给排水污水管道设计计算.docx
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给排水污水管道设计计算
2污水管道设计计算
2．1排水区域划分及管线布置
2.1.1排水区域划分
该地区所地区地面平坦，可按一个高度确定地面标高。
区域最北部为京杭大运河，沿河的东部和西部分别有一个污水处理厂。
根据以上条件划分排水区域为：
以淮海路为分界线，划分成两个排水区域。
淮海路以西所排放的污水排入四季青污水处理厂，以东排入淮安第二污水处理厂。
2.1.2管线布置
图1污水管道布置图（初步设计）
管线布置原则是充分利用地形、地势，就近排入水体，以减小管道埋深，降低工程造价。
该地区地势平坦，区域最北边为京杭大运河，因此干管自南向北采用截流式敷设。
截流式是正交式的改进，即沿河岸敷设主干管。
这种布置的优点是干管长度短，管径小，因而较经济，污水排出也比较迅速。
干管基本上汇集街道两边相邻街区的污水，若街区面积较小且最近街道未敷设干管，则可能利用支管将该街区污水输送进最近的干管。
具体如图1所示。
2．2污水流量计算
污水设计流量包括生活废水和工业废水两大类。
本设计中，工业废水水量不大，可直接汇入生活污水管道中一并送入污水处理厂。
已知各个功能区的排水量，并从所给地图中量出排水面积，即可求出污水的流量。
街区流量的计算公式[3]：
（2-1）
Q——流量，L/s
q——污水指标，m3/ha·d，居住用地：
55m3/（ha·d）；
公共设施用地：
40m3/（ha·d）；
仓储用地：
20m3/（ha·d）；
市政用地：
15m3/（ha·d）；
其它污水为总污水量的10%。
A——面积，ha，在所给地区地形图上根据区域面积计算。
由于居住区生活污水定额是平均值，因此根据设计人口和生活污水定额计算所得的是污水平均流量。
而实际上流入污水管道的污水量时刻扣在变化。
这些变化包括季节变换，日间变换等等。
若要采用平均值计算流量，必须设定污水变化系数来修订水量。
下表是我国《室外排水设计规范》（GBJ14—87）采用的居住区生活污水量总变化系数值。
表1生活污水总变化系数[9]
污水平均日流量（L/S）
5
15
40
70
100
200
500
≥1000
总变化系数（KZ）
2．3
2．0
1．8
1．7
1．6
1．5
1．4
1．3
街区编号及面积流量如下表所示：
街区编号
1
2
3
4
5
6
街区面积（ha）
31.13
13.19
15.42
11.86
24.46
12.01
流量（L/s）
19.81
3.05
7.14
7.55
15.57
7.64
街区编号
7
8
9
（1）
9
（2）
10
11
街区面积（ha）
7.34
9.34
5.93
5.93
14.23
14.23
流量（L/s）
4.67
5.94
2.74
3.77
9.06
9.06
街区编号
12
13
14
15
16
17
街区面积（ha）
11.12
9.34
40.02
20.16
24.90
25.64
流量（L/s）
7.076714
5.94
0
12.83
15.85
16.32
街区编号
18
（1）
18
（2）
19
20
21
22
街区面积（ha）
12.45
12.45
22.23
18.38
9.78
8.89
流量（L/s）
5.76
7.93
10.29
11.70
6.23
4.12
街区编号
23
24
25
26
27
28
街区面积（ha）
13.04
7.41
8.15
6.67
4.45
7.41
流量（L/s）
8.30
4.72
3.77
3.09
2.06
4.72
街区编号
29
30
31
32
33
34
街区面积（ha）
6.67
4.45
5.93
3.56
3.71
3.71
流量（L/s）
4.25
2.06
2.74
1.65
1.72
2.36
街区编号
35
36
37
38
39
40
街区面积（ha）
5.93
5.19
1.48
26.68
22.23
22.23
流量（L/s）
2.74
3.30
0.69
16.98
10.29
14.15
街区编号
41
42
43
44
45
46
街区面积（ha）
13.34
17.79
25.64
23.42
20.46
21.34
流量（L/s）
8.49
11.32
16.32
14.91
13.02
13.59
街区编号
47
48
49
50
51
52
街区面积（ha）
5.19
6.67
7.56
8.45
46.39
12.97
流量（L/s）
2.40
4.24
3.50
3.91
21.48
8.26
街区编号
53
54
55
56
57
58
街区面积（ha）
8.15
9.78
7.41
6.67
8.00
5.34
流量（L/s）
3.77
4.53
3.43
3.09
3.71
2.47
街区编号
59
60
61
62
63
64
街区面积（ha）
13.34
2.22
5.93
20.75
23.72
7.11
流量（L/s）
6.18
1.03
3.77
13.21
10.98
3.29
街区编号
65
