污水管道系统设计课件.ppt

第三章 污水管道系统的设计,污水管道系统设计概述,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,污水管网设计计算,设计图纸的绘制,污水管道系统的规划布置,污水设计流量的计算,污水管网水力计算（各管段直径、埋深、衔接设计与计算、污水提升泵站的设置）,各设计管段划分及其设计流量计算,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,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,二、污水管道系统的规划布置（第二节）,主要内容有：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；三、管道定线：拟定污水干管及主干管的路线；支管的布置与定线；四、确定需要提升的排水区域和设置泵站的位置等。五、控制点的确定,（一）确定排水体制和排水区界，划分排水流域,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设置的界限。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(分水线)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。,排水系统的布置形式,1、排水系统的布置原则,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,2、排水系统布置的影响因素,地形地势,土壤情况,河流情况,气候情况,城市总体规划,（1）正交式,3、以地形为主的几种布置形式,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,地势向水体适当倾斜时,（2）截流式,3、以地形为主的几种布置形式,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,地势向水体适当倾斜时,（3）平行式,3、以地形为主的几种布置形式,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,地势向水体倾斜较大时,（4）分区布置形式,3、以地形为主的几种布置形式,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,地势高低相差很大时,（5）分散式布置形式,3、以地形为主的几种布置形式,优点：干管长度短、管径小、管道埋深浅，便于污水灌溉,中央地势高，地势向周围倾斜且城市周围有河流时,缺点：污水厂的数量较多,适应于：分流制污水布置系统,（6）环绕式布置形式,3、以地形为主的几种布置形式,优点：干管长度短、管径小、管道埋深浅，水厂规模大,适应于：分流制雨水、污水布置系统,中央地势高，地势向周围倾斜,缺点：主干管的距离长，管径大，埋深较深。,（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；在考虑以上因素的情况下，进行技术经济分析、比较，确定污水厂的数目和位置。,选择污水厂出水口的位置,（三）管道定线,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。,在总平面图上确定污水管道的位置和走向。,2、管道定线的影响因素（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。,如：在地形平坦稍向一侧倾斜时，常采用正交式的布置方式,如：在地形倾向河道的坡度较大时，常采用平行式的布置方式,2、管道定线的影响因素（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。,3、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（通常设在污水量较大一侧或地下管线较少一侧的人行道、绿化带或慢车道下，当道路宽度超过40米时，可考虑在道路两侧各设一条污水管）,集中流量尽量排入上游,（四）确定需要提升的排水区域和设置泵站的位置,根据流域地势确定污水需要抽升的地区（局部泵站）。,泵站设置地点,中途泵站,局部泵站,总泵站,（五）控制点的确定（P76）,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。,第一节 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，污水设计流量包括生活污水设计流量和工业废水设计流量。,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,1、生活污水设计流量的计算,（1）居住区生活污水量计算,式中：Q1居住区生活污水设计流量，L/s；qd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,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,居住区生活污水排水定额(P238:居民生活用水定额),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,（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,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：,（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)；,2、工业废水设计流量的计算,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；qm生产过程中每单位产品的废水量标准，L/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。,3、污水总设计流量的计算,Q=Q1+Q2+Q3+Q4+Q渗,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：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350人/hm2，居民生活污水量定额为120L/人.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（人）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）,（1）城镇居住区生活污水设计流量计算表,（3）各工厂生活污水及淋浴污水设计流量计算表,（4）城镇工业废水的设计流量计算表,城镇污水总流量综合表,一、设计管段及其划分 在排水管网中，为了管道连接和清通方便，需要设置检查井。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（30100m）,各设计管段划分及其设计流量计算,从理论上讲，计算管道的设计流量时，应该把两个检查井之间的管道作为一个计算管段。为了简化计算，不需要把每个检查井都作为计算节点，有流量汇入的检查井才作为计算节点。计算节点之间的管道称为一个计算管段。,计算管段：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。,二、设计管段的设计流量（p76）,设计流量,本段流量,转输流量,集中流量,1,2,3,4,A,B,工厂,D,q,（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,5,（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）,C,居住区生活污水设计流量,集中流量,本段流量,转输流量,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。,本段流量q1可用下式计算,A,1,2,q0可用下式求得,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,第三节 管道在街道上的位置（附录4）,地下设施间距污水管道设在道路上，在连接支管多，地下管线少的一侧也可集中在隧道中交叉管线处理原则：小让大、有压让无压、新让旧、给水管在排水管之上,第四节 污水管道水力设计实例,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,平面图,浴,一、在平面图上布置污水管道,污水厂,二、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,计算街坊面积并填入下表,街坊面积,三、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,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,2、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=0.486,四、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,12,110,25,86.20,86.10,23,250,38.09,86.10,86.05,34,170,39.56,86.05,86.00,1）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12的地面坡度为（86.2086.10）110=0.00092）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=0.61m/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,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,12,110,25,86.20,86.10,23,250,38.09,86.10,86.05,34,170,39.56,86.05,86.00,300,3.00,0.70,51.0,0.153,0.33,84.20,84.353,2.00,83.87,84.023,2.23,350,2.32,0.70,55.0,84.013,0.193,83.82,83.24,83.433,2.28,2.81,350,2.24,0.70,57.5,83.433,0.201,83.232,0.493,0.58,82.94,82.739,2.818,3.261,6、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=0.60m/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=0.00224220=0.493m,下端水面标高=83.433 0.493=82.94m,下端管内底标高=83.232 0.493=82.739m,第五节 设计图纸的绘制,剖面图,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,污水管网设计计算,设计图纸的绘制,污水管道系统的规划布置,污水设计流量的计算,污水管网水力计算（各管段直径、埋深、衔接设计与计算、污水提升泵站的设置）,各设计管段划分及其设计流量计算,