城市污水管网设计与计算

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城市污水管网设计与计算是排水工程的核心环节，旨在安全、经济、高效地收集、输送生活污水、工业废水及部分初期雨水至污水处理厂。设计需遵循《室外排水设计标准》（GB50014）等规范，以保障系统长期稳定运行。其核心内容包括：水量计算（采用综合生活污水定额、人口密度、工业用水折算系数及雨污合流制下的截流倍数等参数，确定设计流量）；水力计算（依据曼宁公式或谢才公式，合理确定管径、坡度、流速与充满度，确保自清流速（通常0.6–0.75m/s）与最大允许流速（≤5m/s），防止淤积与冲刷）；管网布置（结合地形、水系、道路、用地功能及污水处理厂位置，优化干管走向，优先利用重力流，减少提升泵站）；以及节点水力分析、跌水与检查井设置、管道基础与接口设计等。现代设计普遍采用SWMM、EPANET或鸿业、天正等专业软件进行建模、模拟与优化，支持暴雨工况校核与内涝风险评估。此外，还需统筹考虑未来城市扩张、雨污分流改造、绿色基础设施衔接及智慧监测需求，体现可持续性与韧性理念。科学的设计与精准的计算，直接关系到污水处理效率、管网寿命、运维成本及城市水环境质量。（约400字）

（1）居民生活污水量变化系数

dbjt45-045-2017 装配式混凝土结构工程施工技术规程式中　Qd――平均日污水流量（L/s）。

生活污水量总变化系数KZ　　　　　　　　　表9.1

（2）工业废水量变化系数工业废水量变化与生产工艺有密切联系，需要通过实地调查和分析求得。大部分工业产品的生产工艺与气候、温度关系不大，生产废水量比较均匀，日变化系数较小，多数情形下，日变化系数Kd可近似取值为1。下表列出了部分工业生产废水量时变化系数Kh，可供参考使用。

部分工业生产废水的时变化系数　　　　　　　　　　　　　　表9.2

工业企业生活污水和淋浴污水量变化系数生活污水：一般车间3.0，高温车间2.5。淋浴污水：下班后1小时使用，不考虑变化。

（3）工业企业生活污水和淋浴污水量变化系数工业企业生活污水量按每工作班污水量定额计算，变化系数与工业企业生活用水量变化系数基本相同，一般车间采用3.0，高温车间采用2.5。工业企业淋浴污水量按每个工作班污水量定额计算，每班考虑在1h之内使用，均匀用水和排水。

9.1.3设计设计流量计算（1）居民生活污水设计流量居民生活污水最大日设计流量Q1用下式计算：

式中　q1i―平均日居民生活污水量，L/(cap·d)；N1i―各排水区域服务人口数，cap；KZ1―生活污水量的总变化系数。

平均日设计流量Qd为：

（2）公共建筑污水设计流量公共建筑排放的污水量比较集中，例如公共浴室、旅馆、医院、学校住宿区、洗衣房、餐饮娱乐中心等。污水量定额参照有关公共建筑的用水量标准采用。污水设计流量Q2用下式计算：

式中：q2i—最高日污水量标准（L/用水单位·d）；N2i—服务单位数；Kh2i—时变化系数。T2i―排水小时数，h。

（3）工业废水设计流量工业废水的设计流量Q3：

式中　q3i―废水量定额；N3i―产品单位；T3i―生产小时数，h；f3i―重复利用率；K3i―时变化系数。

（4）工业企业生活污水量和淋浴污水设计流量工业企业生活污水和淋浴污水的设计流量Q4用下式计算：

式中　q4ai一生活用水量定额，L/（cap·班）；q4bi一淋浴用水量定额，L/（cap·班）；N4ai一生活用水总人数，cap；N4bi一淋浴用水总人数，cap；T4ai―每班工作小时数，h；Kh4ai―生活污水量变化系数，一般车间3.0，高温车间2.5。

在地下水位较高的地区，应考虑地下水渗入管道的水量。缺乏测定资料时，可按平均日综合生活污水和工业废水总量的10％～15％计算。

（5）城市污水设计总流量污水设计总流量采用直接求和的方法计算，如下式：

9.2管段设计流量计算

如图9.3，可以用管段编码[1]，[2]，[3]，…，[NP]和节点编码1，2，3，…，NN，其中，NP＝35为管段总数，NN＝36为节点总数，对于枝状管网，NN=NP+1。

管段的上游端汇入污水流量和该管段的收集污水量作为管段的输水流量，称为管段设计流量。

污水管网为不含回路的树状管网。

列出各管段对应的上游和下游节点编号的集合，加上各节点的地理平面坐标位置和高程，即可唯一地确定管网的图形，并构造管网图形的关联矩阵。图9.3所示管网的管段上游和下游节点编号集合如表9.4。

9.2.2　节点设计流量计算设计流量：最高日最高时的污水流量。

节点流量：该节点所接入的集中污水流量和该节点下游管段所连接用户的污水流量之和。前者称为集中流量，后者称为本段流量。前述四类污水流量中有三类作为集中流量处理，只有居民生活污水是本段（沿线）流量。如图9.4所示，沿线流量按照管段服务面积或管长比例分配，全部加到上游节点作为节点流量（不同于给水管网计算时均分到两端节点上）。

