1、第7章 污水管网设计与计算,污水管网设计的主要任务,污水管网总设计流量及各管段设计流量计算 污水管网各管段直径、埋深、衔接设计与水力计算； 污水提升泵站设计与设计； 污水管网施工图绘制等。,10.1 排水管网系统规划布置,布置原则： （1）按照城市总体规划，结合当地实际情况布置，进行多方案技术经济比较； （2）先确定排水区域和排水体制，然后布置排水管网，从干管到支管的顺序布置； （3）充分利用地形，采用重力流排除污水和雨水，并使管线最短和埋深最小； （4）协调好与其他管道、电缆和道路等工程的关系； （5）规划时要考虑使管渠的施工、运行和维护方便； （6）近远期结合，留有发展余地，考虑分期实施的
2、可能性。,排水管网布置形式正交式,排水干管与等高线垂直相交，主干管与等高线平行铺设。 适应于地形平坦略向一边倾斜的地区。,1.支管 2.干管 3.主干管 4.溢流口 5.泵站 6.出口渠渠头7.污水厂8.污水灌溉田 9.河流,排水干管与等高线平行，主干管与等高线基本垂直。 适应于地形坡度很大的地区。,1.支管 2.干管 3.支干管 4.主干管 5.泵站6.污水厂 7.污水灌溉田 8.河流,排水管网布置形式平行式,污水管网布置,主要内容：确定排水区界，划分排水流域； 选择污水厂和出水口位置； 拟订污水干管和总干管的路线； 确定需要提升的排水区域和设置泵站的位置,（1）确定排水区界，划分排水流域,
3、排水区界是污水排水系统设置的界限。排水流域是指在排水区界内，按照一定要求所划分的不同排水区域。（通常根据等高线划分排水区域，在地形平坦地区可按照面积的大小进行划分。）每一个排水流域应有一根或一根以上的干管。,（2）选择污水厂出水口的位置,原则,城市的下风向,水体的下游,离开居住区和工业区,（3）干管布置和定线,影响污水管平面布置的主要因素： 地形和水文地质条件； 城市总体规划、竖向规划和分期建设情况； 排水体制、线路数目； 污水处理利用情况、处理厂和排放口的位置； 排水量大的工业企业和公建情况； 道路和交通情况； 地下管线和构筑物分布情况。,地形是影响管道定线的主要因素,充分利用地形，使污水自
4、流接入； 地下复杂易布置成几个独立的排水系统； 地势起伏大易布置成高低区排水系统； 个别低洼地区应局部提升。,2. 污水主干管的走向与数目取决于污水厂和出水口的位置和数目,3. 污水干管一般沿城市道路布置。通常设在污水量较大或地下管线较少的一侧人行道、绿化带或慢车道下。道路超过40m，可考虑在道路两侧各设一条污水管。,排水系统的布置形式-正交式,1.城市边界 2.排水流域分界线 3.干管正交式（干管与河流垂直）,排水系统的布置形式-截流式,1.城市边界 2.排水流域分界线 3.干管 4.主干管 5.污水厂 6.出水口,排水系统的布置形式-平行式,1.城市边界 2.排水流域分界线 3.干管4.污
5、水厂 5.出水口,排水系统的布置形式-分区式,1.城市边界 2.排水流域分界线 3.干管4.泵站 5.污水厂,排水系统的布置形式-分散式,1.城市边界 2.干管 3.主干管 4.污水厂,排水系统的布置形式-环绕式,1.城市边界 2.排水流域分界线 3.干管 4.主干管 5.污水厂 6.出水口,支管定线,街坊狭长或地形有倾斜时：低侧式,地形平坦且面积较大：围坊式,建筑已定和街坊管道自成体系：穿坊式,低 侧 式,围 坊 式,穿 坊 式,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,
6、泵站设置地点,中途泵站,终点泵站,局部泵站,雨水管渠布置,雨水管渠系统组成：雨水口、雨水管渠、检查井、出水口等构筑物。城市雨水管渠规划布置得主要内容： 确定排水流域和排水方式； 进行雨水管渠定线； 确定雨水泵房、雨水调节池、雨水排放口的位置。,雨水管渠系统布置考虑因素,充分利用地形，就近排入水体。 尽量避免设置雨水泵站。 结合街区及道路规划布置。 雨水管渠采用明确和暗管相结合的形式。 雨水出口的设置。 调蓄水体的布置。 考虑设置排洪沟。,废水综合治理和区域排水系统,废水综合治理应当对废水进行全面规划和综合治理。和许多因素有关： 合理的生产布局和城市区域功能规划 合理利用水头、土壤等自然环境的自
