第7章-污水管網(wǎng)設計與計算

第7章污水管網(wǎng)設計與計算2021/5/91第9章

污水管網(wǎng)設計與計算

城鎮(zhèn)污水由城鎮(zhèn)綜合生活污水和工業(yè)廢水組成。綜合生活污水由居民生活污水和公共建筑污水組成。居民生活污水指居民家庭日常生活中產生的污水。公共建筑污水指機關、學校、醫(yī)院、辦公樓、娛樂場所、賓館、浴室、商業(yè)網(wǎng)點等產生的污水。工業(yè)廢水是工業(yè)企業(yè)內產生的工業(yè)廢水和生活污水及淋浴污水。污水管網(wǎng)設計的主要任務是：1）污水管網(wǎng)的布置和定線；1）污水管網(wǎng)總設計流量及各管段設計流量計算；2）污水管網(wǎng)各管段直徑、埋深、銜接設計與水力計算；3）污水提升泵站設置與設計；4）污水管網(wǎng)施工圖繪制等。廠區(qū)排水建筑排水2021/5/92城市排水管道敷設現(xiàn)場照片2021/5/939.1污水設計流量計算9．1．1設計污水量定額居民生活污水定額和綜合生活污水定額《室外排水設計規(guī)范》GB50014-2006

規(guī)定，可按當?shù)赜盟~的80％～90％采用。對給排水系統(tǒng)完善的地區(qū)可按90％計，一般地區(qū)可按80％計。居民生活污水定額是指居民每人每日所排出的平均污水量。居民生活污水定額與居民生活用水定額、建筑內給排水設施水平及排水系統(tǒng)普及程度等因素有關。綜合生活污水定額包括公共建筑排放的污水（公共建筑用水量定額－《建筑給水排水》）。2021/5/949.1.2污水量的變化日變化系數(shù)Kd：在設計年限內，最大日污水量與平均日污水量的比值。時變化系數(shù)Kh：在設計年限內，最大時污水量與該日平均時污水量的比值?？傋兓禂?shù)Kz：在設計年限內，最大時污水量與平均日平均時污水量的比值。Kz=Kd·Kh圖9.1某城市一日用水量和排水量統(tǒng)計

圖9.2排水量日變化統(tǒng)計曲線圖2021/5/95（1）居民生活污水量變化系數(shù)污水平均日流量（L/s）5154070100200500≥1000總變化系數(shù)Kz2.32.01.81.71.61.51.41.3計算公式式中Qd――平均日污水流量（L/s）。生活污水量總變化系數(shù)KZ

表9.12021/5/96工業(yè)種類冶金化工紡織食品皮革造紙時變化系數(shù)Kh1.0~1.11.3~1.51.5~2.01.5~2.01.5~2.01.3~1.8工業(yè)企業(yè)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2.5。淋浴污水：下班后1小時使用，不考慮變化。（2）工業(yè)廢水量變化系數(shù)

工業(yè)廢水量變化與生產工藝有密切聯(lián)系，需要通過實地調查和分析求得。大部分工業(yè)產品的生產工藝與氣候、溫度關系不大，生產廢水量比較均勻，日變化系數(shù)較小，多數(shù)情形下，日變化系數(shù)Kd可近似取值為1。下表列出了部分工業(yè)生產廢水量時變化系數(shù)Kh，可供參考使用。部分工業(yè)生產廢水的時變化系數(shù)表9.2（3）工業(yè)企業(yè)生活污水和淋浴污水量變化系數(shù)

工業(yè)企業(yè)生活污水量按每工作班污水量定額計算，變化系數(shù)與工業(yè)企業(yè)生活用水量變化系數(shù)基本相同，一般車間采用3.0，高溫車間采用2.5。

工業(yè)企業(yè)淋浴污水量按每個工作班污水量定額計算，每班考慮在1h之內使用，均勻用水和排水。2021/5/979.1.3污水設計流量計算（1）居民生活污水設計流量Q1居民生活污水最大日設計流量Q1用下式計算：式中q1i―平均日居民生活污水量標準，L/(cap·d)；N1i―各排水區(qū)域服務人口數(shù)，cap；KZ1―生活污水量的總變化系數(shù)。平均日設計流量Qd為(9.4)(9.3)（2）公共建筑污水設計流量Q2：公共建筑排放的污水量比較集中，例如公共浴室、旅館、醫(yī)院、學校住宿區(qū)、洗衣房、餐飲娛樂中心等。污水量定額參照有關公共建筑的用水量標準采用。污水設計流量Q2用下式計算：式中q2i—最高日污水量標準（L/用水單位·d）；N2i—服務單位數(shù)；Kh2i—時變化系數(shù)。T2i―排水小時數(shù)，h。(9.5)（3）工業(yè)廢水設計流量工業(yè)廢水的設計流量Q3：

