生活污水、工业废水和降水排水设计(编辑修改稿)

生活污水、工业废水和降水排水设计(编辑修改稿)内容摘要：

管道系统的设计总流量一般采用直接求和的方法进行计算，即直接将上述各项污水设计流量计算结果相加，作为污水管道设计的依据，城市污水管道系统的设计总流量可用下式计算： 4321 Q  （ L/s） 污水管段设计流量的计算 污水管道系统的设计总 流量计算完毕后，还不能进行管道系统的水力计算。 为此还需在管网平面布置图上划分设计管段， 确定设计管段的起止点， 进而求出各设计管段的设计流量。 只有求出设计管段的设计流量，才能进行设计管段的水力计算。 （ 1）设计管段的划分 在污水管道系统上，为了便于管道的连接，通常在管径改变、敷设坡度改变、管道转向、支管接入、管道交汇的地方设置检查井。 对于两个检查井之间的连续管段，如果采用的设计流量不变，且采用同样的管径和坡度，则这样的连续管段就称为设计管段。 设计管段两端的检查井称为设计管段的起止检查井（简称起迄点）。 工厂 图 24 设计管段的设计流量 （ 2）设计管段的流量确定 如图 24 所示，每一设计管段的污水设计流量可能包括以下 3 种流量。 a） 本段流量 q1 所谓本段流量是指从本管段沿线街坊流来的污水量。 对于某一设计管段而言，它沿管线长度是变化的，即从管段起点为零逐渐增加到终点达到最大。 为了计算的方便，通常假定本段流量是在起点检查井集中进入设计管段的，它的大小等于本管段服务面积上的全部污水量。 一般用下式计算： zs1 KqFq  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， hm2； KZ—— 生活污水量总变化系数； qs—— 生活污水比流量， L／ (s hm2)。 生活污水比流量可采用下式计算： 360024 ρnq s  式中 n—— 生活污水定额或综合生活污水定额， L／ (cap d)； ρ—— 人口密度， cap/ hm2。 b） 转输流量 q2 转输流量是指从上游管段和旁侧管段流来的污水量。 它对某一设计管段而言，是不发生变化的，但不同的设计 管段，可能有不同的转输流量。 c）集中流量 q3 集中流量是指从工业企业或其它大型公共设施流来的污水量。 对某一设计管段而言，它 也不发生变化。 设计管段的设计流量是上述本段流量、转输流量和集中流量三者之和。 污水管道的水力计算 （ 1）污水管道中污水流动的特点 污水在管道内依靠管道两端的水面高差从高处流向低处，是不承受压力的，即为重力流。 污水中含有一定数量的悬浮物，它们有的漂浮于水面，有的悬浮于水中，有的则沉积在管底内壁上。 这与清水的流动有所差别。 但污水中的水分一般在 99％以上，所含悬浮物很少，因此， 可认为污水的流动遵循一般流体流动的规律，工程设计时仍按水力学公式计算。 污水在管道中的流速随时都在变化，但在直线管段上，当流量没有很大变化又无沉淀物时，可认为污水的流动接近均匀流。 设计时对每一设计管段都按均匀流公式进行计算。 （ 2）污水管道水力计算的设计参数 为保证污水管道的正常运行，《室外排水设计规范》中对这些因素综合考虑，提出了如下的计算控制参数，在污水管道设计计算时，一般应予以遵守。 a)设计充满度 在设计流量下，污水在管道中的水深 h 与管道直径 D 的比值（ h/D）称为设 计充满度，它表示污水在管道中的充 满程度，如图 25 所示。 图 25 充满度示意图 当 h/D＝ 1 时称为满流； h/Dl 时称为不满流。 《室外排水设计规范》规定，污水管道按不满流进行设计，其最大设计充满度的规定如表 23 所示。 