（市政工程专业论文）概率法在推求建筑内部排水设计秒流量的研究及应用.pdf

西安建筑科技大学硕士学位论文 概率法在推求建筑内部排水设计秒流量的研究及应用 专业：市政工程 项士生：申芷娟 指导老师：高羽飞搬 摘要 现行建筑内部给水、排水设计秒流量计算方法有平方根法、经验法和概率法等。用概 率法确定生活配水管道的瞬时高峰流量，已成国际发展趋势。随着我国经济高速发展，建 筑给水、热水和管道直饮水设计秒流量计算公式的研究已初有成就。建筑给水排水设计规 范( g b 5 0 0 1 5 - 2 0 0 3 ) 对分散型的住宅的设计秒流量，采用的就是以概率法为基础的计算 方法，而排水设计秒流量公式还是沿用原来的平方根法公式，显然不合理。 建筑内部卫生器具的排水跟给水相似，是一个随机交量，且卫生器具的使用互不影响 因此，可用概率法建立的数学模型来描述卫生器具排水这一随机事件。又由于排水具有历 时短、瞬时流量大、两次排水时间间隔长、排水不均匀的特点，应对排水进行单独研究， 建立不同的计算公式。 本课题在对国内外排水设计秒流量公式和概率论公式的研究和应用基础上，探索概率 论的流量计算公式新方法。利用国内外较成熟的理论，尽可能全面的考虑影响排水量因素 并且结合我国的实际排水特点，得出适用于我国各类建筑并且在实际应用中较为简便的计 算方法。本课题研究的主要内容为： ( 1 ) 分析对比我国平方根法与美国、德国、日本排水设计秒流量计算方法的特点及存 在的问题； ( 2 ) 根据我国居民生活排水特点，由用水量标准推算出各类型住户用水高峰期的卫生 器具使用概率： ( 33 编制计算机程序，计算不同排水概率情况下，排水当量与排水设计秒流量的关系 表n p q p ； 西安建筑科技大学硕士学位论文 ( 4 ) 求出影响建筑内部排水设计秒流量计算方法的参数和因素，拟合出适合工程人员 设计、查阅的计算公式及相应砺始关系表，使用方便快捷，并与建筑内部给水和热 水的公式统一起来。 ( 5 ) 写出建筑给水摊水设计规范中的有关排水设计秒流量的设计条文，以做参考。 关键词：概率论方法排水设计秒流量卫生器具使用概率拟合公式 论文类型：应用基础 西安建筑科技大学硕士学位论文 t h es t u d y o f p r o b a b i l i t yc a l c u l a t i o n m e t h o d o t d e s 睡nf l o wr a t e f o rd o m e s t i c d r a i n a g e s p e d i h y ：m u n i c i p a le r i g i m 商n g g r a d u a t e ：s h e n 删啪 i n s t r u c t o r ：p r o f e s s o rg a o1 内诧i c u r r e n t l yt h em e f l 3 0 d so f d e s i g nf l o wr a t ef o rd o m e s t i cd _ r a i r k 皑ow h i c ha p o p u l a r l yu s e di n t h ew o r l di n c l u d es q u a r er o o tm 姗哗r l e i l c em e t h o da n d 弘o b 蛐m c t h o dt h a tt h es t u d y o f a p p l y i n gp r o b e b m t yc a l c u l a t i o nm e t h o dt od e t e r m i n et h ei n 蛐u sp e a ko f d e s i g nr a t ef o r d o m e s t i cw a t e rs u p p l yh a sb e c o l n e sw o r l d l yt e n d a sd o m e s t i ce c o n o m yh a sb e e nr a p i d l y d e v e l o p e d , t h es t u d yo fp r o b a b i l i t yc a l c u l a t i o nm e t h o do fd e s i g nf l o wr a t ef o rd o m e s t i cw a t e r s u p p l y , h o t - w a t e rs u p p l ya n dp i p i n gd r “d n gw a t e rs u p p l yh a ss o m ea c h i e v e m e n t s i t s u n r e a s o n a b l et h a tt h ed e s i g nf l o wr a t ef o rd o m e s t i cw a t e rs w p p l yi sb a s e do np r o b a b i l i t yi nt h e d e s i g n c o d e ( g b 5 0 0 1 5 - 2 0 0 3 ) w h i l e d