给排水污水管道设计计算.doc
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2污水管道设计计算
2．1排水区域划分及管线布置
2.1.1排水区域划分
该地区所地区地面平坦，可按一个高度确定地面标高。
区域最北部为京杭大运河，沿河的东部和西部分别有一个污水处理厂。
根据以上条件划分排水区域为：
以淮海路为分界线，划分成两个排水区域。
淮海路以西所排放的污水排入四季青污水处理厂，以东排入淮安第二污水处理厂。
2.1.2管线布置
图1污水管道布置图（初步设计）
管线布置原则是充分利用地形、地势，就近排入水体，以减小管道埋深，降低工程造价。
该地区地势平坦，区域最北边为京杭大运河，因此干管自南向北采用截流式敷设。
截流式是正交式的改进，即沿河岸敷设主干管。
这种布置的优点是干管长度短，管径小，因而较经济，污水排出也比较迅速。
干管基本上汇集街道两边相邻街区的污水，若街区面积较小且最近街道未敷设干管，则可能利用支管将该街区污水输送进最近的干管。
具体如图1所示。
2．2污水流量计算
污水设计流量包括生活废水和工业废水两大类。
本设计中，工业废水水量不大，可直接汇入生活污水管道中一并送入污水处理厂。
已知各个功能区的排水量，并从所给地图中量出排水面积，即可求出污水的流量。
街区流量的计算公式[3]：
（2-1）
Q——流量，L/s
q——污水指标，m3/ha·d，居住用地：
55m3/（ha·d）；
公共设施用地：
40m3/（ha·d）；
仓储用地：
20m3/（ha·d）；
市政用地：
15m3/（ha·d）；
其它污水为总污水量的10%。
A——面积，ha，在所给地区地形图上根据区域面积计算。
由于居住区生活污水定额是平均值，因此根据设计人口和生活污水定额计算所得的是污水平均流量。
而实际上流入污水管道的污水量时刻扣在变化。
这些变化包括季节变换，日间变换等等。
若要采用平均值计算流量，必须设定污水变化系数来修订水量。
下表是我国《室外排水设计规范》（GBJ14—87）采用的居住区生活污水量总变化系数值。
表1生活污水总变化系数[9]
污水平均日流量（L/S）
5
15
40
70
100
200
500
≥1000
总变化系数（KZ）
2．3
2．0
1．8
1．7
1．6
1．5
1．4
1．3
街区编号及面积流量如下表所示：
街区编号
1
2
3
4
5
6
街区面积（ha）
31.13
13.19
15.42
11.86
24.46
12.01
流量（L/s）
19.81
3.05
7.14
7.55
15.57
7.64
街区编号
7
8
9
（1）
9
（2）
10
11
街区面积（ha）
7.34
9.34
5.93
5.93
14.23
14.23
流量（L/s）
4.67
5.94
2.74
3.77
9.06
9.06
街区编号
12
13
14
15
16
17
街区面积（ha）
11.12
9.34
40.02
20.16
24.90
25.64
流量（L/s）
7.076714
5.94
0
12.83
15.85
16.32
街区编号
18
（1）
18
（2）
19
20
21
22
街区面积（ha）
12.45
12.45
22.23
18.38
9.78
8.89
流量（L/s）
5.76
7.93
10.29
11.70
6.23
4.12
街区编号
23
24
25
26
27
28
街区面积（ha）
13.04
7.41
8.15
6.67
4.45
7.41
流量（L/s）
8.30
4.72
3.77
3.09
2.06
4.72
街区编号
29
30
31
32
33
34
街区面积（ha）
6.67
4.45
5.93
3.56
3.71
3.71
流量（L/s）
4.25
2.06
2.74
1.65
1.72
2.36
街区编号
35
36
37
38
39
40
街区面积（ha）
5.93
5.19
1.48
26.68
22.23
22.23
流量（L/s）
2.74
3.30
0.69
16.98
10.29
14.15
街区编号
41
42
43
44
45
46
街区面积（ha）
13.34
17.79
25.64
23.42
20.46
21.34
流量（L/s）
8.49
11.32
16.32
14.91
13.02
13.59
街区编号
47
48
49
50
51
52
街区面积（ha）
5.19
6.67
7.56
8.45
46.39
12.97
流量（L/s）
2.40
4.24
3.50
3.91
21.48
8.26
街区编号
53
54
55
56
57
58
街区面积（ha）
8.15
9.78
7.41
6.67
8.00
5.34
流量（L/s）
3.77
4.53
3.43
3.09
3.71
2.47
街区编号
59
60
61
62
63
64
街区面积（ha）
13.34
2.22
5.93
20.75
23.72
7.11
流量（L/s）
6.18
1.03
3.77
13.21
10.98
3.29
街区编号
65
66
67
68
69
70
街区面积（ha）
11.86
6.23
4.00
13.34
5.78
2.67
流量（L/s）
5.49
2.88
1.85
2.32
2.68
1.24
街区编号
71
街区面积（ha）
7.11
流量（L/s）
