城市给排水管网课程设计.docx
《城市给排水管网课程设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《城市给排水管网课程设计.docx（37页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
城市给排水管网课程设计
城市给排水管网课程设计
任务书1
设计说明书4
第一章设计总说明4
1.1设计原始资料4
1.2分析设计资料4
第二章给水管网设计说明4
2.1给水方案的确定4
2.2配水方案比较5
第三章排水管网设计说明7
3.1排水体制7
3.2排水系统的布置形式7
3.3污水管道系统的设计9
3.3.1污水处理厂厂址选择9
3.3.2管道定线9
3.3.3污水管道设计规定10
3.3.4污水管道布置与敷设11
3.3.5管道穿越铁路11
3.4雨水管道设计11
3.4.1雨水管道设计一般规定11
3.4.2雨水管道布置与敷设11
3.5雨水排水方案的选择12
设计计算书15
第一章给水管网设计计算15
1.1设计用水量的计算15
1.2管网水力计算17
1.2.1集中流量的计算17
1.2.2沿线流量的计算17
1.2.3节点流量的计算18
1.2.4流量的初步分配19
1.2.5管网平差19
1.2.6消防校核23
1.2.7事故校核26
1.2.8校核分析30
1.2.9节点服务水头的计算30
第二章污水管网设计计算32
2.1街区面积的计算32
2.2污水设计流量的计算33
2.2.1比流量的计算33
2.2.2集中流量的计算33
2.3设计管段划分及流量的计算34
2.4水力计算35
2.5排水管道的材料、接口及基础37
第三章雨水管网的设计计算38
3.1划分排水流域和管道定线38
3.2划分设计管段38
3.3计算各设计管段的汇水面积39
3.4主要设计参数40
3.5水力计算40
3.6雨水出水口41
参考文献41
《城市水网管道系统》课程设计任务书
题目：
南方某小城镇给排水管网扩大初步设计
一．目的与要求
1．目的：
1）综合应用所学的给水管网系统规划设计和计算的基本理论、基本知识和方法，完成一座小城镇的给水管道工程的设计，培养学生学会使用设计手册，设计规范，标准图集等。
2）综合应用所学的污水、雨水、合流制管渠系统规划设计和计算的基本理论、基本知识和方法，深化和扩展专业知识，培养查阅资料、运用工具书、合理制定设计方案，编制设计计算书和绘制工程图纸的能力。
并培养学生学会合理使用设计手册，设计规范，标准图籍等。
2．要求：
1）进行给水管道系统及其附属构筑物的设计，并达到扩大初步设计的水平。
要求管道水头损失采用海曾-威廉公式进行计算（请注明系数Ch取值），平差精度为小环0.05m，大环0.10m。
2）按完全分流制完成一座小城镇的排水管道工程设计，进行污水管道系统和雨水管道系统的设计计算，并达到扩大初步设计的水平。
3．设计成果：
1）设计说明书一份。
要求在进行管网定线时选择两个可比的方案进行技术经济比较；给水系统要求做所有干管及主干管的设计计算；污水排水系统要求做所有干管及主干管的设计计算；雨水系统可只选一条干管进行计算。
给水管网平差要求附上初步分配流量、第一次、第二次及最后一次平差过程。
2）给水管道系统总平面图一张（标注主干管、干管的管径、管段长度、流量、水头损失等）。
图号为A1，要求有图名、比例尺、说明、图例、等高线分布、河流走向等。
3）给水主干管的纵剖面图一张。
图号为A2。
要求有图名、说明、标高、比例尺、管材说明等。
4）给水系统要求进行必要的校核。
说明书中附上初步分配流量、第一次、第二次及最后一次平差过程。
5）污水、雨水管道系统总平面图一张（标注主干管、干管的管径、坡度、管段长度等）。
图号为A1，要求有图名、比例尺、说明、图例、等高线分布、河流走向等。
6）污水主干管的纵剖面图。
图号为A2。
要求有图名、说明、标高、比例尺等。
二．设计资料
1．南方某小城镇规划总平面图一张，图中尺寸为实际尺寸，单位m，图中标有等高线、水体、工厂分布及街坊道路、铁路布置等。
用户要求最小服务水头20.00m（一班用），24.00m（二班用），28m（三班用）。
2．城区人口分布见附表一。
3．集中流量：
火车站用水量370m3/d，均匀用水，排水按用水量的80%均匀排出。
污水出口埋深2.00m（一班用），2.10m（二班用），2.20m（三班用）。
4．医院用水量260m3/d，均匀用水，排水按用水量的80%均匀排出。
出口埋深2.00m（一班用），2.10m（二班用），2.20m（三班用）。
5．工厂分三班制，生产污水经处理后可以与生活污水混合排放至市政管网。
详细资料见附表二。
出口埋深均为1.50m。
6．土壤无冰冻。
土质良好。
7．水文资料：
设计最高水位83.0m；设计最低水位65.2m；常水位78.6m。
8．夏季主风向：
东南风。
冬季：
北风。
9．该市的地势如平面图所示，地下水位在地面以下68.5m。
10．城区各类地面性质所占百分比如附表三。
.
