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污水管網(wǎng)水力計算及工程設(shè)計

污水管道系統(tǒng)的工程設(shè)計包括：①設(shè)計基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的收集;②污水管道系統(tǒng)的平面布置;③污水管道設(shè)計流量計算和水力計算;④污水管道系統(tǒng)附屬構(gòu)筑物的選擇與設(shè)計;⑤污水管道在街道橫斷面上位置的確定;⑥繪制污水管道系統(tǒng)平面圖和縱剖面圖。

1.污水管道設(shè)計方案的確定

⑴設(shè)計資料的調(diào)查

進行排水工程設(shè)計時，通常需要有以下幾方面的基礎(chǔ)資料：

①有關(guān)明確任務(wù)的資料;

②有關(guān)自然因素方面的資料地形圖，氣象資料，水文資料地質(zhì)資料等。

③有關(guān)工程情況的資料

包括道路的現(xiàn)狀和規(guī)劃，地面建筑物和地鐵及其它地下建筑的位置和高程，各種地下管線的位置，本地區(qū)建筑材料、管道制品以及電力供應(yīng)的情況和價格，安裝單位的等級和裝備情況等。

⑵設(shè)計方案的確定

在掌握了較為完整可靠的設(shè)計基礎(chǔ)資料后，設(shè)計人員根據(jù)工程的要求和特點，對工程中一些原則性的、涉及面較廣的問題提出了不同的解決辦法，這樣就構(gòu)成了不同的設(shè)計方案。對提出的設(shè)計方案需要進行技術(shù)經(jīng)濟評價，其步驟和方法是：①建立方案的技術(shù)經(jīng)濟數(shù)學模型;②解技術(shù)經(jīng)濟數(shù)學模型;③方案的技術(shù)經(jīng)濟比較;④綜合評價與決策。

2.污水管網(wǎng)的水力計算

包括以下幾個方面：

⑴污水設(shè)計流量的確定

城市污水總的設(shè)計流量是居住區(qū)生活污水、工業(yè)企業(yè)生活污水和工業(yè)廢水設(shè)計流量三部分之和，在地下水位較高的地區(qū)，還應(yīng)加入地下水涌入量。當設(shè)計污水管道系統(tǒng)時，應(yīng)分別列表計算各居住區(qū)生活污水、工業(yè)廢水和工廠生活污水設(shè)計流量，然后得出污水設(shè)計流量綜合表。

⑵污水管道的水力計算

①水力計算的基本公式

污水管道水力計算的目的，在于合理的經(jīng)濟的選擇管道斷面尺寸、坡度和埋深。

②污水管道水力計算的設(shè)計數(shù)據(jù)

設(shè)計充滿度：指的是在設(shè)計流量下，污水在管道中的水深和管道直徑的比值。設(shè)計流速：和設(shè)計流量、設(shè)計充滿度相應(yīng)的水流平均速度叫做設(shè)計流速。為了防止管道中產(chǎn)生淤積或沖刷，設(shè)計流速不宜過小或過大，應(yīng)在最大和最小設(shè)計流速范圍之內(nèi)。最小管徑：一般在污水管道系統(tǒng)的上游部分，設(shè)計污水流量很小，若根據(jù)流量計算，則管徑會很小，且易堵塞，因此，為了養(yǎng)護的方便，常規(guī)定一個允許的最小管徑最小設(shè)計坡度：在污水管道系統(tǒng)設(shè)計時，通常使管道埋設(shè)坡度與設(shè)計地區(qū)的地面坡度基本一致，但管道坡度造成的流速應(yīng)等于或大于最小設(shè)計流速，以防止管道內(nèi)產(chǎn)生沉淀，因此，將相應(yīng)于管內(nèi)流速為最小設(shè)計流速時的管道坡度稱為最小設(shè)計坡度。

③污水管道的埋設(shè)深度

通常，污水管網(wǎng)占污水工程總投資的50%～75%，在實際工程中，同一直徑的管道，采用的管材、接口和基礎(chǔ)型式均相同，因其埋設(shè)深度不同，管道單位長度的工程費用相差比較大。因此，合理地確定管道埋深對于降低工程造價是十分重要的。

④污水管道水力計算的方法

在進行污水管道水力計算時，通常污水設(shè)計流量為已知值，需要確定管道的斷面尺寸和敷設(shè)坡度。為了使水力計算獲得較為滿意的結(jié)果，必須認真分析設(shè)計地區(qū)的地形等條件，并充分考慮水力計算設(shè)計數(shù)據(jù)的有關(guān)規(guī)定。所選擇的管道斷面尺寸，必須要在規(guī)定的設(shè)計充滿度和設(shè)計流速的情況下，能夠排泄設(shè)計流量。管道坡度應(yīng)參照地面坡度和最小坡度的規(guī)定確定。一方面要使管道盡可能與地面坡度平行敷設(shè)，這樣可以不增大埋深，另一方面又要保證管道坡度不能小于最小設(shè)計坡度的規(guī)定，以免管道內(nèi)的流速達不到最小設(shè)計流速而產(chǎn)生淤積。此外，為了防止管壁受到?jīng)_刷，應(yīng)避免管道的坡度太大而使流速大于最大設(shè)計流速。在具體計算中，已知設(shè)計流量Q和管道粗糙系數(shù)n，需要求管徑D、水力半徑R、充滿度、管道坡度和流速。兩個方程式中有5個未知數(shù)，因此必須先假定3個求其它兩個，計算復(fù)雜，為了簡化計算，常采用水力計算圖，即把流量、管徑、坡度、流速、充滿度、粗糙系數(shù)各水力因素之間的關(guān)系繪制成的水力計算圖。對每一張圖表來說，管徑和粗糙系數(shù)已知，圖上的曲線表示流量、流速、坡度以及充滿度之間的關(guān)系，在這4個因素中，知道其中兩個就可以查出其它兩個。應(yīng)掌握水力計算圖的使用方法。

