排水管网设计概述.ppt

第3章 排水管网设计,排水管道的设计步骤：,设计资料的调查,设计方案的确定,设计计算,设计图纸的绘制,排水管道的设计任务：,规划设计收集和输送污水、雨水的一整套工程设施和构筑物。,第3章 排水管网设计 3.1 概述（1）,设计资料调查,设计任务资料：有关的法令、法规、制度；城市的总 体规划及其他基础设施情况,自然资料：,地形资料，包括地形图、等高线,气象资料，包括气温、风向、降雨量等,水文资料，受纳水体流量、流速、洪水位,地质资料，包括地下水位、地耐力、地震等级,工程资料：,道路、通讯、供水、供电、煤气等,第3章 排水管网设计 3.1 概述（2）,第3章 排水管网设计 3.1 概述（3）,设计方案确定,包括排水体制的选择、排水系统的布置形式，应通过技术、经济比较，确定最优的方案,确定排水区界，划分排水流域 管道定线 控制点确定和泵站的设置地点 污水设计流量计算 设计管段及设计流量的确定 污水管道水力计算 污水管道的衔接 绘制管道平面图和纵剖面图,第3章 排水管网设计 3.2 污水管道系统设计,确定排水区界，划分排水流域,排水区界是污水排水系统设置的界限。,排水流域是指在排水区界内，按照一定要求所划分的不同排水区域。（通常在丘陵及地形起伏的地区根据等高线划分排水区域，在地形平坦地区可按照面积的大小进行划分。）,确定排水区界，划分排水流域 管道定线 控制点确定和泵站的设置地点 污水设计流量计算 设计管段及设计流量的确定 污水管道水力计算 污水管道的衔接 绘制管道平面图和纵剖面图,第3章 排水管网设计 3.2 污水管道系统设计,管道定线,在总平面图上确定污水管道的位置和走向。,管道定线的影响因素,地形,污水厂和出水口的位置,所采用的排水体制,管道定线时注意事项,主干管布置在坚硬密实土壤中,尽量少穿河流、铁路、山谷和高地,避免与地下构筑物交叉,不宜敷设在繁忙、狭窄的街道下,集中流量尽量排入上游,管道定线（续）,污水管道在街道上的位置,与其他管线、构筑物有一定的距离 与给水管相交时，设于给水管下方 尽量避免敷设在机动车道下，设在人行道下,确定排水区界，划分排水流域 管道定线 控制点确定和泵站的设置地点 污水设计流量计算 设计管段及设计流量的确定 污水管道水力计算 污水管道的衔接 绘制管道平面图和纵剖面图,确定主要计算管线,第3章 排水管网设计 3.2 污水管道系统设计,控制点确定和泵站设置地点,对管道系统的埋深起控制作用的地点，通常在管道起点或最低最远点。,泵站设置地点,中途泵站,局部泵站,总泵站,确定排水区界，划分排水流域 管道定线 控制点确定和泵站的设置地点 污水设计流量计算 设计管段及设计流量的确定 污水管道水力计算 污水管道的衔接 绘制管道平面图和纵剖面图,第3章 排水管网设计 3.2 污水管道系统设计,污水设计流量的计算,污水设计流量,指污水管道及其附属构筑物能保证通过的最大流量，设计流量包括生活污水量和工业废水量。设计流量按最大日最大时流量设计。,生活污水设计流量,居住区生活污水,公共建筑生活污水,工业企业生活污水及淋浴污水,工业废水设计流量,污水设计流量的计算（续1）,（1）居住区生活污水量计算,式中：Q1居住区生活污水设计流量，L/s； n居住区生活污水量标准（L/(d 人)），按室 外排水设计规范选用，取当地用水定额的 80%90%； N设计人口数，按规划部门根据统计资料提供 的参数选用； KZ总变化系数，是最大日最大时污水量与平 均日平均时污水量的比值 。,Kd日变化系数，是最大日污水量与平均日污水 量的比值 。,Kh时变化系数，是最大日最大时污水量与最大 日平均时污水量的比值 。,KZ=Kd Kh,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）,5,2.3,15,2.0,40,1.8,70,1.7,100,1.6,200,1.5,500,1.4,1000,1.3,污水设计流量的计算（续2）,（2）公共建筑生活污水量计算,式中：Q2 公共建筑生活污水设计流量，L/s； qd 公共建筑最高日生活污水排水定额，L/(用水单位 人), 一般按室内给水排水和热水供应设计规范推 荐的参数选用，排水量大的建筑也可以通过调查 或参考相近建筑选用。 m 公共建筑在设计年限内所服务的用水单位数； T 公共建筑最高日排水时间，h； Kh公共建筑生活时变化系数，是最大日最大时污 水量与最大日平均时污水量的比值 。