66
67
68
69
70
街区面积（ha）
11.86
6.23
4.00
13.34
5.78
2.67
流量（L/s）
5.49
2.88
1.85
2.32
2.68
1.24
街区编号
71
街区面积（ha）
7.11
流量（L/s）
3.29
表2街区面积及流量
2．3污水管道的水力计算
污水沟道水力学设计的原则：
为了保证购到能正常运行，以顺利地收集和输送生活污水和工业废水，沟道水力学计算要满足下列要求：
a）不溢流
生活污水和工业废水从沟道中溢流到地面会造成环境污染，所以污水沟道是不允许溢流的。
为防止溢流的发生，水力计算的流量是可能出现的最大流量。
b）不淤积
当管道中的水流流速太小时，水中的固体杂质会下沉，淤积在管道中，造成管道堵塞，因此，管道中的流速应当不致使固体下沉而规定一个最小设计流速。
c）不冲刷沟壁
当管道中的流速过大时，管道中的水流会冲刷管壁，长此以往，管壁会损坏，因此，水力计算应规定一个最大设计流速。
d）要注意通风
生活污水和工业废水中有些物质会散发有毒气体和可燃气体，管道的设计要按照不满流计算，在管道中的水面上保留一部分空间，作为通风排起的通道，并为不溢流留有余地。
2.3.1水力计算基本公式
在施工中尽量注意改善管道的水力条件，使管内污水流动尽可能接近均匀流，这样，在排水管道的水力计算中可采用均匀流公式。
流速的公式利用谢才公式和曼宁公式连立求得[9]：
（2-2）
——流速（m/s）
R——水力半径（过水断面面积与湿周的比值）（m）
I——水力坡度（等于水面坡度，也等于管底坡度）
C——流速系数或称谢才系数
C[10]按曼宁公式求解：
（2-3）
n——管壁粗糙系数，更具管渠材料而定。
2.3.2污水管道水力计算的设计参数
a）设计充满度
在设计流量情况下，充满度
<1为不满流，
=1为满流（h为管道中水深，D为直径）。
我国的污水管道设计安不满流进行设计，最大设计充满度的规定如下表：
表3最大设计充满度[3]
管径（D）或暗渠高（H）（mm）
最大设计充满度（
或
）
200～300
0.55
350～450
0.65
500～900
0.70
≥1000
0.75
在计算污水管道充满都市。
不包括淋浴时间内突然增加的污水量，但当管径小于或等于300mm时，应按满流复核。
这样规定的原因是：
1）污水流量时刻在变化，很难精确计算，而且雨水或地下水可能通过检查井盖或管道接口渗入污水管道。
因此，有必要保留一部分管道断面，为未预见水量的增长留有余地，避免污水一处妨碍环境卫生。
2）污水管道内沉积的污泥可能分解析出一些有害气体。
此为，污水中如含有汽油、苯、石油等易燃液体是，可能形成爆炸性气体。
故需留出适当的空间，以利于管道的通风，排除有害气体，对于管道爆炸有良好的效果。
3）便于管道的疏通和维护管理。
b）设计流速
和设计流量、设计充满度相应的水流平均速度叫做设计流速。
污水在管内流动缓慢时，污水中所含杂质可能下沉，产生淤积；当污水流速增大时，可能产生冲刷现象，甚至损坏管道。
为了防止管道中产生淤积或冲刷，设计流速不宜过小或者过大，应在最大和最小设计流速范围之内。
最小设计流速是保证管道内部发生淤积的流速。
根据国内污水管实际运行情况的观测数据并参考国外经验，污水管道的最小设计流速定为0.6m/s[3]，当含有金属、矿物固体或重油杂质的生产污水管道，其最小设计流速应适当增大。
最大设计流速是保证管道不被冲刷损坏的流速，一般，金属管道的最大设计流速为10m/s，非金属管道的最大设计流速为5m/s[3]。
c）最小管径
在污水管道系统的上游部分，污水管段的水急流量一般很小，若根据设计流量计算管径，则管径会很小，极易堵塞。
根据污水管道的养护纪录统计，直径为150mm的支管的堵塞次数，可能达到直径为200mm的支管的堵塞次数的两倍，使管道养护费用增加。
然而，在同样埋深条件下，直径200mm与150mm的管道造价相差不多，而采用较大管径可减小管道坡度，以减小管道埋深。
我们为了护养工作的方便规定最小埋深如下表所示：
表4污水沟管的最小管径及最小设计坡度[11]
沟道位置
最小管径/mm
最小设计坡度/i
在街坊和厂区内
在街道下
200
300
0．004
0．003
d）最小设计坡度
在污水管道系统设计中，通常是管道埋设坡度与实际地区的地面坡度基本一致，但管道坡度造成的流速应等于或大于最小设计流速，以防止管道内产生沉淀。
所以最小设计坡度是最小设计流速时的管道坡度。
管径相同的管道，因充满度不同，其最小坡度也不同。
我们规定200mm的最小设计坡度0.004；管径300mm的最小设计坡度0.003。
在给定管径的圆形管道中，满流与半满流运行时的流速是相等的，处于满流与半满流之间的理论流速略大一些，而随着水深降至半满流以下，则其流速逐渐下降，故在确定最小管径的最小坡度时采用的实际充满度为0.5。
e）埋设深度
图2埋设深度
污水管道的埋深是管道的内壁距地面的垂直距离。
管道埋深影响管道造价，与管道材料、直径、施工现场地质条件和管道埋设深度等条件有关。
一条管道的埋深分为起点埋深、终点埋深和管道平均埋深，管段平均埋深是起点埋深和终点埋深的平均值。
