污水管网设计与计算.ppt

,第7章 污水管网设计与计算,第9章 污水管网设计与计算,城镇污水由城镇综合生活污水和工业废水组成。综合生活污水由居民生活污水和公共建筑污水组成。居民生活污水指居民家庭日常生活中产生的污水。公共建筑污水指机关、学校、医院、办公楼、娱乐场所、宾馆、浴室、商业网点等产生的污水。工业废水是工业企业内产生的工业废水和生活污水及淋浴污水。污水管网设计的主要任务是：1）污水管网的布置和定线；1）污水管网总设计流量及各管段设计流量计算；2）污水管网各管段直径、埋深、衔接设计与水力计算；3）污水提升泵站设置与设计；4）污水管网施工图绘制等。,厂区排水,建筑排水,城市排水管道敷设现场照片,9.1 污水设计流量计算,911 设计污水量定额居民生活污水定额和综合生活污水定额室外排水设计规范GB50014-2006 规定，可按当地用水定额的8090采用。对给排水系统完善的地区可按90计，一般地区可按80计。居民生活污水定额是指居民每人每日所排出的平均污水量。居民生活污水定额与居民生活用水定额、建筑内给排水设施水平及排水系统普及程度等因素有关。综合生活污水定额包括公共建筑排放的污水（公共建筑用水量定额建筑给水排水）。,9.1.2 污水量的变化,日变化系数Kd：在设计年限内，最大日污水量与平均日污水量的比值。时变化系数Kh：在设计年限内，最大时污水量与该日平均时污水量的比值。总变化系数Kz：在设计年限内，最大时污水量与平均日平均时污水量的比值。Kz=Kd Kh,图9.1 某城市一日用水量和排水量统计,图9.2 排水量日变化统计曲线图,（1）居民生活污水量变化系数,计算公式,式中Qd平均日污水流量（L/s）。,生活污水量总变化系数KZ 表9.1,工业企业生活污水和淋浴污水量变化系数 生活污水：一般车间3.0，高温车间2.5。淋浴污水：下班后1小时使用，不考虑变化。,（2）工业废水量变化系数 工业废水量变化与生产工艺有密切联系，需要通过实地调查和分析求得。大部分工业产品的生产工艺与气候、温度关系不大，生产废水量比较均匀，日变化系数较小，多数情形下，日变化系数Kd可近似取值为1。下表列出了部分工业生产废水量时变化系数Kh，可供参考使用。,部分工业生产废水的时变化系数 表9.2,（3）工业企业生活污水和淋浴污水量变化系数 工业企业生活污水量按每工作班污水量定额计算，变化系数与工业企业生活用水量变化系数基本相同，一般车间采用3.0，高温车间采用2.5。工业企业淋浴污水量按每个工作班污水量定额计算，每班考虑在1h之内使用，均匀用水和排水。,污水设计流量计算（1）居民生活污水设计流量Q1 居民生活污水最大日设计流量Q1用下式计算：,式中q1i 平均日居民生活污水量标准，L/(capd)；N1i各排水区域服务人口数，cap；KZ1生活污水量的总变化系数。,平均日设计流量Qd为,(9.4),(9.3),（2）公共建筑污水设计流量Q2：公共建筑排放的污水量比较集中，例如公共浴室、旅馆、医院、学校住宿区、洗衣房、餐饮娱乐中心等。污水量定额参照有关公共建筑的用水量标准采用。污水设计流量Q2用下式计算：,式中 q2i最高日污水量标准（L/用水单位d）；N2i服务单位数；Kh2i时变化系数。T2i排水小时 数，h。,(9.5),（3）工业废水设计流量工业废水的设计流量Q3：,式中q3i废水量定额；N3i产品单位；T3i生产小时,数，h；f3i重复利用率；K3i时变化系数。,设计设计流量计算（续）（4）工业企业生活污水量和淋浴污水设计流量Q4工业企业生活污水和淋浴污水的设计流量Q4用下式计算：,式中q4ai一生活用水量定额，L/（cap班）；q4bi一淋浴用水量定额，L/（cap班）；N4ai一生活用水总人数，cap；N4bi一淋浴用水总人数，cap；T4ai每班工作小时数，h；Kh4ai生活污水量变化系数，一般车间3.0，高温车间2.5。