第2章 污水管道系统的设计 污水管道系统的设计内容 污水管道系统的设计步骤

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1 第2章 污水管道系统的设计 污水管道系统的设计内容 污水管道系统的设计步骤
第2章 污水管道系统的设计 污水管道系统的设计内容 1、设计基础数据的确定(包括设计地区的面积、设计人口数、污水定额、防洪标准等)； 2、污水管道系统的平面布置； 3、污水管道设计流量和水力计算； 4、污水管道系统上某些附属构筑物的设计计算，如泵站、倒虹管、管桥等； 5、污水管道在街道横断面上位置的确定； 6、绘制污水管道系统平面图和纵剖面图。 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 设计图纸的绘制 设计计算

2 第1节 设计资料的调查及方案确定 2.1.1 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
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 自然资料： 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

3 第1节 设计资料的调查及方案确定 2.1.2 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

4 第2节 污水设计流量的确定 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，进行污水管道系统设计时常采用最大日最大时流量为设计流量，单位为L/s。设计流量包括生活污水量和工业废水量。 居住区生活污水 生活污水设计流量 工业企业生活污水及淋浴污水 工业废水设计流量

5 第2节 污水设计流量的确定 2.2.1 生活污水设计流量 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——居住区生活污水定额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

6 指居民每人每日所排出的平均污水量。与室内卫生设备情况、当地气候、生活水平以及生活习惯等因素有关。
a、居民生活污水定额 　　指居民每人每日所排出的平均污水量。与室内卫生设备情况、当地气候、生活水平以及生活习惯等因素有关。 　　我国现行《室外排水设计规范》规定，可按当地用水定额的80％～90％采用。对给排水系统完善的地区可按90％计，一般地区可按80％计。 b、设计人口 　　指污水排水系统设计期限终期的规划人口数。常用人口密度与服务面积相乘得到。 式中　　Ｐ ——人口密度，即居住区单位面积上的人口数，人/ha； F —— 排水区域的面积。

7 第2节 污水设计流量的确定 一、生活污水设计流量 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

8 c、生活污水量变化系数 KZ=Kd Kh 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 　　总变化系数与平均流量有一定关系，平均流量愈大，总变化系数愈小。生活污水量总变化系数宜按现行《室外排水设计规范》规定采用。 生活污水量总变化系数 污水平均日流量（L/s） 5 15 40 70 100 200 500 〉1000 总变化系数（KZ） 2.3 2.0 1.8 1.7 1.6 1.5 1.4 1.3

9 KZ=Kd Kh Ｋz的公式计算 该式是我国在多年观测资料的基础上进行综合分析总结出的计算公式。它反映了我国总变化系数与平均流量之间的关系：
式中 —— 平均日平均时污水量（L/s）。

10 第2节 污水设计流量的确定 一、生活污水设计流量 2、工业企业生活污水及淋浴污水量计算
式中：Q２——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。

11 第2节 污水设计流量的确定 2.2.2 工业废水设计流量计算 式中：Q３——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。 工业废水量日变化系数较小，接近1。KZ=Kh 时变化系数表 工业种类 冶金 化工 纺织 食品 皮革 造纸 时变化系数Kh 1.0~1.1 1.3~1.5 1.5~2.0 1.3~1.8

12 第2节 污水设计流量的确定 Q=Q1+Q2+Q3+Q渗 2.2.3 污水管道系统设计总流量计算

13 第３节 污水管道的水力计算 2.3.1 污水管道中污水流动的特点 （1）大多数情况下，管道内部靠重力流动；
（2）污水水分在99%以上，污水的流动符合一般液体的流动规律； （3）直线管段内污水的流动状态接近均匀流。

14 第３节 污水管道的水力计算 2.3.2 水力计算基本公式 流量公式： 流速公式： 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（过水断面积与湿周的比值），m； I —— 水力坡度（即水面坡度，等于管底坡度i）； n ——管壁粗糙系数，混凝土和钢筋混凝土管渠一般采取0.014。

15 第３节 污水管道的水力计算 2.3.3 污水管道系统设计参数 1、设计充满度h/D
　　在设计流量下，污水管道中的水深 h与管道直径 D的比值称为设计充满度（或水深比）。当 h/D＝１时称为满流；当 h/D＜1时称为不满流。 　　污水管道的设计有按满流和非满流两种方法。在我国，按非满流进行设计。原因如下：