r a i l l l 毽e i s s t i u b a s e d o n t h e f o r m e r l y s q u s r e r o o t m e t h o d t h ep r o c e s so fs u p p l y i n gw a t e ri sar t m d o mv a r i a b l et h a tt h eu s eo fs a n i m r yv c a l - e $ h a sn o i n f l u e n c eo nt h eo n ea n t h e r , s od o e sd o m e s t i cd r a m g e s o ，i t sr c a s o n a b l et oe m p l o yp r o b a b i l i t y m e t h o dt od e s c r i b et h e 州黯o f d r a i n a g e a n dd r a i n a g eh a si t sp e c u l i a r i t i e ss u c ha sq u i c k n e s s ， n e m e n d o u si n s t a n t a n e o u sf l o w ,a n dl o n gi n t e r v a lb e f o r ea n o t h o rd r a i na n d i r r e g u l a r l y , i ts h o u l d h a v ed i f f e r e n tf o r m u l m b a s e do nt h es t u d yo f c a l c u l a t i o nm e t h o do f d e s i g nf l o wr a t ef o rd o m e s t i cd r l t i n a g ea b r o a d a n dh o m e ，t h i st h e s i s e x p l o r e san e wf o r m u l ao nt h eb a s i so fp r o b a b i l i t ym e t h o d , w h i c h c o n s i d e r a t ea l lt h ei n f l u e n c i n gf a c t o r so nt h ed r a i nf l o wa n dc o m b i n e so l i rc o t r y su - a i r s t h i s s u b j e c tc o n t e n t s ： ( 1 ) a m d y 痂l ga n dc o m p a r i n gt h eo u t c o m e , 曲锄翟t e r i s 龀a n dt h ed i s a d v a n t a g e so ft h e c a l c u l a t i o nm e t h o do f d e s i g nf l o wr a t ef o rd o m e s t i cd r a i b a g cm n go u rc o u n e y , u s a , g e r m a n y a n dj a p a n ( 2 ) a c c o r d i n go u rp e o p l e sc u s t o n l s ，c a l c u l a t et h ef r e q u e r 珂o f t h eu s eo f d i f f e r e n ts a n i t a r y i i i 西安建筑科技大学硕士学位论文 w a r e si nd i f f e r e n tr a n ko f h o u s e si nt h er u s hh o u rb yt h ew a t e r b s a g ec r i t e r i a ( 3 ) r e c k o nt h em l a f i o m h i pb 曲 7 e 锄出a i n i n ge q u i v a l e n tn 口a n dt h ed e s i g nf l o wr a t ef o r d o m e s t i cd l a i l l a g eq pu n d e rd i f f e r e n tp r o b a b i l i t yb yp r o g r a m m i n g ( 4 ) c o n s i d e r i n ga ut h ep a r a m e t e r sa n d 盎呦璐t h a ta f f e c tt h ec a l c u l a t i o nm e t h o do fd e s i g n f l o wr a t ef o rd o m e s t i cd r a i n a g e ，f o r mau o n p q pc h a r tt h a tu n i t et h ew a t e rs u p p l ya n