给排水污水管道设计计算..doc

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1、2 污水管道设计计算 21 排水区域划分及管线布置 排水区域划分该地区所地区地面平坦，可按一个高度确定地面标高。区域最北部为京杭大运河，沿河的东部与西局部别有一个污水处理厂。根据以上条件划分排水区域为：以淮海路为分界限，划分成两个排水区域。淮海路以西所排放的污水排入四季青污水处理厂，以东排入淮安第二污水处理厂。 管线布置图1 污水管道布置图初步设计管线布置原那么是充分利用地形、地势，就近排入水体，以减小管道埋深，降低工程造价。该地区地势平坦，区域最北边为京杭大运河，因此干管自南向北采用截流式敷设。截流式是正交式的改良，即沿河岸敷设主干管。这种布置的优点是干管长度短，管径小，因而较经济，污水排出

2、也比拟迅速。干管根本上聚集街道两边相邻街区的污水，假设街区面积较小且最近街道未敷设干管，那么可能利用支管将该街区污水输送进最近的干管。具体如图1所示。22 污水流量计算污水设计流量包括生活废水与工业废水两大类。本设计中，工业废水水量不大，可直接汇入生活污水管道中一并送入污水处理厂。各个功能区的排水量，并从所给地图中量出排水面积，即可求出污水的流量。街区流量的计算公式3： (2-1)Q流量，L/sq污水指标，m3/had，居住用地：55m3/had；公共设施用地：40 m3/had；仓储用地：20m3/had；市政用地：15 m3/had；其它污水为总污水量的10%。A面积，ha，在所给地区地形

3、图上根据区域面积计算。由于居住区生活污水定额是平均值，因此根据设计人口与生活污水定额计算所得的是污水平均流量。而实际上流入污水管道的污水量时刻扣在变化。这些变化包括季节变换，日间变换等等。假设要采用平均值计算流量，必须设定污水变化系数来修订水量。下表是我国?室外排水设计标准?GBJ1487采用的居住区生活污水量总变化系数值。表1 生活污水总变化系数9污水平均日流量L/S51540701002005001000总变化系数(KZ)2320181716151413街区编号及面积流量如下表所示：街区编号123456街区面积ha流量(L/s)街区编号789(1)9(2)1011街区面积ha流量(L/s)

4、街区编号121314151617街区面积ha流量(L/s)0街区编号18(1)18(2)19202122街区面积ha流量(L/s)街区编号232425262728街区面积ha流量(L/s)街区编号293031323334街区面积ha流量(L/s)街区编号353637383940街区面积ha流量(L/s)街区编号414243444546街区面积ha流量(L/s)街区编号474849505152街区面积ha流量(L/s)街区编号535455565758街区面积ha流量(L/s)街区编号596061626364街区面积ha流量(L/s)街区编号656667686970街区面积ha流量(L/s)街区编

5、号71街区面积ha流量(L/s)表2 街区面积及流量23 污水管道的水力计算污水沟道水力学设计的原那么：为了保证购到能正常运行，以顺利地收集与输送生活污水与工业废水，沟道水力学计算要满足以下要求：a) 不溢流生活污水与工业废水从沟道中溢流到地面会造成环境污染，所以污水沟道是不允许溢流的。为防止溢流的发生，水力计算的流量是可能出现的最大流量。b) 不淤积当管道中的水流流速太小时，水中的固体杂质会下沉，淤积在管道中，造成管道堵塞，因此，管道中的流速应当不致使固体下沉而规定一个最小设计流速。c) 不冲刷沟壁当管道中的流速过大时，管道中的水流会冲刷管壁，长此以往，管壁会损坏，因此，水力计算应规定一个最

6、大设计流速。d) 要注意通风生活污水与工业废水中有些物质会散发有毒气体与可燃气体，管道的设计要按照不满流计算，在管道中的水面上保存一局部空间，作为通风排起的通道，并为不溢流留有余地。 水力计算根本公式在施工中尽量注意改善管道的水力条件，使管内污水流动尽可能接近均匀流，这样，在排水管道的水力计算中可采用均匀流公式。流速的公式利用谢才公式与曼宁公式连立求得9： (2-2)流速m/sR水力半径过水断面面积与湿周的比值mI水力坡度等于水面坡度，也等于管底坡度C流速系数或称谢才系数C10按曼宁公式求解： (2-3)n管壁粗糙系数，更具管渠材料而定。 污水管道水力计算的设计参数a) 设计充满度在设计流量情

