04 第四章 污水管道系统的设计

第四章 污水管道系统的设计,第一节 污水设计流量的确定,第二节 污水管道系统的平面布置,第三节 管道在街道上的位置,第四节 污水管道的水力学设计,第五节 管道施工图的绘制,第六节 污水泵站的设计,第一节 污水设计流量的确定,一、设计资料的调查,明确设计任务的资料：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,工程资料：,道路、通讯、供水、供电、煤气等,地质资料，包括地下水位、地耐力、地震等级,二、污水设计流量,污水管道设计流量是按设计期限（2030年）终了时的最大日（或最大班）最大时的污水流量，它包括生活污水设计流量和工业废水设计流量，在地下水水位较高的地区，宜适当考虑地下水渗入量。,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,城镇居住区和工厂居住区的生活污水设计流量时按每人每日平均排出的污水量、使用管道的设计人数和总变化系数计算的，公式如下：,三、生活污水设计流量的确定,1、居住区的生活污水设计流量的确定,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（定额）（L/(d.人)），也可 按该地区居民生活用水定额的80%90%选用 N设计人口数，按规划部门根据统计资料提供的参数 选用；常用人口密度和服务面积相乘得到 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,居住区生活污水排水定额,卫生设备情况,室内有给水排水卫生设备，但无淋浴设备,室内有给水排水卫生设备和淋浴设备,室内有给水排水卫生设备，并有淋浴和集中热水供应,分 区,一,二,三,四,五,生活污水每人每日排水定额（L）,55-90,90-125,130-170,60-95,100-140,140-180,65-100,110-150,145-185,65-100,120-160,150-190,55-90,100-140,140-180,注：第一分区包括：黑龙江、吉林、内蒙古的全部，辽宁的大部分，河北、山西、陕西偏北的一小部分，宁夏偏东 的一部分； 第二分区包括：北京、天津、河北、山东、山西、山西的大部分，甘肃、宁夏、辽宁的南部，河南北部，青海偏东和江苏偏北的一小部分； 第三分区包括：上海、浙江的全部，江西、安徽、江苏的大部分，福建北部、湖南、湖北的东部，河南南部； 第四分区包括：广东、台湾的南部，广西的大部分，福建、云南的南部； 第五分区包括：贵州的全部、四川、云南的大部分，湖南、湖北的西部，陕西和甘肃在秦岭以南的地区，广西偏北的一小部分,估算方法（1）按城市总体规划确定的人口密度计算：N=PA式中：P人口密度，即单位面积上的人口数，人/hm2，分为城市人口密度和街坊人口密度；A排水区域的面积，hm2.,设计人口数N：设计期限终了时的预估人口数，与城市的发展规模及人口的增长率有关。,估算方法（2）按人口自然增长率计算： N=N0（1+）n式中：Nn年后的估计人口数；N0现在人口数；人口自然增长率；n设计期限，2030年。,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,因为一般城市缺乏日变化系数和时变化系数的数据，要直接采用上式计算总变化系数有困难。总变化系数与平均流量之间有一定的关系。 平均流量越大，总变化系数越小。,2.7 / Q0.11 （ 5 L/s Q1000 L/s）,1.3 Q1000 L/s时,也可按照以下公式求：,KZ=,2.3 Q5 L/s时,公共建筑生活污水量的计算可与居民生活污水量合并计算，也可单独计算。合并计算时，生活污水量定额应选用综合生活污水量定额（可参考该地区综合生活用水定额的80%90%选用）。单独计算时，则用下列公式计算：,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； S公共建筑最高日生活污水量标准（L/(d.人)），一般按建 筑给水排水设计规范中有关公共建筑的用水量标准选用， 排水量大的建筑也可以通过调查或参考相近建筑选用。 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,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； B1一般车间职工生活污水量标准，为25(L/(人.班)； T每班工作时数，h。 K1一般车间生活污水量时变化系数，以3.0计； A2热车间最大班职工人数，人； B2热车间职工生活污水量标准，为35(L/(人.