16 污水的流量很难精确确定，而且雨水或地下水可能渗入污水管道增加流量，因此选用的污水管道断面面积应留有余地，以防污水溢出；
原因是： 污水的流量很难精确确定，而且雨水或地下水可能渗入污水管道增加流量，因此选用的污水管道断面面积应留有余地，以防污水溢出； 污水管道内沉积的污泥可能分解析出一些有害气体，需留出适当的空间，以利管道内的通风，排除有害气体 便于管道的疏通和维护管理。 最大设计充满度的规定如下表 最大设计充满度 在进行水力计算时，所选用的充满度，应小于或等于表中所规定的数值。 管径或渠高（mm） 最大设计充满度 200～300 350～450 500～900 ≥1000 0.55 0.65 0.70 0.75

17 第３节 污水管道的水力计算 2、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 m/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。

18 第３节 污水管道的水力计算 3、最小管径 原因： （1）养护方便：一般在污水管道的上游部分，设计流量很小，若根据流量计算，则管径会很小，根据养护经验表明，管径过小易堵塞，使养护管道的费用增加。而小口径管道直径相差一号在同样埋深下，施工费用相差不多。 （2）减小管道的埋深：此外采用较大的管径，可选用较小的坡度，使管道埋深减小。最小管径可见下表。 最小管径和最小设计坡度 污水管道位置 最小管径（mm） 最小设计坡度 街坊和厂区内 街道 200 300 0.004 0.003

19 第３节 污水管道的水力计算 不计算管段：在污水管道的上游，由于设计管段服务的排水面积较小，所以流量较小，由此而计算出的管径也很小。如果某设计管段的设计流量小于在最小管径、最小设计坡度（最小流速）、充满度为0.5时管道通过的流量时，这个管段可以不必进行详细的水力计算，直接选用最小管径和最小设计坡度，该管段称为不计算管段。 在有冲洗水源时，这些管段可考虑设置冲洗井定期冲洗以免堵塞。

20 第３节 污水管道的水力计算 4、最小设计坡度 最小设计坡度：相应于管内最小设计流速时的坡度 叫做最小设计坡度，即保证管道内
　　最小设计坡度：相应于管内最小设计流速时的坡度 叫做最小设计坡度，即保证管道内 污物不淤积的坡度。 　　I min=f（v min，管道的水力半径R）。 不同管径的污水管道应有不同的最小设计坡度，管径相同的管道，由于充满度不同，也可以有不同的最小设计坡度。在表中规定了最小管径管道的最小设计坡度。

21 第３节 污水管道的水力计算 2.3.4 污水管道的埋设深度 在污水管道工程中，管道的埋设深度愈大，工程造价愈高，施工期愈长。 １、含义
污水管道的埋设深度 在污水管道工程中，管道的埋设深度愈大，工程造价愈高，施工期愈长。 １、含义 覆土厚度——指管外壁顶部到地面的距离； 埋设深度——指管内壁底部到地面的距离。

22 第３节 污水管道的水力计算 2、最小埋深 确定污水管道最小埋设深度时，必须考虑下列因素： 3、最大埋深
防止管内污水冰冻或土壤冰冻而损坏管道 ； 保证管道不致因为地面荷载而破坏 满足街坊污水管衔接的要求 3、最大埋深 管道的最大埋深，应根据设计地区的土质、地下水等自然条件，再结合经济、技术、施工等方面的因素确定。 一般在土壤干燥的地区，管道的最大埋深不超过7～8 ｍ；在土质差、地下水位较高的地区，一般不超过5 ｍ。 当管道的埋深超过了当地的最大限度值时，应考虑设置排水泵站提升，以提高下游管道的设计高程，使排水管道继续向前延伸。

23 第３节 污水管道的水力计算 2.3.5 污水管道水力计算的方法—— 水力计算图 计算原则： 管道尽可能与地面坡度平行，以减小管道埋深；
保证设计流速，使管道不发生淤积或冲刷； 水力要素：管径 、粗糙系数 、充满度 、水力坡度即管底坡度 、流量 和流速 。

