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排水官网课程设计

《排水管网工程》

课程设计

07055118

杨辰

2010.12

§1工程概况

1．城市总平面图

（温州）地区某城市平面图

2．城市人口密度见表1.

表1城市人口密度

区域

人口密度（人/ha）

Ⅰ区

310

Ⅱ区

300

3．居住区室内有较完备的给排水卫生设备和淋浴设备。

4．工业企业的生产排水见表2。

表2工业企业生产排水设计流量

工业企业名称

排水设计流量（L/S）

工厂甲

47

工厂乙

59

管道出口埋深2.0m

5．河流常水位（6.0）m。

6．该省市地下水位埋深平均为（14.00）m；土壤为砂纸粘土；主要马路均为沥青铺设。

7．暴雨设计重现期为

（1）年，地面集水时间t

为（10）min.该城市的暴雨强度公式为：

q=

8．地面径流系数见表3。

表3各区地面径流系数

区域

径流系数

Ⅰ区

0.65

Ⅱ区

0.57

§2污水管网设计内容

2.1污水设计流量的确定

a.生活污水设计流量

1.居民区生活污水设计流量按下式计算：

Q

=

式中Q

——居民区生活设计流量（L/s）

n——居民区生活污水定额（L/（cap.d）

N——设计人口数

K

——生活污水量总变化系数

cap——“人”的计量单位

（1）居住区生活污水定额

居住区生活污水定额可参考居民生活用水定额或综合生活用水定额。

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水平和排水系统不及程度等因素确定。

在按用水定额确定污水定额时，对给排水系统完善的的确可按用水定额的90％计，一般地区可按用水定额的80％计。

若当地缺少实际用水定额资料时，可根据《室外给水设计规范》（GBJ13—86）1997年局部修订条文规定的居民生活用水定额（平均日）和综合生活用水定额（平均日）（见附录2-1）集合当地实际情况选用。

（2）设计人口

指污水排水系统设计期限中期的规划人口数，时机选污水设计流量的基本数据。

该值是由城镇（地区）的总体规则确定的。

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。

在规划或初步设计时，计算污水量时根据总人口密度计算。

而在技术设计或施工图设计时一般采用街区人口密度计算。

（3）生活污水量总变化系数

由于居住区生活污水定额时平均值，因此根据设计人口和生活污水定额计算所得的是污水平均流量。

而实际上流入污水管道的污水量时刻都在变化。

污水量的变化程度通常用变化系数表示。

变化系数分日（K

）、时（K

）及总变化系数（K

）。

通常，污水管道的设计断面系根据最大日最大时无水流量确定，因此需要求出总变化系数。

K

=

式中Q——平均日平均时无水流量（L/s）。

当Q<5L/s时，K

=2.3；Q>1000L/s时，K

=1.3

b．工业废水流量

工业废水流量主要来自工厂甲，乙的污水排放。

其数值在设计资料中已给出。

设计流量：

工厂甲——47L/s;工厂乙——59L/s

2.2污水管道的设计

1．确定排水区界，划分排水流域

排水区界时污水排水系统设置的界限，它是根据城镇总体规划设计规模决定的。

在排水区界内根据地形及城镇的竖向规则，划分排水流域。

一般在丘陵及地形起伏的地区，可按等高线划出分水线。

在地形平坦无显著分水线的地区，可依据面积的大小划分，使各相邻流域的管道系统能合理分担排水面积，使干管在最大合理埋深情况下，流域内绝大部分污水能以自流方式接入。

2．管道定线和平面布置的组合

在城镇（地区）总平面图上确定污水管道的位置和走向，称污水管道系统的定线。

管道定线一般按主干管、干管、支管顺序依次进行。

定线的主要原则是：

应尽可能地在管线较短和埋深较小的情况下，让最大区域的污水能自流排出。

在一定条件下，地形一般是影响管道定线的主要因素。

在整个排水区域较低的提防，例如吉水县或河岸低处敷设主干管及干管，这样便于支管的污水自流接入，而横支管的坡度尽可能与地面坡度一致。

宜使干管与等高线垂直，主干管与等高线平行敷设。

污水管道中的水流靠重力流动，因此管道必须具有坡度。

在地形平坦区，管线虽然不长，埋深亦会增加很快，当埋深超过一定限值时，需设泵站抽升污水。

当街区面积不太大时，街区污水管网可采用集中出水方式，街道支管敷设在服务街区较低侧的街道下；当街区面积较大且地势平坦时，宜在街区四周的街道敷设污水管道。

污水主干管的走向取决于污水厂和出水口的位置。

采用的排水体制也影响管道定线。

考虑到地质条件，地下构筑物以及其它障碍物对管道定线的影响，应将管道，特别是主干管布置在坚硬密实的土壤中，尽量避免或减少管道穿越高低，基岩浅露地带，或基质土壤不良地带。

