给水排水 污水管网设计与计算图文PPT课件

1、平粮台古城遗址（新时期时代） 是目前我国发现年代最早、规模最大、保护最完好的4600年左右的龙山文化时期古城遗址第1页/共133页秦 这组陶制排水管道距秦阿房宫前殿遗址东北方向200多米左右，在一个约5米深的施工工地下面，排水管道一节58厘米，外表绳纹，里面麻点纹，一头粗一头细，大头套着小头，3组并列呈品字形绵延东西南北，东西长达到78米，南北长10米。另外在西边还有一处18米长呈南北走向的排水管道。其规模之庞大，保存之完整，实属罕见。第2页/共133页唐代华清池遗址陶制排水管道（50多米）第3页/共133页巴黎下水道 1851年，工程师欧仁尼贝尔格兰为巴黎下水道系统的发展、清除和维修建立了一

2、套完整的技术。他发明了清除下水道垃圾和沉沙的机械，利用流水的冲刷效应将垃圾集中到定点以便清除；在小下水道中，他还设计了蓄水池，以增强冲刷力，避免下水道堵塞。到了1878年，巴黎已经拥有长达600公里的下水道网。今天的巴黎下水道总长2347公里。第4页/共133页一、排水工程的发展历史（续）在近代我国排水工程发展缓慢，建国前全国103个 城市建有排水设施，管线总长6034.8km，全国只 有上海、南京建有城市污水处理厂，日处理能力 为4万吨。1921年上海北区污水厂，是我国最早的 活性污泥法水厂。建国后，排水工程事业发展较快，城市下水道普 及率达60%以上。至1995年，全国排水管道总长11 万

3、km，城市污水处理厂838座，日处理能力1645.4 万吨。第5页/共133页二、排水工程的概念与内容排水工程的概念：指为保护环境而建设的一整套用于收集、输送、 处理和利用污水的工程设施 排水工程的内容：一是污水的收集、输送部分排水管网二是污水的处理、利用部分污水处理本课程内容第6页/共133页三、排水工程的作用保护环境免受污染，使城市免受污水之害 和洪水之灾促进工农业生产，保证城市可持续性发展保护人民的身体健康与正常生活第7页/共133页四、排水系统的体制污水的概念与分类：在使用过程中受到了不同程度的污染，改变 了原来的化学成分和物理性质的水，叫污水。按来源分生活污水工业废水降水（降雨和降雪

4、）城市污水第8页/共133页四、排水系统的体制（续1）污水的最终出路有三：一是排放水体二是灌溉农田三是重复使用自然复用间接复用直接复用第9页/共133页四、排水系统的体制（续2）排水系统体制的概念：生活污水、工业废水和雨水可以采用一个管渠 来排除，也可以采用两个或两个以上独立的管 渠来排除，污水的这种不同排除方式所形成的 排水系统，称为排水体制。 排水系统体制的分类：合流制：直排式、完全截流式和部分截流式三种分流制：完全分流制和非完全分流制第10页/共133页四、排水系统的体制（续3）合流制和分流制的比较：环保方面：全部截流式合流制对环境的污染最小；部分截 留式合流制雨天时部分污水溢流入水体，

5、造成 污染；分流制在降雨初期有污染。 造价方面：合流制管道比完全分流制可节省投资20%40%， 但合流制泵站和污水处理厂投资要高于分流制， 总造价看，完全分流制高于合流制。而采用不 完全分流制，初期投资少、见效快，在新建地 区适于采用。 维护管理：合流制污水厂维护管理复杂。晴天时合流制管 道内易于沉淀，在雨天时沉淀物易被雨水冲走， 减小了合流制管道的维护管理费。 第11页/共133页五、排水系统的组成部分城市污水排水系统的组成部分室内污水管道系统与设备室外污水管道系统污水处理厂出水口事故排出口污水泵站或压力管道手盆、便器、水封管、立管、出户管街坊管道、街道污水管道、附属构筑物等第12页/共13

