水力论文:小区生活排水计算公式的选择

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发布时间：2011-02-26 14:10:03  更新时间：2011-02-26 14:10:03

　　小区生活排水计算公式的选择
　　孙世杰
　　佳木斯铁路房产建筑段设计室
　　小区生活排水设计秒流量公式讨论
　　随着人们生活水平的遂步提高，对环境小区的要求也越来越高，但居民小区合流污水管道堵塞问题给人们的生活带来了不便，影响了人们生活质量。因此居民小区合流污水管道堵塞的情况令人不得不探讨小区生活排水量计算问题。
　　居民小区生活排水量是指生活用水后能排入污水管道的流量，其数值应该等于生活用水量减去不可回收的水量。建筑给排水设计规范规定,居住小区生活排水系统排水定额是其相应的生活给水系统用水定额的85%-95%。但考虑到地下水经管道接口渗入管内，雨水经检查井口流入及其他原因可能使排水量增大。所以，取居住小区内生活排水的最大时流量与生活给水最大时流量相同，包括居民生活排水量和公共建筑排水量。即居住小区生活排水定额和小时变化系数与生活用水定额和小时变化系数相同，按国家有关定额选用。
　　以往计算公式(1)所示，即与城市生活污水排水量计算相同。 Q=khqdN/86400.....(1)
　　(式中kh：小时变化系数;N:设计人口数；qd：每人每日最高用水定额,L/(人.D)。
　　按式(1)计算小区生活排水设计秒流量方法简单。以往不论小区出户管、小区支管、还是小区干管均采用式(1)。从公式本身看，它存在两个问题：①忽略了小区排水与城市排水之间的差别，特别是负担的设计人口数较少的接户管和小区支管起端；②式(1)中应用每人每天最高生活用水定额，还是综合生活用水定额？用时变化系数，还是总变化系数？
　　目前，计算住宅、集体宿舍、旅馆、医院、幼儿园、办公楼和学校等建筑生活排水设计秒流量采用的是式(2)。式(2)是按排水管上承纳的卫生器具排水当量数，来计算设计秒流量的。这个公式的优点有：①概念清晰。明确了用排水当量计算排水设计秒流量，改变了原先用给水当量计算排水设计秒流量的做法，提高了计算的准确性。②更加符合工程实际。避免了因为建筑物排水系统与给水系统不一定相对应而造成的麻烦。同时也避免了对给水当量小而排水当量大的卫生器具，计算结果偏小的情况。qu=0.12α（Np）-2+qmax.......(2)式中qu：计算管段排水设计秒流量L/s；NP：计算管段卫生器具排水当量总数；qmax：计算管段上排水量最大的一个卫生器具的排水流量L/s；α：根据建筑物用途而定的系数。
　　那么住宅小区生活排水设计秒流量的计算究竟采用哪一个公式更加准确呢？下面以污水改造工程中某住宅楼为例进行讨论。该住宅6层，3个单元，一梯两户居民。每户家中1个卫生间，卫生器具有浴缸1个，坐便器1个，活脸盆1个，洗衣机1个；厨房1间，洗涤盆1个。该居住小区按四栋相同住宅楼考滤,该地区居民生活平均日用水定额取150L/(人•d)，时变化系数取2.3，每户人口按3-5人计，每根DN400的污水干管服务人口为8640-14400人。分别按式(1)和式(2)计算该建筑出户管的设计秒流量，污水支管设计秒流量，污水干管设计秒流量,结果见表1。
　　由表1可见，按式(1)进行小区生活排水设计秒流量的计算，其计算结果是不仅出户管、起端支管中流量很小，小区中大部分支管、干管的流量也很小，明显与工程实际不相符合。并且若按式(1)计算结果设计小区污水管道，将造成采用小管径、大埋深的设计结论，不符合排水管道设计的技术经济指标。小区起端污水支管和城市污水管起始管段同样具有流量小的特点，通常直接选用最小管径、最小设计坡度。这对城市污水支管道的上游是完全合理的，因为城市污水管上游服务面积远大于小区污水管起端服务面积，和小区污水管相比，具有流量大，互补性强的特点。但是，小区污水管道直接服务于居民，污水管道设计、运行状况将对居民生活产生巨大影响。应尽可能地进行详细的水力计算，减小不计算管段的范围，确保小区污水管道设计、运行正常。这就需要寻找一个既满足水力计算要求，又符合工程实际的公式。