管道定线时还需考虑街道宽度及交通情况。

污水干管一般不宜敷设在交通繁忙而下站的街道下

为了增大上游管道的直径，减小敷设坡度，以致能减少整个管道系统的埋深。

将产生大流量污水的工厂或公共建筑物的污水排出口接入污水干管起端是有利的。

管道系统的方案确定后，便可组成污水管道平面布置图。

在初步设计时，污水管道系统的总平面图包括干管、主干管的位置，走向和主要泵站、污水厂、出水口等的位置。

技术设计时，管道平面图应包括全部支管、干管、主干管、泵站、污水厂、出水口等的具体位置和资料。

污水管道分布图见图示：

3．控制点的确定

各条管道的起点大都是这条管道的控制点。

这些控制点中离出水口最远的一点，通常是整个系统的控制点。

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。

这些控制点的埋深，影响整个污水管道系统的埋深。

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这个歌管道系统的埋深。

4．设计管段及设计流量的确定

（1）设计管段的划分

为了简化计算，不需要把每个检查井都作为设计管段的起讫点。

估计可以采用同样管径和坡度的连续管段，就可以划作一个设计管段。

根据管道平面布置图，凡有集中流量流入，有旁侧管道接入的检查井均可作为设计管段的起讫点。

（2）设计管段的设计流量

每一设计管段的污水设计流量可能包括本段流量，转输流量，集中流量。

本段流量可采用下式计算

式中

——设计管段的本段流量（L/s）

F——设计管段服务的街区面积（ha）

——生活污水总变化系数；

——比流量（L/（s.ha））可用下式求得：

式中n——居住区生活污水定额（L/（s.ha））;

——人口密度（cap/ha）

从上游管段和旁侧管段流来的平均流量以及集中流量对这一管段是不变的。

初步设计时，只计算干管和主干管的流量，技术设计时，应计算全部管道的流量。

5．污水管道的衔接

污水管道在管径、坡度、高程、方向发生变化以及支管接入的地方都需要设置检查井。

在设计时必须考虑在检查井内上下游管道衔接时的高程关系问题。

管道在衔接时应遵循两个原则：

1.尽可能提高下游管段的高程，以减少管道埋深，降低造价；

2.避免上游管段中形成回水而造成淤积。

管道衔接的方法，通常有水面平接和管顶平接两种。

水面平接是指在水力计算中，使上游管段终端和下游管段起端在指定的设计充满度下的水面相平，即上游管段终端与下游管段起端的水面标高相同。

管顶平接是指在水力计算中，使上游管段终端和下游管段起端的管顶标高相同。

无论采用哪种衔接方法，下游管段的起端水面和管底标高都不得高于上游管段终端的水面和管底标高。

2.3污水管道的水力计算

1．污水管道水力计算的设计数据

a.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的比值成为设计充满度。

我国按不满流设计，其最大设计充满度的规定如表2-8所示。

最大设计充满度表2-8

管径（D）或暗渠高（H）（mm）

最大设计充满度（

）或（

）

200~300

0.55

350~400

0.65

500~900

0.70

≧1000

0.75

b.设计流速

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。

污水管道的最小设计流速定为0.6m/s。

含有金属、矿物固体或重油杂志的生产污水管道，其最小设计流速宜适当加大，其值要根据试验或运行经验确定。

通常，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。

c.最小管径

街区和厂区内最小管径为200mm，在街区下为300mm。

在进行管道水力计算时，上游管由于服务的排水面积小，因而设计流量小，按此流量计算得出的管径小于最小管径，此时就采用最小管径值。

d.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。

将相应与馆内流速为最小设计流速时的管道坡度叫做最小设计坡度。

具体规定是：

管径200mm的最小设计坡度0.004；管径300mm最小设计坡度0.003.

e.污水管道的埋设深度

管道埋设深度有两个意义：

1.覆土厚度——指管道外壁顶部到地面的距离

2.埋设深度——指管道内壁底到地面的距离。

覆土厚度的最小的限值成为最小覆土厚度。

污水管道的最小覆土厚度，一般应满足下述三个因素的要求

（1）必须防止管道内污水冰冻和因土壤冻胀而损坏管道

《室外排水设计规范》规定：

污保温措施的生活污水管道或水温与生活污水接近的工业废水管道，管底可埋设在冰冻线以上0.15m。

（2）必须防止管壁因地面载荷而受到破坏

车行道下污水管最小覆土厚度不宜小于0.7m

（3）必须满足街区污水连接管衔接的要求

除考虑管道的最小埋设外，还应考虑最大埋深问题。

一般在干燥土壤中，最大埋深不超过7~8m；在多水、流砂、石灰岩地层中，一般不超过5m。

§3污水管网设计计算

3.1街区面积数据

3.2污水干管设计流量计算

3.3污水干管设计流量计算举例：

（以设计管段2-3为例）

1．计算比流量

根据设计资料及《排水工程》书后附录查得：

取居民生活污水定额为300L/（cap.d）,人口密度为610cap/ha。

则：

、

2．计算本段流量

3．计算转输流量

2-3管段的转输流量来自管段51-53和52-53，由表可计算得：

13.21L/s

4．计算合计平均流量

由上述数据可求得其值为：

14.47L/s

5．计算总变化系数：

由式K

=

可求得K

=2.01

6．计算生活污水设计流量：

7．计算设计流量：

管段53-58转输的集中流量为:

59L/s,所以其设计流量应为:

29.08+50=88.12L/s

3.3污水主干管，干管水力计算表

3.4污水主干管水力计算举例:

（以设计管段53-58为例）

1．由表格中数据可知管段53-58的Q=88.12L/s，由Q值查《排水工程》书后附录中的表格可得：

管径D=450mm、坡度I=0.0017、充满度

=0.65、流速v=0.75m/s。

2．有以上数据可求得降落量为I.L=0.19m,水深h=

=0.29m。

3．由平面图可读得地面标高值，53点为9.30m，58点为9.10m

4．由于管段53-58与其前一管段52-53的管径不同，所以宜采用管顶平接，所以管段53-58中的管内底上端标高为6.56+0.350—0.450=6.46m，

进而求得管内底下端标高为6.46—0.19=6.27m

5．由管内底标高求得水面标高：

上端为6.46+0.19=6.65m、

下端为6.27+0.19=6.46m

6．由地面标高和管内底标高求得埋深：

上端为9.30—6.46-0.45=2.39m

下端为9.10—6.27-0.45=2.38m

§4绘制污水管道平面图和剖面图

管道分布平面图已在前文中给出，以下为主干管剖面图。

§5雨水管网设计内容

5.1雨水管渠设计流量的确定

a.雨水管渠设计流量计算公式：

式中Q——雨水设计流量（L/s）

——径流系数，其数值小于1

F——汇水面积（ha）

q——设计暴雨强度（L/（s.ha））

b．径流系数

的确定

设计资料中已给出

Ⅰ区

0.65

Ⅱ区

0.57

c．设计重现期P的确定。

设计资料中已给出P=1

d．集水时间t的确定

式中

——地面集水时间，设计资料中已给出:

=10min

m——折减系数，m=2

——管内雨水流行时间

式中L——各管段的长度（m）

v——各管段满流时的水流速度（m/s）

5.2雨水管渠水力计算

（1）设计充满度

h/D=1

（2）设计流速

雨水管渠的最小设计流速应大于污水管道，满流时管道内最小设计流速为0.75m/s

金属管最大流速为10m/s，非金属管最大流速为5m/s

（3）最小管径和最小设计坡度

雨水管道的最小管径为300mm,相应的最小坡度为0.003，雨水口连接管径为200mm,最小坡度为0.01

（4）最小埋深与最大埋深

具体规定同污水管道

5.3雨水管渠的系统的设计步骤

（1）划分排水流域和管道定线

雨水干管基本垂直于等高线，布置在排水流域地势较低的一侧，这样雨水能以最短距离靠重力流分散就近排入水体。

（2）划分设计管段

把两个检查井之间流量没有变化且淤积管径和坡度也没有变化的管段定为设计管段。

（3）划分并计算各设计管段的汇水面积

各设计管段汇水面积的划分应集合地形坡度、汇水面积的大小以及雨水管道布置等情况而划定。

雨水管道分布图见图示：

（4）确定各排水流域的平均径流系数值。

（设计资料中已给出）

（5）确定设计重现期P、地面集水时间

（设计资料中已给出）

（6）求单位面积径流量

（7）列表进行雨水干管的设计流量和水力计算。

（8）绘制雨水管道平面图及总剖图。

§6雨水管网设计计算

6.1检查井标高表

编号

高程

编号

高程

编号

高程

编号

高程

1

11.00

15

10.23

29

11.68

43

9.00

2

10.70

16

9.40

30

11.00

44

8.60

3

10.30

17

8.20

31

10.50

45

7.50

4

9.80

18

11.52

32

10.35

46

7.50

5

9.30

19

10.85

33

10.00

47

7.40

6

11.80

20

10.33

34

9.41

48

7.30

7

10.85

21

9.80

35

11.62

49

8.80

8

10.35

22

9.28

36

11.00

9

10.30

23

11.60

37

10.50

10

9.38

24

11.00

38

10.36

11

11.45

25

10.45

39

10.10

12

10.68

26

9.91

40

9.60

13

10.17

27

9.32

41

9.00

14

9.09

28

7.97

42

8.80

6.2汇水面积计算表

编号

面积

编号

面积

编号

面积

编号

面积

1A

0.77

16B

1.06

30B

1.45

22B

1.79

1B

0.88

9C

0.98

38A

1.07

26

0.84

2A

0.85

15

3.68

38B

1.24

41

1.62

2B

0.72

14

2.60

38C

0.39

21A

0.95

3B

1.16

8

0.78

39A

0.83

32

1.04

3C

1.16

3A

1.21

39B

1.31

20

1.62

4A

0.20

9A

1.06

28

0.47

35

1.09

4B

0.75

9B

1.12

43

0.42

36

1.18

4C

0.75

19

1.33

24A

0.88

37A

1.00

5A

0.68

11

1.42

24B

0.88

37B

0.69

5B

0.84

18A

0.84

31A

0.97

26

0.84

6A

2.04

18B

0.96

31B

0.97

21B

1.56

6B

1.20

17A

0.56

33A

0.53

27

0.99

7A

0.85

17B

0.33

33B

0.53

34

1.31

7B

1.05

25A

0.58

40A

0.75

42

1.00

10A

1.01

25B

1.16

40B

0.49

27

0.50

10B

0.95

25C

0.58

23A

1.11

28

0.47

13A

0.80

29A

1.38

23B

1.11

13B

1.00

29B

0.57

44

1.38

16A

0.88

30A

0.91

22A

1.06

6.3雨水干管水力计算表

表四：

干管雨水管道设计计算表

管段编号

管长L/m

排水面积A/hm2

流速

v/

（m/s）

t2=L/（v*60）

t=10+2∑[L/（v*60）]t/min

沿线

设计

L/（v*60）

2∑[L/（v*60）]

t

（1）

（2）

（3）

（4）

（5）

（21）

（6）

（7）

（8）

1-2

90

1.42125

1.42125

0.82

0

0.00

0.00

10.00

2-3

115

1.0

2.4

0.90

1.83

1.83

3.66

13.66

3-4

75

3.3

5.6

1.58

2.13

2.13

4.26

14.26

4-5

75

1.0

6.6

1.57

0.79

0.79

1.58

11.58

5-42

50

0.4

7.1

1.25

0.80

0.80

1.59

11.59

6-7

200

1.5

1.5

0.92

0.00

0.00

0.00

10.00

7-8

130

2.0

3.6

1.16

3.62

3.62

7.25

17.25

8-9

60

2.0

5.6

1.58

1.87

1.87

3.74

13.74

9-10

155

1.0

6.5

1.57

0.63

0.63

1.27

11.27

10-43

50

1.6

8.2

1.50

1.65

0.88

1.76

11.76

11-12

150

2.4

2.4

1.12

0.00

0.00

0.00

10.00

12-13

150

1.6

4.1

1.11

2.23

2.23

4.46

14.46

13-14

190

2.2

6.3

1.38

2.25

2.25

4.50

14.50

14-44

50

1.3

7.6

1.57

2.29

2.29

4.59

14.59

15-16

150

0.8

0.8

0.85

0.00

0.00

0.00

10.00

16-17

125

1.6

2.4

1.12

2.94

2.94

5.88

15.88

18-19

165

2.7

2.7

1.16

0.00

0.00

0.00

10.00

19-20

120

2.9

5.6

1.55

2.37

2.37

4.74

14.74

20-21

120

2.9

8.5

1.50

1.29

1.29

2.58

12.58

21-22

90

2.2

10.6

1.88

1.33

1.33

2.67

12.67

泵

提升水位1.5米

22-17

135

2.2

12.8

1.88

0.80

0.80

1.60

11.60

17-45

50

2.1

17.3

1.96

1.20

1.20

2.39

12.39

23-24

165

1.5

1.5

0.92

0.00

0.00

0.00

10.00

24-25

170

1.2

2.7

1.05

2.99

2.99

5.98

15.98

25-26

120

0.6

3.3

1.30

2.70

2.70

5.40

15.40

26-27

110

1.0

4.3

1.37

1.54

1.54

3.08

13.08

泵

提升水位1米

27-28

85

1.8

6.1

1.63

1.34

1.34

2.68

12.68

28-46

50

1.0

7.1

1.38

0.87

0.87

1.74

11.74

29-30

165

2.9

2.9

1.30

0.60

0.60

1.21

11.21

30-31

120

3.2

6.1

1.65

2.12

2.12

4.23

14.23

31-32

135

2.1

8.2

1.70

1.21

1.21

2.42

12.42

泵

提升水位1.5米

32-33

100

2.8

11.0

1.70

1.32

1.32

2.65

12.65

33-34

105

1.4

12.4

1.90

0.98

0.98

1.96

11.96

34-49

110

1.9