第9章-污水管网设计与计算

第9章污水管网设计与计算第9章污水管网设计与计算城市区域中的生活污水和生产废水，可以统称为城市污水，其中生活污水占有绝大部分的比例。生活污水和生产废水的排水量大约为用水量的60~80%。污水管网的主要功能是收集和输送。污水管网设计与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：1．划分排水流域，进行管网定线；2．划分设计管段，确定各设计管段的设计流量；3．进行管（渠）道的水力计算，确定管径、坡度、流速及埋深等；4．绘制管（渠）道平面图及剖面图。城市排水管网GIS－污水管网和雨水管网城市排水系统城市污水系统：－生活污水系统；－生产污水系统；雨水排水系统。区别：水质、水量变化过程。城市排水管段敷设9.1污水设计流量计算9．1．1设计污水量定额1）居民生活污水定额和综合生活污水定额《室外排水设计规范》GBJ14-87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。•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。综合生活污水定额包括公共建筑排放的污水（公共建筑用水量定额－《建筑给水排水》）。设计分区2）工业企业工业废水和职工生活污水和淋浴废水定额：《建筑给水排水》。9．1．2污水量的变化日变化系数Kd：在一年中最大日污水量与平均日污水量的比值。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。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。Kz=Kd·Kh1）居民生活污水量变化系数污水平均日流量（L/s）5154070100200500≥1000总变化系数Kz2.32.01.81.71.61.51.41.3（2）计算公式式中Qd——平均日平均时污水量（L/s）。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。•当流量为中间数值时，总变化系数用内差法求得。•当有实际污水量变化资料时，可按实际数据采用。10003.1100057.253.211.0ddddzQQQQK工业种类冶金化工纺织食品皮革造纸时变化系数Kh1.0~1.11.3~1.51.5~2.01.5~2.01.5~2.01.3~1.8工业企业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。工业企业生产用水、生活污水和淋浴污水量变化系数9．1．3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。)/(8640036002411111sLkNqkNqQzz排水小区规划图排水街坊图2）工业废水设计流量)/(222326.3)1(dmiiiiiQTfNqk时变化系数。—各工业企业废水量的—产小时数；—各工业企业最高日生—重复使用率。—各工业企业生产用水—数量，或产量，或生产设备元—各工业企业产值，万—）（单位生产设备单位产量或万元，额，—各工业企业废水量定—式中iiiiikTfdNdmmmq223332////3）工业企业生活污水和淋浴污水设计流量计算公式：36003600)/(3600360023231313323232313131333333333bbbbaiaaahaaahbibiaiaiaiaihNqNqTNqkNqkQsLNqTNqkQ式中，。一般取水时变化系数，—高温车间职工生活污—；一般取水时变化系数，—一般车间职工生活污——每班工作时数；—淋浴人数，人。—高温车间最大班职工—淋浴人数，人；—一般车间最大班职工—班；人水量定额，—高温车间职工淋浴污—班；人水量定额，—一般车间职工淋浴污—人数，人；—高温车间最大班职工—人数，人；—一般车间最大班职工—班；人水量定额，—高温车间职工生活污—班；人水量定额，—一般车间职工生活污—式中5.20.3/60/40/35/25231332313231323132313ahahaibbbbaaaaKKTNNLqLqNNLqLq4）公共建筑污水流量（机关、学校、医院等）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；hKh4i——各公共建筑污水量时变化系数。)/(436004444sLiTiNiqihkQ5）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。)/(4321sLQQQQQ解：1.居住区生活污水设计流量2．工业企业生活污水和淋浴污水设计流量3.2/5/3.7)/(8.512.33.73.78640040008086400111zzzzksLsLsLkkkNqQ。；；人。人；班；人班；人人；人；班；人班；人5.20.3875%10750175%70250/60/40250%251000750%751000/35/25231332313231323132313ahahaibbbbaaaaKKhTNNLqLqNNLqLq3．