排水管道系统流量与水力计算

排水管道系统流量与水力计算第1页/共50页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2页/共50页某地区排水总平面图第3页/共50页7.1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4页/共50页

污水设计流量的计算（续1）（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第5页/共50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）55-9090-125130-17060-95100-140140-18065-100110-150145-18565-100120-160150-19055-90100-140140-180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第6页/共50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第7页/共50页

污水设计流量的计算（续2）（2）公共建筑生活污水量计算式中：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8页/共50页污水设计流量的计算（续3）（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。第9页/共50页

污水设计流量的计算（续4）（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。（5）总水量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10页/共50页7.2污水管道的水力计算污水管道内水质特污水管道内水流特点重力流非满流近似均匀流水力计算的基本公式Q——流量，m3/s；ω——过水断面面积，m2v——流速，m/s；R——水力半径（过水断面积与湿周的比值），mI——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，即第11页/共50页7.2污水管道的水力计算（续1）污水管道水力计算的设计时应考虑的数据设计充满度（h/D）设计流速（v）最小管径（D）最小设计坡度（i）埋设深度（h）第12页/共50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）200~300350~450500~900≥10000.55(0.60)0.65(0.70)0.70(0.75)0.75(0.80)hD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13页/共50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，并未发生冲刷管道的现象。第14页/共50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。第15页/共50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。第16页/共50页污水管道的埋设深度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温度与地层深度关系图第17页/共50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。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。《室外排水设计规范》规定：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18页/共50页H=h+IL+Z1-Z2+Δh式中：H——街道污水管网起点的最小埋深，m；

h——街坊污水管起点的最小埋深，0.6~0.7m；

Z1——街道污水管起点检查井检查井处地面标高，m；

Z2——街坊污水管起点检查井检查井处地面标高，m；

I——街坊污水管和连接支管的坡度；

L——街坊污水管和连接支管的总长度，m；Δh——连接支管与街道污水管的管内底高差，m。第19页/共50页7.2污水管道的水力计算（续2）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H2、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20页/共50页例1

已知n=0.014,D=300mm,I=0.004,Q=30L/s,求v和h/D。300.004第21页/共50页例2

已知n=0.014,D=300mm,h/D=0.55,Q=32L/s,求v和I。第22页/共50页例3第23页/共50页7.3排水管道设计确定排水区界，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举例两个检查井之间，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）。

本段流量转输流量集中流量1234ABCDq式中：n——污水量标准，L/(人.d)；

p——人口密度，人/公顷。第24页/共50页污水管道的衔接衔接的原则衔接的方式水面平接管顶平接跌水连接

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。管底连接第25页/共50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，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26页/共50页例1：已知设计沟段长度L=240m,地面坡度为0.0024；流量q为40l/s;上游沟段管径D300,h/D0.55,沟底高程为44.22m,地面高程为46.06m，覆土厚度为1.54m。求管径与沟底高程污水管道的设计举例第27页/共50页第28页/共50页第29页/共50页第30页/共50页例2第31页/共50页第32页/共50页第33页/共50页例3如下图，求管径与沟底高程第34页/共50页第35页/共50页污水管道的设计举例原始资料：

给定某市的街坊平面图，如下页图。居住区街坊人口密度为350人/公顷，污水量标准为120L/(人.d)，火车站和公共浴室的设计污水量分别为3L/s和4L/s，工厂甲和工厂乙的工业废水设计流量分别为25L/s与6L/s。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底埋深为2.0m第36页/共50页平面图第37页/共50页管道定线4142第38页/共50页街坊面积计算街坊编号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2324252627街坊面积（公顷）1.802.202.042.40第39页/共50页划分设计管段，计算设计流量kz=2.7/q0.11第40页/共50页管道的水力计算4139第41页/共50页绘制图纸（平面图和管道纵剖面图）第42页/共50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43页/共50页第44页/共50页

作业1、下图为某厂生产废水沟道系统的干沟平面图c图上注明各车间的生产废水进入干沟的位置和设计流量，各设计沟段的长度、各检查井处的地面标高。沟段6-5的上端沟底标高，受车间排水管埋探的限制，为209