第八章 污水管道系统的设计计算

2第8章污水管网设计与计算8．1污水设计流量计算8．2管段设计流量计算8．3污水管道设计参数8．4污水管道设计计算实例3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：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。48．1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。8．1．1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。5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。2．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。68．1．2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。7Kz=Kd·Kh1．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）5154070100200500≥1000总变化系数Kz2.32.01.81.71.61.51.41.38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：910003.1100057.253.211.0ddddzQQQQK式中——平均日平均时污水量（L/s）。dQ2．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：10工业种类冶金化工纺织食品皮革造纸时变化系数Kh1.0~1.11.3~1.51.5~2.01.5~2.01.5~2.01.3~1.83．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。118．1．3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：)/(8640036002411111sLkNqkNqQzz1q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。12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)/(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////133．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：36003600)/(3600360023231313323232313131333333333bbbbaiaaahaaahbibiaiaiaiaihNqNqTNqkNqkQsLNqTNqkQ14。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15（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。)/(436004444sLiTiNiqihkQ式中Q4——各公共建筑污水设计流量（L/s）；——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。iq416（5）城市污水设计总流量)/(4321sLQQQQQ【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。17解：1.居住区生活污水设计流量3.2/5/3.7)/(8.512.33.73.78640040008086400111zzzzksLsLsLkkkNqQ2．工业企业的生活污水和淋浴污水设计流量。；；人。人；班；人班；人人；人；班；人班；人5.20.3875%10750175%70250/60/40250%251000750%751000/35/25231332313231323132313ahahaibbbbaaaaKKhTNNLqLqNNLqLq18)/(41.63600601754075836005.235250325750360036002323131332323231313133sLNqNqTNqkNqkQbbbbaiaaahaaah3．生活污水总设计流量)/(92.1441.651.831sLQQQ198．2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。202．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。21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：Fqqs122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：86400nqs式中n——生活污水定额（L/人·d）；——人口密度（人/ha）。23某一设计管段的设计流量可由下式计算：qqqkqijz123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。248．3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。8．3．1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。25hD图9.2充满度示意图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。263．最大设计充满度的规定如下表最大设计充满度管径或渠高（mm）最大设计充满度200～300350～450500～900≥10000.550.650.700.75在进行水力计算时，所选用的充满度，应小于或等于表中所规定的数值。278．3．3最小管径1．原因：（1）养护方便：一般在污水管道的上游部分，设计流量很小，若根据流量计算，则管径会很小，根据养护经验表明，管径过小易堵塞，使养护管道的费用增加。而小口径管道直径相差一号在同样埋深下，施工费用相差不多。（2）减小管道的埋深：此外采用较大的管径，可选用较小的坡度，使管道埋深减小。最小管径可见下表。28最小管径和最小设计坡度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2003000.0040.003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，这个管段可以不必进行详细的水力计算，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。298．3．4最小设计坡度1．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。2．Imin=f（vmin，管道的水力半径R）。342222RvnRCvIRICv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。308．3．5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。1．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）312．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，不仅受当地气候的影响，而且与土壤本身的性质有关。所以，不同的地区，由于气候条件不同，土壤性质不同，土壤的冰冻深度也各不相同。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。32●由于生活污水水温教高，且保持一定的流量不断地流动，所以污水不易冰冻。由于污水水温的辐射作用，管道周围的土壤不会冰冻，所以，在污水管道的设计中，没有必要将整个管道都埋设在土壤的冰冻线以下。●但如果将管道全部埋在冰冻线以上，则会因土壤冻涨而损坏管道基础。现行的《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。33（2）必须保证管道不致因为