截流式合流制管道系统的设计说明.docx
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截流式合流制管道系统的设计说明.docx
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截流式合流制管道系统的设计说明
课程设计评分(按下表要求评定)
评分项目
设计说明书质量
(50分)
图纸质量
(30分)
任务完成情况
(10分)
学习态度
(10分)
合计
(100分)
得分
指导教师评语
指导老师签名:
年月日
教研室主任审核意见
教研室主任签名:
年月日
水污染控制工程课程设计任务书4
一、设计题目
某老城区合流制排水管道系统改造为截流式合流制管道系统的设计。
二、原始资料
管道系统平面见水污染控制工程(上册)P115页图4-12。
三、设计容
1.设计计算
按P115-117页进行计算,要求有计算过程和表格数据。
2.平面图和剖面图布置
3.编写设计说明书、计算书
四、设计成果
1.管道平面布置图1(A2)
2.剖面布置图1(A2)
3.设计说明书、计算书一份
五、时间分配表(第17~18周)
序号
教学容
时间
备注
1
下达设计任务书
1天(17周周一)
2
设计计算
5天(17周周一~17周周五)
3
绘制CAD设计图纸
5天(17周周六~18周周三)
4
编写设计说明书,装订成册
4天(18周周四~18周周日)
5
总计时间
14天
六、成绩考核办法
根据设计说明书、设计图纸的质量及平常考核情况由指导教师按优、良、中、及格、不及格评定成绩。
指导教师:
曾经、文玉
理工大学化学与生物工程学院环境工程教研室
2011年5月
第一章概念及理论
1.1排水体制
污水采用一个管渠系统来排除还是采用两个或两个以上独立的管道系统来排除,生活污水、生产污水、将水的这种不同排水方式所形成的排水方式称为排水体制。
在同一排水区域,既有污水管道系统,又有雨水管道系统,生活污水核工业废水通过污水排水系统送至污水处理厂,经过处理后再排入水体。
雨水则通过雨水管道系统直接排入水体,这种排水系统比较符合环境保护的要求,但是城市排水管道系统的一次性投资较大。
1.2影响排水布管的主要因素
1)城市地形:
应该充分利用地形,形成重力流进行布管;
2)水文地质条件:
控制着管段的埋深和流速等条件;
3)城市的远景规则:
确定管段布置时候预留发展的余地;
4)修建顺序:
可以有目的的进行管段的铺设;
5)排水体制:
决定布管形式和布管的路线;
6)污水厂的位置:
决定主干管的走向和主要路线;
7)工业企业及建筑的分布:
一般管段铺设照顾集中流量区域;
8)街道的宽度:
解到的修建和管道的铺设应该同时进行;
9)交通状况:
交通量以及道路承载量决定管段的最小埋深;
10)地下管线和障碍物的分布:
需要协调与其他管段的关系,节省工量。
1.3截流式合流制排水体制
近年来,随着国家对环境保护的重视和管理力度的加强,以及经济实力的提高,各地新建城区基本都是采用雨污分流制排水体制,而对老城区原有的排水管网进行改造,大多采用的都是截流式合流制。
截流式合流制就是利用原有合流管并沿河道两侧敷设污水截流管的形式收集污水,具体作法是在污水截流干管前设置截流井,截流干管的管径根据旱流污水量和截流倍数确定,理论上是使旱季污水及初期雨水进入污水截流干管,当雨水量的增加超过了截流干管的输水能力时,多余的水(包括部分污水与雨水)溢流进入河道。
这种排水体制在各地老城区截流污水的具体实施中已取得了一定的成效,它充分利用原有的合流管,避免了大量复杂、艰难的政策处理工作,既减少了在城市道路上敷设污水管对道路交通及周围居民生活的影响,又节约了大量投资,解决了初期雨水的污染问题,并且易于实施,在一定时期和一些地区不失为一种节约、快捷、有效的污水收集形式。
但是由于仍然有部分污水溢流进入水体,还是会对水体有一定程度的污染。
图1截流式合流制排水体制示意图
第二章截流主干管的设计说明及设计计算
2.1设计概况
某一老城镇原采用合流制排水系统,全部的污水及雨水不经过处理直接排入水体。
由于城市的发展,人口集中增多,工业生产的扩大,污染的负荷增加超过水体的自净能力,对水体产生了很大的污染,直接危害着人们的健康。
近年来,随着国家对环境保护的重视和管理力度的加强,各地新建城区基本都是采用雨污分流制排水体制,而对老城区原有的排水管网进行改造,大多采用的都是截流式合流制。