11．气温：
最高温度38.8℃，最低－3.5℃。
12．降雨强度公式：
附表一（学号单数用）
区域
街坊人口密度（cap/ha）
备注
1
340
2
510
3
326
附表一（学号双数用）
区域
街坊人口密度（cap/ha）
备注
1
540
2
670
3
480
附表二（学号0-4用）
工厂
职工人数
生产用（排）水量
最大班
平均日m3/d
最大班用（排）水量m3/d
热车间
一般车间
职工人数
淋浴人数
职工人数
淋浴人数
1
300
180
320
300
450
380
2
250
150
260
250
360
270
3
400
200
350
320
520
400
附表二（学号5-9用）
工厂
职工人数
生产用（排）水量
最大班
平均日m3/d
最大班用（排）水量m3/d
热车间
一般车间
职工人数
淋浴人数
职工人数
淋浴人数
1
360
210
240
200
510
350
2
200
120
220
190
400
280
3
450
220
380
350
650
480
附表三（单号用）
地面覆盖情况
屋面
沥青道路及人行道
非铺砌土地面
绿地
所占百分数（%）
45
13
18
24
附表三（双号用）
地面覆盖情况
屋面
沥青道路及人行道
非铺砌土地面
绿地
所占百分数（%）
50
13
15
22
设计说明书
第一章设计总说明
给水管网的设计是给排水工程规划设计的主要内容，通过技术经济分析，选择技术可行、经济合理的最佳方案。
根据输配水管网布置的原则，选择管网控制点，进行平差和水力计算，确定输配水干管的直径、走向，并布置沿线的主要附件；绘制管道平面图和纵断面图。
排水管网设计根据确定的设计方案，在适当比例的总体布置图上划分排水流域，布置管道系统；根据设计人口数污水量标准，计算污水设计流量；进行污水管道水力计算，确定管道断面尺寸、设计坡度、埋设深度；确定污水管道在道路横断面上的位置；绘制管道平面图和纵断面图。
一.1设计原始资料
（见设计任务书）
一.2分析设计资料
本给排水管网规划的城市是南方某城市，设计人口约为12万人。
城区生活用水的最小要求服务水头为24m。
根据该城区的平面图，可知该城区自北向南倾斜，即北高南低，地形比较平坦，而且没有太大的起伏变化。
该城区分成三个区。
城区中部有铁路穿过街区分布，南面比北面的面积大。
城区中的工业用户对水质和水压没有特殊要求。
一区有三个大用户，分别是工厂2、工厂3和火车站，南面有两个大用户，分别是工厂1和医院。
河流在城市的南面，水流自西向东流，上游可作为给水水源。
第二章给水管网设计说明
二.1给水方案的确定
（1）水源与取水点的选择
所选水源为城市南面的河流。
取水点应该选在水质良好的河段，也就是河流的上游，并且要靠近用水区。
（2）取水泵站的位置
定在取水点附近，即上游河岸，用以抽取原水。
（3）水厂厂址选择
水厂厂址应该选在不受洪水威胁，卫生条件好的地方，也就是河流的上游。
由于取水点距离用水区较近，所以水厂设置在取水泵站附近，或者与取水泵站建在一起。
（4）输水管渠定线
1）沿着现有道路
2）尽量缩短输水距离
3）充分利用地形高差，优先考虑重力输水。
但是由于取水点选在城市南面的河流，地势较低，所以输水方式只考虑压力输水。
4）本设计是单水源供水，为保证供水的安全性，采用双管输水。
（5）配水管网
1）干管延伸方向应和二级泵站到大用户的方向一致，干管间距采用500—800m。
2）干管和干管之间有连接管形成环状网，连接管的间距为800—1000m左右。