表 23最大设计充满度 管径（ D）或暗渠高 （ H） （ mm） 最大充满度（ h/D） 最小充满度（ h/D） （参考） 200~300 350~450 500~900 ≥1000 () () () () 注：在计算污水管道充满度时，不包括淋浴或短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。 规定 最大设计充满度 的原因是： 1） 污水流量时刻在变化，很难精确计算，而且雨水可能通过检查井盖上的孔口流入，地下水也可能通过管道接口渗入污水管道。 因此，有必要预留一部分管道断面，为未预见水量的介入留出空间， 避免污水溢出妨碍环境卫生，同时使渗入的地下水能够顺利流泄。 2） 污水管道内沉积的污泥可能分解析出一些有害气体（如 CH H2S 等）。 此外，污水中如含有汽油、苯、石油等易燃液体时，可能产生爆炸性气体。 故需留出适当的空间，以利管道的通风，及时排除有害气体及易爆气体。 3） 便于管道的清通和养护管理。 表 23 所列的最大设计充满度是设计污水管道时所采用的充满度的最大限值，在进行污水管道的水力计算时，所选用的充满度不应大于表 23 中规定的数值。 但为了节约投资，合理地利用管道断面，选用的设计充满度也不应过小。 为 此，在 设计过程中还应考虑最小设计充满度作为设计充满度的下限值。 根据经验各种管径的最小设计充满度不宜小于。 一般情况下设计充满度最好不小于，对于管径较大的管道设计充满度以接近最大限值为好。 对于明渠，设计规范规定设计超高（即渠中水面到渠顶的高度）不小于。 b） 设计流速 与设计流量、设计充满度相对应的水流平均速度称为设计流速。 设计流速过小，污水流动缓慢，其中的悬浮物则易于沉淀淤积；反之，污水流速过高，虽然悬浮物不宜沉淀淤积，但可能会对管壁产生冲刷，甚至损坏管道使其寿命降低。 为了防止管道内产生沉淀淤 积或管壁遭受冲刷，《室外排水设计规范》规定了污水管道的最小设计流速和最大设计流速。 污水管道的设计流速应在最小设计流速和最大设计流速范围内。 最小设计流速是保证管道内不致发生沉淀淤积的流速。 污水管道在设计充满度下的最小设计流速为。 含有金属、矿物固体或重油杂质的生产污水管道，其最小设计流速宜适当加大，明渠的最小设计流速为。 最大设计流速是保证管道不被冲刷损坏的流速。 该值与管道材料有关，通常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。 c） 最小设计坡度 我国《室 外排水设计规范》规定：管径为 200mm 时，最小设计坡度为 ；管径为 300mm 时，最小设计坡度为。 d） 最小管径 我国《室外排水设计规范》规定：污水管道在街坊和厂区内的最小管径为200mm，在街道下的最小管径为 300mm。 e） 污水管道的埋设深度 污水管道的土方施工占总投资的 50～ 70％，因此在保证工程质量的条件下，减少 埋设深度 非常重要。 埋深概念： 覆土厚度：是指管道外壁顶部到地面的距离（图 26）； 埋设深度：是指管道内壁底部到地面的距离。 确定污水管道最小覆土厚度时，必须 考虑下列因素： 1） 防止冰冻膨胀而损坏管道 ： 生活污水温度较高，即使在冬天水温也不会低于 4℃。 很多工业废水的温度也比较高。 此外，污水管道按一定的坡度敷设，管内污水经常保持一定的流量，以一定的流速不断流动。 因此，污水在管道内是不会冰冻的，管道周围的土壤也不会冰冻。 所以，不必把整个污水管道都埋设在土壤冰冻线以下。 但如果将管道全部埋设在冰冻线以上，则因土壤冰冻膨胀可能损坏管道基础，从而损坏管道。 《室外排水设计规范》规定，冰冻层内污水管道的埋设深度，应根据流量 、水温、水流情况和敷设位置等因素确定，一般应符合下列规定：无保温措施的生活污水管道或水温与生活污水接近的工业废水管道，管底可埋设在冰冻线以上。 图 26 管道埋深示意图 有保温措施或水温较高的管道，管底在冰冻线以上的距离可以加大，其数值应根据该地区或条件相似地区的经验确定。 