6、3页五、排水系统的组成部分（续1）工业废水排水系统的组成部分车间内部管道系统与设备污水泵站或压力管道厂区管道系统废水处理站第13页/共133页五、排水系统的组成部分（续2）雨水收集系统与设备街坊或厂区雨水管道系统街道雨水管道系统出水口排洪沟雨水泵站雨水口、天沟、雨水斗雨水排水系统的组成部分第14页/共133页六、排水系统的布置形式排水系统的布置原则 充分利用地形、地势，就近排入水体，以减小管道埋深、降低工程造价 排水系统布置的影响因素地形地势土壤情况河流情况气候情况城市总体规划第15页/共133页六、排水系统的布置形式(续1)正交式截流式平行式分区式分散式环绕式第16页/共133页七、工业企业

7、排水系统与城市排水系统的关系工业企业排出的废水应采取的措施改革生产工艺，进行技术革新，力求把有害物质消除在生产过程之中，做到不排或少排废水 尽量采用循环或重复利用系统，以减小废水排放量 回收废水中的有用物质，节省能源、创造财富 尽量以废治废 第17页/共133页七、工业企业排水系统与城市排水系统的关系(续1）工业废水排入城市排水系统应考虑的问题 尽量考虑直接将工业废水排入城市排水系统，在污水处理厂统一进行处理 工业废水排入后，不应影响排水管渠和污水处理厂的正常运行，对某些废水应进行预处理 工业废水排入后，不应对养护人员造成危害 当城市污水处理厂为生物处理时，工业废水中抑制生物活性的有害物质浓度

8、，不能超过有关规定 第18页/共133页八、废水的综合治理和区域排水系统 废水的综合治理 指对废水进行统一规划，多重治理。其主要内容有： 减少和控制废水及污染物的排放量城市规划与生产布局合理化充分利用水体、土壤的环境容量发展经济、节能的水处理技术。废水中有用物质的回收及综合利用发展区域性废水及水污染整治系统 第19页/共133页九、排水系统的设计程序 基本建设程序： 可行性研究阶段计划任务书阶段设计阶段组织施工阶段竣工验收交付使用论证项目技术经济可行性确定基建项目编制设计文件设计图纸与概预算项目实施第20页/共133页第二部分 污水管道系统设计污水管道系统的设计步骤 设计资料的调查设计方案的确

9、定设计计算设计图纸的绘制第21页/共133页22第22页/共133页一、设计资料的调查及方案确定设计资料调查 设计任务资料：有关的法令、法规、制度；城市的总 体规划及其他基础设施情况 自然资料： 地形资料，包括地形图、等高线气象资料，包括气温、风向、降雨量等水文资料，受纳水体流量、流速、洪水位地质资料，包括地下水位、地耐力、地震等级工程资料： 道路、通讯、供水、供电、煤气等 第23页/共133页林西县排水总平面图第24页/共133页一、设计资料的调查及方案确定设计资料调查 设计任务资料：有关的法令、法规、制度；城市的总 体规划及其他基础设施情况 自然资料： 地形资料，包括地形图、等高线气象资料

10、，包括气温、风向、降雨量等水文资料，受纳水体流量、流速、洪水位地质资料，包括地下水位、地耐力、地震等级工程资料： 道路、通讯、供水、供电、煤气等 第25页/共133页一、设计资料的调查及方案确定（续）设计方案确定 包括排水体制的选择、排水系统的布置形式，应通过技术、经济比较，确定最优的方案 第26页/共133页二、污水设计流量的计算污水设计流量 指污水管道及其附属构筑物能保证通过的最大流量，设计流量包括生活污水量和工业废水量。 生活污水设计流量 居住区生活污水 公共建筑生活污水 工业企业生活污水及淋浴污水 工业废水设计流量 第27页/共133页28第28页/共133页29第29页/共133页3

