污水管道设计计算-给水排水工程

一、污水管道中污水流动的特点

与给水管网的环流贯通情况不同，污水管道呈树枝状分布。沿支管、干管流入主干管，最终流向污水处理厂。大多数情况下污水在管道中靠重力流动。

污水中含有一定数量的有机物和无机物，这些物质按比重的不同分布在水流断面上，这就使得污水与清水的流动有所不同。而且由于管道中流量不断变化，流速也由于管道断面及流向的变化而变化，因此污水管道内水流不是均匀流。但由于污水中水分一般占99%以上，因此可假定污水的流动遵循水流流动的规律，进而假定管道内水流是均匀流。并且在设计和施工中，尽量改善管道的水力条件，则可使管内水流尽可能地接近均匀流。

二、水力计算的基本公式

污水管道水力计算的目的在于合理、经济地选择管道断面尺寸、坡度和埋深，由于这种计算是根据水力学规律，所以称做管道的水力计算。如前所述，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。常用的均匀流基本公式如下：

式中：Q为流量，m3/s；ω为过水断面面积，m2；v为流速，m/s；R为水力半径（过水断面面积与湿周的比值），m；I为水力坡度（等于水面坡度，也等于管底坡度）；C为流速系数或称谢才系数，一般按曼宁公式计算；n为管壁粗糙系数，其值根据管壁材料确定，见表21-2，混凝土和钢筋混凝土污水管道的管壁粗糙系数一般采用0.014。

表21-2　排水管渠粗糙系数

图21-1　充满度示意图

三、污水管道水力计算的设计数据

从水力计算公式可知，设计流量与设计流速及过水断面积有关，而流速则是管壁粗糙系数、水力半径和水力坡度的函数。为了保证污水管道的正常运行，在《室外排水设计规范》（GBJ14-87/1997年版）中对这些因素作了以下规定。

1.设计充满度

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。如图21-1所示。当h/D=1时称为满流；h/D＜1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，其最大设计充满度的规定如表21-3所示。

表21-3　最大设计充满度

这样规定的原因如下：

（1）确保流量变化的安全。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或管道接口渗入污水管道。因此有必要保留一部分管道断面，为未预见水量的增长留出余地，避免污水溢出妨碍环境卫生。

（2）有利于管道通风。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、石油等易燃气体时，可能形成爆炸性气体。故需流出适当的空间，以利管道的通风，排除有害气体，对防止管道爆炸有良好效果。

（3）改善水力条件。管道部分充满时，管道内水流速度在一定条件下比满流时大一些。例如，h/D=0.813时，流速v达到最大值，而当h/D=1和h/D=0.5时的流速相等。

（4）便于管道的疏通和维护管理。

在有些国家，污水管道按满流设计，但这时设计流量应包括雨水和地下水的渗入量。

2.设计流速

和设计流量、设计充满度相应的水流平均速度称为设计流速。污水在管内流动缓慢时，污水中所含杂质可能下沉，产生淤积；当污水流速增大时，可能产生冲刷现象，甚至损坏管道。为了防止管道中产生淤积或冲刷，设计流速不宜过小或过大，因此有最大和最小设计流速的规定。

（1）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，也与管道的水力半径、管壁的粗糙系数有关。根据国内污水管道实际运行情况的观测数据并参考国外经验，污水管道的最小设计流速定为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，其值要根据试验或运行经验确定。

（2）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。

3.最小设计坡度

在设计污水管道系统时，通常使管道埋设坡度与设计地区的地面坡度一致，但管道坡度造成的流速应等于或大于最小设计流速，以防止管道内产生沉淀。这一点在地势平坦或管道走向与地面坡度相反时尤为重要。因此，将相应于最小设计流速时的管道坡度叫做最小设计坡度。最小坡度的规定可减少起始段的埋深，从而有可能使整个管网的埋深减少、造价降低。

根据水力计算公式，在给定设计充满度的情况下，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：管径为200mm时最小设计坡度为0.004；管径为300mm时最小设计坡度0.003。