,(9.7),在地下水位较高的地区，应考虑地下水渗入管道的水量。缺乏测定资料时，可按平均日综合生活污水和工业废水总量的 1015计算。课本P159例7.1,（5）城市污水设计总流量 污水设计总流量采用直接求和的方法计算，如下式：,(9.8),9.2 管段设计流量计算,污水管网的节点与管段 污水管网的管道分类：连接管-连接用户的污水管道；污水支管-收集连接管中污水输送至干管的管道；污水干管-主要承担污水输送功能的大型管道（又可分为主干管和干管。节点和管段：应用管网图论方法，将污水管网图形简化为节点和管段两类元素，并进行分类编码，即可以定义污水管网模型。节点：管道交叉点、管径变化点、高程变化点、方向变化点等；管段：在两个节点之间，管道直径、流量和坡度保持不变的一段管道单元。,如图9.3，可以用管段编码1，2，3，NP和节点编码1，2，3，NN，其中，NP35为管段总数，NN36为节点总数，对于枝状管网，NN=NP+1。,图9.3,管段的上游端汇入污水流量和该管段的收集污水量作为管段的输水流量，称为管段设计流量。,污水管网为不含回路的树状管网。,列出各管段对应的上游和下游节点编号的集合，加上各节点的地理平面坐标位置和高程，即可唯一地确定管网的图形，并构造管网图形的关联矩阵。图9.3所示管网的管段上游和下游节点编号集合如表9.4。,管段设计流量计算,1设计管段的划分（1）设计管段：两个检查井之间的管段，如果采用的设计流量不变，且采用同样的管径和坡度，则称它为设计管段。（2）划分设计管段：只是估计可以采用同样管径和坡度的连续管段，就可以划作一个设计管段。根据管道的平面布置图，凡有集中流量流入，有旁侧管接入的检查井均可作为设计管段的起止点。设计管段的起止点应依次编上号码。,设计管段设计流量的确定 每一设计管段的污水设计流量可能包括以下几种流量。,1）本段流量 q1 是从本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；3）集中流量q3 是从工业企业或其它产生大量污水的公共建筑流来的污水量。对于某一设计管段，本段流量是沿管段长度变化的，即从管段起点的零逐渐增加到终点的全部流量。为便于计算，通常假定本段流量从管段起点集中进入设计管段。而从上游管段和旁侧管流来的转输流量 q2和集中流量 q3对这一管段是不变的。,本段流量是以人口密度和管段的服务面积来计算，公式如下：,式中 q1 设计管段的本段流量（L/s）；F 设计管段的本段服务面积（ha）；q s 比流量（L/sha）。比流量是指 单位面积上排出的平均污水量。可用下式计算：式中 n 生活污水定额（L/人d）；人口密度（人/ha）。,节点设计流量计算设计流量：最高日最高时的污水流量。,管段设计流量计算从上游起端节点向下游节点，依次计算管段设计流量，直到末端节点，假定居民生活污水、工业废水、工业企业生活与沐浴污水、公共建筑污水等四类污水的最高小时流量同时出现，设计流量直接累加，得到污水管网管段设计流量的计算公式：,节点流量：该节点所接入的集中污水流量和该节点下游管段所连接用户的污水流量之和。前者称为集中流量，后者称为本段流量。前述四类污水流量中有三类（工业废水、工业企业职工生活污水和淋浴排水、公共建筑污水）作为集中流量处理，只有居民生活污水是本段（沿线）流量。如图9.4所示，沿线流量按照管段服务面积或管长比例分配，全部加到上游节点作为节点流量（不同于给水管网计算时均分到两端节点上）。