污水设计1.doc

新乡市排水管网设计 姓名：柴高 系别:环境与市政工程系 班级：0214101 学号：021410113 指导教师：冯兴华、张霞 2013.01.06 目录1、 前言2、 设计概况 2.1设计资料 2.2设计要求 2.3完成成果 2.4排水体制的选择3、 污水管道的设计与计算 3.1、污水管道系统的平面布置 3.2、污水管道的水力计算4、 雨水管渠的设计与计算 4.1、雨水管渠系统布置特点 4.2、雨水管渠的设计方法与步骤 4.3.雨水管道设计数据的确定 4.4雨水管渠水力计算设计参数5、设计总结 1、前言排水系统是为了排除和处置各种污水、废水而建设的一整套工程设施，包括污水排水系统、雨水排水系统或合流制排水系统等。 污水排水系统是收集城镇和工业企业产生的废水并输送到污水厂进行处理和利用，并将其排入水体的一整套工程设施。通常包括污水管道系统、污水厂和出水口三部分。 本次课程设计的内容是为河南省某新乡市设计一套完整的市政排水设施，包括污水与雨水的排水管网。设计内容包括排水管网的排布以及各设计管段的水力计算，不需要对排水管的材质进行选择，并且还要为该市的污水处理厂选址。因此本设计书包括设计的工程概况，包括该地区实际情况与设计资料，污水与雨水排水管网的设计的详细计算过程（举例），以及详细数据表格等项目。2、设计概况设计题目：新乡城市排水管网设计2.1、设计资料1、城市总平面图，比例： 1:10000；2、城市各区人口：10-20万，总人口624000人。3、根据城镇规模依据综合标准定.4、城市位于我国 北方 地区；5、该城的冰冻深度为 0.8 米；6、城市总平面图上的工业企业排水特征为：20-30 L/s工厂类型最大班排水量甲30L/s乙25L/s6、水体特征：最高水位： 4.6 米，最低水位 1.8 米；常水位： 3 米，最低水位时河宽 20 米；7、气象资料：年平均气温 14.6摄氏度 ，年最高气温 44.22摄氏度 ； 年最低气温 -18.2摄氏度 ，冰冻深度 0.8米 。8、暴雨强度公式：q= 2.2、设计要求1、完成该城排水管网（污水和雨水）的初步设计；2、进行污水总干管的水力计算；3、污水干管选择一条进行水力计算。4、计算一条雨水干管。2.3、完成成果1、设计说明书、计算书一份（15页以上）；2、管道总平面图一张；3、管道纵断面图一张（污水总干管）。2.4、排水体制的选择通常，排水体制的选择，应在满足环境保护需要的前提下，根据当地的具体条件，通过技术经济比较决定。 1.直排式合流制排水系统：由于全部污水不经处理直接排入水体，故对水体污染严重。虽然投资较低，但随着环境质量标准的提高，这种体制将不能满足环境保护的要求。 2. 截流式合流制排水系统：该系统即使在雨天，也仅有部分混合污水不经处理直接排入水体，故对水体的污染较直排式合流制有很大的改善；但在多雨地区，污染可能仍然严重。随着环境质量标准的提高，该系统也将不能满足要求。 3.不完全分流制排水系统：该排水系统由于只建污水系统，不建雨水系统，故节省投资。这种体制适用于地形适宜，有地面水体，可顺利排泄雨水的城镇。 4.完全分流制排水系统：该排水系统由于既有污水排水系统，又有雨水排水系统，故环保效益较好。 5.半分流制排水系统：在生活水平高、环境质量要求高的城镇可以采用。目前尚无实例。综合考虑各个因素，为了更好的保护环境，适应以后的发展，且便于污水厂的运行管理，该居住区采用分流制排水系统，即采用两个（雨水、污水）管道系统。3、污水管道的设计与计算3.1、污水管道系统的平面布置 确定排水区界、划分排水流域排水区界是排水系统敷设的界限。在排水区界内应根据地形及城市和工业企业的竖向规划划分排水流域。