排水课程设计四川大学田.docx
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排水课程设计四川大学田
目录
一基础资料…····················································2
1.原始资料
2.城市基础资料··················································2
二、设计目的、任务及要求·································2
.课程设计目的··················································2
设计任务······················································2
图纸要求······················································3
三、污水管道系统设计及说明································3
1排水体制的确定················································3
2确定工业废水与城市生活污水是否合并处理························4
3确定污水处理厂数量和初步位置的确定····························4
4污水管道的布置和定线··········································5
5污水管道的设计流量计算········································6
6各设计管段的污水流量计算······································7
7污水主干管的水力计算··········································7
8污水处理厂的规模··············································8
9中途泵站总泵站················································8
10总泵站·······················································8
四、雨水管渠系统设计及说明································8
1确定排水体制、划分排水流域···································8
2雨水管渠的布置和定线··········································9
3雨水管渠的设计流量计算和水力计算······························9
4雨水管渠设计流量及水力计算···································12
五、绘图·················································12
六、设计体会··············································13
七、参考资料··············································14
附表1·····························································15
附表2·····························································17
附表3·····························································18
一基础资料
1.原始资料
(1)城市(包括工业区)总平面图一张,比例尺为1∶6000,等高线间距为1m。
(2)排水管网课程设计任务书及指示书一份。
(3)排水管网课程设计说明PPT资料一份。
2.城市基础资料
(1)城市位于我过四川省内,该市被一条自西向东南的河流一分为二,城南区域可见一条明显的分水线,城北区域西北方向有一小山丘,但不高,对排水影响不大。
其余地方地形起伏不大,总体上等高线与河流平行,并逐渐向河岸降低,沿河两岸地势最低。
(2)由于该区位于我过的西南地区,气温较高且土壤为粘土,则可不考虑冰冻层和地下水的情况。
