第2章 城市排水管网设计.doc

第2章 排水管网设计2.1 排水系统体制及其确定排水系统的体制一般有分流制和合流制两种类型。合流制排水系统是将生活污水、工业废水和雨水混合在同一个管渠内排除的系统；分流制排水系统是将生活污水、工业废水和雨水分在两个或两个以上各自独立的管渠内排除的系统。从环境保护方面来看，如果采用合流制，从控制和防止水体污染来看，是较好的，但这时截流主干管很大，污水厂容量也增加很多，建设费用也了相应增加。采用截流式合流制时，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，对城市水体会造成污染，这是它的缺点。但分流制可以减小晴天和雨天时流入污水厂的水质水量变化，减小污水厂运行管理的复杂性；还可以保持管内的流速，不致发生沉淀。同时，分流制比较灵活，容易改造，能适应社会发展的需要，一般又能符合城市卫生的要求，在国内外都有较广泛的应用。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%，但是合流制的泵站和污水厂却比分流制的造价要高。从维护管理方面来看，晴天时污水在合流制管道中只是部分流，雨天才接近满管流，因而雨天时合流制管道内流速较低，易于产生沉淀。但根据经验，管中的沉淀易被暴雨水流冲走，这样合流制管道的维护费用可以降低。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性。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。经过综合考虑，采用分流制排水系统。2.2 管网定线原则定线应遵循的主要原则：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。1. 尽量利用地势，由高到低布置；管线总长度尽可能短，同时使最大服务面积的雨污水得以排除；管中水流时间尽可能短，尽量不要迂回；2. 污水处理厂选址设置在城市水体下游；3. 尽量不穿越或少穿越河流、铁路等障碍，尽量不设和少设提升泵站；4. 雨水就近排放，尽可能利用湖泊和河流；5. 主干管尽量靠近工业企业等排污大户，并设置在主干道下。2.3 污水管道平面布置首先根据地形划分排水区域。从镇区规划图中可以看出，地形较平缓，河流位于市区东部。因为甲、乙两个工厂排水量大，故将主干管设置在便于其排水的地方。其次，处理用水的排放点应位于河流的下游，以免对城市的生活用水取用产生影响。可以根据街区面积的大小及城市布局来划分排水区域，以使各管道能合理分担排水面积，使干管在最小合理埋深的情况下，流域内污水能以自流方式接入。其次，确定污水管道的布置形式，主干管、干管、支管的位置和流向，并确定污水处理厂及出水口的位置。经过考虑，将主干管布置在机场南延街和纬七路，在东西向设置九条干管，南北向设置一条，分别连接至主干管。将污水厂设置在河流下游，整个市区的东南部。污水管道系统的具体布置参见附图1城镇污水管网平面布置图。2.4 污水管道的水力计算2.4.1 街区编号及面积将各街区编上号码（编号见附录），并按各街区的平面范围计算面积，将结果列入表2.1中。表2.1 街区编号及面积街区编号街区面积（ha）街区编号街区面积（ha）街区编号街区面积（ha）街区编号街区面积（ha）113.67 2518.124911.15 733.90 218.22 2611.03 504.75 747.35 311.38 279.57 517.78 758.17 415.88 2810.19 527.94 769.07 516.04 295.32 5310.73 773.02 617.14 309.30 547.92 785.77 710.26 319.37 5512.64 793.80 89.81 325.61 564.44 801.85 99.91 3316.48 574.85 813.40 1013.22 3411.63 583.66 828.07 112.61 354.99 599.90 833.05 123.30 362.88 603.68 845.54 133.62 375.47 619.91 855.90 144.85 385.73 623.68 861.92 156.09 396.84 6310.17 873.81 165.35 406.02 644.74 883.95 174.67 4111.10 659.00 898.16 184.99 428.07 665.30 193.48 439.96 673.00 202.91 444.80 6810.04 214.73 458.87 6917.83 224.57 4610.74 702.96 238.55 474.96 715.39 248.20 489.25 725.98 2.4.2 设计流量的计算居住人口密度为230人/ha，居民生活污水定额为160L/（人d），则城市生活污水定额L/（人d），则生活污水比流量L/(shm2) 居民生活污水量变化系数KZ按计算。 1. 各管段的本段流量q1q1=q0F （2.4a）式中：q1设计管段的本段流量（L/s）； F设计管段服务的街区面积（ha），见表2.1。 2. 转输流量q2 转输流量为下游管段接受的上游管段和旁侧管段流来的污水量，由上游管段的流量累加而得。合计平均流量q为本段流量q1再加上转输流量q2，则生活污水设计流量：Q1=qKZ (2.4b) 3. 集中流量q3：是从工业企业或者其他大型公共建筑流来的污水量。则生活污水设计流量Q1再加上集中流量q3，为该管段的设计流量Q。