第四节 小城镇污水工程规划

小城镇排水分为污水管道和污水处理厂两部分。小城镇污水管道系统规划的基本任务包括城镇污水和工业废水流量的确定、排水分区的划分；污水管道的定线和平面位置、污水管道的水力计算以及污水管道在道路上的位置确定等内容，这是小城镇污水工程规划的主要内容。污水处理厂规划则主要是选址、用地规模的确定以及工艺流程的选择等内容。

一、小城镇污水量预测和计算（一）小城镇总体规划污水量计算

小城镇污水量包括城镇生活污水量和部分工业废水量，它与城镇规划年限、发展规模、城镇性质等有关，是小城镇污水管道系统规划设计的基本数据。

在估算小城镇污水量时，可以用小城镇综合用水量（平均日）乘以小城镇综合生活污水排放系数确定。

污水排放系数是在一定计算时间（年）内的污水排放量与用水量（平均日）的比值。污水排放系数可分为小城镇污水排放系数、小城镇综合生活污水排放系数、小城镇工业废水排放系数。污水排放系数结合小城镇实际，比较小城镇污水排放系数（0.75～0.90）确定。综合生活污水排放系数应根据小城镇规划的居住水平，给排水设施完善程度与小城镇排水设计规划的普及率及公共设施配套水平确定；小城镇综合生活污水排放系数可根据小城镇总体规划对居住、公共设施等建筑物室内给排水设施水平要求，结合小城镇镇区改造保留现状，对比《小城镇排水工程规划规范》中小城镇建筑室内排水设施的完善程度三种类型划分，确定小城镇规划建筑室内排水设施完善程度后，一般可在0.85～0.95范围内比较选择确定。小城镇工业废水排放系数应根据其工业结构、工业分类、生产设备和工艺水平，小城镇污水设施排放系数按表41确定。

表4 1

小城镇污水排放系数

注 1.排水系统完善的小城镇排放系数取大值，一般小城镇取小值。

2.工业分类系指小城镇规划工业分类。

在城镇总体规划阶段城镇不同性质用地污水量也可以参照《小城镇给水工程规划规范》中不同性质用地用水量乘以相应的分类污水排放系数确定。

（二）小城镇详细规划污水量计算1.生活污水设计流量

（1）居住区生活污水量的计算。生活污水也像城镇生活用水量一样，也逐年、逐月、逐日、逐时发生变化。城镇污水管道规划设计中需确定生活污水的最高时污水流量，常由平均日污水量与总变化系数求得。

Q₁=（nNK_z）/（24×3600）

（4 1）

式中：Q₁为居住区生活污水设计流量，L/s；n为居住区生活污水定额，L/（cap·d）；N为设计人口数；K_z为生活污水量总变化系数；cap为“人”的计量单位。

居住区生活污水定额可参照居民生活用水定额或综合生活用水定额。居住生活污水定额是指居民每人每天日常生活中洗涤、冲厕、洗澡等产生的污水量[L/（cap·d）]。综合生活污水定额指居民生活污水和公共设施（包括娱乐场所、宾馆、浴室、商业网点、学校和机关办公室等地方）排除污水两部分的总和[L/（cap·d）]。

居民生活污水定额和综合生活污水定额应根据当地采用的用水定额，结合建筑内部给排水设施水平和排水系统普及程度等因素确定。

（2）设计人口。指污水排水系统设计期限终期的规划人口数，是计算污水设计流量的基本数据。该值是由城镇（地区）的总体规划确定的。由于城镇性质或规模不同，城镇工业、仓储、交通运输、生活居住用地分别占城镇总用地的比例和指标有所不同。因此，在计算污水管道服务的设计人口时，常用人口密度与服务面积相乘得到。

人口密度表示人口分布的情况，是指住在单位面积上的人口数，以cap/ha表示。若人口密度所用的地区面积包括街道、公园、运动场、水体等，该人口密度称作总人口密度。若所用的面积只是街区内的建筑面积时，该人口密度称作街区人口密度。在规划或初步设计时，计算污水量是根据总人口密度计算，而在进行技术设计或施工图设计时，一般采用街区人口密度计算。

（3）变化系数。城镇污水量每时每刻都在发生变化。在一年之中，冬季和夏季不同；一日之中，白天和夜晚不一样，每个小时也有变化。甚至在一个小时内，污水量仍然是在变化中的。这种变化给污水管道规划设计带来一定不便，在污水管道规划设计中，通常都是假定在一小时内污水流量是均匀的。但对这种变化的幅度应给予计算，以保证管网的正常运行。污水量的变化情况通常用变化系数表述。变化系数有日变化系数、时变化系数和总变化系数为

日变化系数

K_d=最高日污水量

平均日污水量

时变化系数

K_h=最高日最高时污水量

最高日平均时污水量

总变化系数

K_z=K_dK_h

污水量变化系数随污水流量的大小而不同。污水流量越大，其变化幅度越小，变化系数较小；反之则变化系数越大。综合生活污水量总变化系数可按当地实际综合生活污水量变化资料采用；没有测定资料时，可按表42、表43的规定取值。