11、0第30页/共133页污水平均污水平均日流量日流量（L/s）51540701002005001000总变化系总变化系数数Kz2.32.01.81.71.61.51.41.331第31页/共133页32第32页/共133页3310003 . 1100057 . 253 . 211. 0ddddzQQQQKdQ第33页/共133页工业种类工业种类冶金冶金化工化工纺织纺织食品食品皮革皮革造纸造纸时变化系时变化系数数Kh1.01.11.31.51.52.01.52.01.52.01.31.834第34页/共133页二、污水设计流量的计算（续1）（1）居住区生活污水量计算 3600241ZKNnQ式中：

12、Q1居住区生活污水设计流量，L/s； n居住区生活污水量标准（L/(d.人)），按室 外排水设计规范选用，欧洲的典型值为 200（L/(d.人)），美国的典型值为250450 （L/(d.人)）； N设计人口数，按规划部门根据统计资料提供 的参数选用； KZ总变化系数，是最大日最大时污水量与平 均日平均时污水量的比值 第35页/共133页居住区生活污水排水定额卫生设备情况室内有给水排水卫生设备，但无淋浴设备室内有给水排水卫生设备和淋浴设备室内有给水排水卫生设备，并有淋浴和集中热水供应分 区一二三四五生活污水每人每日排水定额（L）55-9090-125130-17060-95100-140140

13、-18065-100110-150145-18565-100120-160150-19055-90100-140140-180注：第一分区包括：黑龙江、吉林、内蒙古的全部，辽宁的大部分，河北、山西、陕西偏北的一小部分，宁夏偏东 的一部分； 第二分区包括：北京、天津、河北、山东、山西、山西的大部分，甘肃、宁夏、辽宁的南部，河南北部，青海偏东和江苏偏北的一小部分； 第三分区包括：上海、浙江的全部，江西、安徽、江苏的大部分，福建北部、湖南、湖北的东部，河南南部； 第四分区包括：广东、台湾的南部，广西的大部分，福建、云南的南部； 第五分区包括：贵州的全部、四川、云南的大部分，湖南、湖北的西部，陕西和甘

14、肃在秦岭以南的地区，广西偏北的一小部分第36页/共133页二、污水设计流量的计算（续1）（1）居住区生活污水量计算 3600241ZKNnQ式中：Q1居住区生活污水设计流量，L/s； n居住区生活污水量标准（L/(d.人)），按室 外排水设计规范选用，欧洲的典型值为 200（L/(d.人)），美国的典型值为250450 （L/(d.人)）； N设计人口数，按规划部门根据统计资料提供 的参数选用； KZ总变化系数，是最大日最大时污水量与平 均日平均时污水量的比值 第37页/共133页Kd日变化系数，是最大日污水量与平均日污水量的比值 Kh时变化系数，是最大日最大时污水量与最大日平均时 污水量的比

15、值 KZ=Kd Kh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）52.3152.0401.8701.71001.62001.55001.410001.3第38页/共133页二、污水设计流量的计算（续2）（2）公共建筑生活污水量计算 3600242hKNSQ式中：Q2公共建筑生活污水设计流量，L/s； S公共建筑生活污水量标准（L/(d.人)），一般按 室内给水排水和热水供应设计规范推荐的参 数选用，排水量大的建筑也可以通过调查或参 考相近建筑选用。 Kh时变化系数，是最大日最大时污水量与最大日 平均时污水量的比值 第39页/共133页二、污水设计流量的计算（续3）（3）工业企

16、业生活污水及淋浴污水量计算 3600360022112221113DCDCTKBAKBAQ式中：Q3工业企业生活污水及淋浴污水设计流量，L/s； A1一般车间最大班职工人数，人； A2热车间最大班职工人数，人； B1一般车间职工生活污水量标准，为25(L/(人.班)； B2热车间职工生活污水量标准，为35(L/(人.班)； K1一般车间生活污水量时变化系数，以3.0计； K2热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，人； C2热车间最大班使用淋浴的职工人数，人； D1一般车间的淋浴污水量标准，为40(L/(人.班)； D2热车间的淋浴污水量标准，为60(L

