浅析输电线路设计与运行中的防雷措施及某县城排水管网课程设计

浅析输电线路设计与运行中的防雷措施摘要:本文研究了我国输电线路防雷设计中常用的几种方法、对提高输电线路的防雷水平进行了探讨。关键字:输电线路,防雷设计,措施1、引言输电线路是电力系统的大动脉,它将巨大的电能输送到四面八方,是连接各个变电站、各重要用户的纽带。输电线路的安全运行,直接影响到了电网的稳定和向用户的可靠供电。因此,输电线路的安全运行在电网中占据举足轻重的地位,是实现“强电强网”的需要,也是向工农业生产、广大人民生活提供不间断电力的需要。2、合理选择输电线路路径大量运行经验表明,线路遭受雷击往往集中于线路的某些地。我们称之为选择性雷击区,或称为易击区:雷暴走廊,如山区风口以及顺风的河谷和峡谷等处;四周是山丘的潮湿盆地,如杆塔周围有鱼塘、水库、湖泊、沼泽地、森林或灌木、附近又有蜿蜒起伏的山丘等处;土壤电阻率有突变的地带,如地质断层地带,岩石与土壤、山坡与稻田的交界区,岩石山脚下有小河的山谷等地,雷易击于低土壤电阻率处;地下有导电性矿的地面和地下水位较高处;当土壤电阻率差别不大时,例如有良好的土层和植被的山丘,雷易击于突出的山顶、山的向阳坡等。在设计时,要避开以上路径。3、输电线路设计与运行中防雷措施3.1架设避雷线架设避雷线是输电线路防雷保护的最基本和最有效的措施。避雷线的主要作用是防止雷直击导线,同时还具有以下作用:分流作用,以减小流经杆塔的雷电流,从而降低塔顶电位;通过对导线的藕合作用可以减小线路绝缘子的电压;对导线的屏蔽作用还可以降低导线上的感应过电压。通常来说,线路电压愈高,采用避雷线的效果愈好,而且避雷线在线路造价中所占的比重也愈低(一般不超过线路的总造价的10%)。因此规程规定,220kV及以上电压等级的输电线路应全线架设避雷线,110kV线路一般也应全线架设避雷线。为了提高避雷线对导线的屏蔽效果,保证雷电不致绕过避雷线而直接命中导线,应当减小绕击率。避雷线对边导线的保护角应做得小一些,一般采用20°~30°。220kV及330kV双避雷线线路应做到200左右,500kV及以上的超高压、特高压线路都架设双避雷线,保护角在15°及以下。为了起到保护作用,避雷线应在每基杆塔处接地。在双避雷线的超高压输电线路上,正常的工作电流将在每个档距中两根避雷线所组成的闭合回路里感应出电流并引起功率损耗。为了减小这一损耗,同时为了把避雷线兼作通讯及继电保护的通道,可将避雷线经过一个小间隙对地绝缘起来。雷击时,间隙被击穿,使避雷线接地。3.2采用绝缘避雷线防雷送电线路的避雷线除用作防雷外,还有多方面的综合作用,如实现载波通信;降低不对称短路时的工频过电压、减小潜供电流;作为屏蔽线以降低电力线对通信线的干扰等。按照用途之不同,避雷线悬挂方式有两种,一种是直接悬挂于杆塔上,另一种是经过绝缘子与杆塔相连,即使避雷线对地绝缘。由于避雷线至各相导线的距离一般是不相等的,它们之间的互感就有些差别,因此,尽管在正常情况下三相导线上的负荷电流是平衡的,但在避雷线上仍然要感应出一个纵电动势。目前我国新设计的超高压线路,一般采用绝缘避雷线以减少能耗。避雷线虽然绝缘,但在雷击时,避雷线的绝缘在雷电先驱放电阶段即被击穿而使避雷线呈接地状态,因而不会影响其防雷效果。3.3降低杆塔接地电阻避雷线与塔脚电阻相配合,在雷击时能够起到大幅度降压的作用,故而对110KV以上的混凝土杆或铁塔线路,是一种最有效的防护措施。接地体的截面积及断面形状对接地电阻值影响不大,因此,接地体材料规格的选择主要考虑腐蚀及机械强度的需要。人工接地体,水平敷设的可采用圆钢、扁钢;垂直敷设的可采用角钢、钢管、圆钢等。接地装置的导体截面,必须符合热稳定与均压的要求。敷设在腐蚀性较强场所的接地装置,应根据腐蚀的性质采取热镀锡、热镀锌等防腐措施,或适当加大截面。钢筋混凝土杆铁横担和钢筋混凝土横担线路的避雷线支架、导线横担与绝缘子固定部分或瓷横担固定部分之间,宜有可靠的电气连接并与接地引下线相连。主杆非预应力钢筋如上下已用绑扎或焊接连成电气通路,非预应力钢筋可兼作接地引下线。在小接地短路电流系统中,如无可靠措施,预应力钢筋不宜兼作接地引下线。利用钢筋兼作接地引下线的钢筋与接地螺母、铁横担或瓷横担的固定部分应有可靠的电气连接。外敷的接地引下线可采用镀锌钢绞线,其截面不应小于25mm2。目前降低杆塔接地电阻的方法有:(1)利用接地电阻降阻剂在接地极周围敷设了降阻剂后,可以起到增大接地极外形尺寸,降低与周围大地介质之间的接触电阻的作用,因而能在一定程度上降低接地极的接地电阻。降阻剂用于小面积的集中接地、小型接地网时,其降阻效果较为显著。降阻剂是由几种物质配制而成的化学降阻剂,是具有导电性能良好的强电解质和水分。这些强电解质和水分被网状胶体所包围,网状胶体的空格又被部分水解的胶体所填充,使它不致于随地下水和雨水而流失,因而能长期保持良好的导电作用。这是目前采用的一种较新和积极推广普及的方法。(2)采用爆破接地技术爆破接地技术是近年发展起来的降低接地装置接地电阻的新技术,通过爆破制裂,再用压力机将低电阻率材料压入爆破裂隙中,从而起到改善很大范围的土壤导电性能的目的,相当于大范围的土壤改性。(3)采用多支外引式接地装置如接地装置附近有导电良好及不冻的河流湖泊,可采用此法。但在设计、安装时,必须考虑到连接接地极干线自身电阻所带来的影响,因此,外引式接地极长度不宜超过l00m。(4)采取伸长水平接地体结合工程实际运用,经过分析,结果表明,当水平接地体长度增大时,电感的影响随之增大,从而使冲击系数增大,当接地体达到一定长度后,再增加其长度,冲击接地电阻也不再下降。3.4安装线路避雷器加装避雷器以后,当输电线路遭受雷击时,雷电流的分流将发生变化,一部分雷电流从避雷线传入相邻杆塔,一部分经塔体入地,当雷电流超过一定值后,避雷器动作加入分流。大部分的雷电流从避雷器流入导线,传播到相邻杆塔。雷电流在流经避雷线和导线时,由于导线间的电磁感应作用,将分别在导线和避雷线上产生祸合分量。