,（3）工业企业生活污水及淋浴污水量计算,式中：Q3工业企业生活污水及淋浴污水设计流量，L/s； A1一般车间最大班职工人数，人； A2热车间最大班职工人数，人； B1一般车间职工生活污水量标准，为25(L/(人班)； B2热车间职工生活污水量标准，为35(L/(人班)； K1一般车间生活污水量时变化系数，以3.0计； K2热车间生活污水量时变化系数，以2.5计； C1一般车间最大班使用淋浴的职工人数，人； C2热车间最大班使用淋浴的职工人数，人； D1一般车间的淋浴污水量标准，为40(L/(人班)； D2热车间的淋浴污水量标准，为60(L/(人班)； T每班工作时数，h。,污水设计流量的计算（续3）,（4）工业废水设计流量计算,式中：Q4工业废水设计流量，L/s； m生产过程中每单位产品的废水量标准， L/单位产品； M产品的平均日产量； T每日生产时数； KZ总变化系数，与工业企业性质有关。,污水设计流量的计算（续4）,Q=Q1+Q2+Q3+Q4+Q渗,Q渗指地下水渗入量，一般以单位管道延长米或单位服务面积公顷计算，日本规定采用经验数据，按每人每日最大污水量的10%-20%。,城市污水设计总流量计算,污水设计流量的计算（续5）,确定排水区界，划分排水流域 管道定线 控制点确定和泵站的设置地点 污水设计流量计算 设计管段及设计流量的确定 污水管道水力计算 污水管道的衔接 绘制管道平面图和纵剖面图,计算管道设计流量q,第3章 排水管网设计 3.2 污水管道系统设计,设计管段及设计流量,两个检查井之间，设计流量不变，且采用同样的管径和坡度的管段，称为一个设计管段。 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、转弯的地方、或在直管段管径长度较长时（30-70m）。,设计流量,本段流量q1,转输流量q2,集中流量q3,本段流量是从管段沿街坊流来的污水量。,转输流量是从上游管段和旁侧管段流来的污水量。,集中流量是从工业企业或其他大型公共建筑物流来的流量。,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，即比流量，L/s 公顷 可用下式求得。,式中：n污水量标准，L/(人 d)； p人口密度，人/公顷。,只有本段流量的设计管段设计计算,设计管段及设计流量（续）,式中：Q 设计管段的设计流量，L/s； F 设计管段和上游管段的街区总服务面 积，公顷；,有本段流量、转输流量及集中流量的设计管段设计流量计算,设计管段及设计流量（续）,确定排水区界，划分排水流域 管道定线 控制点确定和泵站的设置地点 污水设计流量计算 设计管段及设计流量的确定 污水管道水力计算 污水管道的衔接 绘制管道平面图和纵剖面图,第3章 排水管网设计 3.2 污水管道系统设计,污水管道中污水流动的特点及设计原则,1、不溢流； 2、不淤积； 3、不冲刷； 4、注意通风。,污水管道中污水流动的特点,1、水流方向确定。 2、水流方式一般为重力流，污水泵站的出流管中水流则是压力流。 3、近似均匀流。,污水管道水力学设计原则,污水管道设计参数,污水管道水力计算的设计参数,设计充满度（h/D）,设计流速（v）,最小管径（D）,最小设计坡度（i）,污水管道埋设深度（h）,设计充满度（h/D）,h/D =1时，满流,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）,最大充满度（h/D）,200300 350450 500900 1000,0.55 0.65 0.70 0.75,h,D,指设计流量下，管道内的有效水深与管径的比值。,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。,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；国外很多专家认为最小流速为0.6-0.75m/s，我国根据试验结果和运行经验确定最小流速为0.6m/s。,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。,*国内一些城市污水管道长期运行的情况说明，超过上述最高限值，并未发生冲刷管道的现象。,最小管径,1、为什么要规定最小管径？ 污水管道系统上游部分设计流量很小，计算的管径也很小，管径过小就易堵塞管道。 街坊管最小管径为200mm，街道管最小管径为300mm。 2、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。