3）干管按照规划道路定线，尽量避免在高级路面或重要道路下通过；尽量少穿越铁路。
4）干管尽量靠近大用户，减少分配管的长度。
5）力求以最短距离铺设管线，降低管网的造价和供水能量费用。
6）本设计采用环状网。
7）干管布置的主要方向按供水主要流向延伸。
管网中输水干管到大用户如工厂、火车站的距离要求最近。
8）管网布置必须保证供水安全可靠，尽可能布置成环状。
干管尽可能布置在两侧有大用户的道路上，以减少配水管的数量。
二.2配水方案比较
（1）水源与取水点的选择
根据估算，此城市为中小城市，城区面积约为610公顷，地形较平缓，考虑采用水泵直接供水，中途不设调节构筑物，如水塔，高低水池等。
由于城中心有铁路穿过，故考虑尽量减少管道过铁路的数量，但考虑供水可靠性，保证一区用水量及水压条件，考虑采用2条管道穿过铁路。
现有以下两个方案：
方案1：
采用2条管穿铁路，两处穿铁路的输水管距离约为800m，干管呈横向布置。
整个管网形成7个环。
（见图1）
方案2：
采用3条管穿铁路，间距约为800m。
干管呈横向，整个管网形成8个环，（如图2）。
给水系统的布置，应密切配合城市和工业区的建设规划，受水源地和地形的影响。
从地势和水源地来看，由于河流在地势比较低的地方，很明显不可能靠重力来供水，而且地形比较平坦，为了供水的安全和减少因水锤作用产生的危害，两个设计都采用了环状网；由于地势相差不大，因此采用统一供水系统。
方案比较：
方案1：
水厂设在河流上游，水质较好。
一共分7个环，供水可靠性较高；管线长度少，不需很多大管径的管道从而节省了投资，比较经济。
但是穿越铁路的一条管道一旦管线出现事故，系统的水头损失将很大，且水量不易得到保障，可靠性不如方案2。
方案2：
水厂设在河流上游，水质较好，分8个环，供水较均匀。
而且方案2的主要干管布局基本上敷设在接近大用户的地方，既能及时供应生产、生活和消防用水，又能适应今后发展的需要。
综合分析，评价两个方案主要从经济性和供水可靠性两方面来进行评价。
该市属于中小城市，并且地形比较平坦，工业用水量不大且工厂和医院等用户对水压没有特殊的要求。
考虑到现在的人们随着生活水平的提高对供水安全可靠性的要求越来越高，和城市的规模以及城市以后的发展需求，方案2相对更适合，较好。
（2）调节构筑物
由于此区是属于大城市的一个城区，所以不设水塔。
清水池适用于供水范围不很大的中小型水厂，调节水池泵站适用于供水范围较大的水厂以及部分地区用水压力要求较高，采用分区供水的管网。
所以考虑采用前者，即清水池。
清水池布置在串联分区管网、管网低压区。
所以布置在铁路以南的分区。
第三章排水管网设计说明
三.1排水体制
合理地选择排水系统的体制，是城市和工业企业排水系统规划和设计的重要问题。
排水系统的选择应满足环境保护的需要，根据当地条件，通过技术经济比较确定，而环境保护应是选择排水体制时所考虑的主要问题。
一般来说，城市排水系统的排水体制有三种情况：
分流制、合流制和混流制。
下面从不同角度进一步分析：
合流制排水系统是将生活污水、工业废水和雨水混合在同一个管渠内排除的系统。
其有部分混合污水未经处理直接排放，成为水体的污染源而使水体遭受污染，对于环境保护、维护管理方面来讲，是较差的。
分流制排水系统是将生活污水、工业废水和雨水分别在两个以上各自独立的管渠内排除的系统。
从环保方面来看，分流制将城市污水全部送至污水厂进行处理，与合流制比较它较为灵活，截流干管尺寸不算太大，比较容易适应社会发展的需要，一般又能符合城市卫生的要求，所以在国内外获得了较广泛应用。