(3)城市属于中小城市,居住区总面积约为270公顷,共约11万人。
城北约125公顷,约10万人,城南约145公顷,约有11万人。
(4)城市风向以东北风和北风为主,这与选择污水处理厂有很大关系。
(5)根据该城市的多年降雨资料分析,选取公式
L/(s
ha)
作为当地暴雨强度计算公式。
(6)根据历年降雨资料显示,该条河流二十年一遇的最高洪水位为180.15m,最低枯水位为170.50m,常水位为176.50m。
河岸线与两座公路桥的路面标高一样为189.00m,则河岸线与最高洪水位之间的高程差
△h=189.00m-180.15m=8.85m
该值较大,说明雨水管渠的出水口有足够的覆土埋深,而不会造成河水回流,不需要添加雨水泵站便能顺畅排出。
(7)根据平面图等高线可以看出,该城市地势较为平坦,河流两面的南北地区以较合适的坡度向水体倾斜,若将污水的主干管沿河岸线铺设,可以有效地降低管道的埋深,干管沿垂直于等高线敷设可以使建筑物排放的污水尽快的集入干管,还有利于污水以重力流的形式输送;若将雨水管渠沿垂直于等高线敷设,可以尽快将雨水以重力流的形式排入河内,防止洪涝。
二、设计目的、任务及要求
.课程设计目的
根据所给原始资料,完成某城市排水管道系统的设计。
通过该设计,熟悉城市污水管道系统及雨水管道系统的设计原理和方法;初步掌握排水系统的设计技术。
.设计任务
根据城市地形地貌、城镇的竖向规划、水文、地质、气象等条件确定划分排水流域并确定合理的排水体制,并且应符合该市经济技术的发展要求和环境保护的相关规定。
继而确定管道系统及其附属构筑物在平面及竖向上的位置。
据此进行管道水力计算,绘制出排水管道系统平面图和剖面图。
最后上交的设计成果如下:
排水管道课程设计说明书;
排水管道系统总平面布置图;
污水主干管纵断面图;
雨水干渠纵断面图;
图纸要求
污水管道用红色线条表示。
主干管、区域干管、干管用粗线条表示,同时注明如:
“主干管”,“北区干管”,“干管N0I”等等。
干管上的检查井以小圆圈表示并编号。
在所计算的干管上用红色字样注明长度、管径和坡度、泵站用圆圈表示并注明“总泵站”、泵站NO……等。
平面图上的倒虹管用红色虚线表示并注明“倒虹管”。
污水厂用兰色或黑色线表示并注明“污水厂”。
雨水管渠的表示方法同污水管道,但用其它颜色表示,防洪沟及明渠用双虚线表示
干管纵断面图绘出地面线、管线和检查井。
并注明管线与其它障碍物交叉的位置和标高。
在下方注明检查井号、管段长度,地面标高、管底标高、管径、坡度及采用的管材、基础型式,也可将Q、V、h/D等数据标注明出来。
三、污水管道系统设计及说明
1.排水体制的确定
方案一:
合流制排水体制,即城市和工业企业中的生活污水、工业废水和雨水采用同一系统来排除。
将所有污水、废水和雨水均未通过处理就直接通过同一排水系统排放,那么管道数量大大减少,施工量也相应减少,但是由于污水未经处理就直接排放会严重污染水体。
因该排水系统因不满足环境要求,已渐渐不被采用。
将所有污水、废水即雨水全部处理再排放,对环境是最为友好的,但是采用这种方法明显会增加污水处理厂的施工、运行管理费用。
同时没有充分利用河水等水体的自净能力,不经济划算。
采用截流式合流制,即旱时管道主要输送生活污水、工业废水至污水处理厂处理,下雨时通过截留方式处理一部分雨水和污水。
该种方式弥补了上述两种方式某些不足,但是在雨水充沛的地区,暴雨时截留井溢流,雨水会把污水冲刷到水体造成严重污染。
方案二:
采用分流制排水系统,即将污废水输送到污水处理厂进行处理再排放,雨水通过另一系统即雨水管道系统收集并就近排放到水体。
从城市的总平面图来看,建筑群沿河流分布较均匀,等高线分布较稀疏,地势较为平坦,且南、北两地区向河流以适当的坡度倾斜,有利于雨水按重力流的方式就近排入水体。
该市位于我国的西南地区,雨量充沛且气候温和。
综上所述,在有充沛的雨量的情况下,应充分利用该城市的地形特点,直接将雨水就近排入水体有利于防止洪涝、减轻污水处理厂的负担,降低排水管网系统的成本。
并且根据城市环境保护相关规定,污水必然须经处理后才能排放,因此选择分流制排水系统,即方案二。
2确定工业废水与城市生活污水是否合并处理
在规划工业企业排水系统时会遇到经过回收利用后的工业给水,能否直接排入城市排水系统与城市生活污水一并处理和排除的问题。
但工业企业位于城市内时,应尽量考虑将工业废水直接排入城市排水系统,利用城市排水系统统一排除和处理才比较经济合理。