7、况下，充满度1为不满流，=1为满流h为管道中水深，D为直径。我国的污水管道设计安不满流进展设计，最大设计充满度的规定如下表：表3 最大设计充满度3 管径D或暗渠高Hmm最大设计充满度或2003003504505009001000在计算污水管道充满都市。不包括淋浴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。这样规定的原因是：1) 污水流量时刻在变化，很难准确计算，而且雨水或地下水可能通过检查井盖或管道接口渗入污水管道。因此，有必要保存一局部管道断面，为未预见水量的增长留有余地，防止污水一处阻碍环境卫生。2) 污水管道内沉积的污泥可能分解析出一些有害气体。此为，污水中如含

8、有汽油、苯、石油等易燃液体是，可能形成爆炸性气体。故需留出适当的空间，以利于管道的通风，排除有害气体，对于管道爆炸有良好的效果。3) 便于管道的疏通与维护管理。b) 设计流速与设计流量、设计充满度相应的水流平均速度叫做设计流速。污水在管内流动缓慢时，污水中所含杂质可能下沉，产生淤积；当污水流速增大时，可能产生冲刷现象，甚至损坏管道。为了防止管道中产生淤积或冲刷，设计流速不宜过小或者过大，应在最大与最小设计流速范围之内。最小设计流速是保证管道内部发生淤积的流速。根据国内污水管实际运行情况的观测数据并参考国外经历，污水管道的最小设计流速定为/s3，当含有金属、矿物固体或重油杂质的生产污水管道，其最

9、小设计流速应适当增大。最大设计流速是保证管道不被冲刷损坏的流速，一般，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/s3。c) 最小管径在污水管道系统的上游局部，污水管段的水急流量一般很小，假设根据设计流量计算管径，那么管径会很小，极易堵塞。根据污水管道的养护纪录统计，直径为150mm的支管的堵塞次数，可能到达直径为200mm的支管的堵塞次数的两倍，使管道养护费用增加。然而，在同样埋深条件下，直径200mm与150mm的管道造价相差不多，而采用较大管径可减小管道坡度，以减小管道埋深。我们为了护养工作的方便规定最小埋深如下表所示：表4 污水沟管的最小管径及最小设计坡度11沟

10、道位置最小管径/mm最小设计坡度/i在街坊与厂区内在街道下20030000040003d) 最小设计坡度在污水管道系统设计中，通常是管道埋设坡度与实际地区的地面坡度根本一致，但管道坡度造成的流速应等于或大于最小设计流速，以防止管道内产生沉淀。所以最小设计坡度是最小设计流速时的管道坡度。管径一样的管道，因充满度不同，其最小坡度也不同。我们规定200mm的最小设计坡度；管径300mm的最小设计坡度。在给定管径的圆形管道中，满流与半满流运行时的流速是相等的，处于满流与半满流之间的理论流速略大一些，而随着水深降至半满流以下，那么其流速逐渐下降，故在确定最小管径的最小坡度时采用的实际充满度为。e) 埋设

11、深度图2 埋设深度污水管道的埋深是管道的内壁距地面的垂直距离。管道埋深影响管道造价，与管道材料、直径、施工现场地质条件与管道埋设深度等条件有关。一条管道的埋深分为起点埋深、终点埋深与管道平均埋深，管段平均埋深是起点埋深与终点埋深的平均值。为保证污水管道不受外界压力与冰冻的影响与破坏，我们规定一个最小覆土厚度。污水管道内的污水是利用重力从高处流向低处的。当管道内的坡度大于地面坡度时，管道系统的埋深会越来越大。埋深越大，那么造价越高，因此，管道也有一个最大埋深限值。一般，管道起点最小埋深应有0.63；枯燥土壤中，最大埋深不超过89m；多水、流沙、石灰岩地层中，不超过5m。超过最大埋深时，应考虑设置

12、提升泵站。 污水管道的设计这是本设计的最重要局部。首先应确定排水区界，划分排水流域。该片区有两个污水处理厂，分别在片区的最北部的东西两边。因此，可划分为两个区域，以淮海路为分界限，西边区域的污水流入四季青污水处理厂，东边区域的污水流入第二污水处理厂。主干管沿大运河敷设，干管沿道路由北向南敷设。主要的管道布置如下图，沿线流量如表所示，水力计算如表所示。表5 干管1水力计算表管段编号管道长度(m)设计流量(L/s)管径(mm)坡度流速(m/s)充满度(m)降落量(m)h/Dh12345678978300893009103501011350111245012134501314450141545015

13、165001617500171500设计地面标高(m)设计水面标高(m)设计管内底(m)埋设深度(m)上端下端上端下端上端下端上端下端1011121314151617管段编号管道长度(m)设计流量(L/s)管径(mm)坡度流速(m/s)充满度(m)降落量(m)h/Dh123456789181930019203002021300212235022233502324450242545025265002627500273500设计地面标高(m)设计水面标高(m)设计管内底标高(m)埋设深度(m)上端下端上端下端上端下端上端下端1011121314151617管段编号管道长度(m)设计流量(L/s)管

