污水管網(wǎng)設計及計算（49頁清楚明了）

1、9污水管網(wǎng)設計與計算綜述功能為收集與輸送城市區(qū)域中的市政污水，生活污水所占比例較大。污水管網(wǎng)設計的主要任務為：污水管網(wǎng)總設計流量與各管段設計流量計算污水管網(wǎng)管段管徑、埋深、接口設計與水力計算污水提升泵站的設置與提升污水管網(wǎng)施工圖繪制等。9.1 設計污水量定額排放系數(shù)：城市用水量與排放量之間的關系；一般為60-80%，在干旱季節(jié)低達50%。但雨水可進入，以及企業(yè)與用戶自備水源未統(tǒng)計部分進入，使得實際污水量增大。根據(jù)相關設計規(guī)定，污水量可按照當?shù)卦O計用水定額的80-90%計算；工業(yè)企業(yè)生活污水量與淋浴水量可參照有關設計規(guī)范規(guī)定。工業(yè)廢水量定額一般以單位產(chǎn)值、單位數(shù)量產(chǎn)品或單位生產(chǎn)設備所排出的廢水量

2、表示。污水管網(wǎng)按照最高日最高時污水排放流量進行設計。污水管網(wǎng)設計流量與供水管網(wǎng)設計流量的不同點在于供水管網(wǎng)設計流量采用最高日最高時用水量乘以總變化系數(shù)，而污水管網(wǎng)設計流量采用平均日污水量定額乘以相應的總變化系數(shù)。9.2 污水量的變化系數(shù)污水量的變化可采用變化系數(shù)與變化曲線表示污水量日變化系數(shù)Kd：在設計年限內(nèi)，最高日污水量與平均日污水量的比值。污水量時變化系數(shù)Kh：設計年限內(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)Kz：設計年限內(nèi)，最高日最高時污水量與平均日平均時污水量的比值。Kz= KdKh9.2 污水量的變化系數(shù)居民生活污水量變化系數(shù)工業(yè)廢水量變化系數(shù) 變化較小，可近

3、似取為1。工業(yè)企業(yè)生活污水和淋浴污水量變化 生活污水量一般按照每個工作班污水量定額計算，相應的變化系數(shù)班內(nèi)給出，且與工業(yè)企業(yè)生活用水量變化系數(shù)相同，一般車間為3，高溫車間為2.5。淋浴污水量計算方法同上，每班考慮在1h之內(nèi)使用，且不考慮1h之內(nèi)流量變化。Kz=2.3QdQd51.3Qd10009.3污水流量計算1居民生活污水設計流量 主要因素為生活設施條件、設計人口和污水流量變化。設計人口指設計年限終期所服務的人口數(shù)量。同一城市也存在多個排水服務區(qū)域，有時污水量標準不同，分別計算。2工業(yè)廢水設計流量 考慮水的重復利用率。3工業(yè)企業(yè)生活污水量和淋浴污水設計流量4公共建筑污水設計流量 9.3污水流

4、量計算某大型企業(yè)年產(chǎn)值為10億元，廢水產(chǎn)生量定額為100t/萬元，總變化系數(shù)為1.2；該廠三班制生產(chǎn)，每班工作8小時，最大班職工人數(shù)為2000cap，其中在高溫及重污染車間工作的職工占總人數(shù)的30%，使用淋浴人數(shù)按照85%計算，其余70%在一般車間工作，使用淋浴人數(shù)按照30%計算，工廠居住區(qū)面積為50104m2，人口密度為550cap/104m2，生活污水量標準為150L/（capd）。該廠設置污水處理站，所有污水由管道匯集進入污水處理站，請計算該廠的最大時污水設計流量。9.3污水流量計算分析： 本題主要針對某工廠的廢水量進行計算。對于本題，用水主要集中在以下幾方面：1）工業(yè)生產(chǎn)排水；2）居住

