第九章 污水管道设计

9.1污水设计流量计算9.2管段设计流量计算9.3污水管道设计参数9.4污水管网水力计算9.5污水管道平面图和剖面图9.6管道污水处理第九章污水管网设计与计算污水管道系统的设计步骤设计资料的调查设计方案的确定设计计算设计图纸的绘制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9.1污水设计流量计算一、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。注：污水管道系统设计时采用最高日最高时流量为设计流量

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二、污水量变化污水量日变化系数：指在设计年限内，最高日与平均日污水量的比值。污水量时变化系数：指在设计年限内，最高日最高时污水量与该日平均时污水量的比值。污水量总变化系数：指在设计年限内，最高日最高时污水量与平均日平均时污水量的比值。显然有：（9.1）9.1污水设计流量计算居民生活污水量变化系数三、污水设计流量的计算（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；

——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250~450（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9.1污水设计流量计算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）55-9090-125130-17060-95100-140140-18065-100110-150145-18565-100120-160150-19055-90100-140140-180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，陕西和甘肃在秦岭以南的地区，广西偏北的一小部分三、污水设计流量的计算（2）公共建筑生活污水量计算

式中：

——公共建筑最高日污水量标准（）

——各公共建筑在设计使用年限终期所服务的用水单位数；

——各公共建筑最高日排水小时数，

——各公共建筑污水量时变化系数。9.1污水设计流量计算（3）工业企业生活污水及淋浴污水量计算

9.1污水设计流量计算（4）工业废水设计流量计算

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%。9.1污水设计流量计算一、污水管网的节点与管段连接管：连接用户的污水管道。污水干管：主要承担污水输送功能的大型管道。污水支管：连接管与输送管之间的收集连接管中污水的管道。在污水管网中，还设置了一些相应的附属设施，如检查井（以便于污水管道连接和清通方便）、跌水井（提高管道埋深），提升泵站（减小管道埋深）。设计管段：指在设计计算中，污水管网中流量和管道敷设坡度不变的一段管道。管段设计流量：该管段上游端汇入污水管网中的流量和该管段收集污水量即为管段的输水流量，称为管段设计流量。污水管网的节点：每各设计管段的上游端和下游端就称为污水管网的节点。（注意：节点处一般设有检查井，但并不是所有的检查井处均设节点）9.2管段设计流量计算9.2管段设计流量计算

——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长时（30~70m）。设计流量本段流量集中流量1234ABCDq二、节点设计流量污水管网的节点流量：是该节点下游的一条管段所连接的用户污水流量（本段流量）与该节点所接纳的集中污水流量（集中流量）之和。一般将工矿企业和公共建筑的污水排放点作为节点。污水管网节点设计流量计算与给水网节点设计流量计算类似，即先进行管段沿线流量分配，然后计算节点流量，但也有两点不同之处：1）污水设计流量中只有居民生活污水是沿线流量，沿线流量也采用面积比例或管长比例进行分配，但不是直接分配设计流量，而是分配平均日流量，在计算管段设计流量时再乘以总变化系数；2）管段分配的沿线流量全部加到上游节点作为节点流量。9.2管段设计流量计算9.2管段设计流量计算三、管段设计流量每一设计管段的污水设计流量包括以下几种流量:1.从街坊流入设计管段的本段生活污水流量

2.从上游管段和旁侧管段流入设计管段的传输污水流量（1和2部分是对居民生活污水而言，用总变化系数）

3.从工业企业或其他产生的大量污水的建筑物流来的集中污水流量（它包括了工业废水，工业企业的生活、淋浴污水，公共建筑物生活污水）对于某一设计管段而言，本段污水流量是沿街坊变化的，即从管段起点的零增加则终点的全部流量。但是为了安全和计算方便，通常假定本段污水流量集中在起点进入设计管段，而且流量不变。9.3污水管道设计参数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、赵洪宾著水力计算的基本公式式中：Q——流量，m3/s；

ω——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值若按曼宁公式计算，即n——管壁粗糙系数9.3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）9.3污水管道设计参数污水管道的埋设深度污水管渠的衔接一、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）200~300350~450500~900≥10000.55(0.60)0.65(0.70)0.70(0.75)0.75(0.80)hD9.3污水管道设计参数为什么要做最大设计充满度的规定？1、有利于安全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。明渠设计超高不小于0.2米。9.3污水管道设计参数一、设计充满度（h/D）二、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，并未发生冲刷管道的现象。9.3污水管道设计参数三、最小管径1、为什么要规定最小管径？在污水管道系统的上游部分，设计污水流量很小，若根据流量计算，则管径会很小，根据养护经验证明，管径过小很容易堵塞。因此为了养护方便，常规定一个允许的最小管径。按计算所得的管径，如果小于最小管径，则采用规定的最小管径，而不采用算得的管径。

