w生活污水、工業(yè)廢水和降水排水設計

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。w生活污水、工業(yè)廢水和降水排水設計排水設計排水設計1、排水基礎知識1.1排水分類 城市排水按照來源和性質可分為生活污水、工業(yè)廢水和降水，而城市污水是指排入城市排水管道的生活污水和工業(yè)廢水的總和。 1生活污水 生活污水指人們日常生活中用過的水，主要包括從住宅、公共場所、機關、學校、醫(yī)院、商店及其他公共建筑和工廠的生活間，如廁所、浴室、廚房、食堂和洗衣房等處排出的水。生活污水中含有較多有機物和病原微生物等污染物質在收集后需經過處理才能排入水體、灌溉農田或再利用。 2工業(yè)廢水 工業(yè)廢水是指在工業(yè)生產中所產生的

2、廢水。工業(yè)廢水水質隨工廠生產類別、工藝過程、原材料、用水成分以及生產管理水平的不同而有較大差異。根據(jù)污染程度的不同，工業(yè)廢水可分為生產廢水和生產污水。生產廢水是指在使用過程中受到輕度污染或僅水溫增高的水，如冷卻水，通常經簡單處理后即可在生產中重復使用，或直接排入水體。生產污水是指在使用過程中受到較嚴重污染的水具有危害性，需經處理后方可再利用或排放。不同的工業(yè)廢水所含污染物質有所不同，如冶金、建材工業(yè)廢水含有大量無機物，食品、煉油、石化工業(yè)廢水所含有機物較多。另外，不少工業(yè)廢水含有的物質是工業(yè)原料，具有回收利用價值。 3降水 降水即大氣降水，包括液態(tài)降水和固態(tài)降水，通常主要指降雨。降落雨水一般比

3、較清潔，但初期降雨的雨水徑流會攜帶著大氣中、地面和屋面上的各種污染物質，污染相對嚴重，應予以控制。由于降雨時間集中，徑流量大，特別是暴雨，若不及時排泄，會造成災害。在城市和工業(yè)企業(yè)中，應當有組織地、及時地排除上述廢水和雨水，否則可能污染和破壞環(huán)境，甚至形成公害，影響生活和生產以及威脅人民健康。 1.2排水管道系統(tǒng)的組成排水管道系統(tǒng)一般由廢水收集設施、排水管道、水量調節(jié)池、提升泵站、廢水輸水管（渠）和排放口等組成。圖1.1 排水管道系統(tǒng)示意圖1-排水管道；2-水量調節(jié)池；3-提升泵站；4-輸水管道（渠）；5-污水處理廠1.3排水體制在城市和工業(yè)企業(yè)中通常有生活污水、工業(yè)廢水和降水。這些污水是采用

4、一個管渠系統(tǒng)來排除，或是采用兩個或兩個以上各自獨立的管渠系統(tǒng)來排除。污水的這種不同排除方式所形成的排水系統(tǒng)，稱作排水系統(tǒng)的體制，簡稱排水體制。排水系統(tǒng)的體制，一般分為合流制和分流制兩種類型。 1 合流制合流制排水系統(tǒng)是將城市生活污水、工業(yè)廢水和雨水徑流匯集到一個管渠內予以輸送、處理和排放。按照其產生的次序及對污水處理的程度不同，合流制排水系統(tǒng)可分為直排式合流制、截流式合流制和全處理式合流制。（1）直流式合流制排水系統(tǒng)：城市污水與雨水徑流不經任何處理直接排入附近水體的合流制稱為直排式合流制排水系統(tǒng)（圖1.2）。管渠系統(tǒng)布置就近排向水體，分若干排出口，混合的污水不經處理直接泄入水體。國內外很多老城

5、區(qū)的排水方式大多是這種系統(tǒng)，但是隨著現(xiàn)代化工業(yè)與城市的發(fā)展，污水量不斷增加，水質日趨復雜，所造成的污染危害很大。因此，這種直泄式合流制排水系統(tǒng)目前不宜采用。（2）截流式合流制排水系統(tǒng)（圖1.3）：截流式合流制是在直排式合流制的基礎上，修建沿河截流干管，在適當?shù)奈恢迷O置溢流井，并在截流主干管（渠）的末端修建污水處理廠。該系統(tǒng)可以保證晴天的污水全部進入污水處理廠，雨季時，通過截流設施，截流式合流制排水系統(tǒng)可以匯集部分雨水（尤其是污染重的初期雨水徑流）至污水處理廠，當雨污混合水量超過截流干管輸水能力后，其超出部分通過溢流井泄入水體。這種體制對帶有較多懸浮物的初期雨水和污水都進行處理，對保護水體是有利

6、的，但另一方面雨量過大，混合污水量超過了截流管的設計流量，超出部分將溢流到城市河道，不可避免會對水體造成局部和短期污染。并且，進入處理廠的污水，由于混有大量雨水，使原水水質、水量波動較大，勢必對污水廠各處理單元產生沖擊，這就對污水廠處理工藝提出了更高的要求。國內外在改造老城市的合流制作水系統(tǒng)時，通常采用這種方式。 1 合流支管 2 合流干管 1 合流干管 2 截流干管 3 截流井 4 污水廠 5、6 排放口圖1.2 直流制排水系統(tǒng) 圖1.3 截流式合流制排水系統(tǒng)1 支管 2 干管 3 污水廠 4排放口 圖1.4 全處理合流制排水系統(tǒng)（3）全處理合流制排水系統(tǒng)（圖1.4）：污水、廢水、雨水混合匯

7、集后全部輸送到污水廠處理后再排放。這對防止水體污染，保障環(huán)境衛(wèi)生方面當然是最理想的，但需要主干管的尺寸很大，對污水處理廠處理能力的要求高，并且需要大量的投資和運行費用，很不經濟。因此，這種方式在實際情況下也很少采2 分流制當生活污水、工業(yè)廢水和雨水用兩個或兩個以上排水管渠排除時，稱為分流制排水系統(tǒng)。其中排除生活污水，工業(yè)廢水的系統(tǒng)稱為污水排水系統(tǒng)；排除雨水的系統(tǒng)稱為雨水排水系統(tǒng)。根據(jù)排除雨水方式的不同，又分為完全分流制、不完全分流制和截流式分流制。（1）完全分流制排水系統(tǒng)（圖1.5）：分設污水和雨水兩個管渠系統(tǒng)，前者匯集生活污水、工業(yè)廢水，送至處理廠，經處理后排放或加以利用。后者通過各種排水設