考虑是否合并处理时主要考虑一下几个方面的问题:
(1)水质满足要求,根据资料显示三座工厂排放的污水未有说明其有毒害性,则认为三个工厂排放的污水符合国家颁布的《污水排入城市下水道水质标准》,不会影响城市排水管渠和污水处理厂等构筑物的正常运行,不会对养护人员造成伤害,也不会影响污水处理厂出水和污泥的排放和利用。
(2)工厂废水排入生活污水管道系统是否严重影响管道埋深,影响施工,同时工厂与城市距离是否满足经济要求。
从平面图上可以看出三个工厂均位于城内,厂区的排水管距离城市排水管渠较短比较经济合理。
若工业废水不满足水质要求也可单独进行无害化处理后再排如生活污水管道中也是可行的。
综合上述各方面分析,该城市的工厂排放的工业废水应直接或无害处理后排入城市排水管渠统一处理。
3确定污水处理厂数量和初步位置的确定
(1)污水厂数量的确定
污水处理水厂的位置和数量会直接影响施工量及运行成本,选择时应综合考虑地形、城市规模,用地问题等,基于这几点,学生提出以下几个方案:
方案一:
分区域排水系统。
整体上看,该城市被一条河流一分为二,形成了两个排水流域,可将南北分成两个区域各自有自己的排水系统。
两条主干管均沿河岸线铺设至各自的污水处理厂,干管沿与等高线垂直的方向铺设。
北区的污水处理厂建在公园的下游靠近河岸,南区的污水处理厂建在工厂乙的下游靠近河岸。
该方案设有两个污水厂。
方案二:
统一排水系统。
管道的铺设方式与方案一一致,南区和北区作为一个整体的排水系统,即把北区的污水主干管通过沿公路桥2跨过河流并与南区主干管连接然后输送至污水处理厂,由一个污水处理厂统一处理。
此方案设置一个污水处理厂,污水处理厂建在南区空地面积较大的乙厂下游区域,具体位置可查看干管布置图。
这两个方案的关键区别在于北区和南区是否作为两个独立的污水排水系统设计。
现作以下分析:
将北区和南区作为两个独立的污水排水系统设计,可以减小南区后段的主干管的管径和管道埋深,从而减少土石方开挖量,降低成本;
在公园的附近修建污水处理厂,不利于景观区周围的环境,同时也可能影响周边动植物的生长环境等;
污水处理厂的修建费用较高,建两个污水处理厂并不经济。
已修建好的公路桥2利于管桥的铺设,北区的主干管可通过管桥连接至南区,是一种较容易且经济的方案;
据研究发现,统一排水系统因规模较大,流量变化较小,污水处理效果更好。
根据该城镇的总体规划,各类污水的水量和水质资料,结合城镇地形、气候、水体等因素,从环境效益、经济效益和社会效益考虑,并综合上述对比论证,考虑到修建成本以及一些已建成道路设施情况,确定方案二为最优设计方案,以其作为该城市污水管道设计的方案。
(2)污水处理厂位置的确定
污水处理厂位置确定受地形、征地、气候、环境要求影响,该城市的地势是河两岸地区向河流较以合适的坡度倾斜,整体沿河流流向地势逐渐降低。
城市化中有三个工厂,一个位于城市的上游两个位于城市的下游。
为了将污水尽快处理而不至于使其腐蚀管道、产生有害气体,污水厂应尽量靠近各工厂,根据原始资料显示,丙厂的污水明显没有甲、乙两厂的污水多,所以污水厂应尽量靠近甲、乙两厂建设。
该地区的主要风向为北风和西北风,如果将污水处理厂建在靠北的地方会影响城市的空气质量,同时污水处理厂应建在河流的下游,才不影响整个城市的环境和景观。
4污水管道的布置和定线
(1)污水管道定线
根据以下的污水管道定线原则进行平面布置和定线:
该城市的北区和南区整体地势均以较合适的坡度向城中的河流倾斜,为了符合地势,顺坡排水,将两岸的主干管沿河岸线与等高线平行敷设,干管与等高线垂直敷设,尽可能使污水以重力流的形式进入主干管;
由于该城市整体地势很平坦所以管线的坡度应尽量较小,以免增加管道的埋深,增加土石方的开挖量,加大施工困难;
由前面的方案论证知,南区和北区的污水应合并处理,则必须穿过公路桥进行敷设。
由于倒虹管施工困难,成本高,安装要求较高,因此采用管桥的形式沿公路桥2而将北区的污水送至南区,直接汇入南区的污水主干管;
管线布置应简捷,管网密度应合适、经济合理。
因此在敷设管道时,应尽量按双侧排水的形式敷设,即将管道敷设在两侧都有建筑物的街道上,建筑物的污水可从两侧的接户管接入。
这样可以减少管道的敷设条数,充分利用管线布置的位置提高污水收集率,降低管网成本;
排水管道敷设条数的确定:
根据资料,该城市的街道宽度约为30m,加之排水区域总面积较小,因此道路下沿线敷设一条管道即可。
综上,充分考虑到当地的地形特点,尽可能使污水以重力流的形式流入管道,根据污水管道的定线原则,将该城市北区和南区的排水管线均按截流式的排水系统平面布置形式布置。
