给水排水管道系统污水管网设计与计算.ppt
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本课程的主要内容•概论•污水管道系统设计•雨水管道系统设计•合流制管渠系统设计•排水管渠要求及附属构筑物-----排水工程概念、内容、作用、排水体制、排水 系统的布置形式等-----污水管道的设计步骤及 本卷须知、设计举例-----雨水管道的设计步骤及 本卷须知、设计举例-----合流制管道的使用条件、 水力计算、改造途径等 -----排水管渠断面形式、接口、根底、附属构筑物等 重点 第九章：污水管网设计与计算•排水工程的开展历史•排水工程的概念及内容•城市排水管网系统的作用•排水系统的体制•排水系统的主要组成局部•排水系统的布置形式•工业企业排水系统与城市排水系统的关系•废水的综合治理和区域排水系统•排水系统的设计程序 一、排水工程的开展历史——河南省淮阳的古城下，开掘出公元前2800年埋下 的陶制排水管，比公元前2500年埃及发现的排水沟 早300年——河北省易县出土了战国后期的圆形陶制排水管——陕西西安出土秦代五角形陶制排水渠，在皇宫内出 现了明渠和暗渠相结合的排水系统——唐代长安建造了较为完整的雨水排水系统——江苏扬州发现了唐代建造的多功能的排水渠——明、清时代的北京城，排水管渠系统比较兴旺 一、排水工程的开展历史〔续〕——在近代我国排水工程开展缓慢，建国前全国103个 城市建有排水设施，管线总长6034.8km，全国只 有上海、南京建有城市污水处理厂，日处理能力 为4万吨。
1921年上海北区污水厂，是我国最早的 活性污泥法水厂——建国后，排水工程事业开展较快，城市下水道普 及率达60%以上至1995年，全国排水管道总长11 万km，城市污水处理厂838座，日处理能力1645.4 万吨 二、排水工程的概念与内容排水工程的概念：——指为保护环境而建设的一整套用于收集、输送、 处理和利用污水的工程设施 排水工程的内容：一是污水的收集、输送局部——排水管网二是污水的处理、利用局部——污水处理本课程内容 三、排水工程的作用——保护环境免受污染，使城市免受污水之害 和洪水之灾——促进工农业生产，保证城市可持续性开展——保护人民的身体健康与正常生活 四、排水系统的体制污水的概念与分类：——在使用过程中受到了不同程度的污染，改变 了原来的化学成分和物理性质的水，叫污水按来源分生活污水工业废水降水〔降雨和降雪〕城市污水 四、排水系统的体制〔续1〕污水的最终出路有三：一是排放水体二是灌溉农田三是重复使用自然复用间接复用直接复用 四、排水系统的体制〔续2〕排水系统体制的概念：——生活污水、工业废水和雨水可以采用一个管渠 来排除，也可以采用两个或两个以上独立的管 渠来排除，污水的这种不同排除方式所形成的 排水系统，称为排水体制。
排水系统体制的分类：合流制：直排式、完全截流式和局部截流式三种分流制：完全分流制和非完全分流制 四、排水系统的体制〔续3〕合流制和分流制的比较：环保方面：全部截流式合流制对环境的污染最小；局部截 留式合流制雨天时局部污水溢流入水体，造成 污染；分流制在降雨初期有污染 造价方面：合流制管道比完全分流制可节省投资20%~40%， 但合流制泵站和污水处理厂投资要高于分流制， 总造价看，完全分流制高于合流制而采用不 完全分流制，初期投资少、见效快，在新建地 区适于采用 维护管理：合流制污水厂维护管理复杂晴天时合流制管 道内易于沉淀，在雨天时沉淀物易被雨水冲走， 减小了合流制管道的维护管理费 五、排水系统的组成局部城市污水排水系统的组成局部室内污水管道系统与设备室外污水管道系统污水处理厂出水口事故排出口污水泵站或压力管道手盆、便器、水封管、立管、出户管．．．街坊管道、街道污水管道、附属构筑物等 五、排水系统的组成局部〔续1〕工业废水排水系统的组成局部车间内部管道系统与设备污水泵站或压力管道厂区管道系统废水处理站 五、排水系统的组成局部〔续2〕雨水收集系统与设备街坊或厂区雨水管道系统街道雨水管道系统出水口排洪沟雨水泵站雨水口、天沟、雨水斗．．．雨水排水系统的组成局部 六、排水系统的布置形式排水系统的布置原那么 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 排水系统布置的影响因素地形地势土壤情况河流情况气候情况城市总体规划 六、排水系统的布置形式(续1)正交式截流式平行式分区式分散式环绕式 七、工业企业排水系统与城市排水系统的关系工业企业排出的废水应采取的措施•改革生产工艺，进行技术革新，力求把有害物质消除在生产过程之中，做到不排或少排废水 •尽量采用循环或重复利用系统，以减小废水排放量 •回收废水中的有用物质，节省能源、创造财富 •尽量以废治废 七、工业企业排水系统与城市排水系统的关系(续1〕工业废水排入城市排水系统应考虑的问题 •尽量考虑直接将工业废水排入城市排水系统，在污水处理厂统一进行处理 •工业废水排入后，不应影响排水管渠和污水处理厂的正常运行，对某些废水应进行预处理 •工业废水排入后，不应对养护人员造成危害 •当城市污水处理厂为生物处理时，工业废水中抑制生物活性的有害物质浓度，不能超过有关规定 八、废水的综合治理和区域排水系统废水的综合治理和区域排水系统 废水的综合治理 ——指对废水进行统一规划，多重治理。
其主要内容有： 减少和控制废水及污染物的排放量城市规划与生产布局合理化充分利用水体、土壤的环境容量开展经济、节能的水处理技术废水中有用物质的回收及综合利用开展区域性废水及水污染整治系统 九、排水系统的设计程序排水系统的设计程序 根本建设程序： 可行性研究阶段方案任务书阶段设计阶段组织施工阶段竣工验收交付使用论证工程技术经济可行性确定基建工程编制设计文件设计图纸与概预算工程实施 第二局部 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确实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 体规划及其他根底设施情况 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 体规划及其他根底设施情况 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 外排水设计标准?选用，欧洲的典型值为 200〔L/(d.人)〕，美国的典型值为250~450 〔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给分 区一二三四五生活污水每人每日排水定额〔L〕55-9090-125130-17060-95100-140140-18065-100110-150145-18565-100120-160150-19055-90100-140140-180注：第一分区包括：黑龙江、吉林、内蒙古的全部，辽宁的大局部，河北、山西、陕西偏北的一小局部，宁夏偏东 的一局部； 第二分区包括：北京、天津、河北、山东、山西、山西的大局部，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局部； 第三分区包括：上海、浙江的全部，江西、安徽、江苏的大局部，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，广西的大局部，福建、云南的南部； 第五分区包括：贵州的全部、四川、云南的大局部，湖南、湖北的西部，陕西和甘肃在秦岭以南的地区，广西偏北的一小局部 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 外排水设计标准?