7、净能力 严格控制废水和污染物的排放量 做好区域性综合治理及建立区域排水系统,9.1 污水设计流量计算,污水量定额与城市用水量定额之间有一定的比例关系，称为排放系数。一般，生活污水和工业废水约为用水量6080%。但由于地下水和地面雨水从接口、裂隙进入，使实际污水量增大。居民生活污水定额和综合生活污水定额应根据用水定额，结合建筑内部给排水设施水平和排水系统普及程度等因素确定。 工业企业生活污水和淋浴污水量按有关规定协调。 工业企业废水量根据工艺特点确定,9.1.1 设计污水量定额,9.1.2 污水量的变化,Kd日变化系数，最大日污水量与平均日污水量的比值 Kh时变化系数，最大日最大时污水量与最大日
8、平均时污水量的比值 KZ 总变化系数，最高日最高时污水量与平均日平均时污水量的比值,KZ=Kd Kh,污水量变化可以用变化系数和变化曲线来描述。,（1）居民生活污水量变化系数,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）,5,2.3,15,2.0,40,1.8,70,1.7,100,1.6,200,1.5,500,1.4,1000,1.3,（2）工业废水量变化系数和产品种类和生产工艺有关（3）工业企业生活污水和淋浴污水量变化系数生活污水：一般车间3.0，高温车间2.5。淋浴污水：近似均匀排水。,9.1.3 污水设计流量计算,（1）居民生活污水设计流量q1i居民平均日生活污
9、水量标准，L/(cap.d) N1i 人口数，cap； KZ1 总变化系数注意：q1i按平均日污水量定额，按平均日用水量定额的8090%确定。,（2）工业废水设计流量q2i 废水量定额，m3/万元、 m3/产量单位或m3/ 生产设备单位.d； N2i 最高日产值，万元/d，或产量，产品单位/d，或生产设备数量，生产设备单位； T2i 最高日生产小时数，h； f2i 生产用水重复利用率； K2i 时变化系数。,（3）工业企业生活污水及淋浴污水量计算,q3ai职工生活污水量标准,一般车间25(L/(人.班),热车间35(L/(人.班)； N3ai 最高日生活用水总人数； T3ai 最高日每班工作小
10、时数，h； Kh3ai生活污水量时变化系数，一般车间3.0，热车间2.5； q3bi职工淋浴用水量标准，一般车间40(L/(人.班，热车间60(L/(人.班)； N3bi 最高日淋浴用水总人数,（4）公共建筑污水设计流量,q4i 各公共建筑最高日污水量标准，L/(用水单位.d）； N4i 用水单位数； T4i 最高日排水小时数，h； Kh4i 污水量时变化系数。,（5）城市污水设计总流量,已知某城镇最高日排放污水量Q1，平均日排放污水量Q2，最高日最高时排放污水量为Q3，日变化系数Kd，时变化系数Kh，总变化系数Kz，求排水管网设计流量为多少？,解：设计流量Q=Q3Q=Q1*KhQ=Q2*Kz
11、Q=Q2*Kd*Kh,9.2 管段设计流量计算,连接管、污水干管（主干管和干管）、污水支管。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、或在直管段管径长度较长时（3070m）。 水流为重力流，需满足一定水力坡度。管道埋深太大时设提升泵站（平坦地区，反坡）；坡度较大，设置跌水井。,9.2.1 污水管网的节点与管段,污水管网设计任务：计算不同地点污水流量、各管段污水流量，确定管径、埋深和衔接方式等。,管段：污水管网中流量和坡度不变的管道。 管段设计流量：管段上游端汇入的污水量和该管段收集的污水量。 节点：管段的上游端和下游端。,节点流量： 该节点下游本段沿线污水流量（生活污水）
