排水管道是城镇的重要基础设施，是城镇排水系统的基本组成部分，对整个城镇排水系统的投资成本、用地及运行维护等有着至关重要的影响。目前国内外普遍采用截留式合流制和分流式城镇排水系统，存在溢流水污染或初期降雨径流污染问题，而发展中的截留式分流制及完全截留式合流制等由于造价高、占地多等原因尚难推广，因此研发自身具备径流污染截流和控制功能的新型排水系统具有重要的理论意义和实用价值。笔者所在的课题组提出和开发了一种基于新型双层排水管道和双层检查井的合建分流式排水系统，具有在线截流初期雨水且不产生雨污混合溢流水的功能。由于采用在双层管道中设置隔层，从而使下层管道断面存在一个下凹的上弧顶，并使其流体的水力特性具有特殊性。本文针对这一问题，采取理论分析和实验相结合的方法，对下层异形断面管道的水力计算和水力特性等问题进行了研究，取得了以下主要研究成果：①结合水力学原理和管道断面形状，对新型双层排水管道下层管道的水力计算进行了理论分析，对中间隔层的变化对上下层管道水力参数的影响进行了分析，并对特定断面的下层管道与等过水面积圆管的计算进行了分析，获得了重要的基本认识。对常见断面水力参数计算公式进行了总结，结合断面几何特征进行分析和推导，求得了0.50R系列标准蛋形双层排水管道下层管道的水力要素的计算公式及其临界水深的一般计算方法，其中0.5RH1型下层管道非满流时在充满度为0.1和0.5处分为三段，0.5RH2型管道下层管道非满流时在充满度为0.1651和0.8256处分为三段，0.5RH3型管道下层管道非满流时在充满度为0.1339和0.8368处分为三段，0.5RH4型管道下层管道非满流时在充满度为0.1136和0.8523处分为三段，根据几何形状特征求解得到了水力参数在不同充满度时的计算公式；对0.50R系列的蛋形双层排水管道进行对比分析，得到下层管道与上层管道的满流时面积比比值在0.37～0.92之间，湿周比比值在0.75～1.27之间，流量比比值在0.23～0.80之间，流速比比值在0.51～0.88之间，二者的最大流速比比值在0.76～1.05之间，最大流量比比值0.29～1.1之间。隔层位置高度变化对管道的水力参数影响较为显著，隔层弧度变化对水力参数的影响较小。0.50RH4型蛋形双层排水管道的下层管道与等断面面积的圆管满流时，下层管道的流量和流速均是圆形管道的0.878倍，双层管道下层管道的最大流量和流速分别是圆形管道的1.02倍和1.043倍，并且圆形管道在高度和宽度上比较小，更有利于地下管线的综合布置。②通过对0.50R系列蛋形双层排水管道下层管道水力参数的计算分析，得到相关主要水力学参数的变化规律，即湿周随着充满度的增加呈单一变化趋势，水力半径、流速和流量则在起始阶段随着充满度的增加而增加，但当水深接触到顶弧后，会随着充满度的增加而减少；隔层弧度相同但位置不同时，水力参数的变化规律比较一致，水力半径、流速和流量等会随着隔层高度的增加而增大。③针对上述分析开展了双层管道下层流体的水力实验，获得了下层管道流体水力学特性的实证认识。结果表明：管道流量随着充满度的增加呈现单一增加趋势，在满流时达到最大值；对于蛋形双层排水管道下层，流速计算公式即谢才公式系数C需要根据管道本身的结构特征进行修正取值。