排水课程设计.docx

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排水课程设计

大型作业

题目：

某城镇排水管网工程设计

教学院：

环境科学与工程学院

课程：

给水排水管网系统

专业：

给排水科学与工程

学号：

201140320147

学生姓名：

**

指导教师：

周国胜

2014年6月16日

目录

第1章排水管网设计任务书…………………………………………3

1.1设计题目………………………………………………………3

1.2设计内容………………………………………………………3

1.3设计原始资料…………………………………………………3

1.4设计步骤………………………………………………………5

1.5设计成果及要求………………………………………………6

第2章污水管网设计计算书…………………………………………6

2.1排水管网定线…………………………………………………6

2.2污水流量设计…………………………………………………7

2.3管段设计流量计算……………………………………………9

2.4污水管段设计参数……………………………………………12

第3章雨水管网设计计算书…………………………………………15

3.1雨水管网定线…………………………………………………15

3.2雨水设计流量…………………………………………………15

第四章个人总结………………………………………………………18

主要参考文献

附图

成绩评定表

第1章排水管网设计任务书

1.1设计题目：

某城镇排水管网工程设计

1.2设计内容

（1）根据大型作业要求，认真查阅有关资料，准备大型作业用资料，确定排水和雨水（或合流管道）管网定线及排水体制的选择方案；

（2）划分各管段的服务街区或汇水区域，计算汇水面积；

（3）管段的设计流量（生活污水量的变化系数）及单位面积径流量（考虑暴雨强度公式、重现期、地面集水时间、径流系数及管道容积利用系数）计算；

（4）研究管道系统的控制点，进行污水管道、雨水管道水力计算；

（5）绘制排水管道平面图和规定管道的纵断面图（污水和雨水分别绘制，分别完成污水的平面和主干管的纵剖面图绘制（2张至少是A3图纸），雨水的平面及一条干管或主干管的纵剖面图绘制（2张至少是A3图纸）），建议手绘；