5、區(qū)居民生活污水；3）工人上班生活污水；4）工人下班淋浴污水。 工業(yè)污水量的計算方法為：1）單位產(chǎn)品排水量；2）單位產(chǎn)值排水量；3）單位生產(chǎn)設備排水量。本題給定了單位產(chǎn)值排水量；在工業(yè)污水量的計算中還要注意是否存在水的重復利用率，本題不存在；也要注意時變化系數(shù)與日變化系數(shù)之關系和向公式中應該帶入的值（？） 生活污水量的計算較簡單，可根據(jù)定額與人口數(shù)量計算；唯一注意的是總變化系數(shù)的求解。 工人上班時的生活污水量計算較簡單，但要注意其班數(shù)及班時間； 工人下班淋浴水量計算較簡單，不管何種情況均按照淋浴持續(xù)一小時計算；但要注意一般車間和高溫車間的用水量定額。9.3污水流量計算計算工業(yè)廢水設計流量： 日變

6、化系數(shù)為近似為1，由于總變化系數(shù)為1.2，即時變化系數(shù)為1.2；則工業(yè)廢水設計流量為380.52L/s；居民區(qū)生活污水流量總變化系數(shù)的計算380.52L/s=47.74L/s則生活污水設計流量=84.25L/s； 高溫與重度污染車間生活污水量與淋浴用水量計算 +=10.32L/s；一般車間生活污水量與淋浴用水量計算+=8.31L/s 則本廠總設計流量為=380.52+84.25+10.32+8.31=483.4L/s。 9.3污水流量計算9.3污水流量計算幾點討論1.由上述講解可知，通過分析城市污水的組成可以計算總量；計算總量的目的在于確定城市污水處理廠的規(guī)模。 在這一點上，與給水的設計是相似

7、的。2.所不同的在于居民生活污水量需要乘以總變化系數(shù)；而工業(yè)污水、工廠生活污水以及公共建筑污水要分別乘以各自的時變化系數(shù)或班內(nèi)變化系數(shù)。 而給水總用水量是加權所有的水量后，在平均時流量上乘以總變化系數(shù)。這一點是兩者所不同的。3.當計算企業(yè)排水時，需要考慮水的復用系數(shù)。 下述兩點教材中未考慮或講述有些偏差，我提出來共同討論：1.關于企業(yè)自備水源的問題。在當今設計排水管網(wǎng)時已經(jīng)對于水量要進行調(diào)查，并非聽之任之。2.污水管網(wǎng)的普及問題。在教材中未涉及到此問題；城市的排水管網(wǎng)一定是完善的嗎？若不完善是否應該有一個普及率？ 我認為在計算總量時，不管是城市居民生活污水抑或企業(yè)排水或公共建筑排水均存在是否排

8、入管網(wǎng)的問題，若不排入應該扣除。9.4管段設計流量計算9.4.1節(jié)點與管段 將污水管網(wǎng)中流量與埋設坡度不變的一段管道叫做管段。管道的兩端點叫做節(jié)點。一般在節(jié)點上肯定存在水的流態(tài)或流速的變化；比如跌水井、提升泵站等。節(jié)點處肯定設置檢查井。污水管段很容易出現(xiàn)事故，為了檢修方便每間隔一定距離在管段上需要設置檢查井；若管段長度過大可設置若干檢查井，這也說明檢查井未必是節(jié)點。9.4管段設計流量計算9.4.2節(jié)點設計流量計算由于污水管網(wǎng)水的流態(tài)為重力流；故為降低水頭損失，最好的辦法就是增大管徑。如何增大管徑呢？只有唯一的辦法是增大管段設計流量；于是這就決定了污水節(jié)點的設計流量與給水管網(wǎng)的不同。在污水管網(wǎng)設

9、計中，流量也分為兩種沿線流量和集中流量；但在污水管網(wǎng)中，沿線流量被叫做本段流量。在污水管網(wǎng)設計中，節(jié)點流量是該節(jié)點下游一條管段所連接的用戶污水流量與該節(jié)點所接納的集中污水流量之和。如下圖所示意。9.4管段設計流量計算集中流量本段流量節(jié)點流量的合并計算9.4管段設計流量計算由上圖也可看出；污水管網(wǎng)和給水管網(wǎng)節(jié)點設計流量方法是不同的。在污水管網(wǎng)設計中，管段起端節(jié)點流量為本節(jié)點收集的集中水量和本段流量之和。那么，本段流量如何計算呢？和給水管網(wǎng)相似，計算比流量，按照面積或管段長度分配本段流量。要牢記一點：本段流量是完全加到管段起端節(jié)點，而非一分為二。9.4管段設計流量計算9.4.3管段設計流量計算前面

