管网课程设计-污水管道系统设计及雨水管渠系统设计

本科课程设计说明书给排水管道工程设计学院环境学院专业给水排水工程学生姓名指导教师提交日期2013年1月18日

第一题污水管道系统设计设计说明书1.1工程概况本次设计为某街坊的污水排水系统，基本情况如下：（1）人口密度为400人/ha；（2）污水量标准为140L/(人·d)；（3）工厂的生活污水和淋浴污水设计流量分别为8.24L/s和6.84L/s，生产污水设计流量为26.4L/s，工厂排出口地面标高为43.5m，管底埋深不小于2m，土壤冰冻深为0.8m；（4）沿河岸堤坝标高40m。1.2设计内容（1）污水管网总设计，布置总平面图；（2）污水管网各管段流量设计；（3）确定污水管网管段直径，进行水力计算；（4）确定污水管网的埋深和衔接设计；（5）绘制污水管道平面图和剖面图。1.3污水管网设计计算1.3.1在街坊平面图上布置污水管道从街坊平面图可知该地区地势自西北向东南倾斜，坡度较小，无明显分水线、可划分为一个排水流域。街道支管和干管布置在地势较低的东南侧，主干管沿街坊南面布置。整个管道系统呈截留式形式布置，具体如附图1-1。1.3.2街区编号并计算期面积将各街区边上号码，并按照各街区的平面范围计算它们的面积：eq\o\ac(○,1)~eq\o\ac(○,2)街区为7.5ha；eq\o\ac(○,3)~eq\o\ac(○,4)街区为6ha；eq\o\ac(○,5)~eq\o\ac(○,13)街区均为6.4ha。同时用箭头标出各街区污水排出的方向。1.3.3划分设计管段，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、集中流量进入的点及旁侧支管进入的点，作为设计管段的起迄点的检查井并编上号码。（1）居民区生活污水设计流量计算2.3Q≤5L/s总变化系数KZ=2.7/Q0.115＜Q＜1000L/s1.3Q≥1000L/s（2）工业企业生活污水及淋浴污水设计流量计算Q2=8.24+6.84=15.08L/s（3）工业废水设计流量计算Q3=26.4L/s（4）比流量q0=400×140÷86400=0.648(L/(s·ha))各设计管段的设计流量列表进行计算，具体结果详见表2-1。表1-1污水管道设计流量计算表管段编号居住区生活污水量Q1集中流量设计流量(L/s)本段流量转输流量q2(L/s)合计平均流量(L/s)总变化系数KZ生活污水设计流量Q1(L/s)本段(L/s)转输(L/s)街区编号街区面积(ha)比流量q0(L/（s·ha）)流量q1(L/s)(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)(10)(11)(12)3~4——0.000.000.000.00—0.0041.480.0041.484~5360.6483.890.003.892.38.940.0041.4850.421~217.50.6484.860.004.862.311.180.000.0011.182~527.50.6484.864.869.722.1020.410.000.0020.415~6460.6483.8913.6117.501.9734.480.0041.4875.969~1056.40.6484.150.004.152.39.550.000.009.5510~686.40.6484.154.158.302.1417.760.000.0017.766~7116.40.6484.1525.8029.951.8655.710.0041.4897.1911~1266.40.6484.150.004,152.39.550.000.009.5512~796.40.6484.154.158.302.1417.760.000.0017.767~8126.40.6484.1538.2542.401.7975.900.0041.48117.3813~1476.40.6484.150.004,152.39.550.000.009.5514~8106.40.6484.154.158.302.1417.760.000.0017.768~136.40.6484.1550.7054.851.7495.440.0041.48136.921.3.4水力计算确定污水管网的排水定额以后，在平面上量取个各管段的长度和地面标高，查给排水设计手册中排水管网水力计算表（钢筋混凝土圆管，非满流，n=0.014）得最优管径、管道坡度、充满度、管内流速等。污水管设计参数如下，具体计算结果见表1-3。（1）设计充满度h/D污水管一般按非满流设计，设计规范规定的设计最大充满度见表1-2。表1-2管道最大设计充满度管径D/mm设计最大充满度（h/D）管径D/mm设计最大充满度（h/D）200~3000.55500~9000.70350~4500.65≥10000.75（2）设计流速v《室外排水设计规范》规定污水管渠在设计充满度下的最小流速为0.6m/s。最大设计流速是保证管道不被冲刷损坏的流速，该值与管材有关，通常金属管道的最大设计流速为10m/s，非金属管道的最大设计流速为5m/s。