,式中q1i居民生活污水平均日流量，L/s；q2i工业废水设计流量，L/s；q3i工业企业生活与淋浴污水设计流量，L/s；q4i公共建筑生活污水设计流量，L/s；Kzli居民生活污水量总变化系数，根据q1i查表9.1或用式（9.2）计算；M污水管网中的管段总数。q4i条管段输送的公共建筑生活污水设计流量，L/s，它们在管网中满足连续性条件；Kzli条管段输送的居民生活污水量总变化系数，根据q1i查表9.1或用式（9.2）计算；M污水管网中的管段总数。,图9.4 管段服务面积划分图,（L/s）,（9.9）,管段设计流量计算,1设计管段的划分（1）设计管段：两个检查井之间的管段，如果采用的设计流量不变，且采用同样的管径和坡度，则称它为设计管段。（2）划分设计管段：只是估计可以采用同样管径和坡度的连续管段，就可以划作一个设计管段。根据管道的平面布置图，凡有集中流量流入，有旁侧管接入的检查井均可作为设计管段的起止点。设计管段的起止点应依次编上号码。,2设计管段设计流量的确定 每一设计管段的污水设计流量可能包括以下几种流量。（1）本段流量 q1 是从本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；（3）集中流量q3 是从工业企业或其它产生大量污水的公共建筑流来的污水量。,本段流量计算,对于某一设计管段，本段流量是沿管段长度变化的，即从管段起点的零逐渐增加到终点的全部流量。为便于计算，通常假定本段流量从管段起点集中进入设计管段。而从上游管段和旁侧管流来的转输流量 q2和集中流量 q3对这一管段是不变的。本段流量是以人口密度和管段的服务面积来计算，公式如下：式中 q1:设计管段的本段流量（L/s）；F:设计管段的本段服务面积（ha）；q s:比流量（L/sha）。比流量是指单位面积上排出的平均污水量。可用下式计算：,设计流量计算,式中 n:生活污水定额（L/人d）；p:人口密度（人/ha）。某一设计管段的设计流量可由下式计算：式中 q ij:某一设计管段的设计流量（L/s）；q1:本段流量（L/s）；q2:转输流量（L/s）；q3:集中流量（L/s）；kz:生活污水总变化系数。,污水管道设计计算实例某市一个区的街坊平面图。居住区街坊人口密度为350 人/ha，居民生活污水定额为120 L/人d。火车站和公共浴室的污水设计流量分别为3 L/s和4L/s。工厂甲排除的废水设计流量为25 L/s。工厂乙排除的废水设计流量为6 L/s。生活污水和经过局部处理后的工业废水全部送至污水厂处理。工厂废水排出口的管底埋深为2 m，该市冰冻深度为1.40 m。试进行该区污水管道系统的设计计算（要求达到初步设计深度）。,排水管网设计方法和步骤如下：1在街坊平面图上布置污水管道 该区地势北高南低，坡度较小，无明显分水线，可划分为一个排水流域。支管采用低边式布置，干管基本上与等高线垂直，主干管布置在市区南部河岸低处，基本上与等高线平行。整个管道系统呈截流式布置。,2街坊编号并计算其面积 将街坊依次编号并计算其面积，列入表中。用箭头标出各街坊污水排出的方向。,街坊面积汇总表,3划分设计管段，计算设计流量 根据设计管段的定义和划分方法，将各干管和主干管有本段流量进入的点（一般定为街坊两端）、集中流量及旁侧支管进入的点，作为设计管段的起止点的检查井并编上号码。,各设计管段的设计流量应列表进行计算。本例中，居住区人口密度为350人/ha，居民污水定额为120 L/人d，则生活污水比流量为,【例9.2】例9.1的居住小区污水管网设计如图9.5所示，街坊划分为27个，箭头表示各街坊污水排出方向，各街坊汇水面积见表9.5。该小区自北向南倾斜，坡度较小，街道支管布置在较低一侧，干管基本与等高线垂直，布置在小区南面河岸低处，基本与等高线平行。