城市排水管网设计.docx

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城市排水管网设计

第2章排水管网设计

2.1排水系统体制及其确定

排水系统的体制一般有分流制和合流制两种类型。

合流制排水系统是将生活污水、工业废水和雨水混合在同一个管渠内排除的系统；分流制排水系统是将生活污水、工业废水和雨水分在两个或两个以上各自独立的管渠内排除的系统。

从环境保护方面来看，如果采用合流制，从控制和防止水体污染来看，是较好的，但这时截流主干管很大，污水厂容量也增加很多，建设费用也了相应增加。

采用截流式合流制时，雨天有部分混合污水经溢流井溢入水体，水体受到污染。

分流制排出污水和雨水，初雨径流未加处理就直接排入水体，对城市水体会造成污染，这是它的缺点。

但分流制可以减小晴天和雨天时流入污水厂的水质水量变化，减小污水厂运行管理的复杂性；还可以保持管内的流速，不致发生沉淀。

同时，分流制比较灵活，容易改造，能适应社会发展的需要，一般又能符合城市卫生的要求，在国内外都有较广泛的应用。

从造价方面来看，合流制排水管道的造价比分流制一般要低20%~40%，但是合流制的泵站和污水厂却比分流制的造价要高。

从维护管理方面来看，晴天时污水在合流制管道中只是部分流，雨天才接近满管流，因而雨天时合流制管道内流速较低，易于产生沉淀。

但根据经验，管中的沉淀易被暴雨水流冲走，这样合流制管道的维护费用可以降低。

但是，晴天和雨天时流入污水厂的水量变化很大，增加了合流制排水系统污水厂运行管理的复杂性。

而分流制系统可以保证管内的流速，不致发生沉淀，同时流入污水厂的水量和水质比合流制变化小得多，污水厂的运行易于控制。

经过综合考虑，采用分流制排水系统。

2.2管网定线原则

定线应遵循的主要原则：

应尽可能地在管线较短和埋深较小的情况下，让最大区域的污水能自流排出。

1.尽量利用地势，由高到低布置；管线总长度尽可能短，同时使最大服务面积的雨污水得以排除；管中水流时间尽可能短，尽量不要迂回；

2.污水处理厂选址设置在城市水体下游；

3.尽量不穿越或少穿越河流、铁路等障碍，尽量不设和少设提升泵站；

4.雨水就近排放，尽可能利用湖泊和河流；

5.主干管尽量靠近工业企业等排污大户，并设置在主干道下。

2.3污水管道平面布置

首先根据地形划分排水区域。

从镇区规划图中可以看出，地形较平缓，河流位于市区东部。

因为甲、乙两个工厂排水量大，故将主干管设置在便于其排水的地方。

其次，处理用水的排放点应位于河流的下游，以免对城市的生活用水取用产生影响。

可以根据街区面积的大小及城市布局来划分排水区域，以使各管道能合理分担排水面积，使干管在最小合理埋深的情况下，流域内污水能以自流方式接入。

其次，确定污水管道的布置形式，主干管、干管、支管的位置和流向，并确定污水处理厂及出水口的位置。

经过考虑，将主干管布置在机场南延街和纬七路，在东西向设置九条干管，南北向设置一条，分别连接至主干管。

将污水厂设置在河流下游，整个市区的东南部。

污水管道系统的具体布置参见附图1城镇污水管网平面布置图。

2.4污水管道的水力计算

2.4.1街区编号及面积

将各街区编上号码（编号见附录），并按各街区的平面范围计算面积，将结果列入表2.1中。

表2.1街区编号及面积

街区编号

街区面积（ha）

街区编号

街区面积（ha）

街区编号

街区面积（ha）

街区编号

街区面积（ha）

13.67

18.12

11.15

3.90

18.22

11.03

4.75

7.35

11.38

9.57

7.78

8.17

15.88

10.19

7.94

9.07

16.04

5.32

10.73

3.02

17.14

9.30

7.92

5.77

10.26

9.37

12.64

3.80

9.81

5.61

4.44

1.85

9.91

16.48

4.85

3.40

13.22

11.63

3.66

8.07

2.61

4.99

9.90

3.05

3.30

2.88

3.68

5.54

3.62

5.47

9.91

5.90

4.85

5.73

3.68

1.92

6.09

6.84

10.17

3.81

5.35

6.02

4.74

3.95

4.67

11.10

9.00

8.16

