排水管网课程设计.docx

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排水管网课程设计

给水排水管网系统课程设计

学生姓名

曹洋

学院名称

环境学院

专业名称

给水排水管网系统

指导教师

刘强

2013年

11月

10日

1课程设计的目的及主要内容

1.1课程设计的目的

课程设计是“给水排水管网工程”课程的重要教学环节。

（1）通过课程设计，可以训练学生综合应用和巩固所学的基础课，专业课知识，培养学生独立完成一般给水排水管网系统的设计能力。

（2）通过课程设计，使学生熟练掌握给水排水管网和雨水管网系统设计的原则、步骤和方法，学会使用有关标准图集和设汁规范，提高运算和制图能力，了解设计说明书的内容和编制方法。

1.2设计任务与内容

（1）确定污水处理厂位置、污水管网的定线和平面布置与水力计算（计算主干管）。

（2）雨水管的定线和平面布置与水力计算（计算一条干管）。

（3）图纸：

①城镇污水管道和雨水管道总平面图各一张。

②污水管道和雨水管道的纵剖面图各一张。

2原始数据

1）城镇总平面图一张

2）城镇自然资料：

居住小区街坊总面积为56hm2；

土壤冰冻深度：

30厘米；

地下水位深度：

450厘米；

土壤性质：

表土0.5m，砂质粘土1.8m，大孔型砂质粘土10m；

河流水位，最高水位：

56.20米；

正常水位：

53.50米；

最低水位：

51.50米。

3）城市建筑规范：

总人口密度

（人/公顷）

卫生设备情况

生活卫生量标准

（升/人天）

300

室内有卫生设备但无淋浴设备

100

4）工业企业规划：

工业

企业

名称

生产污水

最大班

职工

人数

高温车间人数占全班%

淋浴人数占%

最大班平均

生产污水量

（米3/班）

时变化系数

（K时）

高温车间

其他

车间

甲厂

380

1.3

650

60

80

40

乙厂

360

1.6

820

40

90

30

丙厂

320

1.5

700

30

80

20

注：

①各工业企业均为三班制，每班工作8小时；②日变化系数KS=1。

5）地面覆盖百分比（%）

屋面

沥青道路和人行道

干砌砖石路面

非铺砌土路面

公用和绿地

15

25

10

30

20

6）暴雨强度公式：

A1=3.0，c=1.38，n=0.65，b=0，t1=10分钟，m=2。

雨水管道设计重现期宜选为0.33~1.00年。

3设计计算

3.1排水体制的选择

3.1.1排水系统规划设计原则

（1）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。

（2）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。

（3）考虑污水的集中处理与分散处理。

（4）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。

（5）排水工程的设计应全面规划，按近期设计考虑远期发展，。

（6）排水工程设计师考虑原有管道系统的使用可能。

（7）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·准、规范和规定。

3.1.2体制的选择

如果采用合流制将污水和雨水全部截流送往污水厂进行处理，然后再排放，从控制和防止水体的污染来看，是较好的，但这时截流主干管很大，污水厂容量也增加很多，建设费用也相应增加。

采用截流是合流制时，雨天有部分混合污水经溢流井溢入水体，水体受到污染。

分流制排出污水和雨水，初雨径流未加处理就直接排入水体，对城水体也会造成污染，但它比较灵活，比较容易适应社会发展的需要，故应采用分流制。

分流制的优点：

（1）合流制排水管道的造价比分流制一般要低20%-40%，可是合流制的泵站和污水厂却比分流制的造价要高。

（2）晴天时污水在合流制管道中只是部分流，雨天时才接近满管流，因而雨天时合流制管道内流速较低，易于产生沉淀。

但据经验，管中的沉淀易被暴雨水流冲走，这样，合流管道的维护费用可降低。

但是，晴天和雨天时流入污水厂的水量变化很大，增加了合流制排水系统污水厂运行管理的复杂性。

而分流制系统可以保证管内的流速，不致发生沉淀，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。

3.2污水管道的设计

3.2.1在街坊平面图上布置污水管道

由城镇平面图可知该城镇的边界为排水区界。

在该城镇界内地势西南高东北低，坡度较小，无明显的分水线，故可划分为一个排水流域。

在该排水流域内支管布置在街坊地势较低的一侧，且埋设在街坊道路下面，干管基本上与等高线垂直布置，主干管布置在离河流最近的居住区的道路下面，整个管道系统呈截流式形式布置。