表4 2

生活污水量总变化系数

表4 3

综合生活污水量总变化系数

注 当污水平均日流量为中间数值时，总变化系数可用内插法求得。

2.工业企业生活污水量计算

工业企业的生活污水主要来自生产区的食堂、浴室、厕所等。其污水量与工业企业的性质、脏污程度、卫生要求等因素有关。工业企业职工的生活污水量标准根据车间性质确

定，一般采用25～35L/（人·班），时变化系数为2.5～3.0。淋浴污水量标准按表44

确定。淋浴污水量在每班下班后一小时均匀排出。

工业企业生活污水量用下式计算

Q₂=25×3.0A₁+35×2.5A₂

+40A₃60A₄

（4 2）

8×3600

3600

式中：Q₂为工业企业职工的生活污水量，L/s；A₁为一般车间最大班的职工总人数，人；A₂为热车间最大班的职工总人数，人；A₃为三、四级车间最大班使用淋浴的人数，人；A₄为一、二级车间最大班使用淋浴的人数，人。

表4 4

淋浴用水量

3.工业废水量的计算

工业企业废水量应该根据工艺特点，按工厂或车间的日产量和单位产品的废水量计算，其计算公式如下

Q₃=mMK_Z

（4 3）

3600T

式中：Q₃为工业废水量，L/s；m为生产单位产品排除的平均废水量，L/单位产品；M为每日生产的产品数量，单位产品；T为每日生产的小时数，h；K_Z为总变化系数。

工业废水量也可按生产设备的数量和每一台设备单位时间排出的废水量计算，其总量也随着各行业类型、采用的原材料、生产工艺特点和管理水平等有较大差异。近年来，随着国家对水资源开发利用和保护的日益重视，有关部门正在制定各工业的工业用水量等规定，排水工程设计时应与之协调。

工业废水量的日变化一般较少。其日变化系数一般是1，时变化系数可实测。某些工业废水量的时变化系数大致如下，可供参考使用：冶金工业1.0～1.1；化学工业1.3～

1.5；纺织工业1.5～2.0；食品工业1.5～2.0；皮革工业1.5～2.0；造纸工业1.3～1.8。上述当有两个及两个以上工厂的生产污水排入同一干管时，参考《小城镇排水工程规划规范》，应在各工厂的污水量相加后再乘一折减同时系数C，C值可按相关标准提出的下列数值范围表45中选取。

表4 5

工业企业折减同时系数表

4.地下水渗入量

在地下水位较高地区，因当地土质、管道及接口采用的材料及施工质量选择确定，小城镇可考虑10%左右的地下水渗入量。

5.城镇污水量的计算

城镇污水量通常是上述几项污水量累加计算，其公式如下

Q=Q₁+Q₂+Q₃

（4 4）

式中：Q为城镇污水管道设计污水流量，L/s。

工业废水量Q₃中，凡不排入城镇污水管道的工业废水量不予计算。二、小城镇排水管道系统的布置

小城镇排水工程系统的平面布置是小城镇排水工程规划的主要内容，它是在计算出城镇排水量后，结合确定的排水体制及污水处理与利用方案进行的。在分流制中，污水系统的布置要确定污水处理厂、出水口、泵站、主要管渠的布置或其他利用方式。在合流制中，污水系统的布置要确定管渠、泵站、污水处理厂、出水口、溢流井的位置。无论哪种排水体制，在进行系统布置时，都要考虑地形、地物、城镇功能分区、污水处理和利用方式、原有排水设施的现状及分期建设等影响。

（一）污水管道系统平面布置形式

污水管道平面布置，一般先确定主干管，再确定干管，最后确定支管的顺序进行。在总体规划中，只决定污水主干管、干管的走向与平面位置。在详细规划中，还要决定污水支管的走向及位置。

1.污水干管的布置形式

按干管与地形等高线的关系分为平行式和正交式两种。平行式布置的特点是污水干管与等高线平行，而主干管则与等高线基本垂直，适应于地形坡度较大的城镇，既减少管道埋深，改善管道的水利条件，又避免采用过多的跌水井，如图410所示。正交式布置是干管与地形等高线垂直相交，而主干管与等高线平行布置，适应于地形平坦略向一边倾斜的小城镇。由于主干管管径大，保持自净流速所需坡度小，其走向与等高线平行是合理

的，如图411所示。

图410 污水干管平行式布置

图411 污水干管正交式布置

1—污水处理厂；2—主干管；3—干管；4—支管

1—污水处理厂；2—主干管；3—干管；4—支管

2.污水支管的布置形式

污水支管的布置形式分为低边式、穿坊式和围坊式。低边式布置将污水支管布置在街坊地形较低的一边，如图4 12（a）所示。这种布置形式的特点是管线较短，在小城镇规划中采用较多。穿坊式的污水支管穿过街坊，而街坊四周不设污水支管，如图4 12（b）所示。这种布置管线较短，工程造价较低，但只适用于新村式街坊。围坊式布置将污水支管布置在街坊四周，如图4 12（c）所示。这种布置形式适用于地势平坦的大型街坊。

