3.1.3污水管網(wǎng)水力計算及工程設計

　　污水管道系統的工程設計包括：

　�、僭O計基礎數據的收集；②污水管道系統的平面布置；③污水管道設計流量計算和水力計算；④污水管道系統附屬構筑物的選擇與設計；⑤污水管道在街道橫斷面上位置的確定；⑥繪制污水管道系統平面圖和縱剖面圖。

　　1.污水管道設計方案的確定

　�。�1）設計資料的調查

　　進(jìn)行排水工程設計時(shí)，通常需要有以下幾方面的基礎資料：

　�、儆嘘P(guān)明確任務(wù)的資料；

　�、谟嘘P(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。

　�、塾嘘P(guān)工程情況的資料

　　包括道路的現狀和規劃，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(xiàn)的位置，本地區建筑材料、管道制品以及電力供應的情況和價(jià)格，安裝單位的等級和裝備情況等。

　�。�2）設計方案的確定

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

　　2.污水管網(wǎng)的水力計算

　　包括以下幾個(gè)方面：

　�。�1）污水設計流量的確定

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

　�。�2）污水管道的水力計算

　�、偎�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。

　�、谖鬯�管道水力計算的設計數據

　　設計充滿(mǎn)度：指的是在設計流量下，污水在管道中的水深和管道直徑的比值。

　　設計流速：和設計流量、設計充滿(mǎn)度相應的水流平均速度叫做設計流速。為了防止管道中產(chǎn)生淤積或沖刷，設計流速不宜過(guò)小或過(guò)大，應在最大和最小設計流速范圍之內。

　　最小管徑：一般在污水管道系統的上游部分，設計污水流量很小，若根據流量計算，則管徑會(huì )很小，且易堵塞，因此，為了養護的方便，常規定一個(gè)允許的最小管徑最小設計坡度：在污水管道系統設計時(shí)，通常使管道埋設坡度與設計地區的地面坡度基本一致，但管道坡度造成的流速應等于或大于最小設計流速，以防止管道內產(chǎn)生沉淀，因此，將相應于管內流速為最小設計流速時(shí)的管道坡度稱(chēng)為最小設計坡度。

　�、畚鬯�管道的埋設深度

　　通常，污水管網(wǎng)占污水工程總投資的50%～75%，在實(shí)際工程中，同一直徑的管道，采用的管材、接口和基礎型式均相同，因其埋設深度不同，管道單位長(cháng)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(jià)是十分重要的。

　�、芪鬯�管道水力計算的方法

　　在進(jìn)行污水管道水力計算時(shí)，通常污水設計流量為已知值，需要確定管道的斷面尺寸和敷設坡度。為了使水力計算獲得較為滿(mǎn)意的結果，必須認真分析設計地區的地形等條件，并充分考慮水力計算設計數據的有關(guān)規定。所選擇的管道斷面尺寸，必須要在規定的設計充滿(mǎn)度和設計流速的情況下，能夠排泄設計流量。管道坡度應參照地面坡度和最小坡度的規定確定。一方面要使管道盡可能與地面坡度平行敷設，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計坡度的規定，以免管道內的流速達不到最小設計流速而產(chǎn)生淤積。此外，為了防止管壁受到?jīng)_刷，應避免管道的坡度太大而使流速大于最大設計流速。

　　在具體計算中，已知設計流量Q和管道粗糙系數n，需要求管徑D、水力半徑R、充滿(mǎn)度、管道坡度和流速。兩個(gè)方程式中有5個(gè)未知數，因此必須先假定3個(gè)求其它兩個(gè)，計算復雜，為了簡(jiǎn)化計算，常采用水力計算圖，即把流量、管徑、坡度、流速、充滿(mǎn)度、粗糙系數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(lái)說(shuō)，管徑和粗糙系數已知，圖上的曲線(xiàn)表示流量、流速、坡度以及充滿(mǎn)度之間的關(guān)系，在這4個(gè)因素中，知道其中兩個(gè)就可以查出其它兩個(gè)。應掌握水力計算圖的使用方法。

