内蒙古科技大学排水管网课程设计说明书计算书旭.docx
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内蒙古科技大学排水管网课程设计说明书计算书旭
一排水管网设计说明书
1总论
1.1设计依据
1.1.1主要规范
（1）《城市排水工程规划规范》（GB50318-2000），国家质量技术监督局、建设部
（2）《室外排水设计规范》（GB50014-2006），国家计委、建设部
（3）《泵站设计规范》（GB/T50265-97），国家质量技术监督局、建设部
1.1.2主要标准
（1）《污水综合排放标准》（GB8978-1996）
（2）《污水排入城市下水道水质标准》（CJ3082-1999）
1.1.3参考书籍
（1）《水泵机水泵站》（第四版）（1998年）中国建筑工业出版社姜乃昌主编
（2）《给水排水设计手册（1、5）》（第二版）（2000年）中国建筑工业出版社
（3）《给水排水工程快速设计手册（2、5）》（第一版）（1996年）中国建筑工业出版社
（4）《全国通用给水排水标准图集（S1、S2）》（1996年）中国建筑标准设计研究所
（5）《水工业工程设计手册水工业工程设备》（第一版）（2000年）聂梅生主编
（6）《排水工程》（上册，第四版）（1999年）中国建筑工业出版社孙慧修主编
1.2城市概况原始资料
（1）城市（包括工业区）总平面图一张，比例为1：
10000，等高线间距1m。
（2）城市设计人口
南岸区：
人口密度420人/ha；江北区：
人口密度400人/ha。
（3）居住区生活污水量定额
南岸区：
180L/cap.d；江北区：
160L/cap.d。
（4）城市工业企业分布、市区地面覆盖情况
该市分为南岸区、江北区，市内工业企业有皮毛厂、针织厂、棉纺厂、食品厂、化工厂各一座，还有商业和服务性质的公共建筑。
市区地面种类如：
屋面占36%，混凝土路面占16%，碎石路面占10%，非铺砌路面占20%，绿地占18%。
（5）工业企业
工厂职工人数及工业废水量见表1.1。
（6）公共建筑
表1.1工厂职工人数及工业废水量表
工厂名称
工业废水
设计流量
职工人数（人）
生产污水
（L/s）
生产废水
（L/s）
第一班
第二班
第三班
使用淋浴人数
热车间
一般车间
热车间
一般车间
热车间
一般车间
热车间
一般车间
皮毛厂
35
30
350
460
350
460
350
400
75
40
针织厂
30
32
210
350
210
320
210
320
70
40
棉纺厂
20
26
280
280
280
400
260
400
70
35
食品厂
40
36
366
460
366
440
320
440
70
35
化工厂
45
40
400
450
400
450
300
350
75
50
市区内公共建筑物排出污水流量见表1.2。
表1.2市区内公共建筑物排出污水流量表
建筑物名称
排出污水流量
（L/s）
建筑物名称
排出污水流量
（L/s）
火车站
9.8
医院
6.4
浴室
5.4
公园
6.8
旅馆
6.2
影剧院
4.6
洗衣房
6.2
（7）暴雨强度公式
（L/s.ha）
（8）水文气象资料
①城市位于我国的西南地区，冰冻深度0公尺；
②土壤为砂质粘土，地下水位距地表8米；
③在水厂东侧公路桥处，河流二十年一遇最高洪水位245.0米，95%保证率的枯水位240.0米，常水位242.0米，水面平均比降3‰；
④风向、风速：
主风向为东北风，最大平均风速为2.4m/s；
⑤气压：
平均气压为738.81mmHg；
⑥气温：
最高气温为43℃，最低-2.8℃，年平均温度18.1℃，一年中6℃以下的天数为3.2天；
⑦湿度：
年平均湿度为67.8%。
（9）现有给排水状况
本市居民生活饮用水及工厂生产用水均由城市自来水厂供应，水厂规模70000m3/d。
本市无任何污水处理设施，市区内原有零星合流制排水渠道，但断面太小，损坏严重。
（10）其它资料
该市交通发达；电力可以保证供应；各种建筑材料和管道制品均可供应；有雄厚的施工技术力量。
1.3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，在城市总体布局的基础上，结合地形和环境保护要求统一规划城市排水管道系统。
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。
1.4设计范围和任务
某市规划的城区范围。
根据给予的城市总平面图和设计原始资料，独立完成该城市排水管道系统的设计。
包括：
绘制排水管道总平面图一张，污水、雨水主干管纵断面图一张，说明书、计算书一份。
2方案选择和确定
2.1排水体制的确定
