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1、2 污水管道设计计算2 1 排水区域划分及管线布置2.1.1 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，沿河的东部和西部分别有一个污水处理厂。 根据以上条件划分排水区域为： 以淮海路为分界线， 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。2.1.2 管线布置图1污水管道布置图(初步设计)管线布置原则是充分利用地形、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进，即沿河岸敷设主干管。这种布置的优点是
2、干管长度 短，管径小，因而较经济，污水排出也比较迅速。干管基本上汇集街道两边相邻 街区的污水，若街区面积较小且最近街道未敷设干管， 则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。2. 2污水流量计算污水设计流量包括生活废水和工业废水两大类。 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。已知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 街区流量的计算公式：小 A创q 1000Q=- 24' 3600(2-1)Q流量，L/sq污水指标，m3/ha ，居住用地：55m3/ (had);公共设施用地：40 m3/ (ha d);仓
3、储用地：20m3/ (had); 市政用地：15 m3/ (ha d);其它污水为总污水量的10%。A面积，ha，在所给地区地形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，因此根据设计人口和生活污水定额计算 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。若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规范(GBJ187)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515（L/S）4070100200500>1000总变化系数（Kz）2. 32. 01. 81.
4、 71 . 61. 51. 41 . 3街区编号及面积流量如下表所示：街区编号123456街区面积（ha）31.1313.1915.4211.8624.4612.01流量(L/s)19.813.057.147.5515.577.64街区编号789(1)9(2)1011街区面积（ha）7.349.345.935.9314.2314.23流量(L/s)4.675.942.743.779.069.06街区编号121314151617街区面积（ha）11.129.3440.0220.1624.9025.64流量(L/s)7.0767145.94012.8315.8516.32街区编号18(1)18(2
5、)19202122街区面积（ha）12.4512.4522.2318.389.788.89流量(L/s)5.767.9310.2911.706.234.12街区编号232425262728街区面积（ha）13.047.418.156.674.457.41流量(L/s)8.304.723.773.092.064.72街区编号293031323334街区面积（ha）6.674.455.933.563.713.71流量(L/s)4.252.062.741.651.722.36街区编号353637383940街区面积（ha）5.935.191.4826.6822.2322.23流量(L/s)2.743
6、.300.6916.9810.2914.15街区编号414243444546街区面积（ha）13.3417.7925.6423.4220.4621.34流量(L/s)8.4911.3216.3214.9113.0213.59街区编号474849505152街区面积（ha）5.196.677.568.4546.3912.97流量(L/s)2.404.243.503.9121.488.26街区编号535455565758街区面积（ha）8.159.787.416.678.005.34流量(L/s)3.774.533.433.093.712.47街区编号596061626364街区面积（ha）13.
7、342.225.9320.7523.727.11流量(L/s)6.181.033.7713.2110.983.29街区编号656667686970街区面积（ha）11.866.234.0013.345.782.67流量(L/s)5.492.881.852.322.681.24街区编号71街区面积（ha）7.11流量(L/s)3.29表2 街区面积及流量2. 3污水管道的水力计算污水沟道水力学设计的原则：为了保证购到能正常运行，以顺利地收集和输 送生活污水和工业废水，沟道水力学计算要满足下列要求：a）不溢流生活污水和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
8、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大设计流速。d）要注意通风生活污水和工业废水中有些物质会散发有毒气体和可燃气体，管道的设计 要按照不满流计算，在管道中的水面上保留一部分空间，作为通风排起的通道， 并为不溢流留有余地。2.3.1水力计算基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
9、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和曼宁公式连立求得9:v= Cg RgI（2-2）v流速（m/s）r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：C = -gR6n（2-3）n管壁粗糙系数，更具管渠材料而定。2.3.2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况下，充满度<1为不满流，=1为满流（h为管道中水深,DDD为直径）。我国的污水管道设计安不满流进行设计，最大设计充满度的规定如表3最大设计充满度3管径（D）或暗渠高（H）（ mm）最大设计充满度（或上）DH200 -30
10、00.55350 -4500.65500 -9000.70> 10000.75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 井盖或管道接口渗入污水管道。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，避免污水一处妨碍环境卫生。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 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
11、管道的疏通和维护管理。b）设计流速和设计流量、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，应在最大和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验，污水管道的最小设计流速定为0.6m/s，当含有金属、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
