排水工程（上）

第二部分污水管道系统设计污水管道系统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一、设计资料的调查及方案确定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、煤气等林西县排水总平面图一、设计资料的调查及方案确定（续）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，确定最优的方案有时需要设计方案对比，选择2-3各不同的设计方案，进行技术、经济方面的对比论证，确定最优的方案二、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（L/s）。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二、污水设计流量的计算（续1）（1）居住区生活污水量计算3600241ZKNnQ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）55-9090-125130-17060-95100-140140-18065-100110-150145-18565-100120-160150-19055-90100-140140-180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）52.3152.0401.8701.71001.62001.55001.4〉10001.3KZ=KdKh11.07.2QKZ总变化系数Kz二、污水设计流量的计算（续2）（2）公共建筑生活污水量计算3600242hKNSQ二、污水设计流量的计算（续3）（3）工业企业生活污水及淋浴污水量计算3600360022112221113DCDCTKBAKBAQ二、污水设计流量的计算（续4）（4）工业废水设计流量计算TKMmQZ36004二、污水设计流量的计算（续5）Q=Q1+Q2+Q3+Q4+Q渗列表计算，见p30三、污水管道的水力计算污水管道内水质特点：含有泥沙、有机物污水管道内水流特点重力流非满流近似均匀流《排水管网理论与计算》——周玉文、赵洪宾著三、污水管道的水力计算（续1）水力计算的基本公式vQIRCv611RnCn——管壁粗糙系数（与管道材质有关）三、污水管道的水力计算（续2）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）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/D1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）200~300350~450500~900≥10000.55(0.60)0.65(0.70)0.70(0.75)0.75(0.80)hD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。最小管径1、为什么要规定最小管径？（防止堵塞、便于维护）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？（取最小管径）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：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；管径400mm的最小设计坡度为0.0015。三、污水管道的水力计算（续3）污水管道的埋设深度管道的埋设深度有两个意义：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-大于0.7m满足街坊管连接要求地面管道温度与地层深度关系图三、污水管道的水力计算（续3）污水管道的埋设深度管道的埋设深度有两个意义：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H=h+IL+Z1-Z2+Δh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，0.6~0.7m；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；Δh——连接支管与街道污水管的管内底高差，m。三、污水管道的水力计算（续4）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。vQIRCv611RnC例1已知n=0.014,D=300mm,I=0.004,Q=30L/s,求v和h/D。例1已知n=0.014,D=300mm,h/D=0.55,Q=32L/s,求v和I。四、污水管道的设计确定排水区界，划分排水流域管道定线控制点确定和泵站的设置地点设计管段及设计流量的确定污水管道的衔接污水管道在街道上的位置确定排水区界，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。）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）。设计流量本段流量转输流量集中流量1234ABCDqZKqFq01864000pnq设计管段及设计流量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五、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街坊编号1234567891011街坊面积（公顷）1.211.702.081.982.202.201.432.211.962.042.40街坊编号1213141516171819202122街坊面积（公顷）2.401.212.281.451.702.001.801.661.231.531.71街坊编号2324252627街坊面积（公顷）1.802.202.042.40划分设计管段，计算设计流量（48页）管道的水力计算（50页）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•旁侧支管连接六、国外污水管道的设计方法介绍常规设计方法给水量60%~80%排水量查曲线最小流量最大流量校核自净流速设计流量乘系数（考虑地下水和雨水）设计充满度一般按满流，也有非满流情况：小管0.5，其他0.75真空管网：真空阀井、中继真空泵站和真空管道压力式管网：研磨潜力泵、压力支管和压力干管七、城市污水回用工程污水回用意义污水回用目标与水质污水回用处理技术地球上水的总量1.461018m3淡水储量仅为3.51016m3不足全球总水量的3%可能使用的淡水储量为3.81012m3，占淡水的0.01%世界水资源概况世界水资源研究所：全世界有26个国家2.32亿人口面临缺水的威胁联合国发出警报：世界范围内的缺水问题将严重制约本世纪的经济发展，并有可能导致国家和地区间发生冲突和战争19~20世纪各国各地区争夺的资源主要是以煤炭为主。20~21世纪各国各地区争夺的资源主要是以石油为主。21~22世纪各国各地区争夺的资源主要是以水资源为主。目前全球80%以上的城市水域受到污染，约50％的重点城镇的饮用水水源不符合取水标准，全球河段水质污染严重不能用于灌溉的河段占20％；鱼虾绝迹的河段占40％；不能满足Ⅲ类水质标准的河段占85.9％。其生态功能已严重衰退。我国水资源现状人均水资源占有量2200立方米约为世界平均水平的1/4排名世界第112位每年因缺水而造成的经济损失约2000~3000亿元解决水资源缺乏的途径海水淡化修建水库，贮存雨水长距离引水开发地下水节约用水污水回用污水回用对象污水回用于农业灌溉污水回用于工业：如冷却水污水回用于城市生活：即建筑中水（市政用水、生活杂用水）由于生活污水水量大且流量稳定，成为主要的回用研究对象我国生活杂用水水质标准项目厕所便器冲洗、城市绿化洗车、扫除浊度（度）105溶解性固体（mg/L）12001000悬浮性固体（mg/L）105色度（度）3030臭无不快感无不快感pH值6.5~9.06.5~9.0BOD（mg/L）1010COD（mg/L）5050氨氮（以N计）（mg/L）2010总硬度（以CaCO3计）（mg/L）450450氯化物（mg/L）350300阴离子合成洗涤剂（mg/L）1.00.5铁（mg/L）0.40.4锰（mg/L）0.10.1游离余氯（mg/L）管网末端不小于0.2管网末端不小于0.2总大肠菌群（个/L）33日本的中水水质标准项目单位标准值臭气色度浊度总蒸发残渣悬浮物pH值COD（KMnO4）BODPO4阴离子表面活性剂大肠菌群落一般细菌余氯TOC-度度mg/Lmg/Lmg/Lmg/Lmg/Lmg/L个/mL个/mLmg