污水管道系统

第9章污水管道系统污水管道系统的设计步骤设计资料的调查设计方案确实定设计计算设计图纸的绘制污水管道系统的设计内容1、设计根底数据确实定(包括设计地区的面积、设计人口数、污水定额等)；2、污水管道系统的平面布置；3、污水管道设计流量和水力计算；4、污水管道系统上某些附属构筑物的设计计算，如泵站、倒虹管、管桥等；5、污水管道在街道横断面上位置确实定；6、绘制污水管道系统平面图和纵剖面图。第1节污水设计流量确实定污水设计流量——指污水管道及其附属构筑物能保证通过的最大流量，进行污水管道系统设计时常采用最大日最大时流量为设计流量，单位为L/s。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工业企业生活污水及淋浴污水工业废水设计流量１、居住区生活污水量计算

式中：Q1——居住区生活污水设计流量，L/s；n——居住区生活污水定额L/(d.人)〕，按?室外排水设计标准?选用；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.a、居民生活污水定额指居民每人每日所排出的平均污水量。与室内卫生设备情况、当地气候、生活水平以及生活习惯等因素有关。我国现行?室外排水设计标准?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％计，一般地区可按80％计。b、设计人口指污水排水系统设计期限终期的规划人口数。常用人口密度与效劳面积相乘得到。式中Ｐ——人口密度，即居住区单位面积上的人口数，人/ha；F——排水区域的面积。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值KZ=KdKh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〕52.3152.0401.8701.71001.62001.55001.4〉10001.3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?室外排水设计标准?规定采用。c、生活污水总变化系数2、公共设施污水量污水量应根据公共设施的不同性质，按?建筑给水排水设计标准?〔GB50015-2003〕的规定进行计算。3、工业企业生活污水及淋浴污水量计算式中：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/(人.班))；T——每班工作时数，h。4、工业废水设计流量计算

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。工业废水量日变化系数较小，接近1。KZ=Kh时变化系数表Q=Q1+Q2+Q3+Q4污水管道系统设计总流量计算Q=Q'1+Q3+Q4或第2节污水管道的水力计算〔1〕大多数情况下，管道内部靠重力流动；〔2〕污水水分在99%以上，污水的流动符合一般液体的流动规律；〔3〕直线管段内污水的流动状态接近均匀流。

1污水管道中污水流动的特点2水力计算根本公式式中：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i〕；n——管壁粗糙系数，混凝土和钢筋混凝土管渠一般采取0.014。流量公式：流速公式：3污水管道系统设计参数〔1〕设计充满度h/D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。原因如下：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/D＜1时称为非满流。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。最大设计充满度的规定如下表最大设计充满度

在进行水力计算时，所选用的充满度，应小于或等于表中所规定的数值。

〔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；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。原因：〔1〕养护方便：一般在污水管道的上游局部，设计流量很小，假设根据流量计算，那么管径会很小，根据养护经验说明，管径过小易堵塞，使养护管道的费用增加。而小口径管道直径相差一号在同样埋深下，施工费用相差不多。〔2〕减小管道的埋深：此外采用较大的管径，可选用较小的坡度，使管道埋深减小。最小管径可见下表。〔3〕最小管径最小管径和最小设计坡度〔4〕最小设计坡度和不计算管段