从造价方面来看，分流制可节省初期投资费用。
从维护管理方面来看，分流制系统可以保持管内的流速，不易发生沉淀，同时，流入污水厂的水量和水质比合流制变化小得多，污水厂的运行易于控制。
综上所述，并考虑到该区雨季雨量较大，且该城市地区道路较宽，环保要求较高，本设计采用完全分流制排水系统。
三.2排水系统的布置形式
本设计主要采用正交式和截流式布置形式。
表3.1正交式、截流式和平行式布置形式的比较
布置形式
优点
缺点
适用范围
正交式
干管长度短，管径小，经济，污水排出迅速
污水未经处理直接排放，水体受污染，影响环境
仅用于排除雨水
截流式
减轻水体污染、改善和保护环境
雨天有部分混合污水泄入水体，造成水体污染
适用于分流制污水排水系统
根据城市地形分析，本设计的污水排水系统主要采用截流式布置；雨水排水系统主要采用正交式布置。
对于污水，根据城区特征，进行布管的方案比较：
具体形式见下图：
方案1
方案2
方案比较：
方案1：
分开4条污水干管穿铁路，从一区出发，经二三区，最后经过总干管截流送至污水厂。
此方案的污水设计成顺坡流向，有利于节省能源，就减小了管道的长度，节省管材，减小管道的埋深，布网简单，维护管理方便，有4条干管穿越铁路，可靠性较好，虽然增加了铁路的施工，但大大提高了可靠性。
方案2：
分开3条污水干管穿铁路，虽然减少了干管穿越铁路的数量，但其将大范围的污水都汇集道3条管道上，排水流量大，这样管径必然会很大，或者这样增加了管道的埋深，施工的难度，降低了可靠性。
综合比较后，决定采用方案1
三.3污水管道系统的设计
三.3.1污水处理厂厂址选择
在城市总体规划中，污水厂的位置范围已有规定，但是，在污水厂的总体设计时，对具体厂址的选择，仍须进行深入的调查研究和详尽的技术经济比较，应遵循下列各原则：
1）厂址与规划居住区公共建筑群的卫生防护距离应根据当地具体情况，与有关部门协商确定，一般不小于300米。
2）厂址应在城市集中供水水源的下游至少500米。
3）厂址应尽可能少占农田或不占良田，且便于农田灌溉和消纳污泥。
4）厂址应尽可能设在城市和工厂夏季主导风向的下方。
5）厂址应设在地形有适当坡度的城市下游地区，使污水有自流的可能，节约动力消耗。
6）厂址应考虑汛期不受洪水的威胁。
7）厂址的选择应考虑交通运输、水电供应地质、水文地质等到条件。
8）厂址的选择应结合城市总体规划，考虑远景发展，留有充分的扩建余地。
本设计中污水处理厂布置城市河流的下游，靠近岸边，周围300m内无居住区。
见城市污水系统总平面图，其依据是：
1）该地区常年主导风向：
夏季主风向为东南风，冬季主风向为北风。
2）污水厂建在河流的下游，这样避免对城市取用水水质的影响。
3）污水厂布置在地势较低处，有利于污水管道的重力流动，故设在河流下游的岸边。
三.3.2管道定线
定线原则：
应尽可能地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。
排水管网的布置原则既要使管道工程量为最小，又要使水流畅通节省能量。
1）支管、干管、主干管的布置要顺直，水流不要绕弯。
2）充分利用地形地势，最大可能采用重力流形式，避免提升。
3）在起伏较大的地区，应将高区系统与低区系统分离，高区不宜随便跌水，应直接重力流入污水厂，并尽量减少管道埋深。
至于个别低洼地区应局部提升，做到高水高排。
4）尽量减少中途加压站的个数。
如果遇山岗尽量采用隧洞方式。
若须经过土壤不良地段，应根据具体情况采用不同的处理措施，以保证地基与基础有足够的承载能力。
