第8章污水管網設計與計算2023/3/211Freetemplatefrom第8章污水管網設計與計算8．1污水設計流量計算8．2管段設計流量計算8．3污水管道設計參數8．4污水管道設計計算實例2污水管道系統是由污水管道及管道系統上的附屬構筑物組成。污水管（渠）道設計的主要內容包括：

1．劃分排水流域，進行管網定線；

2．劃分設計管段，確定各設計管段的設計流量；

3．進行管（渠）道的水力計算，確定管徑、坡度、流速及埋深等；

4．繪制管（渠）道平面圖及剖面圖。38．1污水設計流量計算

污水設計流量是污水管道系統及附屬構筑物設計的依據。8．1．1設計污水量定額1.居民生活污水定額和綜合生活污水定額居民生活污水定額是指居民每人每日所排出的平均污水量。居民生活污水定額與居民生活用水定額、建筑內給排水設施水平及排水系統普及程度等因素有關。4我國現行《室外排水設計規范》規定，可按當地用水定額的80％～90％采用。對給排水系統完善的地區可按90％計，一般地區可按80％計。綜合生活污水定額(還包括公共建筑排放的污水)注意：采用平均日污水量定額。2．工業企業工業廢水和職工生活污水和淋浴廢水定額：與給水定額相近，可參考。58．1．2污水量的變化通常用變化系數來反映城鎮污水量的變化程度。變化系數有日變化系數、時變化系數和總變化系數。

日變化系數Kd：在一年中最大日污水量與平均日污水量的比值稱為日變化系數。

時變化系數Kh：最大日中最大時污水量與該日平均時污水量的比值，稱為時變化系數。

總變化系數Kz：最大日最大時污水量與平均日平均時污水量的比值稱為總變化系數。6

Kz=Kd·Kh

1．居民生活污水量變化系數總變化系數與平均流量有一定關系，平均流量愈大，總變化系數愈小。生活污水量總變化系數宜按現行《室外排水設計規范》規定采用。（1）查表生活污水量總變化系數污水平均日流量（L/s）5154070100200500≥1000總變化系數Kz2.32.01.81.71.61.51.41.37注：1.當污水平均日流量為中間數值時，總變化系數用內差法求得。2.當居住區有實際生活污水量變化資料時，可按實際數據采用。（2）公式計算該式是我國在多年觀測資料的基礎上進行綜合分析總結出的計算公式。它反映了我國總變化系數與平均流量之間的關系：8式中