在城市和工业企业中，通常有生活污水、工业废水和雨水。
合理地选择排水体制，是城市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，而且对城市和工业企业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，对于该市本身来讲，只有一条B江流过，其对该市以后发展的意义很大，必须保护好江水资源，环保要求高；又由于市内无任何污水处理设施，市区内原有零星合流制排水管渠，但断面太小，损坏严重，没有必要利用原来的排水设施，应该重新施工。
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，并结合该市的地形，气候，原有排水设施的状况等因素考虑，本市的排水系统的体制选择完全分流制（雨污分流制）。
2.2工业废水与城市排水系统的关系选择
这是工业废水与城市污水是否合并的问题。
当工业企业位于城市内，应尽量考虑将工业废水直接排入城市排水系统，利用城市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市排水系统，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《污水排入城市下水道水质标准》（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、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，当工厂位于市区内或距市区较近时，可考虑将这类废水直接排入城市排水管道。
符合排入城市下水道的工业废水，单独的进行无害化处理后直接排放，一般并不经济合理。
本市目前的工厂有皮毛厂、针织厂、棉纺厂、食品厂、化工厂，大部分都位于市区内。
其中，食品厂、皮毛厂的废水水质与生活污水相似，可以经处理后直接排入城市排水管道，与生活污水统一处理；针织厂、棉纺厂污水符合《污水排入城市下水道水质标准》（CJ3082-1999），可直接排入污水管道；化工厂的污水水质含有大量的有毒有害物质，必须在厂内设置废水的局部处理除害设施，以满足排入城市排水管道的标准，然后再排入污水管道；医院的废水必须经过严格消毒之后才能排放。
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。
2.3污水处理方式的选择
该市污水处理可有分散式和集中式两种选择方式，即江北区和南岸区各单建一座污水处理厂分别对各区的污水进行分散处理以及通过过江倒虹管将污水合并到南岸区或江北区进入同一污水厂的集中处理。
综合考虑本市的地形，气候和水体状况以及城市的发展规划，并经过经济技术比较，采取将本市江北区和南岸区的污水合并集中处理的方式，而不采用每区各单建一座污水处理厂分别对各区的污水进行处理，具体考虑因素如下：
（1）将污水合并处理可以体现规模效益，虽然目前南岸区的污水流量较江北区大，但分析南岸区的地形和发展现状，南岸区的发展已经受到限制，相对来说江北区具有较大的发展前景，并且地势较宽阔。
综合来看，两岸的污水量并不大，若分开处理建两个污水处理厂，规模较小，前期投资及运行费用大，同时不方便运行管理，消耗人力，经济效益不明显。
因此，将两岸污水合并处理设一个污水厂较为合理，且两个污水厂的建设、运行、管理费用远远大于铺设倒虹管和建设泵站的费用。
考虑到各区的长远发展和社会经济的不断进步，考虑到未来扩建的可能性和经济性，南北合建污水厂符合该市的长远发展与城市利益。
（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。
南岸区的污水流量较江北区大，按理把江北区的污水收集到南岸区处理更经济。
但南岸区的污水厂选址受给水厂与其取水口的制约且该处选址存在着排入江中的污水发生回水问题的可能。
南岸区下游为两江交汇的凸岸，容易形成回水，若在南岸建污水厂，为避免安全隐患则需将污水厂的排出口伸至江北区沿岸，工程造价高。
另外，根据南岸区的地形，其沿江下游的地面相对较高，将收集的污水输送到拟建于下游的污水处理厂，势必使管道埋深加大，从而增加施工难度及工程造价。
而江北区属于开发区，随其发展，人口会越来越多，污水量也越来越大，相应的污水厂规模也应该扩大。
而根据南岸区的地形，该地区已无扩建可能，若将污水厂建在南岸区，规模不能扩大。
所以考虑将南岸区的污水通过江面最窄处与江北区污水合并，将污水厂修建于江北区下游地势平坦的地方，且污水排放口的设置需深入江心。
具体选址参见某市排水管道设计布置总平面图。
（3）设置过江管道。