班)； 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； D1一般车间的淋浴污水量标准，为40(L/(人.班)； C2热车间最大班使用淋浴的职工人数，人； D2热车间的淋浴污水量标准，为60(L/(人.班)；淋浴时间以60min计。,工业废水设计流量计算公式：,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（m3）/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。 日变化系数为1，时变化系数可以实测（最大时流量/平均时 流量），也可以按经验值选用。,4、工业废水设计流量的计算,污水总设计流量的计算： Q=Q1+Q2+Q3+Q4（+Q渗）,污水总设计流量的计算,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。该方法是假定排出的各种污水，都是在同一时间内出现最大流量的，即采用简单累加法来计算流量的。,例4-1某城镇居住小区污水管网设计:该居住小区街坊总面积50.20hm2，人口密度为350cap/hm2，居民生活污水量定额为120L/cap.d；有两座公共建筑，火车站和公共浴室的污水设计流量分别为3.00L/s和4.00L/s；有两个工厂，工厂甲的生活、淋浴污水与工业废水的总设计流量为25.00L/s，工厂乙的的生活、淋浴污水与工业废水的总设计流量为6.00L/s。全部污水统一送至污水厂处理。试计算该小区污水设计总流量。,解：（1）居民区生活污水设计流量： N=35050.20=17570（cap） Qd=（12017570）（243600）=24.40（L/s） KZ=2.7 Qd 0.11=2.7 24.40 0.11=1.9 Q1=24.401.9 =46.36 （L/s）,（2）公共建筑生活污水设计流量，题目已直接给出：Q2=3.00+4.00=7.00 （L/s）（3）Q3+Q4=25.00+6.00=31.00 （L/s）（4）将各项污水求和得该小区污水设计总流量： Q1+Q2+Q3+Q4=46.36+7.00+31.00=84.36 （L/s）,表1 城镇居住区生活污水设计流量计算表,注：此两项数字不是直接总计，而是合计平均流量与相对应的总变化系数的乘积。,某城镇生活污水、生产废水、工厂内生活污水及淋浴污水设计流量的计算,表2 各工厂生活污水及淋浴污水设计流量计算表,表3 城镇工业废水的设计流量计算表,表4 城镇污水总流量综合表,注：Qvd平均日流量； Qmaxh最大时流量； Qmaxs最大平均流量,作业题：某肉类联合加工厂每天宰杀活牲畜258t，废水量定额8.2m3/t，总变化系数1.8，三班制生产，每班8h。最大班职工人数560人，其中在高温及污染严重车间工作的职工占50%，使用淋浴人数按85%计，其余50%的职工在一般车间工作，使用淋浴的人数按40%计。工厂居住区面积9.5ha，人口密度580cap/ha，生活污水定额160L/capd，各种污水由管道汇集送至污水处理厂。试计算该厂的最大时污水设计流量（单位：L/s）。,第二节 污水管道系统的平面布置,污水管道系统的平面布置流程,确定排水体制和排水区界，划分排水流域,选择污水厂和出水口的位置,拟定污水干管及总干管的路线,确定需要提升的排水区域和设置泵站的位置,控制点的确定,1、排水体制的确定根据室外排水设计规范规定，一般新建的城市和地区排水系统采用分流制；对老城区排水系统的改建可采用合流制。并兼顾考虑环境保护的要求、造价和维护管理等方面。2、确定排水区界排水区界是污水排水系统敷设的界限。凡是采用完善卫生设备的建筑区都应设置污水管道。3、划分排水流域在丘陵及地形起伏的地区，通常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。有河流或铁路等障碍物贯穿时，应根据地形和周围水体情况划分。每一个排水流域内要有一个或一个以上的干管，并根据流域地势确定水流方向和污水需要抽升的地区。,一、确定排水体制和排水区界，划分排水流域,二、选择污水厂和出水口的位置,污水厂和出水口的数目和位置，将影响到管道系统的主干管的数目和走向。 确定污水厂、出水口的数目和位置，应考虑以下因素： 城市规模； 地形因素； 风向因素； 河流的位置和流向； 污水厂和出水口要设在城市的下风向，水体的下游，离开居住区和工业区。其间距必须符合环境卫生的要求，应通过环境影响评价最终确定。,选择污水厂出水口的位置,三、拟定污水干管及总干管的路线,在总平面图上确定污水管道的位置和走向。,污水管道的定线，一般按先确定主干管、再定干管、最后确定支管的顺序进行。 