12、集中流量（工业废水、工业生活污水与淋浴污水、公建污水）,9.2.2 节点设计流量,9.2.3 管段设计流量,本段流量：式中： q1设计管段的本段流量，L/s； F设计管段服务的街坊面积，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，比流量，L/s.公 顷,式中：n污水量标准，L/(人.d)；p人口密度，人/公顷。,污水管道水力计算,过水断面A=A（D，h/D）水力半径R=R(D,h/D)设为均匀流，采用谢才公式计算水头损失，将曼宁公式代人并转换：由流量和流速关系得：,h,D,（1）水力计算公式 （参见：3.3 非满流管渠水力计算）,5个水力参数q、D、h、I、v, 已知其中3
13、个才能求出另2个，水力计算很复杂。 非满流水力计算简化方法： （1）水力计算图表 （2）借助满流水力计算公式并通过一段的比例变换进行计算,流量,坡度,充满度,流速,水力学算图,5个水力参数q、D、h、I、v, 已知其中3个才能求出另2个水力计算时，一般q已知？ ? ?室外排水设计规范对一些设计参数作了相应规定,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）,（1）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
14、（D）或暗渠高（H） （mm）,最大充满度（h/D）,200300 350450 500900 1000,0.55 0.65 0.70 0.75,h,D,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。,（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；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
15、管道的最大流速为5m/s。,（3）最小管径,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。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。,（4）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。,设计充满度一定时，管径越大，最小设计坡度越小。,（5）污水管道的埋设深度,管
16、道的埋设深度有两个意义：,覆土厚度,埋设深度,决定污水管道最小覆土厚度的因素：,冰冻线的要求,地面荷载,满足街坊管连接要求,地面,管道,满足地面荷载要求：车行道下最小覆土厚度0.7m满足防冰冻要求：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。满足街坊污水连接管衔接要求：,从以上三个因素出发，可以得到三个不同的覆土厚度，最大值就是这一沟段的允许最小覆土厚度。,最大埋深 根据技术经济指标及施工方法决定。 在干燥土壤中，沟道最大埋深一般不超过78m；在多水、流沙、石灰岩地层中，一般不超过5m。,衔接原则： （1）尽可能提
17、高下游沟段的高程，以减少埋深，从而降低造价，在平坦地区这点尤其重要； （2）避免在上游沟段中形成回水而造成淤积； （3）不允许下游沟段的沟底高于上游沟段的沟底。,（6）污水管道的衔接,一般情况下， 异管径沟段采用沟顶平接。 同管径沟段采用水面平接。,特殊情况， 同管径，坡度变陡，沟顶平接。 下游管径小于上游管径（坡度变陡），沟底平接。,9.4 污水管道水力计算,分析设计地区的地形等实际情况 考虑规范规定的设计参数,管道坡度的确定,尽可能与地面坡度平行，减小管道埋深； 保证合理的设计流速，不淤积和冲刷。在保证流速和充满度的前提下： 管径大，坡度小； 管径小，坡度大。矛盾，考虑经济性问题。,（1）较大坡度地区管段设计,沿地面坡度敷设，满足最小流速。流量 期望坡度 管径，流速（比例换算法，附图1） 最大充满度流量 期望坡度 充满度和流速（比例换算法，水力图） 管径,（1）,（2）平坦或反坡地区管段设计,一定流量， 管径大，坡度小；管径过大，流速过小。,（2）,（3）,平坦或反坡地区管段设计,流量 最大管径 充满度，坡度（比例换算法； 最小流速 水力图）流量 管径（附图1） 充满度，流速（比例换算法； 坡度 水力图）,（3）管段衔接设计,污水管网设计流量 管径，坡度衔接方式，计算埋深,