10、講到，污水管網(wǎng)的設計按照最高時設計；但最高時未必同時出現(xiàn)。前面也得知，變化系數(shù)主要針對生活污水而言較復雜，每一管段流量不同，其變化系數(shù)也是不同的；故對于管段設計流量而言，污水管網(wǎng)節(jié)點不會滿足流量連續(xù)性條件；但分配的平均時流量滿足質(zhì)量守恒。這也是污水管網(wǎng)與給水管網(wǎng)相比的最大不同之處。污水管網(wǎng)水力計算，從上游起端節(jié)點向下游節(jié)點進行。污水管網(wǎng)進行計算時，節(jié)點與管段的流量也應滿足流量連續(xù)性方程。但污水管網(wǎng)的設計流量卻不滿足流量連續(xù)性方程；原因在于設計流量為最高時流量，它們一般不會同時出現(xiàn)，連續(xù)性條件只能對同一時段內(nèi)的流量運用。在計算和分配居民生活污水量時，對平均日流量滿足流量連續(xù)性；每條管段又乘以各自

11、的總變化系數(shù)作為設計流量。為降低計算復雜性，總是假定居民生活污水、工業(yè)廢水、工業(yè)企業(yè)生活污水和淋浴污水、公共建筑污水等四大類污水的最高時流量同時出現(xiàn)，其設計流量可直接疊加。管段設計流量計算式如下：i=1，2，3M9.4管段設計流量計算9.5污水管道設計參數(shù)由水力學公式可知，設計流量與設計流速及過水斷面積有關；流速是管壁粗糙系數(shù)、水力半徑以及水力坡度的函數(shù)。1設計充滿度 非滿管流設計：污水流量隨時變化，雨水或地下水可能隨時滲入，有必要保留部分空間給未預見水量，防止污水溢出。管道內(nèi)沉積的污泥可能分解出一些有害氣體，要留出適當空間進行通風排氣。管道的疏通與管理。最大設計充滿度與管徑大小相關聯(lián)，可在規(guī)

12、范中查出。當管徑小于等于300mm時，應按段時間內(nèi)的滿管流核算，保證污水不會溢流到地面。采用明渠流時，設計超高不小于0.2m。9.5污水管道設計參數(shù)2設計流速 與設計流量、設計充滿度相對應；為防止管道沖刷以及沉積，設計流速在最大與最小設計流速范圍內(nèi)。最小設計流速為不產(chǎn)生沉積流速，與污水中含有物質(zhì)的顆粒以及成分和管道水力半徑以及管道粗糙度有關。規(guī)范規(guī)定管道最小設計流速為0.6m/s，若含有重金屬、礦物固體或重油則適當加大。明渠設計為0.4m/s。地形平坦地區(qū)，若最小設計流速大，則會增加管道敷設深度。最大設計流速與管材相關。金屬管道最大允許流速為10m/s；非金屬管道允許5m/s。9.5污水管道設

13、計參數(shù)3最小管徑在污水管網(wǎng)的上游部分，污水管段的設計流量較小，根據(jù)設計流量計算管徑極小，易于產(chǎn)生堵塞現(xiàn)象。對于200與150管徑，堵塞次數(shù)后者為前者的2倍；在同樣埋深條件下，兩者管道造價相差不多；采用較大管徑可選用較小管道坡度，使管道埋深減少。為維護管理方便，規(guī)范規(guī)定，街區(qū)與廠區(qū)內(nèi)最小管徑為200mm，街道下的最小管徑為300mm。在進行水力計算時，由設計流量得出的管徑小于最小管徑時，應采用最小管徑值。一般可根據(jù)最小管徑的最小設計流速和最大充滿度下能通過的最大流量值，確定設計管段的服務面積，若設計管段的服務面積小于此值，直接采用最小管徑與最小坡度而不進行設計計算。這種管段叫做不計算管段。在不計