,最小设计坡度,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。,（1）,（2）,（3）,规定：街坊内污水管最小管径200mm的最小设计坡 度为0.004；街道内污水管道最小管径300mm 的最小设计坡度为0.003；较大管径的最小设 计坡度由最小设计流速保证。,污水管道埋设深度,覆土厚度,埋设深度,决定污水管道最小覆土厚度的因素有哪些？,冰冻线的要求,地面荷载,满足街坊管连接要求,地面,管道,管道的埋设深度有两个意义：,埋设深度 覆土深度,.规范规定： 1）无保温措施的生活污水沟道或水温和它接近的工业废水沟道，沟底在冰冻线之上的距离不得大于0.15m。 2）在车行道下，沟顶最小覆土厚度一般不宜小于0.7m。在保证沟道不会受外部荷重损坏时，最小覆土厚度可适当减小。,H=h+IL+Z1Z2+h 式中：H 街道污水管网起点的最小埋深，m； h 街坊污水管起点的最小埋深，0.60.7m； Z1 街道污水管起点检查井检查井处地面标高，m； Z2 街坊污水管起点检查井检查井处地面标高，m； I 街坊污水管和连接支管的坡度； L 街坊污水管和连接支管的总长度，m； h 连接支管与街道污水管的管内底高差，m。,水力计算公式和水力计算图表,水力计算的基本公式,式中：Q 流量，m3/s； A 过水断面面积，m2； v 流速，m/s； R 水力半径（过水断面积与湿周的比值），m； I 水力坡度（即水面坡度，等于管底坡度）； C 流速系数，或谢才系数。一般按曼宁公式计算， 即,n管壁粗糙系数,污水管道水力计算的方法,1、需要确定的参数 流量Q、管径D、坡度I、流速v、充满度h/D和埋深H。 2、确定方法 首先根据已知资料，计算出流量Q，根据Q值可初步确定管径D；然后，根据Q、D值，求I、h/D、v值。在这三个未知数中，还需知道一个参数，才能求得另外两个，此时可以在三个参数中先假设一个值，比如流速为最小流速，或是坡度为最小坡度，或是充满度满足一定要求等，之后进行查表或查图，就可得出其余两个未知数；最后要进行校核，若得出的两个参数满足其规定的要求，则计算完成，若不满足要求，则需调整假设值，甚至管径D，重新进行计算。,例1 已知n=0.014,D=300mm,I=0.004,Q=30L/s,求v和h/D。,得：v=0.82m/s h/D=0.52,确定排水区界，划分排水流域 管道定线 控制点确定和泵站的设置地点 污水设计流量计算 设计管段及设计流量的确定 污水管道水力计算 污水管道的衔接 绘制管道平面图和纵剖面图,第3章 排水管网设计 污水管道系统设计,确定设计管段起始点埋深,污水管道的衔接,衔接的原则：尽可能地提高下游管段的高程，减 小埋深，降低造价；避免上游管段 回水淤积。,衔接的方式,水面平接,管顶平接,跌水连接,第3章 排水管网设计 3.2 污水管道系统设计,确定排水区界，划分排水流域 管道定线 控制点确定和泵站的设置地点 污水设计流量计算 设计管段及设计流量的确定 污水管道水力计算 污水管道的衔接 绘制管道平面图和纵剖面图,绘制管道平面图和纵剖面图,平面图要求,初步设计,采用的比例尺1：50001：10000；污水管道用粗线条表示；画出在设计管段起讫点的检查井并编号；标出各设计管段的服务面积；表明主干管各设计管道的长度、管径和坡度；工程项目表和说明。,施工图设计,采用的比例尺1：10001：5000；要求标明检查井的准确位置及污水管道与其他地下管线或建筑物交叉点的具体位置；其他内容同初步设计。,绘制管道平面图和纵剖面图,纵剖面图,与平面图相对应，图上用单线条表示原地面高程线和设计地面高程线，用双线条表示管道高程线，用双竖线表示检查井；在剖面图下方有一表格，表格中列有检查井号、管道长度、管径、坡度、地面高程、管内底高程、埋深、管道材料、接口形式和基础类型。,污水管道的设计举例,原始资料： 给定某市的街坊平面图，如下页图。居住区街坊人口密度为350人/公顷，污水量标准为120L/(人.d)，火车站和公共浴室的设计污水量分别为3L/s和4L/s，工厂甲和工厂乙的工业废水设计流量分别为25L/s与6L/s。生活污水及经过局部处理的工业废水全部送至污水处理厂进行处理。