截流式合流制就是利用原有合流管并沿河道两侧敷设污水截流管的形式收集污水,具体作法是在污水截流干管前设置截流井,使旱季污水及初期雨水进入污水截流干管,当雨水量的增加超过了截流干管的输水能力时,多余的水(包括部分污水与雨水)溢流进入河道,而且在截流干管的末端设置污水厂。
本次课程设计的主要容是对截流干管的设计。
2.2截流式合流制排水管渠系统的布置特点及要求
(1) 排水管渠的布置应使排水面积上生活污水、工业废水和雨水都能合理地排入管渠,管渠尽可能以最短的距离坡向水体;
(2)在排水区域,如果雨水可以沿道路的边沟排泄,这时可只设污水管道,只有当雨水不宜沿地面径流时,才布置合流管渠,截流干管尽可能沿河岸敷设,以便于截流和溢流;
(3)沿水体岸边布置与水体平行的截流干管,在截流干管的适当位置上设置溢流井,以保证超过截流干管的设计输水能力的那部分混合污水,能顺利地通过溢流井就近排入水体;
(4)在截流干管上,必须合理地确定溢流井的位置及数目,以便尽可能减少对水体的污染,减小截流干管的断面尺寸和缩短排放渠道的长度;
(5)在汛期,因自然水体的水位增高,造成截流干管上的溢流井,不能按重力流方式通过溢流管渠向水体排放时,应考虑在溢流管渠上设置闸门,防止洪水倒灌,还要考虑设置排水泵站提升排放,这时宜将溢流井适当集中,利于排水泵站集中抽升;
(6)为了彻底解决溢流混合污水对水体的污染问题,又能充分利用截流干管的输水能力及污水处理厂的处理能力,可考虑在溢流出水口附近设置混合污水贮水池,在降雨时,可利用贮水池积蓄溢流的混合污水,待雨后将贮存的混合污水再送往污水处理厂处理。
此外,贮水池还可以起到沉淀池作用,可改善溢流污水的水质。
但一般所需贮水池容积较大,另外,蓄积的混合污水需设泵站提升至截流管。
2.3截流管道的布管
2.3.1管道系统的布置形式
对比各种排水管道系统的布置形势,本设计的污水管铺设采用截流式,在地势向水体适当倾斜的地区,各排水区域的干管可以最短距离沿与水体垂直相较的方向布置,沿河堤低边在再铺设主干管,将各个干管的污水截留送至污水厂,截流式的管道布置系统简单经济,有利于污水和雨水的迅速排放,同时对减轻水体污染,改善和保护环境有重大作用,可适用于截流式合流制排水系统分流制的排水系统,将生活污水、工业废水及初降废水经处理后排入水体。
2.3.1截流管道布管容
1)污水厂和出水口位置的选择
污水处理厂应该设置截流干管的末端,由于该城镇是中小型城市,所以一个污水处理厂足以实现污水的净化。
2)截流管道的布置与定线
管道的平面布置,一般按照主干管、干管、支管的顺序进行。
在总体规划中,只决定截流主干管的走向和平面布置。
定线时,应该充分利用地形,使污水走向按照地面标高由高到低来进行,主干管铺设在地面标高较低的河堤处,管道铺设不宜设在交通繁忙的快车道和狭窄的道路下,一般设在两侧的人行道、绿化带或慢车带下。
管道的材料采用混凝土管。
3)确定泵站的设置地点
由于整个管道的设计、铺设过程中,通过控制截流管道的坡度、管道的充满度、埋深,保证下游管道的水面低于上游管道,使得截流污水能够依靠重力流排水,所以不需要提升泵站。
4)确定截流管道在街道下的具体位置
充分协调好与其他管段的关系,截流管道应该敷设在给水管道的下面,
处理管道的原则为:
未建让已建的,临时性管让永久性管,小管让大管,有压管让无压管,可弯管让不可弯管。
对整个区域进行布管,干管尽量与等高线垂直,主干管沿河堤进行布置,基本上与等高线平行,整个城镇的管道系统呈现截流式布置,布管方式见附图。
(污水管道系统的总体平面布置图)。
2.4截流干管的设计要求
2.4.1设计充满度
设计充满度按满流进行设计计算。
2.4..2设计流速
与设计流量、设计充满度相对应的水流平均速度成为设计流速。
设计流速过小,污水流动缓慢,其中的悬浮物容易沉淀淤积;反之,设计流速过高,产生对管壁的冲刷,使得管材损坏严重,管道的使用寿命降低。
一般规定:
最小设计流速:
污水0.6m/s、明渠0.4m/s、雨污合流0.75m/s。
最大设计流速:
金属管10m/s、非金属5m/s、明渠查表。
旱季流量时截流管道的流速,一般不小于0.2-0.5m/s,对于平底管道,宜在沟底做低水流槽。
2.4.3最小管径和最小坡度
污水管和合流管无论在街坊和厂区或在街道下,最小管径均宜为300mm,最小设计坡度为0.003。
