污水管网设计说明书.docx
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污水管网设计说明书
污水管网设计说明书
河北农业大学
本科课程设计
题目：
某县城污水管网课程设计
1总论
设计任务及要求
设计任务
1．县城污水量预测（2020年、2030年）；
2．县城污水管网定线；
3．县城污水管网设计：
管长、管径、坡度、埋深、衔接、充满度；
4．县城污水资源利用分析；
5．绘出成果图。
设计要求·
1.在设计过程中要应用所学有关知识，掌握城镇污水管网设计的方法和步骤；
2.在设计过程中要独立地分析与解决问题，增加独立工作的能力；
3.阅读熟悉有关手册、规范和资料；
4.逐步增加实际工程概念。
设计依据
（1）标准规范
1.上海市政工程设计研究院主编．《给水排水设计手册》第10册，中国建筑工业出版社，；
2.北京市市政工程设计研究总院主编．《给水排水设计手册》第5册，中国建筑工业出版社，；
3.孙慧修主编．《排水工程》（上册）（第四版），中国建筑工业出版社，；
4.严煦世，刘遂庆编著．《给水排水管网系统》（第一版），中国建筑工业出版社，；
5.张奎，张志刚主编．《给水排水管道系统》（第一版），机械工业出版社，；
6.上海市建设和交通委员会主编．《室外排水设计规范》（GB50014-2006），中国计划出版社，；
7.中国建筑标准设计研究院．《给水排水标准图集》，国家标准设计研究院,。
（2）甲方提供资料
1．《某县城总体规划》
2．原始资料：
该县城位于保定地区，县城现有居住人口为12万。
3．自然资料：
该县城非采暖季节主要风向：
西南风；
土壤冰冻深度：
66厘米；
地下水位深度：
1500厘米；
土壤性质：
湿陷性黄土。
设计原始资料
县城概况
（1）自然概况
某县城位于华北平原，河北省中部，保定市西北部，是白洋淀流域上游地区。
地理座标：
东经114°58′53"～115°32′10"，北纬38°43＇56"～39°01′53"之间。
东邻徐水县，南邻清苑县，西邻顺平县。
土地总面积718平方公里。
县人民政府距北京公里，距省会石家庄120公里，距保定市公里，交通极为便利。
2004年，此县城全县辖4个建制镇、8个乡，245个行政村，约39万人，其中非农业人口万人。
县城人口总数为万人，其中非农人口为万人。
（2）水文地质
1）地下水赋存类型
此县城地处太行山山麓，为冲洪积扇平原区。
按水文地质分区，属于山前上部冲积扇潜水—承压水区，区内分为两个含水层组：
第一含水层组：
埋深一般为10～20米，为潜水层，含水层厚5～10米，岩性为砂及砂砾石，以下有30～40米厚的较稳定的隔水层；
第二含水层组：
埋深一般为40～60米，为承压层，含水层厚15～40米，岩性为砂砾卵石，底层距地表80～120米，以下有较稳定的隔水层，单井涌水量为30～180m3/h。
2）地下水的补给
地下水主要补给为山前漕河、界河的侧向补给和接受大气降水的渗入，渠系田间入渗补给量，井灌回归补给量和境外侧向补给量等。
深层淡水主要是越流补给和侧向补给，主要排泄为人工开采和下游径流。
地下水资源较为丰富，地下水补给及汇水条件良好。
经勘查此县城共有地下水开采资源约为14220万m3/a。
地下水质中等，富水性较强。
pH值为～。
地下水流向与地势基本相同，自西向东。
（3）气候现象
此县城属欧亚东部季风区温带半湿润地区，冬季盛行由大陆吹向海洋的干冷冬季风；夏季盛行由海洋吹向大陆的湿热夏季风；春秋季则为过渡性季节，常有南北风交替现象。
因此此县城四季分明，春季干燥多风，夏季炎热多雨，秋季天高气爽，冬季寒冷少雪。
气温：
年平均气温℃。
最热月为7月份，平均气温℃；最冷月为1月份，月平均气温℃，历史极端最高气温℃，极端最低气温℃。
平均年地面温度为℃。
降雨量：
降水有两个明显特点：
一是年际变化大，二是年内降水分配不均。
年平均降雨量。
年内降雨变化为一峰一谷型，冬季干旱少降雨，平均降雨量12mm，降雨量占年降雨量的2%；夏季炎热多雨，平均降雨量，降雨量占年降雨量的74%。
日照：
平均年日照时数为小时。
风：