图412 污水支管布置形式

（二）污水管道的具体位置1.污水管道在街道上的位置

污水管道一般沿道路敷设并在道路中心线平行。当道路宽度大于50m，且两侧街坊都需要向支管排水时，常在道路两侧各设一条污水管道。在交通频繁的道路上应尽量避免污水管道横穿道路。

城镇道路下常有多种管道和地下设施。这些管道和地下设施之间，以及与地面建筑之间，应当很好地配合。

污水管道与其他地下管道和设施。这些管道和地下设施之间，以及与地面建筑之间，应当很好地配合。具体的内容会在工程管线综合章节详述。

2.污水管道埋设深度的确定

管道的埋深是指从地面到管道内底的距离。管道的覆土厚（深）度则指从地面到管道外顶的距离，如图413所示。

污水管道的埋深对于工程造价和施工影响很大。管道埋深越大，施工越困难，工程造价越大。显然，在满足技术要求的条件下，管道埋深越小越好。但是，管道的覆土厚度有一个最小限制，称为最小覆土深度，其值取决于下列三个因素：

（1）寒冷地区，必须防止管内污水冰冻和因土壤冰冻膨胀而损坏管道。生活污水的水温一般

图413 管道埋深与覆土厚（深）度

较高，而且污水中有机物质分解还会放出一定的热量。在寒冷地区，即使冬季，生活污水的水温一般也在10℃左右，污水管道内的流水和周围的土壤一般不会冰冻，因而无需将管道埋设在冰冻线以下。室外排水设计规范规定，没有保温措施的生活污水管道及温度与此接近的工业废水管道，其内底面可埋设在冰冻线以上0.15m。有保温措施或水温较高的污水管道，其管底在冰冻线以上的标高还可以适当提高。

室外排水设计规范规定，没有保温措施的生活污水管道及温度与此接近的工业废水管道，其管底在冰冻线以上的标高还可以适当提高。

（2）须防止管壁被交通产生的动荷载压坏。为了防止车辆等动荷载损坏管壁，管顶应有足够的覆土深度。管道的最小覆土深度与管道的强度、荷载大小及覆土密实程度有关。我国室外排水设计规范规定，污水管道在车行道下的最小覆土厚度不小于0.7m；在非车行道下，其最小覆土厚度可以适当减小。

（3）必须满足管道与管道之间的衔接要求。城镇污水管道多为重力流，所以管道必须有一定的坡度。在确定下游管段埋深时就应考虑小游管段的要求。在气候温暖、地势平坦的小城镇，污水管道最小覆土深度往往决定于管道之间衔接的要求。

在排水区域内，对管道系统的埋深起控制作用的点称为控制点。各条管道的起端大都是这条管道的控制点，如图414中1、4点。其中离污水厂或出水口最远最低的是整个排水管道系统的控制点。在规划设计中，应设法减小管道控制点的埋深，通常采用的措施有：①增加管道的强度；②如为防止冰冻，可以加强管道的保温措施；③如为保证最小覆土厚度，可以填土提高地面高程；④必要时设置提升泵站，减少管道的埋深。管道的覆土厚度，往往取决于房屋排水管，它的起端就受房屋排出管埋深的控制。街道下的污水管道一定要能承接街坊内的污水管道。

因此，它的最小覆土厚度就受街坊污水管道的控制。房屋排水管的最小埋深通常采用0.55～0.65m，因而污水支管起端的埋深一般不小于0.6～0.7m。街道污水管起点的埋图414 街道污水管起端埋深

1—住宅出水管；2—街坊污水支管；3—连接管；4—街道污水管

深，可按下式计算

H=h+iL+Z₁-Z₂+Δh

（4 5）

式中：H为街道污水管起点的最小埋深，m；h为街坊污水支管起端的埋深，m；i为街坊污水支管和连接管的坡度；L为街坊污水支管的长度，m；Z₁为街道污水检查管的地面标高，m；Z₂为街坊污水支管起端检查井的地面标高，m；Δh为街道污水管底与接入的污水支管的管底高差，m。

以上三种情况的计算结果，应选取最大值采用。在污水管道埋设深度的确定中，除考虑管道最小埋深外，还应考虑污水管的最大埋深。管道最大埋深决定于土壤性质、地下水位及施工方法等。在干燥土壤中一般不超过7～8m；在地下水位较高，流沙严重、挖掘困难的地层中通常不超过5m。当管道埋深超过最大埋深时，应考虑设置污水泵站等措施，以减少管道的埋深。通常最大覆土厚度不宜大于6m；在满足各方面要求的前提下，理想

覆土厚度为1～2m。

三、排水管材及管道附属构筑物（一）排水管材

城镇排水多用管道，管道是由预制管铺设而成的。在地形平坦、埋深或出水口深度受到限制的地区，也用沟渠排水。它是用土建材料在现场修筑而成的。排水管渠的材料必须满足一定的要求，才能保证正常的排水功能。通常有如下要求：有承受内外部荷载的足够强度；内壁整齐光滑，以减少水流阻力；有抗冲刷、磨损和腐蚀的能力；不透水性强；便于就地取材，减少运输施工费用。