4.最小管径

一般在污水管道系统的上游部分，设计污水流量很小，若根据流量计算，则管径会很小。但为减少堵塞，便于养护，常规定一个允许的最小管径。在街坊和厂区内最小管径为200mm，在街道下为300mm。

当污水管道系统上游管段由于服务面积小，因而计算设计流量小于最小管径在最小设计坡度、充满度为0.5时可以通过的流量时，这个管段可以不进行水力计算，而直接采用最小管径和最小坡度，这种管段称为不计算管段。在这些管段中，为养护方便，应当有适当的冲洗水源，并考虑设置冲洗井。

四、污水管道的埋设深度及其衔接方式

1.埋设深度

通常，污水管网占污水工程总投资的50%～70%，而构成污水管道造价的挖填沟槽、沟槽支撑、湿土排水、管道基础、管道铺设等各部分的造价比重，与管道的埋设深度及施工方式有很大关系。因此，合理地确定管道埋深对于降低工程造价是十分重要的。

（1）管道覆土深和埋深：

1）覆土厚度：指管道外壁顶部到地面的距离。

2）埋设深度：指管道内壁底部到地面的距离。

（2）最小覆土深：为了降低造价，缩短工期，管道埋设深度越小越好，但覆土厚度应有一个最小的限值，这个最小限值称为最小覆土厚度。最小覆土厚度应满足以下3方面的要求：

1）必须防止管道内污水冰冻和因土壤冻胀而损坏管道：冰冻层内污水管道埋设深度或覆土厚度，应根据流量、水温、水流情况和敷设位置等因素确定。根据实测情况，污水水温即使在冬季也不会低于4°C；此外，污水管道按一定的坡度敷设，以一定的流速处于流动状态，因此污水在管道内是不会冰冻的，管道周围的泥土也不会冰冻。因此没有必要把整个污水管道都埋在土壤冰冻线以下。

《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和它接近的工业废水管道，管底可埋设在冰冻线以上0.15m，并应保证管顶最小覆土厚度；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，并应保证管顶最小覆土厚度。

2）必须防止管壁因地面荷载而受到破坏：埋设在地面下的污水管道承受着其上部土壤的静荷载和地面上车辆运行产生的动荷载。为了防止管道因外部荷载影响而损坏，首先要注意管材质量，其次必须保证管道有一定的覆土厚度，因为车辆运行对管道产生的动荷载，其垂直压力随着土层深度增加而向管道两侧传递，最后只有一部分集中的轮压力传递到地下管道上。从这一因素考虑并结合各地埋管经验，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）必须满足街坊污水连接管衔接的要求：城镇住宅、公共建筑内产生的污水要能顺畅排入街道污水管网，就必须保证街道污水管网起点的埋深大于或等于街坊污水管终点的埋深。而街坊污水管起点的埋深又必须大于或等于建筑物污水出户管的埋深。这对于确定在气候温暖又地势平坦的地区街道管网起点的最小埋深或覆土厚度是很重要的。从安装技术方面考虑，要使建筑物首层卫生设备的污水能顺利排出，污水出户管的最小埋深一般采用0.5～0.7m，所以街坊污水管道起点最小埋深应为0.6～0.7m。根据街坊污水管道起点最小埋深值，可根据下式确定街道管网起点的最小埋深。

式中：H为街道污水管网起点的最小埋深，m；h为街坊污水管起点的最小埋深，m；Z1为街道污水管起点检查井处地面标高，m；Z2为街坊污水管起点检查井处地面标高，m；I为街坊污水管和连接支管的坡度；L为街坊污水管和连接支管的总长度，m；Δh为连接支管和街道污水管的管内底高差，m。

图21-2　街道污水管最小埋深示意图

对每一个具体管道，从上述3个角度出发，可以得到3个不同的管底埋深或管顶覆土厚度值，取这3个数值中的最大值作为该管道的允许最小覆土厚度或最小埋设深度。

（3）最大埋深：在管道工程中，埋深愈大，则造价愈高，施工工期也愈长。因此除考虑管道最小埋深外，还应考虑管道最大埋深问题。污水在管道中依靠重力从高处流向低处，当管道的坡度大于地面坡度时，管道的埋深就愈来愈大，尤其在地形平坦地区更为突出。管道埋深允许的最大值为最大允许埋深。该值应根据技术经济指标及施工方法来确定，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。当超过最大埋深时，应设置泵站以提高管渠的位置。