（3）最小管径在街区和厂区内的最小管径为200mm，在街道下的最小管径为300mm。（4）最小设计坡度i管径300mm的最小设计坡度为0.003，较大管径的最小设计坡度由最小设计流速保证（5）污水管道埋设深度考虑管道布置时应达到以下要求：=1\*GB3①车行道下污水管的最小覆土厚度不宜小于0.7m；=2\*GB3②污水管段支管起端最小埋深应大于0.6m；=3\*GB3③本设计土壤冰冻深0.8m，管底可埋设在冰冻线以上0.15m。综合考虑以上因素，设计管道的最小覆土厚度为0.7m，最小管底埋设深度为2m，具体深度视情况而定。（6）其他应注意的问题=1\*GB3①必须细致研究管道系统的控制点。这些控制点常位于本区的最远或最低处，他们的埋深控制该地区污水管道的最小埋深。各条管道的起点，低洼地区的个别街坊和污水出口较深的工业企业或公共建筑都是研究控制点的对象。=2\*GB3②必须细致援救管道敷设坡度与管线经过地段的地面坡度之间的关系。使确定的管道坡度，在保证最小设计流速的前提下，又不使管道的埋深过大，以及便于支管的接入。=3\*GB3③水力计算自上游依次向下游管段进行，一般情况下，随着设计流量逐段增加，设计流速也相应增加。如流量保持不变，流速不应减小。只有在管道坡度由大骤然变小的情况下，设计流速才允许减小。另外，随着设计流量逐段增加，设计管径也应该逐段增大，但当管道坡度骤然增大时，下游管段的管径可以减小，但缩小的范围不得超过50~100mm。=4\*GB3④在地面坡度太大的地区，为了减小管内水流的速度，防止管壁被冲刷，管道坡度往往要小于地面坡度，这就有可能使下游管段的覆土厚度无法满足最小限值的要求，甚至超出地面，因此在适当的点可设跌水井，管段之间采用跌水衔接。=5\*GB3⑤水流通过检查井时，常引起局部水头损失。为了尽量降低这项损失，检查井底部在直线官道上要严格采用直线，在管道转弯处要采用匀称的曲线。通常直线检查井可不考虑局部损失。=6\*GB3⑥在旁侧管与干管的连接点处，要考虑干管的已定埋深是否允许旁侧管接入。若连接处旁侧管的埋深大于干管埋深，则需在连接处的干管上设置跌水井，以使旁侧管能接入干管。另一方面，若在连接处旁侧管的管底标高比干管的管底标高高出许多，为使干管有较好的水力条件，需在连接处前的旁侧管上设置跌水井。表1-3污水管道水力计算表管段编号管段长度L(m)设计流量Q(L/s)管段直径D(mm)管段坡度i(‰)管内流速v(m/s)充满度降落量iL(m)标高(m)埋设深度(m)覆土厚度(m)h/Dh(m)地面水面管内底管顶上端下端上端下端上端下端上端下端上端下端上端下端(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)(10)(11)(12)(13)(14)(15)(16)(17)(18)(19)(20)(21)3~422041.484003.00.790.440.1760.66043.5043.0541.67641.01641.50040.84041.90041.2402.002.211.601.814~532050.424003.00.830.480.1920.96043.0542.4041.01640.05640.82439.86441.22440.2642.232.541.832.145~634075.965002.50.850.450.2250.85042.4041.7539.98939.13939.76438.91440.26439.4142.642.842.142.346~734097.195002.20.850.550.2750.74841.7541.2039.13938.39138.86438.11639.36438.6162.893.082.392.587~8340117.385002.10.900.620.3100.71441.2040.7038.39137.67738.08137.36738.58137.8673.123.332.622.838~—136.926001.90.900.520.312—40.70—37.579—37.267—37.867—3.43—2.83—1~232011.183003.50.600.310.0931.12044.5043.8042.59341.47342.50041.38042.80041.8802.002.421.702.122~554020.413502.70.630.370.1301.45843.8042.4041.47340.01541.30739.88541.65739.2352.492.522.143.179~102209.553003.80.600.290.0870.83643.0042.3541.08740.25141.00040.16441.30040.4642.002.191.701.8910~622017.763003.00.640.410.1230.66042.3541.7540.25139.59140.12839.46840