向、下游用水情况、边岸变迁（冲、淤）情况和夏季主导风向等因素确定，并要取得当地卫生主管部门和航运管理部门的同意。
②当经处理后的废水需和受水水体充分混合时，出水口常长距离伸入水体。当水量大时，常设置泵房和压力井，压力井连接排放管伸入水体，在伸入水体的出水口处应设置标志。
③污水管道的出水口应尽可能淹没在水中，管顶标高一般在常水位以下，使污水和河水混合得较好，同时可以避免污水沿滩流泻，造成环境污染。
④雨水管道的出水口应露在水体水面以上，否则天晴时河水倒灌管道，造成死水。雨水管道出水口的管底标高，一般设在常水位以上。
⑤出水口与河道连接处，一般设置护坡或挡土墙，以保护河岸，并固定管道出口管的位置。
⑥当出口标高比水体水面高出很多时，应考虑设置单级或多级跌水设施。

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好细致啊