3.2.2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，列入下表中，用箭头标出各街区的污水排出方向。

表3-1街坊面积

街坊编号

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

面积（hm2）

1.65

1.83

0.76

1.14

0.92

1.82

2.81

1.72

1.34

1.62

1.18

街坊编号

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

面积（hm2）

1.95

1.74

1.41

2.24

2.77

1.85

3.12

2.58

2.01

2.16

2.61

街坊编号

23

24

25

26

27

28

29

30

31

32

面积（hm2）

1.55

2.32

1.87

1.27

0.53

1.61

1.04

1.88

1.58

1.10

3.3污水设计流量计算

（1）污水平均日流量

城镇面积为56ha，总人口密度为300cap/ha，故，总人口为16725人，生活卫生量标准为100L/cap·d。

式中：

q——居民生活卫生量标准（L/cap·d）；

A——城镇总面积ha；

N——排水区域设计人口密度（cap/ha）；

（2）生活污水量总变化系数Kz

Kz=2.7/Qd0.11=2.7/19.440.11=1.95（5

（3）居民生活污水设计最大流量

Q1=Kz×Qd=1.95×19.44=37.91L/s

（4）每ha街区面积的生活污水平均流量（比流量）

Qs=

L/s.ha

（5）工业废水设计最大流量

式中：

K3i——各工矿企业废水量时变化系数；

q3i——各工矿企业最大班平均生产污水量（m3/班）；

N3i——各工矿企业日班制（班）；

f3i——生产用水重复利用率，取零；

T3i——各工矿企业最高日生产小时数（h）；

=53.82L/s

（6）工业企业生活污水量和淋浴污水设计最大流量

式中Kh4ai——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3.0，一、二级车间采用2.5；

q4ai——各工矿企业车间职工生活用水量定额（L/（cap·班）），一般车间采用25L/（cap·班），一、二级车间采用35L/（cap·班）；

q4bi——各工矿企业车间职工淋浴用水量定额（L/（cap·班）），一般车间采用40L/（cap·班），一、二级车间采用60L/（cap·班）；

N4ai——各工矿企车间最高日职工生活用水总人数（cap）；

N4bi——各工矿企车间最高日职工淋浴用水总人数（cap）；

T4ai——各工矿企业最高日每班工作小时数（h）。

（7）城市污水设计总流量

Qh=Q1+Q3+Q4=114.59L/s

其中甲、乙、丙三个厂的流量分别为25.43s,28.90s,22.35L/s。

3.4管段设计流量计算

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，并给检查井编上号码。

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，其中生活污水量总变化系数查表3-2或按公式KZ=2.7/Qd^0.11计算；

表3-2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（Kz）

2.3

2.0

1.8

1.7

1.6

1.5

1.4

1.3

管段设计流量采用3-3表进行计算

3.5水力计算

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3-3所示。

水力计算步骤如下：

3.5.1确定设计管段长度

从管道平面布置图上量出每一设计管段的长度，列入表3-3。

3.5.2计算设计管段流量

将各设计管段的设计流量列入表3-3中。

设计管段起讫点检查井处的地面标高列入表3-3。

3.5.3.选取设计管段地面坡度

计算每一设计管段的地面坡度（

），作为确定管道坡度时参考。

3.5.4确定起始管段设计参数

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400mm，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，如下表3-3。