式中q3i―廢水量定額；N3i―產品單位；T3i―生產小時數(shù)，h；f3i―重復利用率；K3i―時變化系數(shù)。2021/5/989.1.3

設計設計流量計算（續(xù)）（4）工業(yè)企業(yè)生活污水量和淋浴污水設計流量Q4工業(yè)企業(yè)生活污水和淋浴污水的設計流量Q4用下式計算：式中q4ai一生活用水量定額，L/（cap·班）；q4bi一淋浴用水量定額，L/（cap·班）；N4ai一生活用水總人數(shù)，cap；N4bi一淋浴用水總人數(shù)，cap；T4ai―每班工作小時數(shù)，h；Kh4ai―生活污水量變化系數(shù)，一般車間3.0，高溫車間2.5。(9.7)在地下水位較高的地區(qū)，應考慮地下水滲入管道的水量。缺乏測定資料時，可按平均日綜合生活污水和工業(yè)廢水總量的10％～15％計算。課本P159[例7.1]（5）城市污水設計總流量污水設計總流量采用直接求和的方法計算，如下式：(9.8)2021/5/992021/5/9102021/5/9119.2管段設計流量計算

9.2.1污水管網(wǎng)的節(jié)點與管段□污水管網(wǎng)的管道分類：連接管---連接用戶的污水管道；污水支管---收集連接管中污水輸送至干管的管道；污水干管---主要承擔污水輸送功能的大型管道（又可分為主干管和干管?！豕?jié)點和管段：應用管網(wǎng)圖論方法，將污水管網(wǎng)圖形簡化為節(jié)點和管段兩類元素，并進行分類編碼，即可以定義污水管網(wǎng)模型。節(jié)點：管道交叉點、管徑變化點、高程變化點、方向變化點等；管段：在兩個節(jié)點之間，管道直徑、流量和坡度保持不變的一段管道單元。

如圖9.3，可以用管段編碼[1]，[2]，[3]，…，[NP]和節(jié)點編碼1，2，3，…，NN，其中，NP＝35為管段總數(shù)，NN＝36為節(jié)點總數(shù)，對于枝狀管網(wǎng)，NN=NP+1。圖9.3管段的上游端匯入污水流量和該管段的收集污水量作為管段的輸水流量，稱為管段設計流量。污水管網(wǎng)為不含回路的樹狀管網(wǎng)。2021/5/912

列出各管段對應的上游和下游節(jié)點編號的集合，加上各節(jié)點的地理平面坐標位置和高程，即可唯一地確定管網(wǎng)的圖形，并構造管網(wǎng)圖形的關聯(lián)矩陣。圖9.3所示管網(wǎng)的管段上游和下游節(jié)點編號集合如表9.4。2021/5/913管段設計流量計算

1．設計管段的劃分（1）設計管段：兩個檢查井之間的管段，如果采用的設計流量不變，且采用同樣的管徑和坡度，則稱它為設計管段。（2）劃分設計管段：只是估計可以采用同樣管徑和坡度的連續(xù)管段，就可以劃作一個設計管段。根據(jù)管道的平面布置圖，凡有集中流量流入，有旁側管接入的檢查井均可作為設計管段的起止點。設計管段的起止點應依次編上號碼。2021/5/914．設計管段設計流量的確定

每一設計管段的污水設計流量可能包括以下幾種流量。1）本段流量q1——是從本管段沿線街坊流來的污水量；2）轉輸流量q2——是從上游管段和旁側管段流來的污水量；3）集中流量q3——是從工業(yè)企業(yè)或其它產生大量污水的公共建筑流來的污水量。

對于某一設計管段，本段流量是沿管段長度變化的，即從管段起點的零逐漸增加到終點的全部流量。為便于計算，通常假定本段流量從管段起點集中進入設計管段。而從上游管段和旁側管流來的轉輸流量q2和集中流量q3對這一管段是不變的。2021/5/915本段流量是以人口密度和管段的服務面積來計算，公式如下：式中q1——設計管段的本段流量（L/s）；

