排水工程(污水管道系统设计).ppt

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1、第7章 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,设计计算,设计图纸的绘制,一、设计资料的调查及方案确定,设计资料调查,设计任务资料：有关的法令、法规、制度；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,林西县排水总平面图,一、设计资料的调查及方案确定,设计资料调查,设计任务资料：有关的法令、法规、制度；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、

2、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,一、设计资料的调查及方案确定（续）,设计方案确定,包括排水体制的选择、排水系统的布置形式，应通过技术、经济比较，确定最优的方案,二、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，设计流量包括生活污水量和工业废水量。,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,二、污水设计流量的计算（续1）,（1）居住区生活污水量计算,式中：Q1居住区生活污水

3、设计流量，L/s；n居住区生活污水量标准（L/(d.人)），按室 外排水设计规范选用，欧洲的典型值为 200（L/(d.人)），美国的典型值为250450（L/(d.人)）；N设计人口数，按规划部门根据统计资料提供 的参数选用；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,居住区生活污水排水定额,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）,55-90,90-125,130-170,60-95,100-140,140-180,6

4、5-100,110-150,145-185,65-100,120-160,150-190,55-90,100-140,140-180,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

5、肃在秦岭以南的地区，广西偏北的一小部分,二、污水设计流量的计算（续1）,（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；n居住区生活污水量标准（L/(d.人)），按室 外排水设计规范选用，欧洲的典型值为 200（L/(d.人)），美国的典型值为250450（L/(d.人)）；N设计人口数，按规划部门根据统计资料提供 的参数选用；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,污水平均日流量（L/s）

6、,总变化系数（KZ）,5,2.3,15,2.0,40,1.8,70,1.7,100,1.6,200,1.5,500,1.4,1000,1.3,二、污水设计流量的计算（续2）,（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公共建筑生活污水量标准（L/(d.人)），一般按 室内给水排水和热水供应设计规范推荐的参 数选用，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,二、污水设计流量的计算（续3）,（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

7、间最大班职工人数，人；A2热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)；B2热车间职工生活污水量标准，为35(L/(人.班)；K1一般车间生活污水量时变化系数，以3.0计；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；C2热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)；D2热车间的淋浴污水量标准，为60(L/(人.班)；T每班工作时数，h。,二、污水设计流量的计算（续4）,（4）工业废水设计流量计算,式中：Q4工业废水设计流量，L/s；m生产过程中每单位产品的废水量标准，L/单

8、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。,二、污水设计流量的计算（续5）,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，日本规定采用经验数据，按每人每日最大污水量的10%-20%。,三、污水管道的水力计算,污水管道内水质特点：,污水管道内水流特点,重力流,非满流,近似均匀流,排水管网理论与计算周玉文、赵洪宾著,三、污水管道的水力计算（续1）,水力计算的基本公式,式中：Q流量，m3/s；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

9、流速系数，或谢才系数。C值一般按曼宁公式计算，即,n管壁粗糙系数,三、污水管道的水力计算（续2）,污水管道水力计算的设计数据,设计充满度（h/D）,设计流速（v）,最小管径（D）,最小设计坡度（i）,设计充满度（h/D）,指设计流量下，管道内的有效水深与管径的比值。,h/D=1时，满流,h/D 1时，非满流,室外排水设计规范规定，最大充满度为：,管径（D）或暗渠高（H）（mm）,最大充满度（h/D）,2003003504505009001000,0.55(0.60)0.65(0.70)0.70(0.75)0.75(0.80),h,D,为什么要做最大设计充满度的规定？,1、预留一定的过水能力，防