4.99

8.07

5.30

3.48

9.96

3.00

2.91

4.80

10.04

4.73

8.87

17.83

4.57

10.74

2.96

8.55

4.96

5.39

8.20

9.25

5.98

2.4.2设计流量的计算

居住人口密度为230人/ha，居民生活污水定额为160L/（人·d），则城市生活污水定额

L/（人·d），则生活污水比流量

L/（s·hm2）

居民生活污水量变化系数KZ按

计算。

1.各管段的本段流量q1

q1=q0·F（2.4a）

式中：

q1—设计管段的本段流量（L/s）；

F—设计管段服务的街区面积（ha），见表2.1。

2.转输流量q2

转输流量为下游管段接受的上游管段和旁侧管段流来的污水量，由上游管段的流量累加而得。

合计平均流量q为本段流量q1再加上转输流量q2，则生活污水设计流量：

Q1=q·KZ（2.4b）

3.集中流量q3：

是从工业企业或者其他大型公共建筑流来的污水量。

则生活污水设计流量Q1再加上集中流量q3，为该管段的设计流量Q。

即管段设计流量

Q=Q1+q3

如设计管段6~7，有本段流量（街坊39）q1、转输5~6干管的流量q2、转输集中流量q3三部分组成：

街坊39的面积为6.84ha（见表2.1），故本段平均流量为

。

转输流量q2=91.77L/s，则6~7管段的合计平均流量为

，总变化系数

，故该管段的生活污水设计流量为Q1=q·Kz=94.47×1.64=154.66L/s。

转输集中流量138.89+115.74=254.63L/s。

故管段6~7的设计流量Q=154.66+254.63=409.29L/s

其余各管道设计流量的计算方法与上述方法相同。

计算结果如表2.2所示。

表2.2污水管网设计流量计算表

管段

编号

居民区生活污水量（或综合生活污水量）

集中流量q3

设计流量/（L/s）

本段流量q1

转输

流量q2/（L/s）

合计平均流量q2/（L/s）

总变化系数KZ

生活污水设计流量/（L/s）

本段/（L/s）

转输/（L/s）

街坊

编号

街坊面积/hm2

比流量qsL/（s·hm2）

流量q1/（L/s）

1~2

—

138.89

—

138.89

13~14

—

10.63

2.08

22.13

—

22.13

14~15

—

16.97

1.98

33.56

—

33.56

15~16

—

19.10

1.95

37.28

—

37.28

16~2

—

20.27

1.94

39.31

—

39.31

2~3

—

20.27

1.94

39.31

—

138.89

178.20

17~18

—

6.4

2.20

14.12

—

14.12

18~19

—

11.1

2.07

23.06

—

23.06

19~20

—

17.7

1.97

34.77

—

34.77

20~3

—

21.1

1.93

40.75

—

40.75

3~4

—

41.37

1.79

74.17

—

138.89

213.06

21~22

—

5.5

2.24

12.26

—

12.26

续表2.2

管段

编号

居民区生活污水量（或综合生活污水量）

集中流量q3

设计流量/（L/s）

本段流量q1

转输

流量q2/（L/s）

合计平均流量q2/（L/s）

总变化系数KZ

生活污水设计流量/（L/s）

本段/（L/s）

转输/（L/s）

街坊

编号

街坊面积/hm2

比流量qsL/（s·hm2）

流量q1/（L/s）

22~23

—

10.9

2.08

22.69

—

22.69

23~4

—

18.1

1.96

35.59

—

35.59

4~5

—

59.47

1.72

102.44

—

138.89

241.33

24~25

—

6.2

2.21

13.70

—

13.70

25~26

—

12.1

2.05

24.83

—

24.83

26~5

—

15.2

2.00

30.42

—

30.42

5~6

—

74.67

1.68

125.45

115.74

138.89

