第8章污水管網系統設計計算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8．2管段設計流量計算1．設計管段的劃分（1）設計管段：兩個檢查井之間的管段，如果采用的設計流量不變，且采用同樣的管徑和坡度，則稱它為設計管段。（2）劃分設計管段：只是估計可以采用同樣管徑和坡度的連續管段，就可以劃作一個設計管段。根據管道的平面布置圖，凡有集中流量流入，有旁側管接入的檢查井均可作為設計管段的起止點。設計管段的起止點應依次編上號碼。2．設計管段設計流量的確定每一設計管段的污水設計流量可能包括以下幾種流量。（1）本段流量q1——是從本管段沿線街坊流來的污水量；（2）轉輸流量q2——是從上游管段和旁側管段流來的污水量；（3）集中流量q3——是從工業企業或其它產生大量污水的公共建筑流來的污水量。對于某一設計管段，本段流量是沿管段長度變化的，即從管段起點的零逐漸增加到終點的全部流量。為便于計算，通常假定本段流量從管段起點集中進入設計管段。而從上游管段和旁側管流來的轉輸流量q2和集中流量q3對這一管段是不變的。本段流量是以單位面積污水量和管段的服務面積來計算，公式如下：式中q1——設計管段的本段流量（L/s）；

F——設計管段的本段服務面積（ha）；

qs——比流量（L/s·ha）。比流量是指單位面積上排出的平均污水量。可用下式計算：式中n——生活污水定額（L/人·d）；

——人口密度（人/ha）。某一設計管段的設計流量可由下式計算：式中qij

——某一設計管段的設計流量（L/s）；

q1

——本段流量（L/s）；

q2

——轉輸流量（L/s）；

q3

——集中流量（L/s）；

kz

——生活污水總變化系數。8．3污水管道設計參數水力計算的兩個基本公式給出了流量Q、流速v、粗糙系數n、水力坡度I、水力半徑Ｒ和過水斷面面積ω等水力要素之間的關系。為使污水管渠正常運行，需對這些因素加以考慮和限制。作為污水管道設計的依據。8．3．1設計充滿度1．設計充滿度h/D：在設計流量下，污水管道中的水深h與管道直徑D的比值稱為設計充滿度（或水深比）。當h/D＝１時稱為滿流；當h/D＜1時稱為不滿流。2．污水管道的設計有按滿流和非滿流兩種方法。在我國，按非滿流進行設計。原因是：污水的流量很難精確確定，而且雨水或地下水可能滲入污水管道增加流量，因此，選用的污水管道斷面面積應留有余地，以防污水溢出；污水管道內沉積的污泥可能分解析出一些有害氣體，需留出適當的空間，以利管道內的通風，排除有害氣體便于管道的疏通和維護管理。3．最大設計充滿度的規定如下表最大設計充滿度管徑或渠高（mm）最大設計充滿度200～300350～450500～900≥10000.550.650.700.75在進行水力計算時，所選用的充滿度，應小于或等于表中所規定的數值。8．3．3最小管徑1．原因：（1）養護方便：一般在污水管道的上游部分，設計流量很小，若根據流量計算，則管徑會很小，根據養護經驗表明，管徑過小易堵塞，使養護管道的費用增加。而小口徑管道直徑相差一號在同樣埋深下，施工費用相差不多。（2）減小管道的埋深：此外采用較大的管徑，可選用較小的坡度，使管道埋深減小。最小管徑可見下表。最小管徑和最小設計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

