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1、第七章 污水管道系统的设计计算,污水管道系统设计的主要任务,污水管网总设计流量及各管段设计流量计算污水管网各管段直径、埋深、衔接设计与水力计算；污水提升泵站设计；污水管网施工图绘制等。,7.1污水管道系统设计流量的确定,污水量定额与城市用水量定额之间有一定的比例关系，称为排放系数。一般，生活污水和工业废水约为用水量6080%。但由于地下水和地面雨水从接口、裂隙进入，使实际污水量增大。,设计污水量定额,污水管道系统设计流量的确定,居民生活污水定额和综合生活污水定额应根据用水定额，结合建筑内部给排水设施水平和排水系统普及程度等因素确定。工业企业生活污水和淋浴污水量按有关规定协调。工业企业废水量根据
2、工艺特点确定。,污水量的变化,Kd日变化系数，最大日污水量与平均日污水量的比值 Kh时变化系数，最大日最大时污水量与最大日平均时污水量的比值 KZ 总变化系数，最大日最大时污水量与平均日平均时污水量的比值,KZ=Kd Kh,污水量变化可以用变化系数和变化曲线来描述。,（1）居民生活污水量变化系数,生活污水量总变化系数,污水平均日流量（L/s）,总变化系数（KZ）,5,2.3,15,2.0,40,1.8,70,1.7,100,1.6,200,1.5,500,1.4,1000,1.3,（2）工业废水量变化系数 和产品种类和生产工艺有关（3）工业企业生活污水和淋浴污水量变化系数 生活污水：一般车间3
3、.0，高温车间2.5。 淋浴污水：近似均匀排水。,污水设计流量计算,（1）居民生活污水设计流量n居民生活污水量定额，L/(cap.d)N设计人口数，capKZ 生活污水量总变化系数n按平均日污水量定额，按平均日用水量定额的8090%确定。,（2）公共建筑污水设计流量,q2i 各公共建筑最高日污水量标准，L/(用水单位.d）；N2i 用水单位数；T2i 最高日排水小时数，h；Kh2i 污水量时变化系数。,（3）工业企业生活污水及淋浴污水量计算,A1一般车间最大班职工人数；B1一般车间职工生活污水定额，以25 L/(人.班)计；K1 一般车间生活污水量时变化系数，以3.0计；A2热车间和污染严重车
4、间最大班职工人数；B2热车间和污染严重车间职工职工生活污水定额，以35 L/(人.班)计；K2 热车间和污染严重车间生活污水量时变化系数，以2.5计；C1一般车间最大班使用淋浴的职工人数；D1一般车间的淋浴用水量定额， 以40(L/(人.班)计；C2热车间和污染严重车间最大班使用淋浴的职工人数；D2热车间和污染严重车间的淋浴用水量定额， 以60(L/(人.班)计；T 每工作班工作时数。,（4）工业废水设计流量,m生产过程中每单位产品的废水量定额；M产品的平均日产量；T每日生产时数；KZ 总变化系数。,（5）城市污水设计总流量,7.2管段设计流量计算,连接管、污水干管（主干管和干管）、污水支管。
5、 一般检查井的设置位置有：流量汇入的地方、管径变化的地方、转弯、或在直管段管径长度较长时（3070m）。 水流为重力流，需满足一定水力坡度。 管道埋深太大时设提升泵站（平坦地区，反坡）； 坡度较大，设置跌水井。,污水管网设计任务：计算不同地点污水流量、各管段污水流量，确定管径、埋深和衔接方式等。,管段：污水管网中流量和坡度不变的管道。管段设计流量：管段上游端汇入的污水量和该管段收集的污水量。节点：管段的上游端和下游端。,节点流量：该节点下游本段沿线污水流量（生活污水）集中流量（工业废水、工业生活污水与淋浴污水、公建污水）,节点设计流量,本段流量：q1设计管段的本段流量，L/s；F设计管段服务的
6、街坊面积，公顷；KZ生活污水量总变化系数；qs单位面积的本段平均流量，比流量，L/s.公 顷,式中：n污水量标准，L/(人.d)； p人口密度，人/公顷。,7.3污水管道水力计算,常用的均匀流基本公式流量公式：流速公式：Q-流量，m3/s；A-过水断面面积，m2；v-流速，m/s；R-水力半径，m；I-水力坡度；C-谢才系数。,污水管道设计参数,污水管道水力计算的设计数据,设计充满度（h/D）,设计流速（v）,最小管径（D）,最小设计坡度（i）,（1）设计充满度（h/D）,指设计流量下，管道内的有效水深与管径的比值。,h/D =1时，满流,h/D 1时，非满流,室外排水设计规范规定，最大充满度