因为避雷器的分流远远大于从避雷线中分流的雷电流,这种分流的祸合作用将使导线电位提高,使导线和塔顶之间的电位差小于绝缘子串的闪络电压,绝缘子不会发生闪络,因此,线路避雷器具有很好的钳电位作用,这也是线路避雷器进行防雷的明显特点。3.5架设耦合地线在降低杆塔接地电阻有困难时,可采用架设耦合地线的措施,即在导线下方(或附近)再架设一条地线。它的作用主要有以下方面:加强避雷线与导线间的祸合,从而减少绝缘子串两端电压的反击电压和感应电压的分量;增加了雷击塔顶时向相邻杆塔分流的雷电流。运行经验表明,祸合地线对减小雷击跳闸率的效果是显著的,尤其在山区的输电线路其效果更为明显。我国曾对110kV和220kV有避雷线线路采用过加装祸合地线的作法。4、结束语通过对输电线路防雷的研究,到只要重视输电线路的防雷,加大对输电线路防雷的投入,提高输电线路防雷的科技含量,加强对雷电的监测和预防,加强输电线路的运行维护工作,输电线路防雷是“可控”的,降低其雷击跳闸率是完全可行的。参考文献:1.甘德辉.架空输电线路的防雷.农村电气化,2007,(2):62.黄庆祥.中压架空绝缘线路雷击断线浅析.农村电气化,2005,(2):203.邱毓昌,施围,张文元.高电压工程.西安:西安交通大学出版社,2005,130-157四川理工学院课程设计某县城排水管网课程设计学生：学号：专业：给水排水工程班级：2班指导教师：四川理工学院建筑工程学院二○年六月-5-前言排水管网课程设计是依据批准的当地城镇总体规划及排水工程总体规划进行，按照基本建设程序及有关的设计规定、规程确定。截流式合流制排水系统是由收集城市雨污混合污水的干管和截流干管以及溢流井等相应的一系列附属构筑物组成。其主要内容包括：设计基础数据（如设计区人口密度、水体资料、工程地质条件等）、管道系统的平面布置、合流干管与截流干管的设计流量计算和水力计算、管道系统上某些附属构筑物的设计计算（如溢流井）、根据气象与地形条件，确定设计参数、划分排水区域等。一．排水管网设计说明书1.课程设计任务书及指导书1.1设计范围和任务陕南汉中地区某县城区范围。运用所学的排水管网的相关专业知识，进行陕南汉中地区某县城区排水管道的初步设计。1.2设计原始资料1、设计区总平面图一张（比例为1：10000），污水厂厂址选择在县城夏季主导风向的下风向。常年主导风向为东北风。2、设计街坊人口密度为345人/公顷，卫生设备情况系室内有给排水卫生设备，无淋浴设备，街坊污水出水管管底标高按地面下1.5米考虑。3、工厂污水量为1500m3/日，三班制，排水量时变化系数K=1.5。出水管管底标高30米。管径250毫米，流速0.8米/秒，污水轻微污染允许直接排入城市污水管道。4、火车站污水量为24m3/日，K时=1.1，出水管管径150毫米，管底标高34.7米。5、工程地质资料（按地层深度分）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0.5m。7、水体资料：按当地水文资料，大河1%洪水位标高在城南桥梁处为27米，常水位标高25米，枯水位标高21米，河流由东向西流去，水面坡降约为0.3‰。小河在该河桥梁处的1%洪水位标高为28米，常水位标高26.5米，枯水位标高22米，水面坡降约为0.3‰。8、当地暴雨强度公式为：（升/秒.公顷）。9、设计区地面覆盖情况：厂房占10%；沥青路面占10%；干砌砖面路面占20%；非铺砌路面占40%；草地占20%。1.3规划设计内容及要求采用合流制排水体制，根据地形、地势等资料对排水管网进行全面规划，做到排水管道布置合理。要求按照图纸求出街坊分区面积、各管段排水面积，并根据规范对管网工程进行设计与计算。具体要求：设计说明书要求结构严谨，层次分明，内容完整、书写工整、计算参数选择合理、简图合理、计算准确、符合学科、专业的有关要求，说明书的用语、表格、计量单位、插图应规范标准，符合给水排水专业国家标准，具体包括工程概述、设计依据、原始资料、排水各系统的说明（如排水方式的比较与选择，系统构成，主要设备的型号、规格，管道的布置等）；完成排水系统平面布置图二张，污水、合流管区主干管纵剖面图一张。图纸内容要求能正确、完整地表达设计的内容，制图符合给水排水工程制图标准，排水管线与建筑线条分明，图面整洁。采用统一的规格装订成册。1.4设计成果要求按初步设计深度进行设计。设计说明书一份，应阐述：工程任务及设计范围；主要原始资料简介；采用的各项主要设计标准和设计数据依据；设计方案的选择与选定方案的排水系统和管道布置的阐述；主要设备、管材、接口、基础型式的选用；说明书后应列出管材、构筑物、设备一览表（只列出计算的部分）。设计计算书一份（只要求进行污水和雨水各一条干线的计算）：计算过程应该完整而清楚，水力计算可按表格进行。排水管道总平面布置图（污水、雨水各一张）应标出：管道走向及主干管和干管的平面布置；设计管段应统一编号（从上游往下游顺序编号）设计管段应标注D、i、L（计算管线）图纸名称及方向；图中管径、尺寸、标高、长度等所采用的单位。污水管采用实线表示，雨水采用虚线表示；污水主干管（起点到污水厂）及雨水干管纵剖面图（比例横向1：5000，纵向1：100）图纸总的要求：管网线条突出，其它线条（如建筑、道路线底）较淡细。图纸均按规定的图纸尺寸、图例、比例及字体等绘制，另外应有图纸说明。上述设计成果应统一装订成册。1.5设计参考资料《给水排水制图标准》.GB/T50106—2001．《给水排水国家标准图集》（S1、S2等）．《给水排水工程专业毕业设计指南》，李亚峰主编.化学工业出版社，2003年10月第一版．《建筑给水排水设计手册》.核工业第二研究设计院主编.中国建筑工业出版社，2001第二版．《室外排水设计规范》GB50014-2006．《泵站设计规范》（GB/T50265-97）．《给水排水设计手册》（第1册）常用资料.2.方案的选择和确定2.1排水体制的确定在城市和工业企业中，通常有生活污水、工业废水和雨水。