第九章 污水管道設(shè)計

9.1污水設(shè)計流量計算9.2管段設(shè)計流量計算9.3污水管道設(shè)計參數(shù)9.4污水管網(wǎng)水力計算9.5污水管道平面圖和剖面圖9.6管道污水處理第九章污水管網(wǎng)設(shè)計與計算污水管道系統(tǒng)的設(shè)計步驟設(shè)計資料的調(diào)查設(shè)計方案的確定設(shè)計計算設(shè)計圖紙的繪制設(shè)計資料調(diào)查設(shè)計任務(wù)資料：有關(guān)的法令、法規(guī)、制度；城市的總體規(guī)劃及其他基礎(chǔ)設(shè)施情況

自然資料：地形資料，包括地形圖、等高線氣象資料，包括氣溫、風(fēng)向、降雨量等水文資料，受納水體流量、流速、洪水位地質(zhì)資料，包括地下水位、地耐力、地震等級工程資料：道路、通訊、供水、供電、煤氣等設(shè)計資料調(diào)查設(shè)計任務(wù)資料：有關(guān)的法令、法規(guī)、制度；城市的總體規(guī)劃及其他基礎(chǔ)設(shè)施情況

自然資料：地形資料，包括地形圖、等高線氣象資料，包括氣溫、風(fēng)向、降雨量等水文資料，受納水體流量、流速、洪水位地質(zhì)資料，包括地下水位、地耐力、地震等級工程資料：道路、通訊、供水、供電、煤氣等設(shè)計方案確定——包括排水體制的選擇、排水系統(tǒng)的布置形式，應(yīng)通過技術(shù)、經(jīng)濟(jì)比較，確定最優(yōu)的方案9.1污水設(shè)計流量計算一、污水設(shè)計流量——指污水管道及其附屬構(gòu)筑物能保證通過的最大流量，設(shè)計流量包括生活污水量和工業(yè)廢水量。注：污水管道系統(tǒng)設(shè)計時采用最高日最高時流量為設(shè)計流量

生活污水設(shè)計流量居住區(qū)生活污水公共建筑生活污水工業(yè)企業(yè)生活污水及淋浴污水工業(yè)廢水設(shè)計流量二、污水量變化污水量日變化系數(shù)：指在設(shè)計年限內(nèi)，最高日與平均日污水量的比值。污水量時變化系數(shù)：指在設(shè)計年限內(nèi)，最高日最高時污水量與該日平均時污水量的比值。污水量總變化系數(shù)：指在設(shè)計年限內(nèi)，最高日最高時污水量與平均日平均時污水量的比值。顯然有：（9.1）9.1污水設(shè)計流量計算居民生活污水量變化系數(shù)三、污水設(shè)計流量的計算（1）居住區(qū)生活污水量計算

式中：Q1——居住區(qū)生活污水設(shè)計流量，L/s；

——居住區(qū)生活污水量標(biāo)準(zhǔn)（L/(d.人)），按《室外排水設(shè)計規(guī)范》選用，歐洲的典型值為200（L/(d.人)），美國的典型值為250~450（L/(d.人)）；

N——設(shè)計人口數(shù)，按規(guī)劃部門根據(jù)統(tǒng)計資料提供的參數(shù)選用；

KZ——總變化系數(shù)，是最大日最大時污水量與平均日平均時污水量的比值9.1污水設(shè)計流量計算居住區(qū)生活污水排水定額衛(wèi)生設(shè)備情況室內(nèi)有給水排水衛(wèi)生設(shè)備，但無淋浴設(shè)備室內(nèi)有給水排水衛(wèi)生設(shè)備和淋浴設(shè)備室內(nèi)有給水排水衛(wèi)生設(shè)備，并有淋浴和集中熱水供應(yīng)分區(qū)一二三四五生活污水每人每日排水定額（L）55-9090-125130-17060-95100-140140-18065-100110-150145-18565-100120-160150-19055-90100-140140-180注：第一分區(qū)包括：黑龍江、吉林、內(nèi)蒙古的全部，遼寧的大部分，河北、山西、陜西偏北的一小部分，寧夏偏東的一部分；第二分區(qū)包括：北京、天津、河北、山東、山西、山西的大部分，甘肅、寧夏、遼寧的南部，河南北部，青海偏東和江蘇偏北的一小部分；第三分區(qū)包括：上海、浙江的全部，江西、安徽、江蘇的大部分，福建北部、湖南、湖北的東部，河南南部；第四分區(qū)包括：廣東、臺灣的南部，廣西的大部分，福建、云南的南部；第五分區(qū)包括：貴州的全部、四川、云南的大部分，湖南、湖北的西部，陜西和甘肅在秦嶺以南的地區(qū)，廣西偏北的一小部分三、污水設(shè)計流量的計算（2）公共建筑生活污水量計算