在总体规划中，只决定污水主干管、干管的走向与平面布置。 在详细规划中，除以上内容外，还要决定污水支管的走向及位置。,1、定线原则,应尽可能在管线较短、埋深较浅的情况下，让最大区域的污水能自流排出。 为了实现这一原则，在定线时，应尽可能研究各种影响因素，使拟定的路线能利用有利因素，避免不利因素。,三、拟定污水干管及总干管的路线,2、定线的影响因素,（1）地形 ：在定线时应充分利用地形，使管道的走向符合地形趋势，顺坡排水。在排水区域较低处，敷设主干管或干管，这样干管或支管的污水能自流接入。 以地形为主的几种布置形式：,地势向水体适当倾斜时,正交式,优点：干管长度短、管径小，经济，污水排出迅速,缺点：污水未经处理直接排放，使水体遭受严重污染,适应于：雨水管道系统的布置,2、定线的影响因素,地势向水体适当倾斜时,截留式,优点：减轻水体污染，保护环境,缺点：主干管的管径稍大，有时埋深偏深，需要增加污水提升泵站;,适应于：分流制污水管道系统的布置、区域排水系统布置,2、定线的影响因素,地势向水体倾斜较大时,平行式,优点：减小管道的严重冲刷,缺点：主干管上有可能增加跌水井,适应于：分流制污水管道系统的布置,2、定线的影响因素,地势高低相差很大时,分区布置形式,优点：充分利用地形排水，比较经济,适应于：个别阶梯地区或起伏很大地区的雨水、污水排水系统,中央地势高，地势向周围倾斜且城市周围有河流时,优点：干管长度短、管径小、管道埋深浅，便于污水灌溉,适应于：分流制污水布置系统,缺点：污水厂的数量较多,2、定线的影响因素,分散式布置形式,优点：干管长度短、管径小、管道埋深浅，水厂规模大,2、定线的影响因素,中央地势高，地势向周围倾斜,环绕式布置形式,适应于：分流制雨水、污水布置系统,缺点：主干管的距离长，管径大，埋深较深。,三、拟定污水干管及总干管的路线,2、定线的影响因素,（2）污水厂和出水口的数目和位置：污水厂和出水口的数目与位置，将影响到主干管的数目和位置。（3）所采用的排水体制：分流制系统一般有两个或两个以上的管道系统，定线时必须在平面上和高程上互相配合；采用合流制要确定截流干管及溢流井的位置；采用混合体制时，则要考虑两种体制管道的连接方式。（4）水文地质条件；（5）道路宽度；（6）地下管线及构筑物的位置；（7）工业企业和产生大量污水的建筑物的分布情况以及发展远景和修建顺序；,三、拟定污水干管及总干管的路线,3、支管定线,（1）街坊狭长或地形有倾斜时：低侧式,三、拟定污水干管及总干管的路线,3、支管定线,（2）地形平坦且面积较大：围坊式,三、拟定污水干管及总干管的路线,3、支管定线,（3）建筑已定和街坊管道自成体系：穿坊式,四、排水泵站的布置,泵站设置地点,中途泵站：位置根据管道的最大合理埋深决定,终点泵站：一般设在污水厂内处理构筑物之前,局部泵站：比较低洼地区，高楼地下室，地下铁道和其他地下建筑物中,五、控制点的确定,对管道系统的埋深起控制作用的点，通常在管道起点或最低最远点。,各条管道的起点大都是该条管道的控制点。这些控制点中离污水厂最远的那点，通常是整个系统的控制点。,确定控制点的标高，一方面，要保证排水区域内各点的污水都能够排出；另一方面，不能因为照顾个别控制点而增加整个管道系统的埋深。,第三节 管道在街道上的位置,管道在街道下方时应遵循的原则：（1）与房屋、树木保持一定距离，避免渗漏而影响房屋基础，避免数根挤坏管道。（2）污水管道应设在道路上，街区连接支管较多、地下管线较少的一侧。（3）当街道宽度50m时，可以考虑两侧都设置污水管道，以减少连接管的长度和与其他地下管线的交叉，并尽可能避开车行道。（4）地下设施拥挤或交通极其繁忙场合，可以把地下管线集中在隧道中（共同沟），隧道的坡度应与排水管道配合。,管,管,管,第三节 管道在街道上的位置,地下管线交叉时的原则：（1）小管让大管；（2）有压管让无压管；（3）新建管线让已建管线；（4）临时管线让永久管线；（5）柔性结构管线让刚性结构管线。,一般布置方式：（1）给水管在排水管道上方；（2）电力线、煤气管、热水管、热气管在给水管之上；（3）污水管道允许的压缩高度与其口径有关。,第四节 污水管道的水力学设计,一、设计管段的设计流量,1,2,3,4,A,B,工厂,D,q,5,C,设计流量,本段流量q1,转输流量q2,集中流量q3,（1）本段流量q1：是从管段沿线街坊流来的污水量；（2）转输流量q2 ：是从上游管段和旁侧管段流来的污水量；（3）集中流量q3：是从工业企业或其他大型公共建筑物流来的污水量（包括工业企业的工业废水、生活污水、淋浴污水量）,居住区生活污水设计流量,集中流量,本段流量,转输流量,设计管段的设计流量,本段流量,转输流量,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； q0单位面积的本段平均流量，即比流量，L/s.