常用管道多是预制的圆形管道，绝大多数为非金属材料，其具有价格便宜和抗蚀性好的特点。

1.混凝土管和钢筋混凝土管

这两种管材便于就地取材，制作方便，造价低廉，而且可根据抗压的不同要求，制成无压管、低压管、预应力管等，在排水管道中应用很广。它们的主要缺点是抵抗酸、碱浸蚀及抗渗性能较差、管节短、接头多、施工复杂。在地震烈度大于Ⅷ度的地区及饱和松砂、淤泥和淤泥土质、冲填土、杂填土的地区不宜敷设。另外大管径管的自重大，搬运不便。混凝土管内径不大于600mm，长度不大于1m，适用于管径较小的无压管；钢筋混凝土管口径一般在500mm以上，长度在1～3m之间。多用于埋深大或地质条件不良的地段。

2.陶土管

陶土管是由塑性黏土制成的，一般制成圆形断面。带釉的陶土管内外壁光滑，水流阻力小，不透水性好，耐磨损，抗腐蚀。缺点是质脆易碎，不宜远运，不能承受内压。抗弯抗拉强度低，不宜敷设在松土中或埋深较大的地方。陶土管直径不大于600mm，其管长

在0.8～1.0m之间。

3.金属管

常用的金属管有铸铁管及钢管。室外重力流排水管道一般很少采用金属管，只有当排水管道承受高内压、高外压或对渗漏要求特别高的地方，如排水泵站的进出水管、穿越铁路、河道的倒虹吸管，或靠近给水管道和房屋基础时，才采用金属管。在地震烈度大于Ⅷ度或地下水位高，流沙严重的地区也采用金属管。金属管质地坚固、抗压、抗震、抗渗性能好；内壁光滑，水流阻力小；管子每节长度大，接头少。但价格昂贵，钢管抵抗酸碱腐蚀及地下水浸蚀的能力差。因此，在采用钢管时必须涂刷耐腐蚀的涂料并注意绝缘。

4.浆砌砖、石或钢筋混凝土大型管渠

排水管道的预制管管径一般小于2m。实际上当管道设计断面大于1.5m时，通常就在现场建造大型排水渠道、常用的建材有砖、石、陶土块、混凝土块、钢筋混凝土块和钢筋混凝土等。常用的断面形式有圆形、矩形、半椭圆形等。

5.其他管材

随着新型建筑材料的不断研制，用于制作排水管道的材料也不断增多。玻璃纤维混凝土管、塑料管等已被用作排水管道，具有较好的性能，有良好的发展前景。特别是塑料管已在居住小区中被广泛应用。

合理选择管渠材料，应在满足技术要求的前提下，应尽可能就地取材，采用当地易于自制、便于供应和运输方便的材料，以使运输及施工总费用降至最低。对腐蚀性污水采用陶土管、水泥管、砖渠或加有衬砌的钢筋混凝土管。压力管段采用金属管、钢筋混凝土管或预应力混凝土管。地震区、施工条件较差地区及穿越铁路等，也可用金属管。而一般重力流管道通常用陶土管、混凝土管、钢筋混凝土管。

（二）排水泵站

将各种污水由低处提升到高处所用的抽水机械称为排水泵。由安置排水泵站及有关附属设备的建筑物或构筑物（如水泵间、集水池、格栅、辅助间及变电室）组成排水泵站。排水泵站按排水的性质可分为污水泵站、雨水泵站、合流泵站和污泥泵站等。按在排水系统中所处的位置，又分为局部泵站、中途泵站和终点泵站。

在地势平坦地区，管道埋深增大，需设置泵站，把离地面较深的污水提升到离地面较浅的位置上，这种设在管道中途的泵站称作中途泵站。当污水和雨水需直接排入水体时，若管道中水位低于河流中的水位，就需设终点泵站。另外，一些低于街道管道的高楼的地下室、地下铁道和其他地下建筑物的污水也需用泵提升送入街道管道中，这种泵站称为局部泵站。