工厂甲废水排出口的管底埋深为2.0m,平面图,管道定线,街坊面积计算,划分设计管段，计算设计流量,管道的水力计算,绘制图纸（平面图和管道纵剖面图）,水力计算注意问题,控制点选择 管道坡度与地面坡度 设计流速与设计管径 注意水头损失 旁侧支管连接,雨水管渠系统特点：径流量大、流量变化大、满流,雨水管渠系统组成：雨水口、雨水管渠、检查井、 出水口,雨水管渠系统设计步骤：,资料收集，确定暴雨强度公式,划分排水流域，进行管道定线,水力计算,绘制管渠平面图及剖面图,第3章 排水管网设计 3.3 雨水管渠系统设计,第3章 排水管网设计 3.3 雨水管渠系统设计,一、雨水管渠系统平面布置特点,1、充分利用地形排水 在平坦地区，干沟应设在流域的中部，以减少两侧支沟长度，免得于沟埋深过大，增加造价；在陡坡地区，为避免因沟道坡度太陡而设跌水井等特殊构筑物，使干构与等高线斜交，以适当减少干沟坡度。 2、雨水管渠布置应与城镇规划相协调 3、雨水口的布置原则 根据地形及汇水面积确定，一般在道路交叉口的汇水点、低洼地段或一定距离的直线管段上。 4、根据具体条件合理采用明渠或暗管 5、排洪沟的设置,第3章 排水管网设计 3.3 雨水管渠系统设计,二、雨水管渠的设计流量,（一）雨量参数 1、阵雨历时：一场暴雨经历的整个时段。 2、降雨历时：降雨过程中任一连续的时段。 3、降雨量：一段时间（日、月、年）内降落在某一面积上的总水量，用深度 表示，单位以 也可以用单位面积上的降水体积（ ）表示。 4、降雨强度：又称雨率或暴雨强度，指在某一降雨历时内的平均降雨量。两种表示方法：,暴雨强度公式：,式中： q 暴雨强度，mm/min； P 降雨重现期，年； t 降雨历时，mm； A1，c，b，n 地方参数。,暴雨强度是描述暴雨特征的重要指标，也是决定雨水设计流量的主要因素。一般在一场暴雨中，暴雨强度随降雨历时的延长而减小。,第3章 排水管网设计 3.3 雨水管渠系统设计,式中 雨水设计流量，Ls； 径流系数，其数值小于1； 汇水面积，ha； 设计降雨强度，L(sha) 。,二、雨水管渠的设计流量,（二）雨水设计流量计算公式,第3章 排水管网设计 3.3 雨水管渠系统设计,二、雨水管渠的设计流量,（三）径流系数的确定,式中 汇水面积上各类地面的面积，ha； 相应于各类地面的径流系数； 全部汇水面积，ha。,第3章 排水管网设计 3.3 雨水管渠系统设计,二、雨水管渠的设计流量,1、设计重现期T的确定 根据汇水面积的地区建设性、地形特点、汇水面积和气象特点等因素确定，一般选用0.53a，对于重要干道，立交道路的重要部分，重要地区或短期积水即能引起较严重损失的地区，宜采用较高的设计重现期，一般选用25a，并应和道路设计协调。,（四）设计暴雨强度的确定,第3章 排水管网设计 3.3 雨水管渠系统设计,二、雨水管渠的设计流量,1、设计降雨历时的确定 对于起始管段，以排水面积中最远的一点到集水点的雨水流行时间(称为排水面积的集水时间)作为设计降雨历时即某一排水面积的设计降雨历时等于它的集水时间。规范建议集水时间在515min中选定。,（四）设计暴雨强度的确定,第3章 排水管网设计 3.3 雨水管渠系统设计,二、雨水管渠的设计流量,1、设计降雨历时的确定,对于非起始管段：,式中： 设计降雨历时（排水面积的集水时间），min； 地面集水时间，min； 折减系数，管道采用2，明渠采用1.2。 在沟道中流行的时间，min； 集中点上游各沟段的长度，m； 相应各沟段的设计流速，m/s。,（四）设计暴雨强度的确定,第3章 排水管网设计 3.3 雨水管渠系统设计,二、雨水管渠的设计流量,（五）雨水管道设计流量的计算,管段i雨水设计流量计算公式,式中 管段承担的各上游汇水区域的面积； 管段承担的各上游汇水区域的径流系数； 管段承担的各上游汇水区域雨水从最远点到管段内流行总时间，min。,第3章 排水管网设计 3.3 雨水管渠系统设计,三、雨水管渠设计参数,设计充满度：按满流设计，h/D=1 设计流速：最小流速0.75m/s，最大流速10m/s （金属管），5m/s（非金属管） 最小管径和最小设计坡度：雨水管最小管径为300mm， 相应的最小坡度为0.003；雨水口连接管最小管径为 200mm，最小坡度为0.01,由于h/D=1，故只需确定Q、D、v、I值。Q值可经过计算求得，然后选定D值，即可查表求得v、I值,第3章 排水管网设计 3.3 雨水管渠系统设计,三、雨水管渠水力计算的方法,第3章 排水管网设计 3.3 雨水管渠系统设计,四、雨水管渠系统的设计步骤和水力计算,（1）收集、分析资料，划分排水流域、进行管道定线。 （2）划分设计管段。 注意：不宜划分过多；管径增长要连续；划分要从密到疏。 （3）划分并计算汇水面积。 汇水面积包括绿地、街道等。 （4）计算平均径流系数。 一般经验值为：城市0.50.8；郊区0.4