第九章 污水管网设计与计算

2
1
1 v R ( D, h / D ) I nm
2 3
2 3
1 2
1 q A(d , h / D) R ( D, h / D) I nm
1 2
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：
（1）水力计算图表
（2）借助满流水力计算公式并通过一段的比例变换 进行计算
第7章 污水管网设计与计算
污水管网设计的主要任务
污水管网总设计流量及各管段设计流量计算
污水管网各管段直径、埋深、衔接设计与水
力计算； 污水提升泵站设计与设计； 污水管网施工图绘制等。
9.1 污水设计流量计算
9.1.1 设计污水量定额
污水量定额与城市用水量定额之间有一定的比例关系，称为排放系数。 一般，生活污水和工业废水约为用水量60~80%。但由于地下水和地面 雨水从接口、裂隙进入，使实际污水量增大。
（3）工业企业生活污水及淋浴污水量计算
Q3 q3ai N 3ai K h3ai q3bi N 3bi ( ) ( L / s) 3600 T3ai 3600
q3ai——职工生活污水量标准,一般车间25(L/(人.班), 热车间35(L/(人.班)； N3ai ——最高日生活用水总人数； T3ai ——最高日每班工作小时数，h； Kh3ai——生活污水量时变化系数，一般车间3.0，热车 间2.5； q3bi——职工淋浴用水量标准，一般车间40(L/(人.班， 热车间60(L/(人.班)； N3bi ——最高日淋浴用水总人数
本段流量：
q1 F q 0 K Z
式中： q1——设计管段的本段流量，L/s； F——设计管段服务的街坊面积，公顷； KZ——生活污水量总变化系数； q0——单位面积的本段平均流量，比流量，L/s.公 顷
n p q0 86400
式中：n——污水量标准，L/(人.d)； p——人口密度，人/公顷。
（4）最小设计坡度
（1）
（2）
（3）
——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。 规定：管径200mm的最小设计坡度为0.004； 管径300mm的最小设计坡度为0.003。
（5）污水管道的埋设深度
管道的埋设深度有两个意义：
管段：污水管网中流量和坡度不变的管道。
管段设计流量：管段上游端汇入的污水量和
该管段收集的污水量。 节点：管段的上游端和下游端。
9.2.2 节点设计流量
节点流量： 该节点下游本段沿线污水流量（生活污水） 集中流量（工业废水、工业生活污水与淋浴污水、 公建污水）
9.2.3 管段设计流量
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。
（2）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。
（2）工业废水设计流量
K 2i q2i N 2i (1 f 2i ) Q2 ( L / s) 3.6T2i
q2i ——废水量定额，m3/万元、 m3/产量单位或 m3/ 生产设备单位.d； N2i ——最高日产值，万元/d，或产量，产品单位 /d，或生产设备数量，生产设备单位； T2i ——最高日生产小时数，h； f2i ——生产用水重复利用率； K2i ——时变化系数。
（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。
沟顶平接 衔接 方法 水面平接 沟底平接
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。
不应 发生
下游沟底高于上游沟底 下游水位高于上游水位
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。
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。
（6）污水管道的衔接
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；
地面
决定污水管道最小覆土厚度 的因素： 地面荷载
管道
覆 土 厚 度
埋 设 深 度
冰冻线的要求 满足街坊管连接要求
满足地面荷载要求：车行道下最小覆土厚度0.7m
满足防冰冻要求：
《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。
量的比值 Kh——时变化系数，最大日最大时污水量与最大 日平均时污水量的比值 KZ ————总变化系数，最高日最高时污水量 与平均日平均时污水量的比值
KZ=Kd Kh
（1）居民生活污水量变化系数
生活污水量总变化系数
污水平均日流量 （L/s） 总变化系数 （KZ） 5 2.3 15 2.0 40 1.8 70 1.7 100 1.6 200 1.5 500 1.4 〉1000
已知某城镇最高日排放污水量Q1，平均日排
放污水量Q2，最高日最高时排放污水量为 Q3，日变化系数Kd，时变化系数Kh，总变 化系数Kz，求排水管网设计流量为多少？
解：设计流量Q=Q3 Q=Q1*Kh
Q=Q2*Kz
Q=Q2*Kd*Kh
[例9.1]某城镇居住小区污水管网设计
p207
9.2 管段设计流量计算
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。
（3）最小管径
• 为什么要规定最小管径？
街坊管最小管径为200mm，街道管最小管径为 300mm。 • 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。
水力学算图
充满度 流速
坡度
流量
5个水力参数q、D、h、I、v, 已知其中3个才能求出
另2个
水力计算时，一般q已知
？ ?
? ?
《室外排水设计规范》对一些设计参数作了相应规定
9.3 污水管道设计参数
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）
9.4 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
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。 矛盾，考虑经济性问题。
（1）较大坡度地区管段设计
9.1.3 污水设计流量计算
（1）居民生活污水设计流量
q1i N1i Q1 K z1 ( L / s) 24 3600
q1i——居民平均日生活污水量标准，L/(cap.d) N1i ——人口数，cap； KZ1 ——总变化系数 注意：q1i按平均日污水量定额，按平均日用水量定 额的80~90%确定。
9.2.1 污水管网的节点与管段
连接管、污水干管（主干管和干管）、污水支管。 一般检查井的设置位置有：流量汇入的地方、管径 变化的地方、转弯、或在直管段管径长度较长时 （30~70m）。 水流为重力流，需满足一定水力坡度。 管道埋深太大时设提升泵站（平坦地区，反坡）； 坡度较大，设置跌水井。
污水管网设计任务：计算不同地点污水 流量、各管段污水流量，确定管径、埋深和衔 接方式等。
[例9.2]
p210
污水管道水力计算
水力 计算 目的
管径 坡度 高程
（1）水力计算公式
（参见：3.3 非满流管渠水力计算） 过水断面A=A（D，h/D） 水力半径R=R(D,h/D)
h D
设为均匀流，采用谢才公式计算水头损失，将曼 2 1 宁公式代人并转换： 1
v
nm
R3I 2
1 由流量和流速关系得： q AR 3 I 2 nm
1.3
2.3 Qd 5 2.7 Kz 0.11 5 Q d 1000 Qd 1.3 Q d 1000
（2）工业废水量变化系数 和产品种类和生产工艺有关
（3）工业企业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：近似均匀排水。
沿地面坡度敷设，满足最小流速。 流量 期望坡度 最大充满度 流量 期望坡度 管径
（1）
管径，流速（比例换算法，附图1）
充满度和流速（比例换算法，水力图）
（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 …
居民生活污水定额和综合生活污水定额应根据用水定额，结
合建筑内部给排水设施水平和排水系统普及程度等因素确定。 工业企业生活污水和淋浴污水量按有关规定协调。 工业企业废水量根据工艺特点确定
9.1.2 污水量的变化
污水量变化可以用变化系数和变化曲线来描述。
Kd——日变化系数，最大日污水量与平均日污水（4）公共建筑污 Nhomakorabea设计流量
q4 i N 4 i K h 4 i Q4 ( L / s) 3600 T4i
q4i ——各公共建筑最高日污水量标准，L/(用水单位.d）； N4i ——用水单位数； T4i ——最高日排水小时数，h； Kh4i ——污水量时变化系数。
（5）城市污水设计总流量
Qh Q1 Q2 Q3 Q4 ( L / s)
（1）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
h/D <1时，非满流 《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
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
流量 管径（附图1） 坡度 充满度，坡度（比例换算法； 水力图）
充满度，流速（比例换算法； 水力图）
（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