14、径(mm)坡度流速(m/s)充满度(m)降落量(m)h/Dh1234567892829400293045030315003132600323360033341786003435700355700设计地面标高(m)设计水面标高(m)设计管内底标高(m)埋设深度(m)上端下端上端下端上端下端上端下端10111213141516171管段编号管道长度(m)设计流量(L/s)管径(mm)坡度流速(m/s)充满度(m)降落量(m)h/Dh123456789363730037383003839300394040040414504142450426500设计地面标高(m)设计水面标高(m)设计管内底标高(m

15、)埋设深度(m)上端下端上端下端上端下端上端下端10111213141516171管段编号管道长度(m)设计流量(L/s)管径(mm)坡度流速(m/s)充满度(m)降落量(m)h/Dh12345678962633006364300646530065663506655400设计地面标高(m)设计水面标高(m)设计管内底标高(m)埋设深度(m)上端下端上端下端上端下端上端下端10111213141516171管段编号管道长度(m)设计流量(L/s)管径(mm)坡度流速(m/s)充满度(m)降落量(m)h/Dh123456789676845068694506956450设计地面标高(m)设计水面标高

16、(m)设计管内底标高(m)埋设深度(m)上端下端上端下端上端下端上端下端1011121314151617管段编号管道长度m设计流量(L/s)管径(mm)坡度流速(m/s)充满度m降落量(m)h/Dh12345678971724507258450设计地面标高m设计水面标高(m)设计管内底标高(m)埋设深度(m)上端下端上端下端上端下端上端下端1011121314151617管段编号管道长度m设计流量(L/s)管径(mm)坡度流速(m/s)充满度(m)降落量(m)h/Dh12345678973745007460500设计地面标高(m)设计水面标高(m)设计管内底标高(m)埋设深度(m)上端下端上端

17、下端上端下端上端下端10111213141516171表6 主干管水力计算表管段编号管段长度(m)设计流量(L/s)管径(mm)坡度流速(m/s)充满度(m)降落量(m)h/Dh1234567891270023700348004580065500555645056577005758700616030060595005958500设计地面标高(m)设计水面标高(m)设计管内底标高(m)埋设深度(m)上端下端上端下端上端下端上端下端1011121314151617a) 在管道平面布置图上量出每一段设计管段的长度，列入第2项。计算出每段的设计流量列入第3项，根据图纸将地面标高列入第10、11项。本设

18、计地势平坦，可认为整个区域上地面标高一样，地面坡度为0。b) 确定起始管段的管径D以及设计流速v，设计坡度I，设计充满度h/D。首先,根据流量假设一个管径，在假设设计坡度I，根据管径、坡度及本段流量查水力计算表，查出设计流速v及设计充满度h/D。将以上数据填入第4、6、5、7项。c) 假设流量增大，那么管径有可能增大也有可能不变，假设增大，那么以50mm为一个等级。设计流量Q、设计流速v、设计充满度h/D、设计坡度I、管径D之间又相互制约的关系，因此在确定这些数据的过程是一个试算的过程，必须是这些参数全部满足最大或最小设计参数。d) 计算各管段上端、下端的水面、管底标高及其埋深1) 确定管网系

19、统的控制点。本设计中据四季青污水厂最远的点有7、18、28、36；据第二污水处理厂最远的点有55、61、62、67、71、73，因此选择这几个点作为控制点。由于本区域的地势平坦，可以不需要考虑地面的影响，故这几个点可以控制整个干管及主干管的埋深。2) 设计管段上、下端的内底标高、水面标高及埋设深度。首先确定管段上端的管内底标高，填入第14项；管内底水面标高为管内底的标高加上管内水深，填入第12项。管段下端的管内底标高为该管段上端的管内底标高减去降落量，填入第15项；同样，管段下端水面标高为该管段上端水面标高减降落量，填入第13项；埋深为地面标高减去管内底标高，填入第17、18项。当上一根管段与下一根管段的管径一样时，采用水面平接；当两根管段管径不同时，采用管顶平接。根据以上方法求出每根干管的标高，再从2点开场用同样方法计算主干管标高。假设在干管接入主干管点处的管道标高不一致，以标上下的即埋设深度大的为准，将另一管段的各计算要素作相应的调整。干管接入主干管的接口处也应用管底平接与水面平接两种方式，具体计算方法与干管一样，但要注意，不管是那种方式，都是两个管道的下端标高一样。第 22 页