14、算管段中可考慮設置沖洗井。9.5污水管道設計參數(shù)4最小設計坡度 管網(wǎng)敷設時，使得管道敷設坡度與地形坡度走向一致而獲得較小的埋深。當?shù)匦纹教梗騼芍底呦蛳喾磿r，盡可能減少管道敷設坡度。但由該管段敷設坡度形成的流速應等于或大于最小設計流速，防止管道內(nèi)沉積。將對應于最小設計流速的坡度稱為最小設計坡度。不同污水管道應有不同的最小設計坡度。管徑相同的管道，充滿度不同，設計最小坡度也不同。當在給定的設計充滿度下，管徑越大，相應的最小設計坡度值越小。規(guī)范中規(guī)定了最小管徑對應的最小設計坡度；200mm時最小設計坡度為0.004；300時為0.003。較大管徑的最小設計坡度由最小設計流速保證。9.5污水管道設計

15、參數(shù)5污水管道埋設深度 指管道的內(nèi)壁底部離開地面的垂直距離。管道頂部離開地面的垂直距離叫做覆土厚度。在實際工程中，污水管道的造價由選用的管道材料、管徑、施工現(xiàn)場地質(zhì)條件與埋深等因素決定。管道埋設深度包括起點埋深、終點埋深與平均埋深。為保證污水管道不受外界壓力和冰凍的影響，管道的覆土厚度的最小值叫做最小覆土厚度。最小覆土厚度滿足下列要求：1）防止管道內(nèi)污水冰凍以及土壤冰凍而破壞管道。規(guī)范規(guī)定：無保溫措施，管低可埋設在冰凍線以上0.15m。有保溫措施可適當加大。9.5污水管道設計參數(shù)2）防止地面荷載的破壞 動力車道下污水管道最小覆土厚度不宜小于0.7m。3）滿足街區(qū)污水連接管銜接的要求 為使得污水

16、順利進入污水管網(wǎng)，保證污水干管起點的埋深大于或等于街區(qū)內(nèi)污水支管終點的埋深，而污水支管起點的埋深又必須大于或等于建筑物污水出戶管的埋深。污水出戶管的最小埋深一般采用0.5-0.7m，所以污水支管起點最小埋深也有0.6-0.7m。還應考慮最大埋深 一般在干燥土壤中，最大埋深不超過7-8m；在多水、流砂、石灰?guī)r地層中，一般不超過5m。9.5污水管道設計參數(shù)6污水管道的銜接 污水管道在檢查井中銜接應該達到如下要求：避免上游管道形成回水，造成淤積；在平坦地區(qū)應盡可能提高下游管道的標高以減少埋深。常用的銜接方式為：水面平接和管頂平接。水面平接在設計管道的埋深時使得管道內(nèi)上下游的設計水面保持等高。上游設計

17、流量小，具有較大流量變化，短期內(nèi)上游管道內(nèi)的實際水面低于下游管道形成回水。適用于上下游管徑相同時和平坦地區(qū)，會適當降低埋深。管頂平接指上下游管道頂部保持等高。會使上下游管道水面有所下降不易產(chǎn)生回水，但下游管道埋深增加。在特殊情況下，如下游管道地面坡度激增，下游管徑可能小于上游管徑，此時采用管底平接的方法，保持上下游管道底部等高。9.5污水管道設計參數(shù)銜接示意圖（三種）1.水面平接理想狀況回水的產(chǎn)生2.管頂平接3.管底平接9.6污水管網(wǎng)水力計算水力計算的主要目的在于確定管徑與埋深；即考慮管網(wǎng)的造價與運行的經(jīng)濟性。通過水力分析表明，當設計污水流量小于一定值時，已無管徑選擇的余地，可以不通過計算直接

