某县城区排水管网初步设计

（一 ） 设计说明书一、设计题目： 陕南汉中地区某县城区排水管网初步设计二、设计内容要求运用已学的排水管网的专业知识，进行陕南汉中某县城城区排水管道的一般初步设计，设计成果包括设计说明书、设计计算书、污水管道系统的总平面布置图、雨水管道系统的总平面布置图、污水主干管及雨水干管纵剖面图。三、主要原始资料简介 （1）设计区总平面图一张（比例1:10000），污水厂厂址选在县城夏季主导风 向的的下风向，即城市西面。 （2）设计街坊人口密度为360人/公顷，卫生设备情况系室内有给排水卫生设 备及淋浴设备，街坊污水出水管道管底标高按照地面以下1.5m考虑。 （3）工厂污水量为1500m3/d,三班制，排水量时变化系数Kh=1.5，出水管管 底标高30.0m，管径250mm，流速0.8m/s，污水轻污染，允许直接排入城市 污水管道。 （4）火车站污水量为24m3/d ，Kh=1.1，出水管管径150mm，管底标高34.70m。 （5)工程地质资料（按照地层深度分） 表土0.5m，砂质粘土1.8m，大孔性砂质粘土10m，地下水位在地面以下5.5公 尺，水质无侵蚀性。 （6）土壤冰冻深度为0.5m。 （7）水体资料: 按照当地水文站资料，大河1%洪水位标高在城南桥渠处为27.0m，常水位标高为25.0m，枯水位标高为21.0m，河流流向为自东向西，水面坡降约为0.3，小河在该渠处的1%洪水位标高为28.0m，常水位标高为26.5m，枯水位标高22.0m，水面坡降约为1 。 （8）当地暴雨强度公式为 （ L/Sha） （9）设计地区地面覆盖情况厂房占10%，沥青路面占14%，干砌砖路面占16%，非铺砌地面占40%，草地占20%。四、主要设计标准与依据室外排水设计规范 GB 500142006污水综合排放标准 GB8978-1996给水排水设计手册第二版 第五册 给水排水管道工程施工及验收规范GB50268-97 设计区总体平面布置图 五、排水系统的选择城市污水通常由生活污水、工业废水、和雨水组成，这些污水按照不同的排除方式，可以分为合流制排水系统和分流制排水系统。排水系统的选择对于城市排水管网规划设计十分重要，它不仅影响排水系统工程的总投资和运行费用，而且对于城市的环境保护影响重大。因此排水系统体制的选择应充分考虑到环保的要求，并根据当地条件，通过进行经济技术比较来确定。排水系统体制的选择应根据城市及工业企业的规划、环境保护的要求、污水利用情况、水质、水量以及地形等条件确定。 1) 从环境保护方面来看 如果采用合流制将污水和雨水全部截流送往污水厂进行处理，然后再排放，从控制和防止水体的污染来看，是较好的，但这时截流主干管很大，但污水厂容量也增加很多，建设费用也相应增加。采用截流式合流制时，水厂容量也增加很多 ，并且雨天有部分混合污水经溢流井溢入水体，水体受到污染。 分流制排出污水和雨水，初雨径流未加处理就直接排入水体，对城市水体也会造成一定程度的污染，但它比较灵活，影响较小，比较容易适应社会发展的需要。为保护环境，实现 社会的、经济的可持续发展，应尽可能地减少污染物的排放量。因此，选择分流制排水系统是必然的选择。2) 从造价方面来看 合流制排水管道的造价比分流制一般要低 20%-40%，但合流制的泵站和污水厂却比分流制的造价要高。如果该城市建设资金不足，且周围水体水量充足，环境容量大，对环保要求不高时也可采用截流式合流制排水系统。 3) 从维护管理方面来看 雨天时污水在合流制管道中才接近满流，因而晴天时合流制管道内流速较低，易于产生沉淀。但据经验，管中的沉淀易被暴雨水流冲走，这样，合流管道的维护费用可降低。但是， 晴天和雨天时流入污水厂的水量变化很大，增加了合流制排水系统污水厂运行管理的复杂程度。而分流制系统可以保证管内的流速，不致发生沉淀，同时，流入污水厂的水量和水质比合流制变化小得多，污水厂的运行易于控制。 