城市污水管道系统的规划设计.docx

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城市污水管道系统的规划设计

城市污水管道系统的规划设计

（2012-10-2709:

52:

10）

标签：

上游沟

总变化系数

生活污水

沟道

污水量

教育

分类：

土木工程

城市污水管道系统的规划设计

第一节沟道中的水流情况

污水在沟道系统中的流动特点

1. 管网呈树枝状且沿程流量递增；

2. 靠重力流动；

3. 污水中含有杂质（①µ>µ清水；②过水断面面积变化；③粗糙系数发生变化。

）近似按清水出厂管计算；

4. 沟道中流速沿程有变化：

（①沿程流量有变化；②转弯，交叉，变径等处流速有变化。

）近似按稳定均匀流计算。

第二节污水沟道水力学设计的原则

沟道水力学设计：

根据水力学原理确定沟道的管径，坡度和高程。

一.设计原则（见教材）

1.不溢流    2.不淤积    3.不冲刷沟壁    4.要注意通风

第三节沟道水力学计算用的基本公式

一. 水力计算公式

1. 流量公式：

Q=Av          （4.2.1）

式中：

Q－设计流量（m3/s）；

A－水流有效断面面积（m2）；

v－流速（m/s）。

2. 流速公式：

式中：

v—流速（m/s）；

R—水力半径（m）；

I—水力坡降；

n—粗糙系数。

3. 方程组：

①流速公式；②qv=

二.污水设计流量计算

污水管道系统是由污水管道及管道系统上的附属构筑物组成。

污水管（渠）道设计的主要内容包括：

划分排水流域，进行管网定线；划分设计管段，确定各设计管段的设计流量；进行管（渠）道的水力计算，确定管径、坡度、流速及埋深等；绘制管（渠）道平面图及剖面图。

2.1污水设计流量计算

污水设计流量是污水管道系统及附属构筑物设计的依据。

2.1.1设计污水量定额

居民生活污水定额是指居民每人每日所排出的平均污水量。

居民生活污水定额与居民生活用水定额、建筑内给排水设施水平及排水系统普及程度等因素有关。

我国现行《室外排水设计规范》规定，可按当地用水定额的80％～90％采用。

对给排水系统完善的地区可按90％计，一般地区可按80％计。

综合生活污水定额（还包括公共建筑排放的污水）

注意：

采用平均日污水量定额。

工业企业工业废水和职工生活污水和淋浴废水定额：

与给水定额相近，可参考。

2.1.2污水量的变化

通常用变化系数来反映城镇污水量的变化程度。

变化系数有日变化系数、时变化系数和总变化系数。

日变化系数Kd：

在一年中最大日污水量与平均日污水量的比值称为日变化系数。

   时变化系数Kh：

最大日中最大时污水量与该日平均时污水量的比值，称为时变化系数。

   总变化系数Kz：

最大日最大时污水量与平均日平均时污水量的比值称为总变化系数。

Kz=Kd• Kh

1．居民生活污水量变化系数

总变化系数与平均流量有一定关系，平均流量愈大，总变化系数愈小。

生活污水量总变化系数宜按现行《室外排水设计规范》规定采用。

（1）查表

生活污水量总变化系数

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

注：

1.当污水平均日流量为中间数值时，总变化系数用内差法求得。

2.当居住区有实际生活污水量变化资料时，可按实际数据采用。

（2）公式计算

   该式是我国在多年观测资料的基础上进行综合分析总结出的计算公式。

它反映了我国总变化系数与平均流量之间的关系：

式中   ——平均日平均时污水量（L/s）。

2．工业废水量变化系数

日变化系数较小，接近1。

时变化系数见下表：

工业种类 冶金 化工 纺织 食品 皮革 造纸

时变化系数Kh 1.0~1.1 1.3~1.5 1.5~2.0 1.5~2.0 1.5~2.0 1.3~1.8

3．工业企业工业职工生活污水和淋浴污水量变化系数

生活污水：

一般车间3.0，高温车间2.5。

淋浴污水：

下班后1小时使用，不考虑变化。

1．1．3 污水设计流量计算

1．居民生活污水设计流量的确定

  居民生活污水是指居民日常生活中洗涤、冲厕、洗澡等产生的污水。

  居民生活污水设计流量可按下式计算：

式中 Q1——  居民生活污水设计流量（L/s）；

     q1——  居民生活污水定额（L/人•d）；

     N1——  设计人口数；

     Kz—— 生活污水量总变化系数。

设计人口指污水排水系统设计期限终期的规划人口数。

它与城市的发展规模及人口的增长率有关。

2．工业废水设计流量

3．工业企业的生活污水和淋浴污水设计流量的确定

工业企业生活污水和淋浴污水设计流量用下式计算：

（4）公共建筑污水设计流量

可利用综合污水定额计算，如有具体资料也可单独计算。

式中 Q4——各公共建筑污水设计流量（L/s）；

     Q4i——  各公共建筑最高日污水量标准L/用水单位•d）；

N4i——各公共建筑用水单位数；

     T4i——各公共建筑最高日排水小时数；h

     Kh4i——各公共建筑污水量时变化系数。

（5）城市污水设计总流量

【例题】某工业区，居住区人口为4000人，居民生活污水定额（平均日）=80（L/人•d），工厂最大班职工人数1000人，其中热车间职工占25%，热车间70%职工淋浴，一般车间10%职工淋浴。

