第3章排水管网设计3.1概述3.2污水管道系统设计3.2.1污水管道设计内容3.2.2污水管道设计举例3.2.3国外污水管道的设计方法介绍3.3雨水管渠系统设计3.3.1雨水管渠系统平面布置特点3.3.2雨水管渠的设计流量3.3.3雨水管渠系统的设计步骤和水力计算3.3.4雨水管渠系统设计计算举例3.3.5排水管网水力计算软件介绍3.4合流制管渠系统设计排水管道的设计步骤:设计资料的调查设计方案的确定设计计算设计图纸的绘制排水管道的设计任务:——规划设计收集和输送污水、雨水的一整套工程设施和构筑物。第3章排水管网设计3.1概述(1)设计资料调查设计任务资料:有关的法令、法规、制度;城市的总体规划及其他基础设施情况自然资料:地形资料,包括地形图、等高线气象资料,包括气温、风向、降雨量等水文资料,受纳水体流量、流速、洪水位地质资料,包括地下水位、地耐力、地震等级工程资料:道路、通讯、供水、供电、煤气等第3章排水管网设计3.1概述(2)第3章排水管网设计3.1概述(3)设计方案确定——包括排水体制的选择、排水系统的布置形式,应通过技术、经济比较,确定最优的方案确定排水区界,划分排水流域管道定线控制点确定和泵站的设置地点污水设计流量计算设计管段及设计流量的确定污水管道水力计算污水管道的衔接绘制管道平面图和纵剖面图第3章排水管网设计3.2污水管道系统设计确定排水区界,划分排水流域——排水区界是污水排水系统设置的界限。——排水流域是指在排水区界内,按照一定要求所划分的不同排水区域。(通常在丘陵及地形起伏的地区根据等高线划分排水区域,在地形平坦地区可按照面积的大小进行划分。)确定排水区界,划分排水流域管道定线控制点确定和泵站的设置地点污水设计流量计算设计管段及设计流量的确定污水管道水力计算污水管道的衔接绘制管道平面图和纵剖面图第3章排水管网设计3.2污水管道系统设计管道定线——在总平面图上确定污水管道的位置和走向。管道定线的影响因素地形污水厂和出水口的位置所采用的排水体制管道定线时注意事项主干管布置在坚硬密实土壤中尽量少穿河流、铁路、山谷和高地避免与地下构筑物交叉不宜敷设在繁忙、狭窄的街道下集中流量尽量排入上游管道定线(续)污水管道在街道上的位置•与其他管线、构筑物有一定的距离•与给水管相交时,设于给水管下方•尽量避免敷设在机动车道下,设在人行道下确定排水区界,划分排水流域管道定线控制点确定和泵站的设置地点污水设计流量计算设计管段及设计流量的确定污水管道水力计算污水管道的衔接绘制管道平面图和纵剖面图——确定主要计算管线第3章排水管网设计3.2污水管道系统设计控制点确定和泵站设置地点——对管道系统的埋深起控制作用的地点,通常在管道起点或最低最远点。泵站设置地点中途泵站局部泵站总泵站确定排水区界,划分排水流域管道定线控制点确定和泵站的设置地点污水设计流量计算设计管段及设计流量的确定污水管道水力计算污水管道的衔接绘制管道平面图和纵剖面图第3章排水管网设计3.2污水管道系统设计污水设计流量的计算污水设计流量——指污水管道及其附属构筑物能保证通过的最大流量,设计流量包括生活污水量和工业废水量。设计流量按最大日最大时流量设计。生活污水设计流量居住区生活污水公共建筑生活污水工业企业生活污水及淋浴污水工业废水设计流量污水设计流量的计算(续1)(1)居住区生活污水量计算3600241ZKNnQ式中:Q1——居住区生活污水设计流量,L/s;n——居住区生活污水量标准(L/(d•人)),按《室外排水设计规范》选用,取当地用水定额的80%~90%;N——设计人口数,按规划部门根据统计资料提供的参数选用;KZ——总变化系数,是最大日最大时污水量与平均日平均时污水量的比值。Kd——日变化系数,是最大日污水量与平均日污水量的比值。Kh——时变化系数,是最大日最大时污水量与最大日平均时污水量的比值。