排水工程污水管道系统设计课件.pptx

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1、第第2章章 污水管道系统的设计污水管道系统的设计1、 设计资料的调查及设计方案的确定设计资料的调查及设计方案的确定2、污水设计流量的确定、污水设计流量的确定3、污水管道的水力计算、污水管道的水力计算4、污水管道的设计、污水管道的设计5、污水管道的设计计算举例、污水管道的设计计算举例6、污水管道平面图和纵剖面图的绘制、污水管道平面图和纵剖面图的绘制7、城市污水回用工程、城市污水回用工程8、排水工程投资估算、排水工程投资估算2.2.1 生活污水设计流量l居住区生活污水设计流量居住区生活污水设计流量 3600241ZKNnQ 第第3节节 污水管道的水力计算污水管道的水力计算一、污水管道中污水流动的特

2、点一、污水管道中污水流动的特点l枝状管网l重力流l含有有机物和无机物l比重小的漂浮；较重的悬浮；最重的沿着管底移动或淤积l污水中水分一般在99以上，可假定污水的流动按照一般液体流动的规律，l假定管道内水流是均匀流。l但污水管道中实测流速是有变化的。同时流量也在变化，因此污水管道内水流实际不是均匀流l 在设计与施工中，注意改善的水力条件，则可使管内水流尽可能的接近均匀流。二、水力计算的基本公式二、水力计算的基本公式l水力计算的目的：合理的经济的选择管道断面尺寸、坡度和埋深l在设计与施工中注意改善管道的水力条件，可使管内污水的流动状态尽可能地接近均匀流(图22)，以及变速流公式计算的复杂性和污水流

3、动的变化未定，即使采用变速流公式计算也很难保证精确。l因此。为了简化计算工作，目前在排水管道的水力计算中仍采用均匀流公式l常用的均匀流基本公式有：式中 Q流量(m3/s)； A过水断面面积(m2) v流速(m/s)； R水力半径(过水断面面积与湿周的比值)(m) I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。流量公式流速公式vAQIRCvC值一般按曼宁公式计算，即：换算后得：式中 n管壁粗糙系数。2.3.3 污水管道水力计算的设计数据污水管道水力计算的设计数据l 1设计充满度概念：在设计流量下、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(或水深比)，说明：h/D

4、1时称为满流,h/Dl时称为不满流。 污水管道的设计有按满流和不满流两种方法。我国按不满流进行设计。污水管道按非满流设计的原因：l (1)污水流量时刻在变化，很难精确计算，而且雨水或地下水可能通过检查井盖或管道接口渗人污水管道。因此，有必要保留一部分管道断面，为未预见水量的增长留有余地，避免污水溢出妨碍环境卫生。l (2)污水管道内沉积的污泥可能分解析出一些有害气体。此外，污水中如含有汽油、苯、石油等易燃液体时，可能形成爆炸性气体。故需留出适当的空间，以利管道的通风，排除有害气体，对防止瞥道爆炸有良好效果。l (3)便于管道的疏通和维护管理。最大设计充满度：2.设计流速设计流速l设计流速：和设

5、计流量、设计充满度相应的水流平均速度叫做-。l 最小设计流速：是保证管道内不致发生淤积的流速。 这一最低的限值与污水中所含悬浮物的成分和粒度有关；与管道的水力半径，管壁的粗糙系数有关。污水管道的最小设计流速定为0.6m/s。含有金屑、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，其值要根据试验或运行经验确定。l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。 3最小管径最小管径l一般在污水管道系统的上游部分，设计污水流量很小，若根据流量计算，则管径会很小。 根据养护经验证明，管径过小极

6、易堵塞，比如150mm支管的堵塞次数，有时达到200mm支管堵塞次数的两倍，使养护管道的费用增加。而200mm与150mm管道在同样埋探下，施工费用相差不多。 此外，因采用较大的管径，可选用较小的坡度，使管道埋深减小。因此，为了养护工作的方便，常规定一个允许的最小管径。l在街区和厂区内最小管径为200mm，在街道下为300mm。l在进行管道水力计算时，上游管段由于服务的排水面积小，因而设计流量小，按此流量计算得出的管径小于最小管径，此时就采用最小管径值。l因此，一般可根据最小管径在最小设计流速和最大充满度情况下能通过的最大流量值，从而进一步估算出设计管段服务的排水面积。若设计管段服务的排水面积