图9.4管段服务面积划分图

9.2.3　管段设计流量计算从上游起端节点向下游节点，依次计算管段设计流量，直到末端节点，假定居民生活污水、工业废水、工业企业生活与沐浴污水、公共建筑污水等四类污水的最高小时流量同时出现，设计流量直接累加，得到污水管网管段设计流量的计算公式：

式中　q1i―居民生活污水平均日流量，L/s；q2i―工业废水设计流量，L/s；q3i―工业企业生活与淋浴污水设计流量，L/s；q4i―公共建筑生活污水设计流量，L/s；Kzli―居民生活污水量总变化系数，根据q1i查表9.1或用式（9.2）计算；M―污水管网中的管段总数。q4i―条管段输送的公共建筑生活污水设计流量，L/s，它们在管网中满足连续性条件；Kzli―条管段输送的居民生活污水量总变化系数，根据q1i查表9.1或用式（9.2）计算；M―污水管网中的管段总数。

【例9.2】例9.1的居住小区污水管网设计如图9.5所示，街坊划分为27个，箭头表示各街坊污水排出方向，各街坊汇水面积见表9.5。该小区自北向南倾斜，坡度较小，街道支管布置在较低一侧，干管基本与等高线垂直，布置在小区南面河岸低处，基本与等高线平行。污水管网平面采用截流式形式布置，初步设计方案如图9.5所示。试计算干管各管段污水设计流量。

【解】本管网中主干管为1~7，可分为6个管段，其中管段1~2输送工厂甲集中流量，管段5~6输送工厂乙集中流量，管段2~3、3~4、4~5和6~7分别接纳街坊24、25、26和27的生活污水。三条干管为8~2、11~4和16~6，均没有直接的本段流量。居民生活污水平均日流量按面积分配，比流量为：

管段设计流量计算见表9.6。

9.3　污水管道设计参数

图9.6　充满度示意图

9.3.1　设计充满度在一个设计管段中，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，如图9.6所示。当h/D=1时称为满管流，当h/D<1时称为非满管流。污水管道应按非满管流设计，为未预见水量留有余地，避免污水溢出，排除有害气体。设计规范规定污水管道的最大设计充满度见表9.7。

最大设计充满度　　　　　　　　　　表9.7

在计算污水管道充满度时，设计流量不包括淋浴或短时间内突然增加的污水量，但当管径小于或等于300mm时，应按短时间内的满管流复核db50t 532-2021 智慧交通 物联网数据服务平台 总体架构，保证污水不溢流到地面。对于明渠，设计规范规定设计超高不小于0.2m。

9.3.2　设计流速为了防止管道中产生淤积或冲刷，设计流速应限制最大和最小设计流速。最小设计流速：管道不淤积流速，与污水中所含悬浮物的成分和粒度有关。《室外排水设计规范》规定污水管渠最小设计流速为0.6m/s，含有金属、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；明渠的最小设计流速为0.4m/s。最大设计流速：管道不冲刷流速。该值与管道材料有关，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。明渠最大设计流速按表9.8采用。

明渠最大设计流速　　　　表9.8

9.3.3　最小管径为了养护方便，规定采用允许最小管径。在居住区和厂区内，污水支管最小管径为200mm，干管最小管径为300mm。城镇道路下的污水管道最小管径为300mm。若设计管段服务面积小，可直接采用最小管径，称为不计算管段。

9.3.4　最小设计坡度为防止管道内产生沉淀，规定最小设计流速，相应的管道坡度称为最小设计坡度。设计坡度与设计流速的平方成正比，与水力半径的4/3次方成反比，不同管径的污水管道应有不同的最小坡度。规范规定最小设计坡度：管径200mm的最小设计坡度为0.004；管径300mm的最小设计坡度为0.003。当管道坡度不满足不淤流速时，应有防淤、清淤措施。钢筋混凝土管的建议最小设计坡度见表9.9。

常用管径的最小设计坡度（钢筋混凝土管非满流）表9.9

9.3.5　污水管道埋设深度污水管道埋设深度：管道内壁底部离开地面的垂直距离，是一个重要设计参数。覆土厚度：管道顶部离开地面的垂直距离，见图9.7。埋设深度分为起点埋深、终点埋深和平均埋深，平均埋深是起点埋深和终点埋深的平均值。最小覆土厚度：保证管道不受外界压力和冰冻的影响和破坏的覆土厚度最小限值，这一最小限值。

住宅楼脚手架专项施工方案图9.7　管道埋深示意图

9.3.5　污水管道埋设深度污水管道的最小覆土厚度，一般应满足下述三个要求：（1）防止管道内污水冰冻和因土壤冰冻膨胀而损坏管道《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。（2）防止地面荷载破坏车行道下管最小覆土厚度不宜小于0.7m。非车行道下的管道最小覆土厚度可减小。（3）满足街区污水连接管衔接要求从安装技术考虑，建筑物首层卫生设备的污水出户连接管最小埋深一般采用0.5~0.7m，所以污水支管起点最小埋深也应有0.6~0.7m。最大埋深：管道允许埋设深度的最大值称为最大允许埋深，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，一般不超过5m。