2.污水管道控制点及衔接方式

（1）控制点的确定和泵站的设置地点：在污水排水区域内，对管道系统的埋深起控制作用的点称为控制点，如各条管道的起点大都是这条管道的控制点。这些控制点中离出水口最远的一点，通常就是整个系统的控制点。具有相当深度的工厂排出口或某些低洼地区的管道起点，也可能成为整个管道系统的控制点。这些控制点的管道埋深，影响整个污水管道系统的埋深。

确定控制点的标高时，一方面，应根据城市的竖向规划，保证排水区域内各点的污水都能够排出，并考虑未来发展，在埋深上适当留有余地；另一方面，不能因照顾个别控制点而增加整个管道系统的埋深。为此通常采用一些措施，例如，加强管材强度，填土提高地面高程以保证最小覆土厚度；设置泵站提高水位等方法，减少控制点管道的埋深，从而减少整个管道系统的埋深，降低工程造价。

在排水管道系统中，由于地形条件等因素的影响，通常可能需设置中途泵站、局部泵站和终点泵站。当管道埋深接近最大埋深时，为提高下游管道的水位而设置的泵站，称为中途泵站；若是将低洼地区的污水抽升到地势较高地区管道中，或是将高层建筑地下室、地铁、其他地下建筑的污水抽送到附近管道系统所设置的泵站称局部泵站；此外，污水管道系统终点的埋深通常很大，而污水处理厂的处理构筑物因受到受纳水体水位的限制，一般需埋深很浅或设置在地面上，因此需设置泵站将污水抽升至处理构筑物，这类泵站称为终点泵站，如图21-3所示。设置泵站抽升污水，会增加基建投资和常年运转管理费用，是不经济的做法。而如果不建泵站而过多地增加管道埋深，则不但施工难度大而且造价也很高。因此，在决定泵站设置与否及其具体位置时应考虑环境卫生、地质、电源和施工条件等因素，并应征询规划、环保、城建部门的意见。

图21-3　污水泵站的设置地点

（a）中途泵站；（b）局部泵站；（c）终点泵站

（2）污水管道衔接方式：污水管道在管径、坡度、高程、方向发生变化及支管接入的地方都需要设置检查井。在设计时必须考虑在检查井内上下游管道衔接时的高程关系问题，应遵循以下两个原则：

1）尽可能提高下游管段的高程，以减少管道埋深，降低造价。

2）避免上游管段中形成回水而造成淤积。

管道衔接在检查井内实现，衔接方法主要有水面平接和管顶平接两种。如图21-4所示。

图21-4　污水管道的衔接

（a）水面平接；（b）管顶平接

水面平接是指在水力计算中，使上游管段终端和下游管段起端在指定的充满度下的水面相平，即上游管段终端和下游管段起端的水面标高相同。由于上游管段中的水面变化较大，水面平接时在上游管段内的实际水面标高有可能低于下游管段的实际水面标高，因此，在上游管段中易形成回水。

管顶平接是指在水力计算中，使上游管段终端和下游管段起端的管顶标高相同。采用管顶平接时，在上述情况下就不致于在上游管段产生回水，但下游管段的埋深将增加。这对于平坦地区或埋设较深的管道，有时是不适宜的。这时应尽可能减少埋深，而采用水面平接的方法。

图21-5　管段跌水连接

1-管段；2-跌水井

此外，当下游管道敷设地区的地面坡度很大时，为了调整管内流速所采用的管道坡度将会小于地面坡度。为了保证下游管段的最小覆土厚度和减少上游管段的埋深，可根据地面坡度采用跌水连接，如图21-5所示。