具体布置形式如图3-4-1
图3-4-1管网定线
(2)控制点选定
根据图形可知该城市无凹点,城市北区离污水处理厂最远的点为1点,可选为控制低点,该地点处于车行道下,最小覆土厚度不小于0.7米。
城市南区主干管起点7点是工厂污水出水汇入点,该工厂污水管道埋深无特殊,可取1米。
5污水管道的设计流量计算
(1)居住区、公共建筑区及工厂的污水流量计算
街坊居住区的排水面积计算
根据老师提供的资料显示,甲、乙、丙属于工厂不计入街区面积计算之中,工厂甲、乙按集中流量计入设计流量中。
各街区排水面积如表3-5-1所示
表3-5-1各街区面积单位(公顷)
江
北
街区编号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
街区面积
1.56
4.72
6.62
3.04
4.2
5.29
7.42
6.53
4.9
5.25
街区编号
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
街区面积
6.48
5.44
1.88
3.33
5.51
5
4.93
4.47
4.8
4.53
街区编号
21
22
23
24
25
26
27
街区面积
4.04
4.53
4.53
4.28
4.8
5.28
1.84
江
南
街区编号
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
街区面积
8.47
6.53
7.2
9.11
5.83
6.41
2.4
4.54
4.8
5.33
街区编号
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
街区面积
2.47
4.53
4.8
5.47
2.56
4.04
4.28
4.61
3.02
4.53
街区编号
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
街区面积
4.67
5.33
3.34
2.12
5.04
7.06
7.06
8.16
6.61
5.9
街区编号
58
59
合计
街区面积
6.84
7.74
296.
总面积减去甲、乙、丙、丁等各工厂的面积之后得居住区总面积为270.68公顷,城北区域面积为125.2公顷,人口为52584,城南区域面积为145.48公顷,人口为58192。
各居住区的生活污水平均比流量计算
城北居住区的污水定额为nⅠ=180L/(cap·d),人口密度为420cap/ha;城南地区的污水定额为nⅡ=200L/(cap·d),人口密度为400cap/ha。
则可由公式
计算相应的居住区生活污水平均比流量,即
城北居住区
城南居住区
。
公共及公用建筑物的集中流量计算
如下所示即为该城市的各公共及公用建筑物的集中流量计算值:
表3-5-2公共及公用建筑物集中污水流量值
建筑物名称
公园
浴室
医院
电影院、旅馆
火车站
集中污水量(L/s)
4.0
3.4
5.4
2.6
5.0
工业区各种集中污水流量计算
该城市的工业区基本情况原始数据已由原始资料给出,具体表3-5-3所示。
表3-5-3工业区基本情况表
工业废水设计流量
职工人数(cap)
工厂名称
生产污水(L/s)
生产废水(L/s)
第一班
第二班
第三班
使用淋浴人数(%)
热车间
一般车间
热车间
一般车间
热车间
一般车间
热车间
一般车间
甲
48.0
26.5
350
460
350
460
350
398
75
40
乙
32.0
26.0
270
498
270
460
270
460
70
35
丙
26.0
18.0
220
380
220
400
220
380
70
40
则可根据公式计算各工业企业生活污水和淋浴污水的设计流量值
式其中
A1、A2————分别为一般车间和热车间的最大班职工人数cap;
B1、B2————分别为一般车间和热车间职工生活污水定额25L/(cap
班)、35L/(cap
班);
K1、K2————分别为一般车间和热车间生活污水量时变化系数3.0、2.5;C1、C2分别为一般车间和热车间最大班使用淋浴的职工人数cap;
D1、D2———分别为一般车间和热车间的淋浴污水定额40L/(cap
班)、60L/(cap
班);
T为每班的工作时间,这里为8h。