　　3.污水管道的設計

　�。�1）確定排水區界，劃分排水流域

　　排水區界是污水排水系統設置的界限，是根據城鎮總體規劃設計規模決定的。在排水區界內，根據地形及城市的豎向規劃，劃分排水流域。每一個(gè)排水流域往往有一個(gè)或一個(gè)以上的干管，根據流域地勢標明水流方向和污水需要抽升的地區。

　�。�2）管道定線(xiàn)和平面布置的組合

　　在城鎮總平面圖上確定污水管道的位置和走向，稱(chēng)為污水管道系統的定線(xiàn)。管道定線(xiàn)一般按主干管、干管和支管的順序依次進(jìn)行。定線(xiàn)的主要原則是：盡可能地在管線(xiàn)較短和埋深較小的情況下，讓最大區域的污水能自流排出。

　　定線(xiàn)時(shí)應充分利用地形，使管道的走向符合地形趨勢，一般宜順坡排水。應選擇最適當的定線(xiàn)位置，使之既能盡量減小埋深，又可少建泵站。

　�。�3）控制點(diǎn)的確定和泵站的設置地點(diǎn)

　　確定控制點(diǎn)的標高，一方面應根據城市的豎向規劃，保證排水區域內各點(diǎn)的污水都能夠排出，并考慮發(fā)展，在埋深上適當留有余地。

　�。�4）設計管段及設計流量的確定

　�、僭O計管段及其劃分

　　根據管道平面布置圖，凡有集中流量進(jìn)入，有旁側管道接入的檢查井均可作為設計管段的起迄點(diǎn)，設計管段的起迄點(diǎn)應編上號碼。

　�、谠O計管段的設計流量

　　每一設計管段可能包括本段流量、轉輸流量和集中流量，對于某一設計管段而言，本段流量沿線(xiàn)是變化的，即從管段起點(diǎn)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(diǎn)進(jìn)入設計管段，它接受本管段服務(wù)地區的全部污水流量。

　�。�5）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置檢查井，在設計時(shí)必須考慮在檢查井內上下游管道銜接時(shí)的高程關(guān)系問(wèn)題，管道在銜接時(shí)應遵循的原則是：盡可能提高下游管段的高程，以減少管道埋深，降低造價(jià)，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。

　�。�6）污水管道在街道上的位置

　　在城市道路下，有許多管線(xiàn)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(xiàn)工程規劃的基礎上，進(jìn)行綜合規劃，統籌安排，以利施工和日后的維護管理。污水管道與其它地下管線(xiàn)或構筑物的水平和垂直最小凈距，最好由城市規劃部門(mén)或工業(yè)企業(yè)內部管道綜合部門(mén)根據其管線(xiàn)類(lèi)型和數量、高程、可敷設管線(xiàn)的位置等因素制訂管線(xiàn)的綜合設計。另外，污水管線(xiàn)與其他地下管線(xiàn)或構筑物的最小凈距應滿(mǎn)足規范要求。

　�。�7）污水管道的設計計算步驟

　�、倥潘�系統總平面設計，即確定污水廠(chǎng)位置和排水出路，在城市或小區平面圖上布置排水干管、支管以及進(jìn)行街區編號并計算干管的匯水面積。

　�、诟�、支管線(xiàn)的平面設計。

　�、鄞_定設計標準。

　�、艽_定設計流量。

　�、葸M(jìn)行水力計算，根據已經(jīng)確定的管道路線(xiàn)以及各設計管段的設計流量，進(jìn)行各設計管段的管徑、坡度、流速、充滿(mǎn)度和井底高程的計算，確定設計流量后，依次進(jìn)行干管各設計管段的水力計算。

　�、蘩L制管道平面圖和縱剖面圖。