3.29
表2街区面积及流量
2．3污水管道的水力计算
污水沟道水力学设计的原则：
为了保证购到能正常运行，以顺利地收集和输送生活污水和工业废水，沟道水力学计算要满足下列要求：
a）不溢流
生活污水和工业废水从沟道中溢流到地面会造成环境污染，所以污水沟道是不允许溢流的。
为防止溢流的发生，水力计算的流量是可能出现的最大流量。
b）不淤积
当管道中的水流流速太小时，水中的固体杂质会下沉，淤积在管道中，造成管道堵塞，因此，管道中的流速应当不致使固体下沉而规定一个最小设计流速。
c）不冲刷沟壁
当管道中的流速过大时，管道中的水流会冲刷管壁，长此以往，管壁会损坏，因此，水力计算应规定一个最大设计流速。
d）要注意通风
生活污水和工业废水中有些物质会散发有毒气体和可燃气体，管道的设计要按照不满流计算，在管道中的水面上保留一部分空间，作为通风排起的通道，并为不溢流留有余地。
2.3.1水力计算基本公式
在施工中尽量注意改善管道的水力条件，使管内污水流动尽可能接近均匀流，这样，在排水管道的水力计算中可采用均匀流公式。
流速的公式利用谢才公式和曼宁公式连立求得[9]：
（2-2）
——流速（m/s）
R——水力半径（过水断面面积与湿周的比值）（m）
I——水力坡度（等于水面坡度，也等于管底坡度）
C——流速系数或称谢才系数
C[10]按曼宁公式求解：
（2-3）
n——管壁粗糙系数，更具管渠材料而定。
2.3.2污水管道水力计算的设计参数
a）设计充满度
在设计流量情况下，充满度<1为不满流，=1为满流（h为管道中水深，D为直径）。
我国的污水管道设计安不满流进行设计，最大设计充满度的规定如下表：
表3最大设计充满度[3]
管径（D）或暗渠高（H）（mm）
最大设计充满度（或）
200～300
0.55
350～450
0.65
500～900
0.70
≥1000
0.75
在计算污水管道充满都市。
不包括淋浴时间内突然增加的污水量，但当管径小于或等于300mm时，应按满流复核。
这样规定的原因是：
1）污水流量时刻在变化，很难精确计算，而且雨水或地下水可能通过检查井盖或管道接口渗入污水管道。
因此，有必要保留一部分管道断面，为未预见水量的增长留有余地，避免污水一处妨碍环境卫生。
2）污水管道内沉积的污泥可能分解析出一些有害气体。
此为，污水中如含有汽油、苯、石油等易燃液体是，可能形成爆炸性气体。
故需留出适当的空间，以利于管道的通风，排除有害气体，对于管道爆炸有良好的效果。
3）便于管道的疏通和维护管理。
b）设计流速
和设计流量、设计充满度相应的水流平均速度叫做设计流速。
污水在管内流动缓慢时，污水中所含杂质可能下沉，产生淤积；当污水流速增大时，可能产生冲刷现象，甚至损坏管道。
为了防止管道中产生淤积或冲刷，设计流速不宜过小或者过大，应在最大和最小设计流速范围之内。
最小设计流速是保证管道内部发生淤积的流速。
根据国内污水管实际运行情况的观测数据并参考国外经验，污水管道的最小设计流速定为0.6m/s[3]，当含有金属、矿物固体或重油杂质的生产污水管道，其最小设计流速应适当增大。
最大设计流速是保证管道不被冲刷损坏的流速，一般，金属管道的最大设计流速为10m/s，非金属管道的最大设计流速为5m/s[3]。
c）最小管径
在污水管道系统的上游部分，污水管段的水急流量一般很小，若根据设计流量计算管径，则管径会很小，极易堵塞。
根据污水管道的养护纪录统计，直径为150mm的支管的堵塞次数，可能达到直径为200mm的支管的堵塞次数的两倍，使管道养护费用增加。
然而，在同样埋深条件下，直径200mm与150mm的管道造价相差不多，而采用较大管径可减小管道坡度，以减小管道埋深。
我们为了护养工作的方便规定最小埋深如下表所示：
表4污水沟管的最小管径及最小设计坡度[11]
沟道位置
最小管径/mm
最小设计坡度/i
在街坊和厂区内
在街道下
200
300
0．004
0．003
d）最小设计坡度
在污水管道系统设计中，通常是管道埋设坡度与实际地区的地面坡度基本一致，但管道坡度造成的流速应等于或大于最小设计流速，以防止管道内产生沉淀。
所以最小设计坡度是最小设计流速时的管道坡度。
管径相同的管道，因充满度不同，其最小坡度也不同。
我们规定200mm的最小设计坡度0.004；管径300mm的最小设计坡度0.003。
在给定管径的圆形管道中，满流与半满流运行时的流速是相等的，处于满流与半满流之间的理论流速略大一些，而随着水深降至半满流以下，则其流速逐渐下降，故在确定最小管径的最小坡度时采用的实际充满度为0.5。
e）埋设深度
图2埋设深度
污水管道的埋深是管道的内壁距地面的垂直距离。
管道埋深影响管道造价，与管道材料、直径、施工现场地质条件和管道埋设深度等条件有关。
一条管道的埋深分为起点埋深、终点埋深和管道平均埋深，管段平均埋深是起点埋深和终点埋深的平均值。
为保证污水管道不受外界压力和冰冻的影响和破坏，我们规定一个最小覆土厚度。
污水管道内的污水是利用重力从高处流向低处的。
当管道内的坡度大于地面坡度时，管道系统的埋深会越来越大。
埋深越大，则造价越高，因此，管道也有一个最大埋深限值。
一般，管道起点最小埋深应有0.6～0.7m[3]；干燥土壤中，最大埋
深不超过8～9m；多水、流沙、石灰岩地层中，不超过5m。
超过最大埋深
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