d h o t - w a t e rs u p p l yf o r m u l a , w h i c h 虹i g m e e r sc a nc o n s u l tc o n v e n i e n t l y ( 5 ) d r a w i n gt h e l i s tt h a tr e c o m m 伽d e dt ob ew r i t t e ni nt h ed e s i g nc o d ea b o u tt h ec a l c u l a t i o n m e t h o do f d e s i g nf l o wr a t ef o rd o m e s t i cd r a i n a g e t h ef r e q u e n c yo f t h eu s eo f s m i t a r yw a r e sf r e q u e n c y f o r mt h ef o r m u l a 声明 v 8 4 1 4 3 7 本人郑重声明我所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取 得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含本人或其他人在其它单位 己申请学位或为其它用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的 所有贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了致谢。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 论文作者签名：申芷蜀 日期：z s 占f 关于论文使用授权的说明 本人完全了解西安建筑科技大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学 校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅；学校可以公布论文的 全部或部分内容，可以采用影印、缩印或者其它复制手段保存论文。 ( 保密的论文在论文解密后应遵守此规定) 论文作者签名：杠蛹 导师签名 注：请将此页附在论文酋页。 日期：了，厶l 砬籀 西安建筑科技大学硕士学位论文 e a - _ b l _ _ l _ 女l _ _ _ e _ s ! 日- _ 目_ _ _ _ _ _ _ 目目_ 础i i 自_ | | _ l i e _ e ! ! _ _ ! 自一 1 绪论 1 1 国内外建筑内部排水设计秒流量计算方法的现状与发展 1 1 1 建筑物内部排水设计流量的计算特点 建筑内部排水系统的功能是将入们在日常生活和工业生产过程中使用过的、受到污 染的水以及降落到屋面的雨水和雪水收集起来，及时排到室外。建筑内部排水系统分为 污废水排水系统( 排除人类生存过程中产生的污水与废水) 和屋面雨水排水系统( 排除自 然降水) 两大类。按照污废水的来源，污废水捧水系统又分为生活排水系统和工业废水 排水系统。按污水与废水在排放过程中的关系，生活排水系统和工业废水排水系统又分 为合流制和分流制两种体制。本论文重点讨论生活污废水排水系统。 建筑内部排水系统由卫生器具、器具排水管、横支管、立管、排出管和通气管组成。 建筑内部排水管道系统的设计流态和流动介质与室外排水管道系统相同，都是按重力非 满流设计的，污水中都含有固体杂物，都是水、气、固三种介质的复杂运动。其中，固 体物较少，可以简化为水气两楣流。但建筑内部排水的流动特点与室外排水有所不同， 主要表现在以下几个方面： ( 1 ) 水量、气压变化幅度大 与室外排水相比，建筑内部排水管网接纳的捧水量少，且不均匀，捧水历时短，高 峰流量时可能充满整个管道断面，而大部分时间管道内可能没有水。管内自由水面和气 压不稳定，水气容易掺合。 ( 2 ) 流速变化剧烈 建筑外部捧水管绝大多数为水平横管，只有少量跌水，且跌水深度不大，管内水流 速度沿水流方向递增，但变化很小，水气不易掺合，管内气压稳定。建筑内部横管与立 管交替连接，当水流由横管进入立管时，流速急骤增大，水气混合 当水流由立管进入 横管时，流速急骤减小，水气分离。 ( 3 ) 事故危害大 当室外排水不畅时，污废水溢出检查井，有毒有害气体进入大气，影响环境卫生， 因其发生在室外，对人体直接危害小。建筑内部排水不畅，污水外溢到室内地面，或管 因其发生在室外，对人体直接危害小。建筑内部排水不畅，污水外溢到室内地面，或管 西安建筑科技大学硕士学位论文 内气压波动，有毒有害气体进入房问，将直接危害人体健康，影响室内环境卫生，事故 危害性大。 建筑内部排水管道的设计秒流量是确定各管段管径的依据，因此，排水设计流量的 确定应符合建筑内部排水规律。建筑内部摊水流量与卫生器具的排水特点和同时排水的 卫生器具数量有关，具有历时短、瞬时流量大、两次排水时间间隔长、排水不均匀的特 点。卫生器具的排水特性有一次平均排水量、一次平均排水时间、最大排水流量和平均 排水流量。卫生器具种类和构造不同，其排水特性也各异。