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排水管道工程课设

第一节排水管网课程设计任务书

1.1课程设计目的

通过对陕西省某县排水管网系统扩大初步设计,要求进一步巩固和掌握如何划分排水流域,排水系统水的平面布置,排水管道的设计流量,及其水力计算,进一步熟练用给排水CAD绘制管道平面图,剖面图的能力;同时培养使用相关设计手册和规范等综合能力。

1.2城市概述

陕西省某县位于中国西北部,属水资源短缺地区之一。

随着城市经济的发展,人们生活水平的提高,环境保护的需要,该区原有排水体制已不能适应发展的要求。

在对该区的地质、受纳水体水质资料、人口分布及气象资料进行了充分的调研活动,要求提出一套完善的排水管网系统。

城市北面有一条从西向东流动的河流,常年水温在15度左右。

城市的平均地下水位在地面下6米左右。

1.3排水基本资料

1.3.1居民区

该区人口密度为400人/公顷,生活污水排水量标准为180(L/cap﹒d),城市总面积在300公顷左右,绿化面积达20%。

全市地形高差相对平坦,等高线较疏。

1.3.2各公共用水

中小学污水量标准为90L/(人.日),时变化系数为2.4;其中小学生学生人数为2000人,教职工200人;中学生学生人数为1500人,教职工为200人。

宾馆的总层数为16层,每层客房床位数为50个,污水量标准为300L/位,小时变化系数为2.5。

医院设有800个床位,污水量标准为220L/(人.床),每日工作24小时,时变化系数为2.1。

1.3.3企业生活、生产的污水情况

表1企业生活污水情况

生活

淋浴

企业名称

班数

每班时数(h)

职工人数日(人)

使用淋浴职工人数日(人)

企业1

3

8

一般车间

300

160

高温车间

200

150

企业2

3

8

一般车间

150

50

高温车间

100

75

企业3

3

8

一般车间

300

150

高温车间

150

120

企业4

3

8

一般车间

80

40

高温车间

50

40

表2企业生产废水

企业名称

平均废水量(L/S)

总变化系数

企业1

40

2.1

企业2

32

2.3

企业3

45

1.8

企业4

15

3.0

注:

各企业总排水口管底埋深均不小于1.5m.

1.3.4地形与城市总体规划资料

表3城市各区各类地面与屋面的比例

各类屋面

混凝土与沥青路面

碎石路面

非铺砌土路面

公园与绿地

50

30

10

5

5

1.3.5气象资料

(1)城市气温等资料如下:

年平均气温在12~17℃之间,年平均无霜期220天。

(2)夏季主导风向西南风;

(3)设计暴雨强度公式及其参数如下:

重现期为1年,地面集水时间t1=10min。

1.3.6地质资料

表4城市地质资料

土壤性质

冰冻深度/m

地下水位/m

地震基本裂度

亚粘土或粘土

0.7

6

7

1.3.7受纳水体水文与水质资料

表5受纳水体水文与水质资料

受纳水体水文

流量(m3/s)

流速(m/s)

水位标高(m)

水温(℃)

最高水位时

80

1.25

68

20

常水位时

60

1.16

66

20

1.4设计内容

进行城市污水管道工程的扩初设计和城市雨水管道工程的扩初设计。

即根据所给的城市地形图和资料,做出城市污水和雨水管道系统的总平面布置图、主干管纵剖面图,进行近期规划区的污水沟道和雨水沟道的流量计算与水力计算,并把计算成果表达在总平面图和剖面图上。

第二节排水体制选择

2.1排水系统规划设计原则

●排水系统规划应符合城市和工业企业的总体规划,并应与城市工业企业中期他单项工程建设密切配合,相互协调,该现成的道路规划、建筑界限、设计规模对排水系统的设计有很大的影响。

●排水系统设计要与邻近区域的污水和污泥处理和处置协调。

●考虑污水的集中处理与分散处理。

●设计排水区域内需考虑污水排水问题与给水工程的协调,以节省总投资。

●排水工程的设计应全面规划,按近期设计考虑远期发展。

●排水工程设计师考虑原有管道系统的使用的可能。

●在规划设计排水工程时必须认真观测执行国家和地方有关部门制定的现行有关标准、规范和规定。

2.2排水系统体制选择的考虑

排水系统体制应根据城市及工业企业的规划、环境保护的要求、污水利用情况、水质、水量、地形、等条件确定。

最后我们确定采用分流制与合流制两种排水体制分别进行计算,以便进行水力计算,环境保护等比较。

方案一分流制排水体制计算

第三节污水管道的系统设计流量的确定

城市生活污水的设计流量是指设计期限终了的最大日(最大班)最大时的污水流量,它包括生活污水设计流量和工业废水设计流量。

3.1生活污水设计流量

生活污水设计流量由三部分组成:

居住区居民生活污水设计流量,大型公共建筑生活污水设计流量和工业生产区生活污水设计流量。

3.1.1居民区居民生活污水设计流量

Q1=nNKz/24×3600

注:

Q1-----居民生活污水设计流量[L/s]

n-----居住区居民生活污水排水量标准[L/cap﹒d]

N----各排水区域在设计年限终期所服务的人口数[cap]

Kz----生活污水量的总变化系数

该区人口密度为400人/公顷,生活污水排水量标准为180(L/cap﹒d),城市总面积在300公顷左右,绿化面积达20%。

表5街坊面积

街坊编号

1

2

3

4

5

6

7

8

街坊面积

5.512

2.982

4.393

5.385

2.678

5.201

6.977

4.389

街坊编号

9

10

11

12

13

14

15

16

街坊面积

8.173

4.556

8.509

7.338

11.142

4.428

2.806

4.774

街坊编号

17

18

19

20

21

22

23

24

街坊面积

6.737

7.438

3.205

6.456

3.755

6.463

6.477

8.13

街坊编号

25

26

27

28

29

30

31

32

街坊面积

8.86

5.46

3.588

6.048

4.582

10.027

3.659

5.918

街坊编号

33

34

35

总计=209.191(hm2)

街坊面积

8.374

4.341

10.43

●服务的人口数:

N=209.191×(1-0.2)×400=66941(cap)

Qd=q×N/(24×3600)=180×66941/(24×3600)=139.46(L/s)

注:

5

●总变化系数:

Kz=2.7/(Qd^0.11)=1.568

Q1=Kz×Qd=218.739(L/s)

1.2公共建筑污水设计流量Q2

Q2=q2i×N2i×Kh2i/3600/T2i

注:

q2i-----各公共建筑最高日污水量标准[L/用水单位﹒d]

N2i----各公共建筑在设计年限终期所服务的用水单位数[cap]

Kh2i----各公共建筑污水量时变化系数

T2i-----各公共建筑最高日排水小时数[h]

由中小学污水量标准为90L/(人.日),时变化系数为2.4;其中小学生学生人数为2000人,教职工200人;中学生学生人数为1500人,教职工为200人。

宾馆的总层数为16层,每层客房床位数为50个,污水量标准为300L/位,小时变化系数为2.5。

医院设有800个床位,污水量标准为220L/(人.床),每日工作24小时,时变化系数为2.1。

计算结果见表6:

表6

公共建筑污水量

小学

5.500

中学

4.250

宾馆

6.944

医院

4.278

求和

20.972

 

1.2工业废水设计流量Q3

Q3=q3iN3iK3i(1-f3i)/3.6×T3i(L/s)

注:

q3i-----各工矿企业废水量定额[m3/单位数量]

f3i----各工矿企业生产用水重复利用率

K3i----各工矿企业废水量的时变化系数

T3i-----各工矿企业最高日生产小时数[h]

1.3工业企业生活污水和淋浴污水的设计流量Q4

Q4=∑(q4aiN4aiKh4i/3600T4ai+q4biN4bi/3600)m3/d

注:

q4ai-----各工矿企业车间职工生活用水定额[L/cap.班]

q4bi-----各工矿企业车间职工淋浴用水定额[L/cap.班]

N4ai-----各工矿企业车间最高日职工生活用水总人数[cap]

N4bi-----各工矿企业车间职工淋浴用水总人数[cap]

Kh2i----各工矿企业车间最高日职工生活污水量班内变化系数,一般车间采用3.0,高温车间采用2.5。

注:

一般车间淋浴用水量定额为40(L/cap.班),高温车间淋浴用水量定额为60(L/cap.班)

计算结果如下表7所示:

表7

生活

淋浴

企业名称

班数

每班时数

h

职工人数

总的用水量(L/s)

使用淋浴职工人数

日(cap)

用水量(L/cap.班)

总的用水量(L/s)

d/cap

生活污水量班内变化系数Kh4ai

L/cap.班

cap

企业1

3

8

一般车间

3

25

300

0.781

160

40

5.3

高温车间

2.5

35

200

0.608

150

60

7.5

企业2

3

8

一般车间

3

25

150

0.391

50

40

1.67

高温车间

2.5

35

100

0.304

75

60

3.75

企业3

3

8

一般车间

3

25

300

0.781

150

40

5.0

高温车间

2.5

35

150

0.456

120

60

6.0

企业4

3

8

一般车间

3

25

80

0.208

40

40

1.3

高温车间

2.5

35

50

0.152

40

60

2.0

表8

企业生产废水

企业名称

平均废水量(L/S)

总变化系数

生产废水量(L/S)