同样，当管道敷设地区的地面突然变得非常陡峭时，为减少埋深，管道敷设坡度随之增加，管内水流断面减小、水流速度随之加大（当然坡度的选择要使管内水流速度满足最大流速的要求），管径相对上游有所减小，这时管道衔接应采取管底平接，即上游管段终端和下游管段起端的管底标高相同。

在旁侧管道和干管交汇处，若旁侧管道的管底标高比干管的管底标高大很多，为保证干管有良好的水力条件，最好在旁侧管道上先设跌水井后再与干管相接。反之，若干管的管底标高高于旁侧管道的管底标高，为了保证旁侧管能接入干管，干管在交汇处需设跌水井，增大干管的埋深。

污水明渠与地下管渠衔接时，采用跌水井连接；地下暗渠与明渠衔接时，需要在暗渠末端设排出口，再接入明渠。

因此，在管渠水力计算中，管道衔接方法要因地制宜地采用。无论采用哪种衔接方法，下游管段起端的水面和管底标高都不得高于上游管段终端的水面和管底标高。

五、污水管道的设计

污水管道的方案设计和施工图设计的基本步骤前已述及。在明确各管段污水量、水力条件后，根据埋深的要求及管道衔接方式，即可进行高程计算。污水管道设计主要包括以下内容。

1.划分排水流域与布置污水管网

在进行城市污水管道的规划设计时，首先要进行排水流域的划分及污水管网的布置。主要内容有：①确定排水区界，划分排水流域；②选择污水厂和出水口的位置；③确定污水干管及主干管的路线；①污水提升及泵站的位置等。

（1）排水流域划分。排水区界是污水排水系统设置的界限。凡是采用完善卫生设备的建筑区都应设置污水管道。在排水区界内，根据地形及城镇和工业区的竖向规划，划分排水流域。一般在丘陵及地形起伏的地区，可按等高线划出分水线，通常分水线与流域分界线基本一致。在地形平坦无显著分水线的地区，可依据面积的大小划分，使各相邻流域的管道系统能合理分担排水面积，使干管在最大合理埋深情况下，尽量使绝大部分污水能以自流排水为原则。每一个排水流域往往有1个或1个以上的干管，根据流域地势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如图21-6所示。该市被河流分隔为4个区域，根据自然地形，可划分为4个独立的排水流域。每个排水流域内有1条或1条以上的污水干管，两区形成河北排水区，另两区为河南排水区，北南两区污水进入各区污水处理厂，经处理后排入河流。(www.xing528.com)

（2）管网平面布置：

1）管道定线：在总图上确定污水管道的位置和走向，称污水管道的定线。正确的定线是合理、经济地设计污水管道的先决条件，是污水管道系统设计的重要环节。

图21-6　某市污水排水系统平面

0-排水区界；Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ-排水流域编号；1、2、3、4-各排水流域干管；5-污水处理厂

管道定线一般按主干管→干管→支管的顺序依次进行。管道定线的方法根据工程的重要性及工程设计的不同阶段选择纸上定线或测量定线，即根据给定条件，用比例尺按给定的图形比例将管中心线绘到图上。测量定线是在纸上定线的基础上，通过现场实测，将测量结果准确反映到图纸上；纸上定线只是依据图纸而定，所以不仅管线折点不固定，而且也可能与道路上管线的实际长度、埋深等不一致。因此干管或重要管线必须采用测量定线，其他管线视具体情况而定。

定线应遵循的主要原则是：应尽可能在管线较短和埋深较小的情况下，使最大区域的污水能自流排出。为了实现这一原则，在定线时必须很好地研究各种条件，使拟定的路线能因地制宜地利用有利因素而避免不利因素。定线时通常考虑的几个因素是：地形和竖向规划、排水体制和线路数目、污水厂和出水口位置、水文地质条件、道路宽度、地下管线和构筑物的位置、工业企业和产生大量污水的公共建筑的分布情况等。

采用的排水体制也影响管道定线。分流制系统一般有2个或2个以上的管道系统，定线时必须在平面和高程上互相配合。采用合流制时要确定截流干管及溢流井的正确位置。若采用混合体制，则在定线时应考虑2种体制管道的连接方式。

