城市污水管道系统的规划设计

1、城市污水管道系统的规划设计城市污水管道系统的规划设计第一节沟道中的水流情况污水在沟道系统中的流动特点1. 管网呈树枝状且沿程流量递增；2. 靠重力流动；3. 污水中含有杂质（？?清水；过水断面面积变化；粗糙系数发生变 化。）近似按清水出厂管计算；4. 沟道中流速沿程有变化：（沿程流量有变化；转弯，交叉，变径等处 流速有变化。）近似按稳定均匀流计算。第二节污水沟道水力学设计的原则沟道水力学设计：根据水力学原理确定沟道的管径，坡度和高程。一.设计原则（见教材）1. 不溢流2.不淤积3.不冲刷沟壁4.要注意通风第三节沟道水力学计算用的基本公式一.水力计算公式1. 流量公式：Q=Av（4.2.1）式中

2、：Q-设计流量（m3/s）；A-水流有效断面面积（m2）；v-流速（m/s）。2. 流速公式：式中：v-流速（m/s）;R-水力半径（m）;I-水力坡降；n-粗糙系数。3. 方程组：流速公式；qv=二.污水设计流量计算污水管道系统是由污水管道及管道系统上的附属构筑物组成。污水管（渠）道设计的主要内容包括：划分排水流域，进行管网定线；划分设计管段，确定 各设计管段的设计流量；进行管（渠）道的水力计算，确定管径、坡度、流速及 埋深等；绘制管（渠）道平面图及剖面图。2.1污水设计流量计算污水设计流量是污水管道系统及附属构筑物设计的依据。2.1.1设计污水量定额居民生活污水定额是指居民每人每日所排出的

3、平均污水量。居民生活污水定额与居民生活用水定额、建筑内给排水设施水平及排水系 统普及程度等因素有关。我国现行室外排水设计规范规定，可按当地用水定额的80%90采用对给排水系统完善的地区可按 90%+，一般地区可按80%+。综合生活污水定额（还包括公共建筑排放的污水）注意：采用平均日污水量定额。工业企业工业废水和职工生活污水和淋浴废水定额：与给水定额相近，可参考。2.1.2污水量的变化通常用变化系数来反映城镇污水量的变化程度。变化系数有日变化系数、 时变化系数和总变化系数。日变化系数Kd:在一年中最大日污水量与平均日污水量的比值称为日变化 系数。时变化系数Kh:最大日中最大时污水量与该日平均时污

4、水量的比值，称为 时变化系数。总变化系数Kz:最大日最大时污水量与平均日平均时污水量的比值称为总 变化系数。Kz=KdKh 1.居民生活污水量变化系数总变化系数与平均流量有一定关系，平均流量愈大，总变化系数愈小。生 活污水量总变化系数宜按现行室外排水设计规范规定采用。查表生活污水量总变化系数污水平均日流量（L/s）5154070100200500 1000总变化系数 Kz 2.32.01.81.71.61.51.41.3注：1. 当污水平均日流量为中间数值时，总变化系数用内差法求得2. 当居住区有实际生活污水量变化资料时，可按实际数据采用（2）公式计算该式是我国在多年观测资料的基础上进行综合分

5、析总结出的计算公式。它 反映了我国总变化系数与平均流量之间的关系：式中-平均日平均时污水量（L/s）。2. 工业废水量变化系数日变化系数较小，接近1。时变化系数见下表：工业种类冶金化工纺织食品皮革造纸时变化系数 Kh1.01.11.31.51.52.01.52.01.52.01.31.8 3.工业企业工业职工生活污水和淋浴污水量变化系数生活污水：一般车间3.0，高温车间2.5。淋浴污水：下班后1小时使用，不考虑变化。1.1.3污水设计流量计算1. 居民生活污水设计流量的确定居民生活污水是指居民日常生活中洗涤、冲厕、洗澡等产生的污水。居民生活污水设计流量可按下式计算：式中Q1-居民生活污水设计流

