排水管网设计说明文书.docx
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排水管网设计说明文书
环境工程设计
大作业
题目
城市污水管网的设计
姓名
姜晨旭
学号
2014010650
指导教师
王庆宏
成绩
二○一七年六月
（一）设计概要
1.1设计题目
1.2设计内容
（1）绘制CAD图并计算小区面积、布设管道、测量出地面标高；
（2）完成流量计算并列出污水干管设计流量计算表；
（3）完成水力计算，通过查阅水力计算图，完成污水干管水力计算表；
（4）绘制主干管的纵剖图并进行标注。
1.3设计资料
（1）人口密度为400cap/ha；
（2）生活污水定额140L/cap·d；
（3）工厂的生活污水和淋浴污水设计流量分别是8.24L/s和6.84L/s,生产污水设计流量为26.4L/s,工厂排水口地面标高为43.5m，管底埋深不小于2m，土壤冰冻深度为0.8m；
（4）沿河岸堤坝顶标高40m。
1.4设计参考资料
1.《排水工程》（上册）（第四版），中国建筑工业出版社，1999
2.《环境工程设计》赵立军陈进富主编，中国石化出版社
（二）排水系统
2.1排水体制
废水分为生活污水、工业废水和雨水三种类型，它们可以采用一个排水管网系统来排除，也可以采用各自独立的分质排水管网系统来排除。
排水体制主要有合流制和分流制两种。
其中合流制又分为直排式合流制与截流式合流制两种。
前者是将排除的混合污水不经处理直接就进排入水体；后者则是在合流干管与截流干管交接处设置溢流井，超出处理能力的混合污水通过溢流井后直接排入水体，在截流主干管（渠）的末端修建污水处理厂。
而分流制又分为完全分流制与不完全分流制两种。
前者包括独立的污水排水系统和雨水排水系统；后者只有污水排水系统，未建立雨水排水系统。
合流制与分流制的优缺点如下表所示：
2.2排水体制的选择
根据设计题目和设计资料来看，该地区人口密度较低，则产生生活污水量较小，且只有一个工厂，污染源种类较少。
从环保角度来看，分流制效果较好，但是本地区面积比较小，产生生产生活污水较少，收集降雨量也较少，而分流制排水管网铺设长度长，工程造价高，故本地区选择合流制。
在合流制中又分为直流分散式和截流式，本地区含有一个工厂，直流分散式不能满足处理要求，所以选择截流式。
晴天污水可以全部处理，工程造价相对较低，管理简便。
（三）管网设计
3.1管道定线
3.1.1排水管网布置原则
（1）按照城市总体规划，结合当地实际情况布置排水管网，要进行多方案技术经济比较；
（2）先确定排水区域和排水体制，然后布置排水管网，应按从主干管到干管到支管的顺序进行布置；
（3）充分利用地形，采用重力流排除污水和雨水，并使管线最短和埋深最小；
（4）规划时要考虑到使渠道的施工、运行和维护方便；
3.1.2排水管网定线考虑因素
在进行定线时，要在充分掌握资料的前提下综合考虑各种因素，使拟定的路线能因地制宜地利用有利条件而避免不利条件。
通常影响污水管平面布置的主要因素有：
地形和水文地质条件；城市总体规划、竖向规划和分期建设情况；排水体制、线路数目；污水处理利用情况、处理厂和排放口位置；排水量大的工业企业和公建情况；道路和交通情况；地下管线和构筑物的分布情况等。
在一定的条件下，地形是影响定线的主要因素：
（1）充分利用地形，在整个排水区域较低的地方布设主干管及干管，便于支管的污水自流接入；
（2）地形复杂时，布置成几个独立的排水系统；
（3）若地势起伏较大，布置成高低区排水系统，高区不宜随便跌水，利用重力排入污水厂，减少管道埋深；
（4）个别低洼地区应局部提升。
另外，管道定线还需要综合考虑街道宽度、交通等情况。
结合江河的走向，合理布置管线，减少施工难度，同时对不同的布置方案进行技术经济比较，寻求更为合理的管线布置方法。
3.1.3污水主干管定线
本地区布设排水管段的区域具有明显的坡度走向，地势自西北向东南逐渐降低，河流处在该地区东南角，流向为自西南到东北，为排水创造了很好的条件和可能，经分析，本城市的排水管道采用合流制的排水体制，每区污水经街道管及干管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，污水主干管选择东部道路处埋设。
具体布置请参看该地区排水管道设计布置总平面图。
3.1.4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，使每个街坊的污水尽量能够自流排出。
各区污水经支管系统进入污水干管收集并经污水主干管汇流至污水处理厂处理达标后排放。
具体布置请参看该地区排水管道设计布置总平面图。
地区排水管道设计布置总平面图
3.2水量计算
污水管道的设计流量包括生活污水设计流量和工业废水设计流量两大部分。
通常生活污水量是按每人每日平均排出的污水量、使用管道的设计人数和总变化系数计算的。
生活污水定额（没人每日平均排出的污水量），分为居民生活污水量定额和综合污水量定额（包括居民生活用水和公共建筑用水），是参照居民生活用水量定额和综合生活用水量定额乘以80%~90%求出。