考虑到地质条件，地下构筑物以及其他障碍物对管道定向的影响，应将管道特别是主干管布置在坚硬密实的土壤中，尽量避免或减少管道穿越高地、基岩浅露地带或基质土壤不良地带；尽量避免或减少与河道、山谷、铁路及各种地下构筑物交叉，以降低施工费用，缩短工期及减少日后养护工作的困难。管道定线时，若管道必须经过高地，可采用隧洞或设提升泵站；若须经过土壤不良地段，应根据具体情况采取不同的处理措施，以保证地基或基础有足够的承载能力。当污水管道无法避开铁路、河流、地铁或其他地下构筑物时，管道最好垂直穿过障碍物，并根据具体情况采用倒虹管、管桥或其他工程设施。

管道定线，不论在整个城市或局部地区，都可能形成几个不同的布置方案。例如，常遇到由于地形或河流的影响，把城市分割成了几个天然的排水流域，此时应设计一个集中的排水系统还是设计成多个独立分散的排水系统？当管线遇到高地或其他障碍物时，是绕行或设置泵站，或设置倒虹管，还是采用其他的措施？管道埋深过大时，是设置中途泵站将水位提高还是继续增大埋深？凡此种种，在不同地区、不同城市的管道定线中都可能遇到。因此，应对不同的方案在同等条件和深度下进行技术经济比较，选出一个最好的管道定线方案。

2）平面布置：

a.污水干管及主干管的平面布置：在一定条件下，地形一般是影响管道定线的主要因素。定线时应充分利用地形，使管道的走向符合地势，一般宜顺坡排水。在整个排水区域较低的地方，例如集水线或河岸低处敷设主干管及干管，这样便于支管的污水自流接入，而横支管的坡度尽可能与地面坡度一致。管道干管及主干管的布置形式详见第二十章第四节。

污水主干管的走向取决于污水厂和出水口的位置。因此污水厂和出水口的数目与布设位置，将影响主干管的数目和走向。例如，在大城市或地形复杂的城市，可能要建几个污水厂分别处理和利用污水，这就需要敷设几条主干管；在小城市或地势倾向一方的城市，通常只设一个污水厂，则只需敷设一条主干管。若相邻城市联合建造区域污水厂，则需相应地建造区域污水管道系统。

污水管道中的水流靠重力流动，因此管道必须具有坡度。在地形平坦地区，管线虽然不长，埋深亦会增加很快，当埋深超过一定限值时，就需设置泵站。在管道定线时通过方案比较，选择最适当的定线位置，使之既能减少埋深，又可少建泵站。

b.污水支管的平面布置：污水支管的平面布置取决于地形及街坊建筑特征，并应便于用户接管排水。当街坊面积不太大，街坊污水管网可采用集中排水方式时，街道支管敷设在服务街坊较低侧的街道上，如图21-7（a）所示，称为低边式布置。当街坊面积大且地势平坦时，宜在街坊四周的街道敷设污水支管，如图21-7（b）所示。建筑物的污水排出管可与街道支管连接，称为周边式布置。街区已按规划确定，街区内污水管网按各建筑的需要设计，组成一个系统，再穿过其他街区与所穿街区的污水管网相连，如图21-7（c）所示，称为穿坊式布置。

图21-7　污水支管的布置形式

（a）低边式布置；（b）周边式布置；（c）穿坊式布置

c.污水管道在街道上的位置：管道定线时还须考虑街道宽度及交通情况。污水干管一般不宜敷设在交通繁忙而狭窄的街道下。所有地下管线尽量布置在人行道、非机动车道和绿化带下，只有在不得已时，才考虑将埋深大、修理次数较少的污水、雨水管布置在机动车道下。另外，为便于用户接管，当街道宽度超过40m时，为减少连接支管的数目和减少与其他地下管线的交叉，可考虑设置两条平行的污水管道。