图1 1 为卫生器具的排水流 量曲线示例。从排水流量曲线可以定出卫生器具的排水流量。所谓卫生器具的排水流量， 即是在一个卫生器具排水过程中，以排水总量的2 0 排出开始到8 0 排出为止的平均秒 流量【2 】。 3 3 3 3 0 0 2 6 6 02 3 3 j v2 0 0 嚣1 6 6 繁 赣1 。3 3 1 0 0 0 6 6 0 3 3 ，_ 一 。 。| | 1 z t f 、 f ， 、 一 ， ， 3 一 0l 234 56 789 1 0 排水时间( s ) 图1 1 卫生器具排水流量曲线 1 虹吸式大便器2 浴盆( d l - 0 m m 捧水栓) 3 洗脸盆( d s 3 2 m m 排水栓) 为保证最不利时刻的最大排水量能迅速、安全地排放，某管段的排水设计流量应为 该管段的瞬时最大排水流量，又称为排水设计秒流量。 建筑内部排水设计秒流量有三种计算方法：经验法、平方根法和概率法。 西安建筑科技大学硕士学位论文 1 1 2 国外排水设计秒流量的计算方法 2 1 d 国外排水管的管径决定法，般有美国的n p c ( n a t i o n a lp l u m b i n gc o d e ) 的器具排水 单位法、德国规范d i n 路线法、日本的h a s s 2 0 6 的定常流量法等三种。 ( 1 ) 器具排水单位法 这是美国最早采用的方法，以洗脸盆排水作为标准，在排水管径为3 2 m m 时，排水 量为0 4 7 5 l s ，作为一个器具排水负荷单位，定为1 。某器具的最大排水流量除以洗脸 盆的标准排水流量即为该器具的单位。同时考虑该器具的同时使用形态，使用频率等因 素定出器具排水负荷单位。因此各种器具排水负荷单位并不完全单纯是洗脸盆标准排水 流量的倍数，而是用来表示排水系统在假定的最大使用频率条件下器具排水负荷的大 小，这样使一个有几种不同种类卫生器具的排水系统能较方便的直接累加其器具排水负 荷单位，以计算其设计排水流量。表1 1 为各种卫生器具排水负荷单位。 在单元式住宅中，同时也用考虑了各排水器具组合的单元式住宅实用器具排水单位 ( 表1 2 ) 。决定管径的流程图，如图1 2 所示。 根据表1 1 ，表1 2 可决定排水管段上承接的卫生器具排水负荷单位总数，按表1 3 、 表1 4 决定横管和立管的管径，且不小于卫生器具规定所需的最小管径。按表1 3 所决 定的管径，适用于具有器具通气管及通气立管的排水系统。 图1 2 器具单位法决定管径的流程 西安建筑科技大学硕士学位论文 表1 1器具排水单位【4 l 水封的器具排水水封的器具排水 器具最小口的负荷单器具最小口的负荷单 径位数径位数 大便器有水箱时 7 54 厨房用洗碗池住宅用 4 02 只有阀门时 7 58 带垃圾压缩机 4 03 小便器壁挂式( 小型) 4 04 洗碗机住宅用 4 02 站立式( 大型) 5 0 4 地面排水4 00 5 站立式( 虹吸式等) 7 585 0l 3 0l7 52 浴室器具一套( 有水箱 洗脸池 2 50 5 的大便器，洗脸池，浴 6 缸及有围墙的淋浴) 洗手池 3 0 2 洗发池3 0 ，4 0 2 浴缸( 住宅用) 4 0 ，5 0 3 ( 西式) 5 0 2 有围墙的淋浴( 住宅用) 3浴室器具一套( 只有阀 连排式淋浴( 一个淋浴 门的大便器，洗脸池。 8 头相当于) 3 0 ，4 0 3 浴缸及有围墙的淋浴) 地漏 4 0 2 洗碗池 7 58 污物池 7 5 1 0 5 表1 2住宅用实用器具排水单位嘲 器具排水器具排水负 器具器具 负荷单位荷单位 附属水封 口径( 近似) 便器( 水箱式) 4 洗农机水封+ 洗脸池 4 地面排水水封( 浴室用) 5 0 a 4 洗衣机水封+ 洗涤水封 6 洗碗台排水( 厨房洗碗台用) 4 0 a 4 洗衣机水封+ 地面排水水封 6 洗衣机水封+ 地面排水水封+ 洗 洗脸池3 2 a l6 脸池 洗衣机水封( 洗衣机用) 5 0 a 4 地面排水水封+ 洗脸池 4 厕所+ 洗脸池 4 洗碗池排水水封+ 洗脸池 4 洗碗池排水水封+ 地面排水水 厕所+ 地面排水水封 6 6 封 洗碗池排水水封+ 地面排水水 厕所+ 洗衣机水封 6 6 封+ 洗脸池 洗碗池排水水封+ 地面排水水 厕所+ 地面排水水封+ 洗脸池 68 封+ 洗衣机水封 洗碗池排水水封+ 地面排水水 厕所+ 地面排水水封+ 洗衣机水封 8 8 封+ 洗衣机水封+ 洗脸池 厕所+ 地面排水水封+ 洗衣机水封 8 + 洗脸池 4 西安建筑科技大学硕士学位论文 表1 3排水横支管和排水立管的容许最大器具排水负荷单位问【7 l 容许承接最大器具排水负荷单位数 管径( 咖) 三层建筑或一根排 超过三层建筑 排水支管水立管有三个支管 对一根立一层或一个支管 间隔 管合计间隔合计 3 2 1 4 03 4 8 5 061 0 2 46 6 51 22 04 29 7 52 0 3 3 0 6 0 6 3 1 0 01 6 02 4 05 0 0 9 0 1 2 53 6 05 4 01 1 0 02 0 0 1 5 06 2 09 6 01 9 0 0 3 5 0 2 0 01 4 0 0 2 2 0 0 3 6 0 0 6 0 0 2 5 0 2 5 0 03 8 0 05 6 0 01 0 0 0 3 0 03 9 0 06 0 0 08 4 0 01 5 0 0 3 7 57 0 0 0 注：1 ) 排水横支管是指将排水器具的摊水导入摊水立管或排水横主管的所有横管。 