1、排水管网课程设计计算书山东农业大学课程设计任务书题 目齐河县开发I区污水、雨水管网设计学 院水利土木工程学院专 业给排水科学与工程学生姓名卞晓彤班 级2013级3班指导教师姜瑞雪指导教师签字教研室主任签字下发日期2015年12月7日第一章：设计任务1.1设计资料1.1.1条件图齐河县开发区规划图一张（含地形标高）。1.1.2城市概况齐河县位于山东省省会济南市市西，黄河北岸，与济南市隔河相望。根据齐河县开发区总体规划，2015年人口密度达400人/10000m2。1.1.3气候条件齐河县属暖温带半湿润大陆性季风气候，平均气温13.4，多年平均降水量622mm，雨热同期，四季分明，气候温和，热量充
2、足，适宜多种农作物生长。主导风向为西南风，次为西北风。1.1.4水文及地质齐河县城除黄河外均属海河流域徒骇河水系，河网密布，境内流长326.24公里。齐河县由于靠近黄河，水源充足，平时流量较大，枯水期有时断流。本县内最长的河流是赵牛河，汇入徒骇河。赵牛河50年一遇最高洪水位20.00米,常水位18.00m；最低水位16.50m，河床高程15.00m。齐河县现成地质条件很好，地下土壤为砂质粘土，地下水水位深度在45m，最大冻土深度为0.40m。1.1.5主要工业企业齐河县开发区主要排污企业位置已标在县城规划图纸上。各排污企业排污量见下表。主要工业企业排污量一览表序号企业名称流量(m3/d)变化系
3、数1酒厂15001.22制药厂15001.33屠宰厂30001.24造纸厂45001.25化肥厂45001.36化工厂30001.21.1.6其它参数综合生活污水定额160L/人d，街道污水管起点埋深1.50m。暴雨强度公式：1.2设计原则执行国家关于环境保护的政策，符合国家有关规范和标准的要求，在城镇总体布局的基础上，结合地形和环境保护要求统一规划城镇排水管道系统；既技术先进，又切合实际，安全适用，具有良好的环境效益，经济效益和社会效益；做到技术可靠，经济合理。1.3 设计任务根据给予的城镇总平面图和设计原始资料，独立完成该城镇排水管道系统的设计。包括：（1）了解和熟悉城镇的概况；（2）确定
4、排水系统的体制；（3）考虑工业废水与城镇生活污水有无合并处理的可能性；（4）根据城镇污水是分散处理或集中处理，确定污水厂、出水口的位置；（5）污水管道的布置和定线；（6）污水管道设计流量计算；（7）污水主干管的水力计算；（8）雨水管渠的布置和定线；（9）雨水管渠的设计流量计算和水力计算； (10)绘制排水管网总平面图； (11)绘制污水主干管及雨水干渠的纵断面图。第2章 方案选择和确定2.1 排水体制的确定 在城镇和工业企业中，通常有生活污水、工业废水和雨水。合理地选择排水体制，是城镇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，而且对城镇和工业企业
5、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。二者的优缺点比较见表2.1。表2.1 合流制和分流制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
6、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通过上述比较，完全分流制体系工程造价虽然稍高，但是环保效果好，管理方便，对于该镇本身来讲，只有一条河流过，其对该镇以后发展的意义很大，必须保护好河水资源，环保要求高。我国室外排水设计规范(GB50014-2006)规定，在新建地区排水系统一般采取分流制。综合考虑分析，本工程即属于新建地区的排水系统，并结合该镇的地形，气候，原有排水设施的状况等因素考虑，本镇的排水系统的体制选择完全分流制（雨污分流
7、制）。2.2 工业废水与城镇排水系统的关系选择这是工业废水与城镇污水是否合并的问题。当工业企业位于城镇内，应尽量考虑将工业废水直接排入城镇排水系统，利用城镇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镇排水系统，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镇下水道水质标准(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
8、、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，当工厂位于镇区内或距镇区较近时，可考虑将这类废水直接排入城镇排水管道。符合排入城镇下水道的工业废水，单独的进行无害化处理后直接排放，一般并不经济合理。本镇目前的工厂有酒厂、制药厂、屠宰厂、造纸厂、化肥厂、化工厂，可以经处理后直接排入城镇排水管道，与生活污水统一处理。工业废水管道接入城镇排水系统时，必须按废水水质接入相应的城镇排水管道。废水管道宜尽量减少出口，在接入城镇排水管道前应设置监测设施。
9、2.3 污水处理方式的选择综合考虑本镇的地形，气候和水体状况以及城镇的发展规划，并经过经济技术比较，采取污水合并集中处理的方式，具体考虑因素如下：(1) 将污水合并处理可以体现规模效益。 (2) 根据水流方向和常年风向，选择污水厂的场址。室外排水设计规范(GB50014-2006)规定，污水厂位置的选择必须在城镇水体的下游，便于处理后出水会用和安全排放；污水厂厂址的选择应该有扩建的可能。具体选址参见该排水管道设计布置总平面图。综上所述，方案确定为：将两区的污水合并收集，并输送至位于河西北区沿河下游的污水处理厂进行处理。第3章 污水管网工程设计3.1 污水管网定线3.1.1污水管道定线的基本原则