在城市道路下有许多管线工程，如给水管、污水管、煤气管、热力管、雨水管、电力电缆、电信电缆等。在工厂的道路下管线工程的种类也会很多。此外，在道路下还可能有地铁、地下人行横道、工业用隧道等地下设施。为了合理安排这些管线在空间的位置，必须在各单项管线工程规划的基础上，进行综合规划，统筹安排，以利施工和日后的维护管理。

管线布置的一般顺序是，从建筑红线向道路中心线方向依次为：电力电缆→电信电缆→煤气管道→热力管道→给水管道→污水管道→雨水管道。若各种管线布置发生矛盾时，处理的原则是：新建的让已建的，临时的让永久的，小管让大管，压力管让重力流管，可弯的让不可弯的，检修次数少的让检修次数多的。在地下设施拥挤的地区或交通极为繁忙的街道下，把污水管线与其他地下管线集中安置在隧道中是比较合适的，但雨水管道一般不设在隧道中，而是与隧道平行敷设。

由于污水管道为重力流管道，管道（尤其是干管和主干管）的埋深比其他管线大，且有很多连接支管，若管线位置安排不当，将会造成施工和维修的困难。而且污水管道难免渗漏、损坏，从而会对附近建筑物、构筑物的基础造成危害或污染生活饮用水。因此污水管道与其他地下管线或构筑物间应有一定距离。表21-4所列即为排水管道与其他地下管线（构筑物）的最小净距，可供管线综合时参考。

表21-4　排水管道与其他管线（构筑物）的最小净距

注1.表列数字除注明者外，水平净距均指外壁净距，垂直净距系指下面管道的外顶与上面管道基础底间净距。
2.采取充分措施（如结构措施）后，表列数字可以减小。
3.与建筑物水平净距，管道埋深浅于建筑物基础时，一般不小于2.5m（压力管不小于5.0m）；管道埋深深于建筑物基础时，按计算确定，但不小于3.0m。
4.与给水管水平净距，给水管管径小于或等于200mm时，不小于1.5m，给水管管径大于200mm时，不小于3.0m。与生活给水管道交叉时，污水管道、合流管道在生活给水管道下面的垂直净距不应小于0.4m。当不能避免在生活给水管道上面穿越时，必须予以加固。加固长度不应小于生活给水管道的外径加4m。
5.与乔木中心距离不小于1.5m；如遇现状高大乔木时，则不小于2.0m。
6.穿越铁路时应尽量垂直通过，沿单行铁路敷设时应距路堤坡脚或路堑坡顶不小于5m。

图21-8所示为城市街道下地下管线布置的4种实例。图中尺寸以m计。

为了增大上游干管的直径，减少敷设坡度，以便能减少整个管道系统的埋深，将产生大流量污水的工厂或公共建筑物的污水排出口接入污水干管起端是有利的。

管道系统的方案确定后，便可组成污水管道平面布置图。在（初步）方案设计时，污水管道系统的总平面图包括干管、主干管的位置与走向和主要泵站、污水厂、出水口的位置等。施工设计时，管道平面图应包括全部支管、干管、主干管、泵站、污水厂、出水口等的具体位置和详细资料。

图21-8　街道地下管线的布置

根据定线后管道的具体位置，在管道转弯处、管径或坡度改变处、有支管接入处或两条以上管道交汇处，以及超过一定距离的直线管段上，都应设置检查井。

2.设计管段及设计流量的确定

（1）设计管段及其划分：两个检查井之间的管段采用的设计流量不变，且采用同样的管径和坡度，称其为设计管段。但在划分设计管段时，为了简化计算，不需要把每个检查井都作为设计管段的起迄点。因为在直线管段上，为了疏通管道，需在一定距离处设置检查井。估计可以采用同样管径和坡度的连续管段，就可以划作一个设计管段。根据管道平面布置图，凡有集中流量进入，有旁侧管道接入的检查井均可作为设计管段的起迄点，并在起迄点上编上号码。

