给水排水管网系统：第九章 污水管网设计与计算1、2

1、第第9章章 污水管网设计与计算污水管网设计与计算污水管网设计的主要任务污水管网设计的主要任务 污水管网总设计流量及各管段设计流量计污水管网总设计流量及各管段设计流量计算算 污水管网各管段直径、埋深、衔接设计与污水管网各管段直径、埋深、衔接设计与水力计算；水力计算； 污水提升泵站设置与设计；污水提升泵站设置与设计； 污水管网施工图绘制等。污水管网施工图绘制等。9.1 污水设计流量计算污水设计流量计算 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。排放系数。一般，一般，生活污水和工业废水约为用水量生活污水和工业废水约为用水量608

2、0%。但由于地下水和地面雨水从接口、裂隙进入，使实际污水量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。增大。 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。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工艺特点确定工业企业废水量根据工艺特点确定9.1.1 设计污水量定额设计污水量定额9.1.2 污水量的变化污水量的变化K Kd d日变化系数，最大日污水量

3、与平均日污水日变化系数，最大日污水量与平均日污水量的比值量的比值 K Kh h时变化系数，最大日最大时污水量与最大时变化系数，最大日最大时污水量与最大日平均时污水量的比值日平均时污水量的比值 K KZ Z 总变化系数，总变化系数，最高日最高时污水量与平最高日最高时污水量与平均日平均时污水量的比值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。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）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）52.3152.0401.8701.71001.62001.5500

4、1.410001.31000 1000Q 3 . 1Q5Q7 . 25Q 2.3Kzdd11. 0dd（2）工业废水量变化系数）工业废水量变化系数 和产品种类和生产工艺有关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）工业企业生活污水和淋浴污水量变化系 数数 生活污水：一般车间生活污水：一般车间3.0，高温车间，高温车间2.5。 淋浴污水：近似均匀排水。淋浴污水：近似均匀排水。9.1.3 污水设计流量计算污水设计流量计算（1）居民生活污水设计流量）居民生活污水设计流量q1i居民平均日生活污水量标准平均日生活污水量标准，L/(cap.d)N1i 人口数，cap；KZ1 总变化

5、系数总变化系数 注意：q1i按平均日污水量定额，按平均日用水量定额的8090%确定。)/(3600241111sLNqKQiiz（2）工业废水设计流量）工业废水设计流量q2i 废水量定额，废水量定额，m3/万元、万元、 m3/产量单位或产量单位或m3/ 生产设备单位生产设备单位.d；N2i 最高日产值最高日产值，万元，万元/d，或产量，产品单位，或产量，产品单位/d，或生产设备数量，生产设备单位；，或生产设备数量，生产设备单位；T2i 最高日生产小时数，最高日生产小时数，h；f2i 生产用水重复利用率；生产用水重复利用率；K2i 时变化系数。时变化系数。)/(6 . 3)1 (222222sL

6、TfNqKQiiiii（3）工业企业生活污水及淋浴污水量计算）工业企业生活污水及淋浴污水量计算 )/()36003600(3333333sLNqTKNqQbibiaiaihaiaiq q3ai3ai职工生活污水量标准职工生活污水量标准, ,一般车间一般车间25(L/(25(L/(人人. .班班),),热车间热车间35(L/(35(L/(人人. .班班) )；N N3ai3ai 最高日最高日生活用水总人数；生活用水总人数；T T3ai3ai 最高日最高日每班工作小时数，每班工作小时数，h h；K Kh3aih3ai生活污水量生活污水量时变化系数时变化系数，一般车间，一般车间3.03.0，热车间，

7、热车间2.52.5；q q3bi3bi职工淋浴用水量标准，一般车间职工淋浴用水量标准，一般车间40(L/(40(L/(人人. .班，班，热车间热车间60(L/(60(L/(人人. .班班) )；N N3bi3bi 最高日淋浴用水总人数最高日淋浴用水总人数（4）公共建筑污水设计流量）公共建筑污水设计流量q4i 各公共建筑各公共建筑最高日污水量标准最高日污水量标准，L/(用水单位用水单位.d）；）；N4i 用水单位数；用水单位数；T4i 最高日排水小时数，最高日排水小时数，h；Kh4i 污水量污水量时变化系数时变化系数。)/(360044444sLTKNqQiihii（5）城市污水设计总流量）城市