即管段设计流量Q=Q1+q3 如设计管段67，有本段流量（街坊39）q1、转输56干管的流量q2、转输集中流量q3三部分组成：街坊39的面积为6.84ha（见表2.1），故本段平均流量为 。转输流量q2=91.77L/s，则67管段的合计平均流量为，总变化系数，故该管段的生活污水设计流量为 Q1=qKz =94.471.64=154.66L/s。转输集中流量138.89+115.74=254.63L/s。故管段67的设计流量Q= 154.66+254.63= 409.29L/s 其余各管道设计流量的计算方法与上述方法相同。计算结果如表2.2所示。 表2.2 污水管网设计流量计算表管段编号居民区生活污水量（或综合生活污水量）集中流量q3设计流量/(L/s)本段流量 q1转输流量q2/(L/s)合计平均流量q2/(L/s)总变化系数KZ生活污水设计流量/(L/s)本段/(L/s)转输/(L/s)街坊编号街坊面积/hm2比流量qs L/(shm2)流量q1/(L/s)12345678910111212138.89138.89131410.6310.632.0822.1322.13141516.9716.971.9833.5633.56 151619.1019.101.9537.2837.28 16220.2720.271.9439.3139.312320.27 20.27 1.94 39.31 138.89178.20 1718 6.46.4 2.20 14.12 14.12 1819 11.1 11.1 2.07 23.06 23.06 1920 17.7 17.7 1.97 34.77 34.77 203 21.121.1 1.93 40.75 40.75 34 41.37 41.37 1.79 74.17 138.89213.06 2122 5.55.5 2.24 12.26 12.26 续表2.2管段编号居民区生活污水量（或综合生活污水量）集中流量q3设计流量/(L/s)本段流量 q1转输流量q2/(L/s)合计平均流量q2/(L/s)总变化系数KZ生活污水设计流量/(L/s)本段/(L/s)转输/(L/s)街坊编号街坊面积/hm2比流量qs L/(shm2)流量q1/(L/s)1234567891011122223 10.910.9 2.08 22.69 22.69 234 18.118.1 1.96 35.59 35.59 4559.47 59.47 1.72 102.44 138.89241.33 2425 6.26.2 2.21 13.70 13.70 2526 12.112.1 2.05 24.83 24.83 265 15.215.2 2.00 30.42 30.42 56 74.67 74.67 1.68 125.45 115.74138.89380.08 2728 3.7 3.7 2.3 8.6 8.6 2829 10.6 10.6 2.1 22.1 22.1 2930 15.615.6 2.0 31.2 31.2 306 17.1 17.1 2.0 33.8 33.8 67396.840.39532.791.7794.47 1.64 154.66 254.6409.26 3132 4.06 2.31 9.39 9.39 续表2.2管段编号居民区生活污水量（或综合生活污水量）集中流量q3设计流量/(L/s)本段流量 q1转输流量q2/(L/s)合计平均流量q2/(L/s)总变化系数KZ生活污水设计流量/(L/s)本段/(L/s)转输/(L/s)街坊编号街坊面积/hm2比流量qs L/(shm2)流量q1/(L/s)1234567891011123233 6.40 6.40 2.20 14.08 14.08 3334 10.72 10.72 2.08 22.31 22.31 3435 13.97 13.97 2.02 28.22 28.22 3536 21.13 21.13 1.93 40.79 40.79 367 25.49 25.49 1.89 48.20 48.20 78444.80.39531.90 119.96121.86 1.59 193.99 254.6448.59 3738 5.40 2.24 12.12 12.12 3839 11.68 11.68 2.06 24.07 24.07 3940 15.56 15.56 2.00 31.06 31.06 4041 20.95 20.95 1.93 40.48 40.48 4142 24.73 24.73 1.90 46.92 46.92 4243 28.76 28.76 1.87 53.67 53.67 438 30.87 30.87 1.85 57.15 57.15 续表2.2管段编号居民区生活污水量（或综合生活污水量）集中流量q3设计流量/(L/s)本段流量 q1转输流量q2/(L/s)合计平均流量q2/(L/s)总变化系数KZ生活污水设计流量/(L/s)本段/(L/s)转输/(L/s)街坊编号街坊面积/hm2比流量qs L/(shm2)流量q1/(L/s)1234567891011128947 4.96 0.3953 1.96 152.73 154.69 1.55 239.87 254.60 494.47 44457.20 2.17 15.65 15.65 454613.54 13.54 2.03 27.45 27.45 464717.46 17.46 1.97 34.42 34.42 474821.96 21.96 1.92 42.21 42.21 484925.64 25.64 1.89 48.44 