根据规定工业企业的生产污水、生活污水及淋浴污水排入城市污水管道,生产废水直接排入雨水管道,那么各工厂的集中流量计算值如下表3-5-4所示。
工厂名称
生活污水(L/s)
淋浴污水(L/s)
生产污水(L/s)
合计(L/s)
甲
2.26
6.43
48.00
56.69
乙
2.12
5.09
32.00
39.21
丙
1.71
4.34
26.00
32.05
表3-5-4工业区集中污水流量计算表
6各设计管段的污水流量计算
根据上述计算过得出的集中流量、生活污水流量可计算污水干管设计流量,计算结果参见附表1
7污水主干管的水力计算
本设计使用的管道为钢筋混泥土管,且由于污水管道按非满流计算,粗糙系数n=0.014。
根据附表1选取合理的污水管道管径,使其流速、充满度等各项参数满足要求。
上述已选1点和7点作为南北区域管道的控制点。
两控制点埋深分别为0.7米和一米,由水力坡降算出的各项标高和水力损失等可查看附表2。
8污水处理厂的规模
由附表1可知13-33管段的设计流量为530.58L/s,该流量即为污水处理厂处理污水的流量。
则该污水处理厂的日处理量为
Q=530.58
24
3600
10-3=45842.11m3/d
结合现代社会的发展,可在污水处理厂配置中水回用设备。
9中途泵站总泵站
有附表2可以看出:
北区污水到达桥2时管道的埋深为183.68m,可在公路桥2旁边搭建管桥,管桥的标高为183.68m。
北区的污水与南区的水汇集之前要有泵站给其提升才能与南区的管道相连,到达南区时管底标高为182.6m,而南区的管道在11点时管底标高为185.45,两者相差约3m,所以中途泵站所需泵站扬程要大于3m。
所需扬程较小,而流量较大,可用轴流泵。
10总泵站
有附表2可以看出,设计时不是很合理导致埋深较大,到达污水处理厂时埋深已经很大。
同时一般情况下,污水处理厂的处理构筑物为地上式,所以必须设置总泵站。
泵站扬程约为10m,流量为530.58l/s
四、雨水管渠系统设计及说明
1确定排水体制、划分排水流域
由平面图可知南区有一明显的分水线,其余地方地势较为平坦,按一般原则划分排水区域即可。
图4-1-4
2雨水管渠的布置和定线
由总平面图可以看出,南北两区均向河流倾斜,可以直接将雨水排水干管垂直于等高线布置。
需要注意的是,河流的洪水位180.15m,即出水口要满足要求,不能让河水回灌。
雨水定线是需要考虑的问题就是,要及时的把雨水排入水体,具体原则如下:
要符合该城市整体地势向河流倾斜的趋势,将雨水干管敷设在于等高线垂直的方向上,最大程度让雨水以重力流的形式尽快排入受纳水体;
与街坊布置或小区规划相符合;
由于该城市整体地势很平坦所以管线的坡度应尽量较小,以免增加管道的埋深,加大施工困难;
管线布置应简捷,管网密度应合适,经济合理;将该城市划分为12个排水区域后,每个区域敷设一条干管,尽可能的将该区域的雨水汇流后就近排入河体;
尽可能避免穿越障碍物或与其它管线相交。
由于Ⅰ区和Ⅱ区分布在河流的两岸,雨水可以直接分别沿两岸的干管排入河流无需穿越障碍物;
雨水管渠与污水管道不同,每隔100~150m,最多不大于200m就应设置一个雨水检查井;
雨水排水系统布置在城市内,因此都采用暗管的形式铺设雨水管渠。
由上述的定线原则现将雨水管渠的干渠敷设如下图4-2-1所示:
图4-2-1雨水定线
3.雨水管渠的设计流量计算和水力计算
(1)雨水管渠各汇水面积和设计参数的计算
图4-3-1
如上图4-3-1所示,选取该图所示的雨水管渠进行干管的设计。
根据地面坡度、管渠的布置形式,按合理分担的原则划分各管段的汇水面积,各汇水面积的编号如图4-3-1所示。
各汇水面积计算值如下表4-3-2:
表4-3-2各管段汇水面积计算表
汇水区域编号
1
2
3
4
5
6
汇水面积(ha)
1.11
1.11
1.30
1.19
2.67
3.88
汇水区域编号
7
8
9
10
11
12
汇水面积(ha)
1.23
0.95
0.91
0.97
0.91
2.28
汇水区域编号
13
14
15
16
17
18
汇水面积(ha)
2.98
0.91
1.08
1.01
1.06
0.99
汇水区域编号
19
20
21
22
汇水面积(ha)
2.32
2.39
1.12
0.99
由此可以计算该雨水干渠各设计管段的总汇水面积,为避免和污水管编号重合,编号从33号开始,如表4-3-3所示。
表4-3-3雨水干
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