8、施匯集城市內的雨水和部分工業(yè)廢水（較潔凈），就近排入水體。但初期雨水未經處理直接排放到水體，對水體污染嚴重。近年來，國內外對雨水徑流的水質調查發(fā)現(xiàn)，雨水徑流特別是初降雨水徑流對水的污染相當嚴重，因此提出對雨水徑流也要嚴格控制的截流式分流制排水系統(tǒng)。 1 污水干管  2 污水主干管  1 污水干管 2 雨水干管 3 截流井 3 雨水干管  4 污水廠  5 出水口 4 截流干管 5 污水廠6排放口圖1.5 完全分流制 圖1.6 截流式分流制1 污水干管 2 污水主干管3 原有管渠 5 污水廠 6 排放口 圖1.7 不完全分流制（2）截流式分流制排水系統(tǒng)（圖

9、1.6）：既有污水排水系統(tǒng)，又有雨水排水系統(tǒng)，與完全分流制的不同之處是在于它具有把初期雨水引入污水管道的特殊設施，稱雨水截流井。在小雨時，雨水經初期雨水截流干管與污水一起進入污水處理廠處理；大雨時，雨水跳躍截流干管經雨水出流干管排入水體。截流式分流制的關鍵是初期雨水截流井。要保證初期雨水進入截流管，中期以后的雨水直接排入水體，同時截流井中的污水不能溢出泄入水體。截流式分流制可以較好地保護水體不受污染，由于僅接納污水和初期雨水，截流管的斷面小于截流式合流制，進入截流管內的流量和水質相對穩(wěn)定，亦減少污水泵站和污水處理廠的運行管理費用。（3）不完全分流制排水系統(tǒng)（圖1.7）：只建污水排水系統(tǒng)，未建雨

10、水排水系統(tǒng)，雨水沿著地面、道路邊溝和明渠泄入水體?；蛘咴谠星琅潘芰Σ蛔阒幮藿ú糠钟晁艿溃鞘羞M一步發(fā)展或有資金時再修建雨水排水系統(tǒng)。該排水體制投資省，主要用于有合適的地形、有比較健全的明渠水系的地方，以便順利排泄雨水。目前還有很多城市在使用，不過它沒有完整的雨水管道，在雨季容易造成徑流污染和洪、澇災害，所以最終還得改造為完全分流制。對于常年少雨、氣候干燥的城市可采用這種體制，而對于地勢平坦，多雨易造成積水地區(qū)，不宜采用不完全分流制。1.4排水體制的選擇 合理地選擇排水系統(tǒng)的體制，是城市和工業(yè)企業(yè)排水系統(tǒng)規(guī)劃和設計的重要問題。它不僅從根本上影響排水系統(tǒng)的設計、施工、維護管理，而且對城

11、市和工業(yè)企業(yè)的規(guī)劃和環(huán)境保護影響深遠，同時也影響排水系統(tǒng)工程的總投資、初期投資以及維護管理費用。通常排水系統(tǒng)體制的選擇應滿足環(huán)境保護的需要，根據(jù)當?shù)貤l件，通過技術經濟比較確定。而環(huán)境保護應是選擇排水體制時所考慮的主要問題。下面從不同的角度進一步分析各種體制的使用情況。 （1）環(huán)境保護方面：如果采用合流制將城市生活污水、工業(yè)廢水和雨水全部截流送往污水廠進行處理，然后再排放，從控制和防止水體的污染來看是較理想的，但這時截流主干管尺寸很大，污水廠容量也要增加很多，建設費用相應地提高。采用截流式合流制時，在暴雨徑流之初，原沉淀在合流管渠的污泥被大量沖起，經溢流井送人水體。同時雨天時有部分混合污水溢入水

12、體。實踐證明，采用截流式合流制的城市，水體污染日益嚴重。應考慮將雨天時溢流出的混合污水予以儲存，待晴天時再將儲存的混合污水全部送至污水廠進行處理，或者將合流制改建成分流制排水系統(tǒng)等。 分流制是將城市污水全部送至污水廠處理，但初期雨水未加處理就直接排入水體，對城市水體也會造成污染，這是它的缺點。近年來，國內外對雨水徑流水質的研究發(fā)現(xiàn)，雨水徑流特別是初期雨水徑流對水體的污染相當嚴重。分流制雖然具有這一缺點，但它比較靈活，比較容易適應社會發(fā)展的需要，一般又能符合城市衛(wèi)生的要求，所以在國內外獲得了廣泛的應用，而且也是城市排水體制的發(fā)展方向。 （2）工程造價方面：國外有的經驗認為合流制排水管道的造價比完

13、全分流制一般要低20%40%，但合流制的泵站和污水廠的造價卻比分流制高。從總造價來看完全分流制比合流制可能要高。從初期投資來看，不完全分流制初期只建污水排水系統(tǒng)，因而既可節(jié)省初期投資費用，又可縮短工期，發(fā)揮工程效益也快。合流制和完全分流制的初期投資均大于不完全分流制。 （3）維護管理方面：晴天時污水在合流制管道中只是部分流，雨天時才接近滿管流，因而晴天時合流制管內流速較低，易于產生沉淀。但據(jù)經驗，管中的沉淀物易被暴雨水流沖走，這樣合流管道的維護管理費用可以降低。但是，晴天和雨天時流入污水廠的水量變化很大，增加了合流制排水系統(tǒng)污水廠運行管理中的復雜性。而分流制系統(tǒng)可以保持管內的流速，不致發(fā)生沉淀