公顷 KZ生活污水量总变化系数；,式中：n污水量标准，L/(人.d)； p人口密度，人/公顷。,A,1,2,q0可用下式求得,本段流量q1可用下式计算,初步设计时，只计算干管和主干管的流量，技术设计时，应计算全部管道的流量,二、污水管道水力学计算示例,在平面图上布置污水管道,街坊编号并计算街坊面积,划分设计管段，计算设计流量,管道的水力计算,绘制管道的平面图和纵剖面图,例4-2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，工厂甲和工厂乙的废水总设计流量分别为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。,浴,平面图,浴,1.在平面图上布置污水管道,污水厂,浴,2.街坊编号并计算街坊面积,污水厂,1,2,3,4,5,6,7,12,13,18,27,浴,计算街坊面积并填入下表,街坊面积,3.划分设计管段，计算设计流量,污水厂,1,2,3,4,5,6,（1）划分设计管段,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,浴,（2）计算各管段的设计流量,污水干管设计流量计算表,管段编号,居 住 区 生 活 污 水 量 Q1,本 段 流 量,街区编号,街区面积（ha）,比流量q0(L/(sha),流量q1(L/s),转输流量 q2 (L/s),合计平均流量q1+q2(L/s),总变化系数Kz,生活污水设计流量Q1(L/s),集中流量q3,本段流量(L/s),转输流量(L/s),设计流量(L/s),1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,12,11,12,25.00,25.00,89,1.41 ？,1.41,2.3 ？,3.24 ？,3.24,910,3.18？,3.18,2.3,7.31 ？,7.31,102,4.88？,4.88,2.3,11.23,11.23,23,24,2.20,0.486？,1.07 ？,4.88,5.95,2.2,13.09,25.00,38.09,34,25,1.38,0.486,0.67,5.95,6.62,2.2,14.56,25.00,39.56,1112,3.00,3.00,比流量q0=（120350）86400=0.486L/(sha),4.管道的水力计算,管段编号,管段长度 L(m),设计流量q(L/s),管段直径D(mm),管段坡度I(),管内流速v(m/s),充满度,h/D(%),h(m),降落量IL(m),标高(m),地面,水面,管内底,埋设深度(m),上端,上端,上端,上端,下端,下端,下端,下端,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,(1)首先将管段的编号、长度、设计流量、上下端地面标高等已知数据填入下表中,12,110,25,86.20,86.10,23,250,38.09,86.10,86.05,34,170,39.56,86.05,86.00,首先计算管段的地面坡度，作为确定管道坡度和管径时的参考。管段12的地面坡度为（86.2086.10）110=0.0009选择管径（根据管径选择图），流量为25 L/s的最大管径为300mm,在管径选择图上，对应的坡度为2.01 。查300mm水力计算图可以得出v=0.61m/s,充满度为h/D=55.75%.,(2)确定12管段的管径、坡度（流速、充满度）,300,3.00,0.70,51,（3）进行12管段的衔接设计:,计算管段起点1点的管底标高：86.20 -2.00=84.20m,0.153,0.330,水深h=0.300.51=0.153m。,84.20,上端水面标高=84.20+0.153=84.353m,84.353,2.00,管段的降落量=IL=0.003110=0.330m,可求出下端的管内底、水面标高、埋设深度,83.870,84.023,2.23,调整坡度为3.00，管径不变。查300mm水力计算图可以得出v=0.70m/s,充满度为h/D=51%.符合要求，填入下表,管段编号,管段长度L(m),设计流量q(L/s),管段直径D(mm),管段坡度I(),管内流速v(m/s),充满度,h/D(%),h(m),降落量IL(m),标高(m),地面,水面,管内底,埋设深度(m),上端,上端,上端,上端,下端,下端,下端,下端,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,12,110,25,86.20,86.10,23,250,38.09,86.10,86.05,34,170,39.56,86.05,86.00,1）首先计算管段的地面坡度，作为确定管道坡度和管径时的参考。