集中流量

企业1

40.000

2.100

84.000

93.835

企业2

32.000

2.300

73.600

85.837

企业3

45.000

1.800

81.000

88.997

企业4

15.000

3.000

45.000

48.694

1.4城市污水设计总流量Qh

城市污水设计总流量一般采用直接求和的方法进行计算,以此来作为污水管网的设计的依据。

Qh=Q1+Q2+Q3+Q4=218.739+20.972+32.583+317.363=557.074(L/s)

注:

上述求污水总设计流量的方法,是假定排出的各种废水都在同一时间出现最大流量,而实际上各项废水最大流量同时发生的可能性很小,所以直接采用求和的方法计算所得城市的污水设计总流量往往超过实际值,由此设计出的污水管网是偏安全的。

 

第4节污水管道的设计

4.1在平面图上布置污水管道

从该县的规划图来看,该区地势自西南向东北倾斜,坡度较小,无明显分水线、可划分为一个排水流域。

街道支管布置在街区地势较低一侧的道路下,干管基本上与等高线垂直布置,主干管布置在靠近该县南面河岸低处,基本上与等高线平行。

整个管道系统布置形式如图所示:

图1污水管道的布置

4.2街区编号并计算其面积

将各街区遍上号码,并按各街区的平面范围计算它们的面积,用箭头标出各街区的污水排出方向见污水布置图。

 

街坊编号

1

2

3

4

5

6

7

8

街坊面积

5.512

2.982

4.393

5.385

2.678

5.201

6.977

4.389

街坊编号

9

10

11

12

13

14

15

16

街坊面积

8.173

4.556

8.509

7.338

11.142

4.428

2.806

4.774

街坊编号

17

18

19

20

21

22

23

24

街坊面积

6.737

7.438

3.205

6.456

3.755

6.463

6.477

8.13

街坊编号

25

26

27

28

29

30

31

32

街坊面积

8.86

5.46

3.588

6.048

4.582

10.027

3.659

5.918

街坊编号

33

34

35

总计=209.191(hm2)

街坊面积

8.374

4.341

10.43

4.3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和旁侧支管进入的点,作为设计管段的起迄点,并给检查井编号。

各设计管短的设计流量应列表计算。

在初步设计阶段只计算干管和主干管的设计流量。

计算结果相见下图2。

居民生活污水平均日流量按街坊面积比例分配,比流量为:

qA=Qd/∑Ai=139.461/209.191=0.667(L/s·ha)

 

          污水干管和主干管设计流量计算表9         

 

居住区生活污水量(或综合生活污水量)

 管段设计流量计算

管段

本段流量q1

转输流量

 

 

 

集中流量q3

编号

街坊编号

街坊面积hm2

比流量L/(s.hm2)

流量

转输街坊面积(hm2)

比流量L/s.hm2

转输流量q1(L/s)

合计平均流量(L/s)

总变化系数Kz

沿线流量(L/s)

本段流量(L/s)

转输流量(L/s)

设计流量(L/s)

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

9~10

 

 

 

 

3.659

0.667

2.439

2.439

2.300

5.610

 

 

5.610

10~11

 

 

 

 

12.707

0.667

8.471

8.471

2.134

18.082

 

 

18.082

11~12

 

 

 

 

22.918

0.667

15.279

15.279

2.000

30.563

 

 

30.563

12~13

 

 

 

30.152

0.667

20.101

20.101

1.941

39.015

4.250

 

43.265

13~2

 

 

 

 

42.881

0.667

28.587

28.587

1.867

53.378

5.500

4.250

63.128

14~15

 

 

 

 

5.918

0.667

3.945

3.945

2.300

9.074

 

 

9.074

15~16

 

 

 

 

11.966

0.667

7.977

7.977

2.149

17.140

 

 

17.140

16~17

 

 

 

 

18.429

0.667

12.286

12.286

2.049

25.173

 

 

25.173

17~18

 

 

 

 

26.572

0.667

17.714

17.714

1.968

34.864

 

 

34.864

18~3

 

 

 

 

42.419

0.667

28.279

28.279

1.869

52.865

 

 

52.865

19~20

 

 

 

 

17.297

0.667

11.531

11.531

2.063

23.792

48.694

 

72.486

20~21

 

 

 

 

23.774

0.667

15.849

15.849

1.992

31.577

 

48.694

80.271

21~22

 

 

 

 

49.730

0.667

33.153

33.153

1.837

60.902

88.997

48.694

198.593

22~6

 

 

 

 

64.803

0.667

43.202

43.202

1.784

77.083

85.837

137.691

300.611

1~2

1.000

5.512

0.667

3.675

0.000

0.667

0.000

3.675

2.300

8.452

6.944

 

15.396

0~2

4.000

5.385

0.667

3.590

 

 

 

3.590

2.300

8.257

 

 