14、，同時，流入污水廠的水量和水質比合流制變化小得多，污水廠的運行易于控制。 （4）施工方面：合流制管線單一，減少與其他地下管線、構筑物的交叉，管渠施工較簡單。但在建筑物有地下室情況下采用合流制，遇暴雨時有可能倒流入地下室內，合流制安全性不如分流制?；旌现婆潘到y(tǒng)的優(yōu)缺點，介于合流制和分流制排水系統(tǒng)兩者之間。 排水系統(tǒng)體制的選擇是一項既復雜又很重要的工作。應根據(jù)城鎮(zhèn)及工業(yè)企業(yè)的規(guī)劃、環(huán)境保護的要求、污水利用情況、原有排水設施、水量、水質、地形、氣候和水體狀況等條件，在滿足環(huán)境保護的前提下，通過技術經濟比較綜合確定。新建地區(qū)一般應采用分流制排水系統(tǒng)。但在特定情況下采用合流制可能更為有利。1.5排水系

15、統(tǒng)的規(guī)劃設計原則排水工程是現(xiàn)代化城市不可缺少的一項重要設施，是城市建設的重要組成部分，同時也是控制水污染、改善和保護水環(huán)境的重要措施。排水工程的規(guī)劃和設計，應遵循以下原則：（1）排水工程的規(guī)劃應符合城市總體規(guī)劃，并應與其他單項工程建設密切配合，相互協(xié)調；（2）城市污水是可貴的淡水資源，在規(guī)劃中要考慮污水經再生后回用的方案。還要考慮給水和防洪的問題，污水排水工程與給水工程相協(xié)調，雨水排水工程與防洪工程相協(xié)調；（3）如果嚴格按照總體規(guī)劃的年限、污水量標準、居住人口密度、土地服務范圍等為依據(jù)，往往很難順應城鎮(zhèn)的發(fā)展需要，因此進行城鎮(zhèn)排水管網規(guī)劃設計時，應比城鎮(zhèn)總體規(guī)劃年限更長些； （4）考慮污水、雨

16、水的集中處理與分散處理； （5）經濟合理地確定管網密度、排水灌渠盡量分散，避免集中，排水路線盡量短捷，以節(jié)省總投資； （6）主干管盡可能布置在河岸或水體附近的較低處，以便于干管接入；（7）城鎮(zhèn)污水管渠應考慮城市工業(yè)廢水的接入，滿足排入城市下水道水質工業(yè)廢水直接排入下水道，不滿足標準的在城內進行預處理后排入下水道；（8）排水管渠應盡量避免穿越不宜通過的地帶和構筑物，也不宜穿越有待規(guī)劃和發(fā)展的大片空地，以免影響整塊地的功能和價值； （9）排水管渠系統(tǒng)應和地形地勢相適應，順坡排水，盡量使污水重力排出，盡量少設中途提升泵站。1.6 排水系統(tǒng)的布置形式城市、居住區(qū)或工業(yè)企業(yè)的排水系統(tǒng)在平面上的布置，隨地

17、形、規(guī)劃、污水廠的位置、土壤條件、河流情況、污水的種類和污染程度等因素而定。常規(guī)的排水管網一般布置成樹狀網，以地形為主要考慮因素的布置形式有以下幾種： 平行式（圖1.8）：干管與等高線及河道基本平行，而主干管與等高線及河道成一定斜角敷設。平行式布置適應于地勢向河流方向有較大傾斜的地區(qū)，避免了因干管坡度及管內流速過大而導致管道嚴重沖刷。正交式（圖1.9）：干管與以最短距離與水體垂直相交敷設。正交式布置適應于地勢向水體適當傾斜的地區(qū)，正交布置的干管長度短、管徑小，因而經濟，污水排出也迅速。但是由于污水未經處理就直接排放，會使水體遭受嚴重污染，影響環(huán)境。因此在現(xiàn)在城市中，這種布置形式僅用于排除雨水。

18、若沿河岸在敷設主干管，并將各干管的污水截流送至污水廠，這種布置形式稱截流式布置。截流式布置對減輕水體污染、改善和保護環(huán)境有重大作用。它適用于分流制污水排水系統(tǒng)，將生活污水及工業(yè)廢水經過處理后排入水體；也適用于區(qū)域排水系統(tǒng)，區(qū)域主干管截流各城鎮(zhèn)的污水送至區(qū)域污水廠進行處理。1.支管 2.干管 3.主干管 4.溢流口 5.泵站 6.出口渠渠頭7.污水廠8.污水灌溉田 9.河流圖1.8平行式1.支管 2.干管 3.支干管 4.主干管 5.泵站6.污水廠 7.污水灌溉田 8.河流 圖1.9正交式截流式（圖1.10）：沿河岸再敷設主干管，并將各干管的污水截流送至污水廠，是正交式發(fā)展的結果?？蓽p輕水體污染

19、，保護環(huán)境。適用于分流制污水排水系統(tǒng)。 圖1.10截流式 圖1.11分區(qū)式分區(qū)式（圖1.11）：在地勢高低相差很大的地區(qū)，當污水不能靠重力流至污水廠時采用。分別在高地區(qū)和低地區(qū)敷設獨立的管道系統(tǒng)。高地區(qū)的污水靠重力流直接流入污水廠，而低地區(qū)的污水用水泵抽送至高地區(qū)干管或污水廠。優(yōu)點是能充分利用地形排水，節(jié)省電力。適用于個別階梯地形或起伏很大的地區(qū)。分散式（圖1.12）：當城鎮(zhèn)中央部分地勢高，且向周圍傾斜，四周又有多處排水出路時，各排水流域的干管常采用輻射狀布置，各排水流域具有獨立的排水系統(tǒng)。特點是干管長度短，管徑小，管道埋深淺，便于污水灌溉等，但污水廠和泵站（如需設置時）的數(shù)量將增多。適用于在