10、充分利用城镇地形、地质、地貌特点，尽可能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。布置管线是确定污水管道系统总体布置的重要步骤。在定线时应考虑地形等因素的影响。根据地形，污水厂和出水口位置布置污水管道，依次定出主干管、干管、街道支管，并考虑设置泵站的合理位置。一般应将主干管和流域干管放在较平坦的集水线上，让污水尽量以重力流排送，污水干管与主干管应尽量避免和障碍物相交，如遇特殊地形时应考虑特殊措施（如跨越河道的倒虹管等），在图上标明。3.1.2污水管道定线考虑的因素污水管道定线考虑的因素有：地形和用地布局；排水体制和线路数目；污水厂和出水口位置；水文地质条件；道路宽度；地下管线及
11、构筑物的位置；工业企业和产生大量污水的建筑物的分布情况。 在一定条件下，地形一般是影响管道定线的主要因素。定线时应充分利用地形，利用排水系统的布置形式，使管道的走向符合地形趋势，尽量做到顺坡排水，尽可能不设泵站或少设泵站。 污水支管的平面布置取决于地形及街区建筑特征，并便于用户接管排水。 污水主干管的走向取决于污水厂和出水口的位置。 采用的排水体制也影响管道定线。 考虑到地质条件，地下构筑物以及其它障碍物对管道定线的影响。尽可能回避不良地质条件的地带和障碍。处理好与现状建筑物，构筑物和规划道路的关系，实在不能避开时应采取相应的工程措施。 管道定线时还需考虑街道宽度及交通情况。 管道定线，不论在
12、整个城镇或局部地区都可能形成几个不同的布置方案。应进行方案技术经济比较。 结合江河走向和规划中道路的实施，合理布置管线，以利于减小施工难度。 3.1.3 排水流域的划分定线前首先根据地形划分排水流域。排水流域划分一般根据地形及城镇（地区）的竖向规划进行。在丘陵及地形起伏的地区，地形变化较显著，可按等高线划出分水线，通常分水线与流域分界线基本一致。在地形平坦无显著分水线的地区，或向一方倾斜时，可依据面积的大小划分，使各相邻流域的管道系统能合理分担排水面积，使干管在最大合理埋深情况下，流域内绝大部分污水能以自流方式接入。不设泵站或少设泵站。每一个排水流域往往有1个或1个以上的干管，根据流域地势标明
13、水流方向和污水需要抽升的地区。 3.1.4 污水主干管定线 本镇的地形属于丘陵地带，布设排水管段的区域具有明显的坡度走向和分界，又因为河流从两区间通过，为排水创造了很好的条件和可能，经分析，本镇的排水管道采用分流式的排水体制，各区污水经收集后由主干管输送到污水处理厂后集中排放。综合考虑该区的地形，地貌，坡度，污水厂的位置与可能的埋设深度等因素，污水主干管选择临近河边的道路处埋设，走向由高到低。具体布置请参看该镇排水管道设计布置总平面图。3.1.5 污水干管定线由于各区具有明显的坡度走向，故各区污水干管的布置宜充分利用这种地形顺坡铺设，使每个小区的污水能够自流排出。各区污水经支管系统进入污水干管
14、收集并经污水主干管汇流至污水处理厂处理达标后排放。具体布置请参看该镇排水管道设计布置总平面图。3.1.6 出水口的形式排水管渠排入水体的出水口的位置和形式，应根据污水水质、下游用水情况、水体的水位变化幅度、水流方向、波浪情况、地形变迁和主导风向等因素确定。出水口与水体岸边连接处应采取防冲、加固等措施，一般用浆砌块石做护墙和铺底，在受冻胀影响的地区，出水口应考虑用耐冻胀材料砌筑，其基础必须设置在冰冻线以下。污水排水管渠的出水口通常采用淹没式，见图3.1。以使污水与水体水混合较好，其位置处考虑上述因素外，还应取得当地卫生主管部门的同意。如果需有污水与水体水流充分混合，则出水口可长距离伸入水体分散出
15、口，此时应设标志，并取得航运管理部门的同意。3.2污水设计流量3.2.1划分设计管段根据管道平面布置，划分设计管段（定出检查井的位置并编号），量出主干管的设计管段长度， 街坊排水面积的划分 ，根据污水管道的布置，划分各设计管段服务的街坊排水面积，编上号码并按其平面形状计算面积（以公顷计），用箭头表示污水流向。见表3.1图3.1 淹没式出水口表3.1街坊编号12345678910街坊面ha1.7661.67151.94311.64751.43444.8684.05024.11643.10852.2528街坊编号11121314151617181920街坊面ha3.12082.78233.2031
16、2.95392.60393.12643.36342.65572.51172.1758街坊编号21222324252627282930街坊面ha2.38212.36451.96656.43817.064210.01686.33164.82879.77441.9811街坊编号31323334353637383940街坊面ha2.82164.75172.64141.9374.73351.58262.4784.93482.94642.3711街坊编号41424344总面积（ha）157.8537街坊面ha5.52452.45892.43377.73513.2.2污水管道设计流量计算（1） 居住区的比流
17、量根据各区的污水量标准n(L/人d)和人口密度N(人/ha)可求出各区的生活污水平均比流量q0。即q0=nN/86400(L/sha)(2) 各集中流量表3.2集中流量序号企业名称流量(m3/d)流量（L/s）变化系数最高时流量1酒厂150017.361.220.832制药厂150017.361.322.573屠宰厂300034.721.241.674造纸厂450052.081.262.505化肥厂450052.081.367.716化工厂300034.721.241.67（3） 计算设计流量在此镇污水设计中，共有6个集中流量，相应的设计流量分别为20.833333、22.569444、41.