48.44 495029.34 29.34 1.86 54.63 54.63 50931.56 31.56 1.85 58.28 58.28 910186.25 186.251.52 282.98 254.6537.58 5152 4.50 2.29 10.29 10.29 525311.27 11.27 2.07 23.32 23.32 535415.19 15.19 2.00 30.41 30.41 545522.25 22.25 1.92 42.70 42.70 续表2.2管段编号居民区生活污水量（或综合生活污水量）集中流量q3设计流量/(L/s)本段流量 q1转输流量q2/(L/s)合计平均流量q2/(L/s)总变化系数KZ生活污水设计流量/(L/s)本段/(L/s)转输/(L/s)街坊编号街坊面积/hm2比流量qs L/(shm2)流量q1/(L/s)123456789101112555628.76 28.76 1.87 53.67 53.67 565735.33 35.33 1.82 64.45 64.45 575837.21 37.21 1.81 67.49 67.49 581047.72 47.72 1.76 84.22 84.22 101151 7.78 0.3953 3.08 233.97 237.05 1.48 350.73 254.60 605.335960 6.77 2.19 14.81 14.81 606113.89 13.89 2.02 28.09 28.09 616221.65 21.65 1.93 41.67 41.67 621129.71 29.71 1.86 55.24 55.24 1112266.76266.76 1.46 389.59 254.60 644.19 2.4.3 设计参数 1. 设计充满度污水管道设计充满度按非满流计算。我国 室外排水设计规范 （GB 500142006） 规定了污水管道的最大充满度。最大充满度的规定如表2.3所示。表2.3 污水管道最大充满度管径(mm)最大充满度2003000.553504500.655009000.7010000.75 2. 设计流速 在设计充满度的情况下，通过设计流量时的污水流速称作设计流速。为了防止污水中泥沙颗粒沉淀产生淤积，阻塞管道，规定污水管道的最小设计流速为0.6m/s。为了防止因流速过大对污水管道造成冲刷损坏，规定金属管道的最大设计流速为10m/s，非金属管道为5m/s。设计最小流速控制在0.6m/s左右。 3. 最小管径和最小设计坡度 为了有利于污水管道的养护，对污水管的最小管径和最小设计坡度作了明确规定，当计算所规定的污水管道管径小于最小设计管径时，采用最小设计管径；这种管段称作不计算管段。我国室外排水设计规范（GB 500142006）规定了最小管径和最小设计坡度。 具体规定是：管径200mm，最小设计坡度0.004；管径300mm，最小设计坡度0.003；在街区和厂区内最小管径为200mm，在街道下为300mm。最小设计坡度水力计算公式： （2.4c） 式中 n：管道粗糙系数。该值根据管渠材料而定。混凝土和钢筋混凝土污水管道的管壁粗糙系数一般采用0.014。 有上述水力计算公式可知，最小设计坡度和水力半径决定了管内污水流速，因此不同管径的污水管道应有不同的最小坡度。管径相同的管道，因充满度不同，其最小坡度也不同。一般来说，管子的最佳坡度是管径的倒数。例如，300mm管径的最佳设计坡度为0.003。其最小设计坡度能够满足最小流速和最大充满度即可。 设计街道下最小管径为300mm，最小设计坡度为0.003。 4. 污水管道的埋设深度 设计依据：污水管网占污水工程总投资的50%75%，而构成污水管道造价的挖填沟槽、沟槽支撑、湿土排水、管道基础、管道铺设各部分的比重，与管道的埋设深度及开槽支撑方式有很大关系。埋深过大，总造价就会上升，维护维修的成本也就会很大，不够经济；埋深过小，则不能满足技术上的要求。因此合理的确定管道埋深对降低工程造价是十分重要的。 最小埋深考虑因素： （1）必须防止管道内污水冰冻和因土壤冻胀而损坏管道。 （2）必须防止管壁因地面荷载而受到破坏。考虑并结合各地埋管经验，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 为了保证建筑物首层卫生设备的污水能够顺利排出，污水出户管的最小埋深一般采用0.50.7m，所以街坊污水管道起点最小埋深也应有0.60.7m。本次设计最小埋深采用1m。 最大埋设深度：除了考虑管道的最小埋深外，最大埋深也应加以考虑。埋深越大，则造价越高，施工期也越长。一般在干燥土壤中，最大埋深不超过78m；在多水、流砂、石灰岩地层中，一般不超过5m。设计最大埋深不超过7m。 5. 管道衔接 管径相同采用水面平接；管径不同采用管顶平接；不计算管段间及不计算管段与计算管段间采用管顶平接。因为不计算管段坡度较大一般不会造成因上游管段回水造成淤积。且其充满度较大，即使形成部分淤积也不影响污水正常排出。 6. 管材的选择 本次设计采用钢筋混凝土管。2.4.3 水力计算 各设计管段的设计流量确定后，即可从上游管段开始依次进行各设计管段的水力计算。污水主干管的水力计算：（1）将设计管段编号填入表2.5中第1项，从污水管道平面布置图上按比例量出污水干管每一设计管段的长度，填入表2.5中第2项。（2）将污水干管各设计管段的设计流量填入表2.5中第3项。设计管段起止点检查井处的地面标高填入表2.5中第10、11项。各检查井处的地面标高根据地形图上的等高线标高值，按内插法计算求得。