20、地勢平坦的大城市。 圖1.12分散式 圖1.13環(huán)繞式環(huán)繞式（圖1.13）：可沿四周布置主干管，將各干管的污水截流送往污水廠集中處理，這樣就由分散式發(fā)展成環(huán)繞式布置。特點是污水廠和泵站（如需設置時）的數(shù)量少，基建投資和運行管理費用小。612、污水管道設計2.1污水管道系統(tǒng)的設計內容包括： （1）設計基礎數(shù)據(jù)（包括設計地區(qū)的面積、設計人口數(shù)、污水定額等）的確定； （2）污水管道系統(tǒng)的平面布置； （3）污水管道系統(tǒng)設計流量計算和水力計算； （4）污水管道系統(tǒng)上某些附屬構筑物，如污水中途泵站、倒虹管、管橋等的設計計算； （5）污水管道在街道橫斷面上位置的確定； （6）繪制污水管道系統(tǒng)平面圖和縱剖面圖

21、。2.2確定排水區(qū)界，劃分排水流域排水區(qū)界是排水系統(tǒng)敷設的界限。在排水區(qū)界內應根據(jù)地形及城市和工業(yè)企業(yè)的豎向規(guī)劃劃分排水流域。一般來說，流域邊界線應與分水線相符合。在地形起伏及丘陵地區(qū)，流域分界線與分水線基本一致，在地形平坦無顯著分水線的地區(qū)，應使干管在最大合理埋深情況下，盡量使絕大部分污水能以自流排水為原則。如有河流或鐵路等障礙物貫穿，應根據(jù)地形情況，周圍水體情況及倒虹管的設置情況等，通過方案比較，決定是否分為幾個排水流域。每一個排水流域應有一條或一條以上的干管，根據(jù)流域高程情況就能查明水流方向和污水需要抽升的地方。 2.3污水管道定線和平面布置污水管道定線和平面布置的組合正確是合理、經濟的

22、設計污水管道系統(tǒng)的先決條件，是污水管道系統(tǒng)設計的重要環(huán)節(jié)。管道定線：在城鎮(zhèn)總平面圖上確定污水管道的位置和走向。 管道平面布置：包括全部支管、干管、主干管、泵站、污水廠、出水口的具體位置和資料。 （1）影響污水管平面布置的主要因素：a）地形和水文地質條件；b）城市總體規(guī)劃、豎向規(guī)劃和分期建設情況；c）排水體制、線路數(shù)目；d）污水處理利用情況、處理廠和排放口的位置；e）排水量大的工業(yè)企業(yè)和公建情況；f）道路和交通情況；g）地下管線和構筑物分布情況。（2）定線順序：主干管、干管、支管。 a）遵循的主要原則：應盡可能地在管線較短和埋深較小的情況下，讓最大區(qū)域的污水能自流排出。 b)考慮因素：地形、排水

23、體制、污水廠和出水口位置，水文地質條件，道路寬度，地下管線等。 （3）主干管的布置原則：a）地形平坦或略有坡度，主干管一般平行于等高線布置，在地勢較低處，沿河岸邊敷設，以便于收集干管來水； b）地形較陡，主干管可與等高線垂直，這樣布置主干管坡度較大，但可設置為數(shù)不多的跌水井，而使干管的水力條件得到改善； c）避開地質條件差的地區(qū)； d）總干管的走向取決于污水廠和出水口位置。 （4）干管的布置原則：a）盡量設在地勢較低處，以便支管排水； b）地形平坦或略有坡度，干管與等高線垂直（減小埋深）； c）地形較陡，干管與等高線平行（減少跌水井數(shù)量）； d）一般沿城市街道布置，通常設置在污水量較大、地下管

24、線較少、地勢較低一側的人行道、綠化帶或慢車道下，并與街道平行。當街道寬度40m，可考慮在街道兩側設兩條污水管，以減少連接支管的長度和數(shù)量。 （5）支管的平面布置原則： 除取決于地形外，還需考慮街坊的建筑特征，并便于用戶的接管排水，一般有三種形式：底邊式、圍坊式、穿坊式。a）底邊式(圖2.1)：街坊狹長，面積較小或地形傾斜，街區(qū)內污水采用集中出水方式時，只管敷設在服務街區(qū)較低側的地下； b）圍坊式也稱周邊式(圖2.2)：街區(qū)面積較大且地形平坦時，宜在街區(qū)四周的街道下敷設支管； c）穿坊式(圖2.3)：街坊內部建筑規(guī)劃已經確定，或街坊內部管道自成體系時，支管可穿越街坊布置。 圖2.1底邊式 圖2.

25、2圍坊式圖2.3穿坊式（6） 管道在街道上的布置 a）從建筑紅線到道路中心線管線的布置的順序一般是：電力電纜電信電纜煤氣管道熱力管道給水管道污水管道雨水管道。 b）矛盾處理原則：新建讓已建的，臨時讓永久的，小管讓大管，壓力管讓重力流管，可彎讓不可彎的，檢修次數(shù)少的讓檢修次數(shù)多的。 c）管線隧道：在繁忙街道，可以把各種管道集中安置在隧道中；雨水管道可以與隧道平行敷設。（7） 污水處理廠廠址的選擇：根據(jù)室外排水設計規(guī)范（GB50014-2006）的規(guī)定，污水廠位置的選擇應符合城鎮(zhèn)總體規(guī)劃和排水工程專業(yè)規(guī)劃的要求，并應根據(jù)下列因素綜合確定： a）在城鎮(zhèn)水體的下游；b）便于處理后出水回用和安全排放；

26、c）便于污泥集中處理和處置；d）在城鎮(zhèn)夏季主導風向的下風側； e）有良好的工程地質條件； f）少拆遷、少占地，根據(jù)環(huán)境評價要求，有一定的衛(wèi)生防護距離；g）有擴建的可能； h）廠區(qū)地形不應受洪澇災害影響，防洪標準不應低于城鎮(zhèn)防洪標準，有良好的排水條件； i）有方便的交通、運輸和水電條件。污水廠和出水口要設在城市的下風向，水體的下游，離開居住區(qū)和工業(yè)區(qū)。其間距必須符合環(huán)境衛(wèi)生的要求，應通過環(huán)境影響評價最終確定。2.4污水設計流量的計算 污水管道系統(tǒng)的設計流量是污水管道及其附屬構筑物能保證通過的最大流量。通常以最大日最大時流量作為污水管道系統(tǒng)的設計流量，其單位為L/s。它包括生活污水設計流量和工業(yè)廢