F——設計管段的本段服務面積（ha）；

qs——比流量（L/s·ha）。比流量是指單位面積上排出的平均污水量?？捎孟率接嬎悖菏街衝——生活污水定額（L/人·d）；

——人口密度（人/ha）。2021/5/9169.2.2

節(jié)點設計流量計算設計流量：最高日最高時的污水流量。9.2.3管段設計流量計算從上游起端節(jié)點向下游節(jié)點，依次計算管段設計流量，直到末端節(jié)點，假定居民生活污水、工業(yè)廢水、工業(yè)企業(yè)生活與沐浴污水、公共建筑污水等四類污水的最高小時流量同時出現(xiàn)，設計流量直接累加，得到污水管網(wǎng)管段設計流量的計算公式：節(jié)點流量：該節(jié)點所接入的集中污水流量和該節(jié)點下游管段所連接用戶的污水流量之和。前者稱為集中流量，后者稱為本段流量。前述四類污水流量中有三類（工業(yè)廢水、工業(yè)企業(yè)職工生活污水和淋浴排水、公共建筑污水）作為集中流量處理，只有居民生活污水是本段（沿線）流量。如圖9.4所示，沿線流量按照管段服務面積或管長比例分配，全部加到上游節(jié)點作為節(jié)點流量（不同于給水管網(wǎng)計算時均分到兩端節(jié)點上）。式中q1i―居民生活污水平均日流量，L/s；q2i―工業(yè)廢水設計流量，L/s；q3i―工業(yè)企業(yè)生活與淋浴污水設計流量，L/s；q4i―公共建筑生活污水設計流量，L/s；Kzli―居民生活污水量總變化系數(shù)，根據(jù)q1i查表9.1或用式（9.2）計算；M―污水管網(wǎng)中的管段總數(shù)。

q4i―條管段輸送的公共建筑生活污水設計流量，L/s，它們在管網(wǎng)中滿足連續(xù)性條件；Kzli―條管段輸送的居民生活污水量總變化系數(shù)，根據(jù)q1i查表9.1或用式（9.2）計算；M―污水管網(wǎng)中的管段總數(shù)。圖9.4管段服務面積劃分圖（L/s）（9.9）2021/5/917管段設計流量計算1．設計管段的劃分（1）設計管段：兩個檢查井之間的管段，如果采用的設計流量不變，且采用同樣的管徑和坡度，則稱它為設計管段。（2）劃分設計管段：只是估計可以采用同樣管徑和坡度的連續(xù)管段，就可以劃作一個設計管段。根據(jù)管道的平面布置圖，凡有集中流量流入，有旁側管接入的檢查井均可作為設計管段的起止點。設計管段的起止點應依次編上號碼。2021/5/9182．設計管段設計流量的確定每一設計管段的污水設計流量可能包括以下幾種流量。（1）本段流量q1——

是從本管段沿線街坊流來的污水量；（2）轉輸流量q2——

是從上游管段和旁側管段流來的污水量；（3）集中流量q3——

是從工業(yè)企業(yè)或其它產生大量污水的公共建筑流來的污水量。2021/5/919本段流量計算對于某一設計管段，本段流量是沿管段長度變化的，即從管段起點的零逐漸增加到終點的全部流量。為便于計算，通常假定本段流量從管段起點集中進入設計管段。而從上游管段和旁側管流來的轉輸流量q2和集中流量q3對這一管段是不變的。本段流量是以人口密度和管段的服務面積來計算，公式如下：式中q1:設計管段的本段流量（L/s）；

F:設計管段的本段服務面積（ha）；

qs:比流量（L/s·ha）。比流量是指單位面積上排出的平均污水量。可用下式計算：2021/5/920設計流量計算式中n:生活污水定額（L/人·d）；

p:人口密度（人/ha）。某一設計管段的設計流量可由下式計算：式中qij:某一設計管段的設計流量（L/s）；

q1:本段流量（L/s）；

q2:轉輸流量（L/s）；

q3:集中流量（L/s）；

kz:生活污水總變化系數(shù)。2021/5/921污水管道設計計算實例某市一個區(qū)的街坊平面圖。居住區(qū)街坊人口密度為350人/ha，居民生活污水定額為120L/人·d?；疖囌竞凸苍∈业奈鬯O計流量分別為3L/s和4L/s。工廠甲排除的廢水設計流量為25L/s。工廠乙排除的廢水設計流量為6L/s。生活污水和經(jīng)過局部處理后的工業(yè)廢水全部送至污水廠處理。工廠廢水排出口的管底埋深為2m，該市冰凍深度為1.40m。試進行該區(qū)污水管道系統(tǒng)的設計計算（要求達到初步設計深度）。2021/5/9222021/5/923排水管網(wǎng)設計方法和步驟如下：1．在街坊平面圖上布置污水管道

