环境工程给排水技术-06排水管道工程.ppt

第六章排水管道工程 1 1排水系统概论1 2污水管道系统设计1 3雨水管道的设计计算1 4合流制管渠系统设计 6 1排水系统概论 6 1 1概述污水的分类 生活污水工业污水降水 定义 管道系统 收集和输送废水的设施 污水处理系统 处理和利用废水的设施 污水出路 排放水体灌溉农田重复使用 自然复用间接复用直接复用 6 1 2排水系统的体制及选择 对生活污水 工业废水和降水所采取的不同排除方式所形成的排水系统 称做排水系统的体制 简称排水体制 排水体制一般分为合流制和分流制两种类型 合流制排水体制 直排式合流制截流式合流制 直排式合流制布置方式 污水干管 1 合流干管2 截流主干管3 溢流井4 污水厂5 出水口6 溢流出水口 截流式合流制布置方式 分流制排水系统 完全分流制 不完全分流制 完全分流制排水系统的布置方式1 污水干管2 污水主干管3 污水厂4 出水口5 雨水干管 不完全分流制 1 完全分流制 2 不完全分流制1 污水管道2 雨水管渠3 原有渠道4 污水厂5 出水口 6 1 3排水系统的主要组成部分 城市生活污水排水系统工业废水排水系统雨水排水系统 城市生活污水排水系统 室内污水管道及设备 室外污水管道系统 污水泵站及压力管道 污水处理厂 出水口及事故排放口 1 城市边界2 排水流域分界线3 支管4 干管5 主干管6 总泵站7 压力管道8 城市污水厂9 出水口10 事故排放口11 工厂 城市污水排水系统总平面示意图 工业废水排水系统 车间内部管道系统和设备厂区管道系统污水泵站及压力管道废水处理站 工厂排水系统总平面示意图 雨水排水系统 房屋的雨水管道系统和设备街坊或厂区雨水管渠系统街道雨水管渠系统排洪沟泵站出水口 合流制排水系统 与分流制排水系统相似雨水经雨水口进入河流管道在截流干管处设有溢流井 6 1 4排水系统的布置形式 相关因素 地形 土壤条件 河流情况 道路情况 污水厂位置等布置原则集中布置 管道坡度尽量与地面坡度一致 管线尽可能以最短距离敷设 尽量避免穿越山谷 河流 铁路 高等级公路等 布置形式 以地形为主要因素 正交式截流式平行式分区式分散式环绕式 排水系统的布置形式 正交式 截流式 平行式 分区式 分散式及环绕式 分散式 环绕式 6 1 5排水系统的规划设计原则和任务 符合环境保护要求排水工程规划要求应在城镇总体规划的基础上进行 并符合城镇建设的整体方面要求与邻近区域内的污水和污泥的处理和处置协调处理好污染源治理与集中处理的关系考虑污水再回用的方案综合考虑给水和防洪问题从实际出发 在满足环境保护的要求 充分利用现有的排水工程措施 满足使用要求应全面规划 按近期设计 考虑远期发展有扩建的可能必须按国家和地方有关部门制定的现行有关标准 规范或规定 规划与设计排水工程 设计原则 排水工程基建程序 可行性研究计划任务书阶段设计阶段扩大初步设计 施工图设计组织施工阶段竣工验收交付使用阶段 设计步骤 收集可靠的基础资料对排水工程规划设计方案进行比选绘制排水工程规划设计图 设计内容 确定排水区域的界限与排水定额 计算生活污水量 工业废水量和雨水量 确定排水系统的体制选择污水厂 出水口的位置及污水处理流程 污泥处置原则等进行排水系统的平面布置绘制设计与施工图 估算排水工程总预算和经常管理费用等 6 2污水管道系统设计 6 2 1设计基础数据的确定 有关工程情况的资料 道路等级 路面宽度及材料 地面建筑物和地铁 人防工程等地下建筑的位置 给水 排水 电力电讯电缆 煤气等各种地下管线的位置 本地区建筑材料 管道制品 机械设备 电力供应 施工力量等方面的情况 生活污水设计流量 居住区生活污水设计流量 Q1 居住区生活污水设计流量 L s n 居住区生活污水定额 L cap d N 设计人口数KZ 生活污水量总变化系数 6 2 2污水设计流量的确定 公共建筑生活污水设计流量 常作为集中污水量单独计算Q1 工业企业生活污水及淋浴污水设计流量 工业废水设计流量 Q3 工业废水设计流量 L s m 生产工程中每单位产品的废水量 L 单位产品 M 产品的平均日产量KZ 总变化系数T 每日生产时数 h 地下水渗入量 地下水位较高的地区 通常需考虑地下水的渗入量一般取污水量的10 20 城市污水设计总流量 Q Q1 Q1 Q2 Q3 Q4 Q1 生活污水量 L s Q2 工业废水量 