17、/(人.班)； T每班工作时数，h。 第40页/共133页二、污水设计流量的计算（续4）（4）工业废水设计流量计算 TKMmQZ36004式中：Q4工业废水设计流量，L/s； m生产过程中每单位产品的废水量标准， L/单位产品； M产品的平均日产量； T每日生产时数； KZ总变化系数，与工业企业性质有关。 第41页/共133页二、污水设计流量的计算（续5）Q=Q1+Q2+Q3+Q4+Q渗 Q渗指地下水渗入量，一般以单位管道延长米或单位服务面积公顷计算，日本规定采用经验数据，按每人每日最大污水量的10%-20%。第42页/共133页43第43页/共133页443 . 2 /5/3.7 )/( 8

18、.512.33.7 3.786400400080 86400111zzzzksLsLsLkkkNqQ。；人。人；班；人班；人人；人；班；人班；人5 . 2 0 . 3 8 75%10750 175%70250 /60 /40 250%251000 750%751000 /35 /25 231332313231323132313ahahaibbbbaaaaKKhTNNLqLqNNLqLq第44页/共133页45)/(41. 63600601754075836005 . 235250325750360036002323131332323231313133sLNqNqTNqkNqkQbbbbaiaa

19、ahaaah)/(92.1441. 651. 831sLQQQ第45页/共133页46第46页/共133页47第47页/共133页48Fqqs1第48页/共133页4986400nqs第49页/共133页50qqqkqijz123第50页/共133页51第51页/共133页52工厂乙工厂甲浴火车站河第52页/共133页53第53页/共133页54河至污水厂火车站浴工厂甲工厂乙第54页/共133页55街坊编号街坊编号1234567街坊面积街坊面积（ha）1.211.702.081.982.202.201.43街坊编号街坊编号891011121314街坊面积街坊面积（ha）2.211.962.04

20、2.402.401.212.28街坊编号街坊编号15161718192021街坊面积街坊面积（ha）1.451.702.001.801.661.231.53街坊编号街坊编号222324252627街坊面积街坊面积（ha）1.711.802.201.382.042.40第55页/共133页56486. 086400350120sq第56页/共133页57第57页/共133页58管管段段编编号号居住区生活污水量居住区生活污水量Q1集中流量集中流量设设计计流流量量L/s本段流量本段流量转转输输流流量量q2L/s合计合计平均平均流量流量L/s总变总变化化系数系数kz生活生活污水污水设计设计流量流量Q1

21、L/s本段本段L/s转转输输L/s街坊街坊编号编号街坊街坊面积面积104m2比比流流量量qsL/s104m2流量流量q1L/s123456789101112第58页/共133页三、污水管道的水力计算污水管道内水质特点： 污水管道内水流特点 重力流非满流近似均匀流排水管网理论与计算周玉文、赵洪宾著第59页/共133页三、污水管道的水力计算（续1）水力计算的基本公式 式中：Q流量，m3/s； A过水断面面积，m2； v流速，m/s； R水力半径（过水断面积与湿周的比值），m； I水力坡度（即水面坡度，等于管底坡度）； C流速系数，或谢才系数。C值一般按曼宁公式计算，即AQvIRCv611RnCn管

22、壁粗糙系数 第60页/共133页三、污水管道的水力计算（续2）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）5/32/31/22/3( -sin )0Q=02ARIn12cos(12)yd第61页/共133页设计充满度（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，最大充满度为：管径（D）或暗渠高（H） （mm） 最大充满度（h/D） 2003003504505009001000 0.55(0.60)0.65(0.70)0.70(0.75)0.75(0.80) hD第62页/共1