当污水管道无法避开铁路、河流或其它地下建（构）筑物时，管道最好垂直穿过障碍物，并根据具体情况采用倒虹管、管桥或其它工程设施。
若各种管线布置发生矛盾，处理的原则是，新建让已建的，临时让永久的，小管让大管，压力管让重力管，可弯让不可弯的，检修次数小让检修次数多的。
三.3.3污水管道设计规定
（1）最大设计充满度：
表3.2管径与最大充满度的关系
管径D（mm）
最大设计充满度h/D
200~300
0．55
350~450
0．65
500~900
0．70
≥1000
0．75
（2）最小坡度：
管径300mm的最小设计坡度000.3。
（3）设计流速：
最小设计流速是保证管道内不致发生淤积的流速。
污水管道的最小流速定为0.6m/s.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.。
（4）最小管径：
1）厂区内的工业废水管、生活污水管、街坊内的生活污水管200mm。
2）城市街道下的生活污水管300mm。
（5）覆土：
1）冰冻要求：
在0.7m以上（本设计无冰冻要求）。
2）最大覆土：
不宜大于6m。
3）理想覆土：
在满足各方面要求的前提下，争取维持在1~2m。
4）荷载要求：
最小覆土在车行道下一般不小于0.7m。
（6）连接：
1）管道在检查井内连接。
2）管道管径相同时的连接方式用水面平接，管径不同时用管顶平接。
3）在任何情况下进水管底不得低于出水管底，若出现三条管段连接的情况，选择出水管管内底标高低的一条管段连接。
（7）坡度骤变的处理：
1）管道坡度骤然变陡，可由大管径变小管径。
2）当D=200~300mm时，只能按生产规格减小一级。
3）当D≥400mm时，应根据水力计算确定，但减小不能超过二级。
4）管道坡度骤然变缓，应逐渐过渡。
（8）小管核算：
1）当有公建筑物位于管线始端时，应加入该集中流量进行满流复核。
2）流量很小而地形又较平坦的上游支线，可采用非计算管段，采用最小管径，按最小坡度控制。
（9）溢流：
污水管道在进入泵站或处理厂前，当条件允许时，可设事故溢流口，但必须取得当地有关部门的同意。
（10）在充满度过高的管段、跌水井、大浓度污水接入的井位以及污水管线上每隔500m左右的井位处宜设通风管。
三.3.4污水管道布置与敷设
（1）从该城区的平面图可知该区地势自南向北倾斜，坡度较小，根据自然地形管道顺坡排水。
一区污水主干管垂直穿过铁路后沿程收集其他区污水量进入污水处理厂，整个管道系统呈截流式形式布置，见城市污水系统总平面图。
（2）干管敷设在所服务排水区域的较低处，便于支管的污水自流接入。
（3）在地形较平坦处，将干管敷设在低区，使得污水能以最短距离排入干管，从而使支管最短，由于支管的管径较小，保持最小流速所需坡度较大，所以减小支管长度能有效地减小整个管网的埋深。
三.3.5管道穿越铁路
（1）管道垂直穿过铁路。
（2）结构尺寸按照相应的外部荷载计算，并经当地铁路交通管理部门同意。
（3）在穿越重要铁路干线时，管道设在套管中，并设事故排出口；套管两端设检查井。
（4）顶管或套管管顶与铁路轨底之间的垂直距离不小于1.2m。
三.4雨水管道设计
三.4.1雨水管道设计一般规定
（1）充满度：
一般按满流计算
（2）流速：
1）满流时最小流速一般不小于0.75m/s
2）起始管段地形平坦，最小设计流速不可小于0.6m/s
3）最大允许流速同污水管道
（3）最小管径、坡度：
1）雨水支干管最小管径300mm，最小设计坡度0.003；