合理地选择排水体制，是城市和工业企业排水系统规划和设计的重要问题。它不仅从根本上影响排水系统的设计、施工、维护管理，而且对城市和工业企业的规划和环境保护影响深远，同时也影响排水系统工程的总投资和初期投资费用和维护管理费用。通常排水系统体制的选择是一项很复杂的很重要的工作。排水体制的选择应该根据城镇及工业企业的规划，环境保护的要求，污水利用的状况，原有排水设施、水质、水量、地形、气候和水体等条件，从全局出发，在满足环境保护的前提之下，通过技术经济比较，综合考虑确定。排水系统的体制一般分为合流制和分流制,两者的各优缺点见下表2-1。表2-1合流制和分流制各方面的比较合流制分流制直流分散式截留式完全分流式不完全分流式环保角度排污口多，水未处理，不满足环保要求晴天污水可以全部处理，雨天存在溢流污水全部处理，初降雨水未处理，但可以采取收集措施污水全部处理，初降雨水未处理，但不易采取收集措施工程造价角度低管渠系统低，泵站污水厂高，管渠系统高，泵站污水厂低初期低，长期高，灵活管理角度不便，费用低管渠管理简便，费用低，污水厂泵站管理不便容易容易由于该县城所处的位置有一大一小两条水源充沛的河流，且流量和流速都足够大，一定量的混合污水排入河流中对水体造成的污染危害程度在允许的范围以内；又由于整个县城地形向水体倾斜，岸边高程大于水体洪水水位的高程，整个管网在中途不需要提升或局部泵站；在满足环保的情况下，从工程造价角度来看，分流制所需要的经济投入较大，成本较高，相反合流制工程造价较低。再结合该县城的地势地形、气候等多方面因素的考虑，最终选择合流制截流式排水系统。2.2工业废水与城市排水系统的关系选择当工业企业位于城市内时，应尽量考虑将工业废水直接排入城市排水系统，利用城市排水系统统一排除和处理，这是比较经济的。但并不是所有的工业废水都能直接排入城市排水系统，我国《室外排水设计规范》(GB50014-2006)规定：工业废水接入城镇排水系统的水质，不应影响城镇排水管渠和污水处理厂等的正常运行；不应对养护管理人员造成危害；不应影响处理后出水和污泥的排放和利用，且其水质应按《污水排入城市下水道水质标准》(CJ3082-1999)执行。在工业企业中，一般采用分流制排水系统，生产污水与生产废水间彼此不宜混合，多数采用清污分流、分质分流，当生产污水与生活污水的成分与水质同生活污水相似时，可将生活污水与生产污水用同一管道系统来排放；生产废水可直接排入雨水管道或者在生产中重复使用。一般食品厂及肉类加工厂等废水，水质与生活污水相似，当工厂位于市区内或距市区较近时，可考虑将这类废水直接排入城市排水管道。符合排入城市下水道的工业废水，单独的进行无害化处理后直接排放，一般并不经济合理。由设计原始资料可知，该县城西北方向所处的工厂排放的污水属于轻微污染，允许直接排入城市污水管道，在管道接入处应设置监测设施。2.3污水处理方式及污水处理厂的确定纵观该县城所处的地势条件，县城的南方、西方有一大一小两条水源充沛的河流，故污水处理方式可采用分散式和集中式两种。但由于该县城采用的排水体制为合流制截流式，因此决定了该县城的污水处理方式必须采用集中式处理。《室外排水设计规范》(GB50014-2006)规定，污水处理厂位置的选择，应符合城镇总体规划和排水工程总体规划的要求，并应根据下列因素综合考虑：在城镇水体的下游；在城镇夏季最小频率风向的上风侧；有良好的工程地质条件；按远期规模确定，有可扩建的可能；便于污水、污泥的排放和收集利用；厂区地形不受水淹，有良好的排水条件；有方便的交通、运输和水电条件。结合该县城的地势地形、风向、河流、工程地质等条件的综合考虑，决定将污水处理厂修建在地势较低较平坦，县城的西南方靠近大河处。3.合流管网工程设计3.1合流管网使用条件和定线截流式合流制管渠系统，是在临河的截流管上设置溢流井。晴天时，截流管以非满流将生活污水和工业废水送往污水处理厂。雨天时，随着暴雨历时的增长，雨水量的不断增加，截流管以满流将混合污水送往污水处理厂。当雨水径流量继续增加到混合污水超过截流管的设计最大输水能力时，溢流井开始溢流。随着降雨历时的延长时，由于降雨强度的减弱，雨水溢流井溢流量减小，最后混合污水又完全由截流管输送，溢流停止。3.1.1截流式合流制采用条件及布置特点截流式合流管渠采用同一管渠排除所有的污水，所以管线比较单一，管渠的总长度较分流制减少了很多。但截流管、污水处理厂、泵站规模都较分流制大，截流管的埋深也因为同时排除污废水而比单设的雨水管渠的埋深大。在遭遇暴雨天时，一部分污废水溢入水体，使水体收到一定程度的污染。由于合流管渠的过水断面很大，晴天旱流量很小，流速很低，往往在管底造成淤积，暴雨时雨水将沉积在管底的大量污染物冲刷起来带入水体，形成污染。因此，排水体制的选择，应根据城镇和工业企业的规划、环境保护要求、污水利用情况、原有排水设施、水质、水量、地形、气候和水体等条件，从全局出发，通过经济技术比较，综合考虑确定。采用截流式合流制必须满足以下三个要求：排水区域内有一处或多处水源充沛的水体，其流量和流速都足够大，一定量的混合污水排入后对水体造成的污染危害程度在允许的范围以内。街坊和街道的建设比较完善，必须采用暗管渠排除雨水，而街道横断面又较窄，管渠的设置位置受到限制时，可考虑采用合流制。地面有一定的坡度倾向水体，当水体高水位时，岸边不受淹没。污水在中途不需要泵站。其中第一条最主要，因为必须保证水体所受的污染程度在允许的范围内，只有在这种情况下才可以根据当地城镇建设及地形条件合理地选用截流式合流制管渠。截流式合流制管渠的布置有以下四大特点：1.管渠的布置应使所有服务面积上的生活污水、工业废水和雨水都能合理地排入管渠，并能以尽可能的最短距离流向水体。2.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，使超过截流干管最大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。