综合考虑实际工程中存在的各种情况，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，采用完全分流制排水系统。即采用两个（雨水、污水）管道系统。六、管道系统的布置形式在同一排水区域内，既有污水管道系统，又有雨水管道系统，生活污水和工业废水通过污水排水系统送至污水处理厂，经处理后再排入水体。雨水是通过雨水排水系统直接排入水体。这种排水系统比较符合环境保护的要求，但城市的一次性投资较大。本设计按照完全分流制来设置该县城排水管道系统，所以就需要对污水和雨水管道进行分别的布置和计算，之后的设计内容将按照这两个方面分别展开讨论。完全分流制排水系统示意图见图1。 图1图1（1） 污水管道布置与定线 根据城市地形特点，即地势向水体倾斜，地面坡度不大，本设计的污水管铺设采用正交截留式布置方案。污水干管沿与等高线垂直（近似）方向布置，污水主干管沿河岸布置，与等高线基本平行，将各个干管的污水截留送至污水厂，各支管采用低边式布置。此方案共设有1根主干管，4根干管具体布置见附图（污水管道平面布置图）。此方案的特点是充分利用地形，简单经济，有利于污水的迅速排放。截流式管道系统布置示意图见图2。 污水管道的平面布置，一般按照主干管、干管、支管的顺序进行。在总体规划中，只决定污水主干管、干管的走向和平面布置。 本设计中河流流向为自东向西，同时考虑该城镇的夏季主导风向，所以污水处理厂设置在城市的西面河流下游，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。 管道敷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。充分协调好与其他管段的关系，污水和雨水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。 管道系统的控制点为工厂、火车站以及每条管道的起点，这些点决定着管道的最小埋深，由于整个管道的敷设过程中，埋深一直满足最实用条件，且对于将来的发展留有空间，所以不需要提升泵站，全部依靠重力流排水。 1城镇边界 2排水流域分界线 3干管 4主干管 5污水厂 6泵站 7出水口图2(二)雨水管道布置与定线由于城市城区面积较小，只有一条大河和一条小河作为受纳水体，雨水排除方式较为简单。本设计中雨水管道系统采用正交式布置，充分利用地形，以重力流的形式就近排入水体，全程不设泵站。本设计方案中共设有7根干管，不设主干管，各干管位置详见附图（雨水管道平面布置图）。雨水口的布置应根据地形和汇水面积确定，以使雨水不至漫过路口。一般在道路交叉口的汇水点、低洼地段均应设置雨水口。在城市市区，建筑密度较大、交通频繁地区。应采用暗管排除雨水，尽管造价高，但是卫生情况好，养护方便，不影响交通；在城市郊区或建筑密度低、交通量小的地方有些可采用明渠，以节省工程费用。出水口采用分散出口，使雨水尽快排放。在城市边缘地区好、地面高差较大的地方或靠近山麓的地区，除了应设雨水管道外，还应酌情考虑在规划地区周围设置排洪沟，防止特大降雨时造成洪水灾害。7、 管材、接口、基础形式、及构筑物 1、管材 雨污水管材均采用钢筋混凝土圆管。 2、接口 支管采用水泥砂浆抹带接口，干管、主干管采用钢丝网砂浆抹带接口。 3、基础形式 根据管道埋深、管径、地下水位、工程地质条件确定，支管采用砂垫层基础，干管采用混凝土枕基基础，主干管采用90180带形混凝土基础。 4、构筑物 (1)检查井 污水管道d400mm，检查井间距采用30m，采用圆形检查井； d=500900mm，检查井间距采用45m，采用圆形检查井； 雨水管道d600mm，检查井间距采用40m，采用圆形检查井； d=7001100mm，检查井间距采用50m，采用圆形检查井； 圆形检查井具体做法见给水排水标准图集S231；此外，在管道转向处、坡度和管径变化处、管道交汇处均需设置检查井。