24 第4节 污水管道的设计 2.4.1 确定排水区界，划分排水流域 排水区界是排水系统敷设的界限 通常排水流域边界应与分水线相符合
具体根据地形及城市和工业企业的竖向规划划分排水流域

25 第4节 污水管道的设计 2.4.2 管道定线和平面布置的组合 污水管道系统的定线：在城镇（地区）总平面图上确定污水管道的位置和走向。
应遵循的主要原则： 应尽可能在路线较短和埋深较小的情况下，让最大区域的污水能自流排出。 定线时通常考虑的因素：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；水文地质条件；道路宽度；地下管线及构筑物的位置；工厂企业和产生大量污水的建筑物的分布位置。

26 地形对污水管道定线的影响 地形具有适中的坡度 几种具体情况分析 地形坡度较陡 地形将城市划分成高低二区 流域范围大，且地形较平坦

27 地形具有适中的坡度

28 地形具有适中的坡度

29 地形坡度较陡

30 地形坡度较陡

31 流域范围大，且地形较平坦

32 流域范围大，且地形较平坦

33 地形将城市划分成高低二区

34 地形将城市划分成高低二区

35 地形将城市划分成高低二区

36 选择污水厂出水口的位置 城市的下风向 原则 水体的下游 离开居住区和工业区

37 第4节 污水管道的设计 2.4.3 控制点的确定和泵站的设置地点 污水管道系统的控制点：在污水排水区域内，对管道系统的埋深起控制作用的地点。
一般选择具有相当深度的工厂排出口或某些低洼地区的管道起点。 排水泵站的布置： 中途泵站：位置根据沟道的最大合理埋深决定 终点泵站：一般设在污水厂内处理构筑物之前 局部泵站：比较低洼地区，高楼地下室，地下铁道和其他地下建筑物中

38 第4节 污水管道的设计 2.4.4 设计管段的划分和管段设计流量的确定
设计管段：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、或在直管段管段长度较长时（30~70m）。 本段流量q1 设计流量 转输流量q2 集中流量q3 ——集中流量是从工业企业或其他大型公共建筑物流来的流量。 ——转输流量是从上游管段和旁侧管段流来的污水量。 ——本段流量是从管段沿街坊流来的污水量。

39 第4节 污水管道的设计 只有本段流量的设计管段设计计算 式中：q1——设计管段的本段流量，L/s； F1——设计管段服务的街坊面积，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。

40 第4节 污水管道的设计 具有本段街坊污水流量q1、转输居民生活污水流量q2和集中流量q3的设计管段总流量计算 式中： F——F=F1+F2；
KZ——本段加转输居民生活污水量的总变化系数；

41 第4节 污水管道的设计 2.4.5 污水管道的衔接 1）检查井设置原则：污水管道在管径、坡度、高程、方向发生变化及支管接入的地方及直线管段每隔一定距离。 2）污水管道在检查井中衔接时应遵循两个原则： 尽可能提高下游管段的高程，以减少管道埋深，降低造价； 避免上游管段中形成回水而造成淤积。 3）管道的衔接方法：主要有水面平接、管顶平接两种

42 第4节 污水管道的设计

43 第4节 污水管道的设计 水面平接：是指在水力计算中，上游管段终端和下游管段起端在指定的设计充满度下的水面相平，即上游管段终端与下游管段起端的水面标高相同。 适用于管径相同时的衔接。

44 第4节 污水管道的设计 管顶平接：是指在水力计算中，使上游管段终端和下游管段起端的管顶标高相同。采用管顶平接时，下游管段的埋深将增加。
这对于平坦地区或埋深较大的管道，有时是不适宜的。这时为了尽可能减少埋深，可采用水面平接的方法。 适用于管径不相同时的衔接。

45 第4节 污水管道的设计 4）注意： a、下游管段起端的水面和管内底标高都不得高于上游管段终端的水面和管内底标高。
b、当管道敷设地区的地面坡度很大时，为调整管内流速所采用的管道坡度将会小于地面坡度。为了保证下游管段的最小覆土厚度和减少上游管段的埋深，可根据地面坡度采用跌水连接。 c、在旁侧管道与干管交汇处，若旁侧管道的管内底标高比干管的管内底标高相差1m以上时，为保证干管有良好的水力条件，最好在旁侧管道上先设跌水井后再与干管相接。