7、为：,管径（D）或暗渠高（H） （mm）,最大充满度（h/D）,2003003504505009001000,0.600.700.750.80,h,D,为什么要做最大设计充满度的规定？,1、预留一定的过水能力，防止水量变化的冲击， 为未预见水量的增长留有余地；2、有利于管道内的通风；3、便于管道的疏通和维护管理。,（2）设计流速,与设计流量和设计充满度相应的污水平均流速。,最小设计流速：是保证管道内不发生淤积的流速，与污水中所含杂质有关；我国根据试验结果和运行经验确定最小流速为0.6m/s。,最大设计流速：是保证管道不被冲刷破坏的流速，与管道材料有关；金属管道的最大流速为10m/s，非金属管道
8、的最大流速为5m/s。,（3）最小设计坡度,相应于最小设计流速的坡度为最小设计坡度，最小设计坡度是保证不发生淤积时的坡度。,（1）,（2）,（3）,规定：管径200mm的最小设计坡度为0.004； 管径300mm的最小设计坡度为0.003。,设计充满度一定时，管径越大，最小设计坡度越小。,（4）最小管径,为什么要规定最小管径？ 街坊管最小管径为200mm，街道管最小管径为300mm。 什么叫不计算管段？ 在管道起端由于流量较小，通过水力计算查得的管径小于最小管径，对于这样的管段可不用再进行其他的水力计算，而直接采用最小管径和相应的最小坡度，这样的管段称为不计算管段。,（5）污水管道的埋设深度,
9、管道的埋设深度有两个意义：,覆土厚度,埋设深度,决定污水管道最小覆土厚度的因素：,冰冻线的要求,地面荷载,满足街坊管连接要求,地面,管道,满足地面荷载要求：车行道下最小覆土厚度0.7m满足防冰冻要求： 室外排水设计规范规定：无保温措施的生活污水管道，管底可埋设在冰冻线以上0.15m；有保温措施或水温较高的管道，距离可以加大。满足街坊污水连接管衔接要求：,从以上三个因素出发，可以得到三个不同的覆土厚度，最大值就是这一沟段的允许最小覆土厚度。,最大埋深根据技术经济指标及施工方法决定。在干燥土壤中，沟道最大埋深一般不超过78m；在多水、流沙、石灰岩地层中，一般不超过5m。,衔接原则： （1）尽可能提
10、高下游沟段的高程，以减少埋深，从而降低造价，在平坦地区这点尤其重要； （2）避免在上游管段中形成回水而造成淤积；（3）不允许下游管段的管底高于上游管段的管底。,（6）污水管道的衔接,管顶平接,水面平接,一般情况下，异管径管段采用管顶平接。同管径管段采用水面平接。,管顶平接,水面平接,特殊情况，同管径，坡度变陡，沟顶平接。下游管径小于上游管径（坡度变陡），管底平接。,例：下图为某市一个小区的平面图。居住区人口密度为350cap/ha，居民生活污水定额为120L/(capd）。火车站和公共浴室的设计污水量分别为3L/s和4L/s。工厂甲和工厂乙的工业废水设计流量分别为25L/s与6L/s。生活污水
11、及经过局部处理后的工业废水全部送至污水厂处理。工厂甲废水排出口的管底埋深为2m。,N,89,88,87,86,火车站,浴,工厂甲,工厂乙,某市一个小区平面图,设计方法和步骤：1、在小区平面图上布置污水管道 从小区平面图可知，该区地势自北向南倾斜，坡度较小，无明显分水线，可划分为一个排水流域。街道支管布置在街区地势较低一侧的道路下，干管基本上与等高线垂直布置，主干管则沿小区南面河岸布置，基本与等高线平行。整个管道系统呈截流式形式布置，如下图。,N,89,88,87,86,火车站,浴,工厂甲,工厂乙,某小区污水管道平面图布置,1,2,4,3,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,
12、16,17,18,19,2、街区编号并计算其面积 将各街区编上号码，并按各街区的平面范围计算它们的面积，列入表1中。用箭头标出各街区污水排出的方向。,表1 街区面积,N,89,88,87,86,火车站,浴,工厂甲,工厂乙,某小区污水管道平面图布置,1,2,4,3,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,3、划分设计管段，计算设计流量 根据设计管段的定义和划分方法，将各干管和主干管中有本段流量进入的点（一般定为街区