該區(qū)地勢北高南低，坡度較小，無明顯分水線，可劃分為一個排水流域。支管采用低邊式布置，干管基本上與等高線垂直，主干管布置在市區(qū)南部河岸低處，基本上與等高線平行。整個管道系統(tǒng)呈截流式布置。2021/5/9242．街坊編號并計算其面積

將街坊依次編號并計算其面積，列入表中。用箭頭標出各街坊污水排出的方向。2021/5/9252021/5/926街坊面積匯總表街坊編號1234567街坊面積（ha）1.211.702.081.982.202.201.43街坊編號891011121314街坊面積（ha）2.211.962.042.402.401.212.28街坊編號15161718192021街坊面積（ha）1.451.702.001.801.661.231.53街坊編號222324252627街坊面積（ha）1.711.802.201.382.042.402021/5/9273．劃分設計管段，計算設計流量

根據(jù)設計管段的定義和劃分方法，將各干管和主干管有本段流量進入的點（一般定為街坊兩端）、集中流量及旁側支管進入的點，作為設計管段的起止點的檢查井并編上號碼。2021/5/928各設計管段的設計流量應列表進行計算。本例中，居住區(qū)人口密度為350人/ha，居民污水定額為120L/人·d，則生活污水比流量為2021/5/9292021/5/9302021/5/931【例9.2】例9.1的居住小區(qū)污水管網(wǎng)設計如圖9.5所示，街坊劃分為27個，箭頭表示各街坊污水排出方向，各街坊匯水面積見表9.5。該小區(qū)自北向南傾斜，坡度較小，街道支管布置在較低一側，干管基本與等高線垂直，布置在小區(qū)南面河岸低處，基本與等高線平行。污水管網(wǎng)平面采用截流式形式布置，初步設計方案如圖9.5所示。試計算干管各管段污水設計流量。圖9.52021/5/932【解】本管網(wǎng)中主干管為1~7，可分為6個管段，其中管段1~2輸送工廠甲集中流量，管段5~6輸送工廠乙集中流量，管段2~3、3~4、4~5和6~7分別接納街坊24、25、26和27的生活污水。三條干管為8~2、11~4和16~6，均沒有直接的本段流量。居民生活污水平均日流量按面積分配，比流量為：管段設計流量計算見表9.6。2021/5/9339.3污水管道設計參數(shù)

為了保證污水管道的正常運行，《室外排水設計規(guī)范》（GB50014-2006）對相關設計參數(shù)作了相應規(guī)定。

圖9.6充滿度示意圖

9.3.1設計充滿度在一個設計管段中，污水在管道中的水深h和管道直徑D的比值稱為設計充滿度，如圖9.6所示。當h/D=1時稱為滿管流，當h/D<1時稱為非滿管流。污水管道應按非滿管流設計，為未預見水量留有余地，避免污水溢出；排除有害氣體；便于管道的疏通和維護。設計規(guī)范規(guī)定污水管道的最大設計充滿度見表9.7。最大設計充滿度表9.7管徑D或渠道高度H