最小设计坡度：相应于管内最小设计流速时的坡度叫做最小设计坡度，即保证管道内污物不淤积的坡度。Imin=f〔vmin，管道的水力半径R〕。不同管径的污水管道应有不同的最小设计坡度，管径相同的管道，由于充满度不同，也可以有不同的最小设计坡度。通常取充满度为0.5时的最小坡度作为最小设计坡度。不计算管段：在污水管道的上游，由于设计管段效劳的排水面积较小，所以流量较小，由此而计算出的管径也很小。如果某设计管段的设计流量小于在最小管径、最小设计坡度〔最小流速〕、充满度为0.5时管道通过的流量时，这个管段可以不必进行详细的水力计算，直接选用最小管径和最小设计坡度，该管段称为不计算管段。在有冲洗水源时，这些管段可考虑设置冲洗井定期冲洗以免堵塞。4污水管道的埋设深度和覆土厚度在污水管道工程中，管道的埋设深度愈大，工程造价愈高，工期愈长。１、含义覆土厚度——指管外壁顶部到地面的距离；埋设深度——指管内壁底部到地面的距离。2、最小埋深确定污水管道最小埋设深度时，必须考虑以下因素：防止管内污水冰冻或土壤冰冻而损坏管道；保证管道不致因为地面荷载而破坏满足街坊污水管衔接的要求3、最大埋深管道的最大埋深，应根据设计地区的土质、地下水等自然条件，再结合经济、技术、施工等方面的因素确定。一般在土壤枯燥的地区，管道的最大埋深不超过7～8ｍ；在土质差、地下水位较高的地区，一般不超过5ｍ。当管道的埋深超过了当地的最大限度值时，应考虑设置排水泵站提升，以提高低游管道的设计高程，使排水管道继续向前延伸。5污水管道水力计算的方法——水力计算图计算原那么：管道尽可能与地面坡度平行，以减小管道埋深；保证设计流速，使管道不发生淤积或冲刷；(1)水力要素：管径、粗糙系数、充满度、水力坡度即管底坡度、流量和流速。(2)求解未知量(3)查图技巧第3节污水管道系统的平面布置1确定排水区界，划分排水流域排水区界是排水系统敷设的界限通常排水流域边界应与分水线相符合具体根据地形及城市和工业企业的竖向规划划分排水流域2管道定线和平面布置的组合污水管道系统的定线：在城镇〔地区〕总平面图上确定污水管道的位置和走向。应遵循的主要原那么： 应尽可能在路线较短和埋深较小的情况下，让最大区域的污水能自流排出。

定线时通常考虑的因素：地形和用地布局；排水体制和线路数目；污水厂和出水口位置；水文地质条件；道路宽度；地下管线及构筑物的位置；工厂企业和产生大量污水的建筑物的分布位置。

几种具体情况分析地形对污水管道定线的影响地形具有适中的坡度地形坡度较陡流域范围大，且地形较平坦地形将城市划分成高低二区地形具有适中的坡度地形具有适中的坡度地形坡度较陡地形坡度较陡流域范围大，且地形较平坦流域范围大，且地形较平坦地形将城市划分成上下二区地形将城市划分成上下二区地形将城市划分成上下二区选择污水厂出水口的位置原那么城市的下风向水体的下游离开居住区和工业区3控制点确实定和泵站的设置地点污水管道系统的控制点：在污水排水区域内，对管道系统的埋深起控制作用的地点。一般选择具有相当深度的工厂排出口或某些低洼地区的管道起点。排水泵站的布置：中途泵站：位置根据沟道的最大合理埋深决定终点泵站：一般设在污水厂内处理构筑物之前局部泵站：比较低洼地区，高楼地下室，地下铁道和其他地下建筑物中4设计管段的划分和管段设计流量确实定

设计管段：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长时〔30~70m〕。设计流量本段流量q1转输流量q2集中流量q3式中：q1——设计管段的本段流量，L/s；F1——设计管段效劳的街坊面积，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。式中：n——污水量标准，L/(人•d)；

N——人口密度，人/公顷。只有本段流量的设计管段设计计算式中：F——F=F1+F2；KZ——本段加转输居民生活污水量的总变化系数；

具有本段街坊污水流量q1、转输居民生活污水流量q2和集中流量q3的设计管段总流量计算5污水管道的衔接1〕检查井设置原那么：污水管道在管径、坡度、高程、方向发生变化及支管接入的地方及直线管段每隔一定距离。2〕污水管道在检查井中衔接时应遵循两个原那么：尽可能提高低游管段的高程，以减少管道埋深，降低造价；防止上游管段中形成回水而造成淤积。3〕管道的衔接方法：主要有水面平接、管顶平接两种水面平接：是指在水力计算中，上游管段终端和下游管段起端在指定的设计充满度下的水面相平，即上游管段终端与下游管段起端的水面标高相同。