在适当检查井中设沉淀槽，沉淀槽深度H=600800mm，采用水力机械清洗。 （2）跌水井 排水管道连接处若跌落水头小于1m时，只在检查井中做成斜坡，不做跌水设施。若跌落水头大于1m时，设置跌水井；当管径d200mm，设竖管式跌水井，当管径d400mm，采用竖槽式井外跌水井，不需进行水力计算，做法见给水排水标准图集S234；当管径d400mm，采用阶梯式跌水井，需要进行水力计算，做法见给水排水标准图集S234。附主要设备、材料及构筑物一览表序号名称型号及规格材料单位数量备注1材料圆管钢筋混凝土2接口钢丝网水泥砂浆抹带3基础砂垫层支管混凝土枕基干管带形基础主干管4污水管道DN200600钢混m2520总长度5雨水管道DN5001000钢混m1800总长度 6检查井个12污水主干管个9雨水干管7跌水井个3污水个1雨水注：1、各管道长度详细长度见污水主干管计算表、雨水干管计算表，所示长度仅为干管各管径总长度。2、检查井、跌水井仅包括计算污水主干管、计算雨水干管上的个数，未包括支管。3、跌水井只在管道连接处跌落水头大于或接近1m时才设置。（二） 污水管道设计计算书一、 在平面图上布置污水管道从设计区总平面图可知该区地势自东北方向向西南方向倾斜，坡度较小。街道支管布置在街区地势较低一侧的道路下，低边式布置。干管基本上与等高线垂直布置，主干管布置在设计区南部，基本上与等高线平行，整个管道系统呈截流式布置（布置详图见污水管道平面布置图）。2、 计算街区面积按各街区的平面尺寸计算它们的面积，列入下表。用箭头标出各街区的污水排入管段的方向（详见污水管道平面布置图）。街区面积(单位：公顷）街区编号123456789街区面积3.90 3.50 3.40 3.60 2.70 3.40 4.30 2.80 4.30 街区编号101112131415161718街区面积4.33 4.82 4.87 4.04 3.81 2.783.543.873.83街区编号192021222324252627街区面积6.064.935.085.36 5.03 4.93 5.37 2.57 2.94 街区编号282930313233343536街区面积5.082.763.225.39 6.58 5.56 5.19 5.90 5.88 街区编号3738394041街区面积5.29 5.56 5.43 4.84 5.53 3、 划分设计管段、计算设计流量计算设计流量根据设计管段的定义和划分方法，将各干管和主干管中有本段流量进入的点和旁侧支管进入的点，作为设计管段的起迄点，并给检查井编上号码。各设计管短的设计流量应列表计算 在初步设计阶段只计算干管和主干管的设计流量。该城区人口密度为 250+501+512=360 cap/ha, 污水量设计标准取140L/(capd)， 则每公顷街区面积的生活污水平均流量（生活污水比流量）为： （L/（sha）本设计中共有 2 个集中流量，因污水污染程度轻微，分别通过检查井 17、 31 直接进入城市污水管道。火车站设计污水量 工厂的设计流量为 总变化系数的确定：式中，Q 为平均日平均时污水流量（L/s），当 Q1000L/s时，KZ=1.3。列表进行各管段设计流量的计算，计算过程及结果见下表。4、 水力计算在确定设计流量后，便可以从上游管段开始依次进行主干管各设计管段的水力计算。列表进行计算，如下表所示。 1、 从管道平面布置图上量出每一设计管段的长度，列入表中。 2、 将各设计管段的设计流量、设计管段起讫点检查井处的地面标高列入表三中。 3、 计算每一设计管段的地面坡度（地面坡度=设计坡度时参考）。 4、 确定起始管段的管径D，以及设计流速v，设计坡度I，设计充满度 h/D。电子表格中，只需调整管径D，设计坡度I，其它变量自动调整。本城镇由于管段的地面坡度很小，为了不使整个管道系统的埋深过大，宜采用最小设计坡度为设定数据。起始管段Q很小，很难满足VVmin ，按照Dmin，Vmin 进行设计。 