L s q1 综合生活污水定额 L cap d qi 某单位工业用地废水定额 105L ha d N 设计人口数 cap KZ 生活污水总变化系数Fi 某工业用地面积 ha Ki 某工业废水总变化系数 6 2 3污水管道的布置 平面布置 污水管道系统的定线主要工作 确定管道的平面位置和水流方向主要内容 确定排水区界 划分排水流域选择污水厂出水口的位置拟定污水管道的路线 定线确定污水管道在街道上的位置确定需要抽升的排水区域和设置泵站的位置 排水区界根据污水排水系统设置的界限 由城镇规划的设计规模决定排水流域在排水区界内 根据地形及城镇和工业区的竖向规划划分的区域 通常分水线与流域分界线基本一致 污水管道系统的平面布置 定线顺序 污水主干管 污水干管 污水支管影响因素地形及城市的竖向规划 排水体制和线路数目 污水厂及出水口位置 水文地质条件 道路宽度 地下管线及构筑物位置 工业企业及产生大量污水的建筑物分布情况等 污水管道布置原则 充分利用地形 使管道走向符合地形趋势主干管应敷设在集水线或河岸低处以便于干管接入 其走向取决于污水厂和出水口的位置干管一般沿城市道路布置横支管的坡度尽可能与地面坡度一致污水管线尽可能避免穿越河道 铁路 地下建筑或其它障碍物 管线布置应简洁 在平坦地区应避免布置小流量长度大的管道 正交式 截流式 平行式 分区式 环绕式 环绕截流式 污水支管的布置形式 低边式 围坊式 周边式 穿坊式 污水管道中污水的流动特点 靠重力流动一般液体的流动规律按均匀流计 6 2 4污水管道的水力计算 水力计算的设计规定 设计原则 不冲刷 不淤积 不溢流 通风 基本公式 流量公式 Q A v 流速公式 曼宁公式 设计充满度 在设计流量下 污水在管道中的水深和管道直径的比值 引起污水中悬浮物沉淀的决定性因素 设计流速 与设计流量 设计充满度相应的水流平均流速 最小流速 保证管内不致发生淤积的流速 0 6m s 最大流速 保证管道不被冲刷损坏的流速 10m s 金属管道 5m s 非金属管道 最小管径 在街坊和厂区内 DN 200mm 在街道下 DN 300mm 最小设计坡度 相应于管道内流速为最小流速的管道坡度 埋设深度 埋深 管道内壁底到地面的距离 覆土厚度 管道外壁顶部到地面的距离 最小覆土厚度 必须防止管道内的污水冰冻或土壤冻涨而损坏管道 必须防止管壁因地面负荷而受到破坏 必须满足街坊污水连接管衔接的要求 最大埋深 干燥土壤 7 8m 多水 流沙 石灰岩地层 5m 6 2 5水力计算方法 已知量 流量Q及管道粗糙系数n未知量 管径DN 水力半径R 充满度h D 水力坡降I 流速v方法 水力计算图或水力计算表 设计管段及设计流量的确定 计算步骤 确定设计管段的起迄点 计算设计管段的设计流量 确定设计管段的直径 坡度及管底标高 设计管段及其划分 设计管段 具有相同的流量 管径和坡度的管段 管段划分 以检查井处作为设计管段的起迄点划分设计管段 设计管段的设计流量 Q设计 q1 q2 q3q1 本段流量q2 转输流量q3 集中流量 本管段服务区的全部污水量 q1 F q0 KZF 设计管段服务的街坊面积 ha q0 比流量 L s ha q0 n p 86400KZ 生活污水量总变化系数 本段流量 围坊式 用各街角的角平分线划分街坊 低侧式 整个街坊的污水排入其低侧的管段 对边式 将街坊面积用中线划分 转输流量 从上游管段或旁侧管段流来的污水量 集中流量 从工业企业或其它大型的公共建筑物流来的污水量 污水管道水力计算的步骤 在街坊平面图上布置污水管道 并对街坊编号 计算其面积 划分设计管段 计算设计流量从上游管段开始对主干管进行列表计算 污水管道的衔接 原则 尽可能提高下游管段高程 以减小埋深 避免在上游管段中出现回水造成淤积 方法 水面平接 管顶平接 水面平接 适用于等管径相接或小管径接大管径 管顶平接 适用于小管径接大管径 跌水连接 适用于地面坡度很大的地区 控制点的确定 定义对管道系统的埋深起控制作用的地点位置离出水口最远点具有相当深度的工厂排出口低洼地区的管道起点 污水管道在街道上设置要求 管道要求远离房屋离树木不应过近 以免树根挤坏甚至长入管道污水管道应设在道路下 街区连接支管较多 地下管线较少的一侧当街道宽度大于40m时 可考虑两侧都设置污水管道 并尽可能避开车行道地下设施拥挤或交通极其繁忙的场合 