.42839.7682.222.281.921.9811~122209.553003.80.600.290.0870.83642.3041.6540.38739.55140.30039.46440.60039.7642.002.191.701.8912~722017.763003.00.640.410.1230.66041.6541.2039.55138.89139.42838.76839.72839.0682.222.431.922.1313~142209.553003.80.600.290.0870.83641.5040.9039.58738.75139.50038.66439.80038.9642.002.241.701.9414~822017.763003.00.640.410.1230.66040.9040.7038.75138.09138.62837.96838.92838.2682.272.731.972.43由表1-3的计算可以看出，在远离污水厂的五个起点1、4、9、11、13中选取4作为控制点是合理的。由工厂接管点4的埋深决定的整个主干管的埋深，可以允许所有的干管接入；同时在6、7、8的连接点处，干管的埋深都要比主干管小得多，为使排水系统有较好的水力条件，需在这几个点前的干管上设置跌水井。最终选取3—4—5—6—7—8作为主干管绘制总纵剖面图（附图1-2）。第二题雨水管渠系统设计2.1设计条件2.1.1雨量分析（1）本设计的暴雨设计重现期为1a，地面集水时间t1=10min；（2）当地暴雨强度公式2.1.2生产废水量各试验室生产废水允许直接排入雨水道，具体废水量见表2-1。表2-1各车间生产废水量表试验室名称废水量(L/s)试验室名称废水量(L/s)A试验室2.5南试验楼B试验室y530出口8y443出口5y515出口3y463出口10D试验室y481出口5y406出口15C试验室6.5y396出口2.52.1.3其它条件（1）厂区道路主干道宽6m，支干道宽3.5m，均为沥青路面；（2）各车间生产废水管出口埋深均为1.50m（指室内地面至管内底的高度）；（3）厂区内各车间及试验室均无室内雨水道；（4）厂区地质条件良好。冰冻深度较小，可不予考虑；（5）出去雨水出口接入城市雨水道，接管点位置在厂南面，坐标为x=722.50，y=520.00，城市雨水道为砖砌拱形方沟，沟宽1.2m，沟高（至拱内顶）1.8m，该点处的沟内底标高为37.70m，地面标高为41.10m。2.2汇水面积划分从平面图可知该研究所地形较为平坦，东西两侧稍高，又北向南有一定坡度。排水流域主要干道划分，流域分界线见附图2-1中的虚线，每一段雨水管段的汇水面积从平面图上量取计算得到，详见表2-2。表2-2汇水面积计算表设计管段编号本段汇水面积编号本段汇水面积(ha)转输汇水面积(ha)总汇水面积(ha)2~310.13100.1313~72、30.1870.1310.3185~740.21400.2147~125、60.5620.5321.09411~1270.22400.22412~1380.3451.3181.66313~1990.2931.6631.95616~18~19100.13200.13219~2011、120.6012.0882.68920~21130.4842.6893.17321~雨水接管点14、150.2643.1733.4372.3雨水管网设计流量计算2.3.1径流系数该研究所主要由建筑物、沥青路面和绿地组成，地面径流系数设计取ψ=0.6。2.3.2断面集水时间和折减系数集水时间t由地面积水时间t1和雨水在管道中流到该设计断面所需要的流行时间t2组成，用下式表示：t=t1+mt2，折减系数设计取m=2。2.3.3雨水管网设计流量计算该研究所雨水管网的汇水面积较小，在整合汇水面积上能产生全面积的径流，同时试验室废水看作集中流量排入雨水管网；雨水流量计算公式为：Q=ψqF式中：Q—要排除雨水的设计流量，L/s；q—雨峰时段内的平均暴雨强度，L/(s·ha)；ψ—径流系数；F—汇水面积，ha。2.4雨水管网的设计与计算2.4.1雨水管网平面布置在雨水水质符合排放水标准的情况下，雨水尽量利用自然坡度，以重力流方式和最短距离排出。雨水干管的布置采用分散式出水口的管道布置形式，这在技术上和经济上都是较合理的。具体的管道布置见附图2-1。2.4.2雨水管网设计步骤（1）划分排水区域和管道定线；（2）划分设计管段和沿线汇水面积；（3）确定设计就散基础数据；（4）确定管道最小覆土厚度和埋深：一般覆土厚度不小于0.7m，埋深见设计条件；（5）设计流量计算；（6）雨水管网水力计算；（7）绘制雨水管道平面图和纵剖面图。2.4.3雨水管道设计参数为使雨水管道正常工作，避免发生淤积和冲刷等现象，本次设计中对雨水管渠水力计算的基本参数作如下技术规定。=1\*GB3①设计充满度：雨水管道按重力流设计，为满流，但雨水较污水清洁的多，对环境污染较小，加上暴雨径流量大，且从减少工程投资的角度出发，雨水管渠允许溢流。