2）雨水口连络最小管径200mm，设计坡度不小于0.002。
（4）覆土或挖深：
1）最小覆土在车行道下一般不小于0.7m
2）局部条件不允许时，须对管道进行包封加固
3）最大覆土与理想覆土同污水管道
（5）管渠连接与构筑物的连接：
1）管道在检查井内连接，一般采用管顶平接。
2）相同管径的管段可以采用水面平接；不同断面管道必要时也可采用局部管段管底平接。
3）在任何情况下，进水管底不得低于出水管底。
三.4.2雨水管道布置与敷设
从该城区的平面图和资料知该城区地形平坦，无明显分水线，故排水流域按城市主要街道的汇水面积划分。
河流的位置确定了雨水排出口的位置。
雨水排出口位于河岸边。
由于河流的洪水位低于该地区地面的平均标高，所以雨水可以靠重力排入河流，不用设雨水泵站。
河流的位置确定了雨水出水口的位置，雨水出水口位于河岸边，由于该地区地势以一定坡度坡向河流，地形对排除雨水有利，拟采用分散出口的雨水管道布置形式，雨水干管基本垂直于等高线，即正交式布置，这样雨水能以最短距离靠重力流分散就近排入水体。
正交式布置的干管长度短、管径小，因而经济，雨水排出较迅速。
雨水管道布置平面图详见城市雨水系统总平面图。
雨水管道的设计计算见：
雨水管水力计算表
注：
（1）雨水管道各设计管段在高程上采用管顶平接
（2）出现下游管段的设计流量小于上游管段设计流量的情况，取上一管段的设计流量作为下游管段的设计流量
（3）在支管与干管相接的检查井处，会有两个∑t2值和两个管底标高值，再继续计算相交后的下一个管段时，取大的那个∑t2值和小的那个管底标高值。
雨水管道敷设方式同污水管道敷设方式，当雨水管道与污水管道交叉布置时，应小管让大管，必要时设置倒虹管。
三.5雨水排水方案的选择
方案1
方案2
方案比较
方案1：
采用5条干管穿铁路，可以减少工程造价，经济性好。
从铁路北面过来的污水在流经铁路南面时不接受沿途街坊的雨水量，这样可以大大减小干管的管径。
方案2：
方案采用7条干管穿越铁路，汇水面积较均匀，管道布置简洁介。
但干管承担的汇水面积比较大，需要的管径很大，大大增加了工程造价。
综合分析选用方案1
（1）检查井
排水系统中设置检查井，主要用于连接管渠和定期检查清通。
检查井通常设在管渠交汇、转弯、尺寸或坡度改变、跌水以及相隔一定距离的直线管渠上。
直线管渠上检查井之间的距离如下表：
表3.3污水、雨水管道上检查井间距
管道类别
管径或暗渠净高
（mm）
最大间距
（m）
常用间距
（m）
污水管道
≤400
500~900
1000~1400
40
50
75
20~35
35~50
50~60
雨水管道合流管道
≤600
700~1100
1200~1600
50
65
90
25~40
40~55
55~70
检查井一般采用圆形，由井底、井深和井盖三部分组成，建筑材料主要有混凝土、砖、石或钢筋混凝土。
（2）跌水井
跌水井是设有消能设施的检查井。
跌水井的设置条件：
当遇到下列情况且跌差大于1m时应设跌水井：
1）管道中的流速过大，需要加以调节处理；
2）管道垂直于陡峭地形的等高线布置，按照原定坡度将要露出地面处；
3）接入较底的管道处；
4）管道遇到地下障碍物，必须跌落通过处；
5）当淹没排放时，在出口前设一个井。
（3）雨水口
雨水口主要在雨水管渠系统中收集雨水，地面雨水先经雨水口流入连接管再流入排水管渠。
雨水口一般设在交叉路口、广场、路侧边沟以及道路低洼地段，以防止雨水漫过道路。
雨水口间距一般为25~50m。
（4）倒虹管
升级会员 