3.必须合理地确定溢流井的数目和位置，以便尽可能减少对水体的污染、减小截流干管的尺寸和缩短排放渠道的长度。4.在合流制管渠系统的上游排水区域内，如果雨水可沿地面的街道边沟排泄，则该地区域可只设置污水管道。只有当雨水不能沿地面排泄时，才考虑布置合流管渠。从对水体污染情况来看，截流式合流制管渠中的初始雨水虽然被截流干管截流，但溢流的混合污水总比一般雨水脏，为保护环境，溢流井的数目宜少，且位置应尽可能设置在水体的下游。从经济上讲，为了减小截流干管的尺寸，溢流井的数目多一点好，这可使混合污水及早溢入水体，降低截流干管的设计流量。但溢流井过多会增加溢流井和排放管渠的造价，为减少泵站造价和便于管理，溢流井应适当集中，且不宜过多。3.1.2合流管网的定线由于截流式合流制管网是在同一管渠内排出生活污水、工业废水和雨水，所以其定线也必须同时满足污水管道的定线要求和雨水管渠的定线要求。1.定线原则：尽可能在管线较短和埋深较小的情况下，让最大区域的混合污水能自流排出；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；根据城市规划布置合流制管渠；合理布置雨水口，保证路面雨水排出畅通。布置管线是确定截流式合流制管渠系统总体布置的重要步骤。在定线时应考虑地形地貌等因素的影响。根据地形条件，污水厂和大河的位置布置截流式合流制管道，依次定出截流干管、干管、街道支管。并在截流干管的适当位置布置合适数目的溢流井，以减小截流干管的尺寸。2.划分排水区域和截流式合流制管道定线根据该县城所处的地形划分排水区域，划出排水区面积并编号，划分时应尽量使排水区的面积均匀的增加，标出每块排水区的水流方向。由于该县城的排水体制采用的是截流式合流制，所以截流干管的布置必须紧靠水源充沛且符合排放标准的水体，再结合当地城镇的地形地貌状况，可确定截流干管应从城镇东南方向西南方布置在紧靠大河右岸处。布置干管时应充分利用地形，使管道的走向符合地形趋势，混合污水能靠重力自然排入截流干管。街道支管的布置应能接收当前管道所处街区的全部面积上的汇水，且能满足与干管的衔接要求。3.合流管道在街道下面的位置在城市道路下，有着各种各样的管线工程以及地铁、地下人行道等地下设施。由于合流管道为重力流管道，其埋设深度较其他管线大，并且连有很多支管，必须合适安排其位置，以解决施工和运营维护管理的困难。而且合流管道难免会渗漏、损坏，从而对附近的建筑物（基础）造成危害或污染生活饮用水。因此，合流管道与建筑物之间应该保证有一定的距离，当其与生活给水管道相交时，合流管道应该敷设在生活给水管道的下面，防止危害。进行管道综合规划时，所有地下管线应尽量布置在人行道、非机动车道和绿带下，只有在不得已的情况下，才考虑将埋设深度较大、检修次数较少的合流管道布置在机动车道下。从建筑红线向道路中心线方向，管线布置顺序为：电力电缆—―电信电缆—―煤气管道—―热力管道—―给水管道—―合流管道。若各种管线在布置发生矛盾时，处理的原则是：新建让已建的，临时的让永久的，小管让大管，压力管让重力流管，可弯让不可弯的，检修次数少的让检修次数多的。4.设计管段及其划分两个检查井之间的管段采用的设计流量不变，且采用同样的管径和坡度，因此称它为设计管段。但在划分设计管段时，为了简化计算，不需要把每个检查井都作为设计管的起讫点。因为在较长的直线管段上，为便于运营维护疏通管道，需要在一定距离处设置检查井。在进行计算之前，应该给计算管道两端的每一个检查井编上号码。一般在以下几种情况下需设置检查井：有流量进入，接入旁侧管道处；管径发生变化的地方；管道发生转弯的地方；直线管段长度较长时；3.2合流管网的设计流量由于截流式合流制管渠中排除的是雨水和污废水的混合污水，所以在设计流量时，不能单按污废水或雨水的设立流量进行设计，必须综合污废水和雨水的流量。而且因为截流干管上设置有溢流井，其设计流量在溢流井上游和下游也是不同的。现对溢流井上下游的流量设计分述如下：3.2.1第一个溢流井上游管渠的设计流量如图3-1所示，第一个溢流井上游管渠的设计流量为生活污水设计流量（）、工业废水流量（）与雨水设计流量（）之和（3-1）当生活污水与工业废水设计流量之和比雨水设计流量小的很多，其流量一般可以忽略不计，因为它们的加入与否往往不影响管径和管道坡度的决定。即使生活污水量和工业废水量较大，也没有必要把3图3-1设有溢流井的合流管渠部分设计流量之和作为截流式合流管渠的设计流量，因为这3部分设计流量同时发生的可能性很小。故一般以雨水的设计流量（）、生活污水的平均流量（）与工业废水最大班的平均流量（）之和作为合流管渠的设计流量，即（3-2）当时，（3-3）在晴天时，合流管渠中仅仅为生活污水的平均流量（)和工业废水最大班的平均流量（）之和，称之为旱流量（）。生活污水的平均流量指的是总变化系数采用1，工业废水最大班平均流量指的是时变化系数采用1。1.街区生活污水平均流量按下式计算（3-4）式中—―街坊生活污水平均流量（L/s）；—―街坊生活污水定额（）;—―设计人口数；—―生活污水量总变化系数，；—―“人”的计量单位。也可以采用比流量的方式进行计算：根据各区的污水量定额()和人口密度()，可求出各区的生活污水平均流量（）。即（3-5）式中—―比流量()；—―人口密度()；—―街坊生活污水定额()。（3-6）式中—―本段流量(L/s)；—―设计管段服务的街区面积(ha)，参见原始资料平面布置图；—―比流量()；—―生活污水量总变化系数，。街坊生活污水定额的确定应根据当地采用的用水定额，一般取用水定额的80%计算。若当地缺少实际用水定额资料时，可根据《室外排水设计规范》GB50014-2006规定的居民生活用水定额（见表3-1）和综合生活用水定额（见表3-2），结合当地的实际情况选用。