13、两断）、集中流量及旁侧支管进入的点，作为设计管段的起止点的检查井并编上号码。例如，本例的主干管长1200余m，根据设计流量变化的情况，可划分为1-2 ， 2-3 ， 3-4 ， 4-5 ， 5-6， 6-7，6个设计管段。,本例中，居住区人口密度为350cap/ha，居民生活污水定额为120L/(capd)，则每ha街区面积的生活污水比流量为：,设计管段1-2为主干管的起始管段，只有集中流量25L/s流入，故设计流量为25L/s。设计管段2-3除转输管段1-2的集中流量25L/s外，还有本段流量q1和转输流量q2流入。该管段接纳街区24的污水，其面积为2.2ha，故本段流量q1= q0F =1
14、.07L/s；,该管段的转输送流量是从管段8-9-10-2流来的生活污水平均流量，其值为q2= q0F =0.486（1.21+1.7+1.43+2.21+1.21+2.28）=4.88L/s。合计平均流量q1+ q2=5.95L/s，查Kz=2.2，该管段的生活污水设计流量Q1=5.952.2=13.09L/s。总设计流量Q=13.09+25=38.09L/s。其余管段的设计流量计算方法相同。计算结果列于表2。,表2 污水管段设计流量计算表,4、水力计算 在确定设计流量后，便可从上游管段开始依次进行主干管各设计管段的水力计算，一般常列表计算，如表3所示。具体步骤如下：1）从管道平面布置图上量
15、出每一设计管段的长度，列入表3第2项。2）将各设计管段的设计流量列入表中第3项。设计管段起止点检查井处的地面标高列入表中第10、11项。3）计算每一设计管段的地面坡度（=地面高差/距离），作为确定管道坡度时参考。例如，管段1-2的地面坡度=（86.2-86.1）/110=0.0009,4）确定起始管段的管径和设计流速v，设计坡度I，设计充满度h/D。首先拟采用最小管径300mm，根据水力计算图，现已知设计流量，另1个可根据水力计算设计数据的规定设定。本例中由于管段的地面坡度很小，为不使整个管段系统的埋深过大，宜采用最小设计坡度为设定数据，取I=0.003。当Q=25L/s， I=0.003时，
16、查表得v=0.7m/s， h/D=0.51，计算数据符合规范要求。分别列入表3中相应各项。5）确定其他管段的管径D、设计流速v、设计坡度I，设计充满度h/D。通常随着设计流量的增加，下一个管段的管径一般会增大一级或两级,（50mm为一级），或者保持不变，这样便可根据流量的变化情况确定管径。然后可根据设计流速随着设计流量的增大而逐段增大或保持不变的规律设定设计流速。根据Q和v即可在确定D的水力计算图中查出相应的h/D和I值，若h/D和I值符合设计规范要求，说明水力计算合理，将计算结果填入表3相应项中。在水力计算中，由于Q、v、h/D、I、D个水力因素之间存在相互制约的关系，因此水力计算实际存在一
17、个试算过程。,6）计算各管段上端、下端的水面、管底标高及其埋设深度：根据设计管段长度和管道坡度求降落量（IL），列入表3中第9项。根据管径和充满度求管段的水深，列入表3中第8项。确定管网系统的控制点。本例中离污水厂最远的干管的点有8、11、16及工厂出水口1点，这些点都可能成为管道系统的控制点。 8、11、16三点的埋深可用最小覆土厚度的限值确定，因此至南地面坡度越为0.0035，可取干管坡度与地面坡度近似，因此干管埋,深不会增加太多，整个管线上又无个别低洼点，故8、11、16三点的埋深不能控制整个主干管的埋设深度。对主干管埋深起决定作用的控制点为1点，其埋深受工厂排出口的控制，定为2.0m，
18、将此值列入表中第16项。求设计管段上、下端的管内底标高，水面标高及埋设深度。1点的管内底标高等于1点地面标高减1点的埋深，为86.200-2.00=84.200m，列入表中第14项。2点的管内底标高等于1点管内底标高减降落量，为84.200-0.330=83.870m，列入表中第15项。,2点的埋设深度等于2点的地面标高减2点的管内底标高，为86.100-83.870=2.23.m，列入表中第17项。管段上下端水面标高等于相应点的管内底标高加水深。根据管段在检查井处采用的衔接方法，可确定下游管段的管内底标高。例如，管段1-2和2-3的管径不同，采用管顶平街。即管段1-2中的2点管段与2-3中的2点的管顶标高相同。所以管段2-3的2点的管内底标高为83.870+0.300-0.350=83.820m。求出2点的管内底标高后，按照前面所述方法进而可求得3点的管内底标高后， 2 、3点的水面标高及埋设深度。又如，管段2-3和3-4管径相同，采用水面平,接。即管段2-3和3-4中3点的水面标高相同。然后用3点的水面标高减降落量，求得4点的水面标高。将3、4点的水面标高减去水深求出相应的管底标高，进一步求出3、4点的埋深。,表3 污水主干管水力计算表,