生活污水总设计流量)/(41.63600601754075836005.235250325750360036002323131332323231313133sLNqNqTNqkNqkQbbbbaiaaahaaah)/(92.1441.651.831sLQQQ9．2管段设计流量计算1）设计管段的划分（1）设计管段：两点之间的污水管道，如果采用的设计流量、管径和坡度不变，则称它为设计管段。（2）划分设计管段：设计流量、管径和坡度不变的连续管段，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（归为管段上游节点流量）；人口密度和服务面积乘积：（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。Fqqs1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）；——人口密度（人/ha）。86400nqs管段设计流量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。qqqkqijz1239．3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。9．3．1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）非满流设计：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：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。3）最大设计充满度最大设计充满度的规定如下表：进行水力计算时，所选用的充满度，应小于或等于表中所规定的数值。管径或渠高（mm）最大设计充满度200～300350～450500～900≥10000.550.650.700.759．3．3最小管径不计算管段：在污水管道的上游，由于设计管段服务的排水面积较小，所以流量较小，由此而计算出的管径也很小。如果某设计管段的设计流量小于在最小管径、最小设计坡度（最小流速）、充满度为0.5时管道通过的流量时，不必计算而直接选用最小管径和最小设计坡度，该管段称为不计算管段。在有冲洗水源时，这些管段可考虑设置冲洗井定期冲洗以免堵塞。污水管道位置最小管径（mm）最小设计坡度街坊和厂区内街道2003000.0040.0039．3．4最小设计坡度最小设计坡度：相应于管内最小设计流速时的坡度叫做最小设计坡度，即保证管道内污物不淤积的坡度。Imin=f（vmin，R）。R－管道的水力半径。不同管径的污水管道应有不同的最小设计坡度，管径相同的管道，由于充满度不同，也可以有不同的最小设计坡度。在表中规定了最小管径管道的最小设计坡度。342222RvnRCvIRICv9．3．5污水管道埋设深度在污水管道工程中，管道的埋设深度愈大，工程造价愈高，施工期愈长。含义：（1）覆土厚度——指管外壁顶部到地面的距离；（2）埋设深度——指管内壁底部到地面的距离。覆土厚度管道埋深管道地面（路面）最小埋深确定污水管道最小埋设深度时，必须考虑下列因素：（1）必须防止管内污水冰冻或土壤冰冻而损坏管道土壤的冰冻深度。在污水管道工程中，一般所采用的土壤冰冻深度值是当地多年观测的平均值。《室外排水设计规范》规定：无保温措施的生活污水或水温与其接近的工业废水管道，管底可埋设在土壤冰冻线以上0.15m。有保温措施或水温较高或水流不断、流量较大的污水管道，其管底在冰冻线以上的距离可适当增大，其数值可根据经验确定。（2）最小覆土厚度必须保证管道不致因为地面荷载而破坏。为保证污水管道不因受外部荷载而破坏，必须有一个覆土厚度的最小限值，被称为最小覆土厚度。此值取决于管材的强度、地面荷载类型及其传递方式等因素。《室外排水设计规范》规定：在车行道下的排水管道，其最小覆土厚度一般不得小于0.7m。在对排水管道采取适当加固措施后，最小覆土厚度值可酌减。（3）必须满足街坊污水管衔接的要求此值受建筑物污水出户管埋深的控制。从安装技术方面考虑，建筑物污水出户管的最小埋深一般在0.5～0.7m之间，以保证底层建筑污水的排出。所以街坊污水管道的起端埋深最小也应有0.6～0.7m。由此值可计算出街道污水管道的最小埋设深度。从上面三个不同的要求来看，可以得到三个不同的管道埋深。这三个值中，最大的一个即是管道的最小设计埋深。3．最大埋深管道的最大埋深，应根据设计地区的土质、地下水等自然条件，再结合经济、技术、施工等方面因素确定。一般在土壤干燥的地区，管道的最大埋深不超过7～8ｍ；在土质差、地下水位较高的地区，一般不超过5ｍ。当管道的埋深超过了当地的最大限度值时，应考虑设置排水泵站提升，以提高下游管道的设计高程，使排水管道继续向前延伸。9．3．6污水管道的衔接1．检查井设置原则：污水管道在管径、坡度、高程、方向发生变化及支管接入的地方及直线管段每隔一定距离。2．污水管道在检查井中衔接时应遵循两个原则：（1）尽可能提高下游管段的高程，以减少管道埋深，降低造价；（2）避免上游管段中形成回水而造成淤积。3．管道衔接方式：水面平接、管顶平接（1）水面平接：是指在水力计算中，上游管段终端和下游