表3-3污水管段设计流量计算表

管段编号

管长

居民生活污水日平均流量分配

管段设计流量计算

街坊面积

比流量

流量

转输流量

合计流量

总变化系数

沿线流量

集中流量

设计流量

本段

转输

1-2

115

1.65

0.347

0.57

—

0.57

2.3

1.31

—

—

1.31

8-9

41

—

—

—

0.32

0.32

2.3

0.74

—

—

0.74

9-10

77

—

—

—

0.32

0.32

2.3

0.74

22.35

—

23.09

10-11

42

—

—

—

0.72

0.72

2.3

1.66

—

22.35

24.01

11-12

42

—

—

—

1.35

1.35

2.3

3.11

—

22.35

25.46

12-13

131

—

—

—

1.62

1.62

2.3

3.73

—

22.35

26.08

13-14

52

—

—

—

2.59

2.59

2.3

5.96

—

22.35

28.31

14-15

60

—

—

—

3.23

3.23

2.3

7.43

22.35

29.78

15-2

87

—

—

—

3.83

3.83

2.3

8.81

—

22.35

31.16

2-3

181

1.34

0.347

0.46

4.4

4.86

2.3

11.18

—

22.35

33.53

3-4

172

—

—

—

4.86

4.86

2.3

11.18

25.43

22.35

58.96

16-17

118

—

—

—

1.27

1.27

2.3

2.92

—

—

2.92

17-18

81

—

—

—

2.84

2.84

2.3

6.53

—

—

6.53

18-19

45

—

—

—

3.48

3.48

2.3

8.00

—

—

8.00

19-20

83

—

—

—

4.16

4.16

2.3

9.57

—

—

9.57

20-21

111

—

—

—

4.57

4.57

2.3

10.51

—

—

10.51

21-4

87

—

—

—

6.03

6.03

2.2

13.27

—

—

13.27

4-5

266

2.01

0.347

0.70

10.89

11.59

2.1

24.34

—

47.78

72.00

5-6

226

—

—

—

11.59

11.59

2.1

24.34

28.90

47.78

101.02

22-23

118

—

—

—

1.27

1.27

2.3

2.92

—

—

2.92

23-24

82

—

—

—

2.63

2.63

2.3

6.05

—

—

6.05

24-25

133

—

—

—

3.53

3.53

2.3

8.12

—

—

8.12

25-26

111

—

—

—

5.09

5.09

2.3

11.71

—

—

11.71

26-6

88

—

—

—

6.39

6.39

2.2

14.06

—

—

14.06

6-7

142

1.10

0.347

0.38

17.98

18.36

2.0

36.72

—

76.68

113.40

3.5.5主干管水力计算

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3-4。

管段

编号

管长L（m）

管径

（mm）

设计流量q（L/s）

流速

坡度

坡降

设计地面标高

设计管内底标高

埋深

充满度

起点

终点

起点

终点

起点

终点

1-2

115

300

1.31

0.31

0.003

0.345

63.50

63.60

61.70

61.34

1.80

2.26

0.12

2-3

181

350

33.53

0.75

0.003

0.543

63.60

63.70

61.29

60.75

2.31

2.95

0.47

3-4

172

400

58.96

0.74

0.002

0.344

63.70

63.60

60.70

60.36

3.00

3.24

0.61

4-5

266

450

72.00

0.70

0.0015

0.399

63.60

63.40

60.31

59.91

3.29

3.49

0.62

5-6

226

450

101.02

0.99

0.003

0.678

63.40

63.10

59.91

59.23

3.54

3.87

0.62

6-7

142

500

113.40

0.87

0.002

0.284

63.10

62.80

59.18

58.90

3.92

3.90

0.63

表3-4污水管网主干管水力计算表

在1-2管道设计流量太小，不能满足最小流速要求，应在起始点设置冲洗井，防止管道淤泥堵塞。

终点埋深满足最低水位深度的要求，因此主干管全部采用管顶平接连接。

3.5.6确定其他管段设计参数

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3-5最大设计充满度

管径（D）或暗渠高（H）（mm）

最大设计充满度（

）

200～300

0.55

350～450

0.65

500～900

0.70

≥1000

0.75

表3-6常用管径的最小设计坡度（钢筋混凝土管非满流n=0.014）

管径（mm）

最小设计坡度

管径（mm）

最小设计坡度

400

0.0015

1000

0.0006

500

0.0012

1200

0.0006

600

0.0010

1400

0.0005

800

0.0008

1500

0.0005

3.5.7计算各管段上端、下端的水面、管底标高及其埋设深度

（1）根据设计管段长度和管道坡度求降落量。

（2）根据管径和充满度求管段的水深。

（3）确定管网系统的控制点。

本题离污水厂最远的干管起点是1点，1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0.0015，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，整个管线上又无个别低洼点，见表3-4,对主干管起决定作用的控制点是1点。