常把地下管线集中在隧道 共同沟 里 隧道坡度应与排水沟道配合 地下管线布置顺序电力电缆 电信电缆 煤气管道 热力管道 给水管道 污水管道 雨水管道管线交叉的原则小管让大管 有压管让无压管 新建管线让已建管线 临时管线让永久管线 柔性结构的管线让刚性结构的管线处理方法给水管在排水管以上 电力线 煤气管 热水管在给水管以上 其它管线与排水管道稍有相交时 管道可以修改设计或在相交处允许穿过管道 采取适当措施修补管道 污水管道平面图及纵剖面图的绘制 平面图 标注 污水管道布置 计算管段起迄点检查井编号 各设计管段的服务面积 各构筑物的位置 各设计管段的长度 管径 坡度 各设计管段起迄点的管底标高 污水管道与其它管线或构筑物的交叉点位置及高程 纵剖面图的绘制 地面高程线 单线条管道高程线 双线条检查井 双竖线 标注 支管接入处的位置 管径 高程 与其它管线或构筑物交叉点的位置及高程 表格标注 比例尺 横向 1 500 1 2000 纵向 1 50 1 200 纵剖面图 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 污水管道的设计举例 平面图 管道定线 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 雨量参数 6 3雨水管道的设计计算 6 3 1雨水径流量的估算 降雨强度 指在某一降雨历时内的平均降雨量 深度h mm 雨量参数 雨量参数 雨水管道设计流量的估算 设计降雨强度的确定 雨水管道设计流量的估算 设计降雨历时的确定 设计雨水管道 确定设计降雨强度时 常选用重现期较短的当地降雨强度 选用重现期 主要看 管道溢流 地区集水将造成的危害 施工费用 雨水管道设计流量的估算 设计重现期的确定 雨水管道设计流量的估算 径流系数的确定 因雨水泵站投资 用电量都很大 尽量避免设置雨水泵站 因明渠造价低 考虑采用明渠 在建筑物密度较高 交通繁忙的地区 可采用加盖明渠 利用地形 就近排放地面水体 降低造价 尽量利用池塘 河浜受纳地面径流 最大限度地减少雨水管道的设置 雨水管道设计的原则 6 3 2雨水管道的设计 雨水管道系统的平面布置 雨水管道水力学设计的准则 雨水管道水力学设计步骤 步骤1 划分流域与沟道定线 确定雨水流向 雨量重现期采用一年 相应降雨强度公式 地面集水时间t用10min 径流系数及加权平均的计算 水力学计算示例 基本公式和数据 步骤1 从管道系统图中量得各管段的长度L列入第2项 步骤2 根据排水面积的划分 将各管段的沿线面积列入第3项 步骤3 各管段的排水面积列入第4项 步骤4 从图中读出数据列入第14 15项 步骤5 根据各管段的假定流速 算出集流时间t 比流量q0 设计流量qv 而后从水力学算图上选定管径D与坡度I 并确定相应的流速v 当所确定的流速v与假定流速有出入时 再调假定流速并进行重新计算 最终使假定流速与确定的流速两者一致 步骤6 计算各管底高程 并填入表格 列表计算及步骤 雨水管道平面图的绘制 施工图设计阶段 6 4 1合流管渠系统的适用条件与布置特点 合流管渠系统 6 4合流制管渠系统设计 截流式合流管渠道与分流制系统相比的优缺点 截流式合流管系的布置原则 合流污水水质与截流倍数 合流制污水的水质特点 将合流管系改造成分流制一般需具备三个技术条件 6 4 2截流式合流管道的水力学计算 合流沟道的设计标准 qv qvs qvg qvy qvh qvy 第一个溢流井上游管道的设计流量qv 截流式合流管道的设计流量 式中 qvs 平均生活污水量 L s qvg 工业废水的平均最大班流量 L s qvy 设计雨水径流量 L s qvh qvh qvs qvg 旱流污水量 L s q v n0 1 qvh q vh q vy 溢流井下游管道的设计流量q v 式中 q vh 溢流井以后的污水设计流量 L s q vy 溢流井以后汇水面积的设计雨水径流量 L s n0 截流倍数 溢流井水力学设计 截留干管按满流设计 满流时堰口开始溢流 水力学设计上 溢流开始时 二条入流管和一条截流出水管的水位应在同一高程 即堰口高程 截流管段采用沟顶平接 溢流井水力学设计 确定堰口高程 上游合流干沟设计流量qv1等于径流设计流量qv与污水设计流量qvw之和 qv1 qv qvw下游截流干沟设计流量qv2 n