12、设计流速为 5m/s。c）最小管径在污水管道系统的上游部分，污水管段的水急流量一般很小，若根据设计流 量计算管径，则管径会很小，极易堵塞。根据污水管道的养护纪录统计，直径为 150mm勺支管的堵塞次数，可能达到直径为 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沟道位置最小管径/mm最小设计坡度/i在街坊和厂区内2000. 004在街道下3000. 003d）最小设计坡度在污水管
13、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基本一致，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。管径相同的管道，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0.004;管径300mm的最小设计坡度0.003。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, 则其流速逐渐下降，故在确定最小管径的最小坡度时采用的 实际充满度为0.5。e）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
14、、直径、施工现场地质条件和管道埋设深度等条件有关。一条管道的 埋深分为起点埋深、终点埋深和管道平均埋深，管段平均埋深是起点埋深和终点 埋深的平均值。为保证污水管道不受外界压力和冰冻的影响和破坏，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，则造价越高，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0.60.7m；干燥土壤中，最大埋2埋设深度深不超过89m；多水、流沙、石灰岩地层中，不超过 5m( 超过最大埋深时，应考虑设置提升泵站。2.3.3污水管道的设计这是本设计的最重要部分。首先应确定
15、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， 以淮海路为分界线，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。主要的管道布置如图所示，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/Dh12345678978346.1412.323000.00310.60.340.1021.07389115.3819.123000.0030.650.440.1320.34691
16、0230.7631.373500.00240.690.50.1750.55410 11153.8445.823500.00240.710.620.2170.36911 12230.7653.244500.0020.720.470.2120.46212 13192.356.454500.0020.730.480.2160.38513 14153.8461.384500.0020.750.510.2300.30814 15192.372.724500.00160.750.610.2750.30815 16192.381.995000.00160.760.550.2750.30816 17307.6
17、898.365000.00150.760.620.3100.462171346.14106.35000.001750.820.630.3150.606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10下端11上端12下端13上端14下端15上端16下端1720.2020.2019.60218.52919.50018.4270.7001.77320.2020.2018.52918.18318.39718.0511.8032.14920.2020.2018.17617.62218.00117.4472.1992.75320.2020.2017.62217.25317.405
18、17.0362.7953.16420.2020.2017.14716.68616.93616.4743.2643.72620.2020.2016.68616.30116.47016.0853.7304.11520.2020.2016.30115.99316.07215.7644.1284.43620.2020.2015.99315.68615.71915.4114.4814.78920.2020.2015.63615.32915.36115.0544.8395.14620.2020.2015.32914.86715.01914.5575.1815.64320.2020.2014.86714.2
19、6114.55213.9465.6486.254上端下端上端下端上端下端上端下端101112131415161720.220.219.39817.92119.50018.0230.72.17720.220.217.92117.34417.79417.2172.4062.98320.220.217.34416.76717.20716.6302.9933.57020.220.216.75516.20116.58016.0263.6204.17420.220.216.20115.73916.00715.5464.1934.65420.220.215.65315.34515.44615.1384.75
20、45.06220.220.215.34514.98915.09314.7375.1075.46320.220.214.95214.54814.68714.2835.5135.91720.220.214.54814.06414.21813.7345.9826.46620.220.214.06413.35613.73413.0236.4667.177设计地面标高(m)设计水面标高(m)埋设深度(m)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/Dh12345678918 19461.5212.083000.00320.610.340.1021.4
21、7719 20192.319.323000.0030.6510.4250.1280.57720 21192.324.423000.0030.690.4590.1380.57721 22230.7631.813500.00240.690.50.1750.55422 23192.338.973500.00240.720.5530.1940.46223 24153.8453.124500.0020.720.460.2070.30824 25192.371.084500.001850.750.560.2520.35625 26230.7681.545000.001750.760.530.2650.40
22、426 27269.22116.315000.00180.850.660.3300.485273307.68121.555000.00230.940.660.3300.708设计管内底标高(m)管段编号管道长度设计流量管径坡度流速充满度(m)降落量(m)(L/s)(mm)(m/s)h/Dh(m)12345678928 29384.657.14000.002140.750.580.2320.82329 30115.3860.844500.00210.760.50.2250.24230 31346.14113.495000.00170.850.630.3170.58831 32461.52135.