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？

在进行水力计算时可以不进行计算而直接选取最小管径和最小坡度称为不计算管段。

即当污水管道系统上游管段的计算设计流量小于最小管径在最下设计坡度、充满度等于0.5时可以通过的流量时，这个管段可以不进行水力计算，而直接采用最小管径和相应的最小坡度作为设计参数。

9.3污水管道设计参数四、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；管径400mm的最小设计坡度为0.0015。9.3污水管道设计参数五、污水管道的埋设深度污水管道的埋设深度（管道埋深）：管道的内壁底部离开地面的垂直距离。覆土厚度：管道外壁顶部到地面的垂直距离。决定污水管道最小覆土厚度的因素有哪些？冰冻线的要求：冰冻线以上0.15m地面荷载：≥0.7m满足街坊管连接要求:最小0.5～0.7m地面覆土厚度埋设深度管道9.3污水管道设计参数温度与地层深度关系图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。《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。9.3污水管道设计参数五、污水管道的埋设深度六、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：是在水力计算中，使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。管顶平接：是指在水力计算中，使上游终端与下游起端的管顶标高相同。9.3污水管道设计参数水面平接管顶平接

在特殊情况下，如下游管道地面坡度急剧增加时，下游管径可能小于上游管道，此刻应采用管底平接方法，即保持上、下游管道底部标高相等。9.4污水管网水力计算污水管道设计：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

1）首先根据已知资料，计算出流量Q2）根据Q值可初步确定管径D；

3）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。

污水管网管段设计流量确定之后，即可由上游管段开始，进行各管段的水力计算，在符合设计规范要求的条件下，确定管段直径和敷设坡度，使管道能够顺利通过设计流量。1.不计算管段的确定2.较大坡度地区管段设计（选用满足最大充满度要求的最小直径）

1）根据地形和管段两端节点处的埋深条件，用下式计算期望坡度：

2)确定管径水力计算污水管道直径选用图

3）根据设计流量、坡度和管径计算出管内实际的充满度和流速。9.4污水管网水力计算3.平坦或反坡地区管段设计

1）可以由技术条件确定一个最大可用管径；

Ⅰ可以查阅值参考表——不同设计流量范围内的最大管径

Ⅱ根据污水管道直径选用图确定

2）对于管网末端管段或设计流量较大的管段，可以采用与最大管径相比小的标准管径。

4.管段衔接设计

1）根据前述所讲方法确定管段起点埋深，对于非起点管段，则应确定它与上游管段的衔接关系，以确定本管段的起点埋深；

2）用本管段设计确定的管径、坡度、充满度等以及管段长度，推就本管段的终端埋深，作为下游管段的衔接条件。管段末端埋深计算公式为：9.4污水管网水力计算在计算过程中，注意：

1.注意管道系统控制点的选取；控制点常位于本区的最远或最低处，他们的埋设控制该地区污水管道的最小埋深。2.水力计算自上游依次向下游逐段进行。一般，设计流量逐段增加，设计流速也是增加的。3.水流通过检查井时，尽量减少局部水头损失4.管段衔接设计旁侧管与干管的连接点处，要考虑干管的已定埋深是否允许旁侧管的接入。9.4污水管网水力计算例1已知n=0.014,D=300mm,I=0.004,Q=30L/s,求v和h/D。例1已知n=0.014,D=300mm,h/D=0.55,Q=32L/s,求v和I。9.4污水管道平面图和剖面图一、管道平面图1.初步设计阶段的管道平面图即管道的总体布置图，一般比例尺为1：5000～1：10000，图上有地形、地物、河流、风玫瑰或指南针等。具体标明：

1）用粗线条表示已有和设计的污水管道，在管线上画出设计管段起迄点的检查井并编号，标出各设计管段的服务面积，可能设置的中途泵站，倒虹管及其它的特殊构筑物，污水厂、出口等；

2）标出主干管各设计管段的长度、管径和坡度；

3）管道的主要工程项目表和说明。2.施工阶段的管道平面图9.5污水管道平面图和剖面图二、管道纵剖面图污水管道的纵剖面图是和平面图相对应的，反映管道沿线高程位置，一般横向采用1：500～1：2000，纵向1：50～1：200，用单线条表示原地面高程线和设计地面高程线，用双竖线表示检查井。具体标明：1）标出沿线支管接入处的位置、管径、高程；2）与其它地下管线、构筑物或障碍物交叉点的位置和高程；3）沿线地质钻孔位置和地质情况在剖面图的下方有一表格，表格中列有检查井号、管道长度、管径、坡度、地面高程、管内底高程、埋深、管道材料、接口形式和基础类型等。有时也将流量、流