1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。

（7）求设计管段上、下端的管内底标高，水面标高及埋设深度见表3-4。

3.6注意事项

（1）本设计采用管顶平接。

（2）必须注意管道敷设坡度与地面坡度的关系。

（3）水力计算自上游依次向下游进行，管径依次增大，流速依次增大。

（4）当输送易造成管渠内沉析的污水时，管渠形式和断面的确定，必须考虑维护检修的方便。

（5）排水管渠系统的设计，应以重力流为主，不设或少设提升泵站。

当无法采用重力流或重力流不经济时，可采用压力流。

（6）污水管道和附属构筑物应保证其密实性，防止污水外渗和地下水入渗。

（7）当排水管渠出水口受水体水位顶托时，应根据地区重要性和积水所造成的后果，设置潮门、闸门或泵站等设施。

3.7雨水管道的设计

3.7.1划分排水流域和管道定线

根据居住区平面图和资料知该地区地形平坦，故排水流域按城市主要街道的汇水面积划分，由于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，布置在排水流域地势较低一侧，这样雨水能以最短距离靠重力流分散就近排入水体。

雨水支管设在街坊较低侧的道路下。

3.7.2划分设计管段

根据管道的具体位置，在管道转弯处、管径或坡度改变处，有支管接入处或两条以上管道交汇处以及超过一定距离的直线管段上都应设置检查井。

根据管道的具体位置划分设计管段，并将设计管段的检查井依次编号，各检查井的地面标高见雨水剖面图。

每一设计管段的长度在100m左右，各设计管段的长度见表3-8。

3.7.3划分并计算各设计管段的汇水面积

各设计管段的汇水面积的划分应结合地形坡度、汇水面积的大小以及雨水管道布置等情况而划定。

按照就近排入附近雨水管道的原则划分汇水面积，并将每块的编号、面积数、雨水流向标注在雨水管网平面图内。

3.7.4确定各排水流域的平均径流系数、设计重现期P、地面集水时间

当地综合径流系数：

3.7.5求单位面积径流量q0

本地暴雨强度公式为：

A1=3.0，c=1.38，n=0.65，b=0，t1=10min，m=2；

雨水管道设计重现期宜选为0.33~1.00年，取设计重现期为1

3.7.6雨水干管的设计流量和水力计算

确定各管段的管径、坡度、流速、管底标高和管道埋深。

见表3-8；

管道起点的埋深根据冰冻情况、雨水管道衔接要求及承受荷载要求以及覆土厚度等条件，采用1.2m。

n=0.013

表3-8雨水干管水力计算表

管段编号

管长L

汇水面积

t管内雨水流行时间（min）

单位面积

径流量

q0

（L/（s*ha））

设计流量

Q

（L/s）

t2=∑L/（v*60）

L/（v*60）

1-2

117

0.92

0

2.56

112.16

53.66

2-3

84

2.06

2.56

1.08

85.73

91.83

3-4

183

2.82

3.64

1.88

78.62

115.29

4-5

147

4.65

5.52

1.83

69.15

167.20

5-6

181

6.3

7.36

2.86

62.30

204.09

6-7

172

16.18

10.22

1.76

54.40

457.70

7-8

266

25.35

11.98

3.31

50.66

667.80

8-9

226

39.92

15.29

2.55

45.13

936.83

9-10

142

52.11

17.84

1.33

41.79

1132.39

10-11

99

61.12

19.17

1.00

40.28

1280.20

管径

D

（mm）

流速v（m/s）

管道

坡度

I‰

坡降

I*L（m）

地面高程

（m）

管底高程

（m）

埋深

覆土厚度

（m）

起点

终点

起端

终端

起端

终端

起端

终端

300

0.762

3.1

0.363

68.8

67.9

67.0

66.64

1.8

1.26

1.5

0.96

300

1.298

9.0

0.756

67.9

67.3

66.64

65.88

1.26

1.42

0.96

1.12

300

1.619

14.0

2.562

67.3

65.6

65.88

63.32

1.42

2.28

1.12

1.98

400

1.336

6.5

0.956

65.6

63.6

63.22

62.26

2.38

1.34

1.98

0.94

500

1.053

3.0

0.543

63.6

63.7

62.16

61.62

1.44

2.08

0.94

1.58

600

1.625

5.6

0.963

63.7

63.6

61.52

60.56

2.18

3.04

1.58

2.44

800

1.341

2.6

0.692

63.6

63.4

60.36

59.67

3.24

3.73

2.44

2.93

900

1.479

2.7

0.610

63.4

63.1

59.57

58.96

3.83

4.14

2.93

3.24

900

1.777

3.9

0.554

63.1

62.8

58.96

58.41

4.14

4.39

3.24

3.49

1000

1.644

2.9

0.287

62.8

62.0

58.31

58.02

4.49

3.98

3.49

2.98