式中：

——公共建筑最高日污水量標(biāo)準(zhǔn)（）

——各公共建筑在設(shè)計使用年限終期所服務(wù)的用水單位數(shù)；

——各公共建筑最高日排水小時數(shù)，

——各公共建筑污水量時變化系數(shù)。9.1污水設(shè)計流量計算（3）工業(yè)企業(yè)生活污水及淋浴污水量計算

9.1污水設(shè)計流量計算（4）工業(yè)廢水設(shè)計流量計算

Q=Q1+Q2+Q3+Q4+Q滲

Q滲指地下水滲入量，一般以單位管道延長米或單位服務(wù)面積公頃計算，日本規(guī)定采用經(jīng)驗數(shù)據(jù)，按每人每日最大污水量的10%-20%。9.1污水設(shè)計流量計算一、污水管網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)與管段連接管：連接用戶的污水管道。污水干管：主要承擔(dān)污水輸送功能的大型管道。污水支管：連接管與輸送管之間的收集連接管中污水的管道。在污水管網(wǎng)中，還設(shè)置了一些相應(yīng)的附屬設(shè)施，如檢查井（以便于污水管道連接和清通方便）、跌水井（提高管道埋深），提升泵站（減小管道埋深）。設(shè)計管段：指在設(shè)計計算中，污水管網(wǎng)中流量和管道敷設(shè)坡度不變的一段管道。管段設(shè)計流量：該管段上游端匯入污水管網(wǎng)中的流量和該管段收集污水量即為管段的輸水流量，稱為管段設(shè)計流量。污水管網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)：每各設(shè)計管段的上游端和下游端就稱為污水管網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)。（注意：節(jié)點(diǎn)處一般設(shè)有檢查井，但并不是所有的檢查井處均設(shè)節(jié)點(diǎn)）9.2管段設(shè)計流量計算9.2管段設(shè)計流量計算

——兩個檢查井之間，設(shè)計流量不變，且采用同樣的管徑和坡度的管段，稱為一個設(shè)計管段。

一般檢查井的設(shè)置位置有：流量匯入的地方、管徑變化的地方、轉(zhuǎn)彎的地方、或在直管段管徑長度較長時（30~70m）。設(shè)計流量本段流量集中流量1234ABCDq二、節(jié)點(diǎn)設(shè)計流量污水管網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)流量：是該節(jié)點(diǎn)下游的一條管段所連接的用戶污水流量（本段流量）與該節(jié)點(diǎn)所接納的集中污水流量（集中流量）之和。一般將工礦企業(yè)和公共建筑的污水排放點(diǎn)作為節(jié)點(diǎn)。污水管網(wǎng)節(jié)點(diǎn)設(shè)計流量計算與給水網(wǎng)節(jié)點(diǎn)設(shè)計流量計算類似，即先進(jìn)行管段沿線流量分配，然后計算節(jié)點(diǎn)流量，但也有兩點(diǎn)不同之處：1）污水設(shè)計流量中只有居民生活污水是沿線流量，沿線流量也采用面積比例或管長比例進(jìn)行分配，但不是直接分配設(shè)計流量，而是分配平均日流量，在計算管段設(shè)計流量時再乘以總變化系數(shù)；2）管段分配的沿線流量全部加到上游節(jié)點(diǎn)作為節(jié)點(diǎn)流量。9.2管段設(shè)計流量計算9.2管段設(shè)計流量計算三、管段設(shè)計流量每一設(shè)計管段的污水設(shè)計流量包括以下幾種流量:1.從街坊流入設(shè)計管段的本段生活污水流量