选用，欧洲的典型值为 200〔L/(d.人)〕，美国的典型值为250~450 〔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〕52.3152.0401.8701.71001.62001.55001.4〉10001.3 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给设计标准?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效劳面积公顷计算，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〕水力计算的根本公式 式中：Q——流量，m3/s； ω——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?室外排水设计标准?规定，最大充满度为：管径〔D〕或暗渠高〔H〕 〔mm〕 最大充满度〔h/D〕 200~300350~450500~900≥1000 0.55(0.60)0.65(0.70)0.70(0.75)0.75(0.80) hD 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，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300mm2、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局部研究结论： 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 ?室外排水设计标准?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 国外标准规定：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+Δh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，0.6~0.7m； 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； Δh——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H2、确定方法 首先根据资料，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，比方流速为最小流速，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，假设得出的两个参数满足其规定的要求，那么计算完成，假设不满足要求，那么需调整假设值，甚至管径D，重新进行计算 例1 n=0.014,D=300mm,I=0.004,Q=30L/s,求v和h/D 例1 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确实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本卷须知主干管布置在坚硬密实土壤中尽量少穿河流、铁路、山谷和高地防止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〔30~70m〕 设计流量本段流量转输流量集中流量1234ABCDq 式中：q1——设计管段的本段流量，L/s； F——设计管段效劳的街坊面积，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那么：尽可能地提高低游管段的高程，减 小埋深，降低造价；防止上游管段 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〔174页〕• 与给水管相交时，设于给水管下方• 尽量防止敷设在机动车道下，设在人行道下 五、污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 街坊面积计算街坊编号1234567891011街坊面积（公顷）1.211.702.081.982.202.201.432.211.962.042.40街坊编号1213141516171819202122街坊面积（公顷）2.401.212.281.451.702.001.801.661.231.531.71街坊编号2324252627街坊面积（公顷）1.802.202.042.40 划分设计管段，计算设计流量〔48页〕管道的水力计算〔50页〕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 地球上水的总量1.361018m3淡水储量仅为3.51016m3缺乏全球总水量的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开展，并有可能导致国家和地区间发生冲突和战争 我国水资源现状n 人均水资源占有量人均水资源占有量2200立方米立方米n 约为世界平均水平的约为世界平均水平的1/4n 排名世界第排名世界第112位位n 每年因缺水而造成的经济损失约每年因缺水而造成的经济损失约 2000~3000亿元亿元 解决水资源缺乏的途径n 海水淡化海水淡化n 修建水库，贮存雨水修建水库，贮存雨水n 长距离引水长距离引水n 开发地下水开发地下水n 节约用水节约用水n 污水回用污水回用 污水回用对象n n污水回用于农业灌溉n n污水回用于工业：如冷却水n n污水回用于城市生活：即建筑中水n n 〔 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项 目单 位标准值臭气色度浊度总蒸发残渣悬浮物pH值COD（KMnO4）BODPO4阴离子表面活性剂大肠菌群落一般细菌余氯TOC-度度mg/Lmg/L mg/Lmg/Lmg/Lmg/L个/mL个/mLmg/Lmg/L无不快感<10<5500以下5以下5.8~8.620以下10以下1.0以下1.0以下没有检出100以下0.1以下15 典型的中水处理工艺流程出水出水进水进水格格栅栅沉沉砂砂池池初初沉沉池池曝曝气气池池二二沉沉池池投药投药混凝混凝反响反响沉沉淀淀池池过过滤滤池池消消毒毒池池预处理预处理中心处理中心处理后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n n传统的处理工艺流程复杂，自动化水平不高，要求管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。
够正常运行的不多n n中水处理本钱偏高，同国内偏低的自来水价格相比，中水处理本钱偏高，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受中水这一““新鲜〞事物新鲜〞事物n n房地产开发商在配套中水设施时，会因增加建设本钱房地产开发商在配套中水设施时，会因增加建设本钱而影响其在市场的竞争力而影响其在市场的竞争力n n人们的水资源危机意识还较淡薄，使得中水设施的开人们的水资源危机意识还较淡薄，使得中水设施的开展受到了阻碍展受到了阻碍。