380.08

27~28

—

3.7

2.3

8.6

—

8.6

28~29

—

10.6

2.1

22.1

—

22.1

29~30

—

15.6

2.0

31.2

—

31.2

30~6

—

17.1

2.0

33.8

—

33.8

6~7

6.84

0.3953

2.7

91.77

94.47

1.64

154.66

—

254.6

409.26

31~32

—

4.06

2.31

9.39

—

9.39

续表2.2

管段

编号

居民区生活污水量（或综合生活污水量）

集中流量q3

设计流量/（L/s）

本段流量q1

转输

流量q2/（L/s）

合计平均流量q2/（L/s）

总变化系数KZ

生活污水设计流量/（L/s）

本段/（L/s）

转输/（L/s）

街坊

编号

街坊面积/hm2

比流量qsL/（s·hm2）

流量q1/（L/s）

32~33

—

6.40

2.20

14.08

—

14.08

33~34

—

10.72

2.08

22.31

—

22.31

34~35

—

13.97

2.02

28.22

—

28.22

35~36

—

21.13

1.93

40.79

—

40.79

36~7

—

25.49

1.89

48.20

—

48.20

7~8

4.8

0.3953

1.90

119.96

121.86

1.59

193.99

—

254.6

448.59

37~38

—

5.40

2.24

12.12

—

12.12

38~39

—

11.68

2.06

24.07

—

24.07

39~40

—

15.56

2.00

31.06

—

31.06

40~41

—

20.95

1.93

40.48

41~42

—

24.73

1.90

46.92

—

46.92

42~43

—

28.76

1.87

53.67

—

53.67

43~8

—

30.87

1.85

57.15

—

57.15

续表2.2

管段

编号

居民区生活污水量（或综合生活污水量）

集中流量q3

设计流量/（L/s）

本段流量q1

转输

流量q2/（L/s）

合计平均流量q2/（L/s）

总变化系数KZ

生活污水设计流量/（L/s）

本段/（L/s）

转输/（L/s）

街坊

编号

街坊面积/hm2

比流量qsL/（s·hm2）

流量q1/（L/s）

8~9

4.96

0.3953

1.96

152.73

154.69

1.55

239.87

—

254.60

494.47

44~45

—

7.20

2.17

15.65

—

15.65

45~46

—

13.54

2.03

27.45

—

27.45

46~47

—

17.46

1.97

34.42

—

34.42

47~48

—

21.96

1.92

42.21

—

42.21

48~49

—

25.64

1.89

48.44

—

48.44

49~50

—

29.34

1.86

54.63

—

54.63

50~9

—

31.56

1.85

58.28

—

58.28

9~10

—

186.25

1.52

282.98

—

254.6

537.58

51~52

—

4.50

2.29

10.29

—

10.29

52~53

—

11.27

2.07

23.32

—

23.32

53~54

—

15.19

2.00

30.41

—

30.41

54~55

—

22.25

1.92

42.70

—

42.70

续表2.2

管段

编号

居民区生活污水量（或综合生活污水量）

集中流量q3

设计流量/（L/s）

本段流量q1

转输

流量q2/（L/s）

合计平均流量q2/（L/s）

总变化系数KZ

生活污水设计流量/（L/s）

本段/（L/s）

转输/（L/s）

街坊

编号

街坊面积/hm2

比流量qsL/（s·hm2）

流量q1/（L/s）

55~56

—

28.76