46 例 2-1 已知设计管段长度L为240m；地面坡度I为0. 0024；流量Q为40L/s，上游管段管径D＝300mm，充满度h/D为0
例 2-1 已知设计管段长度L为240m；地面坡度I为0.0024；流量Q为40L/s，上游管段管径D＝300mm，充满度h/D为0.55，管底高程为44.22m，地面高程为46.06m，覆土厚度为1.54m。 求：设计管段的管径和管底高程。

47 解：由于上游沟段的覆土厚度较大，设计管段坡度应尽量小于地面坡度以减少埋深。
（1） 令D＝300mm，查图，当D＝300mm，Q＝40L/s，h/D=0.55时，i＝0.0058>I＝0.0024，不符合本题应尽量减少埋深的原则；令v＝0.6m/s时，h/D＝0.90>0.55，也不符合要求。 （2） 令D＝350mm，查图，当D＝350mm，Q＝40L/s，令v＝0.6m/s时，h/D＝0.66>0.65，不符合要求;令h/D=0.65时，i＝0.0015<I＝0.0024，比较合适。

48 （2） 令D＝350mm，查图，当D＝350mm，Q＝40L/s，令v＝0. 6m/s时，h/D＝0. 66>0
（2） 令D＝350mm，查图，当D＝350mm，Q＝40L/s，令v＝0.6m/s时，h/D＝0.66>0.65，不符合要求;令h/D=0.65时，i＝0.0015<I＝0.0024，比较合适。 采用管顶平接 设计管段上端管底高程 ： ＝44.170(m) 设计管段的下端管底高程 ： *0.0015＝43.810(m) 检验： 上游管段下端水面高程： *0.55＝44.385(m) 设计管段上端水面高程： *0.350＝44.398(m) 44.398m高于44.385m，不符合要求，应采用水面平接。

49 （3） 令D＝400mm，查图，当D＝400mm，Q＝40L/s，v＝0. 6m/s时，h/D＝0. 53，i＝0
（3） 令D＝400mm，查图，当D＝400mm，Q＝40L/s，v＝0.6m/s时，h/D＝0.53，i＝ 。与D＝350mm相比较，管道设计坡度基本相同，管道容积未充分利用，管道埋深反而增加0.05m。另外，管道管径一般不跳级增加，所以D＝350mm，i＝0.0015的设计为好。 （4）管底高程修正：采用水面平接 上流管段的下端水面高程： *0.55＝44.385(m) 设计管段的上端管底高程 *0.65＝44.158(m) 设计管段的下端管底高程 *0.0015＝43.798(m)

50 例 2-2 已知设计管段长度L＝130m，地面坡度I＝0. 0014，流量Q＝56L/s，上游管段口径D＝350mm，充满度h/D＝0
例 2-2 已知设计管段长度L＝130m，地面坡度I＝0.0014，流量Q＝56L/s，上游管段口径D＝350mm，充满度h/D＝0.59，管底高程为43.67m，地面高程为45.48m。 求：设计管段的口径与管底高程。 解：覆土厚度为 ＝1.46m。离最小覆土厚度允许值0.7m较大，因此设计时应尽量使设计管段坡度小于地面坡度。 （1） 令D＝350m，查图，当D＝350mm，Q＝56L/s，v＝0.60m/s时，i＝0.0015，但h/D＝0.95>0.65不合格。当h/D＝0.65时，v＝0.85m/s，i＝0.0030>I＝0.0014，不很理想。 采用水面平接 上游管段的下端水面高程： *0.59＝43.877(m) 设计管段的上端管底高程： *0.350＝43.650(m) 设计管段下端管底高程： *0.0030＝43.260(m)

51 上游管段下端水面高程：43.877(m) 设计管段上端水面高程：43.620+0.65*0.400＝43.880(m)
（2） 令D＝400mm，查图，当D＝400mm，Q＝56L/s，v＝0.60m/s时，i＝0.0012，但h/D＝0.70>0.65，不符合规定；当h/D＝0.65时，i＝ ，v＝0.65m/s,符合要求。管道坡度接近地面坡度I＝0.0014。 采用管顶平接 设计管段的上端管底高程： ＝43.620(m) 设计管段的下端管底高程： * ＝43.432(m) 施工高程： 43.43(m) 检验： 上游管段下端水面高程：43.877(m) 设计管段上端水面高程： *0.400＝43.880(m) 43.880高于43.877，虽不符合要求，但可接受(下端管底施工高程略低于计算值)。