18、666667、62.5、67.708333、41.666667。管段12为主干管的起始管段，则以23 、34、45、56、3837管段为中间主干管管段，以1239为末端管段，以12和23为例进行各管段设计流量计算：在12管段中，无集中流量汇入，无转输流量，本段街坊面积为9.7744ha，故平均日流量为,在23管段中，无集中流量汇入，有三两段居民生活污水转输流量，分别是3837和3736管段汇入，以及街坊28的生活污水流入，管段23的平均日流量为24.14533L/s，设计流量，则管段12设计流量为15.723，管段23设计流量为45.93。其他管段设计流量计算结果见表3.3。表3.3污水管段设
19、计流量计算3.3 污水管道的水力计算采用钢筋混凝土管道排水，粗糙系数n0.014，主干管布置位置详见平面布置图。3.3.1水力计算公式流量公式 管段断面面积公式3.3.2 设计参数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3.4示。表3.4 排水管渠粗糙系数表管渠种类n 值陶土管，铸铁管0.013混凝土和钢筋混凝土，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）0.025-0.030图3.2 充满度示意当1时成为满流
20、，当1时，成为非满流、其中雨水管道按满流设计，污水管道按非满流设计。我国最大设计充满度的规定如表3.5。表3.5 最大设计充满度管径（D）或暗渠高（H）（mm）最大设计充满度（h/D或h/H）2003000.553504500.655009000.7010000.75规定按非满流设计的原因：污水流量时刻在变化，很难精确计算，而且雨水或地下水可能通过检查井盖或管道接口渗入污水管道。因此，有必要保留一部分管道断面，为未预见水量的增长留有余地，避免污水溢出妨碍环境卫生。污水管道内沉积的污泥可能分解析出一些有害气体。此外，污水中如含有汽油、苯、石油等易燃液体时，可能形成爆炸性气体。故需留出适当的空间，
21、以利管道的通风，排除有害气体，对防止管道爆炸有良好效果。便于管道的疏通和维护管理。 在计算污水管道充满度时，不包括短时间内突然增加的污水量，但当管径小于或等于300mm时，应按满流复核。2) 设计流速污水在管内流动缓慢时，污水中所含杂质可能下沉，产生淤积；当污水流速增大时，可能产生冲刷现象，甚至损坏管道。为了防止管道中产生淤积或冲刷，设计流速不宜过小或过大，应在最大和最小设计流速范围之内。 根据国内污水管道实际运行情况的监测数据并参考国外经验，污水管道的最小设计流速定为0.6m/s；金属管道的最大设计流速为10 m/s，非金属管道的最大设计流速为5 m/s。3) 最小管径一般在污水管道系统的上
22、游部分，设计污水流量很小，若根据流量计算，则管径会很小。根据养护经验证明，管径过小极易堵塞，比如150mm支管的堵塞次数，有时达到200mm支管堵塞次数的两倍，使养护管道的费用增加。而200mm与150mm管道在同样埋深下，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，使管道埋深减小。因此，为了养护工作的方便，常规定一个允许的最小管径。厂区内的工业废水管、生活污水管、街坊内的生活污水管200mm城市街道下的生活污水管300mm在进行管道水力计算时，上游管段由于服务的排水面积小，因而设计流量小，按此流量计算得出的管径小于最小管径，此时就采用最小管径值。在这些管段中，当有适当的冲洗水源
23、时，可考虑设置冲洗井。 4) 最小设计坡度在污水管道系统设计时，通常使管道埋设坡度与设计地区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。这一点在地势平坦或管道走向与地面坡度相反时尤为重要。具体规定见规范。5) 控制点埋深和覆土厚度的确定在污水排水区域内，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对管道系统的埋深有很大影响。本设计确定控制点埋深为1.86m。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，否则就不能满足技术上的要求。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