23、236000.00170.850.550.3300.78532 33346.14156.786000.00170.880.60.3600.58833 34230.761786000.0020.980.620.3720.46234 35307.68200.047000.0061.470.380.2661.846355269.22204.627000.00581.520.390.2731.561上端下端上端下端上端下端上端下端1020.220.220.220.220.220.220.2111220.220.220.220.220.220.220.219.31718.16317.81716.9771
24、6.02615.25714.8361318.16317.81717.00916.05415.25714.84213.7591419.218.03117.65516.74715.77414.99214.5271518.04617.68516.84715.82415.00514.57613.4491612.1692.5453.4534.4265.2085.674172.1542.5153.3534.3765.1955.6246.751设计地面标高（m）设计水面标高（m）设计管内底标咼（m）埋设深度（m）上端下端上端下端上端下端上端下端101112131415161720.220.219.43218
25、.60919.218.37711.82320.220.218.55218.31018.32718.0851.8732.11520.220.218.31017.72017.99317.4052.2072.79520.220.217.63516.85017.30516.5202.8953.68020.220.216.85016.26216.49015.9023.7104.29820.220.216.26215.80015.89015.4284.3104.77220.220.215.59413.74815.32813.4824.8726.71820.220.213.74812.18713.47511
26、.8926.7258.308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/Dh12345678936 37384.615.083000.0030.620.390.1171.15437 38115.3819.273000.0030.660.440.1320.34638 39269.2227.643000.0030.720.540.1620.80839 40461.5252.74000.0020.730.5750.2300.92340 41384.671.234500.0020.780.560.2520.76941 42230.7677.0645
27、00.00180.780.590.2660.415426538.44110.745000.0020.870.620.3101.077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）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/Dh12345678962 6376.929.183000.004050.60.270.0810.31263 64269.2216.043000.0030.630.390.1170.80864 65192.322.723000.0030.680.50.1500.57765 66307.6833.95
28、3500.00230.680.5250.1840.70866 55307.6845.244000.0020.690.530.2120.615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101112131415161720.220.220.220.220.220.220.220.220.220.219.28118.96918.16217.56916.83918.96918.16217.58516.86116.22419.20018.85218.01217.38516.62718.88818.04517.43516.67716.0121.3
29、482.1882.8153.5731.3122.1552.7653.5234.188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/Dh12345678967 68576.951.814500.00230.750.450.2031.32768 69346.1471.864500.00250.850.540.2430.86569 56269.2283.94500.0061.230.450.2031.615管道长度(m)设计流量(L/s)管径(mm)坡度流速(m/s)充满度(m)h/Dh2345678576.961.134500.00260.830
30、.470.212615.3679.544500.00621.210.430.194管段编号降落量(m)9设计地面标高(m)设计水面标高(m)设计管内底标咼(m)埋设深度(m)上端下端上端下端上端下端上端下端101112131415161720.220.218.91217.41218.717.2001.53.00020.220.217.41213.59617.21813.9162.9826.2841.5003.81571 7272 58设计地面标高(m)设计水面标高(m)设计管内底标咼(m)埋设深度(m)上端下端上端下端上端下端上端下端101112131415161720.220.219.403
31、18.07619.20017.8731.0002.32720.220.218.07617.21017.83316.9672.3673.23320.220.217.21015.56317.00815.3923.1924.808设计地面标高（m）设计水面标高（m）设计管内底标咼（m）埋设深度（m）上端下端上端下端上端下端上端下端101112131415161720.220.219.45018.70019.218.45011.75020.220.218.70017.77718.42017.4971.7802.70374 60615.3680.045000.00150.720.560.2800.923
32、管段编号管道长度设计流量管径(m)坡度流速充满度（m）降落量(L/s)(mm)(m/s)h/D(m)73 74576.959.345000.00130.630.50.2500.750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/Dh12345678912346.14112.277000.00120.710.430.3010.41523423.06112.277000.00120.710.430.3010.50834384.6219.218000.00120.850.510.4080.46245384.6230.548000
33、.00120.860.520.4160.46265538.44110.745000.00260.950.550.2751.40055 56461.5259.174500.00140.650.550.24750.64656 57384.6131.557000.00130.740.430.3010.50057 58692.28131.557000.00130.740.430.3010.90061 60403.8316.323000.0030.620.390.1171.21160 59384.696.365000.00361.050.470.2351.38559 58346.1496.365000.
34、00651.30.40.22.250设计地面标高（m）设计水面标高（m）设计管内底标咼（m）埋设深度（m）上端下端上端下端上端下端上端下端101112131415161720.220.214.04713.63213.74613.3316.4546.86920.220.213.63213.12413.33112.8236.8697.37720.220.213.13112.67012.72312.2627.4777.93820.220.212.67012.20812.25411.7927.9468.40820.220.213.75912.35913.47912.0926.7218.10820.22
35、0.216.20915.56315.96215.3164.2384.88420.220.215.36714.86715.06614.5665.1345.63420.220.214.86713.96714.56613.6665.6346.53420.220.219.02817.81718.91117.6971.2892.50320.220.217.73216.34717.49716.1122.7034.08820.220.216.31214.06316.11213.8664.0886.334a) 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
36、据图纸将地面标高列入第 10、11 项。本设计地 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) 若流量增大，则管径有可能增大也有可能不变，若增大，则以 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
37、。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相同时，采用水面平接；当两根管段管径不同时，采用管顶平接