（6）正确运用相关技术规范完成计算说明书。

1.3设计原始资料

（1）某城镇城区布置如城区规划图所示，城市总平面图一张（1：

5000），设计年限按10年考虑。

表1各街坊面积汇总表

街坊编号

街坊面积Ai（ha）

街坊编号

街坊面积Ai（ha）

街坊编号

街坊面积Ai（ha）

街坊编号

街坊面积Ai（ha）

街坊编号

街坊面积Ai（ha）

1

2.35

25

6.52

49

1.72

73

1.01

97

1.64

2

2.68

26

2.31

50

1.97

74

0.98

98

1.59

3

2.45

27

2.01

51

1.90

75

1.39

99

1.84

4

2.67

28

2.05

52

2.23

76

2.21

100

2.00

5

2.73

29

2.24

53

1.71

77

0.34

101

2.44

6

3.29

30

2.15

54

2.49

78

1.47

102

3.18

7

2.46

31

2.91

55

1.87

79

4.37

103

1.99

8

2.36

32

1.93

56

2.06

80

1.23

104

2.44

9

2.75

33

2.39

57

1.52

81

1.26

105

2.42

10

2.85

34

2.28

58

1.96

82

2.50

106

1.53

11

3.03

35

2.14

59

1.46

83

2.50

107

1.52

12

2.46

36

1.75

60

0.98

84

1.72

108

2.24

13

5.42

37

2.11

61

1.40

85

1.66

109

1.40

14

2.35

38

2.18

62

4.83

86

2.05

110

1.51

15

2.09

39

2.96

63

1.32

87

2.85

111

1.76

16

2.14

40

2.73

64

1.24

88

2.57

112

2.24

17

2.43

41

2.88

65

1.48

89

3.37

113

2.21

18

2.78

42

1.28

66

1.57

90

2.13

114

2.68

19

1.89

43

1.54

67

2.12

91

2.55

115

1.25

20

2.31

44

1.05

68

1.91

92

3.40

116

2.32

21

2.01

45

0.47

69

2.51

93

1.91

117

1.51

22

2.56

46

1.46

70

1.60

94

1.96

118

1.34

23

3.25

47

0.83

71

1.92

95

2.95

119

1.32

24

2.97

48

1.94

72

3.21

96

4.88

120

2.02

（2）气象资料

年平均气温15.7℃，最热月平均气温31.8℃，最冷月平均气温0.3℃，年平均降水量1127.3毫米，风速2.3（m/s），冰冻深度0.7m。

（3）污水工程规划

（a）城区地形平坦，城镇人口密度为300cap/hm

（b）城镇用水量标准

城区内建筑均有室内排水卫生设备，有淋浴设备，用水普及率设为100%。

城镇采用分流制排水体制，各种污水由管道汇集输送，并建有一污水处理厂。

（c）该城镇有工业企业，其位置见城市总体规划布置图。

表2各工业企业生活污水、淋浴污水和生产废水情况表

注：

工况企业车间最高日每班工作小时数为8h。

（4）雨水工程规划

设计暴雨重现期为1年，暴雨强度公式及主要设计参数选择：

暴雨强度公式：

综合径流系数为：

0.45

降雨历时为:

地面雨水急流时间为：

管道容积利用系数m=2

1.4设计步骤

1、污水管网设计步骤

（1）污水量计算

平均日综合生活污水定额采用（100-400L/cap·d之间）该部分日变化系数参考教材，依有关规范选取；各企业内生活污水和淋浴污水按照有关规定计算。

不考虑地下水渗入量。

综合以上各项，计算全区污水最大时流量和平均日污水量。

生活废水和工业废水分开算，最后累加；

（2）在平面图上布置污水管道，给检查井编号，划分计算管段；

（3）划分各管段的服务街区，对排水所涉及的街区编号并计算面积。

一般按照“就近收集和坡度收集”的原则划分服务面积；

（4）计算各管段的设计流量；

（5）污水管水力计算（用Excel列表计算）；印刷厂厂出口埋深为1.50m（所有点的埋深均不小于该值），覆土厚度要求大于0.7m，并满足街坊污水连接管衔接要求；

（6）绘制污水管道平面图和纵剖面图。

2、雨水管网设计计算

雨水管网最小覆土厚度为0.8m（所有点的覆土厚度均不小于该值），雨水管如果埋深过大，可以重新布置管线、起端改为加盖板的明渠、中下游管道改为矩形渠道等方法减小埋深。

此外，当需要的管径超过2000mm时，一般改为箱涵。

（1）划分排水流域和管道定线

（2）划分设计管段

（3）对排水涉及的街区编号并计算面积

（4）求单位面积径流量

（5）列表计算（用Excel列表计算）

（6）绘制雨水管道平面图和纵剖面图

3、管网图绘制

在规划图上用不同的线型（粗实线、粗虚线）表示污水管和雨水管（渠）（需含有必须的附属构筑物，如：

检查井、泵站等等）。

平面图上需要标出各干管节点检查井编号，各干管D、L、I、水流方向、污水泵站的位置。

用A3图纸绘出污水干管和雨水干管的剖面图（所绘管段至少包括5个计算管段）。

总剖面图上标注的内容参见教材。

1.5、设计成果及要求

1．设计计算说明书一份；（应包括与设计有关的阐述说明和计算内容，内容系统完整，计算正确，文理通畅，草图和表格不得徒手草绘，图中各符号应有文字说明，线条清晰，大小适宜，书写完整，装订整齐）

2．设计图纸：

排水和雨水管道布置平面图各1张，分别绘制排水和雨水主干管剖面图各1张

第二章污水管网设计计算书

2.1排水管网定线方案

在城市和工业企业中，通常有生活污水、工业废水和雨水。

合理地选择排水体制，是城市和工业企业排水系统规划和设计的重要问题。

它不仅从根本上影响排水系统的设计、施工、维护管理，而且对城市和工业企业的规划和环境保护影响深远，同时也影响排水系统工程的总投资和初期投资费用和维护管理费用。

通常排水系统体制的选择是一项很复杂的很重要的工作。

排水体制的选择应该根据城镇及工业企业的规划，环境保护的要求，污水利用的状况，原有排水设施、水质、水量、地形、气候和水体等条件，从全局出发，在满足环境保护的前提之下，通过技术经济比较，综合考虑确定。