注：传统的污水管道计算方法是查图查表的手工计算方法，费时费力，计算精度不高，不利于设计方案的优化，应用电子计算表格可直观快捷地完成水力计算，故本次设计均采用电子表格设计。5、 确定其它管段的管径 D、管道坡度 I。通常随着设计流量的增加，下一个管段的管径一般会增大一级或两级(50mm为一级)，或者保持不变，这样便可根据流量的变化情况确定管径。随着管径的不断增大I可逐渐减小。然后可根据设计流速从上游至下游应递增的规律（但V1.2m/s时，可不作考虑)设定设计流速。通过不断调整各管段的D，I值，使V，h/D达到设计要求。6、 计算各管段上端、下端的水面、管底标高及其埋设深度： 1) 根据设计管段长度和管道坡度求降落量。 2) 根据管径和充满度求管段的水深。 3) 确定管网系统的控制点。 该城镇离污水厂最远的干管起点有 1、 28、 17 、29及 31 点，对主干管起决定作用的控制点是1点。1点是主干管的起始点，它的埋深考虑到管道内污水冰冻，地面荷载，覆土厚度等各因素，及街坊污水出水管道管底标高按照地面以下1.5m考虑，取1.6m。 4) 求设计管段上、下端的管内底标高，水面标高及埋设深度。综上，制成污水主干管计算表，各管段数据如下表所示。 注：另附各污水干管计算表。5、 绘制管道纵剖面图 本题的设计深度仅为初步设计，只要求绘出主干管剖面图。因此，在水力计算结束后依据计算所得的管径、坡度等数据绘制污水管道纵剖面图，详见污水主干管剖面图图示。（三） 雨水管道计算说明书 一、划分排水流域和管道定线根据县城区平面图和资料知设计区地形平坦，故排水流域按城市主要街道的汇水面积划分，流域分界线如附件四所示。由于地形对排除雨水有利，拟采用分散出口的雨水管道布置形式。雨水干管基本垂直于等高线，布置在排水流域地势较低一侧，这样雨水能以最短距离靠重力流分散就近排入水体。雨水支管一般设在街坊较低侧的道路下。河流的位置确定了雨水出水口的位置，雨水出水口位于大河北岸边。2、 划分设计管段根据管道的具体位置，在管道转弯处、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。根据管道的具体位置划分设计管段，并将设计管段的检查井依次编号见附图（雨水管道布置图）。3、 划分并计算各设计管段的汇水面积各设计管段的汇水面积的划分应结合地形坡度、汇水面积的大小以及雨水管道布置等情况而划定。按照就近排入附近雨水管道的原则划分汇水面积，并将每块的编号、雨水流向标注在附录四中。各部分面积如下表：划分块面积（ha）编号01234567面积2.864.790.91.61.54.82.031.16编号89101112131415面积2.041.221.120.842.882.771.44.2编号1617181920212223面积1.20.552.883.461.133.522.641.32编号2425262728293031面积4.510.551.311.953.80.922.565.6编号32333435面积0.441.275.354.5四、确定主要设计参数 av=0.90.1+0.90.14+0.160.4+0.30.4+0.150.2=0.43 设计重现期 P=1a 地面集水时间 t1=10min 各主要参数如下：统一设计参数地面集折减设计重暴雨强度公式参数管道径流水时间系数现期Acb指数n粗糙系数t1(min)mp（a）系数n10215001.200.650.0130.43五、确定各管段汇水区域面积通过对各管段汇水区域面积的整理，结果如下：雨水干管设计管段长度及汇水面积汇总管段编号管段长度本段汇水转输汇水总汇水m面积(ha）面积(ha）面积F(ha）121803.76 0.00 3.76 233006.39 3.76 10.15 342306.84 10.15 16.99 452705.42 23.64 29.06 562106.16 37.86 44.02