（3）计算每一设计管段的地面坡度，作为确定管道坡度时的参考值，例如，设计管段12的地面坡度为（137.00-136.20）/228.3=3.50 ，设计坡度选为1.30。（4）根据设计管段12的设计流量，参照地面坡度估算管径，根据估算的管径查水力计算图得出设计流速、设计充满度和管道的设计坡度。（5）根据设计管段的管径和设计充满度计算设计管段的水深。如设计管段12的水深为h=（h/D）D=0.36m，将其填入表2.5中第8项。（6）根据设计管段的长度和管道设计坡度计算管段标高降落量。如设计管段12的标高降落量为IL=1.3228.3m=0.296 m，将其填入表2.5中第9项。（7）求设计管段上、下端的管内底标高和埋设深度。首先要确定管道系统的控制点。本设计中各条干管的起点都是该条管道的控制点，埋深为2.0m；主干管1起点埋深为4.8m。 于是12管段1点的埋设深度为4.8m，将其填入表2.5中第16项。1点的管内底标高等于1点的地面标高减1点的埋设深度，即：（137.00-4.800）m=132.200m，将其填入表2.5中第14项。 2点的管内底标高等于1点的管内底标高减去12管段的标高降落量，即：（132.200-0.296）=131.904m，将其填入表2.5中第15项。 2点的埋设深度等于2点的地面标高减去2点的管内底标高，即（136.20-131.904）=4.296m，将其填入表2.5中第17项。（8）求设计管段上下端的水面标高。管段上、下端的水面标高等于相应点的管内底标高加水深。如管段12中1点的水面标高等于：（132.200+0.36）m=132.560m，将其填入表2.5中的第12项。 2点的水面标高为（131.904+0.36）m=132.264m，将其填入表2.5中第13项。其余各管段的计算方法与此相同。干管水力计算具体见表2.4，主干管水力计算具体见表2.5。 表2.4 污水干管水力计算表管段编号管段长度L/(m)设计流量Q/(L/s)地面坡度i/()设计坡度I/()管道直径D/(mm)设计流速v/(m/s)设计充满度降落量IL/(m)h/Dh/(m)123456789101314578.122.130.35 3.00 3000.60 0.50.150 1.734 1415357.533.560.42 1.60 4000.60 0.45 0.180 0.572 1516322.437.28-0.16 1.50 4000.60 0.550.220 0.484 16220039.310.00 1.554000.62 0.520.208 0.310 1718254.2 14.120.79 3.00 3000.60.50.15 0.76 1819357.5 23.060.42 3.00 3000.60.50.15 1.07 1920322.4 34.770.16 1.60 4000.610.490.20 0.52 203200.0 40.751.00 1.75 4000.650.510.20 0.35 2122232.0 12.261.08 3.00 3000.60.50.15 0.70 2223289.3 22.690.17 3.00 3000.60.50.15 0.87 234321.9 35.591.24 1.60 4000.610.490.20 0.51 管段编号标 高 /(m)埋设深度 /(m)覆土厚度 /(m)地 面水 面管 内 底上端下端上端下端上端下端上端下端上端下端1111213141516171819201314136.50136.30134.650 132.916 134.500 132.766 2.000 3.534 1.700 3.234 1415136.30136.15132.846 132.274 132.666 132.094 3.634 4.056 3.234 3.656 1516136.15136.20132.274 131.790 132.054 131.570 4.096 4.630 3.696 4.230 162136.20136.20131.790 131.480 131.582 131.272 4.618 4.928 4.218 4.528 1718136.80 136.60 134.950 134.187 134.800 134.037 2.000 2.563 1.700 2.263 1819136.60 136.45 134.187 133.115 134.037 132.965 2.563 3.485 2.263 3.185 1920136.45 136.40 133.061 132.545 132.865 132.349 3.585 4.051 3.185 3.651 203136.40 136.20 132.545 131.195 132.345 130.995 4.055 5.205 3.655 4.805 2122136.75136.50134.900 134.204 134.750 134.054 2.000 2.446 1.700 2.146 2223136.50136.45134.204 133.336 134.054 133.186 2.446 3.264 2.146 2.964 234136.45136.05133.282 130.771 133.086 130.571 3.364 5.479 2.964 5.079 续表2.4管段编号管段长度L/(m)设计流量Q/(L/s)地面坡度i/()设计坡度I/()管道直径D/(mm)设计流速v/(m/s)设计充满度降落量IL/(m)h/Dh/(m)123456789102425355.8 