52 （3） 从本设计管段的造价而论，第一答案可能比第二答案便宜；但是，后面的管道都将落下0
（3） 从本设计管段的造价而论，第一答案可能比第二答案便宜；但是，后面的管道都将落下0.172m。假如下游的地区有充分的坡度，可以采用第一答案，假如在平坦的地区，以后还有很长的管道以及覆土厚度大于0.7m较多时，宜采用第二答案。

53 例 2-3 已知L＝190m，Q＝66L/s，I＝0. 008(上端地面高程44. 50m，下端地面高程42
例 2-3 已知L＝190m，Q＝66L/s，I＝0.008(上端地面高程44.50m，下端地面高程42.98m)，上游管段D＝400m，和h/D＝0.61，其下端管底高程为43.40m，覆土厚度0.7m。如下图所示： 求：管径与管底高程。

54 D=350mm ， Q=66L/s，I＝0.008时查图得h/D＝0.53，v=1.28m/s，合格。
解：本例的特点是地面坡度充分，偏大。上游管段下端覆土厚度已为最小容许值。估计设计管段坡度将小于地面坡度，且口径可小于上游管段。 （1） 令D＝400mm，i＝0.008，h/D＝0.65时，查图得Q＝133L/s>66L/s。 （2） 令D＝350mm，i＝I＝0.008，h/D＝0.65时，查图得Q＝91L/s>66L/s。 （3） 令D＝300mm， i＝I＝0.008，h/D＝0.55时，查图得Q＝47L/s>66L/s。 （4） 可以选用D＝350mm， i＝0.008。规范规定，在地面坡度变陡处，管道管径可以较上游小1或2级。下面计算管底高程。 D=350mm ， Q=66L/s，I＝0.008时查图得h/D＝0.53，v=1.28m/s，合格。

55 采用管底平接 设计管段上端管底高程＝上游管段下端管底高程＝43.40(m) 设计管段下端管底高程＝ *0.008＝41.88(m) （5） 如果采用地面坡度作为设计坡度，设计流速超过最大流速，这时管道设计坡度必须减少，并且设计管段上端窨井应采用跌水井。

56 作业题 请运用水力计算图, 管段进行水力计算:
(1)已知:设计管段长L=150m,地面坡度I=0.0036,设计流量Q=29L/s,上游管道直径是300mm,充满度h/D=0.55,管底高程为44.65m,地面高程为46.60m.求设计管段的直径和管底高程. (2)已知:设计管段长L=130m,地面坡度I=0.0014,设计流量Q=56L/s,上游管道直径是350mm,充满度h/D=0.59,管底高程为43.6m,地面高程为45.48m.要求设计管段内充满度h/D=0.65.求设计管段的直径和管底高程. (3)已知:设计管段长L=50m, I=0.008, Q=30L/s(上端地面高程45.00,下端地面高程44.60),上游管道直径是300mm, h/D=0.5,下端管底高程为44.00m,最小覆土厚度不得小于0.7m.求设计管段的直径和管底高程.

57 第4节 污水管道的设计 2.4.6 污水管道在街道上的位置
1）污水管道应与建筑物有一定距离,当其与生活给水管道相交时,应敷设在生活给水管道下面。 2）地下管线应尽量布置在人行道、非机动车道和绿化带下，只有在不得已时，才考虑将埋深大，修理次数较少的污水、雨水管布置在机动车道下。 3）为了方便用户接管，当路面宽度大于40米时，可在街道两侧各设一条污水管道。

58 第5节 污水管道的设计计算举例 污水管道设计计算实例
某市一个区的街坊平面图。居住区街坊人口密度为350 人/ha，居民生活污水定额为120 L/人·d。火车站和公共浴室的污水设计流量分别为3 L/s和4L/s。工厂甲排除的废水设计流量为25 L/s。工厂乙排除的废水设计流量为6 L/s。生活污水和经过局部处理后的工业废水全部送至污水厂处理。工厂废水排出口的管底埋深为2 m，该市冰冻深度为1.40 m。试进行该区污水管道系统的设计计算（要求达到初步设计深度）。

