城市污水處理之污水溝道系統(tǒng)的設(shè)計(教案)

污水溝道系統(tǒng)的設(shè)計第一節(jié)污水設(shè)計流量的確定污水設(shè)計流量：污水溝道的設(shè)計流量是設(shè)計期限(20~30年)終了時的最大日(或最大班)最大時的污水流量,它包括生活污水設(shè)計流量和工業(yè)廢水設(shè)計流量,在地下水位較高的地區(qū)，宜適當(dāng)考慮地下水滲入量。一.生活污水設(shè)計流量的確定：城鎮(zhèn)居住區(qū)和工廠居住區(qū)的生活污水設(shè)計流量是按每人每日平均排出的污水量、使用溝道的設(shè)計人數(shù)和總變化系數(shù)計算的，（一）居住區(qū)式中：qv——居住區(qū)的生活污水設(shè)計流量；qvn——居住區(qū)的生活污水量標(biāo)準(zhǔn)（見附錄二）；N——使用溝道的設(shè)計人數(shù)；K總——總變化系數(shù)。1.居住區(qū)的生活污水量標(biāo)準(zhǔn)qvn的取值與①室內(nèi)衛(wèi)生設(shè)備的情況②當(dāng)?shù)貧夂颌凵钏舰苌盍?xí)慣有關(guān)。（1）從總體規(guī)劃中查得；（2）采用《居住區(qū)生活污水量標(biāo)準(zhǔn)》（見附錄二）；（3）按本地區(qū)或相似地區(qū)實際統(tǒng)計得居住取用水量預(yù)測。2.設(shè)計人口數(shù)N：設(shè)計期限終了時的預(yù)估人口數(shù)，與城市的發(fā)展規(guī)模及人口的增長率有關(guān)。估算方法(1)按城市總體規(guī)劃確定的人口密度計算：式中：P——人口密度，即單位面積上的人口數(shù)，人/hm2，分為城市人口密度和街坊人口密度；A——排水區(qū)域的面積，公頃（hm2）。估算方法(2)按人口自然增長率估算：式中：N——設(shè)計人口數(shù)，即n年后的估計人口數(shù)；N0——現(xiàn)在人口數(shù)；γ——人口自然增長率；n——設(shè)計期限，20~30年。3.總變化系數(shù)K總居住區(qū)的生活污水量標(biāo)準(zhǔn)qvn是一個平均值。流入污水管道的污水量時刻在變化，變化程度通常用變化系數(shù)表示。日變化系數(shù)K日——一年中最大日污水流量與平均日污水量的比值。時變化系數(shù)K時——最大日中最大時污水量與該日平均時污水量的比值?？傋兓禂?shù)K總——最大日中最大時污水量與平均日平均時污水量的比值。K總＝Kd×Kh①qvn一定，N↑,K總↓；②N一定，qvn↑，K總↓；③qvn×N↑，K總↓；↑，K總↓K總＝（見教材66頁）4.比流量：設(shè)計溝道單位排水面積的平均流量（見教材66頁）設(shè)計溝段的排水面積A的確定——劃分街坊的泄水面積——方式：圍坊式：通常用各街角的角平分線劃分街坊成4塊，每塊街坊的污水假定排入相近的接溝。低側(cè)式：通常假定整塊街坊的污水排入在其低側(cè)的街溝中。對邊式：通常將街坊面積用中線劃分，被劃分的街坊的污水假定排入鄰近的街溝中。N=P×A→P=N/AA1——城區(qū)總面積，N/A1城市人口密度（方案和初步設(shè)計）A2——街坊面積，N/A2街坊人口密度（精確設(shè)計）（二）工業(yè)企業(yè)生活污水以及淋浴污水設(shè)計流量見67頁公式（3－5）二.工業(yè)廢水設(shè)計流量包括兩部分：①工業(yè)企業(yè)內(nèi)生活污水量、淋浴污水量。