表3-1居民生活用水定额（平均日）（）特大城市大城市中、小城市一区140～210120～190100～170二区110～16090～14070～120三区110～15090～13070～110表3-2综合生活用水定额（平均日）（）特大城市大城市中、小城市一区210～340190～310170～280二区150～240130～210110～180三区140～230120～200100～170注：一区包括：贵州、四川、湖北、湖南、江西、浙江、福建、广东、广西、海南、上海、云南、江苏、安徽、重庆；二区包括：黑龙江、吉林、辽宁、北京、天津、河北、山西、河南、山东、宁夏、陕西、内蒙古河套以东和甘肃黄河以东的地区；三区包括：新疆、青海、西藏、内蒙古河套以西和甘肃黄河以西的地区。通过对比可知该县城所处的地区属于二区，再结合排水系统的设施和排水系统完善程度，经过综合分析考虑确定选取生活用水定额为150，从而可确定街坊的生活污水定额。2.工厂生活污水设计流量按下式计算(3-7)式中—―工厂生活污水设计流量（L/s）；—―一般车间最大班职工人数（）；—―热车间最大班职工人数（）；—―一般车间职工生活污水定额（L/(cap.班)）；—―热车间职工生活污水定额（L/(cap.班)）；—―一般车间生活污水量时变化系数，=1；—―热车间生活污水量时变化系数，=1；—―每班工作时数（h）。3.雨水设计流量按下式计算（3-8）式中—―雨水设计流量（L/s）；—―径流系数，其数值小于1；—―汇面积（）；—―设计暴雨强度（）。（1）暴雨强度公式由给定的设计原始资料可知，该县城的的暴雨强度公式为：（3-9）式中—―设计暴雨强度（）；—―设计重现期（a）；—―降雨历时（min）。（2）设计重现期暴雨强度随重现期的不同而不同。在设计中若重现期选用较大，则暴雨强度大，相应的雨水设计流量大，管渠的断面相应大。这样偏安全，有利于防止地面积水，但工程造价高。若重现期选用较低，则暴雨强度小，雨水设计流量小，管渠断面小。这样工程造价低，但可能会发生排水不畅、地面积水，或对城市生活及生产造成危害。应根据汇水地区性质、地形特点和气候特征等因素确定。在同一排水系统中可采用同一重现期或不同重现期。重现期一般选用0.5～3a，重要干道、重要地区或短期积水即能引起较严重后果的地区，一般选用3～5a，并应与道路设计协调。特别重要地区和次要地区可酌情增减。通过对该县城的地形、气候等条件进行综合评估分析，最终确定本设计中选择重现期P=1a。（3）集水时间通常将雨水径流从流域的最远点留到出口断面的时间称为集水时间。对管道的某一设计断面来说，集水时间由地面集水时间和管内雨水流行时间两部分组成：（3-10）式中—―折减系数，本设计中取；—―降雨历时（min）；—―地面集水时间（min）；—―管内雨水流行时间（min）。（3-11）式中L—―各管段的长度(m)；v—―各管段满流时的水流速度(m/s)；60—―单位换算系数，1min=60s。本设计中选择=10min。（4）径流系数影响径流系数取值的主要因素有：1)降雨条件：包括降雨强度，降雨历时，雨峰位置，前期雨量，强度递减情况，全场雨量，年降雨量等。其中降雨前期雨量对值的影响较为突出。2)地面条件：包括地面覆盖，地面坡度，地貌，建筑物密度分布，路面铺砌情况，汇水面积及其宽长比，地下水位，管渠疏密等。其中地面覆盖是主要因素。一般情况下，屋面为不透水材料覆盖、沥青路面、地形坡度大、降雨历时较长、暴雨强度较大的值大，非铺砌土路面、种植植物的庄园的值较小。由于影响因素很多，要精确地求定其值是很困难的。目前在合流管渠设计中，径流系数通常采用地面覆盖种类确定的经验数值。值见表3-3。表3-3径流系数值地面种类值各种屋面、混凝土和沥青路面大块石铺砌路面和沥青表面处理的碎石路面0.900.60续表3-3级配碎石路面干砌砖石和碎石路面非铺砌土路面公园和绿地0.450.400.300.15通常汇水面积是由各种性质的地面覆盖所组成，随着它们占有的面积比例变化，值也各异，所以整个汇水面积上的平均径流量值是按各类地面面积用加权平均法计算而得到，即：（3-12）式中—―汇水面积上各类地面的面积（ha）；—―相应于各类地面的径流系数；—―全部汇水面积（ha）。根据给定的设计原始资料可知设计区的地面覆盖情况为：厂房占10%；沥青路面占10%；干砌砖面路面占20%；非铺砌路面占40%；草地占20%。所以该城镇街坊汇水面积上的平均径流系数：3.2.2溢流井下游管渠的设计流量合流制排水管渠在截流干管上设置溢流井后，对截流干管的水流情况影响很大。不从溢流井泄出的雨水量，通常按旱流量的指定倍数即截流倍数计算，如果流到溢流井的雨水量超过，则超过的水量由溢流井溢出，并经过排放渠道泄入水体。因此，第一个溢流井下游管渠的雨水设计流量为：（3-13）式中—―溢流井下游本段管段排水面积上的雨水设计流量，按相当于此排水面积的集水时间计算而得。溢流井下游管渠的设计流量是上述雨水设计流量与生活污水平均流量及工业废水最大班平均流量之和，即：（3-14）式中—―溢流井下游管渠的设计流量；—―溢流井下游本段管段排水面积上的生活污水平均流量与工业废水最大班平均流量之和。暴雨天时，截流干管以满流的形式输送混合污水，多余的混合污水通过溢流井溢出，所以排放渠道的设计流量为：（3-15）式中—―排放管渠的设计流量（L/s）；—―溢流井上游雨水流量（L/s）；—―溢流井上游旱流流量（L/s）。从环境保护的角度出发，为使水体少受污染，应采用较大的截流倍数。但从经济上考虑，截流倍数过大，会大大增加截流干管、提升泵站以及污水处理厂的造价，同时造成进入污水处理厂的污水水质和水量在晴天和雨天的差别过大，给运营维护管理带来相当大的困难。为使整个合流管渠排水系统的造价合理和便于运营维护管理，不宜采用过大的截流倍数。截流倍数应根据旱流污水的水质和水量以及总变化系数，水体的卫生要求，水文、气象条件等因素确定。《室外排水设计规范》GB50014-2006规定采用1～5，采用的截流倍数必须经当地卫生主管部门的同意。本次设计采用截流倍数=3。