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60 污水管道设计计算实例 设计方法和步骤如下： 1．在街坊平面图上布置污水管道
该区地势北高南低，坡度较小，无明显分水线，可划分为一个排水流域。支管采用低边式布置，干管基本上与等高线垂直，主干管布置在市区南部河岸低处，基本上与等高线平行。整个管道系统呈截流式布置。 2．街坊编号并计算其面积 将街坊依次编号并计算其面积，列入表中。用箭头标出各街坊污水排出的方向。

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62 街坊面积汇总表 街坊编号 1 2 3 4 5 6 7 街坊面积（ha） 1.21 1.70 2.08 1.98 2.20 1.43 8 9 10 11 12 13 14 2.21 1.96 2.04 2.40 2.28 15 16 17 18 19 20 21 1.45 2.00 1.80 1.66 1.23 1.53 22 23 24 25 26 27 1.71 1.38

63 污水管道设计计算实例 3．划分设计管段，计算设计流量
根据设计管段的定义和划分方法，将各干管和主干管有本段流量进入的点（一般定为街坊两端）、集中流量及旁侧支管进入的点，作为设计管段的起止点的检查井并编上号码。 各设计管段的设计流量应列表进行计算。 本例中，居住区人口密度为350人/ ha，居民污水定额为120 L/人·d，则生活污水比流量为

64 q 1～2 = 25 L/s q 8～9= qs· F· kz = 0.486×（ ）·kz =1.41·kz =1.41×2.3=3.24 L/s q 9～10= qs· F· kz = 0.486×（ ）·kz =3.18·kz =3.18×2.3=7.31 L/s q 10～2= qs· F· kz = 0.486×（ ）·kz =4.88·kz =4.88×2.3=11.23 L/s q 2～3= q s·F· kz + q甲 = (0.486× ）·kz+ q甲 = ( )·kz+25 =5.95×2.2+25= =38.09 L/s 管段 编号 居住区生活污水量Q1 集中流量 设计 流量L/s 本段流量 转输流量q2 L/s 合计平均 流量 总变化 系数 kz 生活污水设计流量 Q1 本段L/s 转输L/s 街坊 街坊面积 104m2 比流量qs L/s·104m2 q1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

65 污水管道设计计算实例 4．管渠材料的选择 由于生活污水对管材无特殊要求，且管道的敷设条件较好，故在本设计中，DN≤400 mm的管道采用混凝土管，DN400 mm以上的管道采用钢筋混凝土管。 5．各管段的水力计算 在各设计管段的设计流量确定后，便可按照污水管道水力计算的方法，从上游管段开始依次进行各设计管段的水力计算。

66 水力计算步骤如下： （1）从管道平面布置图上量出每一设计管段的长度，列入表中第2项。
（2）将各设计管段的设计流量填入表中第3项。设计管段起止点检查井处的地面标高列入表中第10、11项。 （3）计算每一设计管段的地面坡度，作为确定管道坡度时的参考。 （4）根据管段的设计流量，参照地面坡度，确定各设计管段的管径、设计流速、设计坡度和设计充满度。 其余各设计管段的管径、坡度、流速和充满度的计算方法与上述方法相同。 在水力计算中，由于 Q、D、I、v、h/D各水力因素之间存在着相互制约的关系，因此，在查水力计算图时，存在着一个试算过程，最终确定的 D、I、v、h/D要符合设计规范的要求。 （5）根据设计管段的长度和设计坡度求管段的降落量。如管段1～2的降落量为I·L＝0.002×110＝0.22 m，列入表中第9项。