排水系统的体制一般分为合流制和分流制。

二者的优缺点比较见表2.1。

表2.1合流制和分流制的比较

合流制

分流制

直流分散式

截留式

完全分流式

不完全分流式

环保角度

排污口多，水未处理，不满足环保要求

晴天污水可以全部处理，雨天存在溢流

污水全部处理，初降雨水未处理，但可以采取收集措施

污水全部处理，初降雨水未处理，但不易采取收集措施

工程造价角度

低

管渠系统低，泵站污水厂高，

管渠系统高，泵站污水厂低

初期低，长期高，灵活

管理角度

不便，费用低

管渠管理简便，费用低，污水厂泵站管理不便

容易

容易

通过上述比较，完全分流制体系工程造价虽然稍高，但是环保效果好，管理方便，对于该城镇本身来讲，只有一条江流过，其对该城镇以后发展的意义很大，必须保护好江水资源，环保要求高；又由于市内无任何污水处理设施。

我国《室外排水设计规范》（GB50014-2006）规定，在新建地区排水系统一般采取分流制。

综合考虑分析，本工程即属于新建地区的排水系统，并结合该市的地形，气候，原有排水设施的状况等因素考虑，本市的排水系统的体制选择完全分流制（雨污分流制）。

2.2污水量计算

1设计污水定额

我国《室外排水设计规范》规定，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，结合建筑内部给水排水设施水平和排水系统普及程度等因素确定，可按当地用水定额的80%～90%计算，即排放系数为0.8～0.9；工业企业内生活污水量、淋雨污水量的确定，应与国家现行规范的有关规定协调；工业企业的工业废水量及其总变化系数应根据工艺特点确定，并与国家现行的工业用水量有关规定协调。