污水管网平面采用截流式形式布置，初步设计方案如图9.5所示。试计算干管各管段污水设计流量。,图9.5,【解】本管网中主干管为17，可分为6个管段，其中管段12输送工厂甲集中流量，管段56输送工厂乙集中流量，管段23、34、45和67分别接纳街坊24、25、26和27的生活污水。三条干管为82、114和166，均没有直接的本段流量。居民生活污水平均日流量按面积分配，比流量为：,管段设计流量计算见表9.6。,9.3污水管道设计参数,为了保证污水管道的正常运行，室外排水设计规范（GB50014-2006）对相关设计参数作了相应规定。,图9.6充满度示意图,设计充满度 在一个设计管段中，污水在管道中的水深h和管道直径D的比值称为设计充满度，如图9.6 所示。当h/D=1时称为满管流，当h/D1时称为非满管流。污水管道应按非满管流设计，为未预见水量留有余地，避免污水溢出；排除有害气体；便于管道的疏通和维护。设计规范规定污水管道的最大设计充满度见表9.7。,最大设计充满度 表9.7,在计算污水管道充满度时，设计流量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，应按短时间内的满管流复核，保证污水不溢流到地面。对于明渠，设计规范规定设计超高不小于0.2m。,设计流速 为了防止管道中产生淤积或冲刷，设计流速应限制最大和最小设计流速。最小设计流速：管道不淤积流速，与污水中所含悬浮物的成分和粒度有关。室外排水设计规范规定污水管渠最小设计流速为0.6m/s，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0.4m/s。最大设计流速：管道不冲刷流速。该值与管道材料有关，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。明渠最大设计流速按表9.8采用。,最小管径为了养护方便，规定采用允许最小管径。在居住区和厂区内，污水支管最小管径为200mm，干管最小管径为300mm。城镇道路下的污水管道最小管径为300mm。若设计管段服务面积小，可直接采用最小管径，称为不计算管段。,明渠最大设计流速表9.8,选用最小管径的原因：（1）养护方便：一般在污水管道的上游部分，设计流量很小，若根据流量计算，则管径会很小，根据养护经验表明，管径过小易堵塞，使养护管道的费用增加。而小口径管道直径相差一号在同样埋深下，施工费用相差不多。（2）减小管道的埋深：此外采用较大的管径，可选用较小的坡度，使管道埋深减小。最小管径可见下表。,不计算管段：在污水管道的上游，由于设计管段服务的排水面积较小，所以流量较小，由此而计算出的管径也很小。如果某设计管段的设计流量小于在最小管径、最小设计坡度（最小流速）、充满度为0.5时管道通过的流量时，这个管段可以不必进行详细的水力计算，直接选用最小管径和最小设计坡度，该管段称为不计算管段。在有冲洗水源时，这些管段可考虑设置冲洗井定期冲洗以免堵塞。,最小设计坡度 为防止管道内产生沉淀，规定最小设计流速，相应的管道坡度称为最小设计坡度。设计坡度与设计流速的平方成正比，与水力半径的4/3次方成反比，不同管径的污水管道应有不同的最小坡度。（设计充满度条件下，管径越大，最小设计坡度值越小）规范规定最小设计坡度：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。当管道坡度不满足不淤流速时，应有防淤、清淤措施。钢筋混凝土管的建议最小设计坡度见表 9.9。,钢筋混凝土管的建议最小设计坡度见表 9.9。