KZ=KdKh生活污水量总变化系数污水平均日流量(L/s)总变化系数(KZ)52.3152.0401.8701.71001.62001.55001.4〉10001.3污水设计流量的计算(续2)(2)公共建筑生活污水量计算TKqmQhd36002式中:Q2——公共建筑生活污水设计流量,L/s;qd——公共建筑最高日生活污水排水定额,L/(用水单位•人),一般按《室内给水排水和热水供应设计规范》推荐的参数选用,排水量大的建筑也可以通过调查或参考相近建筑选用。m——公共建筑在设计年限内所服务的用水单位数;T——公共建筑最高日排水时间,h;Kh——公共建筑生活时变化系数,是最大日最大时污水量与最大日平均时污水量的比值。(3)工业企业生活污水及淋浴污水量计算3600360022112221113DCDCTKBAKBAQ式中:Q3——工业企业生活污水及淋浴污水设计流量,L/s;A1——一般车间最大班职工人数,人;A2——热车间最大班职工人数,人;B1——一般车间职工生活污水量标准,为25(L/(人•班));B2——热车间职工生活污水量标准,为35(L/(人•班));K1——一般车间生活污水量时变化系数,以3.0计;K2——热车间生活污水量时变化系数,以2.5计;C1——一般车间最大班使用淋浴的职工人数,人;C2——热车间最大班使用淋浴的职工人数,人;D1——一般车间的淋浴污水量标准,为40(L/(人•班));D2——热车间的淋浴污水量标准,为60(L/(人•班));T——每班工作时数,h。污水设计流量的计算(续3)(4)工业废水设计流量计算TKMmQZ36004式中:Q4——工业废水设计流量,L/s;m——生产过程中每单位产品的废水量标准,L/单位产品;M——产品的平均日产量;T——每日生产时数;KZ——总变化系数,与工业企业性质有关。污水设计流量的计算(续4)Q=Q1+Q2+Q3+Q4+Q渗Q渗指地下水渗入量,一般以单位管道延长米或单位服务面积公顷计算,日本规定采用经验数据,按每人每日最大污水量的10%-20%。城市污水设计总流量计算污水设计流量的计算(续5)确定排水区界,划分排水流域管道定线控制点确定和泵站的设置地点污水设计流量计算设计管段及设计流量的确定污水管道水力计算污水管道的衔接绘制管道平面图和纵剖面图——计算管道设计流量q第3章排水管网设计3.2污水管道系统设计设计管段及设计流量——两个检查井之间,设计流量不变,且采用同样的管径和坡度的管段,称为一个设计管段。一般检查井的设置位置有:流量汇入的地方、管径变化的地方、转弯的地方、或在直管段管径长度较长时(30-70m)。设计流量本段流量q1转输流量q2集中流量q3——本段流量是从管段沿街坊流来的污水量。——转输流量是从上游管段和旁侧管段流来的污水量。——集中流量是从工业企业或其他大型公共建筑物流来的流量。ZKqFq01式中:q1——设计管段的本段流量,L/s;F——设计管段服务的街坊面积,公顷;KZ——生活污水量总变化系数;q0——单位面积的本段平均流量,即比流量,L/s•公顷可用下式求得。864000pnq式中:n——污水量标准,L/(人•d);p——人口密度,人/公顷。只有本段流量的设计管段设计计算设计管段及设计流量(续)30qKqFQZ式中:Q——设计管段的设计流量,L/s;F——设计管段和上游管段的街区总服务面积,公顷;有本段流量、转输流量及集中流量的设计管段设计流量计算设计管段及设计流量(续)确定排水区界,划分排水流域管道定线控制点确定和泵站的设置地点污水设计流量计算设计管段及设计流量的确定污水管道水力计算污水管道的衔接绘制管道平面图和纵剖面图管径D流速V水力坡度i充满度h/D第3章排水管网设计3.2污水管道系统设计污水管道中污水流动的特点及设计原则1、不溢流;2、不淤积;3、不冲刷;4、注意通风。污水管道中污水流动的特点1、水流方向确定。2、水流方式一般为重力流,污水泵站的出流管中水流则是压力流。3、近似均匀流。