适用于管径相同时的衔接。管顶平接：是指在水力计算中，使上游管段终端和下游管段起端的管顶标高相同。采用管顶平接时，下游管段的埋深将增加。

适用于管径不相同时的衔接。4〕注意：a、下游管段起端的水面和管内底标高都不得高于上游管段终端的水面和管内底标高。b、当管道敷设地区的地面坡度很大时，为调整管内流速所采用的管道坡度将会小于地面坡度。为了保证下游管段的最小覆土厚度和减少上游管段的埋深，可根据地面坡度采用跌水连接。c、在旁侧管道与干管交汇处，假设旁侧管道的管内底标高比干管的管内底标高相差1m以上时，为保证干管有良好的水力条件，最好在旁侧管道上先设跌水井后再与干管相接。6污水管道在街道上的位置1〕污水管道应与建筑物有一定距离,当其与生活给水管道相交时,应敷设在生活给水管道下面。2〕地下管线应尽量布置在人行道、非机动车道和绿化带下，只有在不得已时，才考虑将埋深大，修理次数较少的污水、雨水管布置在机动车道下。3〕为了方便用户接管，当路面宽度大于40米时，可在街道两侧各设一条污水管道。例设计管段长度L为240m；地面坡度I为0.0024；流量Q为40L/s，上游管段管径D＝300mm，充满度h/D为0.55，管底高程为44.22m，地面高程为46.06m，覆土厚度为1.54m。求：设计管段的管径和管底高程。解：由于上游沟段的覆土厚度较大，设计管段坡度应尽量小于地面坡度以减少埋深。〔1〕令D＝300mm，查图，当D＝300mm，Q＝40L/s，h/D=0.55时，i＝0.0058>I＝0.0024，不符合此题应尽量减少埋深的原那么；令v＝0.6m/s时，h/D＝0.90>0.55，也不符合要求。采用管顶平接设计管段上游端管底高程：44.220+0.300-0.350＝44.170(m)设计管段的下游端管底高程：44.170-240*0.0015＝43.810(m)检验：44.398m高于44.385m，不符合要求，应采用水面平接。上游管段下端水面高程：44.220+0.300*0.55＝44.385(m)设计管段上端水面高程：44.170+0.65*0.350＝44.398(m)〔2〕令D＝350mm，查图，当D＝350mm，Q＝40L/s，令v＝0.6m/s时，h/D＝0.66>0.65，不符合要求;令h/D=0.65时，i＝0.0015<I＝0.0024，比较适宜。〔3〕令D＝400mm，查图，当D＝400mm，Q＝40L/s，v＝0.6m/s时，h/D＝0.53，i＝0.00145。与D＝350mm相比较，管道设计坡度根本相同，管道容积未充分利用，管道埋深反而增加0.05m。另外，管道管径一般不跳级增加，所以D＝350mm，i＝0.0015的设计为好。〔4〕管底高程修正：采用水面平接上流管段的下端水面高程：44.22+0.3*0.55＝44.385(m)设计管段的上端管底高程44.385-0.35*0.65＝44.158(m)设计管段的下端管底高程44.158-240*0.0015＝43.798(m)作业题请运用水力计算图,管段进行水力计算:(1):设计管段长L=150m,地面坡度I=0.0036,设计流量Q=29L/s,上游管道直径是300mm,充满度h/D=0.55,管底高程为44.65m,地面高程为46.60m.求设计管段的直径和管底高程.(2):设计管段长L=130m,地面坡度I=0.0014,设计流量Q=56L/s,上游管道直径是350mm,充满度h/D=0.59,管底高程为43.6m,地面高程为45.48m.要求设计管段内充满度h/D=0.65.求设计管段的直径和管底高程.(3):设计管段长L=50m,I=0.008,Q=30L/s(上端地面高程45.00,下端地面高程44.60),上游管道直径是300mm,h/D=0.5,下端管底高程为44.00m,最小覆土厚度不得小于0.7m.求设计管段的直径和管底高程.污水管道设计计算实例某市一个区的街坊平面图。居住区街坊人口密度为350人/ha，居民生活污水定额为120L/人·d。