——平均日平均時污水量（L/s）。2．工業廢水量變化系數日變化系數較小，接近1。時變化系數見下表：9工業種類冶金化工紡織食品皮革造紙時變化系數Kh1.0~1.11.3~1.51.5~2.01.5~2.01.5~2.01.3~1.83．工業企業工業職工生活污水和淋浴污水量變化系數生活污水：一般車間3.0，高溫車間2.5。淋浴污水：下班后1小時使用，不考慮變化。108．1．3污水設計流流量計算1．居民生活活污水設計計流量的確確定居民生活污污水是指居居民日常生生活中洗滌滌、沖廁、、洗澡等產產生的污水水。居民生活污污水設計流流量可按下下式計算：：式中Q1——居民生活污污水設計流流量（L/s）；q1——居民生活污污水定額（（L/人·d）；N1——設計人口數數；Kz——生活污水量量總變化系系數。11設計人口指污水排水水系統設計計期限終期期的規劃人人口數。它它與城市的的發展規模模及人口的的增長率有有關。2．工業廢水水設計流量量123．工業企業業的生活污污水和淋浴浴污水設計計流量的確確定工業企業生生活污水和和淋浴污水水設計流量量用下式計計算：1314（4）公共建筑筑污水設計計流量可利用綜合合污水定額額計算，如如有具體資資料也可單單獨計算。。式中Q4——各公共建筑筑污水設計計流量（L/s）；——各公共建筑筑最高日污污水量標準準L/用水單位·d）；N4i——各公共建筑筑用水單位位數；T4i——各公共建筑筑最高日排排水小時數數；hKh4i——各公共建筑筑污水量時時變化系數數。15（5）城市污水水設計總流流量【例題】某工業區，，居住區人人口為4000人，居民生生活污水定定額（平均均日）=80（L/人·d），工廠最最大班職工工人數1000人，其中熱熱車間職工工占25%，熱車間70%職工淋浴，，一般車間間10%職工淋浴。。求該工業業區生活污污水總設計計流量。16解：1.居住區生活活污水設計計流量2．工業企業業的生活污污水和淋浴浴污水設計計流量173．生活污水水總設計流流量188．2管段設計流流量計算1．設計管段段的劃分（1）設計管段：：兩個檢查井井之間的管管段，如果果采用的設設計流量不不變，且采采用同樣的的管徑和坡坡度，則稱稱它為設計計管段。（2）劃分設計管管段：只是估計可可以采用同同樣管徑和和坡度的連連續管段，，就可以劃劃作一個設設計管段。。根據管道道的平面布布置圖，凡凡有集中流流量流入，，有旁側管管接入的檢檢查井均可可作為設計計管段的起起止點。設設計管段的的起止點應應依次編上上號碼。192．設計管段段設計流量量的確定每一設計管管段的污水水設計流量量可能包括括以下幾種種流量。（1）本段流量量q1——是從本管段段沿線街坊坊流來的污水量；（2）轉輸流量量q2——是從上游管管段和旁側側管段流來來的污水量量；（3）集中流量量q3——是從工業企企業或其它它產生大量量污水的公公共建筑流流來的污水水量。20對于某一設設計管段，，本段流量量是沿管段段長度變化化的，即從從管段起點點的零逐漸漸增加到終終點的全部部流量。為為便于計算算，通常假假定本段流流量從管段段起點集中中進入設計計管段。而而從上游管管段和旁側側管流來的的轉輸流量量q2和集中流量量q3對這一管段段是不變的的。本段流量是是以人口密密度和管段段的服務面面積來計算算，公式如如下：21式中q1——設計管段的的本段流量量（L/s）；F——設計管段的的本段服務務面積（ha）；qs——比流量（L/s·ha）。比流量量是指單單位面積積上排出的的平均污水水量。可用用下式計算算：式中n——生活污水定定額（L/人·d）；——人口密度（（人/ha）。22某一設計管管段的設計計流量可由由下式計算算：式中qij——某一設計管管段的設計計流量（L/s）；q1——本段流量（（L/s）；q2——轉輸流量（（L/s）；q3——集中流量（（L/s）；kz——生活污水總總變化系數數。238．3污水管道設設計參數水力計算的的兩個基本本公式給出出了流量Q、流速v、粗糙系數數n、水力坡度度I、水力半徑徑Ｒ和過水斷面面面積ω等水力要素素之間的關關系。為使使污水管渠渠正常運行行，需對這這些因素加加以考慮和和限制。作作為污水管管道設計的的依據。8．3．1設計充滿度度1．