2 ) 不包含排水横主管的支管。 3 ) 大便器在两个以内。 4 ) 大便器在六个以内。 5 ) 本表适用于通气立管具备时，一般不适用于伸顶通气方式。 表1 3 中支管间隔的意义是连接排水立管的两根排水横支管之间的垂直距离有2 5 m 以上者叫做一个支管间隔，不满2 5 m 时横支管间隔数为零。在使用表1 3 时，对于高度 超过三层的建筑，决定其排水立管管径时，同时还必须满足一层或一个支管间隔合计一 栏中容许承接的器具排水负荷单位数。 表1 4排水横主管及基地摊水管窖许的最大摊水负荷单位1 7 】哪 与排水横主管及地段排水管相接的最大排水单位数 管径( a )倾斜度 1 1 9 2l ，9 6l 4 8l ，2 4 5 02 l2 6 6 52 43 1 7 5 2 02 7 3 6 1 0 01 8 02 1 62 5 0 1 2 53 9 04 9 05 7 5 1 5 0 7 0 0 8 4 0 1o o o 2 0 014 0 0l6 0 019 2 0 23 0 0 2 5 025 0 02 9 0 035 0 04 2 0 0 3 0 039 0 046 0 05 6 0 067 0 0 3 7 5 7 0 0 0 8 3 0 01 0 0 0 01 2 0 0 0 注：排水横主管为包括排出管在内的建筑物内都的横主管及横支管，基地排水管 为室外庭院排水管道。 5 西安建筑科技大学硕士学位论文 ! 日目日目皇i i 自t 自目j 自目t 自目目e z 自| 日! | 日e j e ! 自1 5 口i e 自自! ! ! ! 曼 ( 2 ) d i n 路线法 曰本主要采用的一种简易方法：以建筑物用途确定排水负荷特性值尉单元式住宅为 0 5 ) ，与表1 5 给出的卫生器具负荷单位 a w s ，根据式( 1 1 ) 计算出排水负荷流量值，用 下述( 3 ) 中所述定流常量法确定各排水管在容许流量值内的管径。 q = x f z a w , ( 1 。1 ) 式中q 一排水负荷流量 l s k 一排水负荷特性值： a w s 一器具负荷单位。 表1 5器具符合单位a w s t g l 连接器具或排水管的形式器具负荷单位a w s ： 器具搭水管的基本直径( d n ) 洗手池，洗脸池0 54 0 厨房洗碗台洗涤物或6 k g 以内的 l5 0 家用洗衣机等 6 - - 1 2 k g 用洗农机 1 57 0 小便器( 单独便器) 0 5 5 0 大便器，冲洗装置 2 51 0 0 直接排水的浴缸 l4 0 浴缸或有围墙的淋浴的间接排水 ( 浴室地面有水封) l4 0 7 0 f 3 ) 固定流量法 日本过去是采用美国的器具排水负荷单位法来决定室内污水管径的，到7 0 年代， 日本给排水设备规范中提出新的室内污水系统排水负荷流量的计算方法j 固定流量 法”。固定流量法是一种不仅要考虑求出最大排水流量值，而且还要考虑器具排水量和 器具平均排水间隔的评价方法，是一种引进了概率的理论方法。 表示卫生器具的排水特性只考虑最大排水流量是不充分的，其理由为； 例如大便器，一次冲洗水量并不多，但排水秒流量较大，且摊水时间短。而浴 盆一次的排水量为大便器一次排水量的十倍以上，但其秒流量比大便器小而排水时间 长。较多的卫生器具连接到一根排水管上时，如果考虑同时排水负荷薰叠，则浴盆排水 重叠的概率比大便器高。为了掌握这种因素的差剐，还要考虑器具一次平均排水量和一 次平均排水时间。 即使是同一种类卫生器具，由于设置的场所和使用的人数不同，其使用的频率 程度有显著差别，使用频率程度高的其负荷重叠的概率也高。 由于以上的道理，要得到正确的排水负荷，仅有卫生器具排水单位一个参数还不够， 即使前面所述美国的器具排水负荷单位法也注意到了这一点，是采用了器其排水负荷单 位而不是单纯的某一标准器具排水流量的倍数，在使用形态上有家庭用和公共用的区 别，采取了修正单位数的方法。我国排水流量计算公式中采用搿系数来反映卫生器具使 6 西安建筑科技大学硕士学位论文 ! 目自! 目目! 自e 目日目e e 目目目目日j 墨i l1 日! e e e 目e e 自! ! ! t 日! e ! ! ! e ! ! | ! 目黑 用形态( 见1 1 r 3 节) 。 固定流量法针对上述问题，作为表示卫生器具排水特性基础资料，提出三个参数， 即器具排水流量吼，器具排水量矽，器具平均排水间隔r o 以进行负荷流量的计算。 卫生器具的排水量和排水流量 卫生器具排水过程中，流量从零到最大，再从最大减至零，如前述的图1 1 所示。 从器具开始排水到完全排出结束为止的过程，测定其最初2 0 排出后到8 0 排水结束为 止的时间中的平均排水流量，便有： 0 6 w ，、 吼2 。1 2 式中吼器具排水流量( l s ) ； 矽器具一次排水量( l ) ； t 2 0 排出后到8 0 排水结束为止的时问( s ) 。 各种卫生器具的排水量和排水流量见表1 6 。 