下水道系统规划与设计课件

下水道系統規劃與設計A.污水下水道計畫：策訂污水下水道之處置計畫，應考慮：(a)在訂有水域水質標準地區

應考慮以能達其水質標準為目標

應考慮與該水域有關之其他下水道系統及個別工廠廢水處理系統之配合問題(b)未訂有水域水質標準地區

考慮現在及將來之水利用狀況，預測該水域之水質標準1下水道計畫B.雨水下水道計畫－收集並排除市區之地面逕流（目的）

－策訂計畫時應配合計畫區內之河川、灌排水路等區域排水系統－都市之雨水排水系統十分複雜，須加以充分調查，並與各河川管理機構協調，檢討、改變或

廢棄現有系統C.下水道基本規劃1.計畫目標年－設計容量以長期觀測為準（雨/污水）－依下列三原則決定

設施使用年限

建設期間長短

擴充之難易－以＞20年為原則2.計畫區域

可都市化之範圍－即計畫目標年可達都市化之地區為範圍

不受行政區域限制－以符合該水域之水質標準為目標－考慮整體性及流域性－跨越行政區者，須與他縣市協調

新闢下水道系統應與舊市區下水道配合3.收集系統之選擇（分流or合流）原則上採「分流制」，但若能合乎放流水域之條件，亦可用「合流制」4.放流口包含：處理廠處理水放流口合流制雨水溢流口及抽水站放流口分流制雨水放流口及抽水站放流口決定放流口之位置及構造物時應考慮：對水域(Receivingwaterbody)之水位、流量、水質標準及河川整治計畫應加以充分調查以不影響承受水體之用途5.下水道設備之配置、構造及功能之決定應考慮：地形及地質等自然條件操作管理放流水域之狀況施工條件工程費6.法律依據下水道法都市計畫法水利法水污染防治法……2基本調查1.自然條件之調查（初步調查）

地形及地質

a.幹線系統的位置、幹/支線的連接、抽水站及處理廠之位置，須標明：道路高地

湖泊河川之「位置」及「地面高程」

b.為決定幹管、處理廠、抽水站之位置及基礎型式，須調查：

鑽探地質調查

地下水位

附近地盤狀況

→

以預知〝工程之難易度〞水文及氣象

a.

放流口位置、抽水站揚程之決定，Need

水域之流量

水位

b.河川水文調查

高水位、平水位、低水位

高流量、低流量

c.湖泊

高、平、低水位d.海域

歷年最高潮

年間最高潮e.雨水下水道－依降雨強度計算逕流量（調查過去20yrs）f.抽水站及處理廠有散發臭味及噪音問題，

Need：

季節性風向調查2.細部調查（P208~P209）

地下調查（有無其他管線/岩盤/地下水位）地面調查（路面之鋪設情形/性質‥‥）

承受水體之涵容能力（水質現況/流量調查）其他調查（古蹟、地震）3.系統佈置（P209）初步之佈置圖（大小管線之佈置），包括：

佈置圖要參考將來土地之利用

盡量用重力式（以減少抽水）決定出水口位置及承受水體根據地形圖、街道坡度決定水之流向

埋設位置（一邊或二邊）；要與自來水管線分開

埋設深度（符合最小埋深，以減少挖方）不能太淺→

破壞4.細部設計

依幹管將計畫區域分成若干排水區管渠編號、面積計算管線尺寸計算、坡度（S）

劃出管線位置圖及剖面圖成本計算下水道材料、施工方法土方、材料數量編列施工設計3下水道系統之類型－合流制（Combinedsystem）－分流制（Separatesystem）1.合流制早期：－雨水下水道以「排除雨水」為主，糞便則由糞坑處理（不允許排入下水道）－並無「污水下水道」中期：－糞便污水單獨處理已不可能，∴雨水下水道亦允許「糞便」及「污水」之排入造成「雨水＋污水」之「合流制」合流制下水道之演進