泵站在排水系统总平面图上的位置安排，应考虑当地的卫生要求、地质条件、电力供应、施工条件及设置应急出口管渠的可能，进行技术经济分析比较后，再决定。

排水泵站的形式有干式和湿式、圆形和矩形、分建式和合建式、半地下式和全地下式之分，主要根据进水管渠的埋深、进水流量、地质条件而定。

排水泵站宜单独设置，与住宅、公建保持适当距离，以减少泵站臭味和机械噪声对居住环境的影响。泵站周围应尽可能设置宽度不小于10m的绿化隔离带。

排水泵站建设用地按泵站规模、性质确定，其用地指标可根据表46～表48来具体确定。

表4 6

小城镇中心镇及一般镇排水泵站用地指标

单位：m²·s·L^-1

注 该用地指标生产运行所必需的土地面积，不包括站区周围绿化用地。

表4 7

市及县城关镇雨水泵站规划用地标准

单位：m²·L^-1·s

注 1.用地指标系按生产必须的土地面积。

2.雨水泵站规模按最大秒流量计。3.本指标未包括站区周围绿化面积。

表4 8

市及县城关镇污水泵站规划用地标准

单位：m²·L^-1·s

注 1.用地指标系按生产必须的土地面积。

2.污水泵站规模按最大秒流量计。3.本指标未包括站区周围绿化面积。4.合流泵站可参考雨水泵站指标。

（三）排水管道系统附属构筑物

为排除污水，除管渠本身外，还需在管渠系统上设置某些附属构筑物。

（1）化粪池。化粪池是一种局部处理生活污水的构筑物。当生活污水无法进入集中污水处理厂进行处理，在排入水体或城镇排水管网前，至少应经过化粪池简单处理后，才允许排放。化粪池将生活污水进行沉淀和厌氧发酵，能除去50%～60%的悬浮物，沉淀下来的污泥经过3个月以上的厌氧消化，将生污泥中的有机物进行氧化降解，转化成稳定的无机物，易腐败的生污泥转化为熟污泥，改变了污泥结构，便于清掏外运，并可用作肥料。

化粪池有矩形和圆形两种，视地形、修建地点、面积大小而定。矩形化粪池有双格和三格之分，视其日需处理的污水量大小确定，当日处理污水量小于10m³时，采用双格，当日处理污水量大于10m³时，采用三格。化粪池的材质可用砖砌、水泥砂浆抹面、条石砌筑、钢筋混凝土建造，地下水位较高时，应采用钢筋混凝土建造。化粪池距建筑外墙面一般为5m，距地下取水构筑物不小于30m，且应防渗漏。

（2）检查井。检查井用来对管渠进行检查和清除，也有连接管段的作用，分不下人的浅井和需下人的深井。不下人的浅检查井，构造比较简单。下人的深检查井，构造比较复杂，一般设置在埋深较大的管渠上。排水渠上必须设置检查井，一般设在管渠交汇、转弯、管渠尺寸或坡度改变及直线管段相隔一定距离处。相邻两检查井之间的管渠应成一条直线，检查井在直线管渠上的最大间距应按表49确定。

表4 9

小城镇检查井直线最大距离

（3）跌水井。当遇到下列情况且跌差大于1m时，需设跌水井。跌水井的位置设于管道中流速过大需加以调节处；管道垂直于陡峭地形的等高线布置，按原坡度将露出地面处；接入较低的管道处；管道遇到地下障碍物，必须跌落通过处。在转弯处不设跌水井。常用跌水井有竖管式、溢流堰式跌水井。前者适用于管径等于或小于400mm的管道，后者适用于管径大于400mm的管道。当检查井中上下游管渠跌落差小于1m时，一般只把检查井底部做成斜坡，不做跌水。

竖管式跌水井的一次允许跌落高度随管径大小不同而异。当管径不大于200mm时，一次跌落高度不宜超过6m；当管径为300～600mm时，一次跌落高度不宜超过4m。溢流堰式跌水井常适用于大管渠，井底应坚固，以防冲刷损坏。

（4）溢流井。其多用于截流式合流排水系统中。在截流式合流排水系统中，为了避免降雨初期雨污混合水对水体的污染，在合流管道与截流管道交接处应设溢流井，发挥截流和溢流作用。溢流井应尽可能靠近水体下游，最好在高浓度工业污水进水点上游。

（5）雨水口。即设在雨水管渠或合流管渠上收集雨水的构筑物。地面雨水经过雨水口和连接管流入管道上的检查井和进入排水管渠。雨水口的设置要求能迅速有效地收集雨水，因而宜设在汇点上或截水点上，一般设在距交叉路口、路侧边沟的一定距离处及设有路缘石的低洼地方。雨水口的间距一般为25～60m，在低洼地段应适当增加雨水口的数量。雨水口的底部由连接管和街道雨水管连接。连接管的最小管径为200mm，坡度一般为1%，连接到同一连接管上的雨水口不宜超过两个。雨水口由进水箅、井筒、连接管组成。按进水箅在街道上的位置，雨水口分为边沟式雨水口、侧面雨水口、联合式雨水口。

（6）倒虹管。小城镇排水管渠遇到河流、山涧、洼地或地下构筑物，不能按原有坡度埋设，而是按下凹式折线方式从障碍物下通过时，这种下折道称为倒虹管。它由进水井、管道及出水井组成，其管道有折管式和直管式两种：折管式施工麻烦，养护困难，只适合河滩很宽的情况；直管式施工和养护则较为简单。倒虹管应尽量与障碍物正交通过。倒虹管与河床距离一般不小于0.5m，其工作管线一般不小于两条，但通过谷地，旱沟或小河时可敷设一条。

（7）出水口。小城镇排水管渠出水口的位置和形式根据出水水质、水体的水位及变化情况。水流方向、下游用水情况、水岸变迁和夏季主导风向等因素确定，同时还要与当地卫生主管部门和航运管理部门取得同意。出水口一般设在岸边；当排水需要同受纳水体充分混合时，可将出水口伸入水体中，深入河心时出水口应设标志。污水管的出水口一般应淹没在水体中，管顶高程应在常水位下，以使污水与河水充分混合。雨水管出水口可采用非淹没式，管底标高一般在常水位上，以免水体倒灌，否则，应设防潮闸门或排涝泵站。出水口与水体岸边连接处，一般做成护坡挡土墙，以保护河岸及固定出水口。