,常用管径的最小设计坡度（钢筋混凝土管非满流）表9.9,污水管道埋设深度 污水管道埋设深度：管道内壁底部离开地面的垂直距离，是一个重要设计参数。覆土厚度：管道顶部离开地面的垂直距离，见图9.7。埋设深度分为起点埋深、终点埋深和平均埋深，平均埋深是起点埋深和终点埋深的平均值。最小覆土厚度：保证管道不受外界压力和冰冻的影响和破坏的覆土厚度最小限值，这一最小限值。污水管道的最小覆土厚度，一般应满足下述三个要求：（1）防止管道内污水冰冻和因土壤冰冻膨胀而损坏管道 室外排水设计规范规定：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0.15m。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。（2）防止地面荷载破坏 车行道下管最小覆土厚度不宜小于0.7m。非车行道下的管道最小覆土厚度可减小。,（3）满足街区污水连接管衔接要求 从安装技术考虑，建筑物首层卫生设备的污水出户连接管最小埋深一般采用0.50.7m，所以污水支管起点最小埋深也应有0.60.7m。最大埋深：管道允许埋设深度的最大值称为最大允许埋深，应根据技术经济指标及施工方法而定。一般在干燥土壤中，最大埋深不超过78m；在多水、流砂、石灰岩地层中，一般不超过5m。,图9.7管道埋深示意图,污水管道的衔接 检查井设置原则：污水管道在管径、坡度、高程、方向发生变化及支管接入的地方及直线管段每隔一定距离。污水管道在检查井中衔接，遵守两个原则：（一）避免上游管道形成回水，造成淤积；（二）在平坦地区应尽可能提高下游管道的标高，以减少埋深。管道的常用衔接方法：水面平接，管顶平接、管底平接。水面平接：确定上、下游管道直径和设计充满度后，使上、下游管道内的设计水面保持等高。适用于上、下游管道直径相同时，特别是在平坦地区采用，可使下游管道埋深小。水面平接法如图9.8(a)所示。管顶平接：设计时使上、下游管道顶部保持等高，使上、下游管道内水平有一定落差，不容易产生回水，但下游管道的埋深可能增加。适用于地面坡度较大或下游管道直径大于上游管道直径时采用。管顶平接法如图9.8(b)所示。,（a）水面平接（b）管顶平接图9.8污水管道衔接示意图,特殊情况下，如下游管道地面坡度急增时，下游管径可能小于上游管道，此时应采用管底平接方法，保持上下游管道底部等高。,注意：（1）下游管段起端的水面和管内底标高都不得高于上游管段终端的水面和管内底标高。（2）当管道敷设地区的地面坡度很大时，为调整管内流速所采用的管道坡度将会小于地面坡度。为了保证下游管段的最小覆土厚度和减少上游管段的埋深，可根据地面坡度采用跌水连接。（3）在旁侧管道与干管交汇处，若旁侧管道的管内底标高比干管的管内底标高相差1m以上时，为保证干管有良好的水力条件，最好在旁侧管道上先设跌水井后再与干管相接。,4管渠材料的选择 由于生活污水对管材无特殊要求，且管道的敷设条件较好，故在本设计中，DN400 mm的管道采用混凝土管，DN400 mm以上的管道采用钢筋混凝土管。5各管段的水力计算 在各设计管段的设计流量确定后，便可按照污水管道水力计算的方法，从上游管段开始依次进行各设计管段的水力计算。,水力计算步骤的方法和步骤 方法：确定设计流量后，即从上游管段开始，进行各设计管段的水力计算。已知设计流量Q及管道粗造系数n，求管径D、设计充满度h/D、管道坡度i和流速v。为了简化管道水力计算，常使用水力计算简图。在进行水力计算时，对于每一个管段，有六个水力因素：设计流量Q及管道粗造系数n，求管径D、设计充满度h/D、管道坡度i和流速v。计算时采用水力计算表（Q 和n已知），D、v、i、h/D四个参数中，知道两个就可以查到其他的两个。