18、采用最小管徑，在平坦地區(qū)還可以直接采用最小坡度進行設計，這類管段叫做不計算管段。規(guī)范規(guī)定，街區(qū)和廠區(qū)內(nèi)最小管徑為200mm，最小設計坡度為0.004；街道下最小管徑為300mm，最小設計坡度為0.003。由公式進行計算，對應的流量分別為9.19L/s和14.63L/s。9.6污水管網(wǎng)水力計算較大坡度地區(qū)管段設計 管段按照地面坡度進行敷設，設計最小流速能夠滿足；在管徑選擇中主要考慮管段充滿度問題，即選擇最大充滿度所對應的最小管徑，降低管段造價。計算步驟如下：首先計算期望管段坡降；其次根據(jù)設計流量、期望坡度與最大充滿度計算管徑；或根據(jù)水力計算中的管徑選擇表進行管徑選擇。根據(jù)設計流量、坡度與管徑計算

19、實際充滿度與流速。9.6污水管網(wǎng)水力計算反坡或平坦地區(qū)管段設計 實際工程實踐中，考慮最多的是平坦或反坡地區(qū)的管段設計；設計時，充分考慮經(jīng)濟性指標。設計思路 由技術條件確定一個最大可用管徑；根據(jù)水力分析可知，選擇較大的管徑可降低坡度；但當管徑達到一定程度時，設計流速無法滿足最小流速要求，必然需要增加敷設坡度，使得造價提高。表9.7列出不同設計流量范圍內(nèi)的最大管徑設計，可參考。另外，在這種情況下，管段埋深是主要控制指標，對于這類管段一般采用最大設計管徑。對于上述情況也可采用附錄的管徑選擇表進行管徑選定。根據(jù)一定的設計流量，可確定不同坡度下所對應的一組管徑，再根據(jù)經(jīng)濟性指標進行管段管徑以及設計坡度的

20、確定。然后再根據(jù)相應的計算公式進行設計充滿度以及設計流速的計算。管段銜接設計 銜接設計是由上游管段向下游管段進行的；首先確定起點埋深；對于非起點管段，首先確定它與上游管段的銜接關系（管底平接、水面平接和管頂平接），以確定本管段的起點埋深；然后用本管段設計確定的管徑、坡度、充滿度等以及管段長度，計算本管段終點埋深。水力計算時應注意的問題 確定控制點，位于本區(qū)的最遠或地形最低處。各管道起點、低洼地區(qū)的個別街坊和污水出口較深的工礦企業(yè)或公共建筑均為研究對象。水力計算由上游向下游依次進行。一般情況下，隨設計流量增加，流速逐段增加。只有當上游坡度大于下游坡度且下游管段設計流速大于1或1.2m/s的情況下

21、，才允許減小。設計管徑也逐段增加，但當坡度小的管段銜接到坡度大的管段時，管徑可以減小，但減小幅度不得超過50-100mm。9.6污水管網(wǎng)水力計算9.7管道平、縱剖面圖的繪制初設階段的管道平面圖就是管道總體布置圖，比例采用1：5000-1：10000，圖上的內(nèi)容包括地形，地物，河流，風向圖等。管線用粗線條表示，在管線上標出設計管段的檢查井以及編號，標出各管段服務面積，可能設置的中途泵站，污水廠以及排水口等；水力設計因素包括管徑，坡度以及長度等。施工圖設計要求更詳細，比例1：1000-1：5000.9污水管網(wǎng)設計與計算知識結構與分析思路1設計流量（設計總流量、管段設計流量）。2管徑與坡度以及埋深（

22、會采用管徑選擇表進行管徑選擇）。分析思路 確定各管段設計流量選擇合適的管徑與坡度計算充滿度與流速進行管段銜接設計確定起點與終點管道埋深9污水管網(wǎng)設計與計算例題p225。計算步驟：首先根據(jù)相關地形確定管線走向；根據(jù)地形再確定各管段匯水區(qū)域（管段服務面積）；計算各管段生活污水沿線流量并計算總變化系數(shù)，確定設計流量；根據(jù)管徑選擇表進行管徑選擇，確定設計坡度；計算管段設計充滿度、設計流速；確定管段銜接設計；確定埋深及各管段標高。9污水管網(wǎng)設計與計算123456789101112139污水管網(wǎng)設計與計算各街坊面積與人口計算街坊編號1234567街坊面積7.57.57.57.56.46.46.4人口300

23、0300030003000256025602560水量L/s4.864.864.864.864.154.154.15街坊編號8910111213街坊面積6.46.46.46.46.46.4人口256025602560256025602560水量L/s4.154.154.154.154.154.159污水管網(wǎng)設計與計算居民生活污水總流量計算？街坊總面積為7.54+6.49=87.6公頃?？側丝跒?7.6400=35040cap平均日生活污水量35040140=4905600L/d=56.78L/s。總變化系數(shù)：2.7/（56.78）0.11=1.73。生活污水設計流量：56.781.73=98.