主导风向为东北风和西南风。
历年平均风速s，境内最大风速s，静风率%。
冰冻期和无霜期：
境内土壤平均冰冻期为每年11月份至次年3月中旬，历年最大冻土深度66cm。
初霜日平均在10月21日，最早出现在10月9日；终霜日平均在4月13日，最晚出现在4月26日。
全年平均无霜期约为208天。
（4）水系及水资源
此县城境内共有槽河、界河等大小河六条，均系大清河水系白洋淀以上支流。
漕河：
又名沙河，发源于保定西北部易县西南五回岭口子村北，经狼牙山脚下自本县龙门流入此县境内，至东庄店入徐水，属季节性河流。
漕河全长120余公里，总流域面积800平方公里，其中此县境内河段长公里，流域面积231平方公里。
近几年内，由于工业、生活废水的纳入，漕河水量增加，使地表径流常年存在。
此县污水主要排入漕河。
界河：
发源于易县东白银洼，流经沫源、顺平县，于西部山区车厂村入境，由章村村南流出。
上游修有龙潭水库，地表径流至岭西附近潜入地下。
界河全长110余公里，流域面积平方公里，其中此县境内河段长43公里。
此外，还有龙泉河、侯河、白草沟、一亩泉，均流经此县城。
（5）地震
此县城西部位于华北断块的太行山隆起带北段东侧，东部位于华北断块的冀中凹陷次级构造和保定凹陷西侧。
太行山山前断裂带呈东西向，从县城东侧穿过，是隆起带凹陷区的分界线。
县城以西、以南及东北方向分别是紫荆关断裂、顺平断裂、徐水断裂。
在这些断裂中，太行山断裂控制了该地区的地质构造活动。
此县城50年超越概率10%，地震烈度为6度。
工程概况
此工程名称为某县城污水管网设计，采用雨污分流制。
规划年限为近期2010～2020年，远期为2020～2030年。
改革开放以来，此县城镇人口猛增，工业企业迅速发展，同时此县丰实的文物和旅游资源，为其今后发展旅游业等第三产业提供了资源条件和契机，对经济的发展起着重要的促进作用，其地位的重要性必迅猛上升。
然而与之极其不相符的是此县的城市污水还没有采取有效措施直接排放，对自然坏境和社会环境均造成了极其不好的影响：
由于污水没有消纳场所，致使其经济发展也受到制约：
没有城市污水处理厂，其市政基础设施不能称为完善，对招商引资也会带来不利影响；污水直接排放，严重影响当地居民的身体健康。
因此，此县城市污水处理工程的建设是非常必要的。
此县的规划和发展是本着城区发展与环境保护相协调以及“谁污染谁治理”的原则，使城区发展与环境保护同步进行的。
县城西南54公里处即为我国著名的白洋淀，随着此县城规模及工业的不断发展，污水的排放量必日益增加，若不进行处理就排入水体，则大量的含有机物、氮、磷的污水必然通过漕河及相关流域排入白洋淀，势必严重影响白洋淀水域水资源质量和白洋淀水域有机物控制总量方案的实施，并使以白洋淀水域为水源的相关城区企业产品的成本提高，从而降低企业利润，破坏河北省白洋淀地区的投资环境，将不利于此县以及河北省白洋淀地区的综合开发。
建设污水处理厂工程，是改善城区水环境、减少污染物向地面水体及白洋淀水域排放的最有效措施，为提高此县及白洋淀周边城区招商引资的外部环境，提高此县城区的综合使用功能发挥积极作用。
另外，根据此县城区内现有企业以及今后工业、企业发展趋势，按照国务院和河北省政府的要求，为了达到漕河等海河水系治理目标，必须建设污水处理厂。
目前此县城区内的供水水源主要是地下水，而地下水的补给包括大气降水入渗补给、渠系渗漏补给、漕河河道渗漏补给量、白洋淀蓄水渗漏补给量等。
因城区内排水设施很不完善，污水均未经处理直接排入天然水体，势必造成污水的回灌、渗透，使地下水水质日趋恶化。
为确保地下水水质执行《地下水质量标准》（GB/T14848-93）中规定的
类水体标准，建设满城县污水处理厂是必要的。
2工程规模
污水量预测
居民平均日生活污水量Qd:
（L/s）
式中：
n——居民生活用水定额（L/人·d）；
N——城镇设计居住人口数（人）；
k——排放系数。
根据对此县城居民生活用水情况的调查，将生活用水定额取为110L/人·d，到2020年此县城设计居住人口为万，排放系数为取，计算出2020年的居民平均日生活污水量为L/s。