10、止水量变化的冲击，为未预见水量的增长留有余地；2、有利于管道内的通风；3、便于管道的疏通和维护管理。,设计流速,与设计流量和设计充满度相应的污水平均流速。,最小设计流速：是保证管道内不发生淤积的流速，与污水中所含杂质有关；国外很多专家认为最小流速为，我国根据试验结果和运行经验确定最小流速为0.6m/s。,最大设计流速：是保证管道不被冲刷破坏的流速，与管道材料有关；金属管道的最大流速为10m/s，非金属管道的最大流速为5m/s。,*国内一些城市污水管道长期运行的情况说明，超过上述最高限值，并未发生冲刷管道的现象。,最小管径,1、为什么要规定最小管径？街坊管最小管径为200mm，街道管最小管径为3

11、00mm。2、什么叫不计算管段？在管道起端由于流量较小，通过水力计算查得的管径小于最小管径，对于这样的管段可不用再进行其他的水力计算，而直接采用最小管径和相应的最小坡度，这样的管段称为不计算管段。,最小设计坡度,相应于最小设计流速的坡度为最小设计坡度，最小设计坡度是保证不发生淤积时的坡度。,（1）,（2）,（3）,规定：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；管径400mm 的最小设计坡度为0.0015。,三、污水管道的水力计算（续3）,污水管道的埋设深度,管道的埋设深度有两个意义：,覆土厚度,埋设深度,决定污水管道最小覆土厚度的因素有哪些？,冰冻

12、线的要求,地面荷载,满足街坊管连接要求,地面,管道,温度与地层深度关系图,哈尔滨建筑大学与东北院部分研究结论：,1、东北寒冷地区城镇冬季生活污水水温在4-15度之间，以地表水为给水水源所排出的生活污水水温在4-10度之间，以地下水为水源排出的生活污水水温在8-15之间。2、出户管及起始端污水支管容易发生冰冻，主要是因为流量小，坡度小，容易产生沉积堵塞而发生冰冻。加大污水管坡度，可使容易冰冻的污水支管不发生冰冻。3、污水管埋深必须避开有严重破坏能力的冻胀层或对冻胀层加以处理。粗砂和砂砾层冰冻时，水向下流，不具有冻胀性。,室外排水设计规范规定：无保温措施的生活污水管道，管底可埋设在冰冻线以上0.1

13、5m；有保温措施或水温较高的管道，距离可以加大。国外规范规定：污水管道最小埋深，应根据当地的养护经验确定。无养护资料时，采用如下数值：管径小于500mm，管底在冰冻线上0.3m；管径大于500mm，为0.5m。,三、污水管道的水力计算（续3）,污水管道的埋设深度,管道的埋设深度有两个意义：,覆土厚度,埋设深度,决定污水管道最小覆土厚度的因素有哪些？,冰冻线的要求,地面荷载,满足街坊管连接要求,地面,管道,H=h+IL+Z1-Z2+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，0.60.7m；Z1街道污水管起点检查井检查井处地面标高，m；Z2街坊污水管起点检查井检查井处地

14、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；h连接支管与街道污水管的管内底高差，m。,三、污水管道的水力计算（续4）,污水管道水力计算的方法,1、需要确定的参数 流量Q、管径D、坡度I、流速v、充满度h/D和埋深H。2、确定方法 首先根据已知资料，计算出流量Q，根据Q值可初步确定管径D；然后，根据Q、D值，求I、h/D、v值。在这三个未知数中，还需知道一个参数，才能求得另外两个，此时可以在三个参数中先假设一个值，比如流速为最小流速，或是坡度为最小坡度，或是充满度满足一定要求等，之后进行查表或查图，就可得出其余两个未知数；最后要进行校核，若得出的两个参数满足其规

15、定的要求，则计算完成，若不满足要求，则需调整假设值，甚至管径D，重新进行计算。,例1 已知n=0.014,D=300mm,I=0.004,Q=30L/s,求v和h/D。,例1 已知n=0.014,D=300mm,h/D=0.55,Q=32L/s,求v和I。,四、污水管道的设计,确定排水区界，划分排水流域,管道定线,控制点确定和泵站的设置地点,设计管段及设计流量的确定,污水管道的衔接,污水管道在街道上的位置,确定排水区界，划分排水流域,排水区界是污水排水系统设置的界限。,排水流域是指在排水区界内，按照一定要求所划分的不同排水区域。（通常根据等高线划分排水区域，在地形平坦地区可按照面积的大小进行划