6、量（L/s）;q1-居民生活污水定额（L/人d）;N1-设计人口数；Kz-生活污水量总变化系数设计人口指污水排水系统设计期限终期的规划人口数。它与城市的发展规 模及人口的增长率有关。2. 工业废水设计流量3. 工业企业的生活污水和淋浴污水设计流量的确定工业企业生活污水和淋浴污水设计流量用下式计算：（4）公共建筑污水设计流量可利用综合污水定额计算，如有具体资料也可单独计算。式中Q4-各公共建筑污水设计流量（L/s）;Q4i-各公共建筑最高日污水量标准 L/用水单位d）;N4i-各公共建筑用水单位数；T4i-各公共建筑最高日排水小时数；h Kh4i-各公共建筑污水量时变化系 数。（5）城市污水设计

7、总流量【例题】某工业区，居住区人口为 4000人，居民生活污水定额（平均 日）=80（L/人d），工厂最大班职工人数1000人，其中热车间职工占25%热 车间70%只工淋浴，一般车间10%只工淋浴。求该工业区生活污水总设计流量。解：1.居住区生活污水设计流量2. 工业企业的生活污水和淋浴污水设计流量3. 生活污水总设计流量2.2管段设计流量计算1. 设计管段的划分(1) 设计管段：两个检查井之间的管段，如果采用的设计流量不变，且采用 同样的管径和坡度，则称它为设计管段。(2) 划分设计管段：只是估计可以采用同样管径和坡度的连续管段，就可以 划作一个设计管段。根据管道的平面布置图，凡有集中流量流

8、入，有旁侧管接 入的检查井均可作为设计管段的起止点。设计管段的起止点应依次编上号码。2. 设计管段设计流量的确定每一设计管段的污水设计流量可能包括以下几种流量。(1) 本段流量q1-是从本管段沿线街坊流来的污水量；(2) 转输流量q2-是从上游管段和旁侧管段流来的污水量；(3) 集中流量q3-是从工业企业或其它产生大量污水的公共建筑流来的污 水量。对于某一设计管段，本段流量是沿管段长度变化的，即从管段起点的零逐 渐增加到终点的全部流量。为便于计算，通常假定本段流量从管段起点集中进 入设计管段。而从上游管段和旁侧管流来的转输流量q2和集中流量q3对这一管段是不变的。本段流量是以人口密度和管段的服

9、务面积来计算，公式如下：式中q1-设计管段的本段流量(L/s)；F-设计管段的本段服务面积(ha);q s-比流量(L/s ha)。比流量是指单位面积上排出的平均污水量。可用 下式计算：式中n-生活污水定额(L/人d);P -人口密度(人/ha)。某一设计管段的设计流量可由下式计算：式中q ij-某一设计管段的设计流量(L/s);q1-本段流量(L/s);q2-转输流量(L/s);q3-集中流量(L/s);kz-生活污水总变化系数。第四节水力学算图第五节沟道水力学设计数据5.1污水管道设计参数水力计算的两个基本公式给出了流量Q流速V、粗糙系数n、水力坡度I、水力半径R和过水断面面积等水力要素之

10、间的关系。为使污水管渠正常运行， 需对这些因素加以考虑和限制。作为污水管道设计的依据。2.3.1设计充满度1. 设计充满度h/D:在设计流量下，污水管道中的水深 h与管道直径D的 比值称为设计充满度(或水深比)。当h/D=1时称为满流；当h/D1时称为不满 流。2. 污水管道的设计有按满流和非满流两种方法。在我国，按非满流进行设 计。原因是：污水的流量很难精确确定，而且雨水或地下水可能渗入污水管道增加流量， 因此，选用的污水管道断面面积应留有余地，以防污水溢出；污水管道内沉积的污泥可能分解析出一些有害气体，需留出适当的空间， 以利管道内的通风，排除有害气体便于管道的疏通和维护管理。一.设计充满

11、度充满度定义：沟道中的水深h和管径D(或渠深H)的比值。如p43图。设计充满度：沟道是按不满流的情况进行设计的。在设计流量下，沟道中 的水深h和管径D(或渠深H)的比值c称为设计充满度。1. 按不满流进行设计(h/D 1)h/D 10000.75注：在计算污水管道充满度时，不包括短时突然增加的污水量，但当管径 小于或等于300mm寸，应按满流复核。(2) 雨水管道和合流管道应按满流计算；(3) 明渠超高不得小于0.2 m。按不满流进行设计原因： 留出一定空间，使管道通风；考虑未预见水量；便于沟道的疏通和 维护管理，在一定条件，可提高流速，减少淤积（流速和充满度的关系见教材手画图）。h/D 排量