一般来说，流域边界应与分水线相符合。如在地形起伏及丘陵地区，流域分界线与分水线基本一致。在地形平坦无显著分水线的地区，应使干管在最大合理埋深情况下，尽量使绝大部分污水能以自流排水为原则。每个排水流域应有一条或一条以上干管，根据流域高程情况就能查明水流方向和污水需要抽升的地区。 选择污水厂和出水口位置 污水厂和出水口要设在城市的下风向，水体的下游，离开居住区和工业区，其间距必须符合环境卫生的要求，应通过环境影响评价最终确定。 拟定污水管道系统的路线管道定线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。定线时应充分利用地形，使管道的走向符合地形趋势，一般宜顺坡排水。在整个排水区域较低的地方敷设主干管和干管，便于支管的污水能自流接入，而横管的坡度尽可能与地面坡度一致。污水主干管的走向和数目取决于污水厂和出水口的位置和数目。小城市通常只设一个污水厂，只需一条主干管。污水支管的平面布置取决于地形和街坊建筑规划，并应便于用户接管排水。在地形平坦略向一边倾斜的地区，总干管与等高线平行敷设，干管与等高线垂直敷设。管道定线时也应考虑地质条件这一因素。污水管道特别是总干管，应尽量布置在坚硬密实的土壤中。污水管道系统应在满足环境保护要求的前提下，根据当地的具体条件，拟定出几种不同的设计方案，经过全面的技术经济比较之后，从中选用一个最优方案 。污水系统的方案确定之后，便可绘制污水管道初步设计阶段的平面布置图。其中包括干管、总干管的位置与流向和主要泵站、污水厂、出水口及灌溉田的位置等。本次设计污水支管的平面布置采用低侧式。 确定需要抽生的排水区域和设置泵站污水泵站一般分为中途泵站和终点泵站，有时也有局部泵站。中途泵站的位置是根据管道的最大合理埋深而决定的。由于污水管道中的水流靠重力流动，因此，管道必须具有坡度。在地形平坦地区，管道埋深往往增加很快，当埋设超过最大埋设深度时，需设置中途泵站抽升污水。在管道定线时，应选择适当的定线位置，使之尽量节省埋深，又可少建泵站。终点泵站一般是设在污水厂内处理构筑物之前。在地形复杂的城市，有些地区比较低洼，需设置局部泵站抽升污水；在一些高楼的地下室、地下铁道和其他地下建筑物中，其污水也需要设置局部泵站抽升。3.2、污水管道的水力计算3.2.1、设计要求 污水管道水利设计的任务是根据已经确定的管道路线，确定和计算各设计管段的设计流量、管径、坡度、流速、充满度和管底高程。污水管道水力计算的原则是：不冲刷、不淤积、不溢流、要通风。污水管道水力计算是由确定控制点开始，从上游到下游，计算和确定各个设计管段的有关数据。控制点的位置一般是位于距离污水厂或出水口最远处或排水流域中地面高程最低处，管道埋深有特殊要求处。控制点的埋深影响整个管道系统的埋深，所以应尽量浅些。设计管段的设计流量可能有三部分组成：沿线流量、集中流量、转输流量。 3.2.2、 生活污水设计流量比流量q0=qdP/86400 用水定额按设计规范取120L/（cap.d），污水定额按用水定额的90%计算。p为人口密度人ha取 760人公顷比流量的计算 q0=760*120*0.9/86400=0.95L/(s*ha)居住区生活污水设计流量 式中 Q1居住区生活污水设计流量，s F设计管段服务的面积，ha z生活污水量总变化系数 q0 比流量（s.ha）其中生活污水量总变化系数： 公式中 Q为平均日平均时污水流量，L/S,当Q1小于5L时，Kz=2.3；当Q大于1000L/s时，Kz=1.3。