7、小于此值，即直接采用最小管径和相应的最小坡度而不再进行水力计算。这种管段称为不计算管段。l在这些管段中，当有适当的冲洗水源时，可考虑设置冲洗井。4最小设计坡度最小设计坡度l最小设计坡度：指相应于管内流速为最小设计流速时的管道坡度。l不同管径的污水管道应有不同的最小坡度。l管径相同的管道，因充满度不同，其最小坡度也不同。当在给定设计充满度条件下，管径越大，相应的最小设计坡度值也就越小。所以只需规定最小管径的最小设计坡度值即可。l具体规定是：管径200mm的最小设计坡度0.004；管径300mm的最小设计坡度0.003。 l在给定管径和坡度的圆形管道中，满流与半满流运行时的流速是相等的，处于满流与

8、半满流之间的理论流速则略大一些，而随着水深降至半满流以下，则其流速逐渐下降，详见表29。故在确定最小管径的最小坡度时采用的设计充满度为0.5。2.3.4 污水管道的埋设深度污水管道的埋设深度l 污水管网占污水工程总投资的50一75，而构成污水管道造价的挖填沟槽，沟槽支撑，湿土排水，管道基础，管道铺设各部分的比重，与管道的埋没深度及开槽支撑方式有很大关系。l在实际工程中，同一直径的管道，采用的管材、接口和基础型式均相同，因其埋设深度不同，管道单位长度的工程费用相差较大。因此，合理地确定管道埋深对于降低了程造价是十分重要的。在土质较差、地下水位较高的地区，若能设法减小管道理深，对于降低工程造价尤为

9、明显l1覆土厚度指管道外壁顶部到地面的距离l2埋设深度指管道内壁底到地面的距离。最小覆土厚度的确定：l1必须防止管道内污水冰冻和因土壤冻胀而损坏管道l 设计时采用的土壤冰冻深度指多年平均值而非最大值l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，其数值应根据该地区或条件相似地区的经验确定l2必须防止管壁因地面荷载而受到破坏l静荷载和动荷载。l车行道下污水管最小覆土厚度不宜小于0.7m。非车行道下的污水管道若能满足管道衔接的要求以及无动荷载的影响，其最小覆土厚度值也可

10、适当减小。l3必须满足街区污水连接管衔接的要求Z2 H=h+ IL+Z1-Z2+hlH街道污水管网起点的最小埋深(m)；lh街区污水管起点的最小埋深(m)；lZl街道污水管起点检查井处地面标高(m)；lZ2街区污水管起点检查井处地面标高(m)；lI街区污水管和连接支管的坡度；lL街区污水管和连接支管的总长度(m)；lh连接支管与街道污水管的管内底高差(m) 最小覆土厚度的确定：l取以上三项结果的最大值最大埋深l管道埋深允许的最大值称为最大允许埋深。l该值的确定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，一股不超过5m。管网优化管网优化l

11、对于污水管道系统，采用较大管径则坡降较小，采用较小管径则坡降增大。l管径大小只影响本管段的造价，坡降则影响其下游的各个管段，上游段增加的埋深可以导致下游各段均相应增加埋深。l因此管径的不同选择存在降低本段管道造价与增加本段和下游各段敷设费用的矛盾，需要设计人员根据经验或依据优化理论应用计算机合理地选用管径。 五、五、 污水管道水力计算的方法污水管道水力计算的方法污水设计流量为已知，需确定管道的断面和敷设的坡度。选择的断面尺寸，在规定的设计流速和充满度情况下，能排泄设计流量。坡度应参照地面坡度和最小坡度。常用计算方法：l水力计算图l水力计算表第一段管道：lQ不设计流量，若D=200mm,取I=0

12、.004,h/D=0.5，v=0.6m/slQ不设计流量，若D=300mm,取I=0.003,h/D=0.5, v=0.6m/s之后管段设计见例题水力计算图法水力计算图法l例题1：已知n=0.014、D300mm、I0.004、Q30Ls，l求v和hD。l见p163V=0.82H/D=0.52l例题2：已知n=0.014、D400mm、 v0.9m/s、Q41L/s，l求I和h/D。l见p165I=0.0043h/D=0.39l例题3：已知n=0.014、 Q85L/s，且知上游v0.8m/s、上游D=400mm、l求本段D、v、I和h/D。最大充满度v=0.98过大充满度过大坡度可减小I=0