表1 6 各种卫生器具的排水量和排水流量【1 0 1 排水栓口 卫生器具 器具排水量”( l ) 器具捧水流量q d ( l s ) 径( r a m ) 普通型7 5 或1 0 0 虹吸喷射式、虹吸式1 5 1 5 大便器 冲洗式 1 1 虹吸喷射式、虹吸式1 3( 只有虹吸喷射式为2 o ) 节水型 7 5 冲洗式8 小型 4 04 各个冲洗0 5 小便器 自动冲洗 同时冲洗个数 o 5 大型4 0 或5 0 6 但最大为 2 0 小型 中型 3 0 有排水塞 71 0 洗脸盆 大型 8 无排水塞3o 3 洗手盆 2 5 3 0 - 3 医疗手术室洗手盆 3 02 0o _ 3 洗发盆 3 04 0o 3 和风式1 9 0 2 3 0 2 5 0 浴盆 4 01 0 洋风式 9 0 1 4 0 1 8 0 淋浴器 5 0 5 0 o 3 有塞洗溜 2 0 拖布盆6 5 4 0 无塞洗濯 1 0 有塞洗濯 1 0 洗涤盆4 04 0 无塞洗濯0 3 便器7 5 或1 0 0 1 52 o 化验盆 4 04 0o 3 有塞洗濯 1 0 厨房洗涤盆 4 05 0 无塞洗濯0 3 西安建筑科技大学硕士学位论文 器具的平均排水间隔 在卫生器具使用形态中，有待时式( 亦称等候式) 和即时式( 亦称不等候式) 的区 别，待时式使用的情况如剧场、学校、体育场等，时间短且集中，需排队。即时式使用 的情况如办公楼、旅馆等，在办公或住宿的时间内使用，使用情况是分散不需要等待。 待时式因集中在某一短的时间内使用，使用拥挤且等待，卫生器具考虑为连续使用 的状态，如果知道了卫生器具的平均占有时间l 和在占有时间里的平均排水数n ，则按 ( 1 3 ) 式可求得卫生器具的平均排水间隔不： t o ：互 ( 1 f 3 ) 玎 卫生器具平均排水间隔t o 的意义是卫生器具一次排水开始到下一次摊水开始间的 平均时间。l 和n 要根据设计调查测定，如果参考日本对厕所间的调查资料，在待时式 中t o 大概是：女厕所大便器为6 0 s ，男厕大便器为2 0 0 s ，男厕小便器为3 5 s ( 各个冲洗) ， 洗脸盆为2 5 s 。 对即时式，情况就较为复杂，首先使用卫生器具的人数和卫生器具数量的关系在建 筑设计时就要定的合理，大体上不会发生超负荷。通过使用橛率理论分析计算，所得到 的即时式卫生器具平均排水间隔t o 的大概值见表1 7 。 表1 7 各种卫生器具使用频率和固定流量标准值【1 1 1 器具平均排水间隔t o ( 8 ) 卫生器具种类 待时式即时式使用形态( 在一个卫生设置的器具数坼) 形态 12 3 4567891 01 11 2 女厕便器 6 04 0 02 2 2 01 9 01 7 01 5 01 4 01 4 01 3 01 3 01 2 01 2 0 男厕便器 2 0 06 0 06 0 06 0 06 0 05 6 05 1 04 8 04 8 0 4 4 04 2 04 0 0 3 9 0 厕 小便器( 各个 3 52 4 0l 印1 3 0l l ol o o9 08 58 07 5 7 57 07 0 所 冲洗阀) 间 洗脸盆 2 51 7 01 2 09 08 07 06 56 0 5 55 55 05 05 0 小便器( 自动t o = 1 8 0 9 0 0 ( 平均6 0 0 ) ，根据相应的使用频率，设计者在1 8 0 9 0 0 s 之间判 冲洗水箱) 断决定 浴盆 瓦= 1 8 0 0 淋浴 t o = 3 0 0 使用极频率的场合t o = 6 0 其他器具 使用较频率的场合t o = 3 0 0 其他一般场合t o = 6 0 0 定型设备( 住宅 的杂排水单元， 旅馆的浴室和厕 q = 0 0 3 3 l 卢s 所单元) 8 西安建筑科技大学硕士学位论文 固定流量和负荷流量 有n 个同类型卫生器具的排水系统，如果设1 个器具的平均排水间隔为毛s ，则这 个器具系统的排水频率旯如下式所示： z = 昙( 次，s ) 0 ( 1 4 ) 卫生器具排水占有时间0 为表1 6 中排水量w 除以排水流量吼 l ：一w ( s ) ( 1 ，5 ) q d 因此平均同时排水器具数用下式表达 “：魍：盟 ( 1 6 ) 瓦 同时排水的卫生器具数为r 的概率分布可用下式所示的泊松分布表示 e o ) = 等e 一一 ( 1 。7 ) 如果决定了超负荷危险率，由( 1 8 ) 式就可从平均同时排水器具数求出设计用 的最大同时排水器具数。 只o ) 1 一口。 ( 1 8 ) r = o 或 只( ) s 哎 ( 1 9 ) r m + l 当= o 0 1 时，其平均同时排水器具数和最大同时排水器具m 的关系如图1 3 所示。把最大同时排水器具m 乘器具的排水流量吼就可得负荷流量骁 纛 晾 翡 蓝 霹 茁 匿 _ k 略 平均同时排水黯具数u 图1 3 平均同时排水器具数“与最大同时 排水器具数m 的关系曲线 9 西安建筑科技大学硕士学位论文 姥= m q d ( 1 1 0 ) 以上便是用概率理论求排水负荷流量的计算方法。 