　　式(2)计算得出的设计秒流量完全满足这个要求，分析如下：①由式(2)计算出户管的设计秒流量为4.465L/s，流速为0.6m/s，坡度为4.1‰，充满度为0.5。这一组数据完全符合《建筑给排水设计规范》(GB50015-2003)中第4.4.8条关于小区内污水管最小管径、最小设计坡度的规定，并且正是这组数据的验证。②由式(2)计算得出的其他数据与工程设计实际情况基本符合。根据笔者多年设计经验和多方调查，由式(2)计算得出的数据保证小区污水管网的正常运行。
　　由以上讨论得出结论：小区生活排水设计秒流量的计算应采用式(2)，即可以将住宅这一类建筑内部生活排水设计秒流量计算公式的使用范围扩大到居民小区。
　　出户管堵塞的设计原因
　　从表1分析得出出户管堵塞的设计原因有：①按式(1)计算得出的流量太小，造成设计人员习惯性认为只要把出户管管径比立管管径放大一到二号，就没有问题，并没有深入考虑实际流量。②按式(1)计算出户管坡度偏小。出户管设计坡度一般采用2‰左右，未能达到以式(2)计算的4‰。流量一定的情况下，坡度减小，出户管内的流速变得缓慢，在小于0.6m/s的情况下，出户管逐渐被污水中深沉下来的污物堵塞。
　　合流污水管堵塞的设计原因
　　对分流制小区排水中的污水管，从表1中的数据可以看到，按式(1)计算得出大部分小区污水支管和部分干管流量很小。若全部按不计算管段来选用最小管径、最小设计坡度，则小区污水支管管径应为DN200，坡度为2‰-3‰。流量不变，坡度变小，过水断面增大，充满度降低，流速减少，可以分析得出支管中的流速小于0.6m/s，会造成污水支管堵塞。但对该地区采用分流制排水小区的污水管运行现状调查发现，污水支管基本未见堵塞，运行情况良好。而合流小区污水支管却堵塞严重，这是因为：①合流污水管道的设计流量包含两部分：旱流污水量和雨水量，造成合流污水管道在服务人口数相同情况下，管径大于分流污水管径。②合流污水管中的流量、流速、坡度未按旱流污水量单独校核。以上两个原因造成合流污水管道中设计流速偏低，长期运行的结果就是合流污水管逐渐堵塞。
　　高峰排水问题
　　最大排水时，据实测小区出户管、支管，甚至于管中基本是满流，这就提出另一个问题：流量计算正确的前提下如何合理确定小区污水管管径，既能保证高峰流量时非满流，又能保证非高峰流量时污水管内流速大于不淤流速，防止杂物沉积堵塞管道。或如何在管径、流量一定时，合理确定流速、坡度、充满度之间的关系。坡度大，充满度大，则情况相反。如何协调这两方面，应建立合理的数学模型加以研究。
　　建议
　　在建筑给排水工程中，排水设计秒流量的研究滞后于给水，小区给水与小区排水设计流量计算又落后于建筑给排水。随着我国经济高速发展，建设给水排水设计秒流量计算公式的研究已经起步，小区设计秒流量计算公式的研究也应尽快展开。作为城市组成的基本单元，小区的用水、排水有自身的特点，排水的规律介于城市和单个建筑之间。对其排水规律应进行研究，制定更加准确的公式，为设计提供更合理的依据。
　　在此建议国家有关部门一方面应加大对建筑给排水科研的投入，改善我国建筑给排水基础理论研究长期滞后的现象；另一方面可以制定相关制度,强化建筑给排水设计过程中水力计算的管理，并及时整理各大中小设计院设计资料，为建筑给排水基础理论研究提供可靠的参考。
　　

表1    小区生活排水设计秒流量计算

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