如果排水管渠出口的高程与受纳水体水面高差很大时，应考虑设置单级或多级阶梯跌水。在受潮汐影响地区，排水管渠的出水口可设置自动启闭的防潮闸门，防止潮水倒灌。

四、小城镇污水管网的水力计算

在完成了污水管道系统的平面布置后，便可进行污水管道的水力计算，确定污水管网中各管段的管径，管底坡度和管道埋深。

（一）污水管道中污水的流动特点

（1）污水在管道中通常是靠水自身的重力从高处流向低处，即所谓重力流。在重力作用下，污水由支管逐渐汇入干管，管径从小到大发生变化。虽然污水中含有一定数量的悬浮物，但水分一般都在99%以上，因此可以认为污水的流动遵循一般水流规律的，在设计中采用水力学公式进行计算。

（2）污水在管道中的流动一般按均匀流计算。由于管道内流速随时都在发生变化，再加上回水、管道沉积物引发的水流变化等种种情况，污水的流动属性属非均匀流。但在一个较短的管段内，加入流量变化不大，管道坡度不变，可以认为管段内流速不变，通常把这种管段内污水的流动视为均匀流，并在设计时对每一设计管段按均匀流公式进行计算。

（3）按部分充满管道断面设计污水管道。污水量每日每时都在发生变化，难以准确计算，因此设计时需要留出一部分管道断面，避免污水溢出地面，污染环境，同时，管道内的污泥可能分解出一些有害气体或易燃液体等，污水管道应保留适当的空间，保证通风排气。

（4）管道内水流不产生淤积，也不冲坏管壁。由于污水中还有不少杂质，流速过小，就会在管道中产生淤积，从而降低输水能力。反之流速过大，又会因冲刷而损坏管壁。为此，污水管道的设计，要求流速控制在一定的范围内，既不产生淤积，又不因冲刷而损坏管壁。

（二）管渠的横断面形式及其衔接

排水管渠的断面形式必须满足静力学、水力学的要求，同时考虑经济和维护管理方面的适应性。在静力学方面，要求管道有足够的稳定性和坚固性；在水力学方面，要求有良好的输水性，而且当流量发生变化时，能保持管道中不产生沉淀；在经济方面，要求管道用材省，取材方便，造价低，在日常维护管理中便于清通。常用的管渠断面形式有圆形、矩形、马蹄形、半椭圆形、梯形及蛋形等。其中，圆形管道有较大的输水能力，底部呈弧形，水流较好，也能适应流量变化，不易产生沉积，同时圆管受力条件好、省料，便于预制和运输。因此，在小城镇排水工程中，应用的非常广泛。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，其中在考虑检查井内上下流管道衔接时应遵循以下原则：①避免在上游管道中形成回水；②尽量减少下游管道的埋设深度；③不允许下游管段的管底高于上游管段的管底。

管道的衔接方法主要有三种，分别为水面平接、管顶平接和管底平接三种，前两种方法是普遍使用的方法。特殊情况下才会使用管底平接法。如图415所示。

图415 管道的衔接

管顶平接一般用于不同口径管道的衔接，有时，当上下游管段管径相同，而下游管段的充盈深小于上游管段的充盈时，也可采用管底平接。水面平接指污水管道水力计算中，上下游管段的水面高程相同，一般适用于相同口径的污水管道的衔接。特殊情况下，下游管段的管径小于上游管段的管径（坡度突然变陡时）而不能采用管顶平接或水面平接时，应采用管底平接，以防下游管段的管底高于上游管段的管底。有时为了减少管道系统的埋深，虽然下游管道管径大于上游，也可采用管底平接。在小城镇中，多数采用管顶平接法。在坡度较大的地段，污水管道可采用阶梯连接或跌水井连接。

（三）管道水力计算的常用公式及设计数据1.管段水力计算的常用公式

管段水流计算时常运用下列两个均匀流基本公式。流量公式

Q=ωv

（4 6）

流速公式

v=C㊣RJ

（4 7）

式中：Q为设计管段的设计流量，L/s或m³/s；ω为设计管段的过水断面面积，m²；v为过水断面的平均流速，m/s；R为水力半径（过水断面面积与湿周的比值）；J为水力坡度（即水面坡度，等于管底坡度i）；C为流速系数（或谢才系数）。

一般

C=1nR^1/6

（4 8）

式中：n为管壁粗糙系数，由管渠材料决定，根据《室外排水设计规范》（GB50014-

2006），见表4 10。

表4 10

排水管渠粗糙系数表

对于非满流的污水管渠，管渠中水深h与管径D之比h/D或水深h与渠深H之比h/H称为充满度。在污水管渠水力计算中，由于ω、R均为管径D和充满度h/D的函数，所以

Q=ωv=f₁ （D，h/D，v）

（4 9）

v=1nR^2/3i^1/2=f₂ （n，D，h/D，i）

（4 10）

在Q、D、n、v、i、h/D六个水力要素中，除Q、n已知外，尚有四个未知。为简化计算，常通过水力计算图表进行。附录中的水力计算图表供计算使用。当选定管材和管径后，在流量Q、坡度i、流速v、充满度h/D四个因素中，只要已知其中任意两个，即可由图424和图425得出另外两个。