为保证污水管道不受外界压力和冰冻的影响和破坏，我们规定一个最小覆土厚度。
污水管道内的污水是利用重力从高处流向低处的。
当管道内的坡度大于地面坡度时，管道系统的埋深会越来越大。
埋深越大，则造价越高，因此，管道也有一个最大埋深限值。
一般，管道起点最小埋深应有0.6～0.7m[3]；干燥土壤中，最大埋
深不超过8～9m；多水、流沙、石灰岩地层中，不超过5m。
超过最大埋深时，应考虑设置提升泵站。
2.3.3污水管道的设计
这是本设计的最重要部分。
首先应确定排水区界，划分排水流域。
该片区有两个污水处理厂，分别在片区的最北部的东西两边。
因此，可划分为两个区域，以淮海路为分界线，西边区域的污水流入四季青污水处理厂，东边区域的污水流入第二污水处理厂。
主干管沿大运河敷设，干管沿道路由北向南敷设。
主要的管道布置如图所示，沿线流量如表所示，水力计算如表所示。
表5干管1水力计算表
管段编号
管道长度
（m）
设计流量
（L/s）
管径
（mm）
坡度
流速
（m/s）
充满度（m）
降落量
（m）
h/D
h
1
2
3
4
5
6
7
8
9
7～8
346.14
12.32
300
0.0031
0.6
0.34
0.102
1.073
8～9
115.38
19.12
300
0.003
0.65
0.44
0.132
0.346
9～10
230.76
31.37
350
0.0024
0.69
0.5
0.175
0.554
10～11
153.84
45.82
350
0.0024
0.71
0.62
0.217
0.369
11～12
230.76
53.24
450
0.002
0.72
0.47
0.212
0.462
12～13
192.3
56.45
450
0.002
0.73
0.48
0.216
0.385
13～14
153.84
61.38
450
0.002
0.75
0.51
0.230
0.308
14～15
192.3
72.72
450
0.0016
0.75
0.61
0.275
0.308
15～16
192.3
81.99
500
0.0016
0.76
0.55
0.275
0.308
16～17
307.68
98.36
500
0.0015
0.76
0.62
0.310
0.462
17～1
346.14
106.3
500
0.00175
0.82
0.63
0.315
0.606
设计地面标高（m）
设计水面标高（m）
设计管内底（m）
埋设深度（m）
上端
下端
上端
下端
上端
下端
上端
下端
10
11
12
13
14
15
16
17
20.20
20.20
19.602
18.529
19.500
18.427
0.700
1.773
20.20
20.20
18.529
18.183
18.397
18.051
1.803
2.149
20.20
20.20
18.176
17.622
18.001
17.447
2.199
2.753
20.20
20.20
17.622
17.253
17.405
17.036
2.795
3.164
20.20
20.20
17.147
16.686
16.936
16.474
3.264
3.726
20.20
20.20
16.686
16.301
16.470
16.085
3.730
4.115
20.20
20.20
16.301
15.993
16.072
15.764
4.128
4.436
20.20
20.20
15.993
15.686
15.719
15.411
4.481
4.789
20.20
20.20
15.636
15.329
15.361
15.054
4.839
5.146
20.20
20.20
15.329
14.867
15.019
14.557
5.181
5.643
20.20
20.20
14.867
14.261
14.552
13.946
5.648
6.254
管段编号
管道长度
（m）
设计流量
（L/s）
管径
（mm）
坡度
流速
（m/s）
充满度（m）
降落量
（m）
h/D
h
1
2
3
4
5
6
7
8
9
18～19
461.52
12.08
300
0.0032
0.61
0.34
0.102
1.477
19～20
192.3
19.32
300
0.003
0.651
0.425
0.128
0.577
20～21
192.3
24.42
300
0.003
0.69
0.459
0.138
0.577
21～22
230.76
31.81
350
0.0024
0.69
0.5
0.175
0.554
22～23
192.3
38.97
350
0.0024
0.72
0.553
0.194
0.462
23～24
153.84
53.12
450
0.002
0.72
0.46
0.207
0.308
24～25
192.3
71.08
450
0.00185
0.75
0.56
0.252
0.356
25～26
230.76
81.54
500
0.00175
0.76
0.53
0.265
0.404
26～27