在地下水位较高地区，因当地土质、管道及接口材料，施工质量等因素的影响，一般均存在地下水渗入现象，设计合流管渠系统时宜适当考虑地下水渗入量。有给定的设计原始资料可知，地下水位在地面以下5.5公尺，水质无侵蚀性。设计管段管底标高均高于地下水位，因此该城市合流排水管网设计不考虑地下水入渗量。综上所诉，对本次设计的设计流量基本数据做个基本的汇总。街坊人口密度：345街坊污水定额：120故街坊比流量：工厂污水量：火车站污水量：折减系数：重现期：暴雨强度：地面集水时间：平均径流系数：截流倍数：3.3合流管网的水力计算3.3.1水力计算的基本公式合流管道水力计算的目的，在于合理的经济的选择管道断面尺寸、坡度和埋深。由于一般混合污水为非均匀流，因此在设计与施工中要注意改善管道的水力条件，使管内混合污水的流动状态尽可能接近均匀流。因为变速流公式计算的复杂性和混合污水的变化不定，即使采用变速流公式计算也很难保证精确。所以，为简化计算工作，目前仍采用均匀流公式进行管道的水力计算。1.流量公式（3-16）2.流速公式(3-17)式中—―流量（）；—―过水断面面积（）；—―流速（）；—―水力半径（过水断面面积与湿周的比值）（）；—―水力坡度（等于水面坡度，也等于管底坡度）；—―流速系数或谢才系数。值一般按曼宁公式计算，即：（3-18）将以上三式综合得：（3-19）（3-20）式中—―管壁粗糙系数。该值根据管渠材料而定，见表3-4。表3-4排水管渠粗糙系数表管渠种类值陶土管铸铁管0.013混凝土和钢筋混凝土管、水泥砂浆抹面渠道0.013～0.014石棉水泥管钢管0.012浆砌砖渠道0.015浆砌块石渠道0.017干砌块石渠道0.020～0.025土明渠（带或不带草皮）0.025～0.0303.3.2合流管道水力计算的设计参数从水力计算公式可知，设计流量与设计流速及过水断面有关，而流速则是管壁粗糙系数、水力半径和水力坡度的函数。为了保证合流管道正常运行，在《室外排水设计规范》GB50014-2006中对这些因素规定，在进行设计时应予以遵守。同时，为了降低管网的工程造价，必须合理的进行设计。1.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之间的比值称为设计充满度(或水深比)，如图3-2示。当＝1时称为满流，当<1时，称为非满流。通常情况下，雨水流量比污水流量大的多，所以在确定管道的设计充满度时按雨水管渠设计流量来算。《室外排水设计规范》GB50014-2006规定，雨水管渠设计按满流考虑，所以本设计中也以满流计算，及设计充满度＝1。图3-2充满度示意2.设计流速当设计流速过小时，污水中所含的杂质很可能下沉，产生淤积；当设计流速过大时，又可能产生冲刷现象，甚至损坏管道。因此，为了防止管道中产生淤积和冲刷，设计流速不宜过小或过大，应在最小设计流速和最大设计流速的范围之内。因为合流制管道是输送雨水和污废水的混合污水的，设计管径很大。晴天时，只有生活污水和工业废水在管内流动，所以在考虑最大最小设计流速时应按照污水管道设计流速考虑。根据国内污水管道实际运行情况的观测数据并参考国外经验，污水管道最小设计流速为0.6m/s，金属管道最大设计流速为10m/s，非金属管道最大设计流速为5m/s。所以合流制管道最小设计流速0.6m/s，金属管道最大设计流速10m/s，非金属管道最大设计流速5m/s。3.最小设计管径根据养护经验证明，管径过小极易堵塞，且运营管理维护也困难的多，比如150mm管道的堵塞次数是200mm管道堵塞次数的两倍，使养护道路的费用大大增加。且在相同的的埋深下，施工费用相差不多。此外，采用较大的管径，可选用较小的坡度，使管道的埋深减小。根据《给水排水设计手册》（第1册）常用资料中可知合流制管道的最小设计管径为200mm。4.最小设计坡度在合流管道系统中，通常使管道敷设坡度与本段管道所在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，以防止管道内产生沉淀。当管径越大时，相应的最小设计坡度也越小。《室外排水设计规范》GB50014-2006规定：管径200mm的最小设计坡度0.004；管径300mm的最小设计坡度0.003；5.合流管道的埋设深度和控制点埋深管道埋深包括覆土厚度和埋设深度，分别指管道外壁顶部到地面的距离和管道内壁底部到地面的距离，合流管道最小覆土厚度一般不低于700mm。在合流管网中，同一直径的管道，采用的管材、接口和基础型式均相同，因其埋设深度不同，管道单位长度的工程费用相差较大。为了降低造价，缩短施工期，管道埋设深度愈小愈好。但覆土厚度应有一个最小的限值，一般规定应满足下列三个的要求：（1）必须防止管道内混合污水冰冻和因土壤冻胀儿损坏管道；（2）必须防止管壁因地面荷载而受到损坏；（3）必须满足街区连接管衔接要求。除考虑管道的最小埋深外，还应考虑最大埋深问题。污水在管道中依靠重力从高处流向低处。当管道的坡度大于地面坡度时，管道的埋深就愈来愈大，尤其在地形平坦的地区更为突出。埋深愈大，则造价愈高，施工期也愈长。最大允许埋深应根据技术经济指标、施工方法及当地土质视具体情况而定，一般在干燥土壤中，最大埋设深度不超过7～8m，多水、流沙、石灰岩地层中，一般不超过5m。在合流排水区域内，对管道系统的埋深起控制作用的地点称为控制点。因此，控制点埋深的确定对管道系统的埋深有很大影响。根据给定的设计原始资料可知，工厂出水管管底标高为30米，火车站出水管管底标高为34.7米，通过该县城所在的地形进行综合分析可确定出本次设计的控制点管底标高为34.7米。6.采用的管材由于合流管渠中长时间排送的是生活污水和工业废水，雨天满流的情况占极少数，又管径很大，所以本设计中按满流方式采用钢筋混凝土（满流=0.013）。管道基础采用混凝土基础。7.管道的衔接方式合流管道在管径、坡度、高程、方向发生变化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。如图3-3所示。