2.4.4最小埋设深度
管道的埋深:
地面到壁底的距离。
覆土厚度:
地面到外壁顶的距离。
为了满足如下的技术要求而提出最小覆土厚度:
1.防止冰冻膨胀而损坏管道
2.防止管壁因地面负载而破坏
3.满足街坊污水连接管衔接的要求
根据《室外排水设计规》规定:
防冻—无保温时为冰冻线上0.15m;
防负载—车行道下最小覆土0.7m;
衔接—建筑物出户管0.5-0.6m。
钢筋混凝土管段控制点(大流量用户和管道的起点)的最小埋深,以确定整个管道的埋深,同时还要考虑地下埋深,考虑地下地质和地下水以及工程造价情况,一般规定,在干燥土壤中不超过7—8m;在多水、流砂、石灰岩地层中不超过5m。
当埋深超过最大埋深使,可以考虑采用提升泵站,以提高下游管段的管位,减少下游管道的埋设深度。
本设计中考虑地质条件,全部埋深都在0.7-5m之间,符合要求。
2.5截流干管管段设计流量计算
2.5.1设计流量计算要求
(1)工业废水宜采用最大生产班的平均设计流量。
(2)短时间工厂区淋浴水的高峰流量不到设计流量的30%时,可不予计人。
(3)雨水设计重现期可适当地高于同一情况下的雨水管道设计标准。
(4)在按晴天流量校核时,工业废水量和生活污水量的计算方法同污水管道。
2.5.2设计条件
人口密度:
410人/hm2,污水标准:
150L/(人·d),径流系数:
0.6,t1=10min,重现期P=1a。
2.5.3生活污水的计算
生活用水量定额为150L/(人·d),人口密度:
400人/hm2。
污水比流量q0=410×150/86400=0.71L/(s·hm2)
设计管段的管长、汇水面积
管段编号
管长(m)
汇水面积(ha)
污水比流量L/(s·hm2)
污水总流量(L/s)
3-2
2-1
1-0
320
320
300
18.8
32.8
44.4
0.71
13.3
23.3
31.5
2..5.4雨水的计算
雨量公式:
Q=596.2/t0.5n0=4
雨水比流量:
q,0=596.2×0.6/(10+1.2t2)0.5=357.7/(10+1.2t2)0.5
2.5.5截流管道的截流量的计算
(1)第一个溢流井上游管道的设计流量
Q=Qd+Qm+Qs=Qdr+Qs
式中:
Qd----平均生活污水流量,L/s;
Qm-----工业废水的平均最大班流量,L/s;
Qs-----设计雨水径流量,L/s;
Qdr-----旱流污水量,Qdr=Qd+Qm
(2)溢流井下游管道的设计流量
Q=(n0+1)Qdr+Q,dr+Q,s
式中:
n0------截流倍数,即开始溢流时所截流的雨水量与旱流污水量之比,n0=1-5。
2.5.6划分设计管段,计算设计流量
根据布管方式计算出主干管和所有干管的各个管段的长度,列表如下:
溢流井的编号
截流干管
编号
长度/m
3
3-2
320
2
2-1
320
1
1-0
320
2.5.7各段管道流量的计算
3-2段管道流量的计算
3号溢流井前排水面积为18.8hm2
污水比流量为:
0.71L/(s·hm2)
污水总流量为:
0.71L/(s·hm2)×18.8hm2=13.3L/s
邻近上游井间的设计计算
排水面积为:
18.8hm2
最长支沟长度为:
790m
假定流速为:
0.9m/s,设计流速在0.75m/s—5m/s之间
雨水在管道的流行时间为:
790m÷0.9m/s=14.6min
雨水比流量为:
357.7/(10+1.2t2)0.5=357.7/(10+1.2×14.6)0.5=68.2L/(s·hm2)
雨水径流量为:
68.2(s·hm2)×18.8hm2=1282L/s
合流总流量为:
13.3L/s+12821L/s=1295L/s
3号溢流井处的设计计算
截流雨水量为:
n0×13.3L/s=4×13.3L/s=53.2L/s
截流总流量为:
53.2L/s+13.3L/s=66.5L/s
溢流量为:
1295L/s-66.5L/s=1229L/s
3号溢流井后截流干管的设计计算
本段沿线面积:
2.3hm2
假定流速:
1.0m/s
雨水的流行时间:
230÷1.0m/s=5.3min
比径流量:
357.7/(10+1.2t2)0.5=357.7/(10+1.2×5.3)0.5=88.4L/(s·hm2)
径流量:
88.4L/(s·hm2)×2.3hm2=203L/s
污水流量:
