流体力学-污水管网设计培训课件

污水管网设计作业：根据图示的街区平面图布置污水管道，并从工厂接管点至总出口（污水厂处）进行干管设计和水力计算，绘制管道平面图和干管纵断面图。

已知条件如下：⑴人口密度为400cap/ha；⑵生活污水定额140L/（cap.d）；⑶工厂的生活污水设计流量为8.24L/s，淋浴污水设计流量为6.48L/s，生产污水设计流量为26.4L/s；工厂排出口地面标高为43.5m，管底埋深不小于2.0m，土壤冰冻深度为0.8m。

⑷沿河岸堤坝顶标高40.0m。

图1 小区平面图解：1、平面图上管道布线从小区平面图可知该地区地势自西北向东南倾斜，坡度较小，无明显分水线，可划分为一个排水域。

街道支管布置在街区地势较低一侧的道路下，主干管沿小区南侧街道布置。

污水管网平面采用截流式形式布置，初步设计方案如下图所示：图2 管道布线平面图2、排水面积划分及计算将各街区编号并按各街区的平面范围计算它们的面积，列于下表，并用箭头标出各街区污水排出方向。

表1 街区面积划分3、划分设计管段，计算设计流量根据设计管段的定义和划分方法，将各干管和主干管中有本段流量的进入点、集中流量及旁侧支管进入的点，作为设计管段的起讫点的检查井并编号。

该小区污水管网中主干管为1~6，可划分为1~2、2~3、3~4、4~5、5~6六个设计管段，其中设计管段1~2只输送工厂的集中流量，设计管段2~3除转输管段1~2的集中流量外还有本段流量q1和转输流量q2流入。

设计管段3~4、4~5、5~6分别接纳街区11、12和13的生活污水，作为这些管段的本段流量3条主干管为7~2、8~3、11~5均输送与它们连接的支管所输入的转输流量，而没有直接的本段流量。

⑴居民生活污水平均日流量按街区面积比例分配比流量为：q A=q0×N l24×3600=140×40086400=0.648[（L/s）/ha]式中：q0：生活污水定额L/（cap.d）；N l：人口密度cap/ha。

⑵本段流量为:q＝F×q A×K z(L/s)式中：q：设计管段的本段流量，L/s；F：设计管段服务的街区面积，ha；K z：生活污水量总变化系数；q A：单位面积的本段平均流量，比流量，L/s。

管段设计流量采用列表进行计算，见下表：表2 污水管段设计流量计算整个街区只有一个集中流量，在节点1处汇入管道，管段1~2为主干管的起始管段，接受日平均流量为8.24+6.84+26.4＝41.84L/s。

管段7~2接纳街区9的本段流量，街区9的回水面积为6.00ha，故本段日平均流量q1＝0.648×6.00＝3.89 L/s＜5.0L/s，Kz值取2.30，设计流量为3.89×2.30＝8.96L/s。

设计管段2~3接纳街区10为q2＝0.648×6.00＝3.89L/s的本段流量和管段7~2汇入的生活污水转输流量3.89L/s，故2~3日平均流量为3.89+3.98=7.78L/s，计算总变化系数为2.15，则该管段居民生活污水设＞5.0L/s，由Kz= 2.7Q d0.11计流量为7.78×2.15＝16.72L/s，除此之外，管段2~3还接纳7~2的工厂集中转输流量41.84L/s。

所以，管段2~3设计流量为16.72+41.84＝58.56L/s。

其余干管设计流量计算方法同上。

4、水力计算确定各管段设计流量，从上游管段开始依次进行主干管各设计管段的水力计算。

根据《室外排水设计规范》（GB50014－2006）规定，污水管渠在设计充满度下最小设计流速为v＝0.60m/s。

拟采用钢筋混凝土圆管排水管材，粗糙系数n＝0.014，已知节点1（工厂排水口）埋深不小于2.0m，管网其他起点最小埋深不小于冻土埋深0.8m，因此节点1作为主干管的起点，控制整个管网埋深。

⑴设计管段的长度L的测量，填入第2列。

⑵确定管段起点埋深：节点1的埋深为2.0m，管底标高为43.500－2.0＝41.500m，填入第14列。

⑶进行1~2管段设计：根据设计流量q＝41.84m/s，设计流速v＝0.65m/s，查管段设计水力计算图（《排水工程》第四版—孙慧修），取D＝400mm，相应坡度I＝0.00168，填入第8列；充满度h/D＝52.45％，填入第6列；水深h＝0.210m，填入第7列。