水面平接指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。一般同管径时采用；管顶平接指使上游管段终端和下游管段起端的管顶标高相同。一般不同管径时采用。图3-2管道的衔接（1）水面平接；（2）管顶平接无论采用何种衔接方式，下游管段起端的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。当地面坡度很大时，为了减小流速和保证下游管段的最小覆土厚度、减少上游管段的埋深，可根据地面坡度采用跌水连接，如图3-4所示。图3-4管段跌水连接1—管段；2—跌水井8.溢流井的设置溢流井是截流干管上最重要的构筑物，溢流井的位置应根据截流干管位置、合流管道位置、溢流管下游水位高程和周围环境等因素确定。溢流井的溢流水位必须高于设计洪水位，当不能满足要求时，应设置闸门等防倒漏设施。根据提供的设计原始资料、管道的平面布置以及工程造价可初步确定本设计中在3、6、9号采用槽式溢流井，其槽顶与截流干管的管顶相平。9.检查井的最大间距检查井在直线管段上的最大间距应根据疏通方法等具体情况确定，一般宜按表3-5的规定取值。表3-5检查井最大间距管径（mm）合流管道最大间距（m）200～40050500～70070800～100090110020001203.4合流管网工程量统计根据管网的平面布置列出截流干管管材、构筑物，如表3-6所示。表3-6截流干管工程量统计管材管径（mm）管长（m）检查井数目（个）备注钢筋混凝土圆管3001202在截流干管3、6、9号处设置槽式溢流井。钢筋混凝土圆管500230、2707钢筋混凝土圆管600240、2706钢筋混凝土圆管700300、2706钢筋混凝土圆管8002503钢筋混凝土圆管9002002钢筋混凝土圆管8003004二．排水管网设计计算书1.合流管网设计计算1.1设计管段检查地面标高在进行管道水力计算时，需要已经检查井的标高来推算设计管段的起始末端标高以及管道埋深。由已知的等高线，可根据等高线比法求出每个检查井的地面标高，例如检查井1的地面标高计算：作过检查井1等高线32到等高线33的最短直线，量取检查井1到等高线33的距离为18.9082mm，再量取两等高线直线的距离为25.2511mm，设检查井1到等高线33的高差为m，则，解得m，所以检查井1地面标高为m。其余各检查井地面标高见表1-1。表1-1检查井地面标高表检查井编号地面标高（m）检查井编号地面标高（m）检查井编号地面标高（m）检查井编号地面标高（m）检查井编号地面标高（m）132.2511129.4482133.5313132.0634134.031231.8801235.9942232.9803231.6234232.365331.0241335.3432332.7403331.0724331.727430.6301434.6932432.3983434.8774431.316530.4511533.9912532.0113534.1034530.640630.2921633.2342631.3053632.8844631.441730.1991732.5752733.2583732.5054730.633829.6671832.1322832.8593832.0714830.701929.6501935.8832932.6223931.4684930.2451029.6452034.2753032.4084030.782污水厂29.2621.2排水区编号及其面积对各个街坊进行排水分区并编上号码，再计算出每个排水区的面积，编号及具体布置见总平面布置图。将其面积汇总到表1-2中。应当注意的是分区应尽量使其面积较小，从而尽快排走地面的雨水，不致于形成积水影响行人安全。表1-2排水分区编号及其面积分区编号分区面积（ha）分区编号分区面积（ha）分区编号分区面积（ha）分区编号分区面积（ha）分区编号分区面积（ha）11.347271.781531.793791.4481050.88620.918281.979541.908801.9241061.30230.918291.249551.234811.7851071.44141.862301.418560.973820.9951081.23651.188311.418671.461831.2501091.23661.188320.946581.461840.8801101.02971.651331.507591.102852.0971112.45181.101341.507601.654861.3861122.45191.651351.005611.654871.0721131.656101.651361.469621.162881.0081141.993111.101371.469631.162891.4721151.666121.651381.469641.162901.4731162.175131.848391.469651.162911.9801171.808141.645401.654661.225920.9671181.465151.165411.900671.226931.6141191.381161.174421.185681.225942.2731202.169171.174430.793691.226951.6141211.570182.025441.193701.850960.7581222.323190.675451.193711.850971.6511231.788201.166460.865721.108981.6511240.765212.155471.296731.660991.1011251.718220.989481.296741.6601002.0091262.848231.400491.216751.7941011.3401271.570续表1-2241.406501.216761.8651022.0091281.718251.400511.216771.1751032.227工厂16.331261.406521.216782.4751040.982火车站1.2261.3合流管网水力计算对合流管道的水力计算，要从合流干管到截流干管计算设计流量，包括雨水量、生活污水量及工业废水量；然后根据设计流量查水力计算表（满流）得出设计管径和坡度，本设计采用的是管道粗糙系数；最后校核旱流情况。