把公式( 1 6 ) 中玎吲瓦这个平均时间的排水流量表示为固定排水流量，并命名为阉 定流量亘 则石：坐 4 t o “：旦 q d ( 1 1 2 ) 把( 1 1 2 ) 式所表达式的用( 1 9 ) 式进行最大同时排水器具数的计算，并把固定 流量互作横坐标，器具排水流t q 。作参数绘制出贯线图。从固定流量豆可直接得到负荷 流量q r 和管径。 当卫生间有不同种类的卫生器具时，排水负荷流量可采用合计的固定流量以及选用 最大的器具排水流量求出，但在排水流量较小的器具占多数，其中有少数几个较大排水 流量的器具时，如果采用最大的器具捧水流量来计算，流量就会不切实际的过大，此时 就应采用占比例多的器具排水流量。 1 1 3 我国排水设计秒流量计算方法【1 2 】 根据建筑给水排水设计规范( g b 5 0 0 1 5 2 0 0 3 ) ( 以下简称“规范”) ，目前国内采 用的方法是以表1 8 规定的卫生器具排水流量和当量值作为基础资料，并考虑建筑中使 用卫生器具的规律而确定了排水管道流量计算公式。 表1 8 卫生器具捧水的流量、当量和捧水管的管径 排水流量 序号 卫生器具名称当量 排水管管 ( l s )径( i n t o ) l 洗涤盆、污水盆( 池) o 3 315 0 餐厅、厨房洗菜盆( 池) 2 单格洗涤盆( 池) 0 6 725 0 双格洗涤盆( 池) l35 0 3 鼹洗槽( 每个水嘴) o 3 31 5 0 7 5 4 洗手盆 0 1o _ 33 2 5 0 5 洗脸盆 0 2 5o 7 53 2 5 0 6 浴盆 l 35 0 7 淋浴器 0 1 50 4 55 0 l o 西安建筑科技大学硕士学位论文 大便器 高水箱 1 54 51 0 0 低水箱 8 冲落式 1 54 51 0 0 虹吸式、喷射虹吸式 26 1 0 0 自闭式冲洗阀 1 54 51 0 0 9 医用倒便器 1 54 51 0 0 小便器 1 0自闭式冲洗阀 0 1o 34 0 5 0 感应式冲洗阀 o 1 0 3 4 0 5 0 大便槽 1 1掣个蹲位 2 57 51 0 0 4 个蹲位 391 5 0 小便槽( 每米长) 1 2 自动冲洗水箱 o 1 70 5 1 3 化验盆( 无塞) o 2o ，64 0 5 0 1 4 净身器 0 1o _ 34 0 5 0 1 5饮水器 0 0 5o 1 52 5 5 0 1 6 家用洗衣机 0 51 55 0 ( 1 ) 住宅、集体宿舍、旅馆、医院、疗养院、幼儿园、养老院、办公楼、商场、会展 中心、中小学校教学楼等建筑用水设备使用不集中，用水时间长，同时排水百分数随卫 生器具数量增加而减少，其设计秒流量计算公式为 q p ：- o 1 2 口p + ( t - 1 3 ) 式中 吼计算管段排水设计秒流量，l s ； m 计算管段卫生器具排水当量总数； 口根据建筑物用途而定的系数，住宅、宾馆、医院、疗养院、幼儿园、 养老院卫生间的。值取1 5 ：集体宿舍、旅馆和其他公共建筑公共盥 洗室和厕所间的口值取2 0 2 5 0 。 目一计算管段排水秒流量最大的一个卫生器的排水流量，l s 。 ( 2 ) 工业企业生活问、公共浴室、洗农房、职工食堂或营业餐厅的厨房、实验室、 影剧院、体育场、候车( 机、船) 厅等建筑的卫生设备使用集中，排水时闻集中，同时排 水百分数大，其排水设计秒流量计算公式为住宅和公共建筑排水管道流量计算公式： = g 。i 6 i ( 1 1 4 ) i t l 式中 q p 计算管段排水设计秒流量，l s ； 谣安建筑科技大学硕士学位论文 g 。；第i 种一个卫生器具的排水流量，l s ； 第i 种卫生器具的个数； 盎第i 种卫生器具同时排水百分数，冲洗水箱大便器按1 2 计算，其他 卫生器具同给水。 m _ 一计算管段上卫生器具的种类数。 管段的设计排水流量求得后，排水横管按明渠均匀流公式计算。 v = c 4 r , ( 1 1 5 ) c ：三丑：( 1 1 6 ) 片 口= 兰d 2 v( 1 1 7 ) 4 式中1 ，流速( m s ) ： r 水力半径( m ) ： j 管道坡度； 口流量( m 3 s ) ： d 管径( m ) ： n 管道粗糙系数； c 谢才系数。 实际工程中一般利用水力计算图表选定管径。也可查建筑内部塑料排水管水力计算 表和机制铸铁排水管水力计算表选定管径。 排水立管管径可根据管段设计流量，对照排水立管呈水膜流时的许可负荷流量来确 定，仅有伸顶通气方式的单立管系统按充水率l 5 的流量选定管径，具有通气立管系统 按充水率1 4 i 3 时的流量选定立管。或查“规范”表4 4 1 1 1 4 4 1 1 4 确定。立管管径 不得小于所连接的横支管管径。 1 1 4 我国建筑内部排水设计秒流量计算方法存在的问题 平方根法是以卫生器具当量总和的平方根与设计秒流最成正比的理论为基础建立 的计算公式，公式形式简单也符合客观实际，但当卫生器具总数和数值较大时，流量增 值较少，反映的因素还不够全面。公式适用的范围小，而且不能客观反映出影响设计秒 流量的各因素。公式中的参数口，g 一的取值需进一步推敲。 