27、水設計流量兩大部分。就生活污水而言又可分為居民生活污水、公共設施排水和工業(yè)企業(yè)內生活污水和淋浴污水三部分。（1）生活污水設計流量a） 居民生活污水設計流量 居民生活污水主要來自居住區(qū)，它通常按下式計算： 式中： Q1 居民生活污水設計流量，Ls； n 居民生活污水量定額，L(cap·d)； N 設計人口數(shù)，cap； KZ生活污水量總變化系數(shù)。1）居民生活污水量定額 居民生活污水量定額，是指在污水管道系統(tǒng)設計時所采用的每人每天所排出的平均污水量。在確定居民生活污水量定額時，應調查收集當?shù)鼐幼^(qū)實際排水量的資料，然后根據(jù)該地區(qū)給水設計所采用的用水量定額，確定居民生活污水量定額。在沒有實測

28、的居住區(qū)排水量資料時，可按相似地區(qū)的排水量資料確定。若這些資料都不易取得，則根據(jù)室外排水設計規(guī)范(GBJl4-87)的規(guī)定，按居民生活用水定額確定污水定額。對給水排水系統(tǒng)完善的地區(qū)可按用水定額的90%計，一般地區(qū)可按用水定額的80%計。2）設計人口數(shù) 設計人口數(shù)是指污水排水系統(tǒng)設計期限終期的規(guī)劃人口數(shù)，是計算污水設計流量的基本數(shù)據(jù)。它是根據(jù)城市總體規(guī)劃確定的，在數(shù)值上等于人口密度與居住區(qū)面積的乘積。即：式中：N設計人口數(shù)，cap；人口密度，cap/hm2；F居住區(qū)面積，hm2；cap“人”的計量單位。人口密度表示人口的分布情況，是指單位面積上居住的人口數(shù)，以cap/h m2表示。它有總人口密度

29、和街坊人口密度兩種形式?？側丝诿芏人玫拿娣e包括街道、公園、運動場、水體等處的面積，而街坊人口密度所用的面積只是街坊內的建筑用地面積。在規(guī)劃或初步設計時，采用總人口密度，而在技術設計或施工圖設計時，則采用街坊人口密度。設計人口數(shù)也可根據(jù)城市人口增長率按復利法推算，但實際工程中使用不多。3）生活污水量總變化系數(shù) 流入污水管道的污水量時刻都在變化。污水量的變化程度通常用變化系數(shù)表示。變化系數(shù)分為日變化系數(shù)、時變化系數(shù)和總變化系數(shù)三種。一年中最大日污水量與平均日污水量的比值稱為日變化系數(shù)(Kd)； 最大日最大時污水量與最大日平均時污水量的比值稱為時變化系數(shù)(Kh)；最大日最大時污水量與平均日平均時污

30、水量的比值稱為總變化系數(shù)(Kz)。 顯然，按上述定義有 表2.1 生活污水量總變化系數(shù)污水平均日流量（L/s）51540701002005001000總變化系數(shù)Kz2.32.01.81.71.61.51.41.3注：當污水平均日流量為中間數(shù)值時，總變化系數(shù)用內插法求得；當居住區(qū)有實際生活污水量變化資料時，可按實際數(shù)據(jù)采用。我國在多年觀測資料的基礎上，經過綜合分析歸納，總結出了總變化系數(shù)與平均流量之間的關系式，即：式中：Q 污水平均日流量，L/s。當Q5L/s時，Kz=2.3；當Q1000L/s時，Kz=1.3。設計時也可采用式直接計算總變化系數(shù)，但比較麻煩。b）公共設施排水量公共設施排水量Q2

31、應根據(jù)公共設施的不同性質，按建筑給水排水設計規(guī)范（GB50015-2003）的規(guī)定進行計算。式中：q2i 各公共建筑最高日污水量標準，L/(用水單位.d）；N2i 用水單位數(shù)；T2i 最高日排水小時數(shù)，h；Kh2i 污水量時變化系數(shù)。c）工業(yè)企業(yè)生活污水和淋浴污水設計流量工業(yè)企業(yè)的生活污水和淋浴污水主要來自生產區(qū)的食堂、衛(wèi)生間、浴室等。其設計流量的大小與工業(yè)企業(yè)的性質、污染程度、衛(wèi)生要求有關。一般按下式進行計算：式中：Q3工業(yè)企業(yè)生活污水和淋浴污水設計流量，L/s；A1 一般車間最大班職工人數(shù)，cap；B1一般車間職工生活污水定額，以25L/(cap·班)計；K1一般車間生活污水量時

32、變化系數(shù)，以3.0計；A2熱車間和污染嚴重車間最大班職工人數(shù)，cap；B2熱車間和污染嚴重車間職工生活污水量定額，以35L(cap·班)計； K2熱車間和污染嚴重車間生活污水量時變化系數(shù)，以2.5計； C1一般車間最大班使用淋浴的職工人數(shù)，cap； D1一般車間的淋浴污水量定額，以40L(cap·班)計； C2熱車間和污染嚴重車間最大班使用淋浴的職工人數(shù)，cap； D2熱車間和污染嚴重車間的淋浴污水量定額，以60L(cap·班)計； T 每工作班工作時數(shù)，h。淋浴時間按60min計。工業(yè)企業(yè)工業(yè)職工生活污水和淋浴污水量變化系數(shù)：生活污水：一般車間3.0，高溫車間2

33、.5。淋浴污水：下班后1小時使用，不考慮變化。（2）工業(yè)廢水設計流量工業(yè)廢水設計流量按下式計算： 式中：Q4 工業(yè)廢水設計流量，Ls； m 生產過程中每單位產品的廢水量定額，L單位產品； M 產品的平均日產量，單位產品/d； T 每日生產時數(shù)，h； KZ總變化系數(shù)。工業(yè)廢水量日變化系數(shù)較小，接近1。時變化系數(shù)見下表2.2：表2.2工業(yè)廢水量時變化系數(shù)工業(yè)種類冶金化工紡織食品皮革造紙時變化系數(shù)Kh1.01.11.31.51.52.01.52.01.52.01.31.8（3）城市污水管道系統(tǒng)設計總流量城市污水管道系統(tǒng)的設計總流量一般采用直接求和的方法進行計算，即直接將上述各項污水設計流量計算結果相