污水管道水力学设计原则污水管道设计参数污水管道水力计算的设计参数设计充满度(h/D)设计流速(v)最小管径(D)最小设计坡度(i)污水管道埋设深度(h)设计充满度(h/D)h/D=1时,满流h/D1时,非满流《室外排水设计规范》规定,最大充满度为:管径(D)或暗渠高(H)(mm)最大充满度(h/D)200~300350~450500~900≥10000.550.650.700.75hD——指设计流量下,管道内的有效水深与管径的比值。为什么要做最大设计充满度的规定?1、预留一定的过水能力,防止水量变化的冲击,为未预见水量的增长留有余地;2、有利于管道内的通风;3、便于管道的疏通和维护管理。设计流速——与设计流量和设计充满度相应的污水平均流速。最小设计流速:是保证管道内不发生淤积的流速,与污水中所含杂质有关;国外很多专家认为最小流速为0.6-0.75m/s,我国根据试验结果和运行经验确定最小流速为0.6m/s。最大设计流速:是保证管道不被冲刷破坏的流速,与管道材料有关;金属管道的最大流速为10m/s,非金属管道的最大流速为5m/s。***国内一些城市污水管道长期运行的情况说明,超过上述最高限值,并未发生冲刷管道的现象。最小管径1、为什么要规定最小管径?污水管道系统上游部分设计流量很小,计算的管径也很小,管径过小就易堵塞管道。街坊管最小管径为200mm,街道管最小管径为300mm。2、什么叫不计算管段?在管道起端由于流量较小,通过水力计算查得的管径小于最小管径,对于这样的管段可不用再进行其他的水力计算,而直接采用最小管径和相应的最小坡度,这样的管段称为不计算管段。最小设计坡度——相应于最小设计流速的坡度为最小设计坡度,最小设计坡度是保证不发生淤积时的坡度。(1)(2)(3)规定:街坊内污水管最小管径200mm的最小设计坡度为0.004;街道内污水管道最小管径300mm的最小设计坡度为0.003;较大管径的最小设计坡度由最小设计流速保证。污水管道埋设深度覆土厚度埋设深度决定污水管道最小覆土厚度的因素有哪些?冰冻线的要求地面荷载满足街坊管连接要求地面管道管道的埋设深度有两个意义:——埋设深度——覆土深度•.《规范》规定:•1)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)在车行道下,沟顶最小覆土厚度一般不宜小于0.7m。在保证沟道不会受外部荷重损坏时,最小覆土厚度可适当减小。H=h+IL+Z1-Z2+Δh式中:H——街道污水管网起点的最小埋深,m;h——街坊污水管起点的最小埋深,0.6~0.7m;Z1——街道污水管起点检查井检查井处地面标高,m;Z2——街坊污水管起点检查井检查井处地面标高,m;I——街坊污水管和连接支管的坡度;L——街坊污水管和连接支管的总长度,m;Δh——连接支管与街道污水管的管内底高差,m。水力计算公式和水力计算图表水力计算的基本公式式中:Q——流量,m3/s;A——过水断面面积,m2;v——流速,m/s;R——水力半径(过水断面积与湿周的比值),m;I——水力坡度(即水面坡度,等于管底坡度);C——流速系数,或谢才系数。一般按曼宁公式计算,即vAQIRCv611RnCn——管壁粗糙系数),/,(123132vDhDfIRAnQ),/,,(123132iDhDnfIRnv污水管道水力计算的方法1、需要确定的参数流量Q、管径D、坡度I、流速v、充满度h/D和埋深H。2、确定方法首先根据已知资料,计算出流量Q,根据Q值可初步确定管径D;然后,根据Q、D值,求I、h/D、v值。在这三个未知数中,还需知道一个参数,才能求得另外两个,此时可以在三个参数中先假设一个值,比如流速为最小流速,或是坡度为最小坡度,或是充满度满足一定要求等,之后进行查表或查图,就可得出其余两个未知数;最后要进行校核,若得出的两个参数满足其规定的要求,则计算完成,若不满足要求,则需调整假设值,甚至管径D,重新进行计算。例1已知n=0.014,D=300mm,I=0.004,Q=30L/s,