2.從上游管段和旁側(cè)管段流入設(shè)計管段的傳輸污水流量（1和2部分是對居民生活污水而言，用總變化系數(shù)）

3.從工業(yè)企業(yè)或其他產(chǎn)生的大量污水的建筑物流來的集中污水流量（它包括了工業(yè)廢水，工業(yè)企業(yè)的生活、淋浴污水，公共建筑物生活污水）對于某一設(shè)計管段而言，本段污水流量是沿街坊變化的，即從管段起點(diǎn)的零增加則終點(diǎn)的全部流量。但是為了安全和計算方便，通常假定本段污水流量集中在起點(diǎn)進(jìn)入設(shè)計管段，而且流量不變。9.3污水管道設(shè)計參數(shù)污水管道內(nèi)水質(zhì)特點(diǎn)：污水管道內(nèi)水流特點(diǎn)重力流非滿流近似均勻流《排水管網(wǎng)理論與計算》——周玉文、趙洪賓著水力計算的基本公式式中：Q——流量，m3/s；

ω——過水?dāng)嗝婷娣e，m2；

v——流速，m/s；

R——水力半徑（過水?dāng)嗝娣e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值若按曼寧公式計算，即n——管壁粗糙系數(shù)9.3污水管道設(shè)計參數(shù)污水管道水力計算的設(shè)計數(shù)據(jù)設(shè)計充滿度（h/D）設(shè)計流速（v）最小管徑（D）最小設(shè)計坡度（i）9.3污水管道設(shè)計參數(shù)污水管道的埋設(shè)深度污水管渠的銜接一、設(shè)計充滿度（h/D）——指設(shè)計流量下，管道內(nèi)的有效水深與管徑的比值。h/D=1時，滿流h/D<1時，非滿流《室外排水設(shè)計規(guī)范》規(guī)定，最大充滿度為：管徑（D）或暗渠高（H）（mm）最大充滿度（h/D）200~300350~450500~900≥10000.55(0.60)0.65(0.70)0.70(0.75)0.75(0.80)hD9.3污水管道設(shè)計參數(shù)為什么要做最大設(shè)計充滿度的規(guī)定？1、有利于安全預(yù)留一定的過水能力，防止水量變化的沖擊，為未預(yù)見水量的增長留有余地；2、有利于管道內(nèi)的通風(fēng)；3、便于管道的疏通和維護(hù)管理。明渠設(shè)計超高不小于0.2米。9.3污水管道設(shè)計參數(shù)一、設(shè)計充滿度（h/D）二、設(shè)計流速——與設(shè)計流量和設(shè)計充滿度相應(yīng)的污水平均流速。最小設(shè)計流速：是保證管道內(nèi)不發(fā)生淤積的流速，與污水中所含雜質(zhì)有關(guān)；國外很多專家認(rèn)為最小流速為0.6-0.75m/s，我國根據(jù)試驗結(jié)果和運(yùn)行經(jīng)驗確定最小流速為0.6m/s。最大設(shè)計流速：是保證管道不被沖刷破壞的流速，與管道材料有關(guān)；金屬管道的最大流速為10m/s，非金屬管道的最大流速為5m/s。***國內(nèi)一些城市污水管道長期運(yùn)行的情況說明，超過上述最高限值，并未發(fā)生沖刷管道的現(xiàn)象。9.3污水管道設(shè)計參數(shù)三、最小管徑1、為什么要規(guī)定最小管徑？在污水管道系統(tǒng)的上游部分，設(shè)計污水流量很小，若根據(jù)流量計算，則管徑會很小，根據(jù)養(yǎng)護(hù)經(jīng)驗證明，管徑過小很容易堵塞。因此為了養(yǎng)護(hù)方便，常規(guī)定一個允許的最小管徑。按計算所得的管徑，如果小于最小管徑，則采用規(guī)定的最小管徑，而不采用算得的管徑。