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）。
街坊编号
1
2
3
4
5
6
7
街坊面积（ha）
7.5
7.5
18.6
6
6
6.4
6.4
街坊编号
8
9
10
11
12
13
14
街坊面积（ha）
6.4
6.4
6.4
6.4
6.4
6.4
6.4
（1）居住区比流量
根据生活污水定额n（L/cap·d）和人口密度N（cap/ha）可求出该地区区的生活污水平均比流量q0。
即
q0=n·N/86400（L/s·ha）
式中人口密度N=400cap/ha；生活污水定额n=140L/（cap·d）。
则平均比流量：
q0=400×140÷86400=0.648L/（s·ha）
（2）居住区本段流量
q1=q0·街区面积
7.5×0.648=4.86L/s
（3）合计平均流量
合计平均流量=q1+q2
4.86+0=4.86L/s
（4）总变化系数K
K=2.7/Q0.11
K=2.7/4.860.11=2.27
（5）生活污水设计流量
Q1=K·合计平均流量
Q1=2.27×4.86=11.03L/s
（6）集中流量
工厂的生活污水和淋浴污水设计流量分别是8.24L/s和6.84L/s
生产污水设计流量为26.4L/s
（7）设计流量
设计流量=集中流量+生活污水设计流量
15.08+26.4=41.48L/s
具体计算结果如下表所示：
3.3水力学计算
3.3.1水力学计算要求
（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。
当h/D=1时成为满流，当h/D<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下表：
（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。
（3）最小管径
一般在污水管道系统的上游部分，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。
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。
另外街道下的最小管径为300mm，当设计服务面积小于此管径对应服务面积时，可直接采用最小管径以及它对应的最小坡度不进行水力计算。
故本工程选用最小污水管管径为350mm。
（4）最小坡度
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。
规定管径200mm的最小设计坡度为0.004，管径300mm的最小设计坡度为0.003。
（5）污水管道埋设深度
污水管道的最小覆土厚度一般满足三个因素要求：
（1）防止管道内污水冰冻和因土壤冰冻膨胀而损坏管道；
（2）防止地面荷载而破坏管道；
（3）满足街区污水连接管衔接的要求。
一般在干燥土壤中，最大埋深不超过7～8m。
3.3.2水力学计算过程
（1）根据流量选择合适管径及流速，结合水力学计算表查找相应坡度与充满度。
（2）充满度h=D·h/D
（3）降落量=I·L
（4）地面标高根据之前CAD地区排水管道设置平面图，通过内插法求得每条管段两端的地面标高。
（5）埋设深度：
先设第一段管上端埋设深度为2.5m，则下端为：
第一段管下端地面标高-（第一段管上端地面标高-埋设深度-降落量）
40.91-（41.625-2.5-0.616）=2.401m
（6）管内底标高：
管内底标高=地面标高-埋设深度
41.625-2.5=39.125m
（7）水面标高：
水面标高=地面标高-管内底标高+充满度
41.625-39.125+0.1785=39.3035m
具体计算结果如下表所示：
（四）图形绘制
管网平面图
纵剖图
（五）管材设计
混凝土管与钢筋混凝土管：
预制混凝土管和钢筋混凝土管的直径范围为150～2600mm，为了抵抗外压力，管径大于400mm时，一般配加钢筋，制成钢筋混凝土管。
混凝土管与钢筋混凝土管的管口形状有平口、企口、承插口等。
混凝土管的原料充足，设备、制造工艺简单，所以被广泛采用。
但两种管材的主要缺点是抗酸、碱浸蚀及抗渗性能较差、关节较短、接头多。
在地震强度大于8度地区及饱和松砂、淤泥、冲填土、杂填土地区不宜采用。
当生活污水管道和合流污水管道采用混凝土或钢筋混凝土管时，由于管道运行时沉积的污泥会析出硫化氢，而是管道可能受到腐蚀。
为减轻腐蚀损害，可以在管道内加专门的衬层，这种衬层大多由沥青、煤焦油或环氧树脂涂制而成。
该地区可以采用钢筋混凝土管材，管径分别为350mm、450mm、以及500mm。
由于三段管管径均不相同，故采用管顶平接的方式进行连接。
附图一：
附图二：
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