8.257

2~3

2,3,5,6

15.254

0.667

10.169

53.778

0.667

35.852

46.021

1.772

81.545

4.278

16.694

102.517

3~4

7.000

6.977

0.667

4.651

111.451

0.667

74.300

78.952

1.670

131.830

 

20.972

152.803

4~5

8

4.389

0.667

2.926

118.428

0.667

78.952

81.878

1.663

136.170

 

20.972

157.142

6~36

13

11.142

0.667

7.428

0.000

0.667

0.000

7.428

2.166

16.086

93.835

 

109.921

5~6

 

10.43

0.667

6.953

75.945

0.667

50.630

57.583

1.729

99.546

 

317.363

416.909

5~7

 

 

 

 

209.191

0.667

139.461

139.461

1.568

218.739

 

338.335

557.074

注:

该污水管网中有8个集中流量,分别在节点12,13,1,2,19,21,22,36汇入管道,取主干管2~3管段进行计算说明:

管段2~3除了接纳街坊2,3,5,6排入的本段流量10.169(L/s),以及医院的集中流量。

4.278(L/s)汇入外,还转输了管段1~2,0~2,2~13汇入的集中流量5.5+4.25+6.944=16.694(L/s)和生活污水流量28.587+3.675+3.590=35.85(L/s);管段2~3的生活污水日平均流量为10.169+35.852=42.061(L/s),由Kz=2.7/(Qd^0.11)计算总变化系数为1.772则管段2~3的生活污水合计日平均流量为42.061×1.772=81.545(L/s),2~3管段的设计流量为81.545+4.278+16.694=102.517(L/s)

注:

其余管段设计流量计算方法同上。

第五节水力计算

5.1确定管段基本参数

在确定设计流量后,便可以从上游管段开始依次进行主干管各设计管段的水力计算。

一般常列表进行计算,如表11所示。

水力计算步骤如下:

●从管道平面布置图上量出每一设计管段的长度,列入上表的第2项。

●将各设计管段的设计流量列入表中第3项。

设计管段起讫点检查井处的地面标高列入表中第10、11项。

●计算每一设计管段的地面坡度(

),作为确定管道坡度时参考。

●确定起始管段的管径以及设计流速v,设计坡度I,设计充满度h/D。

首先拟采用最小管径mm,即查水力计算图。

在这张计算图中,管径D和管道粗糙系数n为已知,其于4个水力因素只要知道2个即可求出另外2个。

现已知设计流量,另1个可根据水力计算设计数据的规定设定。

本城镇由于管段的地面坡度很小,为了不使整个管道系统的埋深过大,宜采用最小设计坡度为设定数据。

将所确定的管径D、管道坡度I、流速v、充满度h/D分别列入下表中的第4、5、6、7项。

注:

由于该县的设计管段地面坡度0.002,为了不使整个系统的埋深过大,宜采用最小的设计坡度为设定数据,对于管道粗糙系数n=0.014时,对于街区最小管径为200mm;最小设计坡度为0.004,当设计流量小于9.19L/s时,可以直接采用最小管径,对于街道下的最小管径300mm,最小的设计坡度为0.003,当设计流量小于33L/s时,可以直接采用最小的管径。

5.2确定管段的水力参数

确定其它管段的管径D、设计流速v、设计充满度h/D和管道坡度I。

通常随着设计流量的增加,下一个管段的管径一般会增大一级或两级(50mm为一级),或者保持不变,这样便可根据流量的变化情况确定管径。

然后可根据设计流速随着设计流量的增大而逐段增大或保持不变的规律设定设计流速。

根据Q和v即可在确定D那张水力计算图中查出相应的h/D和I值,若h/D和I值,若h/D和I值符合设计规范的要求,说明水力计算合理,将计算结果填入表中相应的项中。

在水力计算中,由于Q、v、h/D、I、D各水力因素之间存在相互制约的关系,因此在查水力计算图时实际存在一个试算过程。

 

表10最大设计充满度

管径(D)

最大设计充满度(

200-300

350-450

500-900

≥1000

0.55

0.65

070

0.75

5.3确定管段埋设深度

●根据设计管段长度和管道坡度求降落量。

●根据管径和充满度求管段的水深。

●确定管网系统的控制点。

本题离污水厂最远的干管起点是9及29点,8点的埋深可用最小覆土厚度的限值确定,因此至南地面坡度约为0.002,可取干管坡度与地面坡度近似,因此干管埋深不会增加太多,故8点的埋深控制整个主干管的埋设深度。

●1点是主干管的起始点,它的埋深考虑到管道内污水冰冻,地面荷载,覆土厚度等各因素,定位1.2m。

注:

经计算知,1~2管段的埋设深度大于干管13~2的埋设深度,因此把1~2管定位主干管的起端。

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