67 控制点：是指在污水排水区域内，对管道系统的埋深起控制作用的点。
（6）根据管径和设计充满度求管段的水深。如管段1～2的水深 h＝D·h/D＝0.35×0.447＝0.16 m，列入表中第8项。 （7）求各设计管段上、下端的管内底标高和埋设深度。 控制点：是指在污水排水区域内，对管道系统的埋深起控制作用的点。 各条干管的起点一般都是这条管道的控制点。 这些控制点中离出水口最远最低的点，通常是整个管道系统的控制点。具有相当深度的工厂排出口也可能成为整个管道系统的控制点，它的埋深影响整个管道系统的埋深。 确定控制点的管道埋深 应根据城市的竖向规划，保证排水区域内各点的污水都能自流排出，并考虑发展，留有适当余地； 不能因照顾个别点而增加整个管道系统的埋深。 对个别点 应采取加强管材强度； 填土提高地面高程以保证管道所需的最小覆土厚度； 设置泵站提高管位等措施，减小控制点的埋深.

68 首先确定管网系统的控制点。本例中离污水厂较远的干管起点有8、11、16及工厂出水口1点，这些点都可能成为管道系统的控制点。1点的埋深受冰冻深度和工厂废水排出口埋深的影响，由于冰冻深度为1.40 m，工厂排出口埋深为2.0 m，1点的埋深主要受工厂排出口埋深的控制。8、11、15三点的埋深可由冰冻深度及最小覆土厚度的限值决定，但因干管与等高线垂直布置，干管坡度可与地面坡度相近，因此埋深增加不多，整个管线上又无个别低洼点，故8、11、15三点的埋深不能控制整个主干管的埋设深度。对主干管埋深起决定作用的控制点则是1点。

69 1点是主干管的起点，它的埋设深度定为2.0 m，将该值列入表12－6中第16项。

70 （8）计算管段上、下端水面标高。 管段上下端水面标高等于相应点的管内底标高加水深。如管段1～2中1点的水面标高为 ＝84.36 m，列入表中第13项。 根据管段在检查井处采用的衔接方法，可确定下游管段的管内底标高。 1) 管段1～2与管段2～3的管径相同，采用水面平接。则这两管段在2点的水面标高相同。于是，管段2～3中2点的管内底标高为84.14－0.22＝83.92 m。 2）如管段4～5与管段5～6管径不同，可采用管顶平接。则这两管段在5点的管顶标高相同。然后用5点的管顶标高减去5～6管径，得出5点的管内底标高。

71 在进行管道的水力计算时，应注意如下问题：
① 慎重确定设计地区的控制点。这些控制点常位于本区的最远或最低处，它们的埋深控制该地区污水管道的最小埋深。各条管道的起点、低洼地区的个别街坊和污水排出口较深的工业企业或公共建筑都是控制点的研究对象。 ② 研究管道敷设坡度与管线经过的地面坡度之间的关系。使确定的管道坡度在满足最小设计流速的前提下，既不使管道的埋深过大，又便于旁侧支管的接入。 ③ 水力计算自上游管段依次向下游管段进行，随着设计流量逐段增加，设计流速也应相应增加。如流量保持不变，流速不应减小。只有当坡度大的管道接到坡度小的管道时，下游管段的流速已大于1.0 m/s（陶土管）或1.2 m/s（混凝土、钢筋混凝土管道）的情况下，设计流速才允许减小。设计流量逐段增加，设计管径也应逐段增大，但当坡度小的管道接到坡度大的管道时，管径才可减小，但缩小的范围不得超过50～100 mm，并不得小于最小管径。

72 ④ 在地面坡度太大的地区，为了减小管内水流速度，防止管壁遭受冲刷，管道坡度往往小于地面坡度。这就可能使下游管段的覆土厚度无法满足最小限值的要求，甚至超出地面，因此应在适当地点设置跌水井。当地面由陡坡突然变缓时，为了减小管道埋深，在变坡处应设跌水井。 ⑤ 水流通过检查井时，常引起局部水头损失。为了尽量降低这项损失，检查井底部在直线管段上要严格采用直线，在转弯处要采用匀称的曲线。通常直线检查井可不考虑局部水头损失。 ⑥ 在旁侧管与干管的连接点上，要考虑干管的已定埋深是否允许旁侧管接入。同时为避免旁侧管和干管产生逆水和回水，旁侧管中的设计流速不应大于干管中的设计流速。 ⑦ 初步设计时，只进行干管和主干管的水力计算。技术设计时，要进行所有管道的水力计算。