2） 防止管壁因地面荷载而破坏 ； 3） 满足街坊污水连接管衔接的要求。 L Z1 Z2 h H 出户管 接户管 街道污水管 连接支管 街区内污水管 街道污水管最小埋深示意 H=｛ Z1－ [（ Z2－ h）－ I L]｝ +Δ h 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， ~； Z1—— 街道污水管起点检查井处地面标高， m； Z2—— 街坊污水管起点检查井处地面标高， 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； Δ h—— 连接支管与街道污水管的管内底高差， m。 最大埋深：一般在土壤干燥的地区，管道的最大埋深不超过 7～ 8m；在土质差、地下水位较高的地区，一般不超过 5m。 最小覆土厚度：《室外排水设计规范》规定： 最小覆土厚度在车行道下为，人行道下为 ，在保证管道不受外部荷重损坏是可适当减小。 （ 3） 污水管道的 水力计算 a 水力计算的基本公式 vQ  IRCv  式中 Q—— 流量， m3/s； ω—— 过水断面面积， m2； v—— 流速， m/s； R—— 水力半径（过水断面积与湿周的比值）， m； I—— 水力坡度（即水面坡度，等于管底坡度）； C—— 流速系数，或谢才 系数。 C值一般按曼宁公式计算，即 611 RnC  n—— 管壁粗糙系数 b 污水管道水力计算的方法 1)需要计算的参数：流量 Q、管径 D、坡度 I、流速 v、充满度 h/D 和埋深H。 2)计算方法 在具体计算时，设计流量 Q 和管道粗糙系数 n 已知，还有管径 D 、充满度 h/D、管道坡度 I 和流速 v 是未知的，因此需要先假定 2 个求其它两个，这样的数学计算非常复杂，而且经常要试算。 为了简化计算，常采用水力计算图进行。 对每一张水力计算图而言，管径 D 和粗糙系数 n 是已知的， 图上的曲线表示的是 Q、 v、 I、 h/D 之间的关系，这四个因素中，只要确定两个因素，就可以通过图查出其它两个因素。 计算时， Q 为已知， D 不知，应确定 D。 只要再知道一个因素就可以查图计算了，通常情况下先想办法假定坡度 I。 由 Q 和 I，就可查图得出 v、 h/D →复核 v、 h/D 的设计规定→若符合，则该管段的 D、 I（ v、 h/D） 即确定。 若不符合，重新设定 I 或管径 D 进行计算。 计算中涉及到管径的假定。 坡度和管径的假定是相互制约的。 在有较大坡度地区时，先假定管道的敷设坡度 I，然后求出管径 ， 管道坡度可以 先假定为地面坡度，管径的选择越小越好；在平坦或反坡地区时，先假定管道的直径，然后求出敷设坡度 I。 按上述方法，可以暂时确定出每一个管段的管径和坡度。 确定出的管径和坡度还要进行复核。 复核时，可以根据水力计算图进行查图计算，当计算出的 v、h/D 符合设计规定时，则初步确定的管径和坡度即为所求，此时管道的 v、 h/D 也就计算出来了。 若 v、 h/D 中有一个不符合设计规定时，则要调整管径或管道坡度重新计算。 另外，在计算时，还要注意一点，就是不计算管段的水力计算。 不计算管段一般在管网的起端，当街坊起端流量小于 ，街道起端流量小于 时，管道分别采用 200mm和 300mm的管径。 （ 4）确定各管段始点和终点的埋设深度（水面标高、管底标高） 即衔接设计，衔接设计也是由上游管段向下游管段进行的。 1）首先确定第一个管段的起点、终点的埋深（管底标高、水面标高） a 确定出第一个管段的起点埋深 H1： 第一个管段的起点通常是管网的控制点。 根据埋深的三个要求，确定出第一个管段的起点埋深 H1 b 起点的管底标高 =起点的。