根据估算，将南岸区的污水输送到江岸时，管道的埋深已经比较大，所以通过技术经济比较，考虑采用在江面较窄处设置过江倒虹管的方式，通过下文的计算，将南岸区的污水用泵站压送通过倒虹管至对岸。
根据《室外排水设计规范》（GB50014-2006）中的相关规定：
通过河道的倒虹管，一般不宜少于两条，当排水量不大不能达到设计流量时，其中一条作为备用。
（4）设置倒虹管会可能会带来经济技术问题：
经济问题包括修建倒虹管的费用和修建与倒虹管配套的泵站管网的费用高等；技术问题包括倒虹管自身的维护和管道阻塞之后的疏通，维修管理复杂，这样会增加一部分工程造价。
但综合考虑，设置倒虹管仍比设置两个污水厂分散处理的环境、经济效益高。
在设计、施工、运行管理时，须注意采取各种措施防止倒虹管内污泥淤积，以减少疏通管理维修费用。
（5）风险评价：
合并处理一旦发生事故，全市的污水都不能处理而是直接排入江内，造成江水的严重污染。
特别是倒虹管发生事故，污水将在河段中游排入水体，影响下游供水。
因此通过河流的倒虹管设置两条，当排水量不大不能达到设计流量时，其中一条作为备用，以降低风险，提高安全系数。
综上所述，方案确定为：
将两区的污水合并收集，并输送至位于江北区沿江下游的污水处理厂进行处理。
3污水管网工程设计
3.1污水管网定线
（1）污水管道定线的基本原则
充分利用城市地形、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。
（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。
①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。
②污水支管的平面布置取决于地形及街区建筑特征，并应便于用户接管排水。
③污水主干管的走向取决于污水厂和出水口的位置。
④采用的排水体制也影响管道定线。
⑤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。
⑥管道定线时还需考虑街道宽度及交通情况。
⑦管道定线，不论在整个城市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。
⑧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）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，根据流域地势标明水流方向和污水需要抽升的地区。
（4）污水主干管定线
本市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B江从两区间通过，为排水创造了很好的条件和可能，经分析，本市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江边的道路处埋设，走向由高到低，由东向西。
具体布置请参看某市排水管道设计布置总平面图。
（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。
具体布置请参看某市排水管道设计布置总平面图。
（6）泵站和倒虹管的设置
根据估算，将南岸区的污水输送到江岸时，管道的埋深已经比较大，所以通过技术经济比较，考虑采用在江面较窄处设置过江倒虹管的方式，通过下文的计算，将南岸区的污水用泵站压送通过倒虹管至对岸。
根据《室外排水设计规范》（GB50014-2006）中的相关规定：
通过河道的倒虹管，一般不宜少于两条，当排水量不大不能达到设计流量时，其中一条作为备用。
（7）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口，此时应设标志，并取得航运管理部门的同意。
图3.1淹没式出水口
3.2污水设计流量
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。
2）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。
3）污水管道设计流量计算采用的公式
①居住区生活污水设计流量按下式计算：
式中Q――居住区生活污水设计流量（L/s）；
n――居住区生活污水定额（L/（cap.d）），取值参见原始资料；
N――设计人口数；
――生活无水量总变化系数；
cap――“人”的计量单位。
也可以采用比流量计算：
根据各区的污水量定额n（L/cap.d）和人口密度p（cap/ha），可求出各区的生活污水平均流量
。
即
（L/s.ha）
式中
――比流量（L/（s.ha））；
p――人口密度（cap/ha），取值参见原始资料；
n――居住区生活污水定额（L/（cap.d））。