②工業(yè)企業(yè)的工業(yè)廢水量。①工業(yè)企業(yè)內(nèi)生活污水量、淋浴污水量。工廠生產(chǎn)區(qū)的生活污水流量不大，收集和輸送這部分污水的溝管可以采用最小管徑（200mm），不需要進行計算，當(dāng)流量較大需要計算時，可參考書中表3－2，或用67頁公式（3－5）②工業(yè)企業(yè)的工業(yè)廢水量。按工廠或車間每日產(chǎn)量和單位產(chǎn)品（每件產(chǎn)品，每噸產(chǎn)品等）的廢水量計算。m的取值參考相似已有企業(yè)的數(shù)據(jù)用《工業(yè)用水量標(biāo)準(zhǔn)》來估算實測M的取值：由工廠企業(yè)提供3.K總＝Kd×KhKd＝1.0∴K總＝KhKh：①實測；②參考經(jīng)驗。按生產(chǎn)設(shè)備的數(shù)量和每一生產(chǎn)設(shè)備的每日廢水量進行計算。（具體情況具體分析）第二節(jié)污水溝道系統(tǒng)的平面布置溝道系統(tǒng)的平面布置包括：確定排水區(qū)界，劃分排水流域→選擇污水廠出水口的位置→擬定污水干溝及總干溝的路線→確定需要抽升的排水區(qū)域和設(shè)置泵站的位置。一.確定排水區(qū)界，劃分排水流域1.排水區(qū)界：排水系統(tǒng)敷設(shè)的界限。2.排水流域：通常排水流域邊界應(yīng)與分水線相符合。具體根據(jù)地形及城市和工業(yè)企業(yè)的豎向規(guī)劃劃分排水流域。（1）有明顯的分水線：由排水區(qū)界內(nèi)分水線所局限而成的區(qū)域；（2）無明顯的分水線：依據(jù)面積劃分，使各個流域所承擔(dān)的面積比較均衡。二.選擇污水廠出水口的位置原則：城市的下風(fēng)向；水體的下游；離開居住區(qū)和工業(yè)區(qū)三.管道定線——擬定污水干溝及總干溝的路線定義：在總體平面圖上確定污水溝道系統(tǒng)的位置和走向，叫管道定線，（不準(zhǔn)確定位）應(yīng)遵循的主要原則：應(yīng)盡可能在路線較短和埋深較小的情況下，讓最大區(qū)域的污水能自流排出。1.地形在一定條件下，地形一般是影響溝道定線的主要因素。P69abc。2.排水體制①分流制注意定線時平面，高程相配合；②合流制確定截流干管及溢流井的位置；③混合制考慮兩種管線的銜接。地質(zhì)條件①盡量避免和減少穿越高地，基巖淺露，土壤不良地帶。解決途徑：繞道或用污水泵加壓輸送通過。②盡量避免和減少與河道，山谷，鐵路及地下構(gòu)筑物交叉。（施工不便，維護管理困難）4.路面寬度①≥40m，兩側(cè)各設(shè)一根；②<40m，只設(shè)一根。詳見布置形式5.污水泵站（見教材71頁上面圖）中途泵站，終點泵站，局部泵站。6.選擇最優(yōu)方案，繪制污水溝道初步設(shè)計階段的平面布置圖。P70。地形影響最大，但街坊的建筑特征也要考慮（三種形式）。三.控制點的確定和泵站的設(shè)置地點1.控制點：污水排水系統(tǒng)中，對溝道系統(tǒng)的埋深起控制作用的點?？刂泣c的位置：離污水廠或出水口最遠處；排水流域中，地面高程最低處；溝道埋深有特殊要求處(如地下室)。①對單線溝道：地形平坦取起點；地形有低洼處，取低洼處。②有旁入溝道，：有時取旁入管作為控制點。2.如何減小控制點埋深（1）降低最小埋深Hmin①如果由冰凍深度確定：對上游部分溝道局部保溫；②如果由外荷載確定：局部加固或改快車道下為人行道下；③由銜接原則決定：局部泵站提升。（2）局部低洼地區(qū)：局部填高。（3）適當(dāng)增加管徑D，Imin↓，埋深↓。