(mm)最大設計充滿度h/D或h/H200~3000.55350~4500.65500~9000.70≥10000.75在計算污水管道充滿度時，設計流量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，應按短時間內的滿管流復核，保證污水不溢流到地面。對于明渠，設計規(guī)范規(guī)定設計超高不小于0.2m。2021/5/9349.3.2設計流速為了防止管道中產生淤積或沖刷，設計流速應限制最大和最小設計流速。最小設計流速：管道不淤積流速，與污水中所含懸浮物的成分和粒度有關?！妒彝馀潘O計規(guī)范》規(guī)定污水管渠最小設計流速為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：管道不沖刷流速。該值與管道材料有關，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。明渠最大設計流速按表9.8采用。9.3.3最小管徑為了養(yǎng)護方便，規(guī)定采用允許最小管徑。在居住區(qū)和廠區(qū)內，污水支管最小管徑為200mm，干管最小管徑為300mm。城鎮(zhèn)道路下的污水管道最小管徑為300mm。若設計管段服務面積小，可直接采用最小管徑，稱為不計算管段。明渠最大設計流速表9.8明渠類別最大設計流速(m/s)明渠類別最大設計流速(m/s)粗砂或低塑性粉質粘土0.8草皮護面1.6粉質粘土1.0干砌塊石2.0粘土1.2漿砌塊石或漿砌磚3.0石灰?guī)r或中砂巖4.0混凝土4.02021/5/935選用最小管徑的原因：（1）養(yǎng)護方便：一般在污水管道的上游部分，設計流量很小，若根據(jù)流量計算，則管徑會很小，根據(jù)養(yǎng)護經(jīng)驗表明，管徑過小易堵塞，使養(yǎng)護管道的費用增加。而小口徑管道直徑相差一號在同樣埋深下，施工費用相差不多。（2）減小管道的埋深：此外采用較大的管徑，可選用較小的坡度，使管道埋深減小。最小管徑可見下表。2021/5/936不計算管段：在污水管道的上游，由于設計管段服務的排水面積較小，所以流量較小，由此而計算出的管徑也很小。如果某設計管段的設計流量小于在最小管徑、最小設計坡度（最小流速）、充滿度為0.5時管道通過的流量時，這個管段可以不必進行詳細的水力計算，直接選用最小管徑和最小設計坡度，該管段稱為不計算管段。在有沖洗水源時，這些管段可考慮設置沖洗井定期沖洗以免堵塞。2021/5/9379.3.4最小設計坡度為防止管道內產生沉淀，規(guī)定最小設計流速，相應的管道坡度稱為最小設計坡度。設計坡度與設計流速的平方成正比，與水力半徑的4/3次方成反比，不同管徑的污水管道應有不同的最小坡度。（設計充滿度條件下，管徑越大，最小設計坡度值越?。┮?guī)范規(guī)定最小設計坡度：管徑200mm的最小設計坡度為0.004；管徑300mm的最小設計坡度為0.003。當管道坡度不滿足不淤流速時，應有防淤、清淤措施。鋼筋混凝土管的建議最小設計坡度見表9.9。

2021/5/938

鋼筋混凝土管的建議最小設計坡度見表9.9。常用管徑的最小設計坡度（鋼筋混凝土管非滿流）表9.92021/5/9399.3.5污水管道埋設深度

污水管道埋設深度：管道內壁底部離開地面的垂直距離，是一個重要設計參數(shù)。

覆土厚度：管道頂部離開地面的垂直距離，見圖9.7。埋設深度分為起點埋深、終點埋深和平均埋深，平均埋深是起點埋深和終點埋深的平均值。

最小覆土厚度：保證管道不受外界壓力和冰凍的影響和破壞的覆土厚度最小限值，這一最小限值。污水管道的最小覆土厚度，一般應滿足下述三個要求：（1）防止管道內污水冰凍和因土壤冰凍膨脹而損壞管道《室外排水設計規(guī)范》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。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。（2）防止地面荷載破壞車行道下管最小覆土厚度不宜小于0.7m。非車行道下的管道最小覆土厚度可減小。（3）滿足街區(qū)污水連接管銜接要求從安裝技術考慮，建筑物首層衛(wèi)生設備的污水出戶連接管最小埋深一般采用0.5~0.7m，所以污水支管起點最小埋深也應有0.6~0.7m。最大埋深：管道允許埋設深度的最大值稱為最大允許埋深，應根據(jù)技術經(jīng)濟指標及施工方法而定。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。圖9.7管道埋深示意圖2021/5/9409.3.6污水管道的銜接檢查井設置原則：污水管道在管徑、坡度、高程、方向發(fā)生變化及支管接入的地方及直線管段每隔一定距離。污水管道在檢查井中銜接，遵守兩個原則：（一）避免上游管道形成回水，造成淤積；（二）在平坦地區(qū)應盡可能提高下游管道的標高，以減少埋深。

管道的常用銜接方法：水面平接，管頂平接、管底平接。

水面平接：確定上、下游管道直徑和設計充滿度后，使上、下游管道內的設計水面保持等高。適用于上、下游管道直徑相同時，特別是在平坦地區(qū)采用，可使下游管道埋深小。水面平接法如圖9.8(a)所示。

管頂平接：設計時使上、下游管道頂部保持等高，使上、下游管道內水平有一定落差，不容易產生回水，但下游管道的埋深可能增加。適用于地面坡度較大或下游管道直徑大于上游管道直徑時采用。管頂平接法如圖9.8(b)所示。（a）水面平接（b）管頂平接圖9.8污水管道銜接示意圖