↓落伍2.分流制－河川污染日益嚴重－考慮雨水應可不必處理；而污水要處理

∴發展成雨、污水分開之分流制下水道為一必然趨勢。但台灣市街發展已相當擁擠→

不易規劃分流制雨水道也含有相當成分之有機/無機物→應處理∴也許使用「合流制」較適合？究竟應採「合」或「分」流制→

透過「數理分析」定義：Q1≡晴天污水量；污水濃度C1Q2≡雨水量；雨水濃度C2C1：initialC1'：剩下1－β=WWTP去除率∴剩下βC1=C1'β=C1'/C1C'≡合流制流入WWTP之污染物濃度（雨＋汙）aQ1=截流量，a≈3~6

（汙＋雨）fQ1=污水；（aQ1－fQ1）=(a－f

)Q1=雨水f=合流制降雨時，「污水」被截流至處理廠之比率

=Q1/(Q1＋Q2)W=C2/C1=雨水濃度/污水濃度λ=Q2/Q1=雨水量/污水量A.分流制(1)晴天時：Q1only∴排放污染物於河川之總量=βQ1C1(2)雨天時

M1=βQ1C1＋Q2C2-----(＊)B.合流制截流溢流(Q1＋Q2)－aQ1=Q2

－(a－1)Q1

(原來)(截流)（剩下）

fig

aQ1；C'‧

fQ1；C1

（污）（aQ1－f

Q1）；C2

（雨）fig

(Q1－fQ1)；C1

(污)Q2－(aQ1－fQ1)；C2

(雨)C3(Q1＋Q2)－aQ1被截流之污水被截流之雨水(1)晴天時

（Q1only）

∴排放污染物於河川之總量=βQ1C1

(同分流制)(2)雨天時

(a)C'=？(流入處理廠之濃度)由figbalance------

(b)C3=？

直接溢流之濃度由figbalance------

(c)流入河川之總污染量M2=？

截流：(aQ1)(βC')=------

溢流：[Q2－(a－1)Q1](C3)=[λ－(a－1)]C3Q1=---

eq

eq

(d)M2=截流＋溢流=eq

＋eq

=---

(e)合流制較分流制排污量之增加率：Let；-----

＊＊

eq

≡使用合流制時，在雨天，承受水體可能增加之污染物比率與WWTP處理效率(1－β)

；f；a；λ；W

有關＊優先使用合流制系統之W條件為：

i,e

由eq

中(∵1－β＞0

；

λW＋β＞0)∴(1－

f)－(a－f)W＜0或其中考慮暴雨時（Q2/Q1甚大；i,e

λ→∞）∴f

→

0雨污‥可使用合流‥不足以稀釋→要分流例(保守)污雨例；；

i,e

「污水濃度」不能太大，頂多可為「雨水濃度」的3~6倍4下水道之佈置型式A.考慮因素：

(1)地形、地質、水文條件

(2)下水道系統之制度（合/分流）

(3)行政區域之劃分

(4)街道情形

(5)路權問題

(6)處理廠位置及出口B.下水道佈置型式之種類及適用時機：(1)直交式(Perpendiculartype)－適用於：都市有河川穿越or外圍有河流經過－優點：路線最短，直接排至河川－缺點：排放口太多(Need防潮閘門以防潮水)(2)截流式(Interceptingsystem)(3)分區截流式(Zonesystem)－〝分區〞,以減少低地區截流管之必需抽水設備(4)扇形式(Fantype)－面對河流or湖泊之谷地(i,e

中間低、兩邊高

)

將幹管埋在中央，形成扇形收集系統高高低(5)輻射式(Radialtype)高低低低－中間高、四郊地區較低※實際上，應視都市地形，判斷合適方式，可利用

〝數種組合〞方式5下水道之埋設位置及深度A.「合流制」下水道之埋設位置(1)道路中央

→

兩邊之接管距離相近

→負擔費用相同(2)道路兩側

→

接管距離較短，問題少

→埋設管線不必在馬路下，影響交通小

→

缺點→Need

二管B.「分流制」下水道之埋設位置(a)雨水管and污水管均在中央(b)雨水管與污水管分別埋於馬路之一側(c)雨水管埋於中央污水管兩側埋設(使其接管較短→環境衛生問題↓)(d)雨水與污水均分兩側埋設雨水大管∵流量大污水管之深度＞雨水管之深度a.小管徑開挖施工容易∴可深

b.污水含有環境衛生問題∴埋深

c.雨水管大部分已先設置完成

∴後期之污水管→

深層∵6下水道之設計準則1.流量Q

(a)分流式污水管

(家庭污水＋工業廢水＋地下滲水量)