式中Q――本段流量（L/s）；
F—―设计管段服务的街区面积（ha），参见原始资料平面布置图；
――比流量（L/（s.ha））；
――生活污水量总变化系数。
工业企业及公共建筑的污水量作为集中流量计算。
②生活污水量总变化系数
根据《室外排水设计规范》（GB50014-2006）相关部分内容，采用的居住区生活污水量变化系数值见表3.1。
生活污水量总变化系数也可用下式进行计算：
式中Q――平均日平均时污水量（L/s）。
当Q<5L/s时，
＝2.3；当Q>1000L/s，
=1.3。
表3.1生活污水量总变化系数
污水平均日流量（L/s）
5
15
40
70
100
200
500
1000
总变化系数（
）
2.3
2.0
1.8
1.7
1.6
1.5
1.4
1.3
注：
1当污水平均日流量为中间数值时，总变化系数用内差法求得。
2当居住区有实际生活污水量变化资料时，可按实际数据采用。
③工业企业生活污水及淋浴污水的设计流量按下式计算：
式中Q――工业企业生活污水及淋浴污水设计流量（L/s）；
――一般车间最大班职工人数（cap）；
――热车间最大班职工人数（cap）；
――一般车间职工生活污水定额，以25（L/（cap．班））计；
――热车间职工生活污水定额，以35（L/（cap．班））计；
――一般车间生活污水量的时变化系数，以3.0计；
――热车间生活污水量的时变化系数，以2.5计；
――一般车间最大班使用淋浴的职工人数（cap）；
――热车间最大班使用淋浴的职工人数（cap）；
――一般车间的淋浴污水定额，以40（L/（cap．班））计；
――热车间的淋浴污水定额，以60（L/（cap．班））计；
T――每班工作时数（h）。
淋浴时间按60min计。
④城市污水设计总流量
城市污水总的设计流量是居住区生活污水，工业企业生活污水和工业废水设计流量三部分之和。
在地下水位较高地区，因当地土质、管道及接口材料，施工质量等因素的影响，一般均存在地下水渗入现象，设计污水管道系统时宜适当考虑地下水渗入量。
由原始资料得知，地下水位距地表8米，设计管段管底标高均高于地下水位，因此该城市污水排水管网设计不考虑地下水入渗量，设计流量为：
式中Q――城市污水设计流量（L/s）；
――居住区生活污水设计流量（L/s）；
――工业企业生活污水及淋浴污水设计流量（L/s）；
――工业废水设计流量（L/s）。
⑤城市污水平均流量和比流量
城市设计人口：
南岸区：
人口密度420人/ha；江北区：
人口密度400人/ha。
居住区生活污水量定额：
南岸区：
180L/cap.d；江北区：
160L/cap.d。
比流量：
南岸区：
q0=420×180÷86400=0.875（L/（s.ha））；
江北区：
q0=400×160÷86400=0.741（L/（s.ha））。
污水平均流量
=.15741×0.875+170.61×0.741+222.422=531.5L/s=45922.2m3/d
3.3污水管道的水力计算
3.3.1水力计算公式
1）流量公式
2）流速公式
Q――流量（m3/s）；
A――过水断面面积（m2）；
v――流速（m/s）；
R――水力半径（过水断面面积与湿周的比值）（m）；
I――水力坡度（等于水面坡度，也等于管底坡度）；
C――流速系数或称谢才系数。
C值一般按曼宁公式计算
将上面的两式综合可得：
3）排水管槽粗糙系数见表3.2。
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3.2示。
表3.2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，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3.3。
表3.3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）
200～300
0.55
3504～50
0.65
500～900
0.70
≧1000
0.75
规定按非满流设计的原因：
①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。
②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，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。
③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
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