2030年此县城设计居住人口数为万人，排放系数取，因此根据上述公式计算出居民平均日生活污水量Qd为s。
工程规模
总污水量
根据《满城县县城总体规划》及近期的有关预测，到2030年居民平均日生活污水量为s。
工程范围
规划年限为近期：
2010～2020年，远期为2020～2030年。
规划范围为满城县城外环路以内，面积为，总人口为万人。
3管网设计
管线布置原则
（1）按照城市总体规划，结合当地实际情况布置污水管网，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、埋深最小；
（4）协调好与其他管道、电缆和道路等工程的关系，考虑好与企业内部管网的衔接；
（5）规划时要考虑到各管渠的施工、运行和维护方便；
（6）远近期规划相结合，考虑发展，尽可能安排分期实施。
设计公式及参数原则
（1）居民平均日生活污水量Qd
（L/s）
式中：
n——居民生活用水定额（L/人·d）；
N——城镇设计居住人口数（人）；
k——排放系数。
（2）比流量q的计算
（L/s·hm2）
式中：
Qd——居民平均日生活污水量（L/s）；
F——此县城污水总排放面积（hm2）。
通过统计，污水总排放面积为hm2，得比流量q为L/s·hm2。
（3）污水设计管段的流量q确定
q=（q1+q2）·Kz+q3
式中：
q1——本段流量，L/s；
q2——转输流量，L/s；
Kz——总变化系数；
q3——集中流量，L/s。
Kz的计算公式：
（4）污水管道水力学计算公式（按非满流计算）如下：
Q=vA
V=1/nR2/3i1/2
R=A/ρ
式中：
Q—流量（m3/s）；
v—流速（m/s）；
R—水力半径（m）；
I—水力坡降；
A—水流断面（m2）；
ρ—湿周（m）；
n—粗糙系数；钢筋混凝土管采用。
设计步骤
1.划分排水流域
根据地形的走向和铁路、公路、河道等对排水管道布置的影响情况，并结合城市的总体规划图，划分排水流域，确定排水流向。
2.污水管道的定线及污水厂、出水口位置的选定
（1）污水管道定线
污水管道定线一般沿城镇道路敷设，并充分利用地形，在整个排水区域较低的地方敷设主干管及干管，便于支管的污水自流接入。
此县城的地形为西高东低，因此污水干管自西向东布置四条，主干管布置在最东边，南北流向。
（2）污水厂、出水口位置的选定
出水口应位于城市河流的下游；污水厂应位于河流的下游，并与出水口尽量靠近；污水厂应设在城镇非取暖季节主导风向的下风向，并与城镇、工矿企业以及郊区居民点保持300m以上的卫生防护距离。
因此县城的非取暖季节主导风向为西南风，因此将污水厂设在西南风的下风向，即此县城的东北角。
出水口靠近污水处理厂，也位于东北角。
3.污水设计流量的确定
（1）经过计算，居民平均日生活污水量Qd为s。
（2）通过统计，污水总排放面积为hm2，得比流量q为L/s·hm2。
（3）根据上述公式计算出各污水设计管段的流量q。
4.污水管道的水力计算
（1）确定污水管道设计参数
参照地面坡度暂定管道坡度，然后根据污水管段设计流量查“钢筋混凝土圆管（非满流）水力计算图”确定设计充满度、设计管径、设计流速等参数。
各参数取值需满足《室外排水设计规范》（GB50014-2006）的规定，否则需调整参数。
1）污水管道按非满流（h/d≤1）进行设计，其最大充满度规定见下表1：
表1
管径（mm）
最大设计充满度
200～300
350～450
500～900
≥1000
其中：
h为管内水深，d为管内径。
2）最小管径与最小设计坡度规定见下表2：
表2
管道类别
最小管径（mm）
相应最小设计坡度
污水管
300
塑料管，其他管
雨水管和合流管
300
塑料管，其他管
雨水口连接管
200
压力输泥管
150
重力输泥管
200
本工程最小为d500钢筋混凝土管。
3）污水量总变化系数
污水量总变化系数按国家标准《室外排水设计规范》GB50014-2006选用，见下表3：
表3
污水平均流量l/s
5
15
40
70
100
200
500
≥1000
总变化系数
4）设计流速
《室外排水设计规范》（GB50014-2006）规定污水管道在设计充满度下最小流速为s，最大设计流速为5m/s。