設計充滿度度h/D：在設計流流量下，污污水管道中中的水深h與管道直徑徑D的比值稱為為設計充滿滿度（或水水深比）。。當h/D＝１時稱為為滿流；當當h/D＜1時稱為不不滿流。。242．污水管管道的設設計有按按滿流和和非滿流流兩種方方法。在在我國，，按非滿滿流進行行設計。。原因是：污水的流流量很難難精確確確定，而且雨水水或地下下水可能能滲入污污水管道道增加流流量，因因此，選選用的污污水管道道斷面面面積應留留有余地地，以防防污水溢溢出；污水管道道內沉積積的污泥泥可能分分解析出出一些有有害氣體體，需留留出適當當的空間間，以利利管道內內的通風風，排除除有害氣氣體便于管道道的疏通通和維護護管理。。253．最大設設計充滿滿度的規規定如下下表最大設計計充滿度度管徑或渠高（mm）最大設計充滿度200～300350～450500～900≥10000.550.650.700.75在進行水水力計算算時，所所選用的的充滿度度，應小小于或等等于表中中所規定定的數值值。268．3．3最小管徑徑1．原因：：（1）養護方便便：一般在在污水管管道的上上游部分分，設計計流量很很小，若若根據流流量計算算，則管管徑會很很小，根根據養護護經驗表表明，管管徑過小小易堵塞塞，使養養護管道道的費用用增加。。而小口口徑管道道直徑相相差一號號在同樣樣埋深下下，施工工費用相相差不多多。（2）減小管道道的埋深深：此外采采用較大大的管徑徑，可選選用較小小的坡度度，使管管道埋深深減小。。最小管管徑可見見下表。。27最小管徑徑和最小小設計坡坡度污水管道位置最小管徑（mm）最小設計坡度街坊和廠區內街道2003000.0040.003不計算管管段：在污水水管道的的上游，，由于設設計管段段服務的的排水面面積較小小，所以以流量較較小，由由此而計計算出的的管徑也也很小。。如果某設設計管段段的設計計流量小小于在最最小管徑徑、最小小設計坡坡度（最最小流速速）、充充滿度為為0.5時管道通通過的流流量時，，這個管管段可以以不必進進行詳細細的水力力計算，，直接選選用最小小管徑和和最小設設計坡度度，該管段段稱為不不計算管管段。在有沖洗洗水源時時，這些些管段可可考慮設設置沖洗洗井定期沖洗洗以免堵塞塞。288．3．4最小設計計坡度1．最小設計計坡度：相應于于管內最最小設計計流速時時的坡度度叫做最最小設計計坡度，，即保證證管道內內污物不不淤積的的坡度。。2．Imin=f（vmin，管道的的水力半半徑R）。不同管徑徑的污水水管道應應有不同同的最小小設計坡坡度，管管徑相同同的管道道，由于于充滿度度不同，，也可以以有不同同的最小小設計坡坡度。在在表中規規定了最最小管徑徑管道的的最小設設計坡度度。298．3．5污水管道道埋設深深度在污水管管道工程程中，管管道的埋埋設深度度愈大，，工程造造價愈高高，施工工期愈長長。1．含義（1）覆土厚厚度——指管外壁壁頂部到到地面的的距離；；（2）埋設深深度——指管內壁壁底部到到地面的的距離。。302．最小埋埋深確定污水水管道最最小埋設設深度時時，必須須考慮下下列因素素：（1）必須防止管內內污水冰凍或或土壤冰凍而而損壞管道土壤的冰凍深深度，不僅受受當地氣候的的影響，而且且與土壤本身身的性質有關關。所以，不不同的地區，，由于氣候條條件不同，土土壤性質不同同，土壤的冰冰凍深度也各各不相同。在在污水管道工工程中，一般般所采用的土土壤冰凍深度度值，是當地地多年觀測的的平均值。31●由于生活污污水水溫教高高，且保持一一定的流量不不斷地流動，，所以污水不不易冰凍。由由于污水水溫溫的輻射作用用，管道周圍圍的土壤不會會冰凍，所以以，在污水管管道的設計中中，沒有必要要將整個管道道都埋設在土土壤的冰凍線線以下。●但如果將管管道全部埋在在冰凍線以上上，則會因土土壤凍漲而損損壞管道基礎礎。現行的《室外排水設計計規范》規定：無保溫措施施的生活污水水或水溫與其其接近的工業業廢水管道，，管底可埋設在在土壤冰凍線線以上0.15m。有保溫措施施或水溫較高高或水流不斷斷、流量較大大的污水管道道，其管底在在冰凍線以上上的距離可適適當增大，其其數值可根據據經驗確定。。32（2）必須保證管管道不致因為為地面荷載而而破壞為保證污水管管道不因受外外部荷載而破破壞，必須有有一個覆土厚厚度的最小限限值要求，這這個最小限值值，被稱為最最小覆土厚度度。