火车站和公共浴室的污水设计流量分别为3L/s和4L/s。工厂甲排除的废水设计流量为25L/s。工厂乙排除的废水设计流量为6L/s。生活污水和经过局部处理后的工业废水全部送至污水厂处理。工厂废水排出口的管底埋深为2m，该市冰冻深度为1.40m。试进行该区污水管道系统的设计计算〔要求到达初步设计深度〕。第4节污水管道的设计计算举例设计方法和步骤如下：1．在街坊平面图上布置污水管道该区地势北高南低，坡度较小，无明显分水线，可划分为一个排水流域。支管采用低边式布置，干管根本上与等高线垂直，主干管布置在市区南部河岸低处，根本上与等高线平行。整个管道系统呈截流式布置。2．街坊编号并计算其面积将街坊依次编号并计算其面积，列入表中。用箭头标出各街坊污水排出的方向。污水管道设计计算实例街坊面积汇总表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，将各干管和主干管有本段流量进入的点〔一般定为街坊两端〕、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。各设计管段的设计流量应列表进行计算。本例中，居住区人口密度为350人/ha，居民污水定额为120L/人·d，那么生活污水比流量为污水管道设计计算实例q1～2=25L/sq8～9=qs·F·kz=0.486×〔1.21+1.70〕·kz=1.41·kz=1.41×2.3=3.24L/sq9～10=qs·F·kz=0.486×〔1.21+1.70+1.43+2.21〕·kz=3.18·kz=3.18×2.3=7.31L/sq10～2=qs·F·kz=0.486×〔1.21+1.70+1.43+2.21+1.21+2.28〕·kz=4.88·kz=4.88×2.3=11.23L/sq2～3=qs·F·kz+q甲=(0.486×2.20+4.88〕·kz+q甲=(1.07+4.88)·kz+25=5.95×2.2+25=13.09+25=38.09L/s4．管渠材料的选择由于生活污水对管材无特殊要求，且管道的敷设条件较好，故在本设计中，DN≤400mm的管道采用混凝土管，DN400mm以上的管道采用钢筋混凝土管。5．各管段的水力计算在各设计管段的设计流量确定后，便可按照污水管道水力计算的方法，从上游管段开始依次进行各设计管段的水力计算。污水管道设计计算实例水力计算步骤如下：〔1〕从管道平面布置图上量出每一设计管段的长度，列入表中第2项。〔2〕将各设计管段的设计流量填入表中第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，作为确定管道坡度时的参考。〔4〕根据管段的设计流量，参照地面坡度，确定各设计管段的管径、设计流速、设计坡度和设计充满度。其余各设计管段的管径、坡度、流速和充满度的计算方法与上述方法相同。在水力计算中，由于Q、D、I、v、h/D各水力因素之间存在着相互制约的关系，因此，在查水力计算图时，存在着一个试算过程，最终确定的D、I、v、h/D要符合设计标准的要求。〔5〕根据设计管段的长度和设计坡度求管段的降落量。如管段1～2的降落量为I·L＝0.002×110＝0.22m，列入表中第9项。〔6〕根据管径和设计充满度求管段的水深。如管段1～2的水深h＝D·h/D＝0.35×0.447＝0.16m，列入表中第8项。〔7〕求各设计管段上、下端的管内底标高和埋设深度。控制点：是指在污水排水区域内，对管道系统的埋深起控制作用的点。各条干管的起点一般都是这条管道的控制点。这些控制点中离出水口最远最低的点，通常是整个管道系统的控制点。具有相当深度的工厂排出口也可能成为整个管道系统的控制点，它的埋深影响整个管道系统的埋深。确定控制点的管道埋深应根据城市的竖向规划，保证排水区域内各点的污水都能自流排出，并考虑开展，留有适当余地；不能因照顾个别点而增加整个管道系统的埋深。