以最大時污水量Qmax．hour為設計基準

(b)分流式雨水管以2~5年一次暴雨之雨量強度(I)所得之計畫雨水量為設計基準

(c)合流制•以Q雨天時下水量

加Qmax．hour

為設計基準

•污水截流管→3~6倍Q晴天污水2.最小管徑(Dmin)

雨水管：250~300mm

污水管：150~200mm3.最小坡度(Smin)

由Vmin

決定↔from曼寧公式4.Velocity(a)Vmax

≈0.75~3m/s=75~300cm/s(i,e33secfor100m)(b)Vmin•滿流：60cm/sec(污水)；90cm/sec(雨水)•不滿流：45cm/sec(污水)；60cm/sec(雨水)常含大量砂石5.覆土深度(d)

→避免太淺損害水管

(a)最小•污水管：2m•雨水管：1~1.6m

(b)最大：4~5m6.曼寧粗糙係數(n)D＜600mm‚n=0.015D＞600mm‚n=0.0137.管底高程(IE)IE=GE－d－( D＋t)t≪D‚

可忽略8.收集面積劃分IE=invertelevationd=覆土深度t=管厚7污水下水道計畫1.計畫人口數

a.計畫人口數預測（過去/未來）

b.人口分佈預測

c.日間人口數2.計畫污水量

a.家庭污水量

b.工業廢水污水量

c.地下水入滲污水量

d.計畫最大日污水量

e.計畫最大時污水量f.計畫平均日污水量3.計畫水質4.流達率5.下水道計畫之河川流量6.污染負荷削減量7.下水道收集處理量8.處理方法

→二級處理9.抽水站計畫－不浸水－不散發臭氣、噪音合流式抽水站：以雨天時計畫下水量為準分流式抽水站：以計畫最大時污水量為準10.處理廠計畫

(a)處理廠數以少設為宜

∵大規模處理廠建設及維護管理費用高

(b)處理廠之位置應考慮－放流水域之水利用狀況－計畫區域之地形、周圍條件－距住宅區遠

(c)應保留足夠用地（二級）

→擴充三級（未來）8雨水下水道計畫1.計畫雨水量

(a)計畫逕流量

合理公式法：Q=0.278CIA尖峰逕流量(m3/s)

逕流係數排水面積(km2)雨量強度(mm/hr)(b)暴雨公式

Talbot

Shermana,b,n由圖解之seeP31(c)逕流係數(C)seeP36table2-5(d)頻率年數

•以1~5年為原則•最少20年之降雨資料(e)集流時間

(中)流入時間≈5~10min流過時間=最上游之管渠起點至管渠設計點之流過時間

=距離/流速(f)排水面積

=計畫區之總面積－排水區內之河川、湖泊面積9設計實例如fig5-8

所示，為一污水下水道系統之設計實例：人口密度

=10000人/km2

Qmax=1.5lpcd(含入滲量)最小管徑

=200mm最小埋深

=2m最小流速

=0.6m/sec最大流速

=3.0m/secn=0.013•上游污水管至第5號人孔之管徑為300mm，供5725人排污之用。•第5號人孔之地面高程為95.69m，

管底高程為93.23m。•直線管上之人孔上、下游管底高程採2cm之落差；

方向改變處但管徑不變者採3cm落差；若管徑改變則用管頂齊平方式；若有分支則與大管之頂齊平。圖5-8污水下水道系統設計實例表5-8

污水下水道系統設計實例之數據設計之計算過程如表5-8所示，其編號說明如下：(1)及(2)：管線位置，由人孔編號示之(3)及(4)：管線長與收集面積，由圖上量得(5)：人口數，(4)×10000人/km2(6)：該段管線負責排污之人口總數(7)：污水量，(6)×1500lpcd÷1000÷1440(8)及(9)：人孔上、下游端之地面高程(