,根据水力计算简表计算水力参数,1、已知n=0.014，D=300mm，i=0.004，Q=30L/s，求v和h/D;2、已知n=0.014，D=400mm，v=0.9m/s，Q=41L/s，求i和h/D;3、已知n=0.014，D=300mm，h/D=0.60，Q=32L/s，求i和v;,步骤：(1)从管道平面布置图上量出每一设计管段的长度，列入表中第2项。（2）将各设计管段的设计流量填入表中第3项。设计管段起止点检查井处的地面标高列入表中第10、11项。（3）计算每一设计管段的地面坡度，作为确定管道坡度时的参考。（4）根据管段的设计流量Q，参照地面坡度I，确定各设计管段的管径D、设计流速V、设计坡度i和设计充满度h/D。,其余各设计管段的管径、坡度、流速和充满度的计算方法与上述方法相同。在水力计算中，由于 Q、D、I、v、h/D各水力因素之间存在着相互制约的关系，因此，在查水力计算图时，存在着一个试算过程，最终确定的 D、I、v、h/D要符合设计规范的要求。（5）根据设计管段的长度和设计坡度求管段的降落量。如管段12的降落量为IL0.0021100.22 m，列入表中第9项。（6）根据管径和设计充满度求管段的水深。如管段12的水深 hDh/D0.350.4470.16 m，列入表中第8项。,(7)求各设计管段上、下端的管内底标高和埋设深度。控制点：是指在污水排水区域内，对管道系统的埋深起控制作用的点。各条干管的起点一般都是这条管道的控制点。这些控制点中离出水口最远最低的点，通常是整个管道系统的控制点。具有相当深度的工厂排出口也可能成为整个管道系统的控制点，它的埋深影响整个管道系统的埋深。,确定控制点的管道埋深 应根据城市的竖向规划，保证排水区域内各点的污 水都能自流排出，并考虑发展，留有适当余地；不能因照顾个别点而增加整个管道系统的埋深。对个别点 应采取加强管材强度；填土提高地面高程以保证管道所需的最小覆土厚度；设置泵站提高管位等措施，减小控制点的埋深.,首先确定管网系统的控制点。本例中离污水厂较远的干管起点有8、11、15及工厂出水口1点，这些点都可能成为管道系统的控制点。1点的埋深受冰冻深度和工厂废水排出口埋深的影响，由于冰冻深度为1.40 m，工厂排出口埋深为2.0 m，1点的埋深主要受工厂排出口埋深的控制。8、11、15三点的埋深可由冰冻深度及最小覆土厚度的限值决定，但因干管与等高线垂直布置，干管坡度可与地面坡度相近，因此埋深增加不多，整个管线上又无个别低洼点，故8、11、15三点的埋深不能控制整个主干管的埋设深度。对主干管埋深起决定作用的控制点则是1点。,6绘制管道平面图和纵剖面图 污水管道平面图和纵剖面图的绘制方法见本章第五节。本例题的设计深度仅为初步设计，所以，在水力计算结束后将求得的管径、坡度等数据标注在管道平面图上。同时，绘制出主干管的纵剖面图。,在进行管道的水力计算时，应注意如下问题：慎重确定设计地区的控制点。这些控制点常位于本区的最远或最低处，它们的埋深控制该地区污水管道的最小埋深。各条管道的起点、低洼地区的个别街坊和污水排出口较深的工业企业或公共建筑都是控制点的研究对象。研究管道敷设坡度与管线经过的地面坡度之间的关系。使确定的管道坡度在满足最小设计流速的前提下，既不使管道的埋深过大，又便于旁侧支管的接入。,水力计算自上游管段依次向下游管段进行，随着设计流量逐段增加，设计流速也应相应增加。如流量保持不变，流速不应减小。只有当坡度大的管道接到坡度小的管道时，下游管段的流速已大于1.0 m/s（陶土管）或1.2 m/s（混凝土、钢筋混凝土管道）的情况下，设计流速才允许减小。