污水管网设计与计算

1
2
1
R 3 (D, h / D)I 2
nm
q
1
2
1
A(D, h / D)R3 (D, h / D)I 2
nm
nm是常数,不同管壁粗糙系数(见表2-1),混凝土/钢筋混凝土一 般采用0.014。
5个水力参数q、D、h、I、v, 已知其中3个才能求出另2个， 水力计算很复杂。
非满流水力计算简化方法：水力计算图表
（2）平坦或反坡地区管段设计
（2）
（3）
一定流量， 管径大，坡度小；
管径过大，流速过小。
设计流量(L/s) <9.19 9.19-16.6 39.72-51.88 …
最大管径(mm) 200 250 400 …
平坦或反坡地区管段设计
流量 最大管径 最小流速
充满度，坡度（水力图）
流量
管径 坡度
充满度，流速（水力图）
▪ 尽可能与地面坡度平行，减小管道埋深； ▪ 保证合理的设计流速，不淤积和冲刷。
在保证流速和充满度的前提下： ▪ 管径大，坡度小； ▪ 管径小，坡度大。
（1）较大坡度地区管段设计
沿地面坡度敷设，满足最小流速。
流量 期望坡度 最大充满度
管径，流速（水力图）
（1）
流量 期望坡度 管径
充满度和流速（水力图）
水力 计算 目的
管径 坡度 高程
二、水力计算公式
充满度h/D——指设计流量下，管道内的有效水深与管径
的比值。
过水断面A=A（D，h/D）
水力半径R=R(D, h/D)
hD
采用谢才公式计算水头损失，将曼宁公式代人并转换(均
匀流)：
v
1
21
R3I 2
nm
由流量和流速关系得：
q
1
21
AR3 I 2
nm
v
五、污水管道的埋设深度
管道的埋设深度有两个意义：造价和施工时间。
最大埋深 根据技术经济指标及施工方法决定。 在干燥土壤中，沟道最大埋深一般不超过7～8m； 在多水、流沙、石灰岩地层中，一般不超过5m。
决定污水管道最小覆土厚度的因素：
地面荷载 冰冻线的要求 满足街坊管连接要求
地面
管道
覆 土 厚 度埋
最大设计流速：是保证管道不被冲刷破坏的流速， 与管道材料有关；金属管道的最大流速为10m/s， 非金属管道的最大流速为5m/s。
注：平坦地区，可适当调整最小设计流速
三、最小管径
• 为什么要规定最小管径？
管径过小极易读塞，疏通频繁、困难。
• 什么叫不计算管段？
在管道起端由于流量较小，通过水力计算查得的管 径小于最小管径，对于这样的管段可不用再进行其他的水力 计算，而直接采用最小管径和相应的最小坡度，这样的管段 称为不计算管段（见表2-3）。
第三节 水力学算图
充满度 流速
在6个水力 要素中,管径 D和粗糙系 数n是一知 数,而其他4 个关系可以
=0.66 i =0.0015
I=0.0058 h/D=0.9
第四节 管渠水力设计主要参数
污水管道水力计算的设计数据 设计充满度（h/D） 设计流速（v） 最小管径（D） 最小设计坡度（i）
第五节 管道的衔接
衔接原则： （1）尽可能提高下游沟段的高程，以减少埋深，从而 降低造价，在平坦地区这点尤其重要； （2）避免在上游沟段中形成回水而造成淤积； （3）不允许下游沟段的沟底高于上游沟段的沟底。
衔接 方法
沟（管）顶平接 水面平接
沟（管）底平接
下游埋深增加； 产生回水可能 性较小
下游埋深较浅； 易产生回水
一、设计充满度（h/D）
——指设计流量下，管道内的有效水深与管径的比值。
h/D =1时，满流 h/D <1时，非满流
hD
《室外排水设计规范》规定，最大充满度为：
管径（D）或暗渠高（H） （mm）
200～300 350～450 500～900
≥1000
最大充满度（h/D）
0.55 0.65 0.70 0.75
注：明沟超高不得小于0.2m
为什么要做最大设计充满度的规定？
1、预留一定的过水能力，防止水量变化的冲击， 为未预见水量的增长留有余地；
2、有利于管道内的通风； 3、便于管道的疏通和维护管理。
二、设计流速
——与设计流量和设计充满度相应的污水平均流速。
最小设计流速：是保证管道内不发生淤积的流速， 与污水中所含杂质有关；我国根据试验结果和运行 经验确定最小流速为0.6m/s（明渠0.4m/s ）。
街坊管最小管径为200mm，街道管最小管径为300mm
四、最小设计坡度
（1）顺坡
（2）平坦
（3）反坡
——相应于最小设计流速的坡度为最小设计坡度，最小 设计坡度是保证不发生淤积时的坡度。
设计充满度一定时，管径越大，最小设计坡度越小。
查表(表2-3)确定最小设计坡度
规定：管径200mm的最小设计坡度为0.001； 管径300mm的最小设计坡度为0.003或0.002 。
设 深 度
▪ 满足地面荷载要求： 车行道下最小覆土厚度0.7m，人行行道下0.6m。
▪ 满足防冰冻要求： 一般埋设在冰冻线以下。
《室外排水设计规范》规定：无保温措施的生活污水管道，管 底可埋设在冰冻线以上0.15m；有保温措施或水温较高的管 道，距离可以加大。
满足街坊污水连接管衔接要求：
从以上三个因素出发，可以得到三个不同的覆土 厚度，最大值就是这一沟段的允许最小覆土厚度。
（3）管段衔接设计
污水管网设计 ▪ 流量 管径，坡度 ▪ 衔接方式，计算埋深
例 1 已知设计沟段长度L为240m；地面坡度I为0.0024； 流量qV为40L/s，上游沟段管径D＝300mm，充满度h/D为0.55，
沟底高程为44.22m，地面高程为46.06m，覆土厚度为1.54m。
一般情况下： 异管径沟段采用沟顶平接。 同管径沟段采用水面平接。
特殊情况： 同管径，坡度变陡，沟顶平接。 下游管径小于上游管径（坡度变陡），沟底平接。
下游沟底高于上游沟底
不应 发生
下游水位高于上游水位
第六节 污水管道水力计算
流量
管径
坡度
•分析设计地区的地形等实际情况 •考虑规范规定的设计参数
管道坡度的确定
第一节 污水管渠水力设计
污水沟 道水力 学设计
任务 原则
根据已经确定的沟道路线， 计算和确定各设计沟段的设 计流量、管径、坡度、流速、 充满度和沟底高程。
不冲刷、不淤积、不 溢流、要通风。
计算 步骤
确定控制点开始，从上游到 下游，计算和确定各个设计 沟段的有关数据。
第二节 管渠水力计算基本公式
一、污水管道水力计算目的