不計算管段：在污水管道的上游，由于設計管段服務的排水面積較小，所以流量較小，由此而計算出的管徑也很小。如果某設計管段的設計流量小于在最小管徑、最小設計坡度（最小流速）、充滿度為0.5時管道通過的流量時，這個管段可以不必進行詳細的水力計算，直接選用最小管徑和最小設計坡度，該管段稱為不計算管段。P147在有沖洗水源時，這些管段可考慮設置沖洗井定期沖洗以免堵塞。8．3．4最小設計坡度1．最小設計坡度：相應于管內最小設計流速時的坡度叫做最小設計坡度，即保證管道內污物不淤積的坡度。不同管徑的污水管道應有不同的最小設計坡度，管徑相同的管道，由于充滿度不同，也可以有不同的最小設計坡度。在表中規定了最小管徑管道的最小設計坡度。8．3．5污水管道埋設深度在污水管道工程中，管道的埋設深度愈大，工程造價愈高，施工期愈長。1．含義（1）覆土厚度——指管外壁頂部到地面的距離；（2）埋設深度——指管內壁底部到地面的距離。2．最小埋深確定污水管道最小埋設深度時，必須考慮下列因素：（1）必須防止管內污水冰凍或土壤冰凍而損壞管道土壤的冰凍深度，不僅受當地氣候的影響，而且與土壤本身的性質有關。所以，不同的地區，由于氣候條件不同，土壤性質不同，土壤的冰凍深度也各不相同。在污水管道工程中，一般所采用的土壤冰凍深度值，是當地多年觀測的平均值。●由于生活污水水溫教高，且保持一定的流量不斷地流動，所以污水不易冰凍。由于污水水溫的輻射作用，管道周圍的土壤不會冰凍，所以，在污水管道的設計中，沒有必要將整個管道都埋設在土壤的冰凍線以下。●但如果將管道全部埋在冰凍線以上，則會因土壤凍漲而損壞管道基礎。現行的《室外排水設計規范》規定：無保溫措施的生活污水或水溫與其接近的工業廢水管道，管底可埋設在土壤冰凍線以上0.15m。有保溫措施或水溫較高或水流不斷、流量較大的污水管道，其管底在冰凍線以上的距離可適當增大，其數值可根據經驗確定。（2）必須保證管道不致因為地面荷載而破壞為保證污水管道不因受外部荷載而破壞，必須有一個覆土厚度的最小限值要求，這個最小限值，被稱為最小覆土厚度。此值取決于管材的強度、地面荷載類型及其傳遞方式等因素。現行的《室外排水設計規范》規定：在車行道下的排水管道，其最小覆土厚度一般不得小于0.7m。在對排水管道采取適當的加固措施后，其最小覆土厚度值可以酌減。（3）必須滿足街坊污水管銜接的要求此值受建筑物污水出戶管埋深的控制。從安裝技術方面考慮，建筑物污水出戶管的最小埋深一般在0.5～0.7m之間，以保證底層建筑污水的排出。所以街坊污水管道的起端埋深最小也應有0.6～0.7m。由此值可計算出街道污水管道的最小埋設深度。對每一管道來說，從上面三個不同的要求來看，可以得到三個不同的管道埋深。這三個值中，最大的一個即是管道的最小設計埋深。

3．最大埋深管道的最大埋深，應根據設計地區的土質、地下水等自然條件，再結合經濟、技術、施工等方面的因素確定。一般在土壤干燥的地區，管道的最大埋深不超過7～8ｍ；在土質差、地下水位較高的地區，一般不超過5ｍ。當管道的埋深超過了當地的最大限度值時，應考慮設置排水泵站提升，以提高下游管道的設計高程，使排水管道繼續向前延伸。8．3．6污水管道的銜接1．檢查井設置原則：污水管道在管徑、坡度、高程、方向發生變化及支管接入的地方及直線管段每隔一定距離。2．污水管道在檢查井中銜接時應遵循兩個原則：（1）盡可能提高下游管段的高程，以減少管道埋深，降低造價；（2）避免上游管段中形成回水而造成淤積。3．管道的銜接方法：主要有水面平接、管頂平接兩種（1）水面平接：是指在水力計算中，上游管段終端和下游管段起端在指定的設計充滿度下的水面相平，即上游管段終端與下游管段起端的水面標高相同。適用于管徑相同時的銜接。（2）管頂平接：是指在水力計算中，使上游管段終端和下游管段起端的管頂標高相同。采用管頂平接時，下游管段的埋深將增加。這對于平坦地區或埋深較大的管道，有時是不適宜的。這時為了盡可能減少埋深，可采用水面平接的方法。