12、J; h/D T;流速J。2. 按满流设计（h/D=1）雨水沟道系统按满流设计（h/D=1）qv满=qv+q未预见，q未预见=（1020%）qv室外排水设计规范规定，明沟超高（渠中设计水面与渠顶间高度）不小 于 0.2m。二.设计流速定义：沟道中流量到达设计流量时的水流速度。1. 最大设计流速（防止冲刷沟道）：金属管10m/s，非金属管5m/s 2.最小设计流速（防止沟道淤积）：污水沟道0.6m/s，明沟0.4m/s。防止淤积所需的沟道设计流速的最小限值同废水中夹带的悬浮物的性质（颗粒大小、相对密度）有关。同时，平坦地区，最小流速不宜定得过大。就整个污水沟道系统而言，各设计沟段的设计流速从上游

13、到下游最好是逐 渐增加的。3. 自清流速（保证沟道自动清洗的最小速度）：v 清=0.7m/s支管，街坊管：v vmi n繁华街道支管：v v清.最小管径 管径越小，堵塞机会越多，维护养护费用越高； 管径越小，流速一定，坡度会增加很快。街坊和厂区管道：Dmi n=200mm街道管道：Dmi n=300mm排水管道的最小管径与相应最小设计坡度，宜按本规范表4210的规定取值。表4210最小管径与相应最小设计坡度管道类别最小管径(mm)相应最小设计坡度污水管300塑料管0.002，其他管0.003雨水管和合流管300塑料管0.002，其他管0.003雨水口连接管2000.01压力输泥管150-重力输

14、泥管2000.01四.最小设计坡度和不计算管断的最小设计坡度1.最小设计坡度：坡度和流速存在一定的关系，同最小设计流速相应的坡 度就是最小设计坡度。满流或半满流时，相应于最小设计流速的坡度f 1=(nv/R2/3)2 Dmin=200mm,imin=0.004 Dmin=300mm。imin=0.003 2.不 计算管段定义：由于上游沟道系统上，沟道受水面积比较，流量较小，当设计流量 小于最小管径在最小设计流速条件下，h/D=(h/D)max时的流量，该段称不计算 管段，按最小管径，最小坡度设计。街坊：Dmin=200mm,Q Q(D=20Ov=O.6,h/D=O.55)11.4L/s imi

15、n=4%。街道：Dmin=300mm,Q Q(D=3Q0v=0.7,h/D=0.55)29.1L/s imin=3%五.沟道的埋设深度和覆土厚度埋设深度定义：指沟底的内壁到地面的距离。覆土厚度定义：沟顶的外壁到地面的距离。1.最小埋设深度：为了满足技术的要求所规定的埋深的最小限值。(1)必须防止沟道内污水结冰或土壤冻胀破坏沟道，H仁HB-0.15;污水在沟道中冰冻的可能与污水的水温和土壤的冰冻深度等因素有关。无 保温措施的生活污水沟道或水温和它接近的工业废水沟道，沟底在冰冻线之上 的距离不得大于0.15m。防止外荷载破坏沟道，车行道下最小覆土厚度不宜小于0.7(房屋排出管的最小埋深通常采用0.

16、550.65m。H2=0.7+D+0.1=0.8+D;(3) 满足沟道在衔接上的要求，H3=h+iL+h1-h2+A h(管径之差)?式中：d-街沟的最小覆土厚度，mh-街区或厂区内的污水沟道起端的最小埋深，mi-街区或厂区内的污水沟道和连接支管的坡度；L-街区或产区内的污水沟道和连接支管的总长度,hi-街沟窨井处地面高程，mh2-街区或厂区内的污水沟道起点窨井处地面高程，m例题：某工程冰冻深度 HB=1.0m h1-h2=-0.05m , h=0.6m,街坊沟道长150m 求街道沟道300mm勺最小埋深？解：H仁HB-0.15=1.0-0.15=0.85m,H2=0.8+D=0.8+0.3=1.1m H3=h+iL+h1-h2+ h=0.6+4 %x 150+(-0.05)+0.仁 1.25m三个限值中的最大值就是这一沟段的允许最小覆土厚度Hmi n=maxH1,H2,H3=1.25m 2.最大埋设深度：根据技术经济指标和施工方法而 确定的埋深的最大限值。 对于干燥性土壤，Hma点78m 在多水、流