2.污水管道水力计算的设计数据

为保证排水管道设计的经济合理，《室外排水设计规范》（GB50014—2006）对充满度、流速、管径与坡度作了规定，作为设计时的控制数据。

（1）设计充满度。一般污水管道是按不满流的情况下进行设计的。在设计流量下，管道中的水深h和管径D的比值称为设计充满度。设计充满度有一个最大的限制，即规范中规定的最大设计充满度。见表411。

表4 11

最大设计充满度

注 1.在计算污水管道充满度时，不包括短时突然增加的污水量，但当管径小于300mm时，应按满流复核。

2.雨水管道和合流管道应按满流计算。3.明渠超过不得小于0.2m。

（2）设计流速。设计流速是指在管渠在设计充满度情况下，排泄设计流量时的平均流速。现行室外排水设计规范对管段的设计流速规定了一个范围。

污水管渠的最大设计流速与管渠材料有关。室外排水设计规范规定：金属管道为10.0m/s，非金属管道为5.0m/s。排水明渠的最大设计流速，应符合下列规定：当水流深

度为0.4～1.0m时，宜按表4 12的规定取值。

表4 12

明渠最大设计流速

当水流深度在0.4～1.0m范围以外时，表412所列最大设计流速宜乘以下系数：当

水深在0.4m以下时，乘以0.85；水深在1.0～2.0m之间时，乘以1.25；水深在≥2.0m时，乘以1.40。

排水管渠的最小设计流速，污水管道在设计充满度下为0.60m/s；雨水管道和合流管

道在满流时为0.75m/s；明渠为0.4m/s。

（3）最小管径和最小设计坡度。一般污水管道系统的上游部分流量很小，根据流量计算，其管径必然很小，管径过小极易堵塞。当选用较大管径时，若选用较小的坡度，可使管道埋深减小。若坡度过小，容易导致污水中的悬浮物下沉，堵塞管道。因此规范规定了最小管径和相应的最小设计坡度，见表413和表414。

表4 13

小城镇中心镇及一般镇污水管道的最小管径和相应的最小设计坡度

表414 市及县城关镇污水管道最大允许流速、最大设计充满度、最小设计坡度

注 1.n=0.014。

2.计算污水管道充满度时，不包括淋浴水量或短时间内忽然增加的污水量。但管径≤300mm时，按照满流复合。3.含有机杂质的工业废水管道，其最小流速宜适当提高。

（四）污水管道水力计算的方法

污水管道系统平面布置完成后，即可划分计算管段，计算每个管段的设计流量，以便进行水力计算。水力计算的任务是计算设计管段的管径、坡度、流速、充满度和井底高程。

污水管道中，任意两个检查井间的连续管段，如果流量基本不变，管道坡度不变，则可选择相同的管径。这种管段称为设计管段，作为水力计算中的一个计算单元。通常根据管道平面布置图，以街坊污水支管及工厂污水出水管等接入干管的位置作为起讫点，划分设计管段。管段的起讫点必须设置检查井。每一设计管段的污水设计流量可以由三部分组成。

本段流量：是从管段沿线街坊流来的污水量。

转输流量：是从上游管段和旁侧管段流来的污水量。集中流量：是从工厂或公共建筑流来的污水量。

为简化计算，确定本段流量集中在起点进入设计管段，且流量不变。从上游管段和旁侧管段流来的转输流量及集中流量对这一管段是不变的。

本段流量可由下式计算

q=Fq₀K

（4 11）

q₀=nN

（4 12）

86400

式中：q为设计管段的本段流量，L/s；F为设计管段服务的街坊面积，ha；K为生活污水总变化系数；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/s·d；N为人口密度，人/ha。

总体规划时，只估算干管和主干管的流量，详细规划设计时，应计算支管的流量。在确定了设计流量后，就可以从上游管段开始依次进行各设计管段的水力计算，通常

进行列表计算，水力计算步骤如下：

（1）从管道平面布置图上量出每一设计管段的长度。

（2）计算每一设计管段的地面坡度，其中地面坡度=地面高差/距离，作为确定管道坡度时的参考。

（3）确定管段的管径。由于流量Q、流速v、充满度h/D、坡度i、管径D等各水力因素之间存在着相互制约的关系，实际计算中，査水力计算表存在着试算的过程，其中v、h/D、i常作为限制条件，应满足规范的要求。

（4）计算各管段上端、下端的管底高程，应确定各管段在检查井处的衔接方法。一般原则是当下游管径等于或大于上游管径时，用管顶平接；当下游管径小于上游管径时，用管底平接；通常当上下游管径相同，而采用管顶平接出现下游水位高于上游水位时，用水面平接。