23、33页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。第63页/共133页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；国外很多专家认为最小流速为0.6-0.75m/s，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，非金属管道的最大流速为5m/s。*国内一些城市污水管道长期运行的情况说明，超过上述最高限值，并未发生冲

24、刷管道的现象。第64页/共133页最小管径1、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。2、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。3、什么时候管段是作为不计算管段？例：n=0.014,D=200mm,i=0.004 Q为多少时作为不计算管段D=300mm,i=0.003时？5/32/31/22/3( -sin )0Q=02ARIn第65页/共133页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

25、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；管径400mm 的最小设计坡度为0.0015。规定是怎么来的？算例第66页/共133页三、污水管道的水力计算（续3）污水管道的埋设深度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有哪些？冰冻线的要求地面荷载满足街坊管连接要求地面管道第67页/共133页68覆土厚度管道埋深管道地面（路面）第68页/共133页69第69页/共133页70第70页/共133页71第71页/共133页72第72页/共133页73第73页/共133页温度与地

26、层深度关系图 第74页/共133页哈尔滨建筑大学与东北院部分研究结论： 1、东北寒冷地区城镇冬季生活污水水温在4-15度之间，以地表水为给水水源所排出的生活污水水温在4-10度之间，以地下水为水源排出的生活污水水温在8-15之间。2、出户管及起始端污水支管容易发生冰冻，主要是因为流量小，坡度小，容易产生沉积堵塞而发生冰冻。加大污水管坡度，可使容易冰冻的污水支管不发生冰冻。3、污水管埋深必须避开有严重破坏能力的冻胀层或对冻胀层加以处理。粗砂和砂砾层冰冻时，水向下流，不具有冻胀性。第75页/共133页 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

27、温较高的管道，距离可以加大。 国外规范规定：污水管道最小埋深，应根据当地的养护经验确定。无养护资料时，采用如下数值：管径小于500mm，管底在冰冻线上0.3m；管径大于500mm，为0.5m。第76页/共133页三、污水管道的水力计算（续3）污水管道的埋设深度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有哪些？冰冻线的要求地面荷载满足街坊管连接要求地面管道第77页/共133页污水管道的衔接衔接的原则：尽可能地提高下游管段的高程，减 小埋深，降低造价；避免上游管段 回水淤积。衔接的方式水面平接管顶平接跌水连接绘图说明第78页/共133页79第79页/共133页80第8

28、0页/共133页81第81页/共133页三、污水管道的水力计算（续4）污水管道水力计算的方法1、需要确定的参数 流量Q、管径D、坡度I、流速v、充满度h/D和埋深H。2、确定方法 首先根据已知资料，计算出流量Q，根据Q值可初步确定管径D；然后，根据Q、D值，求I、h/D、v值。在这三个未知数中，还需知道一个参数，才能求得另外两个，此时可以在三个参数中先假设一个值，比如流速为最小流速，或是坡度为最小坡度，或是充满度满足一定要求等，之后进行查表或查图，就可得出其余两个未知数；最后要进行校核，若得出的两个参数满足其规定的要求，则计算完成，若不满足要求，则需调整假设值，甚至管径D，重新进行计算。 第8

29、2页/共133页例1 已知n=0.014,D=300mm,I=0.004,Q=30L/s,求v和h/D。第83页/共133页例1 已知n=0.014,D=300mm, h/D =0.55,Q=32L/s,求v和I 。第84页/共133页四、污水管道的设计确定排水区界，划分排水流域管道定线控制点确定和泵站的设置地点设计管段及设计流量的确定污水管道的衔接污水管道在街道上的位置第85页/共133页确定排水区界，划分排水流域排水区界是污水排水系统设置的界限。排水流域是指在排水区界内，按照一定要求所划分的不同排水区域。（通常根据等高线划分排水区域，在地形平坦地区可按照面积的大小进行划分。）第86页/共1