求该工业区生活污水总设计流量。

解：

1.居住区生活污水设计流量

2．工业企业的生活污水和淋浴污水设计流量

3．生活污水总设计流量

2．2 管段设计流量计算

1．设计管段的划分

（1）设计管段：

两个检查井之间的管段，如果采用的设计流量不变，且采用同样的管径和坡度，则称它为设计管段。

（2）划分设计管段：

只是估计可以采用同样管径和坡度的连续管段，就可以划作一个设计管段。

根据管道的平面布置图，凡有集中流量流入，有旁侧管接入的检查井均可作为设计管段的起止点。

设计管段的起止点应依次编上号码。

2．设计管段设计流量的确定

  每一设计管段的污水设计流量可能包括以下几种流量。

（1）本段流量q1——是从本管段沿线街坊流来的

                    污水量；

（2）转输流量q2——是从上游管段和旁侧管段流来的污水量；

（3）集中流量q3——是从工业企业或其它产生大量污水的公共建筑流来的污水量。

对于某一设计管段，本段流量是沿管段长度变化的，即从管段起点的零逐渐增加到终点的全部流量。

为便于计算，通常假定本段流量从管段起点集中进入设计管段。

而从上游管段和旁侧管流来的转输流量q2和集中流量q3对这一管段是不变的。

本段流量是以人口密度和管段的服务面积来计算，公式如下：

式中 q1——设计管段的本段流量（L/s）；

     F——设计管段的本段服务面积（ha）；

     qs—— 比流量（L/s•ha）。

比流量是指 单位面积上排出的平均污水量。

可用下式计算：

式中 n——生活污水定额（L/人•d）；

      ρ——人口密度（人/ha）。

某一设计管段的设计流量可由下式计算：

式中 qij——某一设计管段的设计流量（L/s）；

     q1——本段流量（L/s）；

     q2——转输流量（L/s）；

     q3——集中流量（L/s）；

     kz——生活污水总变化系数。

第四节水力学算图

第五节沟道水力学设计数据

5.1 污水管道设计参数

   水力计算的两个基本公式给出了流量Q、流速v、粗糙系数n、水力坡度I、水力半径Ｒ和过水断面面积ω等水力要素之间的关系。

为使污水管渠正常运行，需对这些因素加以考虑和限制。

作为污水管道设计的依据。

2.3.1设计充满度

1．设计充满度h/D：

在设计流量下，污水管道中的水深h与管道直径D的比值称为设计充满度（或水深比）。

当h/D＝１时称为满流；当h/D＜1时称为不满流。

2．污水管道的设计有按满流和非满流两种方法。

在我国，按非满流进行设计。

原因是：

污水的流量很难精确确定，而且雨水或地下水可能渗入污水管道增加流量，因此，选用的污水管道断面面积应留有余地，以防污水溢出；

污水管道内沉积的污泥可能分解析出一些有害气体，需留出适当的空间，以利管道内的通风，排除有害气体便于管道的疏通和维护管理。

一. 设计充满度

充满度定义：

沟道中的水深h和管径D（或渠深H）的比值。

如p43图。

设计充满度：

沟道是按不满流的情况进行设计的。

在设计流量下，沟道中的水深h和管径D（或渠深H）的比值c称为设计充满度。

1.按不满流进行设计（h/D<1）

h/D≤（h/D）max（最大设计充满度） 

（h/D）max见表2－2《室外排水设计规范》

排水管渠的最大设计充满度和超高，应符合下列规定：

（1）重力流污水管道应按非满流计算，其最大设计充满度，应按《室外排水设计规范》表4.2.4的规定取值；

表4.2.4 最大设计充满度

管径或渠高（mm） 最大设计充满度

200~300 0.55

350~450 0.65

500~900 0.70

≥1000 0.75

 注：

在计算污水管道充满度时，不包括短时突然增加的污水量，但当管径小于或等于300mm时，应按满流复核。

（2）雨水管道和合流管道应按满流计算；

（3）明渠超高不得小于0.2m。

按不满流进行设计原因：

①留出一定空间，使管道通风；②考虑未预见水量；③便于沟道的疏通和维护管理，④在一定条件，可提高流速，减少淤积（流速和充满度的关系见教材手画图）。

h/D↓，排量↓；h/D↑；流速↓。

2.按满流设计（h/D＝1）

雨水沟道系统按满流设计（h/D＝1）

qv满＝qv＋q未预见，  q未预见＝（10～20％）qv

《室外排水设计规范》规定，明沟超高（渠中设计水面与渠顶间高度）不小于0.2m。

二.设计流速

定义：

沟道中流量到达设计流量时的水流速度。