四.溝道布置形式（一）干溝及主干溝1.正交式；2.截流式；3.平行式；4.分區(qū)式；5.分散式；6.環(huán)繞式。（二）支溝1.圍坊式適用：街坊地勢平坦而且面積較大時采用。特點：71頁①②2.低側(cè)式（在街坊較低一側(cè)布置支溝）適用：街坊狹長或地形傾斜時。特點：71頁①②穿坊式適用：①街坊內(nèi)建筑基本定型，或內(nèi)部溝道自成體系；②恰好有一條街坊小道橫穿兩個街坊。特點：71頁①②第三節(jié)溝道在街道上的位置與市政部門和規(guī)劃部門協(xié)調(diào)安排（由甲方協(xié)調(diào)），也可采用綜合管道（共同溝）。1833粘最早用于巴黎；50年代我國北京，天津，平頂山設(shè)共同溝，最長1Km，最短50m。與其它管線及構(gòu)筑物保持一定距離（附錄三）三.路側(cè)選擇：B<40m，布置在用戶較多，地下管線少，排水量大的一側(cè)；B≥40m，設(shè)兩條。溝道在街道下面設(shè)置時應(yīng)遵循的原則：①與房屋、樹木保持一定距離，避免滲漏而影響房屋基礎(chǔ)，避免樹根擠壞溝管；②污水溝道應(yīng)設(shè)在道路上，街區(qū)連接支溝較多、地下管線較少一側(cè)；③街道寬度＞40ｍ時，可以考慮設(shè)置兩條排水管；④地下設(shè)施擁擠或交通極其繁忙場合，可以把地下管線集中在隧道中(共同溝)。圖3－5和圖3－6。地下管線交叉時的處理原則：小管讓大管；有壓管讓無壓管；新建管線讓已建管線；臨時管線讓永久管線；柔性結(jié)構(gòu)管線讓剛性結(jié)構(gòu)管線。一般布置方式：①給水管在溝管之上；②電力線、煤氣管、熱水管、熱氣管在給水管之上；溝道具有允許的壓縮高度（表3－3）第四節(jié)污水溝道的水力學(xué)設(shè)計任務(wù)：根據(jù)已經(jīng)確定的溝道路線，計算和確定各設(shè)計溝段的設(shè)計流量、管徑、坡度、流速、充滿度和溝底高程。原則：不沖刷、不淤積、不溢流、要通風(fēng)。計算步驟：確定控制點，從控制點開始，從上游到下游，計算和確定各個設(shè)計溝段的有關(guān)數(shù)據(jù)。設(shè)計溝段：兩個檢查井之間的溝段（中間可以有其他檢查井），溝段可以轉(zhuǎn)向，要求采用的設(shè)計流量不變或基本不變，采用同樣的管徑和坡度設(shè)計流量組成（可能）：①沿線流量：本溝段服務(wù)的街坊流量。q1②集中流量：工廠或公共建筑的流量。q2③轉(zhuǎn)輸流量：上游溝段和旁側(cè)溝段轉(zhuǎn)輸流量。污水溝道水力學(xué)計算示例計算步驟一:將溝道劃分為若干設(shè)計溝段，從污水廠開始標(biāo)定每個設(shè)計溝段起訖點上的窨井編號；計算步驟二:確定各設(shè)計溝段的設(shè)計流量；計算步驟三：從上游溝段開始進行各設(shè)計溝段的水力學(xué)計算步驟1：根據(jù)污水干溝平面布置圖，從上游至下游將設(shè)計溝段編號列入表中第1行。步驟2：從溝道平面圖上量出每一段溝段的長度，注在圖上，并列入表中第2行。步驟3：將各設(shè)計溝段的設(shè)計流量列入表中第3行。步驟4：從該城鎮(zhèn)的總體規(guī)劃圖中，求得設(shè)計溝段起迄點引頸出地面高程，注在圖上，并列入表中第10、11兩行。步驟5：計算每一設(shè)計溝段的地面坡度=地面高程差/距離，列入表中第18行。