第九章_污水管网设计与计算2

1、第九章第九章 污水管网设计与计算（污水管网设计与计算（2）污水管道水力计算污水管道水力计算 例例 1 已知设计沟段长度已知设计沟段长度L为为240m；地面坡度；地面坡度I为为0.0024；流量；流量qV为为40L/s，上游沟段管径，上游沟段管径D300mm，充满度充满度h/D为为0.55，沟底高程为，沟底高程为44.22m，地面高程为，地面高程为46.06m，覆土厚度为，覆土厚度为1.54m。 求：设计沟段的口径和沟底高程。求：设计沟段的口径和沟底高程。解：解： 1、确定管径和坡度、确定管径和坡度 由于上游沟段的覆土厚度较大，设计沟段坡度应尽量小于地由于上游沟段的覆土厚度较大，设计沟段坡度应尽

2、量小于地面坡度以减少埋深。面坡度以减少埋深。（1）比例换算法）比例换算法 为减小坡度，流量为减小坡度，流量 最大管径最大管径350 坡度坡度0.0015 （附图（附图1） （管径（管径300，坡度，坡度0.0058 ，大于地面坡度，不适合），大于地面坡度，不适合） 流量流量40L/s 管径管径350mm 流速流速0.61m/s，充满度，充满度0.65 （例（例3.1） 坡度坡度0.0015I=0.00580.0024h/D=0.90.55（2）水力计算图）水力计算图A: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

3、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v0.6m/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。44.220+0.30044.220+0.300-0.3502、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

4、程：设计沟段的下端沟底高程：44.170-240 0.001543.810(m)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。上游沟段下端水面高程：上游沟段下端水面高程： 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+0.65 0.35044.398(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+0.3 0.5544.385(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.

5、35 0.6544.158(m)设计沟段的下端沟底高程设计沟段的下端沟底高程: 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0.05m。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。例：已知设计管段长L=100m，地面坡度0.0036，

6、设计流量q30L/s，由于上游管段覆土厚度较大，所以设计管段的设计坡度要尽量小，减小管段埋深。拟采用较大管径D=300mm的钢筋混凝土管，粗糙系数nM=0.014，充满度采用规范规定的最大值h/D=0.55。（1）试采用比例变换法求设计管段水力坡度和流速（已知h/D=0.55，A/A0=0.564，R/R0=1.06，q/q0=0.586，V/V0=1.039）；（2）上游管段口径300mm，充满度h/D0.53，管底高程为44.65m，地面高程为46.60m。试确定衔接方式，计算设计管段的管底高程和覆土厚度（该地区土壤无冰冻）。解：（1）已知q、D、h/D，求I和v，直接代入公式： I=0.

7、00325 最小流速0.6m/s 满足要求)/(753. 0564. 03 . 014. 3030. 04)/(400325. 0)586. 0030. 0014. 0(3 . 029.10)/(29.102022333. 520333. 5smAADqvqqqnDIM（ 2）上游和下游管段同管径，采用水面平上游沟段水面高程44.650.530.344.809m设计管段上端沟底高程44.809-0.550.344.644m设计管段下端沟底高程44.6440.0032510044.319m设计管段上端覆土厚度地面高程沟底高程管径46.6-44.644-0.31.656m设计管段下端覆土厚度46.

8、6-1000.0036-44.319-0.31.621m 例例 2 已知设计沟段长度已知设计沟段长度L130m，地面坡度，地面坡度I0.0014，流量，流量qV56L/s，上游沟段口径，上游沟段口径D350mm，充满度充满度h/D0.59，沟底高程为，沟底高程为43.67m，地面高程为，地面高程为45.48m。 求：设计沟段的口径与沟底高程。求：设计沟段的口径与沟底高程。 解：覆土厚度为解：覆土厚度为45.48-43.67-0.351.46m。离最小。离最小覆土厚度允许值覆土厚度允许值0.7m较大，因此设计时应尽量使设较大，因此设计时应尽量使设计沟段坡度小于地面坡度。计沟段坡度小于地面坡度。采