適用于管徑不相同時的銜接。

4．注意：（1）下游管段起端的水面和管內底標高都不得高于上游管段終端的水面和管內底標高。（2）當管道敷設地區的地面坡度很大時，為調整管內流速所采用的管道坡度將會小于地面坡度。為了保證下游管段的最小覆土厚度和減少上游管段的埋深，可根據地面坡度采用跌水連接。（3）在旁側管道與干管交匯處，若旁側管道的管內底標高比干管的管內底標高相差1m以上時，為保證干管有良好的水力條件，最好在旁側管道上先設跌水井后再與干管相接。1、位于街坊內的污水不計算管段的管徑和坡度分別為().A、200mm和0.004B、300mm和0.005C、300mm和0.004D、200mm和0.0032.以下敘述不正確的是(

)A、沿線流量是指從管段沿街坊流來的污水量。B、轉輸流量不含從干管、旁側管道流來的污水量。C、集中流量包括從大型公共建筑物流來的污水量。D、集中流量包括從大型工業企業流來的污水量。3.以下(

)項措施不利于防止管道淤塞。A、增大設計流速B、增大設計坡度

C、增大設計充滿度D、在一定管道長度范圍內設檢查井便于清通4.管道銜接時應注意的問題，以下敘述不正確的是(

)A、無論哪種銜接方法，下游管段起端的水面和管底標高都不得高于上游管段終端的水面和管底標高。B、當管道敷設地區的地面坡度很大時，為調整管內流速所采用的管道坡度將會小于地面坡度。C、為保證下游管段的最小覆土厚度和減少上游管段的埋深，可根據地面坡度采用跌水連接。D、無論采用哪種銜接方法，都應保證管道直接連接。5.有關污水流量說法不正確的是()A、污水管道常采用最高日的污水流量作為設計流量B、污水設計管段的流量包括集中流量.本段流量和轉輸流量C、居住區生活污水量設計標準與氣候.生活水平.室內衛生設備情況等因素有關D、生活污水量通常為生活給水量的80%-90%6.下列關于污水管道水力特性說法不正確的是().A、污水管道中大部分污水的流態屬于重力流B、污水管道中的污水是均勻流C、污水管道應按不滿流設計D、污水管道的最小設計坡度是相應于管內流速為最小設計流速時的管道坡度.7.污水設計管段的設計流量包括(

)。A.本段流量、沿線流量和集中流量B.本段流量、轉輸流量和集中流量C.本段流量、沿線流量、轉輸流量和集中流量D.轉輸流量、集中流量和上游管段的流量8.一排放污水的鋼筋混凝土管，外徑D＝800mm，壁厚95mm，管道埋深2.5m，則覆土厚度為（）。9.某街坊污水管道通過支管街道污水管連接(管頂平接),如圖所示,1-2管徑200mm,長度300米,坡度為0.005,街道污水管道管徑300mm1,2點處的高程分別為20.12m和19.18m,假如街坊污水管道起點最小埋深是0.7m,試確定街道污水管2處下游管段的最小埋深是()m.128．4污水管道設計計算實例某市一個區的街坊平面圖。居住區街坊人口密度為350人/ha，居民生活污水定額為120L/人·d。火車站和公共浴室的污水設計流量分別為3L/s和4L/s。工廠甲排除的廢水設計流量為25L/s。工廠乙排除的廢水設計流量為6L/s。生活污水和經過局部處理后的工業廢水全部送至污水廠處理。工廠廢水排出口的管底埋深為2m，該市冰凍深度為1.40m。試進行該區污水管道系統的設計計算（要求達到初步設計深度）。

設計方法和步驟如下：

1．在街坊平面圖上布置污水管道該區地勢北高南低，坡度較小，無明顯分水線，可劃分為一個排水流域。支管采用低邊式布置，干管基本上與等高線垂直，主干管布置在市區南部河岸低處，基本上與等高線平行。整個管道系統呈截流式布置。

2．街坊編號并計算其面積將街坊依次編號并計算其面積，列入表中。用箭頭標出各街坊污水排出的方向。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）1.711.802.201.382.042.40