街坊管最小管徑為200mm，街道管最小管徑為300mm。2、什么叫不計算管段？

在進(jìn)行水力計算時可以不進(jìn)行計算而直接選取最小管徑和最小坡度稱為不計算管段。

即當(dāng)污水管道系統(tǒng)上游管段的計算設(shè)計流量小于最小管徑在最下設(shè)計坡度、充滿度等于0.5時可以通過的流量時，這個管段可以不進(jìn)行水力計算，而直接采用最小管徑和相應(yīng)的最小坡度作為設(shè)計參數(shù)。

9.3污水管道設(shè)計參數(shù)四、最小設(shè)計坡度——相應(yīng)于最小設(shè)計流速的坡度為最小設(shè)計坡度，最小設(shè)計坡度是保證不發(fā)生淤積時的坡度。（1）（2）（3）規(guī)定：管徑200mm的最小設(shè)計坡度為0.004；管徑300mm的最小設(shè)計坡度為0.003；管徑400mm的最小設(shè)計坡度為0.0015。9.3污水管道設(shè)計參數(shù)五、污水管道的埋設(shè)深度污水管道的埋設(shè)深度（管道埋深）：管道的內(nèi)壁底部離開地面的垂直距離。覆土厚度：管道外壁頂部到地面的垂直距離。決定污水管道最小覆土厚度的因素有哪些？冰凍線的要求：冰凍線以上0.15m地面荷載：≥0.7m滿足街坊管連接要求:最小0.5～0.7m地面覆土厚度埋設(shè)深度管道9.3污水管道設(shè)計參數(shù)溫度與地層深度關(guān)系圖哈爾濱建筑大學(xué)與東北院部分研究結(jié)論：1、東北寒冷地區(qū)城鎮(zhèn)冬季生活污水水溫在4-15度之間，以地表水為給水水源所排出的生活污水水溫在4-10度之間，以地下水為水源排出的生活污水水溫在8-15之間。2、出戶管及起始端污水支管容易發(fā)生冰凍，主要是因為流量小，坡度小，容易產(chǎn)生沉積堵塞而發(fā)生冰凍。加大污水管坡度，可使容易冰凍的污水支管不發(fā)生冰凍。3、污水管埋深必須避開有嚴(yán)重破壞能力的凍脹層或?qū)雒泴蛹右蕴幚?。粗砂和砂礫層冰凍時，水向下流，不具有凍脹性?！妒彝馀潘O(shè)計規(guī)范》規(guī)定：無保溫措施的生活污水管道，管底可埋設(shè)在冰凍線以上0.15m；有保溫措施或水溫較高的管道，距離可以加大。國外規(guī)范規(guī)定：污水管道最小埋深，應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐酿B(yǎng)護(hù)經(jīng)驗確定。無養(yǎng)護(hù)資料時，采用如下數(shù)值：管徑小于500mm，管底在冰凍線上0.3m；管徑大于500mm，為0.5m。9.3污水管道設(shè)計參數(shù)五、污水管道的埋設(shè)深度六、污水管道的銜接銜接的原則：盡可能地提高下游管段的高程，減小埋深，降低造價；避免上游管段回水淤積。銜接的方式水面平接：是在水力計算中，使上游管段終端和下游管段起端在指定的設(shè)計充滿度下的水面相平，即上游管段終端與下游管段起端的水面標(biāo)高相同。管頂平接：是指在水力計算中，使上游終端與下游起端的管頂標(biāo)高相同。9.3污水管道設(shè)計參數(shù)水面平接管頂平接

在特殊情況下，如下游管道地面坡度急劇增加時，下游管徑可能小于上游管道，此刻應(yīng)采用管底平接方法，即保持上、下游管道底部標(biāo)高相等。9.4污水管網(wǎng)水力計算污水管道設(shè)計：1、需要確定的參數(shù)流量Q、管徑D、坡度I、流速v、充滿度h/D和埋深H。2、確定方法

1）首先根據(jù)已知資料，計算出流量Q2）根據(jù)Q值可初步確定管徑D；

3）根據(jù)Q、D值，求I、h/D、v值。在這三個未知數(shù)中，還需知道一個參數(shù)，才能求得另外兩個，此時可以在三個參數(shù)中先假設(shè)一個值，比如流速為最小流速，或是坡度為最小坡度，或是充滿度滿足一定要求等，之后進(jìn)行查表或查圖，就可得出其余兩個未知數(shù)；最后要進(jìn)行校核，若得出的兩個參數(shù)滿足其規(guī)定的要求，則計算完成，若不滿足要求，則需調(diào)整假設(shè)值，甚至管徑D，重新進(jìn)行計算。