（2）设计管段的设计流量：每一设计管段的污水设计流量可能包括以下几种流量，如图21-9所示。

1）本段流量：指从管段沿线街坊流来的污水量。

2）转输流量：指从上游管段和旁侧管段流来的污水量。

3）集中流量：指从工业企业或其他大型公共建筑物流来的污水量。

对于某一设计管段而言，本段流量沿线是变化的，即从管段起点的零增加到终点的全部流量，但为了计算的方便，通常假定本段流量集中在起点进入设计管段。它接受本管段服务地区的全部污水流量。

本段流量可用下式计算：

图21-9　设计管段的设计流量

式中：q1为设计管段的本段流量，m3/s；F为设计管段的街坊面积，ha；Kz为生活污水量的总变化系数；q0为单位面积的本段平均流量，即比流量[L/（s·ha）]；n为污水量标准，L/（cap·d）；p为人口密度，cap/ha。

从上游管段和旁侧管段流来的平均流量以及集中流量对这一管段来说是不变的。

方案（初步）设计时，只计算干管和主干管的流量。施工设计时，应计算全部管道的流量。

3.污水管道水力计算

（1）各管段水力条件的确定：在上述设计管段划分和设计流量计算的基础上，确定污水管道水力条件时，通常污水设计流量为已知值，需要进一步确定管道的断面尺寸和敷设坡度等水力条件。所选择的管道断面尺寸，必须能在规定的设计充满度和设计流速下排泄设计流量。管道坡度应参照地面坡度平行敷设，这样可不增大埋深。但同时管道坡度又不能小于最小设计坡度的规定，以免管道内流速达不到最小设计流速而产生淤积。当然也应避免因管道坡度太大而使流速大于最大设计流速，否则也会导致管壁受到冲刷而缩短管道的使用期限。

在具体水力计算中，已知各管段设计流量Q及所选管材的管道粗糙系数n，根据第三节水力计算基本公式求管径D、水力半径R、充满度h/D、管道坡度I和流速v。由于计算过程极为复杂，所以在实际工程中为了简化计算，常采用水力计算图或表。水力计算示意图如图21-10。

这种将流量、管径、坡度、流速、充满度和粗糙系数等各水力因素之间关系绘制成的水力计算图使用较为方便。对每一张图而言，D和n是已知数，图上的曲线表示管径D、充满度h/D、管道坡度I和流速v之间的关系。这4个因素中，根据地形条件和相关水力条件规定，只要首先确定2个就可以查出另外2个。

图21-10　水力计算示意图

也可采用水力计算表进行计算。表21-5为摘录的钢筋混凝土圆管（非满流，n=0.014）D=300mm水力计算表的部分数据。每一张表的管径D和粗糙系数n是已知的，表中Q、v、h/D、I等4个因素，知道其中任意2个便可求出另外2个。

表21-5　管道钢筋混凝土圆管水力计算表（非满流，n=0.014）D=300mm

（2）各管段高程的计算：各管段水力条件确定后，结合管网平面布置情况，确定管网控制点，根据控制点的埋深要求及管道衔接方式，逐段进行管道高程计算，即确定管道上、下游水面，管内底高程及埋深。在高程计算中，应使下游管段起端的水面和管底标高始终低于上游管段终端的水面和管底标高，同时应随时校核最小覆土深度。

（3）污水管道设计计算步骤：

1）在平面图上布置污水管道。

2）将街坊编号并计算其面积：将各街坊编上号码，列表计算它们的面积，用箭头标出各街坊污水排出的方向。

3）划分设计管段，计算设计流量：根据设计管段的定义和划分方法，将各管段有流量的进入点，作为设计管段的起迄点，并将其检查井编号。列表计算各设计管段的设计流量，并根据各管段流量大小，确定不计算管段。

