排水工程污水管道系统设计课件

N——设计人口数
KZ ——生活污水量总变化系数
第3节 污水管道的水力计算
一、污水管道中污水流动的特点

枝状管网 重力流 含有有机物和无机物 比重小的漂浮；较重的悬浮；最重的沿着管底移动或淤 积 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， 假定管道内水流是均匀流。 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

2.4.2 管道定线和平面布置的组合
1、 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 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。



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。 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。 在这些管段中，当有适当的冲洗水源时，可考虑设置冲 洗井。
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

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＝1时称为满流,h/D＜l 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。

污水管道一定要有坡度！

2.4.2 管道定线和平面布置的组合
2、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）

2.4.2 管道定线和平面布4、 Q＝85L/s，且知上游v ＝0.8m/s、上游D=400mm、 求本段D、v、I和h/D。
v=0.98过大 充满度过大 坡度可减小
最大充满 度
I=0.0023 H/D=0.59过大 V=0.85过大 不合适 I=0.0017 H/D=0.63过大 V=0.8 不合适

例题1：已知n=0.014、D＝300mm、I＝0.004、Q＝30L ／s， 求v和h／D。 见p163
V=0.82 H/D=0.52



例题2：已知n=0.014、D＝400mm、 v＝0.9m/s、 Q＝41L/s， 求I和h/D。 见p165
I=0.0043 h/D=0.39

2.4.2 管道定线和平面布置的组合
1、管道定线


主要因素：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。主干管上可设部分跌水井。
4．最小设计坡度


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。 不同管径的污水管道应有不同的最小坡度。 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。 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。

1．覆土厚度——指管道外壁顶部到地面的距离 2．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： 1．必须防止管道内污水冰冻和因土壤冻胀而损坏管道

设计时采用的土壤冰冻深度指多年平均值而非最大值 《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
2.设计流速


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------。 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。 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。

2.4.1 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：

常用的均匀流基本公式有：
流量公式
Q A v
流速公式
v C RI
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。
C值一般按曼宁公式计算，即：
五、 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： 水力计算图 水力计算表
水力计算图法 第一段管道： Q<不设计流量，若D=200mm,取 I=0.004,h/D=0.5，v=0.6m/s Q<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

2．必须防止管壁因地面荷载而受到破坏 静荷载和动荷载。 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适 当减小。

3．必须满足街区污水连接管衔接的要求
Z2





H=h+ I•L+Z1-Z2+Δh H——街道污水管网起点的最小埋深(m)； h——街区污水管起点的最小埋深(m)； Zl——街道污水管起点检查井处地面标高(m)； Z2——街区污水管起点检查井处地面标高(m)； I——街区污水管和连接支管的坡度； L——街区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)
第2章 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 2、污水设计流量的确定 3、污水管道的水力计算 4、污水管道的设计 5、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
7、城市污水回用工程 8、排水工程投资估算
2.2.1 生活污水设计流量

居住区生活污水设计流量
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/cap· d）
I=0.002 H/D=0.52 V=0.8 合适

求得结果为：
I=0.002 H/D=0.52 V=0.8 D=500

例题4：已知n=0.014、 Q＝60L/s，v＝0.8m/s、 求D、I和h/D。 请同学们自己做！！


答案： D=400mm I=0.0024 H/D=0.57 D=450 I=0.0024 H/D=0.48
最大设计充满度：
污水管道按非满流设计的原因： (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。 (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。 (3)便于管道的疏通和维护管理。
二者都可以，后 者更安全


例题5：已知n=0.014、 Q＝215L/s、且知上游v ＝0.84m/s、上游D=600mm、 求本段D、v、I和h/D。

请同学们自己做！！
答案： D=800mm I=0.0013 H/D=0.49 V=0.85
水力计算表法



例题1：已知n=0.014、D＝300mm、I＝0.004、 Q＝30L／s， 求v和h／D。 见p39 采用内插法计算
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


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 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2— 2)，以及变速流公式计算的复杂性和污水流动的 变化未定，即使采用变速流公式计算也很难保证 精确。 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
最小覆土厚度的确定： 取以上三项结果的最大值 最大埋深 管道埋深允许的最大值称为最大允许埋深。 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7—8m；在 多水、流砂、石灰岩地层中，一股不超过5m。