污水管網(wǎng)管段設(shè)計流量確定之后，即可由上游管段開始，進(jìn)行各管段的水力計算，在符合設(shè)計規(guī)范要求的條件下，確定管段直徑和敷設(shè)坡度，使管道能夠順利通過設(shè)計流量。1.不計算管段的確定2.較大坡度地區(qū)管段設(shè)計（選用滿足最大充滿度要求的最小直徑）

1）根據(jù)地形和管段兩端節(jié)點(diǎn)處的埋深條件，用下式計算期望坡度：

2)確定管徑水力計算污水管道直徑選用圖

3）根據(jù)設(shè)計流量、坡度和管徑計算出管內(nèi)實際的充滿度和流速。9.4污水管網(wǎng)水力計算3.平坦或反坡地區(qū)管段設(shè)計

1）可以由技術(shù)條件確定一個最大可用管徑；

Ⅰ可以查閱值參考表——不同設(shè)計流量范圍內(nèi)的最大管徑

Ⅱ根據(jù)污水管道直徑選用圖確定

2）對于管網(wǎng)末端管段或設(shè)計流量較大的管段，可以采用與最大管徑相比小的標(biāo)準(zhǔn)管徑。

4.管段銜接設(shè)計

1）根據(jù)前述所講方法確定管段起點(diǎn)埋深，對于非起點(diǎn)管段，則應(yīng)確定它與上游管段的銜接關(guān)系，以確定本管段的起點(diǎn)埋深；

2）用本管段設(shè)計確定的管徑、坡度、充滿度等以及管段長度，推就本管段的終端埋深，作為下游管段的銜接條件。管段末端埋深計算公式為：9.4污水管網(wǎng)水力計算在計算過程中，注意：

1.注意管道系統(tǒng)控制點(diǎn)的選取；控制點(diǎn)常位于本區(qū)的最遠(yuǎn)或最低處，他們的埋設(shè)控制該地區(qū)污水管道的最小埋深。2.水力計算自上游依次向下游逐段進(jìn)行。一般，設(shè)計流量逐段增加，設(shè)計流速也是增加的。3.水流通過檢查井時，盡量減少局部水頭損失4.管段銜接設(shè)計旁側(cè)管與干管的連接點(diǎn)處，要考慮干管的已定埋深是否允許旁側(cè)管的接入。9.4污水管網(wǎng)水力計算例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污水管道平面圖和剖面圖一、管道平面圖1.初步設(shè)計階段的管道平面圖即管道的總體布置圖，一般比例尺為1：5000～1：10000，圖上有地形、地物、河流、風(fēng)玫瑰或指南針等。具體標(biāo)明：

1）用粗線條表示已有和設(shè)計的污水管道，在管線上畫出設(shè)計管段起迄點(diǎn)的檢查井并編號，標(biāo)出各設(shè)計管段的服務(wù)面積，可能設(shè)置的中途泵站，倒虹管及其它的特殊構(gòu)筑物，污水廠、出口等；

2）標(biāo)出主干管各設(shè)計管段的長度、管徑和坡度；

3）管道的主要工程項目表和說明。2.施工階段的管道平面圖9.5污水管道平面圖和剖面圖二、管道縱剖面圖污水管道的縱剖面圖是和平面圖相對應(yīng)的，反映管道沿線高程位置，一般橫向采用1：500～1：2000，縱向1：50～1：200，用單線條表示原地面高程線和設(shè)計地面高程線，用雙豎線表示檢查井。具體標(biāo)明：1）標(biāo)出沿線支管接入處的位置、管徑、高程；2）與其它地下管線、構(gòu)筑物或障礙物交叉點(diǎn)的位置和高程；3）沿線地質(zhì)鉆孔位置和地質(zhì)情況在剖面圖的下方有一表格，表格中列有檢查井號、管道長度、管徑、坡度、地面高程、管內(nèi)底高程、埋深、管道材料、接口形式和基礎(chǔ)類型等。有時也將流量、流