1.87

53.67

—

53.67

56~57

—

35.33

1.82

64.45

—

64.45

57~58

—

37.21

1.81

67.49

—

67.49

58~10

—

47.72

1.76

84.22

—

84.22

10~11

7.78

0.3953

3.08

233.97

237.05

1.48

350.73

—

254.60

605.33

59~60

—

6.77

2.19

14.81

—

14.81

60~61

—

13.89

2.02

28.09

—

28.09

61~62

—

21.65

1.93

41.67

—

41.67

62~11

—

29.71

1.86

55.24

—

55.24

11~12

—

266.76

1.46

389.59

—

254.60

644.19

2.4.3设计参数

1.设计充满度

污水管道设计充满度按非满流计算。

我国《室外排水设计规范》（GB50014—2006）规定了污水管道的最大充满度。

最大充满度的规定如表2.3所示。

表2.3污水管道最大充满度

管径（mm）

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最大充满度

200~300

0.55

350~450

0.65

500~900

0.70

≥1000

0.75

2.设计流速

在设计充满度的情况下，通过设计流量时的污水流速称作设计流速。

为了防止污水中泥沙颗粒沉淀产生淤积，阻塞管道，规定污水管道的最小设计流速为0.6m/s。

为了防止因流速过大对污水管道造成冲刷损坏，规定金属管道的最大设计流速为10m/s，非金属管道为5m/s。

设计最小流速控制在0.6m/s左右。

3.最小管径和最小设计坡度

为了有利于污水管道的养护，对污水管的最小管径和最小设计坡度作了明确规定，当计算所规定的污水管道管径小于最小设计管径时，采用最小设计管径；这种管段称作不计算管段。

我国《室外排水设计规范》（GB50014—2006）规定了最小管径和最小设计坡度。

具体规定是：

管径200mm，最小设计坡度0.004；管径300mm，最小设计坡度0.003；在街区和厂区内最小管径为200mm，在街道下为300mm。

最小设计坡度水力计算公式：

（2.4c）

式中n：

管道粗糙系数。

该值根据管渠材料而定。

混凝土和钢筋混凝土污水管道的管壁粗糙系数一般采用0.014。

有上述水力计算公式可知，最小设计坡度和水力半径决定了管内污水流速，因此不同管径的污水管道应有不同的最小坡度。

管径相同的管道，因充满度不同，其最小坡度也不同。

一般来说，管子的最佳坡度是管径的倒数。

例如，300mm管径的最佳设计坡度为0.003。

其最小设计坡度能够满足最小流速和最大充满度即可。

设计街道下最小管径为300mm，最小设计坡度为0.003。

4.污水管道的埋设深度

设计依据：

污水管网占污水工程总投资的50%~75%，而构成污水管道造价的挖填沟槽、沟槽支撑、湿土排水、管道基础、管道铺设各部分的比重，与管道的埋设深度及开槽支撑方式有很大关系。

埋深过大，总造价就会上升，维护维修的成本也就会很大，不够经济；埋深过小，则不能满足技术上的要求。

因此合理的确定管道埋深对降低工程造价是十分重要的。

最小埋深考虑因素：

（1）必须防止管道内污水冰冻和因土壤冻胀而损坏管道。

（2）必须防止管壁因地面荷载而受到破坏。

考虑并结合各地埋管经验，车行道下污水管最小覆土厚度不宜小于0.7m。

（3）必须满足街区污水连接管衔接的要求

为了保证建筑物首层卫生设备的污水能够顺利排出，污水出户管的最小埋深一般采用0.5~0.7m，所以街坊污水管道起点最小埋深也应有0.6~0.7m。

本次设计最小埋深采用1m。

最大埋设深度：

除了考虑管道的最小埋深外，最大埋深也应加以考虑。

埋深越大，则造价越高，施工期也越长。

一般在干燥土壤中，最大埋深不超过7~8m；在多水、流砂、石灰岩地层中，一般不超过5m。

设计最大埋深不超过7m。

5.管道衔接

管径相同采用水面平接；管径不同采用管顶平接；不计算管段间及不计算管段与计算管段间采用管

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