73 污水管道设计计算实例 6．绘制管道平面图和纵剖面图
污水管道平面图和纵剖面图的绘制方法见本章第五节。本例题的设计深度仅为初步设计，所以，在水力计算结束后将求得的管径、坡度等数据标注在管道平面图上。同时，绘制出主干管的纵剖面图。

74 第6节 污水管道平面图和纵剖面的绘制 平面图和纵剖面图是排水管道设计的主要组成部分。污水管道设计和雨水管道设计均应绘制相应的管道平面图和纵剖面图，二者在绘制要求上基本是一致的。根据设计阶段的不同，图纸所体现的内容和深度也不同。 1．平面图的绘制 平面图是管道的平面布置图，应反映出管道的总体布置和流域范围，不同设计阶段的平面图，其要求的内容也不同。

75 第6节 污水管道平面图和纵剖面的绘制 1．平面图的绘制
初步设计阶段，一般只绘出管道平面图。采用的比例尺通常为1：5000～1：10000，图上应有地形、地物、河流、风向玫瑰或指北针等。新设计和原有的污水（或雨水）管道用粗单实线表示，只绘出主干管和干管。在管线上画出设计管段起止点的检查井并编号，标出各设计管段的服务面积，可能设置的泵站等。注明主干管和干管的管径、坡度和长度等。此外，还应附有必要的说明和工程项目表。

76 第6节 污水管道平面图和纵剖面的绘制 1．平面图的绘制
技术设计（或扩大初步设计）和施工图设计阶段，采用的比例尺通常为1：500～1：5000，图上内容除反映初步设计的要求外，要求更加具体、详尽。要求注明检查井的准确位置和标高，污水管道与其它地下管线或构筑物交叉点的准确位置和标高，以及居住区街坊连接管或工厂排出管接入污水干管或主干管的准确位置和标高。地面设施包括人行边道、房屋界限、电杆、街边树木等。图上还应有图例、主要工程项目表和施工说明。

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79 第6节 污水管道平面图和纵剖面的绘制 2．纵剖面图的绘制 纵剖面图是管道的高程布置图，应反映出管道沿线的高程位置，它和平面图是相互对应的。
图中，一般用细实线加图例表示原地面高程线和设计地面高程线，用双粗实线表示管道高程线，用中实线的双竖线表示检查井。 对于工程量较小，地形、地物比较简单的污水（或雨水）管道工程，可不绘制纵剖面图，只需将设计管段的管径、坡度、管长、检查井的标高以及交叉点等内容注明在平面图。

80 但在较大工程中，情况比较复杂，必须绘制纵剖面图以明确管道的高程情况。在纵剖面图上应绘出原地面高程线和设计地面高程线，管道高程线，检查井及支管接入处位置、管径和高程，与其它地下管线、构筑物或障碍物交叉点的位置和高程，沿线地质钻孔位置和地质情况等。 初步设计一般不绘制剖面图。 在剖面图的下方要画一表格，表中列出检查井号、管道长度、管径、管道设计坡度、设计地面高程、设计管内底高程、埋设深度、管道材料、接口形式和基础类型。有时也将流量、流速、充满度等水力计算数据注上。纵剖面图的比例尺，常采用横向1：500～1：2000，纵向1：50～1：200。 除管道的平、剖面图外，技术设计和施工图设计中，还应包括管道附属构筑物的详图、管道交叉点特殊处理的平、剖面图等。附属构筑物可在《给水排水标准图集》中选用。

81 【思 考 题】 1．什么是设计管段？如何划分设计管段？每一设计管段的设计流量可能包括哪几部分？
2．污水管道水力计算的目的是什么？在水力计算中为什么采用均匀流公式？ 3．什么叫不计算管段？对于不计算管段需采取什么技术措施？ 4．污水管道水力计算中，对设计充满度、设计流速、最小管径和最小设计坡度是如何规定的？为什么这样规定？ 5．什么叫生活污水的比流量？如何计算？ 6．污水管道的最小埋深受哪些因素影响？如何确定？ 7．在进行污水管道的衔接时，应遵循什么原则？衔接的方法有哪些？ 8．污水管道水力计算的方法和步骤是什么？计算时应注意哪些问题？ 9．怎样绘制污水管道的平、剖面图？