3．劃分設計管段，計算設計流量根據設計管段的定義和劃分方法，將各干管和主干管有本段流量進入的點（一般定為街坊兩端）、集中流量及旁側支管進入的點，作為設計管段的起止點的檢查井并編上號碼。各設計管段的設計流量應列表進行計算。本例中，居住區人口密度為350人/ha，居民污水定額為120L/人·d，則生活污水比流量為（L/s·ha）

q1～2=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/sq2～3=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/s1234567891011124．管渠材料的選擇由于生活污水對管材無特殊要求，且管道的敷設條件較好，故在本設計中，DN≤400mm的管道采用混凝土管，DN400mm以上的管道采用鋼筋混凝土管。5．各管段的水力計算在各設計管段的設計流量確定后，便可按照污水管道水力計算的方法，從上游管段開始依次進行各設計管段的水力計算。水力計算步驟如下：

(1)從管道平面布置圖上量出每一設計管段的長度，列入表中第2項。（2）將各設計管段的設計流量填入表中第3項。設計管段起止點檢查井處的地面標高列入表中第10、11項。（3）計算每一設計管段的地面坡度，作為確定管道坡度時的參考。（4）根據管段的設計流量，參照地面坡度，確定各設計管段的管徑、設計流速、設計坡度和設計充滿度。其余各設計管段的管徑、坡度、流速和充滿度的計算方法與上述方法相同。在水力計算中，由于Q、D、I、v、h/D各水力因素之間存在著相互制約的關系，因此，在查水力計算圖時，存在著一個試算過程，最終確定的D、I、v、h/D要符合設計規范的要求。（5）根據設計管段的長度和設計坡度求管段的降落量。如管段1～2的降落量為I·L＝0.002×110＝0.22m，列入表中第9項。（6）根據管徑和設計充滿度求管段的水深。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）求各設計管段上、下端的管內底標高和埋設深度。

控制點：是指在污水排水區域內，對管道系統的埋深起控制作用的點。各條干管的起點一般都是這條管道的控制點。這些控制點中離出水口最遠最低的點，通常是整個管道系統的控制點。具有相當深度的工廠排出口也可能成為整個管道系統的控制點，它的埋深影響整個管道系統的埋深。確定控制點的管道埋深應根據城市的豎向規劃，保證排水區域內各點的污水都能自流排出，并考慮發展，留有適當余地；不能因照顧個別點而增加整個管道系統的埋深。

對個別點應采取加強管材強度；填土提高地面高程以保證管道所需的最小覆土厚度；設置泵站提高管位等措施，減小控制點的埋深.

首先確定管網系統的控制點。本例中離污水廠較遠的干管起點有8、11、15及工廠出水口1點，這些點都可能成為管道系統的控制點。1點的埋深受冰凍深度和工廠廢水排出口埋深的影響，由于冰凍深度為1.40m，工廠排出口埋深為2.0m，1點的埋深主要受工廠排出口埋深的控制。8、11、15三點的埋深可由冰凍深度及最小覆土厚度的限值決定，但因干管與等高線垂直布置，干管坡度可與地面坡度相近，因此埋深增加不多，整個管線上又無個別低洼點，故8、11、15三點的埋深不能控制整個主干管的埋設深度。對主干管埋深起決定作用的控制點則是1點。

1點是主干管的起點，它的埋設深度定為2.0m，將該值列入表12－6中第16項。

1點的管內底標高等于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點的管內底標高等于1點的管內底標高減去管段1～2的降落量，為84.200－0.220＝83.98m，列入表12－6中第15項。

2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設計管段均為不計算管段，管段間銜接采用管頂平接。（8）計算管段上、下端水面標高。管段上下端水面標高等于相應點的管內底標高加水深。如管段1～2中1點的水面標高為84.200+0.16＝84.36m，列入表中第13項。根據管段在檢查井處采用的銜接方法，可確定下游管段的管內底標高。1)管段1～2與管段2～3的管徑相同，采用水面平接。則這兩管段在2點的水面標高相同。于是，管段2～3中2點的管內底標高為84.14－0.22＝83.92m。2）如管段4～5與管段5～6管徑不同，可采用管頂平接。則這兩管段在5點的管頂標高相同。然后用5點的管頂標高減去5～6管徑，得出5點的管內底標高。在進行管道的水力計算時，應注意如下問題：①慎重確定設