在计算居民生活污水量或综合生活污水量时，采用平均日污水量定额和相应的总变化系数。

在本设计地区，总街坊总面积为263.02ha；居住人口密度为300cap/ha，则服务人口数为263.02×300=78906cap。

2污水设计流量计算

（1）居民生活污水设计流量

居民平均日生活污水流量：

式中：

q1——综合生活污水定额（L/（cap.d））

N——设计人口数

居民生活污水设计流量计算：

式中：

K

——综合生活污水总变化系数,计算可得

（2）工业废水设计流量

工业废水设计最大流量Q3=Σ

在已知资料中生产废水量已经给出，则

Q3=（6000*1.4+1800*1.5+680*1.2）

=11916（m3/d）=137.92（L/s）

（3）工业企业生活污水和淋雨污水设计流量

Q4=Σ（

+

）

式中：

q3ai——各工矿企业车间职工生活用水量定额[L/（cap·d）]，一般车间采用25[L/（cap·d）]，污染车间采用35[L/（cap·d）]；

q3bi——各工矿企业车间职工淋浴用水量定额[L/（cap·d）]；

N3ai——各工矿企业车间最高日职工生活用水总人数（cap）；

N3bi——各工矿企业车间最高日职工淋浴用水总人数（cap）；

T3ai——各工矿企业车间最高日每班工作小时数（h）；

Kh3ai——各工矿企业车间最高日职工生活污水量班内变化系数，一般车间采用3.0，高温车间采用2.5；

根据该城镇各工业企业生活污水和淋浴用水情况表（详见设计任务书），可得：

=9.32（L/s）

Q3=9.32+6.92+3.19=19.43（L/s）

（4）城市污水设计总流量

将各项污水设计流量直接求和，得该市开发区污水设计总流量：

Qh=Q1+Q2+Q3=457.09+137.92+19.43=614.44（L/s）

2.3管段设计流量计算

1污水管道布置

从街区平面图可知该区地势自东向西倾斜，坡度较小，无明显分水线、可划分为一个排水流域。

由于街区面积较大，且地势平坦，故采用围坊式布置污水支管，即在街区四周的街道敷设污水支管。

干管基本上与等高线垂直布置，主干管则沿街区西面布置，基本与等高线平行。

整个管道系统呈平行式布置。

并给干管检查井编号，划分计算管段。

其简图见附图：

污水排水管简图1。

2街区编号以及面积计算

将各街坊编上号码，并按街坊的平面范围计算它们的面积，列入表中。

用箭头标出个街坊污水排出的方向。

各街坊面积见表2.2。

表2.2街区面积

街坊编号

a

b

c

d

e

f

g

h

街坊面积Ai（ha）

20.43

21.20

20.38

29.06

15.71

15.00

11.75

22.73

街坊编号

i

j

k

l

m

n

o

p

街坊面积Ai（ha）

11.04

15.33

14.81

19.19

11.74

12.75

11.93

9.97

表2.3主干管管段设计长度

管段编号

1—2

2—3

3—4

4—5

管段长度（m）

300

300

300

350

3计算设计流量

居民生活污水量平均日流量按街坊面积比例分配，比流量为：

qA=

=

=1.215[（L/s）/hm2]。

4集中流量的计算

管段设计流量采用列表计算，计算结果表2.4

5绘制管道平面图和纵剖面图

根据水力计算结果，在规划图上布置污水管道平面图1，绘制主干管纵剖面图2。

表2.4污水主干管设计流

2.4污水管道设计参数

1水力计算公式

（1）流量公式

（2）流速公式

式中：

Q—流量（m3/s）；

A―过水断面面积（m2）；

v―流速（m/s）；

R―水力半径（过水断面面积与湿周的比值）（m）；

I―水力坡度（等于水面坡度，也等于管底坡度）；

C―流速系数或称谢才系数。

C值一般按曼宁公式计算：

将上面的两式综合可得：

2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之间的比值称为设计充满度（或水深比）。

当h/D＝1时成为满流，当h/D<1时，成为非满流、其中雨水管道按满流设计，污水管道按非满流设计。

我国最大设计充满度的规定如表2.5

最大设计充满度表2.5

管径（D）或暗渠高（H）（mm）

最大设计充满度（h/D或h/H）

200～300

0.55

350～450

0.65

500～900

0.70

≧1000

0.75

3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，应在最大和最小设计流速范围之内。

根据国内污水管道实际运行情况的监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；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。

4最小设计坡度

在污水管道系统设计时，通常使管道埋设坡度与设计地区的地面坡度基本一致，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。

具体规定见规范。

5控制点埋深和覆土厚度的确定

在污水排水区域内，对管道系统的埋深起控制作用的地点称为控制点。

因此控制点埋深的确定对对管道系统的埋深有很大影响。

本设计确定控制点埋深为1.5m。

为了降低造价，缩短施工期，管道埋设深度愈小愈好。

但覆土厚度应有一个最小的限值，否则就不能满足技术上的要求。

除考虑管道的最小埋深外，还应考虑最大埋深问题。

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，尤其在地形平坦的地区更为突出。

埋深愈大，则造价愈高，施工期也愈长。

6采用的管材

采用钢筋混凝土圆管排水，粗糙系数n＝0.014。

7控制点的确定

控制点可能的位置：

①各条管道的起点大都是这条管道的控制点；②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；③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。

