污水管網水力計算-污水管道設計
污水管道系統的工程設計包括：①設計基礎數據的收集;②污水管道系統的平面佈置;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築物的選擇與設計;⑤污水管道在街道橫斷面上位置的確定;⑥繪製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
⑴設計資料的調查
進行排水工程設計時，通常需要有以下幾方面的基礎資料：
①有關明確任務的資料;
②有關自然因素方面的資料地形圖，氣象資料，水文資料地質資料等。
③有關工程情況的資料
包括道路的現狀和規劃，地面建築物和地鐵及其它地下建築的位置和高程，各種地下管線的位置，本地區建築材料、管道製品以及電力供應的情況和價格，安裝單位的等級和裝備情況等。
⑵設計方案的確定
在掌握了較為完整可靠的設計基礎資料後，設計人員根據工程的要求和特點，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，這樣就構成了不同的設計方案。對提出的設計方案需要進行技術經濟評價，其步驟和方法是：①建立方案的技術經濟數學模型;②解技術經濟數學模型;③方案的技術經濟比較;④綜合評價與決策。
2.污水管網的水力計算
包括以下幾個方面：
⑴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、工業企業生活污水和工業廢水設計流量三部分之和，在地下水位較高的地區，還應加入地下水湧入量。當設計污水管道系統時，應分別列表計算各居住區生活污水、工業廢水和工廠生活污水設計流量，然後得出污水設計流量綜合表。
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，在於合理的經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計數據
設計充滿度：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、設計充滿度相應的水流平均速度叫做設計流速。為了防止管道中產生淤積或沖刷，設計流速不宜過小或過大，應在最大和最小設計流速範圍之內。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，則管徑會很小，且易堵塞，因此，為了養護的方便，常規定一個允許的最小管徑最小設計坡度：在污水管道系統設計時，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於或大於最小設計流速，以防止管道內產生沉澱，因此，將相應於管內流速為最小設計流速時的管道坡度稱為最小設計坡度。
③污水管道的埋設深度
通常，污水管網佔污水工程總投資的`50%～75%，在實際工程中，同一直徑的管道，採用的管材、接口和基礎型式均相同，因其埋設深度不同，管道單位長度的工程費用相差比較大。因此，合理地確定管道埋深對於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意的結果，必須認真分析設計地區的地形等條件，並充分考慮水力計算設計數據的有關規定。所選擇的管道斷面尺寸，必須要在規定的設計充滿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於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生淤積。此外，為了防止管壁受到沖刷，應避免管道的坡度太大而使流速大於最大設計流速。在具體計算中，已知設計流量Q和管道粗糙係數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，因此必須先假定3個求其它兩個，計算複雜，為了簡化計算，常採用水力計算圖，即把流量、管徑、坡度、流速、充滿度、粗糙係數各水力因素之間的關係繪製成的水力計算圖。對每一張圖表來説，管徑和粗糙係數已知，圖上的曲線表示流量、流速、坡度以及充滿度之間的關係，在這4個因素中，知道其中兩個就可以查出其它兩個。應掌握水力計算圖的使用方法。
例1：已知粗糙係數為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。每條線上的數字代表相應的數值。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：已知粗糙係數為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：採用管徑為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.污水管道的設計
⑴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。每一個排水流域往往有一個或一個以上的幹管，根據流域地勢標明水流方向和污水需要抽升的地區。
⑵管道定線和平面佈置的組合
在城鎮總平面圖上確定污水管道的位置和走向，稱為污水管道系統的定線。管道定線一般按主幹管、幹管和支管的順序依次進行。定線的主要原則是：儘可能地在管線較短和埋深較小的情況下，讓最大區域的污水能自流排出。定線時應充分利用地形，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位置，使之既能儘量減小埋深，又可少建泵站。
⑶控制點的確定和泵站的設置地點
確定控制點的標高，一方面應根據城市的豎向規劃，保證排水區域內各點的污水都能夠排出，並考慮發展，在埋深上適當留有餘地。
⑷設計管段及設計流量的確定
①設計管段及其劃分
根據管道平面佈置圖，凡有集中流量進入，有旁側管道接入的檢查井均可作為設計管段的起迄點，設計管段的起迄點應編上號碼。
②設計管段的設計流量
每一設計管段可能包括本段流量、轉輸流量和集中流量，對於某一設計管段而言，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計管段，它接受本管段服務地區的全部污水流量。
⑸污水管道的銜接
污水管道在管徑、坡度、高程和方向發生變化及支管接入的地方都需要設置檢查井，在設計時必須考慮在檢查井內上下游管道銜接時的高程關係問題，管道在銜接時應遵循的原則是：儘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劃的基礎上，進行綜合規劃，統籌安排，以利施工和日後的維護管理。污水管道與其它地下管線或構築物的水平和垂直最小淨距，最好由城市規劃部門或工業企業內部管道綜合部門根據其管線類型和數量、高程、可敷設管線的位置等因素制訂管線的綜合設計。另外，污水管線與其他地下管線或構築物的最小淨距應滿足規範要求。
⑺污水管道的設計計算步驟
①排水系統總平面設計，即確定污水廠位置和排水出路，在城市或小區平面圖上佈置排水乾管、支管以及進行街區編號並計算幹管的匯水面積。②幹、支管線的平面設計。③確定設計標準。④確定設計流量。⑤進行水力計算，根據已經確定管道路線以及各設計管段的設計流量，進行各設計管段的管徑、坡度、流速、充滿度和井底高程的計算，確定設計流量後，依次進行幹管各設計管段的水力計算。⑥繪製管道平面圖和縱剖面圖