8、污水设计总流量)/(4321sLQQQQQh 已知某城镇最高日排放污水量已知某城镇最高日排放污水量Q1，平均日排，平均日排放污水量放污水量Q2，最高日最高时排放污水量为，最高日最高时排放污水量为Q3，日变化系数，日变化系数Kd，时变化系数，时变化系数Kh，总变，总变化系数化系数Kz，求排水管网设计流量为多少？，求排水管网设计流量为多少？解：设计流量Q=Q3 Q=Q1*Kh Q=Q2*Kz Q=Q2*Kd*Kh例例9.1某城镇居住小区污水管网设某城镇居住小区污水管网设计计 p2139.2 管段设计流量计算管段设计流量计算 连接管、污水干管（主干管和干管）、污水支管。连接管、污水干管（主干管和干管

9、）、污水支管。 一般检查井的设置位置有：流量汇入的地方、管径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。水流为重力流，需满足一定水力坡度。 管道埋深太大时设管道埋深太大时设提升泵站提升泵站（平坦地区，反坡）；（平坦地区，反坡）； 坡度较大，设置坡度较大，设置跌水井跌水井。9.2.1 污水管网的节点与管段污水管网的节点与管段 污水管网设计任务：计算不同地点污水污水管网设计任务：计算不同地点污水流量、各管段污水流量，确定管径、埋深和衔流量、各管段污水流量，确定管径

10、、埋深和衔接方式等。接方式等。 管段：污水管网中流量和坡度不变的管道。管段：污水管网中流量和坡度不变的管道。 管段设计流量：管段设计流量：管段上游端汇入的污水量和管段上游端汇入的污水量和该管段收集的污水量该管段收集的污水量。 节点：管段的上游端和下游端。节点：管段的上游端和下游端。 节点流量：节点流量： 该节点下游本段沿线污水流量（生活污水）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、集中流量（工业废水、工业生活污水与淋浴污水、公建污水）公建污水）9.2.2 节点设计流量节点设计流量9.2.3 管段设计流量管段设计流量ZKqFq01本段流量：式中：q1设

11、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，比流量，L/s.公 顷864000pnq式中：n污水量标准，L/(人.d)； p人口密度，人/公顷。例9.2 p217污水管道水力计算污水管道水力计算水力水力 计算计算目的目的 管径管径坡度坡度高程高程 过水断面过水断面A=A（D，h/D） 水力半径水力半径R=R(D,h/D) 设为均匀流，采用谢才公式计算水头损失，设为均匀流，采用谢才公式计算水头损失，将曼宁公式代人并转换：将曼宁公式代人并转换： 由流量和流速关系得：由流量和流速关系得：21321IRnvmhD21321IARnqm

12、 （1）水力计算公式）水力计算公式（参见：（参见：3.3 非满流管渠水力计算）非满流管渠水力计算）2132)/,(1IDhDRnvm2132)/,()/,(1IDhDRDhdAnqm5个水力参数个水力参数q、D、h、I、v, 已知其中已知其中3个才能求出另个才能求出另2个个，水力计算很复杂。，水力计算很复杂。非满流水力计算简化方法：非满流水力计算简化方法：（1）水力计算图表）水力计算图表（2）借助满流水力计算公式并通过一定的比例变换）借助满流水力计算公式并通过一定的比例变换进行计算进行计算流量流量坡度坡度充满度充满度流速流速（1）水力计算图）水力计算图(2)比例变换法比例变换法 假设有一条满流

13、管渠与待计算的非满流管渠具假设有一条满流管渠与待计算的非满流管渠具有相同的管径有相同的管径D和水力坡度和水力坡度I，其过水断面面积，其过水断面面积为为A0，水力半径为，水力半径为R0，通过流量为，通过流量为qo，流速为，流速为vo，可以证明：，可以证明： A/ A0 、R/ R0 、q/ qo 、v/ vo只和充满度有关。只和充满度有关。 见教材见教材P57 表表3.7 5个水力参数个水力参数q、D、h、I、v, 已知其中已知其中3个才能求个才能求出另出另2个个 水力计算时，一般水力计算时，一般q已知已知 ？ ? ? ?室外排水设计规范室外排水设计规范对一些设计参数作了相应规对一些设计参数作了

14、相应规定定9.3 污水管道设计参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（）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，满流时，满流h/D 1时，非满流时，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 0.550.650.700.75hD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,排出有害气

15、体；3、便于管道的疏通和维护管理。（2）设计流速）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：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：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。（3）最小管径）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

16、，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。提出目的提出目的:防止管道堵塞。防止管道堵塞。（4）最小设计坡度）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）最小设计坡度）最小设计坡度说明说明:在给定管径和坡度的圆形管道中，满在给定管径和坡度的圆形管道中，满流与半满流运行时的流速是相等的，处于流与半满流运行时的流速是相等的，处于满流与半满流之间的理论流速则略大一些，满流与半满