特殊情況下，如下游管道地面坡度急增時，下游管徑可能小于上游管道，此時應采用管底平接方法，保持上下游管道底部等高。2021/5/941注意：（1）下游管段起端的水面和管內底標高都不得高于上游管段終端的水面和管內底標高。（2）當管道敷設地區(qū)的地面坡度很大時，為調整管內流速所采用的管道坡度將會小于地面坡度。為了保證下游管段的最小覆土厚度和減少上游管段的埋深，可根據(jù)地面坡度采用跌水連接。（3）在旁側管道與干管交匯處，若旁側管道的管內底標高比干管的管內底標高相差1m以上時，為保證干管有良好的水力條件，最好在旁側管道上先設跌水井后再與干管相接。2021/5/9424．管渠材料的選擇由于生活污水對管材無特殊要求，且管道的敷設條件較好，故在本設計中，DN≤400mm的管道采用混凝土管，DN400mm以上的管道采用鋼筋混凝土管。5．各管段的水力計算在各設計管段的設計流量確定后，便可按照污水管道水力計算的方法，從上游管段開始依次進行各設計管段的水力計算。2021/5/943水力計算步驟的方法和步驟方法：確定設計流量后，即從上游管段開始，進行各設計管段的水力計算。已知設計流量Q及管道粗造系數(shù)n，求管徑D、設計充滿度h/D、管道坡度i和流速v。為了簡化管道水力計算，常使用水力計算簡圖。在進行水力計算時，對于每一個管段，有六個水力因素：設計流量Q及管道粗造系數(shù)n，求管徑D、設計充滿度h/D、管道坡度i和流速v。計算時采用水力計算表（Q

和n已知），D、v、i、h/D四個參數(shù)中，知道兩個就可以查到其他的兩個。2021/5/944根據(jù)水力計算簡表計算水力參數(shù)1、已知n=0.014，D=300mm，i=0.004，Q=30L/s，求v和h/D;2、已知n=0.014，D=400mm，v=0.9m/s，Q=41L/s，求i和h/D;3、已知n=0.014，D=300mm，h/D=0.60，Q=32L/s，求i和v;2021/5/945步驟：

(1)從管道平面布置圖上量出每一設計管段的長度，列入表中第2項。（2）將各設計管段的設計流量填入表中第3項。設計管段起止點檢查井處的地面標高列入表中第10、11項。（3）計算每一設計管段的地面坡度，作為確定管道坡度時的參考。（4）根據(jù)管段的設計流量Q，參照地面坡度I，確定各設計管段的管徑D、設計流速V、設計坡度i和設計充滿度h/D。

2021/5/946

污水主干管水力計算表

管

段

編

號管道

長度

L

（m）設計

流量

Q

(L/s)管道

D

(mm)坡度

i流速

ν

（m/s）充滿度降落量

i·L

(m)標高（m）埋設深度

（m）

h/DH(m)

地面水面管內底上端下端上端下端上端下端上端下端12345678910111213141516171～211025.003000.00300.700.510.1530.33086.2086.1084.35384.02384.20083.8702.002.232～325038.093500.00280.750.520.1820.70086.1086.0584.00283.30283.82083.1202.282.933～417039.563500.00280.750.530.1860.47686.0586.0083.30282.82683.11682.6402.933.364～522060.924000.00240.800.580.2320.52886.0085.9082.82282.29482.59082.0623.413.845～624066.924000.00240.820.620.2480.57685.9085.8082.29481.71882.04681.4703.854.336～724084.364000.00230.850.600.270.55285.8085.7081.69081.13881.42080.8684.384.832021/5/947