5）管道的埋深
《室外排水设计规范》（GB50014-2006）规定：
无保温措施的生活污水管道或水温与生活污水接近的工业废水管道，管底可埋设在冰冻线以上。
并且，为防止地面荷载而破坏管道，车行道下污水管最小覆土厚度不宜小于。
（2）确定设计管段上、下端的水面标高、管内底标高和埋设深度
根据各检查井的地面标高、控制点的埋设深度及管内设计水深推算各设计管段上、下端的水面标高、管内底标高和埋设深度。
各管段的衔接采用管顶平接。
下面选择了位于县城最北边的一条干管进行水力计算，其设计流量计算见附表1，水力计算见附表2。
5．绘制污水管网平面图及纵剖面图。
管材及排水设施
1．管材选择
1）排水管材的选择原则
截流干管是县城污水处理工程中的重要组成部分，在投资比重上占工程总费用的很大比例，而管材又是构成管网的主要内容，因此管材选择的基本原则为：
能满足县城污水处理工程特点，能承受设计排水能力和外荷载的要求，适用性能可靠，卫生条件好、维修工作量少，施工方便，使用年限长，内壁光滑，排水能力基本保持不变，造价低。
2）各种管材的对比
目前在市政排水工程中使用的管材主要有钢筋混凝土管、HDPE双壁波纹管、加筋UPVC管、玻璃钢加砂管等。
玻璃钢加砂管：
该管道加工安装方便，表面光滑，轻质高强，具有优异的耐腐性能，但相对价格较高。
HDPE双壁波纹管、加筋UPVC塑料管：
该管道加工安装方便，耐久性好、有利于养护管理，但管道轻且不耐外压及冲击，施工要求高于钢筋混凝土管。
钢筋混凝土管：
价格低，能承受一定压力，使用年限长，抗腐蚀性较强。
综合上述各种管材的优缺点，考虑到此县城的经济发展水平及就地取材原则，本次设计决定对重力流管段选用钢筋混凝土管为管网工程的主要管材。
2．排水设施
检查井：
在排水管线转弯、交汇、高程变化、管径改变及直线距离一定处，都需设置检查井。
大管径处，检查井采用钢筋混凝土矩形井；小管径处，检查井采用预制钢筋混凝土圆型井。
跌水井：
在管线埋深或地形坡度陡较陡处，设一定数量的跌水井。
跌落方式根据高程确定。
跌水井采用钢筋混凝土结构。
3．管道基础及接口方式设计
（1）基础
管道基础根据管道埋深、地质情况管材选用。
做法参见《排水管道通用图集》（PS03-02）。
（2）接口
采用柔性接口。
对地基松软或不均匀沉降地段，管道基础采取加固措施。
做法参见《排水管道通用图集》（PS03-17）。
（3）管位及施工方法说明
污水管定位要满足施工要求，对新建、拟建道路，污水管宜与其它管线统一规划考虑，并与道路施工同时进行。
为尽量避免对道路路面的破坏及降低投资，管道埋深较浅时采用大开挖施工，埋深较深时或穿越重要道路时采用顶管施工，且宜采用机械顶管施工。
4效益分析
社会效益
此县城近年来人口猛增，工业企业迅速发展，同时其丰实的文物和旅游资源，为其今后发展旅游业等第三产业提供了资源条件和契机，对经济的发展起着重要的促进作用，其地位的重要性必迅猛上升。
此县的规划建设的污水处理厂，使城区发展与环境保护同步进行的。
县城西南54公里处即为我国著名的白洋淀，随着县城规模及工业的不断发展，污水的排放量的日益增加，大量的含有机物、氮、磷的污水通过漕河及相关流域排入白洋淀，严重影响白洋淀水域水资源质量和白洋淀水域有机物控制总量方案的实施。
建立此污水处理厂，对此县城的污废水进行处理后，达标排放到漕河，有效地控制了排入白洋淀水域有机物、氮磷的总量，保护了河北省白洋淀地区的投资环境，将有利于县城以及河北省白洋淀地区的综合开发。
建设污水处理厂工程，是改善城区水环境、减少污染物向地面水体及白洋淀水域排放的最有效措施，为提高此县及白洋淀周边城区招商引资的外部环境，提高县城区的综合使用功能发挥积极作用。
经济效益
此县城工业企业迅速发展，同时此县丰实的文物和旅游资源，为此县今后发展旅游业等第三产业提供了资源条件和契机，对经济的发展起着重要的促进作用，然而与之极其不相符的是此县的城市污水还没有采取有效措施直接排放，对自然坏境和社会环境均造成了极其不好的影响，其市政基础设施不能称为完善，对招商引资也会带来不利影响。
因此，建立此污水处理厂后经济效益显著。
