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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、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),55-90,90-125,130-170,60-95,100-140,140-180,65-100,110-150,145-185,65-100,120-160,150-190,55-90,100-140,140-180,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),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),200300 350450 500900 1000,0.55(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0.6-0.75m/s,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300mm。 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0.15m;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
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