0.71L/(s·hm2)×2.3hm2=1.6L/s
设计流量:
66.5L/s+203L/s+1.6L/s=271L/s
2-1段管道流量的计算
2号溢流井前排水面积为32.8hm2
污水比流量为:
0.71L/(s·hm2)
污水总流量为:
0.71L/(s·hm2)×32.8hm2=23.3L/s
邻近上游井间的设计计算
排水面积为:
14.0hm2
最长支沟长度为:
740m
假定流速为:
0.9m/s,设计流速在0.75m/s—5m/s之间
雨水在管道的流行时间为:
740m÷0.9m/s=13.7min
雨水比流量为:
357.7/(10+1.2t2)0.5=357.7/(10+1.2×13.7)0.5=69.6L/(s·hm2)
雨水径流量为:
69.6/(s·hm2)×14.0hm2=974L/s
转输截流雨水量:
53.2L/s
合流总流量为:
23.3L/s+974L/s+53.2L/s=1051L/s
2号溢流井处的设计计算
截流雨水量为:
n0×23.3L/s=4×23.3L/s=93.2L/s
截流总流量为:
23.3L/s+93.2L/s=116.5L/s
溢流量为:
1051L/s-116.5L/s=935L/s
2号溢流井后截流干管的设计计算
本段沿线面积:
2.3hm2
假定流速:
0.9m/s
雨水的流行时间:
230÷0.9m/s=5.9min
比径流量:
357.7/(10+1.2t2)0.5=357.7/(10+1.2×5.9)0.5=86.6L/(s·hm2)
径流量:
86.6L/(s·hm2)×2.3hm2=199L/s
污水流量:
0.71L/(s·hm2)×2.3hm2=1.6L/s
设计流量:
116.5L/s+199L/s+1.6L/s=317L/s
1-0段管道流量的计算
1号溢流井前排水面积为44.4hm2
污水比流量为:
0.71L/(s·hm2)
污水总流量为:
0.71L/(s·hm2)×44.4hm2=31.5L/s
邻近上游井间的设计计算
排水面积为:
11.6hm2
最长支沟长度为:
740m
假定流速为:
0.9m/s,设计流速在0.75m/s—5m/s之间
雨水在管道的流行时间为:
740m÷0.9m/s=13.7min
雨水比流量为:
357.7/(10+1.2t2)0.5=357.7/(10+1.2×13.7)0.5=69.6L/(s·hm2)
雨水径流量为:
69.6/(s·hm2)×11.6hm2=807L/s
转输截流雨水量:
93.2L/s
合流总流量为:
93.2L/s+807L/s+31.5L/s=932L/s
1号溢流井处的设计计算
截流雨水量为:
n0×31.5L/s=4×31.5L/s=126L/s
截流总流量为:
31.5L/s+126L/s=158L/s
溢流量为:
932L/s-158L/s=774L/s
1号溢流井后截流干管的设计流量:
158L/s
合流管道系统干管设计流量计算表
溢流井编号
截流
干管
溢流井前
编号
长度/m
排水面积/hm2
污水比流量/L/(s·hm2)
污水总流量/L/s
邻近上游井间
转输截流雨水量/L/s
合流总量/L/s
排水面积/hm2
最长支沟长度/m
假定流速/min
流行时间/min
比径流量/L(s·hm2)
径流量/L/s
3
3-2
320
18.8
0.71
13.0
18.8
790
0.9
14.6
68.2
1282
/
1295
2
2-1
320
32.8
22.6
14.4
740
0.9
13.7
69.6
974
53.2
1051
1
1-0
320
44.4
30.6
11.6
740
0.9
13.7
69.6
807
93.2
932
溢流井处
溢流井后截流干管
截流雨水量/L/s
截流总流量/L/s
溢流量/L/s
本段沿线面积
假定流速/min
流行时间/min
比径流量/L(s·hm2)
径流量/L/s
污水量/L/s
设计流量/L/s
53.2
66.5
1229
2.3
1.0
5.3
88.4
203
1.6
271
93.2
116.5
935
2.3
0.9
5.9
86.6
212
1.6
317
126
156
774
/
/
/
/
/
/
158
2.6截流干管的水力计算
(1)3号溢流井后截流干管的水力计算
该段管道的设计流量为271L/s,取管径为600mm,查水力图可知,设计坡度为0.0018,设计流速为0.96。