34、加，作為污水管道設計的依據(jù)，城市污水管道系統(tǒng)的設計總流量可用下式計算： （L/s） 2.5污水管段設計流量的計算污水管道系統(tǒng)的設計總流量計算完畢后，還不能進行管道系統(tǒng)的水力計算。為此還需在管網平面布置圖上劃分設計管段，確定設計管段的起止點，進而求出各設計管段的設計流量。只有求出設計管段的設計流量，才能進行設計管段的水力計算。（1）設計管段的劃分在污水管道系統(tǒng)上，為了便于管道的連接，通常在管徑改變、敷設坡度改變、管道轉向、支管接入、管道交匯的地方設置檢查井。對于兩個檢查井之間的連續(xù)管段，如果采用的設計流量不變，且采用同樣的管徑和坡度，則這樣的連續(xù)管段就稱為設計管段。設計管段兩端的檢查井稱為設計管

35、段的起止檢查井（簡稱起迄點）。 圖2-4 設計管段的設計流量（2）設計管段的流量確定如圖2-4所示，每一設計管段的污水設計流量可能包括以下3種流量。 a）本段流量q1 所謂本段流量是指從本管段沿線街坊流來的污水量。對于某一設計管段而言，它沿管線長度是變化的，即從管段起點為零逐漸增加到終點達到最大。為了計算的方便，通常假定本段流量是在起點檢查井集中進入設計管段的，它的大小等于本管段服務面積上的全部污水量。一般用下式計算：式中 q1設計管段的本段流量，Ls；F設計管段服務的街坊面積，hm2；KZ生活污水量總變化系數(shù)； qs 生活污水比流量，L(s·hm2)。 生活污水比流量可采用下式計算

36、： 式中 n生活污水定額或綜合生活污水定額，L(cap·d)； 人口密度，cap/ hm2。b）轉輸流量q2轉輸流量是指從上游管段和旁側管段流來的污水量。它對某一設計管段而言，是不發(fā)生變化的，但不同的設計管段，可能有不同的轉輸流量。 c）集中流量q3 集中流量是指從工業(yè)企業(yè)或其它大型公共設施流來的污水量。對某一設計管段而言，它也不發(fā)生變化。設計管段的設計流量是上述本段流量、轉輸流量和集中流量三者之和。2.6污水管道的水力計算（1）污水管道中污水流動的特點污水在管道內依靠管道兩端的水面高差從高處流向低處，是不承受壓力的，即為重力流。污水中含有一定數(shù)量的懸浮物，它們有的漂浮于水面，有的懸

37、浮于水中，有的則沉積在管底內壁上。這與清水的流動有所差別。但污水中的水分一般在99以上，所含懸浮物很少，因此，可認為污水的流動遵循一般流體流動的規(guī)律，工程設計時仍按水力學公式計算。污水在管道中的流速隨時都在變化，但在直線管段上，當流量沒有很大變化又無沉淀物時，可認為污水的流動接近均勻流。設計時對每一設計管段都按均勻流公式進行計算。（2）污水管道水力計算的設計參數(shù) 為保證污水管道的正常運行，室外排水設計規(guī)范中對這些因素綜合考慮，提出了如下的計算控制參數(shù)，在污水管道設計計算時，一般應予以遵守。a)設計充滿度在設計流量下，污水在管道中的水深h與管道直徑D的比值（h/D）稱為設計充滿度，它表示污水在管

38、道中的充滿程度，如圖2-5所示。 圖2-5 充滿度示意圖當h/D1時稱為滿流；h/D<l時稱為不滿流。室外排水設計規(guī)范規(guī)定，污水管道按不滿流進行設計，其最大設計充滿度的規(guī)定如表2-3所示。 表2-3最大設計充滿度 管徑（D）或暗渠高（H） （mm）最大充滿度（h/D）最小充滿度（h/D）（參考）2003003504505009001000 0.55(0.60)0.65(0.70)0.70(0.75)0.75(0.80) 0.250.250.300.35注：在計算污水管道充滿度時，不包括淋浴或短時間內突然增加的污水量，但當管徑小于或等于300mm時，應按滿流復核。規(guī)定最大設計充滿度的原因是

39、：1）污水流量時刻在變化，很難精確計算，而且雨水可能通過檢查井蓋上的孔口流入，地下水也可能通過管道接口滲入污水管道。因此，有必要預留一部分管道斷面，為未預見水量的介入留出空間，避免污水溢出妨礙環(huán)境衛(wèi)生，同時使?jié)B入的地下水能夠順利流泄。2）污水管道內沉積的污泥可能分解析出一些有害氣體（如CH4、H2S等）。此外，污水中如含有汽油、苯、石油等易燃液體時，可能產生爆炸性氣體。故需留出適當?shù)目臻g，以利管道的通風，及時排除有害氣體及易爆氣體。3）便于管道的清通和養(yǎng)護管理。 表2-3所列的最大設計充滿度是設計污水管道時所采用的充滿度的最大限值，在進行污水管道的水力計算時，所選用的充滿度不應大于表2-3中規(guī)

40、定的數(shù)值。但為了節(jié)約投資，合理地利用管道斷面，選用的設計充滿度也不應過小。為此，在設計過程中還應考慮最小設計充滿度作為設計充滿度的下限值。根據(jù)經驗各種管徑的最小設計充滿度不宜小于0.25。一般情況下設計充滿度最好不小于0.5，對于管徑較大的管道設計充滿度以接近最大限值為好。對于明渠，設計規(guī)范規(guī)定設計超高（即渠中水面到渠頂?shù)母叨龋┎恍∮?.2m。b）設計流速與設計流量、設計充滿度相對應的水流平均速度稱為設計流速。設計流速過小，污水流動緩慢，其中的懸浮物則易于沉淀淤積；反之，污水流速過高，雖然懸浮物不宜沉淀淤積，但可能會對管壁產生沖刷，甚至損壞管道使其壽命降低。為了防止管道內產生沉淀淤積或管壁遭受