30、33页管道定线在总平面图上确定污水管道的位置和走向。管道定线的影响因素地形污水厂和出水口的位置所采用的排水体制管道定线时注意事项主干管布置在坚硬密实土壤中尽量少穿河流、铁路、山谷和高地避免与地下构筑物交叉不宜敷设在繁忙、狭窄的街道下集中流量尽量排入上游第87页/共133页控制点确定和泵站设置地点对管道系统的埋深起控制作用的地点，通常在管道起点或最低最远点。泵站设置地点中途泵站局部泵站总泵站第88页/共133页设计管段及设计流量 两个检查井之间，设计流量不变，且采用同样的管径和坡度的管段，称为一个设计管段。 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、转弯的地方、或在直管段管径长度较

31、长时（3070m）。 设计流量本段流量转输流量集中流量1234ABCDq第89页/共133页ZKqFq01式中：q1设计管段的本段流量，L/s； F设计管段服务的街坊面积，公顷； KZ生活污水量总变化系数； q0单位面积的本段平均流量，即比流量，L/s.公 顷 可用下式求得。864000pnq式中：n污水量标准，L/(人.d)； p人口密度，人/公顷。第90页/共133页污水管道的衔接衔接的原则：尽可能地提高下游管段的高程，减 小埋深，降低造价；避免上游管段 回水淤积。衔接的方式水面平接管顶平接跌水连接第91页/共133页污水管道在街道上的位置 与其他管线、构筑物有一定的距离 与给水管相交时，

32、设于给水管下方 尽量避免敷设在机动车道下，设在人行道下 第92页/共133页93五、原始资料：第93页/共133页94工厂乙工厂甲浴火车站河第94页/共133页95第95页/共133页96河至污水厂火车站浴工厂甲工厂乙第96页/共133页97街坊编号街坊编号1234567街坊面积街坊面积（ha）1.211.702.081.982.202.201.43街坊编号街坊编号891011121314街坊面积街坊面积（ha）2.211.962.042.402.401.212.28街坊编号街坊编号15161718192021街坊面积街坊面积（ha）1.451.702.001.801.661.231.53街坊

33、编号街坊编号222324252627街坊面积街坊面积（ha）1.711.802.201.382.042.40第97页/共133页98486. 086400350120sq第98页/共133页99第99页/共133页100管管段段编编号号居住区生活污水量居住区生活污水量Q1集中流量集中流量设设计计流流量量L/s本段流量本段流量转转输输流流量量q2L/s合计合计平均平均流量流量L/s总变总变化化系数系数kz生活生活污水污水设计设计流量流量Q1L/s本段本段L/s转转输输L/s街坊街坊编号编号街坊街坊面积面积104m2比比流流量量qsL/s104m2流量流量q1L/s123456789101112第

34、100页/共133页101第101页/共133页102第102页/共133页103第103页/共133页104第104页/共133页105第105页/共133页106第106页/共133页107第107页/共133页108第108页/共133页109第109页/共133页110第110页/共133页111第111页/共133页112第112页/共133页113第113页/共133页114第114页/共133页115第115页/共133页116第116页/共133页117第117页/共133页118第118页/共133页119第119页/共133页120第120页/共133页划分设计管段，计算设

35、计流量管道的水力计算绘制图纸（平面图和管道纵剖面图）第121页/共133页水力计算注意问题 控制点选择 管道坡度与地面坡度 设计流速与设计管径 注意水头损失 旁侧支管连接第122页/共133页六、国外污水管道的设计方法介绍常规设计方法给水量60%80%排水量查曲线最小流量最大流量校核自净流速设计流量乘系数（考虑地下水和雨水）设计充满度一般按满流，也有非满流情况：小管0.5，其他0.75真空管网：真空阀井、中继真空泵站和真空管道 压力式管网：研磨潜力泵、压力支管和压力干管 第123页/共133页七、城市污水回用工程污水回用意义污水回用目标与水质污水回用处理技术第124页/共133页地球上水的总量1.3610