24、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。荷载要求：必须防止管壁因地面荷载而受到破坏；最小覆土在车行道下不 小于0.7m。冰冻要求：必须防止管道内污水冰冻和因土壤冻胀而损坏管道 无保温措施时，管内底科埋设在冰冻线以上0.15m 有保温措施或水温较高的管道，可根据经验埋得较浅一些必须满足街区污水连接管衔接的要求 最大覆土：不宜大于78m，理想覆土：12m减小埋深采取的措施：加强管材强度；填土提高地面高程以保证最小覆土厚度；设置泵站提高管位等方法，减小控制点管道的埋深，从而减小整个管道系统的埋深，降低工程造价。
25、 6) 检查井最大间距检查井通常设在管渠交汇、转弯、管渠尺寸或坡度改变、跌水等处以及相隔一定距离的直线管渠段上。直线段上的最大间距见表3.6。当排水管管径（街道排水管）大于800mm时，可不设检查井，而设连接暗井。表3.6 检查井最大间距管径或暗渠净高(m)污水管道最大间距(m)200400405007006080010008011001500100160020001207) 采用的管材采用钢筋混凝土圆管排水，粗糙系数n0.014。8) 控制点的确定控制点可能的位置： 各条管道的起点大都是这条管道的控制点； 这些控制点中离出水口最远的一点，通常就是整个系统的控制点； 具有相当深度的工厂排出口或
26、某些低洼地区的管道起点，也可能成为整个管道系统的控制点。控制点确定的原则：确定控制点的标高，一方面应根据城市的竖向规划，保证排水区域内各点的污水都能够排出，并考虑发展，在埋深上适当留有余地。另一方面，不能因照顾个别控制点而增加整个管道系统的埋深。计算控制点时，主要是考察所选点对指定点的埋深的影响程度。所选定的可疑控制点一般为最远点，集中流量排入点等，将这些点进行比较，对整个系统的埋深起决定作用的点则为控制点。确定控制点后，才能确定系统的主干管，进行系统管网的计算。9) 管道衔接方式的确定污水管道在管径、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
27、道衔接时的高程关系问题。管道在衔接时应遵循两个原则：尽可能提高下游管段的高程，以减少管道埋深，降低造价；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。水面平接是指在水力计算中，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。优点：能减少下游管段的埋深。缺点：容易在上游管段形成回水。管顶平接是指在水力计算中，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。优点：不致于在上游管段产生回水。缺点：下游管段的埋深将增加。污水管道衔接总原则：无论采用哪种衔接方法，
28、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。 本次设计的管道平接方式采用水面平接。跌水连接：当管道敷设地区的地面坡度很大时，为了调整管内流速所采用的管道坡度将会小于地面坡度。为了保证下游管段的最小覆土厚度和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3.3 管道的衔接方式(1) 水面平接；(2)管图3.4 管段跌水连接1管段；2跌水井3.3.3污水管道水力计算水力计算的目的在于合理经济地确定管道的管径、流速、充满度及坡度，进一步求定管道的埋深。水力计算应列表进行，水力计算中的数值V、h/D、i、D应符合规范关于设计流速、最大设计充满度、最小管径、
29、最小设计坡度的规定。为减少错误，在计算的同时绘制管道纵断面草图，以便进行核对。从水力计算表中摘录主干管的管段编号、管长、管径、充满度、流速、坡度、埋深（上、下端）列成表格，现在从节点1开始，从上游管段依次向下游管段进行水力计算，计算过程详见下表。具体计算过程如下所示：1、首先根据初设图纸和设计流量分布表格把管段编号、长度、设计流量、上下端地面标高等已知数据分别填入表格中的格列中。 2、确定管段起点埋深，节点1的埋深为1.5米，将起点埋深填入表中，同时计算起点管内底标高24.50-1.50=23.00m，填入表中。3、设计12管段：根据设计流量，城市街道下的 要求最小管径，最小流速和最大充满度，通过查询水力计算表，选择适宜的管径、流速及相应的坡度和充满度。对应于12管段而言，设计流量为15.72L/s，通过查询水力计算表可知，管径300mm，相应坡度I=3.00，流速为0.62m/s，充满度是38.8%，以上数据分别填入下表中的相应位置。4、设计管段12衔接处 根据管径和充满度计算管内水深H=0.30.388=0.12m，上端水面标高为23.00+0.12=23.12m，根据坡度和管长计算管段降落量IL=2943.00=0.88m，下端水面