41、沖刷，室外排水設計規(guī)范規(guī)定了污水管道的最小設計流速和最大設計流速。污水管道的設計流速應在最小設計流速和最大設計流速范圍內。最小設計流速是保證管道內不致發(fā)生沉淀淤積的流速。污水管道在設計充滿度下的最小設計流速為0.6m/s。含有金屬、礦物固體或重油雜質的生產污水管道，其最小設計流速宜適當加大，明渠的最小設計流速為0.4m/s。最大設計流速是保證管道不被沖刷損壞的流速。該值與管道材料有關，通常金屬管道的最大設計流速為10m/s，非金屬管道的最大設計流速為5m/s。c）最小設計坡度我國室外排水設計規(guī)范規(guī)定：管徑為200mm時，最小設計坡度為0.004；管徑為300mm時，最小設計坡度為0.003。d

42、）最小管徑我國室外排水設計規(guī)范規(guī)定：污水管道在街坊和廠區(qū)內的最小管徑為200mm，在街道下的最小管徑為300mm。e）污水管道的埋設深度污水管道的土方施工占總投資的5070，因此在保證工程質量的條件下，減少埋設深度非常重要。 埋深概念： 覆土厚度：是指管道外壁頂部到地面的距離（圖2-6）；埋設深度：是指管道內壁底部到地面的距離。確定污水管道最小覆土厚度時，必須考慮下列因素： 1）防止冰凍膨脹而損壞管道：生活污水溫度較高，即使在冬天水溫也不會低于4。很多工業(yè)廢水的溫度也比較高。此外，污水管道按一定的坡度敷設，管內污水經常保持一定的流量，以一定的流速不斷流動。因此，污水在管道內是不會冰凍的，管道周

43、圍的土壤也不會冰凍。所以，不必把整個污水管道都埋設在土壤冰凍線以下。但如果將管道全部埋設在冰凍線以上，則因土壤冰凍膨脹可能損壞管道基礎，從而損壞管道。 室外排水設計規(guī)范規(guī)定，冰凍層內污水管道的埋設深度，應根據(jù)流量、水溫、水流情況和敷設位置等因素確定，一般應符合下列規(guī)定：無保溫措施的生活污水管道或水溫與生活污水接近的工業(yè)廢水管道，管底可埋設在冰凍線以上0.15m。 圖2-6 管道埋深示意圖有保溫措施或水溫較高的管道，管底在冰凍線以上的距離可以加大，其數(shù)值應根據(jù)該地區(qū)或條件相似地區(qū)的經驗確定。2）防止管壁因地面荷載而破壞；3）滿足街坊污水連接管銜接的要求。H=Z1（Z2h）I·L+h式中

44、：H街道污水管網起點的最小埋深，m； h街坊污水管起點的最小埋深，0.60.7m； Z1街道污水管起點檢查井處地面標高，m； Z2街坊污水管起點檢查井處地面標高，m； I街坊污水管和連接支管的坡度； L街坊污水管和連接支管的總長度，m； h連接支管與街道污水管的管內底高差，m。最大埋深：一般在土壤干燥的地區(qū)，管道的最大埋深不超過78m；在土質差、地下水位較高的地區(qū)，一般不超過5m。最小覆土厚度：室外排水設計規(guī)范規(guī)定：最小覆土厚度在車行道下為0.7m，人行道下為0.6m，在保證管道不受外部荷重損壞是可適當減小。（3）污水管道的水力計算a水力計算的基本公式 式中Q流量，m3/s； 過水斷面面積，m

45、2； v流速，m/s； R水力半徑（過水斷面積與濕周的比值），m； I水力坡度（即水面坡度，等于管底坡度）； C流速系數(shù)，或謝才系數(shù)。C值一般按曼寧公式計算，即n管壁粗糙系數(shù) b污水管道水力計算的方法1)需要計算的參數(shù)：流量Q、管徑D、坡度I、流速v、充滿度h/D和埋深H。2)計算方法在具體計算時，設計流量Q和管道粗糙系數(shù)n已知，還有管徑D 、充滿度h/D、管道坡度I和流速v是未知的，因此需要先假定2個求其它兩個，這樣的數(shù)學計算非常復雜，而且經常要試算。為了簡化計算，常采用水力計算圖進行。 對每一張水力計算圖而言，管徑D和粗糙系數(shù)n是已知的，圖上的曲線表示的是Q、v、I、 h/D之間的關系，這

46、四個因素中，只要確定兩個因素，就可以通過圖查出其它兩個因素。計算時，Q為已知，D不知，應確定D。只要再知道一個因素就可以查圖計算了，通常情況下先想辦法假定坡度I。 由Q和I，就可查圖得出v、h/D 復核v、h/D 的設計規(guī)定若符合，則該管段的D、I（v、h/D）即確定。若不符合，重新設定I或管徑D進行計算。 計算中涉及到管徑的假定。坡度和管徑的假定是相互制約的。在有較大坡度地區(qū)時，先假定管道的敷設坡度I，然后求出管徑，管道坡度可以先假定為地面坡度，管徑的選擇越小越好；在平坦或反坡地區(qū)時，先假定管道的直徑，然后求出敷設坡度I 。按上述方法，可以暫時確定出每一個管段的管徑和坡度。確定出的管徑和坡度

47、還要進行復核。復核時，可以根據(jù)水力計算圖進行查圖計算，當計算出的v、h/D 符合設計規(guī)定時，則初步確定的管徑和坡度即為所求，此時管道的v、h/D 也就計算出來了。若v、h/D 中有一個不符合設計規(guī)定時，則要調整管徑或管道坡度重新計算。另外，在計算時，還要注意一點，就是不計算管段的水力計算。不計算管段一般在管網的起端，當街坊起端流量小于9.19L/s，街道起端流量小于14.63L/s時，管道分別采用200mm和300mm的管徑。（4）確定各管段始點和終點的埋設深度（水面標高、管底標高） 即銜接設計，銜接設計也是由上游管段向下游管段進行的。1）首先確定第一個管段的起點、終點的埋深（管底標高、水面標