晴天时,Qq=(Qdr+Qhdr)×K总由下表选取K总=2.00得晴天流量为29.8L/s,查阅文献【1】附图2-18得流速为0.6m/s,充满度为0.25
生活污水量总变化系数K总
平均日流量(L/s)
5
15
40
70
100
200
500
≥1000
总变化系数
2.3
2.0
1.8
1.7
1.6
1.5
1.4
1.3
(2)2号溢流井后截流干管的水力计算
该段管道的设计流量为317L/s,取管径为700mm,查水力图可知,设计坡度为0.0013,设计流速为0.82m/s。
晴天时,Qq=(Qdr+Qhdr)×K总由下表选取K总=1.87得晴天流量为46.6L/s,查阅文献【1】附图2-18得流速为0.56m/s,充满度为0.25
生活污水量总变化系数K总
平均日流量(L/s)
5
15
40
70
100
200
500
≥1000
总变化系数
2.3
2.0
1.8
1.7
1.6
1.5
1.4
1.3
(3)1号溢流井后截流干管的水力计算
该段管道的设计流量为158L/s,取管径为500mm,查水力图可知,设计坡度为0.0018,设计流速为0.81m/s。
晴天时,Qq=(Qdr+Qhdr)×K总由下表选取K总=1.87得晴天流量为58.8L/s,查阅文献【1】附图2-18得流速为0.72m/s,充满度为0.43。
生活污水量总变化系数K总
平均日流量(L/s)
5
15
40
70
100
200
500
≥1000
总变化系数
2.3
2.0
1.8
1.7
1.6
1.5
1.4
1.3
截流干管水力计算表
溢流井编号
溢流井后截流干管
晴天时沟系情况
设计流量/L/s
设计管径/mm
设计坡度
设计流速/m/s
流量/L/s
充满度
流速/m/s
3
271
600
0.0018
0.96
29.8
0.25
0.6
2
317
700
0.0012
0.82
46.6
0.25
0.56
1
158
500
0.0018
0.81
58.8
0.43
0.72
2.7截流干管的高程计算
3-2截流干管高程计算
3-2截流干管管长为320.0m,管径为600mm,坡度为0.0020
a)管底坡降
管底坡降=管长×坡度=320.0m×0.0020=0.64m
b)设计地面标高
地面起点标高为30.91m,终点标高为30.70m
c)管底标高
起点管底标高为28.91m,终点管底标高=起点管底标高-管底坡降=28.91-0.64=31.27m
d)埋深
起点埋深=起点设计地面标高-起点管底标高-管径=30.91m-28.91m-0.6m=1.4m
终点埋深=终点设计地面标高-终点管底标高-管径=30.70m-28.27m-0.6m=1.83m
2-1截流干管高程计算
本管道衔接全部为管顶平接
2-1截流干管管长为320.0m,管径为700mm,坡度为0.0012
a)管底坡降
管底坡降=管长×坡度=320.0m×0.0012=0.38m
b)设计地面标高
地面起点标高为30.70m,终点标高为30.49m
c)管底标高
起点管底标高为28.17m,终点管底标高=起点管底标高-管底坡降=28.17-0.38m=27.79m
d)埋深
起点埋深=起点设计地面标高-起点管底标高-管径=30.70m-28.17m-0.7m=1.83m
终点埋深=终点设计地面标高-终点管底标高-管径
=30.49m-27.79m-0.7m=2.00m
1-0截流干管高程计算
本管道衔接全部为管底平接
1-0截流干管管长为300.0m,管径为500mm,坡度为0.0018
a)管底坡降管底坡降=管长×坡度=300.0m×0.0018=0.54m
b)设计地面标高地面起点标高为30.49m,终点标高为30.27m
c)管底标高起点管底标高为27.79m,
终点管底标高=起点管底标高-管底坡降=27.79-0.54=27.25m
d)埋深
起点埋深=起点设计地面标高-起点管底标高-管径=30.49m-27.79m-0.5m=2.20m
终点埋深=起点设计地面标高-起点管底标高-管径
=30.27m-27.25m-0.5m=2.52m
合流管道系统截流干管高程计算表
管段编号
管长L/m
管径D/mm
管道坡度I
管底
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