269.22
116.31
500
0.0018
0.85
0.66
0.330
0.485
27～3
307.68
121.55
500
0.0023
0.94
0.66
0.330
0.708
设计地面标高（m）
设计水面标高（m）
设计管内底标高（m）
埋设深度（m）
上端
下端
上端
下端
上端
下端
上端
下端
10
11
12
13
14
15
16
17
20.2
20.2
19.398
17.921
19.500
18.023
0.7
2.177
20.2
20.2
17.921
17.344
17.794
17.217
2.406
2.983
20.2
20.2
17.344
16.767
17.207
16.630
2.993
3.570
20.2
20.2
16.755
16.201
16.580
16.026
3.620
4.174
20.2
20.2
16.201
15.739
16.007
15.546
4.193
4.654
20.2
20.2
15.653
15.345
15.446
15.138
4.754
5.062
20.2
20.2
15.345
14.989
15.093
14.737
5.107
5.463
20.2
20.2
14.952
14.548
14.687
14.283
5.513
5.917
20.2
20.2
14.548
14.064
14.218
13.734
5.982
6.466
20.2
20.2
14.064
13.356
13.734
13.023
6.466
7.177
管段编号
管道长度
（m）
设计流量
（L/s）
管径
（mm）
坡度
流速
（m/s）
充满度（m）
降落量
（m）
h/D
h
1
2
3
4
5
6
7
8
9
28～29
384.6
57.1
400
0.00214
0.75
0.58
0.232
0.823
29～30
115.38
60.84
450
0.0021
0.76
0.5
0.225
0.242
30～31
346.14
113.49
500
0.0017
0.85
0.63
0.317
0.588
31～32
461.52
135.23
600
0.0017
0.85
0.55
0.330
0.785
32～33
346.14
156.78
600
0.0017
0.88
0.6
0.360
0.588
33～34
230.76
178
600
0.002
0.98
0.62
0.372
0.462
34～35
307.68
200.04
700
0.006
1.47
0.38
0.266
1.846
35～5
269.22
204.62
700
0.0058
1.52
0.39
0.273
1.561
设计地面标高（m）
设计水面标高（m）
设计管内底标高（m）
埋设深度（m）
上端
下端
上端
下端
上端
下端
上端
下端
10
11
12
13
14
15
16
17
20.2
20.2
19.432
18.609
19.2
18.377
1
1.823
20.2
20.2
18.552
18.310
18.327
18.085
1.873
2.115
20.2
20.2
18.310
17.720
17.993
17.405
2.207
2.795
20.2
20.2
17.635
16.850
17.305
16.520
2.895
3.680
20.2
20.2
16.850
16.262
16.490
15.902
3.710
4.298
20.2
20.2
16.262
15.800
15.890
15.428
4.310
4.772
20.2
20.2
15.594
13.748
15.328
13.482
4.872
6.718
20.2
20.2
13.748
12.187
13.475
11.892
6.725
8.308
管段编号
管道长度
（m）
设计流量
（L/s）
管径
（mm）
坡度
流速
（m/s）
充满度（m）
降落量
（m）
h/D
h
1
2
3
4
5
6
7
8
9
36～37
384.6
15.08
300
0.003
0.62
0.39
0.117
1.154
37～38
115.38
19.27
300
0.003
0.66
0.44
0.132
0.346
38～39
269.22
27.64
300
0.003
0.72
0.54
0.162
0.808
39～40
461.52
52.7
400
0.002
0.73
0.575
0.230
0.923
40～41
384.6
71.23
450
0.002
0.78
0.56
0.252
0.769
41～42
230.76
77.06
450
0.0018
0.78
0.59
0.266
0.415
42～6
538.44
110.74
500
0.002
0.87
0.62
0.310
1.077
设计地面标高（m）
设计水面标高（m）
设计管内底标高（m）
埋设深度
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