1. 最大设计流速（防止冲刷沟道）：

金属管10m/s，非金属管5m/s

2. 最小设计流速（防止沟道淤积）：

污水沟道0.6m/s，明沟0.4m/s。

防止淤积所需的沟道设计流速的最小限值同废水中夹带的悬浮物的性质（颗粒大小、相对密度）有关。

同时，平坦地区，最小流速不宜定得过大。

就整个污水沟道系统而言，各设计沟段的设计流速从上游到下游最好是逐渐增加的。

3.自清流速（保证沟道自动清洗的最小速度）：

v清＝0.7m/s

支管，街坊管：

v≥vmin

繁华街道支管：

v≥v清

三.最小管径

①管径越小，堵塞机会越多，维护养护费用越高；

②管径越小，流速一定，坡度会增加很快。

街坊和厂区管道：

Dmin=200mm； 

街道管道：

Dmin=300mm。

排水管道的最小管径与相应最小设计坡度，宜按本规范表4.2.10的规定取值。

表4.2.10 最小管径与相应最小设计坡度

管道类别 最小管径（mm） 相应最小设计坡度

污水管 300 塑料管0.002，其他管0.003

雨水管和合流管 300 塑料管0.002，其他管0.003

雨水口连接管 200 0.01

压力输泥管 150 －

重力输泥管 200 0.01

四.最小设计坡度和不计算管断的最小设计坡度

1.最小设计坡度：

坡度和流速存在一定的关系，同最小设计流速相应的坡度就是最小设计坡度。

满流或半满流时，相应于最小设计流速的坡度

  →I=（nv/R2/3）2

Dmin=200mm,   imin=0.004

Dmin=300mm。

  imin=0.003

2. 不计算管段

定义：

由于上游沟道系统上，沟道受水面积比较，流量较小，当设计流量小于最小管径在最小设计流速条件下，h/D＝（h/D）max时的流量，该段称不计算管段，按最小管径，最小坡度设计。

街坊：

Dmin=200mm,    Q

街道：

Dmin=300mm,    Q

五.沟道的埋设深度和覆土厚度

埋设深度定义：

指沟底的内壁到地面的距离。

覆土厚度定义：

沟顶的外壁到地面的距离。

1. 最小埋设深度：

为了满足技术的要求所规定的埋深的最小限值。

（1）必须防止沟道内污水结冰或土壤冻胀破坏沟道，H1=HB-0.15；

污水在沟道中冰冻的可能与污水的水温和土壤的冰冻深度等因素有关。

无保温措施的生活污水沟道或水温和它接近的工业废水沟道，沟底在冰冻线之上的距离不得大于0.15m。

（2）防止外荷载破坏沟道，车行道下最小覆土厚度不宜小于0.7（房屋排出管的最小埋深通常采用0.55~0.65m。

H2=0.7+D+0.1=0.8+D；

（3）满足沟道在衔接上的要求，H3=h+iL+h1-h2+Δh（管径之差）?

式中：

d——街沟的最小覆土厚度，m；

     h——街区或厂区内的污水沟道起端的最小埋深，m；

     i——街区或厂区内的污水沟道和连接支管的坡度；

     L——街区或产区内的污水沟道和连接支管的总长度，m；

     h1——街沟窨井处地面高程，m；

     h2——街区或厂区内的污水沟道起点窨井处地面高程，m。

例题：

某工程冰冻深度HB＝1.0m，h1-h2＝－0.05m，h=0.6m,街坊沟道长150m，求街道沟道Φ300mm的最小埋深？

解：

H1=HB-0.15＝1.0－0.15＝0.85m,

H2=0.8+D=0.8+0.3=1.1m

H3=h+iL+h1-h2+Δh=0.6+4‰×150+（-0.05）+0.1=1.25m

三个限值中的最大值就是这一沟段的允许最小覆土厚度Hmin=max{H1,H2,H3}=1.25m

2. 最大埋设深度：

根据技术经济指标和施工方法而确定的埋深的最大限值。

①对于干燥性土壤，Hmax≤7～8m；

②在多水、流沙、石灰岩地层土壤，Hmax≤5m

以上所讲，仅作参考，具体设计时，可以根据具体情况作具体的调整。

第六节沟段的衔接

一. 窨井上下游的沟段在衔接时应遵循的原则：

①尽可能提高下游沟道高程，以减少埋深，从而降低造价，在平坦地区这点尤其重要；

②避免在上游沟段中形成回水，造成淤积；

③井下游沟底高程不得高于井上游沟底高程；井下游水面高程不得高于井上游水面高程。

二.衔接方式：

1. 水面平接：

适用：

同管径或管径渐增   特点：

易回水，会产生淤积

2. 沟定平接：

适用：

同管径或管径渐增   特点：

增加埋深

3. 沟底平接：

适用：

同管径或管径渐减