此值取決決于管材的強強度、地面荷荷載類型及其其傳遞方式等等因素。現行的《室外排水設計計規范》規定：在車行道下下的排水管道道，其最小覆土厚度度一般不得小小于0.7m。在對排水管管道采取適當當的加固措施施后，其最小小覆土厚度值值可以酌減。。33（3）必須滿足街街坊污水管銜銜接的要求此值受建筑物物污水出戶管管埋深的控制制。從安裝技技術方面考慮慮，建筑物污污水出戶管的的最小埋深一一般在0.5～0.7m之間，以保證證底層建筑污污水的排出。。所以街坊污污水管道的起起端埋深最小小也應有0.6～0.7m。由此值可計計算出街道污污水管道的最最小埋設深度度。對每一管道來來說，從上面面三個不同的的要求來看，，可以得到三三個不同的管管道埋深。這三個值中，，最大的一個個即是管道的的最小設計埋埋深。343．最大埋深管道的最大埋埋深，應根據據設計地區的的土質、地下下水等自然條條件，再結合合經濟、技術術、施工等方方面的因素確確定。一般在土壤干干燥的地區，，管道的最大大埋深不超過過7～8ｍ；在土質差、、地下水位較較高的地區，，一般不超過過5ｍ。當管道的埋深深超過了當地地的最大限度度值時，應考考慮設置排水泵站提升，以提高高下游管道的的設計高程，，使排水管道道繼續向前延延伸。358．3．6污水管道的銜接1．檢查井設置原則：污水管道在管徑徑、坡度、高程、、方向發生變化及及支管接入的地方方及直線管段每隔隔一定距離。2．污水管道在檢查查井中銜接時應遵循兩個個原則：（1）盡可能提高下游游管段的高程，以以減少管道埋深，，降低造價；（2）避免上游管段中中形成回水而造成成淤積。363．管道的銜接方法法：主要有水面平平接、管頂平接兩兩種（1）水面平接：是指在水力計算算中，上游管段終終端和下游管段起起端在指定的設計計充滿度下的水面面相平，即上游管管段終端與下游管管段起端的水面標標高相同。適用于管徑相同時的銜接接。37（2）管頂平接：是指在水力計算算中，使上游管段段終端和下游管段段起端的管頂標高高相同。采用管頂頂平接時，下游管管段的埋深將增加加。這對于平坦地區或或埋深較大的管道道，有時是不適宜宜的。這時為了盡盡可能減少埋深，，可采用水面平接接的方法。適用于管徑不相同同時的銜接。384．注意：（1）下游管段起端的的水面和管內底標標高都不得高于上上游管段終端的水水面和管內底標高高。（2）當管道敷設地區區的地面坡度很大時，為調整管內流速速所采用的管道坡坡度將會小于地面面坡度。為了保證證下游管段的最小小覆土厚度和減少少上游管段的埋深深，可根據地面坡坡度采用跌水連接。（3）在旁側管道與干干管交匯處，若旁旁側管道的管內底底標高比干管的管管內底標高相差1m以上時，為保證干干管有良好的水力力條件，最好在旁旁側管道上先設跌跌水井后再與干管管相接。398．4污水管道設計計算算實例某市一個區的街坊坊平面圖。居住區區街坊人口密度為為350人/ha，居民生活污水定定額為120L/人·d。火車站和公共浴浴室的污水設計流流量分別為3L/s和4L/s。工廠甲排除的廢廢水設計流量為25L/s。工廠乙排除的廢廢水設計流量為6L/s。生活污水和經過過局部處理后的工工業廢水全部送至至污水廠處理。工工廠廢水排出口的的管底埋深為2m，該市冰凍深度為為1.40m。試進行該區污水水管道系統的設計計計算（要求達到到初步設計深度））。4041設計方法和步驟如下：1．在街坊平面圖上上布置污水管道該區地勢北高南低低，坡度較小，無無明顯分水線，可可劃分為一個排水水流域。支管采用用低邊式布置，干干管基本上與等高高線垂直，主干管管布置在市區南部部河岸低處，基本本上與等高線平行行。整個管道系統統呈截流式布置。。2．街坊編號并計算算其面積將街坊依次編號并并計算其面積，列列入表中。用箭頭頭標出各街坊污水水排出的方向。4243街坊面積匯總表街坊編號1234567街坊面積（ha）1.211.702.081.982.202.201.43街坊編號891011121314街坊面積（ha）2.211.962.042.402.401.212.28街坊編號15161718192021街坊面積（ha）1.451.702.001.801.661.231.53街坊編號222324252627街坊面積（ha）1.711.802.201.382.042.40443．