48、高） a確定出第一個管段的起點埋深H1：第一個管段的起點通常是管網的控制點。根據(jù)埋深的三個要求，確定出第一個管段的起點埋深H1 b 起點的管底標高=起點的地面標高E1起點埋深H1 c起點的水面標高=起點的管底標高+管中水深h d 終點的管底標高起點的管底標高I×L e 終點的水面標高終點的管底標高+管中水深h f 終點的埋深H2=終點的地面標高E2終點的管底標高2）確定第二個管段的起點、終點的埋深（管底標高、水面標高）首先應確定與第一個管段的銜接關系（根據(jù)具體情況選用一種 ）：a溝頂平接（上游管段的終點與下游管段的起點管頂標高相同）第二管段起點的管底標高上游終點的管底標高+上游管徑下

49、游管徑第二管段起點的水面標高起點的管底標高+管中水深h第二管段起點的埋深H1=起點的地面標高E1起點的管底標高即可求出第二管段終點的管底標高、水面標高、埋設深度b水面平接（上游管段的終點與下游管段的起點水面標高相同）第二管段起點的管底標高上游終點的水面標高下游管中的水深同理可依次求出后續(xù)下游管段的起點和終點埋深2.7管段銜接原則及方法（1）原則： a）盡可能提高下游管段的高程，以減小埋深，從而減低造價； b）避免在上游管段中形成回水而造成淤積； c）不允許下游管段的關底高于上游管段的管底。 （2）銜接方法（圖2-7）：1）溝頂平接：上游管段和下游管段的管頂內壁的高程相同（不致回水，但下游埋深較

50、大）； 2）水面平接：上游管段和下游管段的水面高程相同（下游管段的水不會倒流而淤積上游管段）；3）溝底平接：上游管段和下游管段的管底內壁的高程相同（埋深較水面平接大）。 一般情況下，異管徑溝段采用溝頂平接，同管徑溝段采用水面平接。特殊情況，同管徑，坡度變陡，溝頂平接，下游管徑小于上游管徑（坡度變陡），溝底平接。圖2-7 污水管道的銜接2.8污水管道的設計方法和步驟污水管渠的設計通常按以下步驟進行：（1）收集并整理設計地區(qū)各種原始資料 （如地形圖、排水工程規(guī)劃圖、水文、地質等）作為基本的設計數(shù)據(jù)；（2）劃分排水流域，進行污水管道定線；（3）街坊編號并計算街坊面積；（4）劃分設計管段，計算各管段的

51、設計流量：根據(jù)流域具體情況，選定設計流量的計算方法，計算從上游向下游依次進行，并列表計算各設計管段的設計流量；（5）管渠材料的選擇：污水管道管徑小于或等于400mm，采用混凝土管，管徑大于400mm，采用鋼筋混凝土管；（6）各污水管段的水力計算，確定污水管道的坡度、管徑和埋深：計算并確定出各設計管段的管徑、坡度、流速、管底標高和管道埋深；（7）繪制污水管道平面圖及縱剖面圖。污水管道的水力計算步驟：a計算每一設計管段的長度，從管道平面布置圖上量出每一設計管段的長度，列入水力計算表中。b將各設計管段的設計流量列入水力計算表中。設計管段起訖點檢查井處的地面標高列入水力計算表中。c 計算每一設計管段的

52、地面坡度，作為確定管道坡度時參考。d 確定起始管段設計參數(shù)確定起始管段的管徑以及設計流速v，設計坡度I，設計充滿度h/D。首先擬采用最小管徑mm，即查水力計算圖，在這張計算圖中，管徑D和管道粗糙系數(shù)n為已知，其于4個水力因素只要知道2個即可求出另外2個?，F(xiàn)已知設計流量，另1個可根據(jù)水力計算設計數(shù)據(jù)的規(guī)定設定。將所確定的管徑D、管道坡度I、流速v、充滿度h/D分別列入水力計算表中。e確定其他管段設計參數(shù)確定其它管段的管徑D、設計流速v、設計充滿度h/D和管道坡度I。通常隨著設計流量的增加，下一個管段的管徑一般會增大一級或兩級（50mm為一級），或者保持不變，這樣便可根據(jù)流量的變化情況確定管徑。然

53、后可根據(jù)設計流速隨著設計流量的增大而逐段增大或保持不變的規(guī)律設定設計流速。根據(jù)Q和v即可在確定D那張水力計算圖中查出相應的h/D和I值，若h/D和I值，若h/D和I值符合設計規(guī)范的要求，說明水力計算合理，將計算結果填入表中相應的項中。在水力計算中，由于Q、v、h/D、I、D各水力因素之間存在相互制約的關系，因此在查水力計算圖時實際存在一個試算過程。f 計算各管段上端、下端的水面、管底標高及其埋設深度：1）根據(jù)設計管段長度和管道坡度求降落量。2）根據(jù)管徑和充滿度求管段的水深。3）根據(jù)管道銜接方法求設計管段上、下端的管內底標高，水面標高及埋設深度。以上計算均應列表計算，所有結果列入水力計算表。2.

54、9繪制管道的平面圖和縱剖面圖平面圖和縱剖面圖是排水管道設計的主要組成部分。污水管道設計和雨水管道設計均應繪制相應的管道平面圖和縱剖面圖，二者在繪制要求上基本是一致的。根據(jù)設計階段的不同，圖紙所體現(xiàn)的內容和深度也不同。 （1）平面圖的繪制：平面圖是管道的平面布置圖，應反映出管道的總體布置和流域范圍，不同設計階段的平面圖，其要求的內容也不同。初步設計階段，一般只繪出管道平面圖。采用的比例尺通常為1：50001：10000。圖上應有地形、地物、河流、風向玫瑰或指北針等。新設計和原有的污水或雨水，管道用粗單實線表示，只繪出主干管和干管。在管線上畫出設計管段起止點的檢查井并編號，標出各設計管段的服務面積，可