不仅可减少企业分散不成规模地进行污水治理所增加的投资及运行费用；而且可避免城镇供水设备因水污染而增加的投资及运行费用，提高供水保障率；同时也可减轻因水污染对工业、农业、牧业及渔业造成的质量与产量的下降。
具体来讲，本项目实施后，预计可以带来社会经济效益为：
（1）改善投资环境，加快此县及周边地区的开发进程，促进此县与周边省市的贸易往来，有利于资金引进；
（2）进而改善城市旅游环境，促进旅游业发展；
（3）大大减轻漕河水体的污染程度，充分发挥其农田灌溉的水体功能，提高农作物产量，促进农业发展；
（4）有效防治城市水污染，保护水资源；
（5）改善市容，保护人民身体健康，为此县的持续发展创造必要条件。
环境效益
县城西南54公里处即为我国著名的白洋淀，随着此县县城规模及工业的不断发展，污水的排放量日益增加，大量的含有机物、氮、磷的污水通过漕河及相关流域排入白洋淀，严重影响白洋淀水域水资源质量和白洋淀水域有机物控制总量方案的实施。
加强生态保护建设的政策，要求结合白洋淀上游地区实施生态建设工程，加大漕河治理力度。
而治理漕河的关键在于降低城市中生活污水的排放量和排放浓度。
建设此县污水处理厂工程，是改善城区水环境、减少污染物向地面水体及白洋淀水域排放的最有效措施，提高此县城区的综合使用功能发挥积极作用。
建设污水处理理厂工程，生态环境效益显著。
建设污水处理厂工程后，每年可减少排放到自然水体中的BOD：
3723t/a，COD：
6570t/a，总氮：
438t/a，磷：
t/a。
在城郊结合部，通过排水设施及时处理生活污水，可大大改善环境卫生，有利于村民的身体健康；在集镇区，居住环境变得更加清洁卫生，有利于广大居民休息养生；显著削减了进入镇区内水域的污染物，可改善目前已严重受损的区域水域生态系统，对白洋淀生态环境安全起到重要的保护作用。
5设计心得
做完污水管网的课程设计，我又如下的心得体会：
首先，在专业知识方面，掌握了城镇污水管网设计的方法和步骤；熟悉了有关手册、规范和资料；通过画污水管网平面图，我对AutoCAD绘图软件的使用更加熟练；我还掌握了污水干管纵剖面图的绘制方法和注意事项。
其次，在个人能力方面，分析问题与解决问题的能力有了一定的提高，能更加全面的考虑问题。
最后，增加了实际工程的概念，理论联系实际的能力还需进一步提高。
在做设计的过程中，自身的不足之处也体现出来了，如有时处理数据不够仔细认真，考虑得不周到，导致做了很多无用功，也走了一些弯路；实际工程的概念不强，理论联系的能力不足。
这些缺点都需在日后的学习中克服，慢慢改进，而这就需要自己多想多做。
这次设计收获很多。
污水干管设计流量计算表附表1
污水干管设计流量计算表
管段编号
居民区生活污水量（或综合生活污水量）
集中流量q3
设计流量（L/s）
本段流量q1
转输流量q2/（L/s）
合计平均流量q2/（L/s）
总变化系数KZ
生活污水设计流量（L/s）
本段（L/s）
转输（L/s）
街坊编号
街坊面积/hm2
比流量（L/s·hm2）
流量q1/（L/s）
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
1-2
1，2，3
2-3
4，5，6
3-4
7，8，9
4-5
10，11
5-6
12，13
6-7
14，15
7-8
16，17
8-9
18，19
9-10
20，21
10-11
22
污水干管水力计算表附表2
管段
地面标高（m）
水面标高
管内底标高
埋设深度（m）
编号
上端
下端
上端
下端
上端
下端
上端
下端
1
10
11
12
13
14
15
16
17
1-2
2-3
3-4
4-5
5-6
6-7
7-8
8-9
9-10
管段编号
管段长度L（m）
设计流量Q（L/s）
管道直径D（mm）
设计坡度I（‰）
设计流速v（m/s）
设计充满度
降落量IL/（m）
h/D
h/（m）
1
2
3
4
5
6
7
8
9
1-2
2-3
3-4
4-5
5-6
6-7
7-8
8-9
9-10
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