劃分設計管段，，計算設計流量根據設計管段的定定義和劃分方法，，將各干管和主干干管有本段流量進進入的點（一般定定為街坊兩端）、、集中流量及旁側側支管進入的點，，作為設計管段的的起止點的檢查井井并編上號碼。各設計管段的設計計流量應列表進行行計算。本例中，居住區人人口密度為350人/ha，居民污水定額為為120L/人·d，則生活污水比流流量為（L/s·ha）45q1～2=25L/sq8～9=qs·F·kz=0.486××（1.21+1.70）·kz=1.41··kz=1.41×2.3=3.24L/sq9～10=qs·F·kz=0.486×（1.21+1.70+1.43+2.21）·kz=3.18·kz=3.18××2.3=7.31L/sq10～2=qs·F·kz=0.486××（1.21+1.70+1.43+2.21+1.21+2.28）·kz=4.88·kz=4.88××2.3=11.23L/s46q2～3=qs·F·kz+q甲=(0.486×2.20+4.88）·kz+q甲=(1.07+4.88)·kz+25=5.95×2.2+25=13.09+25=38.09L/s管段編號居住區生活污水量Q1集中流量設計流量L/s本段流量轉輸流量q2L/s合計平均流量L/s總變化系數kz生活污水設計流量Q1L/s本段L/s轉輸L/s街坊編號街坊面積104m2比流量qsL/s·104m2流量q1L/s123456789101112474．管渠材料的選擇擇由于生活污水對管管材無特殊要求，，且管道的敷設條條件較好，故在本本設計中，DN≤400mm的管道采用混凝土土管，DN400mm以上的管道采用鋼鋼筋混凝土管。5．各管段的水力計計算在各設計管段的的設計流量確定定后，便可按照照污水管道水力力計算的方法，，從上游管段開開始依次進行各各設計管段的水水力計算。48水力計算步驟如下：(1)從管道平面布置置圖上量出每一一設計管段的長長度，列入表中中第2項。（2）將各設計管段段的設計流量填填入表中第3項。設計管段起起止點檢查井處處的地面標高列列入表中第10、11項。（3）計算每一設計計管段的地面坡坡度，作為確定定管道坡度時的的參考。（4）根據管段的設設計流量，參照照地面坡度，確確定各設計管段段的管徑、設計計流速、設計坡坡度和設計充滿滿度。49其余各設計管段段的管徑、坡度度、流速和充滿滿度的計算方法法與上述方法相相同。在水力計算中，，由于Q、D、I、v、h/D各水力因素之間間存在著相互制制約的關系，因因此，在查水力力計算圖時，存存在著一個試算算過程，最終確確定的D、I、v、h/D要符合設計規范范的要求。（5）根據設計管段段的長度和設計計坡度求管段的的降落量。如管管段1～2的降落量為I·L＝0.002×110＝0.22m，列入表中第9項。50（6）根據管徑和設設計充滿度求管管段的水深。如如管段1～2的水深h＝D·h/D＝0.35×0.447＝0.16m，列入表中第8項。（7）求各設計管段段上、下端的管管內底標高和埋埋設深度。控制點：是指在污水排排水區域內，對對管道系統的埋埋深起控制作用的點點。各條干管的起點點一般都是這條條管道的控制點點。這些控制點中離離出水口最遠最最低的點，通常常是整個管道系系統的控制點。。具有相當深度度的工廠排出口口也可能成為整整個管道系統的的控制點，它的的埋深影響整個個管道系統的埋埋深。51確定控制點的管管道埋深應根據城市的豎豎向規劃，保證證排水區域內各各點的污水都能自流排出出，并考慮發展展，留有適當余余地；不能因照顧個別別點而增加整個個管道系統的埋埋深。對個別點應采取加強管材材強度；填土提高地面高高程以保證管道道所需的最小覆覆土厚度；設置泵站提高管管位等措施，減減小控制點的埋埋深.52首先確定管網系系統的控制點。本例中離污水水廠較遠的干管管起點有8、11、15及工廠出水口1點，這些點都可可能成為管道系系統的控制點。。1點的埋深受冰凍凍深度和工廠廢廢水排出口埋深深的影響，由于于冰凍深度為1.40m，工廠排出口埋埋深為2.0m，1點的埋深主要受受工廠排出口埋埋深的控制。