设计流量逐段增加，设计管径也应逐段增大，但当坡度小的管道接到坡度大的管道时，管径才可减小，但缩小的范围不得超过50100 mm，并不得小于最小管径。,在地面坡度太大的地区，为了减小管内水流速度，防止管壁遭受冲刷，管道坡度往往小于地面坡度。这就可能使下游管段的覆土厚度无法满足最小限值的要求，甚至超出地面，因此应在适当地点设置跌水井。当地面由陡坡突然变缓时，为了减小管道埋深，在变坡处应设跌水井。,水流通过检查井时，常引起局部水头损失。为了尽量降低这项损失，检查井底部在直线管段上要严格采用直线，在转弯处要采用匀称的曲线。通常直线检查井可不考虑局部水头损失。在旁侧管与干管的连接点上，要考虑干管的已定埋深是否允许旁侧管接入。同时为避免旁侧管和干管产生逆水和回水，旁侧管中的设计流速不应大于干管中的设计流速。初步设计时，只进行干管和主干管的水力计算。技术设计时，要进行所有管道的水力计算。,9.4污水管网水力计算,目的：根据管段设计流量，由上游管段开始，进行管段水力计算，确定管段直径和坡度。-管道坡度尽可能与地面平行，减少埋深；-保证合理的设计流速，不发生淤积和冲刷；-造价经济。,较大坡度地区管段设计当自然地形坡度可以利用时，管道可以沿着地面坡度敷设，如图9.9所示，节约工程费用。由管段设计流量和最大充满度约束条件，可计算管段直径D。计算过程如下：,9.4.1 不计算管段的确定不计算管段：规范规定，在街区和厂区内最小管径为200mm，在街道下的最小管径为300mm。当设计污水流量小于一定值时，可以不计算而直接采用最小管径，在平坦地区还可以直接采用最小设计坡度。通过计算可知，当管道粗糙系数为n=0.014时，对于街区和厂区内管道，最小设计坡度为4，当设计流量小于9.19L/s时，可以直接采用最小管径200mm；对于街道下管道，最小设计坡度为3，当设计流量小33L/s时，可以直接采用最小管径300mm。,图9.9 污水管道期望坡度,式中E1、E2管段上、下游节点地面高程，m；H1、H2管段上、下游节点埋深，m；L 管段长度，m。,9.4.2 较大坡度地区管段设计（续）（1）根据地形和管段两端节点处的埋深条件，用下式计算期望坡度i：,图9.9 污水管道期望坡度,(9.10),（2）计算管径D：,(9.11),（3）选取标准管径，计算与标准管径对应的值、充满度和流速。,污水管道直径选用图：附图1所示，由已知设计流量（横坐标）和坡度（纵坐标），可选定一个合适的管径。以设计流量q=200L/s，坡度I=6为例，从图中可以确定，合适的管径为D=600mm。,平坦或反坡地区管段设计 当管道敷设地点地形比较平坦甚至是反坡时，减小下游管段埋深，可以降低造价。采用较大管径可以减小坡度，计算最小坡度条件下的不同管径和不同粗糙系数n值的非满管流的流量，选取对应的最大管径，见表9.10。,9.4.4 管段衔接设计 首先确定管段起点埋深，对于非起点管段，应确定它与上游管段的衔接关系；三种衔接方法：管底平接、水面平接和管底平接；根据管段设计管径、坡度、充满度及管段长度，推求管段末端埋深，作为下游管段的衔接条件。管段末端埋深计算公式为：,(9.12),水力计算自上游管段依次向下游逐段进行。当坡度大的管道接到坡度小的管道时，下游管段的流速已大于1m/s（陶土管）或1.2m/s（混凝土、钢筋混凝土管道）的情况下，设计流速允许减小。当坡度小的管道接到坡度大的管道时，管径可以减小，但缩小的范围不得超过50100mm。,【例9.3】继续进行例9.2污水管网设计。拟采用混凝土排水管材，粗糙系数n=0.01，已知节点1最小埋深为2.0m，管网其它起点最小埋深要求均小于1.0m，因此节点1作为主干管的起点控制埋深。试进行主干管17的水力计算。