17、流之间的理论流速则略大一些，而随着水深降至半满流以下，则其流速逐而随着水深降至半满流以下，则其流速逐渐下降，故在确定最小管径的最小坡度时渐下降，故在确定最小管径的最小坡度时采用的设计充满度为采用的设计充满度为0.5。（5）污水管道的埋设深度）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：冰冻线的要求地面荷载满足街坊管连接要求地面管道覆土厚度覆土厚度: :指管道外壁顶部到指管道外壁顶部到地面的距离。地面的距离。埋设深度埋设深度: :指管道内壁底部到指管道内壁底部到地面的距离。地面的距离。 满足地面荷载要求：车行道下最小覆土厚度满足地面荷载要求：车行道

18、下最小覆土厚度0.7m0.7m 满足防冰冻要求：满足防冰冻要求： 室外排水设计规范室外排水设计规范规定：无保温措施的生活污规定：无保温措施的生活污水管道，管底可埋设在冰冻线以上水管道，管底可埋设在冰冻线以上0.15m0.15m；有保温；有保温措施或水温较高的管道，距离可以加大。措施或水温较高的管道，距离可以加大。哈尔滨工业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之间，以地表水为给水水源所排出的生活污水水温在4-10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

19、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。 满足街坊污水连接管衔接要求：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。厚度，最大值就是这一沟段的允许最小覆土厚度。最大埋深最大埋深:根据技术经济指标及施工方法决定。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，一般不超过在多水、流沙、

20、石灰岩地层中，一般不超过5m。 必须认真分析设计地区的地形等条件，并充分考必须认真分析设计地区的地形等条件，并充分考虑水力计算设计数据的有关规定。虑水力计算设计数据的有关规定。 所选择的管道断面尺寸，必须要在规定的设计充所选择的管道断面尺寸，必须要在规定的设计充满度和设计流速的情况下，能够排泄设计流量。满度和设计流速的情况下，能够排泄设计流量。管道坡度应参照地面坡度和最小坡度的规定确定。管道坡度应参照地面坡度和最小坡度的规定确定。一方面要使管道尽可能与地面坡度平行敷设，但一方面要使管道尽可能与地面坡度平行敷设，但管道坡度不能小于最小设计坡度的规定，以免管管道坡度不能小于最小设计坡度的规定，以免

21、管道内流速达不到最小设计流速而产生淤积。道内流速达不到最小设计流速而产生淤积。避免若管道坡度太大而使流速大于最大设计流速。避免若管道坡度太大而使流速大于最大设计流速。也会导致管壁受冲刷。也会导致管壁受冲刷。需注意的问题需注意的问题衔接原则：衔接原则： （1 1）尽可能提高下游沟段的高程，以减少埋深，从）尽可能提高下游沟段的高程，以减少埋深，从而降低造价，在平坦地区这点尤其重要；而降低造价，在平坦地区这点尤其重要； （2 2）避免在上游沟段中形成回水而造成淤积；）避免在上游沟段中形成回水而造成淤积；（3 3）不允许下游沟段的沟底高于上游沟段的沟底。）不允许下游沟段的沟底高于上游沟段的沟底。（6）

22、污水管道的衔接）污水管道的衔接衔接衔接方法方法沟顶平接沟顶平接水面平接水面平接沟底平接沟底平接一般情况下，一般情况下，异管径沟段采用沟顶平接。异管径沟段采用沟顶平接。同管径沟段采用水面平接。同管径沟段采用水面平接。特殊情况，特殊情况，同管径，坡度变陡，沟顶平接。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），沟底平接。下游管径小于上游管径（坡度变陡），沟底平接。下游沟底高于上游沟底下游沟底高于上游沟底下游水位高于上游水位下游水位高于上游水位不应不应发生发生9.4 污水管道水力计算污水管道水力计算确定管径和坡度是污水管网设计的主要内容确定管径和坡度是污水管网设计的主要内容分析设计地

23、区的地形等实际情况分析设计地区的地形等实际情况考虑规范规定的设计参数考虑规范规定的设计参数流量流量 管径管径坡度坡度管道坡度的确定管道坡度的确定 尽可能与地面坡度平行，减小管道埋深；尽可能与地面坡度平行，减小管道埋深； 保证合理的设计流速，不淤积和冲刷。保证合理的设计流速，不淤积和冲刷。在保证流速和充满度的前提下：在保证流速和充满度的前提下： 管径大，坡度小；管径大，坡度小； 管径小，坡度大。管径小，坡度大。 矛盾，考虑经济性问题。矛盾，考虑经济性问题。（1）较大坡度地区管段设计）较大坡度地区管段设计沿地面坡度敷设，满足最小流速。沿地面坡度敷设，满足最小流速。流量流量期望坡度期望坡度 管径，流