8、11、15三點的埋深可由由冰凍深度及最最小覆土厚度的的限值決定，但但因干管與等高高線垂直布置，，干管坡度可與與地面坡度相近近，因此埋深增增加不多，整個個管線上又無個個別低洼點，故故8、11、15三點的埋深不能能控制整個主干干管的埋設深度度。對主干管埋埋深起決定作用用的控制點則是是1點。531點是主干管的起起點，它的埋設設深度定為2.0m，將該值列入表表12－6中第16項。1點的管內底標高等于于1點的地面標高減去1點的埋深，為86.200－2.00＝84.200m，列入表中第14項。2點的管內底標高高等于1點的管內底標高高減去管段1～2的降落量，為84.200－0.220＝83.98m，列入表12－6中第15項。542點的埋設深度等于2點的地面標高減去2點的管內底標高，為86.100－83.98＝2.12m，列入表12－6中第17項。8～2、11～4、15～6三條污水干管各各設計管段均為為不計算管段，，管段間銜接采采用管頂平接。。（8）計算管段上、、下端水面標高高。管段上下端水面標高等于相應點的管內底標高加水水深。如管段1～2中1點的水面標高為為84.200+0.16＝84.36m，列入表中第13項。55根據管段在檢查查井處采用的銜銜接方法，可確確定下游管段的的管內底標高。。1)管段1～2與管段2～3的管徑相同，采采用水面平接。。則這兩管段在2點的水面標高相相同。于是，管管段2～3中2點的管內底標高高為84.14－0.22＝83.92m。2）如管段4～5與管段5～6管徑不同，可采采用管頂平接。。則這兩管段在在5點的管頂標高相相同。然后用5點的管頂標高減減去5～6管徑，得出5點的管內底標高高。56在進行管道的水水力計算時，應應注意如下問題題：①慎重確定設設計地區的控制制點。這些控制制點常位于本區區的最遠或最低低處，它們的埋埋深控制該地區區污水管道的最最小埋深。各條條管道的起點、、低洼地區的個個別街坊和污水水排出口較深的的工業企業或公公共建筑都是控控制點的研究對對象。②研究管道敷敷設坡度與管線線經過的地面坡坡度之間的關系系。使確定的管管道坡度在滿足足最小設計流速速的前提下，既既不使管道的埋埋深過大，又便便于旁側支管的的接入。57③水力計算自自上游管段依次次向下游管段進進行，隨著設計流量逐段增增加，設計流速也應相相應增加。如流量保持不不變，流速不應應減小。只有當當坡度大的管道道接到坡度小的的管道時，下游游管段的流速已已大于1.0m/s（陶土管）或1.2m/s（混凝土、鋼筋筋混凝土管道））的情況下，設設計流速才允許許減小。設計流量量逐段增增加，設設計管徑徑也應逐逐段增大大，但當坡坡度小的的管道接接到坡度度大的管管道時，，管徑才才可減小小，但縮縮小的范范圍不得得超過50～100mm，并不得得小于最最小管徑徑。58④在地地面坡度度太大的的地區，，為了減減小管內內水流速速度，防防止管壁壁遭受沖沖刷，管管道坡度度往往小小于地面面坡度。。這就可可能使下下游管段段的覆土土厚度無無法滿足足最小限限值的要要求，甚甚至超出出地面，，因此應應在適當當地點設設置跌水井。當地面由由陡坡突突然變緩緩時，為為了減小小管道埋埋深，在在變坡處處應設跌水井。59⑤水流通過檢查查井時，常引起局局部水頭損失。為為了盡量降低這項項損失，檢查井底底部在直線管段上上要嚴格采用直線線，在轉彎處要采采用勻稱的曲線。。通常直線檢查井井可不考慮局部水水頭損失。⑥在旁側管與干干管的連接點上，，要考慮干管的已已定埋深是否允許許旁側管接入。同同時為避免旁側管管和干管產生逆水水和回水，旁側管中的設計流流速不應大于干管管中的設計流速。60⑦初步設計時，，只進行干管和主主干管的水力計算算。技術設計時，，要進行所有管道道的水力計算。6．繪制管道平面圖圖和縱剖面圖污水管道平面圖和和縱剖面圖的繪制制方法見本章第五五節。本例題的設設計深度僅為初步步設計，所以，在在水力計算結束后后將求得的管徑、、坡度等數據標注注在管道平面圖上上。同時，繪制出出主干管的縱剖面面圖。618．5繪制管道平面圖和和縱剖面圖平面圖和縱剖面圖圖是排水管道設計計的主要組成部分分。污水管道設計計和雨水管道設