管段23的地面坡度为（86.1086.05）250=0.00022）选择最大管径（根据管径选择图），流量为38.09 L/s的最大管径为350mm,在管径选择图上，对应的坡度为1.54 。查350mm水力计算图可以得出v=0.58m/s,充满度为h/D=62.7%，不符合要求，调整v=0.70m/s,重新查表计算,得坡度为2.32 ,充满度为h/D=55.0%,填入下表,(4)确定23管段的管径、坡度（流速、充满度）,300,3.00,0.70,51,(5)进行23管段的衔接设计:,12管段与23管段的管径不相同，应采用管顶平接。,0.153,0.33,水深h=0.350.55=0.193m。,84.20,上端管内底标高=84.17 0.35=83.82m,84.353,2.00,管段的降落量=IL=0.00232250=0.58m,可求出下端的管内底标高=83.820.58=83.24m,83.870,84.023,2.23,350,2.32,0.70,55.0,管顶平接即12管段终点的管顶标高与23管段起点的管顶标高相同。（23管段上端的管顶标高=12管段末段的管顶标高即83.870+0.3=84.17m),84.013,0.193,83.82,83.24,同理，可求出下端的水面标高=84.0130.58=83.433m,83.433,最后求出管段上下端的埋深,2.28,2.81,0.58,管段编号,管段长度L(m),设计流量q(L/s),管段直径D(mm),管段坡度I(),管内流速v(m/s),充满度,h/D(%),h(m),降落量IL(m),标高(m),地面,水面,管内底,埋设深度(m),上端,上端,上端,上端,下端,下端,下端,下端,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,12,110,25,86.20,86.10,23,250,38.09,86.10,86.05,34,170,39.56,86.05,86.00,300,3.00,0.70,51.0,0.153,0.33,84.20,84.353,2.00,83.87,84.023,2.23,350,2.32,0.70,55.0,84.013,0.193,83.82,83.24,83.433,2.28,2.81,350,2.24,0.70,57.5,83.433,0.201,83.232,0.493,0.58,83.052,82.851,2.818,3.149,(6)确定34管段的管径、坡度（流速、充满度）,1）首先计算管段的地面坡度，作为确定管道坡度和管径时的参考。管段34的地面坡度为（86.0586.00）170=0.00032）选择最大管径（根据管径选择图），流量为39.56 L/s的最大管径为350mm,在管径选择图上，对应的坡度为1.50 。查350mm水力计算图可以得出v=0.59m/s,充满度为h/D=66.1%，不符合要求，重新调整计算。,调整v=0.70m/s,重新查表计算得坡度为2.24 充满度为h/D=57.5% 。符合要求，填入上表,(7)进行34管段的衔接设计:,23管段与34管段的管径相同，应采用水面平接。,水面平接即23管段终点的水面标高与34管段起点的水面标高相同。（34管段上端的水面标高为83.433m),水深h=0.3500.575=0.201m。,上端管内底标高=83.433 0.201=83.232m,管段的降落量=IL=0.00224170=0.381m,下端水面标高=83.433 0.381=83.052m,下端管内底标高=83.232 0.381=82.851m,5.绘制管道的平面图和纵剖面图,污水厂,1,2,3,4,5,6,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,D=300,I=3.00,L=110,浴,第五节 管道施工图的绘制,管道平面图,比例尺1：500,内容：初步设计平面图上的项目 现有的地面设施 所有的现存地下各种管线,水平比例尺1:1000垂直比例尺1：100,管道剖面图,管道施工图,内容：初步设计剖面图上的项目 管道材料和基础做法 与管道直交的其他地下管线资料 设计管道的走向和改向角度,第六节 污水泵站的设计,污水泵站是排水系统中的重要构筑物,排水泵站设计中要解决的问题,泵组的选择进水池容积计算确定泵站的建筑形式及泵组与管道的布置起重设备的选择和布置电器设备和自动化设备的选择施工方法的确定泵站的建筑与结构设计,根据最大时、平均时、最小时流量及相应的全扬程，按