16、分。）,管道定线,在总平面图上确定污水管道的位置和走向。,管道定线的影响因素,地形,污水厂和出水口的位置,所采用的排水体制,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,集中流量尽量排入上游,控制点确定和泵站设置地点,对管道系统的埋深起控制作用的地点，通常在管道起点或最低最远点。,泵站设置地点,中途泵站,局部泵站,总泵站,设计管段及设计流量,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。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

17、（3070m）。,设计流量,本段流量,转输流量,集中流量,1,2,3,4,A,B,C,D,q,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；KZ生活污水量总变化系数；q0单位面积的本段平均流量，即比流量，L/s.公 顷 可用下式求得。,式中：n污水量标准，L/(人.d)；p人口密度，人/公顷。,污水管道的衔接,衔接的原则：尽可能地提高下游管段的高程，减 小埋深，降低造价；避免上游管段 回水淤积。,衔接的方式,水面平接,管顶平接,跌水连接,污水管道在街道上的位置,与其他管线、构筑物有一定的距离 与给水管相交时，设于给水管下方 尽量避免敷设在机动车道下，设在人行道下,五、污

18、水管道的设计举例,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，工厂甲和工厂乙的工业废水设计流量分别为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,管道定线,街坊面积计算,划分设计管段，计算设计流量,管道的水力计算,绘制图纸（平面图和管道纵剖面图）,水力计算注意问题,控制点选择 管道坡度与地面坡度 设计流速与设计管径 注意水头损失 旁侧支管连接,六、国外污水管道的设计方法介绍,常规设计方法,给水

19、量,60%80%,排水量,查曲线,最小流量,最大流量,校核自净流速,设计流量,乘系数（考虑地下水和雨水）,设计充满度一般按满流，也有非满流情况：小管0.5，其他0.75,真空管网：真空阀井、中继真空泵站和真空管道,压力式管网：研磨潜力泵、压力支管和压力干管,七、城市污水回用工程,污水回用意义,污水回用目标与水质,污水回用处理技术,淡水储量仅为3.51016m3不足全球总水量的3%,易开发利用的淡水储量为4.01015m3，占淡水的11%,世界水资源概况,世界水资源研究所：全世界有26个国家2.32 亿人口面临缺水的威胁,联合国发出警报：世界范围内的缺水问题将严重制约本世纪的经济发展，并有可能导

20、致国家和地区间发生冲突和战争,我国水资源现状,人均水资源占有量2200立方米 约为世界平均水平的1/4 排名世界第112位 每年因缺水而造成的经济损失约 20003000亿元,解决水资源缺乏的途径,海水淡化 修建水库，贮存雨水 长距离引水 开发地下水 节约用水 污水回用,污水回用对象,污水回用于农业灌溉污水回用于工业：如冷却水污水回用于城市生活：即建筑中水（市政用水、生活杂用水）,由于生活污水水量大且流量稳定，成为主要的回用研究对象,我国生活杂用水水质标准,日本的中水水质标准,典型的中水处理工艺流程,出水,进水,格栅,沉砂池,初沉池,曝气池,二沉池,投药混凝反应,沉淀池,过滤池,消毒池,预处理,中心处理,后处理,二级生物处理、给水处理工艺的组合,中水回用过程中存在的问题,传统的处理工艺流程复杂，自动化水平不高，要求管理人员有较高的专业水平，使得中水设施建成后，能够正常运行的不多。中水处理成本偏高，同国内偏低的自来水价格相比，并无优势，而且中水水质难以保证，使得人们难以接受中水这一“新鲜”事物。房地产开发商在配套中水设施时，会因增加建设成本而影响其在市场的竞争力。人们的水资源危机意识还较淡薄，使得中水设施的发展受到了阻碍。,