（五）污水工程管网计算案例

某居住区污水管道布置如图416所示。各街坊人口数为：Ⅰ、Ⅴ各有8000人，街

坊Ⅱ、Ⅲ、Ⅶ各有4500人，街坊Ⅷ、Ⅳ各有6000人，街坊Ⅵ有5000人。街坊Ⅱ中有一

工厂，其污水量为15L/s。街坊Ⅴ中有一公共浴池，每天容量600人，浴池开放12h。每人每次污水量150L，变化系数为1.0。居住区生活污水量标准为q₀=100L/（人·d），试计算管段设计流量。

图416 某居住区污水管道平面布置

1.排水量的计算

居住区生活污水量q₁按设计人口数N与生活污水量标准q₀计算。例如管段10—9的设计平均日污水量为q₁′。

q₁′=24q×₀3N600=12040××36600000=6.94（L/s）

最高时污水量为

q₁′=q₁k_z=6.94×2.24=15.55≈15.6

2.公共浴室最高时污水量

q_y=3q600n0kT=1503×606000××121.0=2.1（L/s）

3.各管段设计流量的计算（表415）

表4 15

某居住区管段设计流量计算

4.污水管道水力计算步骤

污水管道系统各管段设计流量确定后，即可进行管道的水力计算。其计算步骤如下（1）根据图416污水管道平面图布置绘出污水管道水力计算简图4 17。并在水力

计算简图上标注检查井编号、管段长度及管段设计流量等。

（2）从管道系统的控制点开始，自上游向下游，列表逐段计算各设计管段的管径、坡度、流速、充满度等。污水管道水力计算表见表416。

（3）由小城镇污水管道布置图及城镇规划图，求得各设计管段起讫点检查井处的地面高程，并将其标注在水力计算算简图上，并列入水力计算表416的第10、11列。

（4）计算每一设计管段的地面坡度（地面坡度=地面高程差/距离），作为确定管道坡度的参考。

（5）根据管段设计流量，参照地面坡度，试定管径。例如管段10—9的设计流量q=算

计

力

水

道

管

水

污

6

1

4

表

图417 污水管道水力计算简图

15.6L/s，如果选用200mm管径，要使充满度不超过规范规定的0.60，则坡度必须采用0.0061，大于本管段的地面坡度0.0033，将使管道埋深较大。为了减小坡度，选用250mm管径。从管径为250mm的计算附图中查得（也可用常见软件进行计算），当流速为0.7m/s时，充满度为0.47，坡度为0.0041。流速及充满度都符合规范要求。因此，管段10-9采用管径250mm，设计数据列入管道水力计算表的第4、5、6、7列，并注在水力计算简图上。

（6）根据管段的设计坡度，计算管段两端的高差。管段两端的高差称为降落量，其值等于管段坡度与管段长之积。将求得的管段降落量列入管道水力计算表的第9列。

（7）确定管段起端的标高，应注意满足埋深的要求，将管段起端管底标高列入水力计算表第12列。

（8）确定设计管段终端管底标高，管段终端管底标高等于本段起端管底标高减降落量。将终端管底标高列入表第13列。

（9）计算管段起端、终端的埋深及管段的平均埋深，将其列入表第14、15、16列。5.污水管道水力计算注意事项

（1）计算设计管段的管底高程时，要注意各管段在检查井中的衔接方式，要保证下游管道上端的管底不得高于上游管道下端的管底。例如，管段9—8的设计管径为300mm，比上游管段10—9的管径250mm大，故在9号检查井中上下游管道采用管顶平接。管段7—6的管径为400mm与管段6—1的管径相同，故在6号检查井中，上下游管道采用水面平接，两管段中水深相差0.8cm，故取管段6—1的上端管底比管段7—6的终端管底

低1cm。

（2）在水力计算过程中，污水管道的管径一般应沿程增大。但是，当管道穿过陡坡地段时，由于管道坡度增加很多，根据水力计算，管径可以由大变小。当管径为250～300mm时，只能减小一级；管径不小于300mm时，按水力计算确定，但不得超过两级。（3）在支管与干管的连接处，要使干管的埋深保证支管接入的要求。

（4）当地面高程有剧烈变化或地面坡度太大时，可采用跌水井，以采用适当的管道坡度，防止因流速太大冲刷坏管壁。通常当污水管道跌落差大于1m时，应设跌水井；跌落差小于1m时，只把检查井中的流槽做成斜坡即可。

6.污水管道规划图的绘制

小城镇污水管道规划总平面图是排水系统总体规划图的重要组成部分。一般只需绘出污水主干管和干管。在管线上应绘出设计管段起讫点检查井的位置并编号，注明管道长度、管道断面尺寸及管道坡度。

污水管道纵剖面图，反映管道沿线高程位置，它应和管道平而布置图对应。纵剖面图上应画出地面高程线、管道高程线。画出设计管段起讫点处检查井及主要支管的接入位置与管径。在管道纵剖面图的下方应注明检查井的编号、管径、管段长度、管道坡度、地面高程和管底高程等。

污水管道纵剖面图常用的比例尺为：横向1/1000～1/500，纵向1/100～1/50。污水管

道纵剖面图如图418所示。

图418 污水管道纵剖面图