24、速（比例换算法，附图管径，流速（比例换算法，附图1）最大充满度最大充满度流量流量期望坡度期望坡度 充满度和流速（比例换算法，水力图）充满度和流速（比例换算法，水力图）管径管径（1）（2）平坦或反坡地区管段设计）平坦或反坡地区管段设计一定流量，一定流量， 管径大，坡度小；管径大，坡度小； 管径过大，流速过小。管径过大，流速过小。（2）（3）设计流量(L/s)最大管径(mm)0.0024h/D=0.90.55A:令令D300mm，查图，查图.当当D300mm，qV40L/s，h/D=0.55时，时，i0.0058I0.0024，不符合本题应尽量减少埋深的原则；不符合本题应尽量减少埋深的原则；令令v

25、0.6m/s时，时，h/D0.900.55，也不符合要求。，也不符合要求。h/D=0.660.65，不合格，不合格i =0.00150.65，不合格。，不合格。令令h/D=0.65 时，时，v0.610.6m/s，符合要求。，符合要求。i =0.00150.0024，比较合适。，比较合适。2、确定衔接方式和高程、确定衔接方式和高程采用沟顶平接？采用沟顶平接？设计沟段上端沟底高程：设计沟段上端沟底高程：44.220+0.300-0.35044.170(m)设计沟段的下端沟底高程：设计沟段的下端沟底高程：44.170-240 0.001543.810(m)44.220+0.30044.220+0.

26、300-0.350检验：检验：44.398m高于高于44.385m，不符合要求，应采用水面平接。，不符合要求，应采用水面平接。 原沟段下端水面高程：原沟段下端水面高程： 44.220+0.300 0.5544.385(m)设计沟段上端水面高程：设计沟段上端水面高程： 44.170+0.350 0.6544.398(m)沟底高程修正：采用水面平接。沟底高程修正：采用水面平接。上流沟段的下端水面高程上流沟段的下端水面高程: 44.22+0.3000.5544.385(m)设计沟段的上端沟底高程设计沟段的上端沟底高程: 44.385-0.3500.6544.158(m)设计沟段的下端沟底高程设计沟段

27、的下端沟底高程: 44.158-240 0.001543.798(m)3、采用、采用D400 mm？查图。？查图。当当D400mm，qV40L/s，v0.6m/s时，时，h/D0.53，i0.00145。与与D350mm相比较，沟管设计坡度基本相同，沟管容积未充分相比较，沟管设计坡度基本相同，沟管容积未充分利用，沟管埋深反而增加利用，沟管埋深反而增加50mm。另外，沟管口径一般不跳级增加。另外，沟管口径一般不跳级增加。所以所以D350mm，i0.0015的设计为好。的设计为好。9.5 管道平面图和纵剖面图的绘制管道平面图和纵剖面图的绘制 初步设计阶段的管道平面初步设计阶段的管道平面图就是管道总

28、体布图就是管道总体布置图。通常采用的比例尺置图。通常采用的比例尺1500015000110000110000，图图上有地形、地物、河流、风玫瑰或指北针等。已上有地形、地物、河流、风玫瑰或指北针等。已有和设计的污水管道用租线条表示。有和设计的污水管道用租线条表示。 在管线上画出设计管段起迄点的检查井在管线上画出设计管段起迄点的检查井并编并编上号码，标出各设计管段的服务面积，可能设置上号码，标出各设计管段的服务面积，可能设置的中途泵站，倒虹管或其它的特殊构筑物，污水的中途泵站，倒虹管或其它的特殊构筑物，污水厂，出水口等。厂，出水口等。 初步设计的管道平面图上还应将主干管各设初步设计的管道平面图上还

29、应将主干管各设计管段的长度、管径和坡度在图上注明。此外，计管段的长度、管径和坡度在图上注明。此外，图上应有管道的主要工程项图上应有管道的主要工程项目表和说明。目表和说明。 施工施工图阶段的管道平面图比例尺常用图阶段的管道平面图比例尺常用11000110001500015000，图上内容基本同初步设计。而图上内容基本同初步设计。而要求更为详细确切。要求标明捡查井的准确位置要求更为详细确切。要求标明捡查井的准确位置及污水管道与其它地下管线或构筑物交叉点的具及污水管道与其它地下管线或构筑物交叉点的具体位置、高程。体位置、高程。 居住区街坊连接管或工厂废水排出管接入居住区街坊连接管或工厂废水排出管接入污水干管或主干管的准确位污水干管或主干管的准确位置和高程。置和高程。图上还应图上还应有图例、主要工程项目表和施工说明。有图例