其余各設計管段的管徑、坡度、流速和充滿度的計算方法與上述方法相同。在水力計算中，由于Q、D、I、v、h/D各水力因素之間存在著相互制約的關系，因此，在查水力計算圖時，存在著一個試算過程，最終確定的D、I、v、h/D要符合設計規(guī)范的要求。（5）根據(jù)設計管段的長度和設計坡度求管段的降落量。如管段1～2的降落量為I·L＝0.002×110＝0.22m，列入表中第9項。（6）根據(jù)管徑和設計充滿度求管段的水深。如管段1～2的水深h＝D·h/D＝0.35×0.447＝0.16m，列入表中第8項。2021/5/948(7)求各設計管段上、下端的管內底標高和埋設深度?？刂泣c：是指在污水排水區(qū)域內，對管道系統(tǒng)的埋深起控制作用的點。各條干管的起點一般都是這條管道的控制點。這些控制點中離出水口最遠最低的點，通常是整個管道系統(tǒng)的控制點。具有相當深度的工廠排出口也可能成為整個管道系統(tǒng)的控制點，它的埋深影響整個管道系統(tǒng)的埋深。2021/5/949確定控制點的管道埋深應根據(jù)城市的豎向規(guī)劃，保證排水區(qū)域內各點的污水都能自流排出，并考慮發(fā)展，留有適當余地；不能因照顧個別點而增加整個管道系統(tǒng)的埋深。

對個別點應采取加強管材強度；填土提高地面高程以保證管道所需的最小覆土厚度；設置泵站提高管位等措施，減小控制點的埋深.2021/5/950首先確定管網(wǎng)系統(tǒng)的控制點。本例中離污水廠較遠的干管起點有8、11、15及工廠出水口1點，這些點都可能成為管道系統(tǒng)的控制點。1點的埋深受冰凍深度和工廠廢水排出口埋深的影響，由于冰凍深度為1.40m，工廠排出口埋深為2.0m，1點的埋深主要受工廠排出口埋深的控制。8、11、15三點的埋深可由冰凍深度及最小覆土厚度的限值決定，但因干管與等高線垂直布置，干管坡度可與地面坡度相近，因此埋深增加不多，整個管線上又無個別低洼點，故8、11、15三點的埋深不能控制整個主干管的埋設深度。對主干管埋深起決定作用的控制點則是1點。2021/5/9516．繪制管道平面圖和縱剖面圖

污水管道平面圖和縱剖面圖的繪制方法見本章第五節(jié)。本例題的設計深度僅為初步設計，所以，在水力計算結束后將求得的管徑、坡度等數(shù)據(jù)標注在管道平面圖上。同時，繪制出主干管的縱剖面圖。2021/5/952在進行管道的水力計算時，應注意如下問題：①慎重確定設計地區(qū)的控制點。這些控制點常位于本區(qū)的最遠或最低處，它們的埋深控制該地區(qū)污水管道的最小埋深。各條管道的起點、低洼地區(qū)的個別街坊和污水排出口較深的工業(yè)企業(yè)或公共建筑都是控制點的研究對象。②研究管道敷設坡度與管線經(jīng)過的地面坡度之間的關系。使確定的管道坡度在滿足最小設計流速的前提下，既不使管道的埋深過大，又便于旁側支管的接入。2021/5/953③水力計算自上游管段依次向下游管段進行，隨著設計流量逐段增加，設計流速也應相應增加。如流量保持不變，流速不應減小。只有當坡度大的管道接到坡度小的管道時，下游管段的流速已大于1.0m/s（陶土管）或1.2m/s（混凝土、鋼筋混凝土管道）的情況下，設計流速才允許減小。