我国现行平方根法排水设计秒流量计算方法在理论上及实际应用中主要存在以下问题t ( 1 ) 只考虑排水的不均匀性，未体现生活排水的随机性： ( 2 ) 式( 1 1 3 ) 没有全面反映出影响排水量的各种实际因素，如单位器具负荷人数、 不同类型卫生器具组合形式、使用频率等： 西安建筑科技大学硕士学位论文 ( 3 ) 式( 1 1 3 ) 未充分反映出设计秒流量与排水定额之间的关系，虽然通过口值反映 了不同类型水用户的排水定额不同的情况，但用户类型划分比较粗糙，且口值也需推敲； ( 4 ) 式( 1 1 3 ) 中g m 。是修正项，从表1 9 的计算结果可以看出：对住宅类建筑，当器 具当量数n g 5 0 0 时，g 。起到一定的修正作用；而当n g s 5 0 0 时，g 一项在公式中所占 比例超过1 3 ，从而失去修正的意义。 ( 5 ) 式( 1 1 4 ) 属于同时系数法，其中卫生器具同时排水百分数对不同的企业和工 厂有不同的数值。如实测工作量很大，不实测则靠经验确定，往往有盲目性。 ( 6 ) 用式( 1 1 3 ) 计算连接卫生器具较少的排水管道时，由于g 、g 。值不同，其 计算结果有时会大于该管段上卫生器具排水流量的累加值，则应按卫生器具排水流量的 累加值进行计算； 对于有大便器接入的排水管网起端，因卫生器具较少，大便器的同时排水百分数较 小( 如冲洗水箱大便器仅定为1 2 ) ，按式( 1 1 4 ) 计算的排水设计秒流量可能会小于个 大便器的排水流量，这时应按一个大便器的排水量作为该管段的排水设计秒流量。可由 此看出现行规范的计算方法的不合理性。 表1 9 霉一修正作用计算 越。 1 52 5 ( g 。严1 5 )( g 1 5 ) 0 一= 1 5 ) l8 3 3 _ 3 36 2 5 0 05 0 0 。0 0 25 8 9 2 64 4 1 9 43 5 3 5 5 3 4 8 1 1 33 6 0 8 42 8 8 6 8 4 4 1 6 6 73 1 2 5 02 5 0 0 0 53 7 2 6 82 7 9 5 12 2 3 6 1 1 02 6 3 5 21 9 7 6 41 5 s i l 1 52 1 5 1 71 6 1 3 71 2 9 1 0 2 01 8 6 3 41 3 9 7 5 1 1 1 8 0 3 01 5 2 1 51 1 4 1 l9 1 2 9 4 01 3 1 7 69 8 8 27 9 0 6 5 01 1 7 3 58 8 3 97 0 7 l 1 0 08 3 3 36 2 5 05 0 0 0 2 0 05 8 9 3“1 93 5 - 3 6 3 0 04 8 1 l3 6 0 8 2 8 8 7 4 0 04 1 6 73 1 2 5 2 5 。0 0 5 0 03 7 2 72 7 9 52 2 3 6 1 0 0 02 6 3 51 9 7 61 5 8 1 1 1 0 02 5 1 31 8 8 41 5 0 8 1 2 0 02 4 0 61 8 0 41 4 4 3 1 5 0 02 1 s 2 1 6 1 41 2 9 1 注：表r p d = 1 0 0 。吼。( o 1 2 掰巧) ，表示修正项与主项的比值。 西安建筑科技大学硕士学位论文 显然，规范公式在使用时所受到的限制条件较多，公式的通用性不强。 1 2 本课题研究的目的意义与研究内容 1 2 1 课题研究的目的意义i 3 l 排水设计秒流量反映了室内生活排水管道的设计负荷，是确定运行年限在2 0 5 0 年的排水系统的最重要技术参数之一。因此研究合理的实际秒流量计算方法具有重要的 现实意义，一味地提高或降低设计秒流量都是不妥当的。 如何将秒流量计算得更符合实际情况是一个值得探讨的问题。 目前，国外应用的方法皆以概率为理论基础，概率计算是所有新的设计方法的基础。 国外不仅建立早已了以概率理论为基础的秒流量计算式，而且在近几十年来，对用水工 况进行了长期的大量的研究，至今己获得足够的可以更完善地加工整理设计秒流量计算 方法的资料，这对我国设计秒流量计算方法的改进具有重要的参考价值。虽然许多国家 均采用概率方法为基础，但由于对数据的选取以及处理方式不同，所产生的方法不同， 以美国的亨特概率方法和俄罗斯的概率方法为代表。 建筑给水排水设计规范( g b 5 0 0 1 5 2 0 0 3 ) 对分散型的住宅的设计秒流量计算方 法，采用了以概率法为基础的计算方法，对原规范计算公式作了修正。既然给水和热水 用概率法计算设计秒流量，而排水设计秒流量公式还是原来的平方根法公式，显然不合 理。在建筑给水排水工程中，排水设计秒流量的研究滞后于给水。 虽然目前规范采用的排水设计秒流量公式，一定程度上符合我国排水设计，适合我 国国情，满足排水设计要求。但是仅通过实铡所得的调查结果来推求计算公式，理论上 并不具备可靠性，可信度较低，并且由于数据选取带有偶然性，以及当时技术及用水负 荷、生活水平的限制、卫生器具的完善程度，从而使计算出的设计秒流量与实际客观规 律并不符合。 排水设计秒流量计算采用概率法比上述的平方根公式具有两个明显的优势： 第一，理论优势。概率计算法是半经验半理论公式，而平方根法是根据观测数据拟 和而来的，属经验公式，并且是以前苏联的经验公式做基础。 第二，观测优势。概率法具有理论公式，试验观测只是确定其中的个别参数，观测 工作量相对小，并且针对性