步驟6：根據(jù)流量和各個溝段的地面坡度，估計需要的管徑（300mm或350mm），查水力算圖，將需要的管徑、坡度、流速、充滿度并列入表中第4、5、6、7四行步驟7：算出水深，h=(4)×(7),列入表中第8行步驟8：根據(jù)求得的溝道坡度，計算溝段上端至下端的溝底降落量iL=(5)×(2)，列入表中第9行步驟9：根據(jù)現(xiàn)場條件，選擇銜接方式，確定各個溝段上下端的溝底標(biāo)高，并根據(jù)各種銜接方式，計算水面標(biāo)高，各數(shù)據(jù)分別列入表中第12、13、14、15四行步驟10：計算覆土厚度，覆土厚度=地面高程-溝底高程-管徑-管壁厚度，各數(shù)據(jù)分別列入表中第16、17行步驟11：將求得的管徑、溝底高程直接標(biāo)注在溝道平面布置圖上第五節(jié)溝段水力學(xué)計算舉例（見教材）某市一個區(qū)的街坊平面圖。居住區(qū)街坊人口密度為350人/ha，居民生活污水定額為120L/人·d。火車站和公共浴室的污水設(shè)計流量分別為3L/s和4L/s。工廠甲排除的廢水設(shè)計流量為25L/s。工廠乙排除的廢水設(shè)計流量為6L/s。生活污水和經(jīng)過局部處理后的工業(yè)廢水全部送至污水廠處理。工廠廢水排出口的管底埋深為2m，該市冰凍深度為1.40m。試進行該區(qū)污水管道系統(tǒng)的設(shè)計計算（要求達到初步設(shè)計深度）。設(shè)計方法和步驟如下：1．在街坊平面圖上布置污水管道該區(qū)地勢北高南低，坡度較小，無明顯分水線，可劃分為一個排水流域。支管采用低邊式布置，干管基本上與等高線垂直，主干管布置在市區(qū)南部河岸低處，基本上與等高線平行。整個管道系統(tǒng)呈截流式布置。2．街坊編號并計算其面積將街坊依次編號并計算其面積，列入表中。用箭頭標(biāo)出各街坊污水排出的方向。街坊編號1234567街坊面積（ha）1.211.702.081.982.202.201.43街坊編號891011121314街坊面積（ha）2.211.962.042.402.401.212.28街坊編號15161718192021街坊面積（ha）1.451.702.001.801.661.231.53街坊編號222324252627

街坊面積（ha）1.711.802.201.382.042.40

3．劃分設(shè)計管段，計算設(shè)計流量根據(jù)設(shè)計管段的定義和劃分方法，將各干管和主干管有本段流量進入的點（一般定為街坊兩端）、集中流量及旁側(cè)支管進入的點，作為設(shè)計管段的起止點的檢查井并編上號碼。各設(shè)計管段的設(shè)計流量應(yīng)列表進行計算。本例中，居住區(qū)人口密度為350人/ha，居民污水定額為120L/人·d，則生活污水比流量為q1～2=25Lq8～9=qs·F·kz=0.486×（1.21+1.70）·kz=1.41·kz=1.41×2.3=3.24Lq9～10=qs·F·kz=0.486×（1.21+1.70+1.43+2.21）·kz=3.18·kz=3.18×2.3=7.31Lq10～2=qs·F·kz=0.486×（1.21+1.70+1.43+2.21+1.21+2.28）·kz=4.88·kz=4.88×2.3=11.23Lq2～3=qs·F·kz+q甲=(0.486×2.20+4.88）·kz+q甲=(1.07+4.88)·kz+25=5.95×2.2+25=13.09+25=38.09L管段編號居住區(qū)生活污水量Q1集中流量設(shè)計流量L/s本段流量轉(zhuǎn)輸流量q2L/s合計平均流量L/s總變化系數(shù)kz生活污水設(shè)計流量Q1L/s本段L/s轉(zhuǎn)輸L/s街坊編號街坊面積104m2比流量qsL/s·104m2流量q1L/s1234567891011124．