設計流量逐段增加，設計管徑也應逐段增大，但當坡度小的管道接到坡度大的管道時，管徑才可減小，但縮小的范圍不得超過50～100mm，并不得小于最小管徑。2021/5/954④在地面坡度太大的地區(qū)，為了減小管內水流速度，防止管壁遭受沖刷，管道坡度往往小于地面坡度。這就可能使下游管段的覆土厚度無法滿足最小限值的要求，甚至超出地面，因此應在適當?shù)攸c設置跌水井。當?shù)孛嬗啥钙峦蝗蛔兙彆r，為了減小管道埋深，在變坡處應設跌水井。2021/5/955⑤水流通過檢查井時，常引起局部水頭損失。為了盡量降低這項損失，檢查井底部在直線管段上要嚴格采用直線，在轉彎處要采用勻稱的曲線。通常直線檢查井可不考慮局部水頭損失。⑥在旁側管與干管的連接點上，要考慮干管的已定埋深是否允許旁側管接入。同時為避免旁側管和干管產生逆水和回水，旁側管中的設計流速不應大于干管中的設計流速。⑦初步設計時，只進行干管和主干管的水力計算。技術設計時，要進行所有管道的水力計算。2021/5/9569.4污水管網(wǎng)水力計算目的：根據(jù)管段設計流量，由上游管段開始，進行管段水力計算，確定管段直徑和坡度。-管道坡度盡可能與地面平行，減少埋深；-保證合理的設計流速，不發(fā)生淤積和沖刷；-造價經(jīng)濟。9.4.2較大坡度地區(qū)管段設計當自然地形坡度可以利用時，管道可以沿著地面坡度敷設，如圖9.9所示，節(jié)約工程費用。由管段設計流量和最大充滿度約束條件，可計算管段直徑D。計算過程如下：9.4.1不計算管段的確定不計算管段：規(guī)范規(guī)定，在街區(qū)和廠區(qū)內最小管徑為200mm，在街道下的最小管徑為300mm。當設計污水流量小于一定值時，可以不計算而直接采用最小管徑，在平坦地區(qū)還可以直接采用最小設計坡度。通過計算可知，當管道粗糙系數(shù)為n=0.014時，對于街區(qū)和廠區(qū)內管道，最小設計坡度為4‰，當設計流量小于9.19L/s時，可以直接采用最小管徑200mm；對于街道下管道，最小設計坡度為3‰，當設計流量小33L/s時，可以直接采用最小管徑300mm。圖9.9污水管道期望坡度2021/5/957式中E1、E2―管段上、下游節(jié)點地面高程，m；H1、H2―管段上、下游節(jié)點埋深，m；L―管段長度，m。9.4.2較大坡度地區(qū)管段設計（續(xù)）（1）根據(jù)地形和管段兩端節(jié)點處的埋深條件，用下式計算期望坡度i：圖9.9污水管道期望坡度(9.10)（2）計算管徑D：(9.11)（3）選取標準管徑，計算與標準管徑對應的θ值、充滿度和流速。污水管道直徑選用圖：附圖1所示，由已知設計流量（橫坐標）和坡度（縱坐標），可選定一個合適的管徑。以設計流量q=200L/s，坡度I=6‰為例，從圖中可以確定，合適的管徑為D=600mm。2021/5/9589.4.3平坦或反坡地區(qū)管段設計

當管道敷設地點地形比較平坦甚至是反坡時，減小下游管段埋深，可以降低造價。采用較大管徑可以減小坡度，計算最小坡度條件下的不同管徑和不同粗糙系數(shù)n值的非滿管流的流量，選取對應的最大管徑，見表9.10。2021/5/9599.4.4管段銜接設計首先確定管段起點埋深，對于非起點管段，應確定它與上游管段的銜接關系；三種銜接方法：管底平接、水面平接和管底平接；根據(jù)管段設計管徑、坡度、充滿度及管段長度，推求管段末端埋深，作為下游管段的銜接條件。管段末端埋深計算公式為：(9.12)水力計算自上游管段依次向下游逐段進行。當坡度大的管道接到坡度小的管道時，下游管段的流速已大于1m/s（陶土管）或1.2m/s（混凝土、鋼筋混凝土管道）的情況下，設計流速允許減小。當坡度小的管道接到坡度大的管道時，管徑可以減小，但縮小的范圍不得超過50~100mm?！纠?.3】繼續(xù)進行例9.2污水管網(wǎng)設計。擬采用混凝土排水管材，粗糙系數(shù)n=0.01４，已知節(jié)點1最小埋深為2.0m，管網(wǎng)其它起點最小埋深要求均小于1.0m，因此節(jié)點1作為主干管的起點控制埋深。試進行主干管1~7的水力計算?！窘狻繌墓?jié)點1開始，從上游管段依次向下游管段進行水力計算，見表9.11。2021/5/9602021/5/961

污水主干管水力計算表

管

段

編

號管道

長度

L

（m）設計

流量

Q

(L/s)管道

D

(mm)坡度

i流速

ν

（m/s）充滿度降落量

i·L

(m)標高（m）埋設深度

（m）

h/DH(m)

地面水面管內底上端下端上端下端上端下端上端下端12345678910111213141516171～211025.003000.00300.700.510.1530.33086.2086.1084.35384.02384.20083.8702.002.232～325038.093500.00280.750.520.1820.70086.1086.0584.00283.30283.82083.1202.282.933～417039.563500.00280.750.530.1860.47686.0586.0083.30282.82683.11682.6402.933.364～522060.924000.00240.800.580.2320.52886.0085.9082.82282.29482.59082.0623.413.845～624066.924000.00240.820.620.2480.57685.9085.8082.29481.71882.04681.4703.854.336～724084.364000.00230.850.600.270.55285.8085.7081.69081.13881.42080.8684.384.832021/5/9629.5管道平面圖和縱剖面圖繪制□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