⑷其余干管管段水力设计计算方法相同。

5、管道衔接⑴进行1~2管段衔接设计：根据水深h＝0.210m，所取管径D＝400mm，上端水面标高为41.500＋0.210＝41.710m，填入第12列。

根据坡度和管长计算管段降落量I×L＝0.00168×220=0.370m，填入第9列。

下端水面标高为41.710－0.370＝41.340m，填入第13列。

下端管底标高为41.500－0.370＝41.130m，填入第15列。

下端管段埋深为42.95－41.130＝1.820m，填入第17列。

⑵管段衔接方法：管段1~2与2~3采用水面平接方式，即令管段2~3的起点水面标高与管段1~2终点水面标高相等，即41.340m。

⑶依此衔接方式继续其余干管设计计算，完成水力计算与管段衔接数据表格。

表 3 污水管网主干管水力计算6、技术分析⑴排水体制的确定本小区采用分流制排水系统，将污水和雨水分别在两套管道系统内排放。

因小区内生产废水的成分和性质与生活污水类似，故将生活污水和生产废水用同一管道系统排放。

分流制系统可以保持管道内的流速，不致发生沉淀，同时，流入污水厂的水量和水质比较稳定，污水厂的运行易于控制。

分流制不仅从根本上影响排水系统的设计、施工、维护管理，而且对城市和居民区的规划和环境保护影响深远。

⑵污水管网设计原则根据小区的规模、结构、地形地理条件，合理安排小区污水管网布局，形成合理的污水管网结构。

①近、远期相结合：污水管网设计从实际出发，在满足环境保护的要求下，充分利用发挥效能，有计划、有步骤地加快建设，逐步完善合理。

由于排水工程建设具有超前性，长期性的特点，因此，应对未来发展留有余地，避免重复建设。

②协调性：充分考虑小区周围的地理、地形及排水情况，使污水管网系统与小区建设协调统一，符合区域规划以及城市规划。

排水工程方案与开发道路、地下设施、竖向布置等构成有机整体，同步建设，节约建设投资。

③覆土厚度尽量小:排水管线根据地形条件，尽量减少管道埋深，最大限度的降低工程造价和运营管理费用。

④遵守标准：认真贯彻执行国家和地方有关部门制定的现行规范、标准和规定。

⑶污水系统总体方案论证因小区地形地势条件，污水完全靠重力流排放，整个管网污水管道覆土厚度在1.1~2.0m。

管网末端管底埋深较小，进入污水处理厂后由厂内泵站提升，可以减少工程造价，方便施工。

而且，进水管道埋深小，污水厂易于实现一次性提升，对污水厂地坪和构筑物高程的考虑提供方便。

⑷污水管网设计根据《室外排水设计规范》管道平面位置和高程，地形地势、土质、地下水位、道路情况、原有的和规划的地下设施、施工条件以及保养管理方便等因素，污水干管布置在排水区域内地势较低和便于污水汇集的地带。

污水管沿道路敷设，并与道路中心线平行，设在快车道以外。

①划分排水区域：根据地形和城市竖向规划划分排水区域，流域便捷与分水线符合，使干管在最大情况下让大部分污水自流排出。

②干管布置与定线：通过干管布置，将各排水流域的污水收集并输送到污水处理厂。

在充分掌握资料的前提下综合考虑地形，使拟定的路线能因地制宜底利用有利的条件而避免不利因素的干扰。

③支管布置与定线：根据地形与街区建筑特征，同时还应便于用户接管排水。

⑸污水管网工程量依据小区道路路网的布置及各道路网交叉的竖向高程，按尽量实现重力流的原则，在拟建道路下铺设污水管。

①排水管材的选择管道时给排水工程中投资最大并且作用最为重要的组成部分，管道的材料和质量是给排水工程质量和运行安全的关键保障。

综合考虑各种常用管材的规格和优缺点，再结合小区污水水质情况、施工条件、地基承载力等因素，尽量满足就地取材、易于制造、供应充足；成本和施工费用较低，且使用年限较长等条件，最终确定小区污水管网管材为钢筋混凝土管材。

钢筋混凝土管适用于排雨水、污水，当管道埋深较大或敷设在土质条件不良的地段，以及穿越铁路、河流、谷地时都可以采用。

钢筋混凝土管原料充足，设备、制造工艺简单。

②管道检查井检查井的位置设在管道交汇处、转弯处、管径和坡度改变处。

检查井在直线管段的最大间距根据疏通方法的具体情况而定。

检查井要保证密实性，防止污水外渗和地下水入渗。

井口、井筒和井室的尺寸应便于养护和检修，爬梯和脚窝的尺寸、位置应便于检修和上下安全。

7、工程造价估算⑴钢筋混凝土管材费用计算：表4 建筑管材费用表⑵管道建设价目表：表5 管道建设价目表管道及管道建设费用为：479752.50+1017111.76=1496864.26元。

⑶其他费用：表6 其他费用计算表综上，研究所雨水管网造价总和为：1496864.26+629730.80=2126595.06元。

由于综合指标中未包括场地准备费中的三通一平及土地征用和赔偿等费用，必须根据实际情况另行计算加入。

8、绘制管道平面图和断面图。