管渠材料的選擇由于生活污水對管材無特殊要求，且管道的敷設(shè)條件較好，故在本設(shè)計中，DN≤400mm的管道采用混凝土管，DN400mm以上的管道采用鋼筋混凝土管。5．各管段的水力計算在各設(shè)計管段的設(shè)計流量確定后，便可按照污水管道水力計算的方法，從上游管段開始依次進行各設(shè)計管段的水力計算。水力計算步驟如下：(1)從管道平面布置圖上量出每一設(shè)計管段的長度，列入表中第2項。（2）將各設(shè)計管段的設(shè)計流量填入表中第3項。設(shè)計管段起止點檢查井處的地面標(biāo)高列入表中第10、11項。（3）計算每一設(shè)計管段的地面坡度，作為確定管道坡度時的參考。（4）根據(jù)管段的設(shè)計流量，參照地面坡度，確定各設(shè)計管段的管徑、設(shè)計流速、設(shè)計坡度和設(shè)計充滿度。其余各設(shè)計管段的管徑、坡度、流速和充滿度的計算方法與上述方法相同。在水力計算中，由于Q、D、I、v、h/D各水力因素之間存在著相互制約的關(guān)系，因此，在查水力計算圖時，存在著一個試算過程，最終確定的D、I、v、h/D要符合設(shè)計規(guī)范的要求。（5）根據(jù)設(shè)計管段的長度和設(shè)計坡度求管段的降落量。如管段1～2的降落量為I·L＝0.002×110＝0.22m，列入表中第9項。（6）根據(jù)管徑和設(shè)計充滿度求管段的水深。如管段1～2的水深h＝D·h/D＝0.35×0.447＝0.16m，列入表中第8項。（7）求各設(shè)計管段上、下端的管內(nèi)底標(biāo)高和埋設(shè)深度。控制點：是指在污水排水區(qū)域內(nèi)，對管道系統(tǒng)的埋深起控制作用的點。各條干管的起點一般都是這條管道的控制點。這些控制點中離出水口最遠最低的點，通常是整個管道系統(tǒng)的控制點。具有相當(dāng)深度的工廠排出口也可能成為整個管道系統(tǒng)的控制點，它的埋深影響整個管道系統(tǒng)的埋深。確定控制點的管道埋深應(yīng)根據(jù)城市的豎向規(guī)劃，保證排水區(qū)域內(nèi)各點的污水都能自流排出，并考慮發(fā)展，留有適當(dāng)余地；不能因照顧個別點而增加整個管道系統(tǒng)的埋深。對個別點應(yīng)采取加強管材強度；填土提高地面高程以保證管道所需的最小覆土厚度；設(shè)置泵站提高管位等措施，減小控制點的埋深.首先確定管網(wǎng)系統(tǒng)的控制點。本例中離污水廠較遠的干管起點有8、11、15及工廠出水口1點，這些點都可能成為管道系統(tǒng)的控制點。1點的埋深受冰凍深度和工廠廢水排出口埋深的影響，由于冰凍深度為1.40m，工廠排出口埋深為2.0m，1點的埋深主要受工廠排出口埋深的控制。8、11、15三點的埋深可由冰凍深度及最小覆土厚度的限值決定，但因干管與等高線垂直布置，干管坡度可與地面坡度相近，因此埋深增加不多，整個管線上又無個別低洼點，故8、11、15三點的埋深不能控制整個主干管的埋設(shè)深度。對主干管埋深起決定作用的控制點則是1點。1點是主干管的起點，它的埋設(shè)深度定為2.0m，將該值列入表12－6中第16項。1點的管內(nèi)底標(biāo)高等于1點的地面標(biāo)高減去1點的埋深，為86.200－2.00＝84.200m，列入表中第14項。