9、用水面平接？采用水面平接？设计沟段的下端沟底高程设计沟段的下端沟底高程: 43.67+0.350 0.5943.877(m)设计沟段的上端沟底高程设计沟段的上端沟底高程: 43.877-0.65 0.35043.650(m)设计沟段下端沟底高程设计沟段下端沟底高程: 43.650-130 0.003043.260(m) （1）令）令D350m，查图，当，查图，当D350mm，qV56L/s，v0.60m/s时，时，i0.0015，但，但h/D0.950.65不合格。当不合格。当h/D0.65时，时，v0.85m/s，i0.0030I0.0014，不很理想。，不很理想。 （2）令）令D400mm

10、,查图查图,当当D400mm，qV56L/s，v0.60m/s时，时，i0.0012，但，但h/D0.700.65，不符合规定；，不符合规定；当当h/D0.65时，时，i0.00145，v0.65m/s,符合要求。沟管符合要求。沟管坡度接近地面坡度坡度接近地面坡度I0.0014。采用沟顶平接采用沟顶平接:设计沟段的上端沟底高程：设计沟段的上端沟底高程：43.67+0.350-0.40043.620(m)设计沟段的下端沟底高程设计沟段的下端沟底高程: 43.620-130 0.0014543.43(m)施工高程：施工高程：43.43(m)检验：检验：上游沟段下端水面高程：上游沟段下端水面高程：4

11、3.877(m) 43.880高于高于43.877，虽不符合要求，但可接受，虽不符合要求，但可接受(下端沟底下端沟底施工高程略低于计算值施工高程略低于计算值)。设计沟段上端水面高程：设计沟段上端水面高程：43.620+0.65 0.40043.880(m)第一方案，造价低，但后面的沟管都将落下第一方案，造价低，但后面的沟管都将落下0.172m。假如下游的地区有充分的坡度，可以采用第一答案。假如下游的地区有充分的坡度，可以采用第一答案。假如在平坦的地区，宜采用第二答案。假如在平坦的地区，宜采用第二答案。（3）究竟采用哪一种方案？）究竟采用哪一种方案？1、D=350mm,I=0.0032、D=40

12、0mm,I=0.145 例例 3 已知已知L190m，qV66L/s，I0.008(上端地上端地面高程面高程44.50m，下端地面高程，下端地面高程43.40m)，上游沟段，上游沟段D400m，和，和h/D0.61，其下端沟底高程为，其下端沟底高程为43.40m，覆土，覆土厚度厚度0.7m。如下图所示：。如下图所示： 求：管径与沟底高程。求：管径与沟底高程。 解：本例的特点是地面坡度充分，偏大。上游沟解：本例的特点是地面坡度充分，偏大。上游沟段下端覆土厚度已为最小容许值。估计设计沟段坡度段下端覆土厚度已为最小容许值。估计设计沟段坡度将小于地面坡度，且口径可小于上游沟段。将小于地面坡度，且口径可

13、小于上游沟段。 （1）令）令D400mm，i0.008，h/D0.65时，查时，查图得图得qV133L/s66L/s。 （2）令）令D350mm，iI0.008，h/D0.65时，时，查图得查图得qV91L/s66L/s。 （3）令）令D300mm， iI0.008，h/D0.55时，时，查图得查图得qV47L/s66L/s。 （4）可以选用）可以选用D350mm， i0.008。规范规定，在地。规范规定，在地面坡度变陡处，沟道管径可以较上游小面坡度变陡处，沟道管径可以较上游小1或或2级。下面计算级。下面计算沟底高程。沟底高程。 D=350mm，qV=66L/s，I0.008 时，查图得：时，

14、查图得：h/D 0.53, v=1.28m/s，合格。，合格。 （5）如果采用地面坡度作为设计坡度，设计流速超过最）如果采用地面坡度作为设计坡度，设计流速超过最大流速，这时沟道设计坡度必须减少，并且设计沟段上端大流速，这时沟道设计坡度必须减少，并且设计沟段上端窨井应采用跌水井。窨井应采用跌水井。采用沟底平接采用沟底平接:设计沟段上端沟底高程上游沟段下端沟底高程设计沟段上端沟底高程上游沟段下端沟底高程43.40(m)设计沟段下端沟底高程设计沟段下端沟底高程: 43.40-190 0.00841.88(m)污水沟道水力学设计任务根据已经确定的沟道路线，计算和确定各设计沟段的设计流量、管径、坡度、流