13、.0017H/D=0.63过大V=0.8不合适I=0.0023H/D=0.59过大V=0.85过大不合适I=0.002H/D=0.52V=0.8合适l求得结果为：I=0.002H/D=0.52V=0.8D=500l例题4：已知n=0.014、 Q60L/s，v0.8m/s、l求D、I和h/D。l请同学们自己做！l答案：lD=400mmlI=0.0024lH/D=0.57lD=450lI=0.0024lH/D=0.48二者都可以，后者更安全l例题5：已知n=0.014、 Q215L/s、且知上游v0.84m/s、上游D=600mm、l求本段D、v、I和h/D。l请同学们自己做！答案：lD=800

14、mmlI=0.0013lH/D=0.49lV=0.85水力计算表法水力计算表法l例题1：已知n=0.014、D300mm、I0.004、Q30Ls，l求v和hD。l见p39l采用内插法计算第第4节节 污水管道的设计污水管道的设计l2.4.1 确定排水区界，划分排水流域确定排水区界，划分排水流域l2.4.2 管道定线和平面布置的组合管道定线和平面布置的组合l2.4.3 控制点的确定和泵站的设置地点控制点的确定和泵站的设置地点l2.4.4 设计管段及设计流量的确定设计管段及设计流量的确定l2.4.5 污水管道的衔接污水管道的衔接l2.4.6 污水管道在街道上的位置污水管道在街道上的位置第第2章章

15、污水管道系统的设计污水管道系统的设计第第4节节 污水管道的设计污水管道的设计l2.4.1 确定排水区界，划分排水流域。确定排水区界，划分排水流域。 1、排水区界：污水排水系统设置的界限 2、排水流域划分常见方法： （1）按等高线划出分水线 适用于：丘陵及地形起伏地区 （2）按面积的大小划分 适用于：地形平坦无显著的分水线的地区 注意：干管要标明水流方向和污水需要抽升的地区 某市排水流域划分情况图示如下：l2.4.2 管道定线和平面布置的组合管道定线和平面布置的组合 1、 管道定线管道定线 在城镇（地区）总平面图上确定污水管道的走向和位置，称污水管道系统的定线。 1）管道定线顺序：主干管 干管

16、支管。 2）原则：尽可能的在管线较短和埋深的情况下，让最大区域的污水能自流排出。 3）考虑因素：地形和用地布局；排水体制和线路数目；污水厂和出水口位置；水文地质；道路宽度；地下管线及构筑物的位置；工企业和产生大量污水的建筑分布情况。l2.4.2 管道定线和平面布置的组合管道定线和平面布置的组合 1、管道定线、管道定线l 主要因素：地形地形。 要充分利用地形，一般宜顺坡排水。 （1）在整个排水区域较低的地方：主干管及干管设在此处，横支管坡度宜与地面坡度一致。 （2）地形平坦地区：干管与等高线垂直，主干管与等高线平行。 （3）地形倾向河道的坡度很大时：主干管与等高线垂直，干管与等高线平行。主干管上

17、可设部分跌水井。u 污水管道一定要有坡度！l2.4.2 管道定线和平面布置的组合管道定线和平面布置的组合 2、平面布置、平面布置 （1） 主要因素（支管）：地形及街区建筑特征，便于用户接管排水。 1）低边式布置 （图2-8 -1） 2）周边式布置 （图2-8 -2） 3）穿坊式布置 （图2-8 -3）l2.4.2 管道定线和平面布置的组合管道定线和平面布置的组合 （2）污水主干管的走向取决于污水厂和出水口的位置。因此其数目与布设位置，将影响主干管的数目和走向。 （3） 地质条件，地下构筑物和其他障碍物对管道定线的影响： 1）主干管布置在坚硬密实的土壤中； 2）尽量避免和减少管道穿越高地，基岩浅

18、露地带，或基质土壤不良地带； 3）考虑街道宽度及交通状况。不宜设在交通繁忙而狭窄的街道下。若街道宽度超过40m，设两条平行的污水管道。 4）尽量避免和减少管道与河道、山谷、铁路及各种地下构筑物交叉。 平行式盾构技术穿越河道l2.4.2 管道定线和平面布置的组合管道定线和平面布置的组合 穿越铁路l2.4.2 管道定线和平面布置的组合管道定线和平面布置的组合 5）将产生大流量污水的工厂或公共建筑物的污水排出口接入污水干管起端是有利的。（为了增大上游干管的直径，减小敷设坡度，以致能减少整个管道系统的埋深。）（4）总之：）总之：l 管道总平面图：在初步设计中包括干管、主干管的位置，走向和主要泵站、污水