4）水力计算：在确定设计流量后，便可以从上游管段开始依次进行各设计管段的水力计算，一般列表进行计算，步骤如下：

a.从管道平面布置图上量出每一设计管段的长度。

b.列出各设计管段的设计流量以及设计管段起迄点检查井处的地面标高。

c.计算每一设计管段的地面坡度（地面坡度=地面高差/距离），以供确定管道坡度时参考。

d.根据水力计算图表及相关设计规定，确定各管段的管径、设计流速、设计坡度以及设计充满度。

e.确定管网高程控制点及其埋深，计算各管段上端、下端的水面、管底标高及其埋设深度。

5）绘制管道平面图和纵剖面图。

（4）污水管道设计计算中的注意事项：

1）控制点的合理确定。各条管道的起点、低洼地区的街坊和污水出口较深的工业企业或公共建筑等的排出口均有可能成为控制点。

2）必须研究管道敷设坡度与所在地段地面坡度之间的关系。使确定的管道坡度，在保证最小设计流速的前提下，不使管道的埋深过大，以便于支管的接入。

在地面坡度太大的地区，为了减小管内水流速度，防止管壁被冲刷，管道坡度往往需要小于地面坡度。这就有可能使下游管段的覆土厚度无法满足最小限值的要求，甚至造成管道超出地面。因此可在适当的点设置跌水井，管段之间采用跌水连接。

3）水力计算自上游依次向下游管段进行，一般情况下随着设计流量的逐段增加，设计流速也相应增加。如流量保持不变，流速不应减小。只有当坡度大的管道接到坡度小的管道时，下游管段的流速已大于1m/s（陶土管）或1.2m/s（混凝土及钢筋混凝土管道）的情况下，设计流速才允许减小。同时设计流量逐段增加，设计管径也应随之增大。但当坡度小的管道接到坡度大的管道时，管径可以适当减小，此时管道衔接也应采用管底平接。

4）水流通过检查井时，常引起局部水头损失。为了尽量降低这项损失，检查井底部在直线管道上要严格采用直线，在管道转变处要采用匀称的曲线。通常直线检查井可不考虑局部损失。

5）在旁侧管与干管的连接点上，要考虑干管的埋深是否允许旁侧管接入。同时为避免旁侧管和干管产生逆水和回水，旁侧管中的设计流速不应大于干管中的设计流速。

4.绘制管道平面图和纵剖面图

污水管道的平面图和纵剖面图，是污水管道设计的主要图纸。根据设计阶段的不同，图纸表现的深度亦有所不同。

（1）管道平面图：方案（初步）设计阶段的管道平面图通常采用的比例尺为1∶5000～1∶10000，图上有地形、地物、河流、风玫瑰或指北针等。图上分别用不同线型表示出已建管线和设计管线，在管线上画出设计管段起迄点的检查井并编上号码，标出各设计管段的服务面积，可能设置的中途泵站、倒虹管或其他特殊构筑物，以及污水厂和出水口等，同时管道平面图上还应将主干管各设计管段的长度、管径和坡度在图上注明。

施工图阶段的管道平面图比例尺常用1∶1000～1∶5000，图上内容基本同方案设计，但要求更为详细准确，如要求标明检查井的准确位置及污水管道与其他地下管线或构筑物交叉点的具体位置和高程，居住区街坊连接管或工厂废水排出管接入污水管的准确位置和高程等。

此外，图上还应有图例、主要工程项目表和说明等。

（2）纵剖面图：污水管道的纵剖面图反映管道沿线的高程位置，它是和平面图相对应的，图上用单线条表示原地面高程线和设计地面高程线，用双线条表示管道高程线，用双竖线表示检查井。图中还应标出沿线支管接入处的位置、管径、高程，与其他地下管线、构筑物或障碍物交叉点的位置和高程，沿线地质钻孔位置和地质情况等，在剖面图下方有一表格，表中列有检查井号、管道长度、管径、坡度、地面高程、管内底高程、埋深、管道材料、接口形式，基础类型。有时也将流量、流速、充满度等数据注明。采用的比例尺，一般横向为1∶500～1∶2000；纵向为1∶50～1∶200。对工程量较小，地形、地物较简单的污水管道工程亦可不绘制纵剖面图，只需将管道的管径、坡度、管长、检查井的高程以及交叉点等注明在平面图上即可。污水管道的平、剖面图如图21-11所示（见书后插页）。

对工程量较小，地形、地物较简单的污水管道工程亦可不绘制纵剖面图，只需将管道的直径、坡度、管长、检查井的高程以及交叉点等注明在平面图上即可。