1.3.1合流干管的设计流量计算和水力计算从说明书中可知，合流管道的设计流量等于雨水设计流量和生活污水的平均流量及工业废水最大班的平均流量之和，即。选取19～21号管段进行设计流量、水力计算举例。1.19～20段排水区面积：火车站（1.226ha）生活污水平均流量：雨水设计流量：故本段设计流量：两个检查井之间的地面坡度‰，根据设计资料可知火车站出水管道埋深为1.183m，故检查井19的管道埋深可取1.300m。查《给水排水设计手册》（第1册）常用资料可确定本段设计管径D=250mm，设计坡度为9.1‰，设计流速v=1.156m/s。2.20～21段本段排水区面积：1.193ha转输排水区面积：火车站（1.226ha）生活污水平均流量：雨水设计流量：雨水在19～20管段流行的时间所以故本段设计流量：两个检查井之间的地面坡度‰，查《给水排水设计手册》（第1册）常用资料可确定本段设计管径D=300mm，设计坡度为7.3‰，设计流速v=1.169L/s。表1-3系管段19～5的水力计算结果。现对其中部分计算说明如下：表1-3合流干管水力计算表（19～5号检查井）管段编号管长（m）排水面积（ha）管内流行时间（min）设计流量（L/s）设计管径mm设计坡度‰本段转输总计累计∑t2本段t2雨水生活污水总计12345678910111219～2020～2121～2222～2323～2424～2525～2626～52101501501401801902101701.2261.1932.1661.2962.3982.3782.3783.0181.2262.4194.5855.8818.27911.87314.2511.2262.4194.5855.8818.27910.65714.25117.2693.035.177.5010.4413.5616.4720.173.032.142.332.943.122.913.702.7856.26681.593132.637148.780182.575208.518253.652277.1900.2780.8501.8872.5083.6564.7966.5177.96356.54482.443134.524151.288186.231213.314260.169285.1532503004005005005006006009.17.34.21.72.53.21.92.2设计流速m/s管道坡降（m）管道输水能力（L/s）地面标高（m）管内底标高（m）埋深（m）旱流量校验起点终点起点终点起点终点旱流量（L/s）充满度流速m/s续表1-31314151617181920212223241.1561.1691.0740.7930.9621.0880.9471.0191.9111.0950.6300.2380.4500.6080.3990.374578313515619021527029035.88334.27533.53132.98032.74032.39832.01131.30534.27533.53132.98032.74032.39832.01131.30530.45134.58332.62231.42730.69730.45930.00929.30128.90232.67231.52730.79730.45930.00929.40128.90228.5281.3001.6532.1042.2832.2812.3892.7102.4031.6032.0042.1832.2812.3892.6102.4031.9230.2780.8501.8872.5083.6564.7966.5177.9630.100.110.110.110.400.420.400.401.3.2截流干管的设计流量计算和水力计算截流干管溢流井上游管道的设计流量计算与合流干管的计算相同，故本处就溢流井下游管道设计流量的计算举例（3～4管段）。本段排水区面积：1.185ha转输排水区面积：57.221ha集水时间：上游雨水流量：上游旱流量：截流干管截流设计量：由公式（3-13）可知溢流井下游管段的雨水设计流量：所以溢流井下游管段的设计流量为：溢流井溢出流量：截流干管水力计算见表1-4。表1-4截流干管水力计算表管段标号管长m排水面积（ha）管内流行时间（min）设计流量（L/s）本段转输总计累计∑t2本段t2溢流井溢出量雨水生活污水工业废水总计1234567891011121～22～33～44～55～66～77～88～99～1010～1111～污水厂1202302702402502503002002702303001.6454.3931.1853.8082.4591.4483.5383.4011.4653.5261.6451.18520.0361.44825.7751.46528.50633.4971.6456.0381.1853.99322.4951.4484.98629.1761.4654.99133.49701.8405.3710.2903.6313.1304.4133.511.843.285.374.923.383.634.532.504.414.043.31772.012639.710737.78275.495226.043136.611196.285581.463264.097358.126777.274309.505394.129650.0900.7882.89227.97729.89038.18455.80057.49469.0818