3.2.3、设计参数的选择与计算1设计充满度污水管道按非满流设计,最大设计充满度见下表 污水管道的最大设计充满度管径/mm最大设计充满度管径最大设计充满度2003000.555009000.703504500.6510000.751. 设计流速在最大设计充满度的情况下，通过设计流量时的污水流速称为设计流速。为了防止污水中的泥沙颗粒沉淀产生淤积 ，阻塞管渠，规定污水管道的最小流速为0.6m/s ；污水管渠的最小流速为0.4m/s ；为了防止因污水流速过大对管道造成冲刷损坏，规定金属管道的最大设计流速为10m/s，非金属管道最大设计流速为5m/s。2、最小管径和最小设计坡度 当所计算所需要的污水管道管径小与最小设计管径时采用最小设计管径。我国室外排水设计规范规定的最小设计管径和最小设计坡度如下表： 最小设计管径和最小设计坡度管道位置最小管径最小设计坡度街坊道路下2000.004市政道路下3000.0034埋设深度为了保证在地面静动荷载的作用秒 管道不致于被损坏，需保证在管道上有一定的覆土厚度，车行道下污水管道的最下覆土厚度不小与0.7m。为了防止管道内污水冰冻和因土壤冻胀而损坏管道，无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，管底可埋在冰冻线以上0.15m。5污水管道的衔接主要的衔接方式有管顶平接跟水面平接。为了施工的方便，本设计采用管顶平接的方式。4、雨水管渠的设计与计算4.1、雨水管渠系统布置特点（一）、特点1. 充分利用地形，就近排入水体。地面坡度变化大时，雨水干管宜布置在地形较低处或溪谷线，当地形平坦时，雨水干管布置在排水区域的中间，由与该城市地势比较平坦故采用后者。2. 根据城市规划布置雨水管道。雨水管道应平行道路布置。尽量避免雨水泵站。3. 合理布置雨水口，以保证路面雨水排除通畅。当管径太大时设置管渠本设计中采用矩形暗管（二）、管渠的布置1不同直径的管道在检查井内的连接，宜采用管顶平接或水面平接。2 管渠在转弯和交接处，其水流转角不应小于90。注：当管径小于等于300mm，跌水水头大于0.3 m时，可不受此限制。3 管渠基础应根据管渠材质、接口形式和地质条件确定，可分别选用混凝土基础、砂石垫层基础及土弧基础，对地基松软或不均匀沉降地段，管渠基础应采取加固措施。管渠接口应根据管渠材质和地质条件确定，可采用刚性接口或柔性接口，污水及合流管渠宜选用柔性接口。当管渠穿过粉砂、细砂层并在最高地下水位以下，或在地震设防烈度为8度设防区时，应采用柔性接口。4 设计排水管渠时，应防止在压力流情况下使接户管发生倒灌。5 污水管渠和合流管渠应根据需要设通风设施。6 管顶最小覆土深度，应根据管材强度、外部荷载、土壤冰冻深度和土壤性质等条件，结合当地埋管经验确定。管顶最小覆土深度宜为：人行道下0.6m，车行道下0.7m。7 一般情况下，排水管渠宜埋设在冰冻线以下。当该地区或条件相似地区有浅埋经验或采取相应措施时，也可埋设在冰冻线以上，其浅埋数值应根据该地区经验确定。8 道路红线宽度超过50m的城市干道，宜在道路两侧布置排水管渠。9 设计压力管渠时，应考虑水锤的影响。在管渠的高点以及每隔一定距离处，应设排气装置；在管渠的低点以及每隔一定距离处，应设排空装置。10 承插式压力管道应根据管径、流速、转弯角度、试压标准和接口的摩擦力等因素，通过计算确定是否在垂直或水平方向转弯处设置支墩。11 压力管接入自流管渠时，应有消能设施。12 管渠的施工方法，应根据管渠所处土层性质、管径、地下水位、附近地下与地上建筑物等因素，经技术经济比较，确定采用开槽施工、顶管施工或盾构施工。13 根据需要，排水管渠在某些地段可采用隧洞形式输水。4.2、雨水管渠的设计方法与步骤（1） 收集并整理设计地区各种原始资料（如地形图、排水工程规划图、水文、地质、暴雨等）作为基本的设计数据。