=2\*GB3②设计最小流速：雨水中夹带的泥沙量较多，所以设计流速加大，满流时管道内的最小设计流速为0.75m/s。=3\*GB3③最小坡度：为了保证管道内不发生沉积，雨水管道的最小坡度应按最小流速计算确定。=4\*GB3④最小管径：为保证管道养护上的便利，便于管道的清淤，雨水管的管径不宜太小，干道下的雨水管管径最小为300mm，相应的最小坡度为0.003。2.4.4雨水管道水力计算具体计算结果见表2-3。表2-3雨水管道水力计算表管编号管长L/m汇水面积F/ha雨水流行时间/min单位面积径流量q0/L/(s·ha)流量/L/s管径D/mm坡度i/‰流速v/m/s坡降iL/m管道输水能力Q’/L/s地面标高/m管内底标高埋深/m∑t2=∑L/vt2=L/v设计雨水量试验室废水量设计流量Q起点终点起点终点起点终点(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)(8)(9)(10)(11)(12)(13)(14)(15)(16)(17)(18)(19)(20)2~379.30.13101.76132.8217.415.032.43003.00.750.23852.542.6042.3640.9740.731.631.633~741.50.3181.760.92114.2236.315.051.33003.00.750.12552.542.3642.2340.7340.611.631.625~779.30.21401.76132.8228.72.532.23003.00.750.23852.542.4142.2340.9040.661.511.577~1243.51.0942.680.69107.17117.220.0137.24004.01.050.174137.542.2342.0140.5140.341.721.6711~1279.30.22401.76132.8231.1031.13003.00.750.23852.542.3442.0140.8440.601.501.4112~138.61.6633.370.16102.65170.740.0210.75002.20.880.019175.042.0141.9640.2440.221.771.7413~1941.41.9563.530.77101.69198.940.0238.96001.80.900.075252.041.9641.7640.1240.051.841.7116~1979.30.13201.76132.8217.56.524.03003.00.750.23852.542.1941.7640.6940.451.501.3119~2032.92.6894.300.6197.39261.957.5319.47001.40.900.046345.041.7641.6639.9539.901.811.7620~2150.33.1734.910.9194.34299.357.5356.87001.50.920.075355.041.6641.4639.9039.821.761.6121~90.03.4375.8290.28310.357.5367.87001.60.950.144375.041.4641.1039.8239.671.611.43第三题环式管网的水力计算根据题目所给条件，各管段的管长、管径和流向情况如图3-1所示。850-250700-150116.031.620.0850-250700300400-150400-150400-300400-150400-150850-300700-250850-300700-250654 23.636.825.6654350-300350-150350-150350-300350-150350-150850-250700-15016.830.219.2850-250700-150789图3-1环式管网水力计算图（单位：L/s）按照最短路线供水原则，并考虑可靠性的要求进行流量分配。本设计中，流向节点的流量取负号，离开节点的流量去正号，分配时每一节点满足qi+∑qij=0的条件。几条平行的干线，如3—2—1，6—5—4和9—8—7，大致分配相近的流量。与干线垂直的连接管，因平时流量较小，所以分配较少的流量，由此得出每一管段的初步计算流量，再用管网平差法进行校正，最后的水力计算结果见表3-1。

表3-1管网平差计算表环号管段管长(m)管径(mm)初步流量分配第一次平差q(L/s)v(m/s)i(‰)h(m)|sq|Δqq(L/s)v(m/s)i(‰)h(m)|sq|Ⅰ1-2700150-11.00.635.59-3.910.3551.20-9.800.564.49-3.140.3201-44001505.00.2861.350.540.1081.206.200.3561.990.800.1292-5400150-5.00.2861.35-0.540.1083.31-1.690.0960.20-0.080.0474-570025033.60.693.382.370.0712.8236.420.75