24、31L/s。問題：此設計流量在污水管網(wǎng)管段設計中有無作用？9污水管網(wǎng)設計與計算管線布置12345678910111213地勢走向9污水管網(wǎng)設計與計算節(jié)點編號與沿線流量收集1234567891011121314151617181920123456789101112139污水管網(wǎng)設計與計算各管段匯流流量計算編號生活污水日平均流量管段設計流量計算本段轉(zhuǎn)輸流量合計流量總變化系數(shù)沿線流量集中流量設計流量街坊編號流量本段轉(zhuǎn)輸2-314.864.862.311.1811.183-524.864.869.722.1020.4120.414-541.4841.185-851.251.21.7589.641.48

25、131.087-834.864.862.311.1811.188-1244.8656.0660.921.72104.7841.48146.2610-1154.154.152.39.559.5511-1284.154.158.32.1417.7617.7614-1564.154.152.39.559.5515-1694.154.158.32.1417.7617.7612-16114.1569.2273.371.68123.2641.48164.7418-1974.154.152.39.559.5519-20104.154.158.32.1417.7617.7616-20124.1581.6785

26、.821.65141.641.48183.089污水管網(wǎng)設計與計算通過上述計算已經(jīng)確定各管段的設計流量，設計流量為管徑、坡度的設計基礎。根據(jù)設計流量，查附圖“管徑選擇圖”，確定管徑與對應的最小坡度。在此處，只計算主干管的水力學參數(shù)。具體見下表。編號長度m流量管徑mm坡度6-7不計算管段16030037-8不計算管段32511.1830038-12345146.266000.8812-16340164.746001087000.589污水管網(wǎng)設計與計算已經(jīng)確定了管徑與水力坡度，通過水力學公式進行充滿度與流速的計算 根據(jù)管徑與充滿度計算上端水面標高，根據(jù)埋深確定上端管

27、頂標高，再根據(jù)坡降確定下端管徑水面與管頂、管底標高；作為下段管段的起始設計值。 下段管段設計時，需要先確定管道銜接方式，然后據(jù)此進行本段埋深設計。 排水方式設計：根據(jù)埋深已經(jīng)確定了最終管段的埋深，對比城市污水廠所處位置的地面標高，確定污水從管道進入污水處理廠是否需要進行提升。9污水管網(wǎng)設計與計算本章考點出題方式1.已知設計人口及設計排水定額確定居民污水排放總設計流量；2.城市（或某一居民區(qū)）污水總設計流量計算；工業(yè)污水排放量可按照兩種方法進行計算，還應該注意復用水系數(shù)。3.進行管網(wǎng)布置以及水力計算。9污水管網(wǎng)設計與計算P210例9.2問題：比流量的計算：分配的是什么？設計流量還是平均時流量？每一管段的居民生活污水乘以總變化系數(shù)；集中流量呢？如何處理？從例題中看出的節(jié)點設計流量是否滿足流量連續(xù)性方程呢？哪一種流量滿足節(jié)點流量連續(xù)性方程？9污水管網(wǎng)設計與計算相關問題1生活污水量計算方法與生活用水量計算方法有何不同？2沒有確定管徑前，起點埋深能夠確定嗎？3污水管網(wǎng)中的管段如何劃分？4在平坦或反坡地區(qū)與較大坡度地區(qū)的污水管道設計中，哪種情況一般采用最大充滿度設計？哪種情況一般采用最小流速設計？5若在污水管道設計中要考慮經(jīng)濟性因素，則平坦地區(qū)或反坡地區(qū)和較大坡度地區(qū)哪一個易于考慮？講明原因。9污水管網(wǎng)設計與計算城市污水處理廠管段設