19、厂、出水口等的位置。l 在技术设计时：包括全部支管、干管、主干管、泵站、污水厂、出水口等的具体位置和资料。l2.4.3 控制点的确定和泵站的设置地点控制点的确定和泵站的设置地点 1、 污水排水区域内，对管道系统的埋深起控制作用的地点称为控制点。 （1）管道的起点是这条管道的控制点； （2）这些控制点离出水口最远的一点，通常就是整个系统的控制点。 2、控制点的标高： （1）在埋深上适当留有余地； （2）顾全大局，不能因照顾个别控制点而增加整个管道系统的埋深。措施：加强管材强度填土提高地面高程保证最小覆土厚度；设置泵站提高下游管位置。l2.4.3 控制点的确定和泵站的设置地点控制点的确定和泵站的设

20、置地点 3、设置泵站 （1）中途泵站：管道埋深接近最大埋深时，为提高下游管道的管位而设置的泵站； （2）局部泵站：若是将低洼地区的污水抽升到地势较高地区管道中；或将高层建筑地下室、地铁等建筑污水抽送到附近管道所设置的泵站； （3）终点或总泵站：通常污水管道终点埋深很大，而污水处理厂的处理构筑物一般埋深很浅或设置在地面上，所以设泵站将污水抽升至第一个处理构筑物，则这类泵站被称为- 考虑因素：环境卫生、地质、电源和施工条件l2.4.4 设计管段及设计流量的确定设计管段及设计流量的确定 1、设计管段及其划分 两个检查井之间的管段采用的设计流量不变，且采用同样的管径和坡度，称它为设计管段。 划分设计管

21、段时不需要把每个检查井都作为起迄点，估计采用同样管径和坡度的连续管段划分为一个设计起迄点。但，有集中流量进入、旁侧管接入的检查井均可作为起迄点。起迄点应编号码。 2、设计管段的设计流量 （1）本段流量q1：从管段沿线街坊流来的污水量； （2）转输流量q2：从上游管段或旁侧管段流来的污水量； （3）集中流量q3：从工业企业或其它大型的公共建筑物流来的污水量。 本段流量：本管段服务区的全部污水量。本管段服务区的全部污水量。q q1 1=F=F q q0 0 K KZ ZF-F-设计管段服务的街坊面积（设计管段服务的街坊面积（ha)ha)q q0 0-比流量比流量(L/s(L/s ha)ha)q q

22、0 0=(n=(n p)/86400p)/86400K KZ Z-生活污水量总变化系数生活污水量总变化系数初步设计：只计算干管和主干管的流量；初步设计：只计算干管和主干管的流量；技术设计时：计算全部管段的流量技术设计时：计算全部管段的流量lq设计设计=q1+ q2 + q3l2.4.5 污水管道的衔接 1、原则： （1）尽可能提高上游管段的高程，减小埋深，降低造价； （2）避免上游管段中形成回水而造成的淤积。 2、方法：水面平接、管顶平接。（1）水面平接特点：上游管段终端与下游管段起端的水面标高相同。 缺点：上游管段易形成回水。（2）管顶平接特点：上游管段终端与下游管段起端的管顶标高相同，不回

23、水。 缺点：下游管段的埋深将增加。 总之：下游管段起端的水面不高于上游管段终端的水面。下游管段起端的管底标高不高于上游管段终端的管底标高。当管道的敷设地区的地面坡度很大时，采用跌水连接。 在旁侧管道与干管交汇处，旁侧管底标高比干管的管底标高大很多时，在旁侧管上先设跌水井，在与干管连接。 反之，在干管上先设跌水井，增大干管的埋深。2.4.6 污水管道在街道上的位置污水管道在街道上的位置 与其他管线合理安排其在空间的位置，综合规划。 1、污水管道与建筑物要有一定净距，与生活给水管道交接时，应敷设在生活给水管道下面。 2、所有地下管线应尽量布置在人行道、非机动车道和绿带下。从建筑红线向道路中心线方向为： 电力电缆电信电缆 煤气 热力 给水 污水 雨水 。 2.4.6 污水管道在街道上的位置污水管道在街道上的位置 与其他管线发生矛盾时，布置原则：新建让已建的，临时让永久的，小管让大管，压力管让重力流管，可弯让不可弯的，检修次数少的让多的。2.4.6 污水管道在街道上的位置污水管道在街道上的位置2.4.6 污水管道在街道上的位置污水管道在街道上的位置