13.70.70 3.00 3000.60.50.15 1.07 2526322.4 24.830.62 3.00 3000.60.50.15 0.97 265200.0 30.42-1.00 1.85 4000.610.410.16 0.37 2728225.38.63.11 3.00 3000.60 0.50 0.150 0.676 2829274.522.1-0.18 3.00 3000.60 0.50 0.150 0.824 2930488.531.20.72 1.75 4000.60 0.43 0.1720.855 306634.633.80.47 1.65 4000.60 0.46 0.1841.047 3132327.59.391.37 3.00 3000.60 0.50 0.150 0.983 3233209.414.081.19 3.00 3000.60 0.50 0.150 0.628 3334349.822.310.14 3.00 3000.60 0.50 0.150 1.049 343599.528.220.50 1.85 4000.60 0.40 0.160 0.184 3536290.640.790.10 1.50 4000.61 0.53 0.212 0.436 367455.848.21.14 1.50 4000.63 0.58 0.232 0.684 管段编号标 高 /(m)埋设深度 /(m)覆土厚度 /(m)地 面水 面管 内 底上端下端上端下端上端下端上端下端上端下端1111213141516171819202425136.45136.20 134.600 133.533 134.450 133.383 2.000 2.817 1.700 2.517 2526136.20136.00133.533 132.566 133.383 132.416 2.817 3.584 2.517 3.284 265136.00136.20132.480 130.106 132.316 129.946 3.684 6.254 3.284 5.854 2728137.50136.80135.650 134.974 135.500 134.824 2.000 1.976 1.700 1.676 2829136.80136.85134.974 134.151 134.824 134.001 1.976 2.850 1.676 2.550 2930136.85136.50134.073 133.218 133.901 133.046 2.949 3.454 2.549 3.054 306136.50136.20133.218 130.171 133.034 129.987 3.466 6.213 3.066 5.813 3132137.20136.75135.350 134.368 135.200 134.218 2.000 2.533 1.700 2.233 3233136.75136.50134.368 133.740 134.218 133.590 2.532 2.910 2.232 2.610 3334136.50136.45133.740 132.691 133.590 132.541 2.910 3.909 2.610 3.609 3435136.45136.40132.601 132.417 132.441 132.257 4.009 4.143 3.609 3.743 3536136.40136.37132.417 131.981 132.205 131.769 4.195 4.601 3.795 4.201 367136.37135.85131.981 129.297 131.749 129.065 4.621 6.785 4.221 6.385 续表2.4管段编号管段长度L/(m)设计流量Q/(L/s)地面坡度i/()设计坡度I/()管道直径D/(mm)设计流速v/(m/s)设计充满度降落量IL/(m)h/Dh/(m)123456789103738536.612.121.16 3.00 3000.60 0.50 0.150 1.610 3839492.724.070.67 3.00 3000.60 0.50 0.150 1.478 3940327.531.061.22 1.70 4000.60 0.43 0.1720.557 4041392.740.480.64 1.50 4000.61 0.48 0.1920.589 4142298.146.92-0.50 1.50 4000.63 0.52 0.2080.447 4243373.753.671.47 1.50 4000.65 0.63 0.2520.561 438206.357.150.00 1.45 5000.65 0.40 0.200 0.299 4445536.615.651.12 3.00 3000.60 0.50 0.150 1.610 4546492.727.450.61 1.80 4000.60 0.39 0.156 0.887 4647327.534.420.46 1.60 4000.60 0.47 0.188 0.524 4748392.742.210.38 1.50 4000.62 0.53 0.212 0.589 4849298.148.440.50 1.50 4000.63 0.58 0.232 0.447 4950237.554.631.26 1.50 4000.65 0.63 0.252 0.356 509206.458.281.21 1.45 500