例1：已知粗糙系數(shù)為0.014，流量為32L/s，管徑為300mm，充滿度為0.55，求流速和坡度。

解：首先找到管徑為300mm的那張圖，在圖上有四組線條，豎線表示流量，橫線表示水力坡度，從左向右下傾的斜線表示流速，從右向左下傾的斜線表示充滿度。每條線上的數(shù)字代表相應(yīng)的數(shù)值。從圖中找出流量為32L/s的豎線和充滿度為0.55的那條斜線，兩線相交的點落在坡度為0.0038的那橫線上，則坡度為0.0038，落在流速為0.8m/s和0.85m/s之間，估計為0.81m/s。

例2：已知粗糙系數(shù)為0.014，管徑為400mm，流量為41L/s，流速為0.9m/s，求坡度和充滿度。

解：采用管徑為400mm那張圖，找出流量為41L/s的那條豎線和流速為0.9m/s的那條斜線，兩線的交點落在代表坡度為0.0043的那條橫線上，則坡度為0.0043，落在充滿度為0.35與0.4兩條斜線之間，估計充滿度為0.39。

3.污水管道的設(shè)計

⑴確定排水區(qū)界，劃分排水流域

排水區(qū)界是污水排水系統(tǒng)設(shè)置的界限，是根據(jù)城鎮(zhèn)總體規(guī)劃設(shè)計規(guī)模決定的。在排水區(qū)界內(nèi)，根據(jù)地形及城市的豎向規(guī)劃，劃分排水流域。每一個排水流域往往有一個或一個以上的干管，根據(jù)流域地勢標明水流方向和污水需要抽升的地區(qū)。

⑵管道定線和平面布置的組合

在城鎮(zhèn)總平面圖上確定污水管道的位置和走向，稱為污水管道系統(tǒng)的定線。管道定線一般按主干管、干管和支管的順序依次進行。定線的主要原則是：盡可能地在管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。定線時應(yīng)充分利用地形，使管道的走向符合地形趨勢，一般宜順坡排水。應(yīng)選擇最適當?shù)亩ň€位置，使之既能盡量減小埋深，又可少建泵站。

⑶控制點的確定和泵站的設(shè)置地點

確定控制點的標高，一方面應(yīng)根據(jù)城市的豎向規(guī)劃，保證排水區(qū)域內(nèi)各點的污水都能夠排出，并考慮發(fā)展，在埋深上適當留有余地。

⑷設(shè)計管段及設(shè)計流量的確定

①設(shè)計管段及其劃分

根據(jù)管道平面布置圖，凡有集中流量進入，有旁側(cè)管道接入的檢查井均可作為設(shè)計管段的起迄點，設(shè)計管段的起迄點應(yīng)編上號碼。

②設(shè)計管段的設(shè)計流量

每一設(shè)計管段可能包括本段流量、轉(zhuǎn)輸流量和集中流量，對于某一設(shè)計管段而言，本段流量沿線是變化的，即從管段起點的零增加到終的全部流量，為了計算的方使，通常假定本段流量集中在起點進入設(shè)計管段，它接受本管段服務(wù)地區(qū)的全部污水流量。

⑸污水管道的銜接

污水管道在管徑、坡度、高程和方向發(fā)生變化及支管接入的地方都需要設(shè)置檢查井，在設(shè)計時必須考慮在檢查井內(nèi)上下游管道銜接時的高程關(guān)系問題，管道在銜接時應(yīng)遵循的原則是：盡可能提高下游管段的高程，以減少管道埋深，降低造價，避免上游管段中形成回水而造成淤積。管道銜接的方法，通常有水面平接和管頂平接兩種。

⑹污水管道在街道上的位置

在城市道路下，有許多管線工程，為了合理安排污水管道在其空間的位置，必須在各單項管線工程規(guī)劃的基礎(chǔ)上，進行綜合規(guī)劃，統(tǒng)籌安排，以利施工和日后的維護管理。污水管道與其它地下管線或構(gòu)筑物的水平和垂直最小凈距，最好由城市規(guī)劃部門或工業(yè)企業(yè)內(nèi)部管道綜合部門根據(jù)其管線類型和數(shù)量、高程、可敷設(shè)管線的位置等因素制訂管線的綜合設(shè)計。另外，污水管線與其他地下管線或構(gòu)筑物的最小凈距應(yīng)滿足規(guī)范要求。

⑺污水管道的設(shè)計計算步驟

①排水系統(tǒng)總平面設(shè)計，即確定污水廠位置和排水出路，在城市或小區(qū)平面圖上布置排水干管、支管以及進行街區(qū)編號并計算干管的匯水面積。②干、支管線的平面設(shè)計。③確定設(shè)計標準。④確定設(shè)計流量。⑤進行水力計算，根據(jù)已經(jīng)確定管道路線以及各設(shè)計管段的設(shè)計流量，進行各設(shè)計管段的管徑、坡度、流速、充滿度和井底高程的計算，確定設(shè)計流量后，依次進行干管各設(shè)計管段的水力計算。⑥繪制管道平面圖和縱剖面圖

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（責任編輯：昆凌）

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