（2） 划分排水流域，进行雨水管道定线。根据地形分水线划分排水流域，当地形平坦无明显分水线的地区，可按对雨水管渠的布置有影响的地方，如铁路、公路河道或城市主要街道的汇水面积的划分，结合城市的总体规划图或工业企业的总平面布置划分排水流域，在每一个排水流域内，应根据雨水管渠系统的布置特点及原则，确定其布置形式（雨水支、干管的具体位置及雨水的出路），并确定排水方向。（3） 划分设计管段。根据雨水管道的具体位置，在管道的转弯处、管径或坡度改变处、有支管接入处或两条以上管道交汇处以及超过一定距离的直线管段上，都应设置检查井。将两个检查井之间的流量没有变化，而且管径、流速和坡度都不变的管段称为设计管段。雨水管渠设计管段的划分应使设计管段范围内地形变化不大，而且上下游流量变化不大，无大流量交汇。（4） 划分并计算各设计管段的汇水面积。汇水面积的划分，应结合实际地形条件，汇水面积的大小以及雨水管道布置等情况确定。（5） 根据排水流域内各类地面的面积数或所占比例，计算出该排水流域的平均径流系数。（6） 确定设计重现期p及地面积水时间t1。（7） 确定管道的埋深与衔接。（8） 确定单位面积径流量q0。（9） 管渠材料的选择。雨水管道管径小于或等于400mm，采用混凝土管，管径大于400mm，采用钢筋混凝土管。（10） 设计流量的流量。根据流域具体情况，选定设计流量的计算方法，计算从上游向下游依次进行，并列表计算各设计管段的设计流量。（11） 进行雨水管渠水力计算，确定雨水管道的坡度、管径和埋深。计算并确定出各设计管段的管径、坡度、流速、管底标高和管道埋深。（12） 绘制雨水管道平面图及纵剖面图。4.3.雨水管道设计数据的确定1. 径流系数的确定 本城市径流系数取径流系数=0.62. 设计暴雨强度的确定设计重现期p的确定 设计重现期p的最小值不宜低于0.33a，一般地区选用0.5-3a对于重要干道或短期雨水积水可能造成严重损失的地区，一般选用1-5a，并应与道路设计相适应。本城市选用p=0.6a。设计降雨历时的确定 t=t1+mt2式中 t-设计降雨历时（min） t1-地面雨水积水时间（min） t2-设计管段管内雨水流行时间（min） m-折减系数，暗管m=2，明渠m=1.2，陡坡地区暗管采用1.2-2.本次设计取m=2. 在实际应用中，要准确的确定t1值较为困难，故通常不予计算而采用经验数据。根据室外排水设计规范中规定：一般采用5-15min。本次设计取t1=10min。 t2= 式中 t2-管内雨水流行时间（min) L-各设计管段的长度(m） V-各设计管段满流时的流速（m/s） 60-单位换算系数。综上所述，当设计重现期、设计降雨历时、折减系数确定后，计算雨水管段的设计流量所用的设计暴雨强度公式及流量公式可写成 q= Q= 式中 q-设计暴雨强度(L/s)/hm2 Q-雨水设计流量（L/s） -径流系数，取0.6. F-汇水面积(hm2） P-设计重现期（a） t1-地面积水时间（min） t2管渠内雨水流行时间（min）单位面积径流量的确定 单位面积径流量q0L/（s.hm2）是暴雨强度q与径流系数的乘积，即 q0=q= 相应设计雨水流量为 Q=q0F式中 F-汇水面积(hm2).4.4雨水管渠水力计算设计参数（1） 设计充满度 雨水管渠按满流来设计，即充满度h/D=1。（2） 设计流速 室外排水设计规范中规定，雨水管渠满流时的最小设计流速为0.75m/s。为防止管壁及渠壁因冲刷而损坏，雨水管道最大设计流速为：金属管道为10m/s，非金属管道为4m/s。为了不淤积和冲刷，雨水管渠的设计流