,【解】从节点1开始，从上游管段依次向下游管段进行水力计算，见表9.11。,9.5管道平面图和纵剖面图绘制,平面图和纵剖面图是排水管道设计的主要组成部分。污水管道设计和雨水管道设计均应绘制相应的管道平面图和纵剖面图，二者在绘制要求上基本是一致的。根据设计阶段的不同，图纸所体现的内容和深度也不同。1平面图的绘制 平面图是管道的平面布置图，应反映出管道的总体布置和流域范围，不同设计阶段的平面图，其要求的内容也不同。初步设计阶段，一般只绘出管道平面图。采用的比例尺通常为1：50001：10000，图上应有地形、地物、河流、风向玫瑰或指北针等。新设计和原有的污水（或雨水）管道用粗单实线表示，只绘出主干管和干管。在管线上画出设计管段起止点的检查井并编号，标出各设计管段的服务面积，可能设置的泵站等。注明主干管和干管的管径、坡度和长度等。此外，还应附有必要的说明和工程项目表。,技术设计（或扩大初步设计）和施工图设计阶段，采用的比例尺通常为1：5001：5000，图上内容除反映初步设计的要求外，要求更加具体、详尽。要求注明检查井的准确位置和标高，污水管道与其它地下管线或构筑物交叉点的准确位置和标高，以及居住区街坊连接管或工厂排出管接入污水干管或主干管的准确位置和标高。地面设施包括人行边道、房屋界限、电杆、街边树木等。图上还应有图例、主要工程项目表和施工说明。,2纵剖面图的绘制,纵剖面图是管道的高程布置图，应反映出管道沿线的高程位置，它和平面图是相互对应的。图中，一般用细实线加图例表示原地面高程线和设计地面高程线，用双粗实线表示管道高程线，用中实线的双竖线表示检查井。对于工程量较小，地形、地物比较简单的污水（或雨水）管道工程，可不绘制纵剖面图，只需将设计管段的管径、坡度、管长、检查井的标高以及交叉点等内容注明在平面图。,但在较大工程中，情况比较复杂，必须绘制纵剖面图以明确管道的高程情况。在纵剖面图上应绘出原地面高程线和设计地面高程线，管道高程线，检查井及支管接入处位置、管径和高程，与其它地下管线、构筑物或障碍物交叉点的位置和高程，沿线地质钻孔位置和地质情况等。初步设计一般不绘制剖面图。,在剖面图的下方要画一表格，表中列出检查井号、管道长度、管径、管道设计坡度、设计地面高程、设计管内底高程、埋设深度、管道材料、接口形式和基础类型。有时也将流量、流速、充满度等水力计算数据注上。纵剖面图的比例尺，常采用横向1：5001：2000，纵向1：501：200。除管道的平、剖面图外，技术设计和施工图设计中，还应包括管道附属构筑物的详图、管道交叉点特殊处理的平、剖面图等。附属构筑物可在给水排水标准图集中选用。,9.5管道平面图和纵剖面图绘制,图9.10某污水管网主干管纵剖面图,9.6 管道污水处理,排水管道内的水质变化和水质净化机理和过程可以看作是对传统污水末端处理的一种替代或补充方式。合理的设计和运行，可以减少污水处理设施建设和运行开支，具有良好的经济效益和环境效益。,（1）管道中的水质转化过程 污水管道就如一个推流式反应器，发生诸多水质转变过程，包括：1）物理过程：输送、搅拌、混合、凝聚、絮凝、降解。2）化学过程：溶解、沉降、水解。3）生化过程：生物氧化、生物降解。研究和开发管道污水处理技术，创造管道中污水净化条件，发挥污水净化功能。（2）管道污水处理方法 好氧生物处理：向管道补充空气或氧气，增加污水附着生物量，接种即活性污泥，增强微生物的活性。在长距离输送的排水管道起端，建造活性污泥设施，增加水中微生物浓度，强化物质转化过程。实验室模拟实验表明，溶解性COD的去除效率可高达80-90%。利用污水管道作为污水处理系统或者作为部分处理的理念，一直在进行学术性讨论和研究，具有很高的专业科学价值和应用前景。,第9章 结束,