控制点确定的原则：

确定控制点的标高，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。

根据计算，比较三条线路在6点处的埋深，起点

（1）的干管埋深明显大于其它两条线路，因此1—2—3—4—5为该系统的主干管，对主干管埋深起决定作用的控制点是干管起点

（1）。

8管道衔接方式的确定

本设计中使用管顶平接。

根据以上原则污水管道水力计算表表2.6

表2.6污水主干管水力计算结果表

管段编号

管段长度L（m）

设计流量Q（L/s）

管径D（mm）

坡度（‰）

流速v（m/s）

充满度

降落量iL（m）

标高（米）

埋深深度

（m）

h/D

h（m）

地面

水面

管内底

上端

下端

上端

下端

上端

下端

上端

下端

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

1-2

300.00

47.07

400.00

1.60

0.78

0.65

0.26

0.48

44.80

45.10

43.51

43.03

43.30

42.82

1.50

2.28

2-3

300.00

287.88

600.00

1.30

1.20

0.62

0.37

0.39

45.10

45.20

42.84

42.45

42.47

42.08

2.63

3.12

3-4

300.00

305.91

600.00

1.30

1.30

0.58

0.35

0.39

45.20

45.30

41.75

41.36

41.40

41.01

3.80

4.29

4-5

350.00

614.44

900.00

0.90

1.40

0.65

0.59

0.32

45.30

45.40

40.52

40.21

39.94

39.62

5.37

5.78

第3章雨水设计计算说明

3.1雨水管网定线

1雨水管道定线的基本原则

（1）雨水管渠的布置遵循以下原则：

①充分利用地形，以最短的距离，靠重力流就近排入水体；②根据城市规划布置雨水管道；③合理布置雨水口，以保证路面雨水排除通畅；④雨水管道采用明渠或暗管应结合具体条件确定；⑤设置排洪沟排除设计地区以外的雨洪径流。

（2）划分排水流域和雨水管道定线考虑因素

根据地形划分排水流域，划分干渠的集水面积，注意面积划分时汇水面积的增加应大致均匀。

标出水流方向，布置管渠、雨水管渠布置时应充分利用地形，使雨水能以最短距离就近排入水体。

一般情况下，当地形坡度较大时，雨水干管宜垂直于等高线布置在地形低处或溪谷上，地形平坦时，雨水干管宜布置在排水流域的中间。

雨水管渠系统宜采用正交式布置形式，分散布置雨水出水口。

此外，应充分考虑采用明渠的可能性。

2雨水管道定线

该城镇的雨水采用管道收集后直接排入就近水体的方式处理，具体雨水管道布置请参看该城镇雨水管道设计图3。

3出水口的形式

雨水排水管的出水口可以采用非淹没式，其底标高最好在水体最高水位以上，一般在常水位以上，以免水体水倒灌。

当出口标高比水体水面高出太多时，应考虑设置单级或多级跌水。

3.2雨水设计流量

1采用的流量公式：

式中Q—雨水设计流量（L/s）；

ψ—径流系数，其值取0.45；

F—汇水面积（ha）；

q—设计暴雨强度（L/s.ha）。

2暴雨强度公式

式中q—设计暴雨强度

P—设计重现期（a），其值取1（a）；

t—降雨历时（min）;

3降雨历时：

t=t1+mt2；

式中t—降雨历时（min）；

t1—地面集水时间（min），其值取15min；

m—折减系数，暗管m=2；

t2－管渠内雨水流行时间（min）。

4雨水管道水力计算成果

表4.1管段长度

管段编号

19~6

6~7

7~8

8~1

1~2

2~3

3~4

4~5

5~18

管段长度（m）

968

679

706

681

300

300

300

350

400

表4.2地面标高

节点编号

地面标高（m）

节点编号

地面标高（m）

1

44.8

18

43.2

2

45.1

19

47.2

3

45.2

6

45.6

4

45.3

7

45.5

5

45.4

8

45.2

表4.3汇水面积计算表

管段编号

本段汇水面积（hm^2）

转输汇水面积（hm^2）

总汇水面积（hm^2）

19~6

29.06

0.00

29.06

6~7

20.38

29.06

49.44

7~8

21.20

49.44

70.64

8~1

10.22

70.64

80.86

1~2

10.21

80.86

91.07

2~3

15.71

140.55

156.26

3~4

11.04

205.59

216.63

4~5

5.78

257.15

262.93

5~18

0.00

263.02