15、速、充满度和沟底高程。原则不冲刷、不淤积、不溢流、要通风。计算步骤确定控制点开始，从上游到下游，计算和确定各个设计沟段的有关数据。9.5 9.5 污水管道的设计污水管道的设计（参看水污染控制工程下册（参看水污染控制工程下册p74)p74)基本概念控制点对整个沟道系统的高程起控制作用的点，其埋深影响整个沟道系统的埋深，故应尽量降低控制点的埋深控制点的位置离污水厂或出水口最远处；排水流域中，地面高程最低处；沟道埋深有特殊要求处(如地下室)减小控制点埋深方式加强沟管强度；提高控制点处的地面高程；设置局部泵站提升水位基本概念设计流量组成设计沟段两个检查井之间的沟段（中间可以有其他检查井），沟段可以转向

16、，要求采用的设计流量不变或基本不变，采用同样的管径和坡度沿线流量本沟段服务的街坊流量集中流量工厂或公共建筑的流量转输流量上游沟段和旁侧沟段转输流量污水管道的设计举例污水管道的设计举例原始资料：原始资料： 给定某市的街坊平面图，如下页图。居住区街坊给定某市的街坊平面图，如下页图。居住区街坊人口密度为人口密度为350人人/公顷，污水量标准为公顷，污水量标准为120L/(人人.d)，火车站和公共浴室的设计污水量分别为火车站和公共浴室的设计污水量分别为3L/s和和4L/s，工厂甲和工厂乙的工业废水设计流量分别为工厂甲和工厂乙的工业废水设计流量分别为25L/s与与6L/s。生活污水及经过局部处理的工业废

17、水全部。生活污水及经过局部处理的工业废水全部送至污水处理厂进行处理。工厂甲废水排出口的管送至污水处理厂进行处理。工厂甲废水排出口的管底埋深为底埋深为2.0m。 某市区街坊平面图（一）在街坊平面图上布置污水管道（一）在街坊平面图上布置污水管道（二）街坊编号并计算其面积（二）街坊编号并计算其面积街坊编号1234567891011街坊面积（公顷）1.211.702.081.982.202.201.432.211.962.042.40街坊编号1213141516171819202122街坊面积（公顷）2.401.212.281.451.702.001.801.661.231.531.71街坊编号232

18、4252627街坊面积（公顷）1.802.202.042.40街坊面积（三）划分设计管段，计算设计流量（三）划分设计管段，计算设计流量)10./(486. 08640012035086400240msLpnq生活污水平均流量（比流量）为：生活污水平均流量（比流量）为：管段管段1 12 2，集中流量，集中流量2525管道管道2 23 3，集中流量集中流量2525，本段流量本段流量0.4860.4862.22.21.071.07，转输流量转输流量0.486 0.486 （1.211.211.71.71.431.432.212.211.211.212.282.28）4.884.88，合计流量合计流量

19、1.071.074.884.885.955.95，KzKz=2.2=2.2，设计流量设计流量5.95 5.95 2.22.213.0913.09，总设计流量总设计流量13.0913.09252538.0938.09。2.22.211.71.431.211.212.28以管段23为例：(四四)水力计算水力计算1、管段长度、设计流量、设计管段起迄点检查井地面标高分别列入2，3，10，11项。2、地面坡度作为确定管段坡度的参考。12地面坡度(86.2-86.1)/110=0.0009.3.起始管段12，流量Q 25L/s，管径取最小管径D 300mm，设计坡度取最小设计坡度I 0.0003，查表，流

20、速v 0.7m/s（大于最小流速0.6m/s)，充满度h/D0.51（小于最大设计充满度0.55），列入表中。4、其他管段。可根据Q先确定D ，然后在确定的D水力计算图上查出相应的h/D和I值。存在一个试算过程。5、计算各管段上端、下端的水面、管底标、计算各管段上端、下端的水面、管底标高及其埋设深度高及其埋设深度（1 1）求管段降落量。）求管段降落量。1 12 2降落量降落量I.L=0.003 I.L=0.003 110=0.33m110=0.33m（表第（表第9 9项）。项）。（2 2）求管段水深。）求管段水深。1 12 2水深水深D.h/D=0.3 D.h/D=0.3 0.51=0.1530.51=0.153，（表第，（表第8 8项）。项）。（3 3）确定管网系统控制点。确定管网系统控制点。1 1点，受工厂排除口的控制，埋深定为点，受工厂排除口的控制，埋深定为2m2m。（4 4）求设计管