2點的管內(nèi)底標(biāo)高等于1點的管內(nèi)底標(biāo)高減去管段1～2的降落量，為84.200－0.220＝83.98m，列入表12－6中第15項。2點的埋設(shè)深度等于2點的地面標(biāo)高減去2點的管內(nèi)底標(biāo)高，為86.100－83.98＝2.12m，列入表12－6中第17項。8～2、11～4、15～6三條污水干管各設(shè)計管段均為不計算管段，管段間銜接采用管頂平接。（8）計算管段上、下端水面標(biāo)高。管段上下端水面標(biāo)高等于相應(yīng)點的管內(nèi)底標(biāo)高加水深。如管段1～2中1點的水面標(biāo)高為84.200+0.16＝84.36m，列入表中第13項。根據(jù)管段在檢查井處采用的銜接方法，可確定下游管段的管內(nèi)底標(biāo)高。1)管段1～2與管段2～3的管徑相同，采用水面平接。則這兩管段在2點的水面標(biāo)高相同。于是，管段2～3中2點的管內(nèi)底標(biāo)高為84.14－0.22＝83.92m。2）如管段4～5與管段5～6管徑不同，可采用管頂平接。則這兩管段在5點的管頂標(biāo)高相同。然后用5點的管頂標(biāo)高減去5～6管徑，得出5點的管內(nèi)底標(biāo)高。在進行管道的水力計算時，應(yīng)注意如下問題：①慎重確定設(shè)計地區(qū)的控制點。這些控制點常位于本區(qū)的最遠或最低處，它們的埋深控制該地區(qū)污水管道的最小埋深。各條管道的起點、低洼地區(qū)的個別街坊和污水排出口較深的工業(yè)企業(yè)或公共建筑都是控制點的研究對象。②研究管道敷設(shè)坡度與管線經(jīng)過的地面坡度之間的關(guān)系。使確定的管道坡度在滿足最小設(shè)計流速的前提下，既不使管道的埋深過大，又便于旁側(cè)支管的接入。③水力計算自上游管段依次向下游管段進行，隨著設(shè)計流量逐段增加，設(shè)計流速也應(yīng)相應(yīng)增加。如流量保持不變，流速不應(yīng)減小。只有當(dāng)坡度大的管道接到坡度小的管道時，下游管段的流速已大于1.0m/s（陶土管）或1.2m/s（混凝土、鋼筋混凝土管道）的情況下，設(shè)計流速才允許減小。設(shè)計流量逐段增加，設(shè)計管徑也應(yīng)逐段增大，但當(dāng)坡度小的管道接到坡度大的管道時，管徑才可減小，但縮小的范圍不得超過50～100mm，并不得小于最小管徑。④在地面坡度太大的地區(qū)，為了減小管內(nèi)水流速度，防止管壁遭受沖刷，管道坡度往往小于地面坡度。這就可能使下游管段的覆土厚度無法滿足最小限值的要求，甚至超出地面，因此應(yīng)在適當(dāng)?shù)攸c設(shè)置跌水井。當(dāng)?shù)孛嬗啥钙峦蝗蛔兙彆r，為了減小管道埋深，在變坡處應(yīng)設(shè)跌水井。⑤水流通過檢查井時，常引起局部水頭損失。為了盡量降低這項損失，檢查井底部在直線管段上要嚴格采用直線，在轉(zhuǎn)彎處要采用勻稱的曲線。通常直線檢查井可不考慮局部水頭損失。⑥在旁側(cè)管與干管的連接點上，要考慮干管的已定埋深是否允許旁側(cè)管接入。同時為避免旁側(cè)管和干管產(chǎn)生逆水和回水，旁側(cè)管中的設(shè)計流速不應(yīng)大于干管中的設(shè)計流速。⑦初步設(shè)計時，只進行干管和主干管的水力計算。技術(shù)設(shè)計時，要進行所有管道的水力計算。6．繪