对个别点应采取加强管材强度；填土提高地面高程以保证管道所需的最小覆土厚度；设置泵站提高管位等措施，减小控制点的埋深.首先确定管网系统的控制点。本例中离污水厂较远的干管起点有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。1点的埋深受冰冻深度和工厂废水排出口埋深的影响，由于冰冻深度为1.40m，工厂排出口埋深为2.0m，1点的埋深主要受工厂排出口埋深的控制。8、11、15三点的埋深可由冰冻深度及最小覆土厚度的限值决定，但因干管与等高线垂直布置，干管坡度可与地面坡度相近，因此埋深增加不多，整个管线上又无个别低洼点，故8、11、15三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那么是1点。1点是主干管的起点，它的埋设深度定为2.0m，将该值列入表12－6中第16项。1点的管内底标高等于1点的地面标高减去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点的管内底标高减去管段1～2的降落量，为84.200－0.220＝83.98m，列入表12－6中第15项。2点的埋设深度等于2点的地面标高减去2点的管内底标高，为86.100－83.98＝2.12m，列入表12－6中第17项。〔8〕计算管段上、下端水面标高。管段上下端水面标高等于相应点的管内底标高加水深。如管段1～2中1点的水面标高为84.200+0.16＝84.36m，列入表中第13项。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。1)管段1～2与管段2～3的管径相同，采用水面平接。那么这两管段在2点的水面标高相同。于是，管段2～3中2点的管内底标高为84.14－0.22＝83.92m。2〕如管段4～5与管段5～6管径不同，可采用管顶平接。那么这两管段在5点的管顶标高相同。然后用5点的管顶标高减去5～6管径，得出5点的管内底标高。在进行管道的水力计算时，应注意如下问题：①慎重确定设计地区的控制点。这些控制点常位于本区的最远或最低处，它们的埋深控制该地区污水管道的最小埋深。各条管道的起点、低洼地区的个别街坊和污水排出口较深的工业企业或公共建筑都是控制点的研究对象。②研究管道敷设坡度与管线经过的地面坡度之间的关系。使确定的管道坡度在满足最小设计流速的前提下，既不使管道的埋深过大，又便于旁侧支管的接入。③水力计算自上游管段依次向下游管段进行，随着设计流量逐段增加，设计流速也应相应增加。如流量保持不变，流速不应减小。只有当坡度大的管道接到坡度小的管道时，下游管段的流速已大于1.0m/s〔陶土管〕或1.2m/s〔混凝土、钢筋混凝土管道〕的情况下，设计流速才允许减小。设计流量逐段增加，设计管径也应逐段增大，但当坡度小的管道接到坡度大的管道时，管径才可减小，但缩小的范围不得超过50～100mm，并不得小于最小管径。④在地面坡度太大的地区，为了减小管内水流速度，防止管壁遭受冲刷，管道坡度往往小于地面坡度。这就可能使下游管段的覆土厚度无法满足最小限值的要求，甚至超出地面，因此应在适当地点设置跌水井。当地面由陡坡突然变缓时，为了减小管道埋深，在变坡处应设跌水井。⑤水流通过检查井时，常引起局部水头损失。为了尽量降低这项损失，检查井底部在直线管段上要严格采用直线，在转弯处要采用匀称的曲线。通常直线检查井可不考虑局部水头损失。⑥在旁侧管与干管的连接点上，要考虑干管的已定埋深是否允许旁侧管接入。同时为防止旁侧管和干管产生逆水和回水，旁侧管中的设计流速不应大于干管中的设计流速。⑦初步设计时，只进行干管和主干管的水力计算。技术设计时，要进行所有管道的水力计算。污水管道设计计算实例6．绘制管道平面图和纵剖面图污水管道平面图和纵剖面图的绘制方法见本章第五节。本例题的设计深度仅为初步设计，所以，在水力计算结束后将求得的管径、坡度等数据标注在管道平面图上。同时，绘制出主干管的纵剖面图。