小弘的管网说明书计算书.docx
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小弘的管网说明书计算书
目录
水污染控制工程综合课程设计（管网部分）说明书1
1.总论1
1.1.城市概况1
1.2.设计依据3
1.3.设计任务3
2.污水管网设计方案的选择3
3.污水管网的工程设计5
3.1.管网定线5
3.2.污水定线5
3.3.污水设计流量7
4.雨水管网工程设计18
4.1.管网定线18
4.2.雨水管道设计流量19
4.3.雨水管道的水力计算20
5.结论26
水污染控制工程综合课程设计（管网部分）计算书编制大纲28
6.污水管道设计计算28
6.1.街区面积计算28
6.2.城市污水设计流量、比流量计算29
6.3.设计管段设计流量计算29
6.4.污水管道水力计算32
6.5.污水厂规模确定37
7.雨水管道设计计算38
7.1.汇水面积计算38
7.2.设计管段设计流量计算预备39
7.3.雨水管道水力计算41
水污染控制工程综合课程设计（管网部分）说明书
1.总论
1.1.城市概况
（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。
1.2.设计依据
《室外排水设计规范》（GB50014-2006）
《城市排水工程规划规范》（GB50318-2000）
1.3.设计任务
绘制图纸两张：
排水管道总平面图一张，污水、雨水主干管纵断面图一张。
说明书一份，约10-20页。
2.污水管网设计方案的选择
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
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。
重庆地区处于长江三峡特殊地理条件，水量充足。
同时由于重庆主城区城市化程度高，污水排放量大，不具备采用雨污合流条件。
故采用分流制排水体系。
本市目前的食品厂、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。
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。
综合考虑分析，本市的排水系统的体制选择完全分流制，工业污水经处理符合排放标准后，排入市政污水管网。
3.污水管网的工程设计
3.1.管网定线
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。
现对两方案进行初步分析。
表3.1
集中处理
分散处理
优点
污水厂建设吨污水建设、运行费用低
污水布管灵活，埋深较浅，无需另设提升泵站
污水在江北区集中处理，可以避开在南岸区江岸回水区排水
无需过江倒虹管，避免因倒虹管堵塞而带来的环境风险
属于中性污水处理厂，可选择工艺类型较多
适合随着经济发展、人口增长进行改扩建
综上所述，方案确定为：
将两区的污水分开收集，分别并输送至位于江北区、南岸区沿江下游的污水处理厂进行处理。
3.2.污水定线
（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。
3.3.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））。
1.1.污水管道的水力计算
1.1.1.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。
1.1.2.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。
3）最小管径
一般在污水管道系统的上游部分，设计污水流量很小，若根据流量计算，则管径会很小。
根据养护经验证明，管径过小极易堵塞，比如150mm支管的堵塞次数，有时达到200mm支管堵塞次数的两倍，使养护管道的费用增加。
而200mm与150mm管道在同样埋深下，施工费用相差不多。
此外，采用较大的管径，可选用较小的坡度，使管道埋深减小。
因此，为了养护工作的方便，常规定一个允许的最小管径。
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
在进行管道水力计算时，上游管段由于服务的排水面积小，因而设计流量小，按此流量计算得出的管径小于最小管径，此时就采用最小管径值。
在这些管段中，当有适当的冲洗水源时，可考虑设置冲洗井。
4）最小设计坡度
在污水管道系统设计时，通常使管道埋设坡度与设计地区的地面坡度基本一致，但管道坡度造成的流速应等于或大于最小设计流速，以防止管道内产生沉淀。
这一点在地势平坦或管道走向与地面坡度相反时尤为重要。
具体规定见规范。
5）控制点埋深和覆土厚度的确定
在污水排水区域内，对管道系统的埋深起控制作用的地点称为控制点。
因此控制点埋深的确定对对管道系统的埋深有很大影响。
本设计确定控制点埋深为2.0m。
为了降低造价，缩短施工期，管道埋设深度愈小愈好。
但覆土厚度应有一个最小的限值，否则就不能满足技术上的要求。
除考虑管道的最小埋深外，还应考虑最大埋深问题。
污水在管道中依靠重力从高处流向低处。
当管道的坡度大于地面坡度时，管道的埋深就愈来愈大，尤其在地形平坦的地区更为突出。
埋深愈大，则造价愈高，施工期也愈长。
①荷载要求：
必须防止管壁因地面荷载而受到破坏
最小覆土在车行道下不小于0.7m
②冰冻要求：
必须防止管道内污水冰冻和因土壤冻胀而损坏管道
ⅰ无保温措施时，管内底科埋设在冰冻线以上0.15m
ⅱ有保温措施或水温较高的管道，可根据经验埋得较浅一些
③必须满足街区污水连接管衔接的要求
④最大覆土：
不宜大于7~8m，理想覆土：
1～2m
减小埋深采取的措施：
①加强管材强度；
②填土提高地面高程以保证最小覆土厚度；
③设置泵站提高管位等方法，减小控制点管道的埋深，从而减小整个管道系统的埋深，降低工程造价。
6）检查井最大间距
检查井通常设在管渠交汇、转弯、管渠尺寸或坡度改变、跌水等处以及相隔一定距离的直线管渠段上。
直线段上的最大间距见表3.4。
当排水管管径（街道排水管）大于800mm时，可不设检查井，而设连接暗井。
表3.4检查井最大间距
管径或暗渠净高（m）
污水管道最大间距（m）
200~400
40
500~700
60
800~1000
80
1100~1500
100
1600~2000
120
7）采用的管材
采用钢筋混凝土圆管排水，粗糙系数n＝0.014。
8）控制点的确定
控制点可能的位置：
①各条管道的起点大都是这条管道的控制点。
②这些控制点中离出水口最远的一点，通常就是整个系统的控制点。
③具有相当深度的工厂排出口或某些低洼地区的管道起点，也可能成为整个管道系统的控制点。
控制点确定的原则：
确定控制点的标高，一方面应根据城市的竖向规划，保证排水区域内各点的污水都能够排出，并考虑发展，在埋深上适当留有余地。
另一方面，不能因照顾个别控制点而增加整个管道系统的埋深。
计算控制点时，主要是考察所选点对指定点的埋深的影响程度。
所选定的可疑控制点一般为最远点，集中流量排入点等，将这些点进行比较，对整个系统的埋深起决定作用的点则为控制点。
确定控制点后，才能确定系统的主干管，进行系统管网的计算。
本设计中，南岸区化工厂以及棉纺厂附近的干管起点S1都可能成为整个系统的控制点；江北区西北部城区离污水厂距离最远，1点为整个系统的控制点，控制
干管表示详见某市排水管道设计布置总平面图。
9）管道衔接方式的确定
污水管道在管径、坡度、高程、方向发生变化及支管接入的地方都需要设置检查井。
在设计时必须考虑在检查井内上下游管道衔接时的高程关系问题。
管道在衔接时应遵循两个原则：
①尽可能提高下游管段的高程，以减少管道埋深，降低造价；
②避免上游管段中形成回水而造成淤积。
管道衔接的方法，通常有水面平接和管顶平接两种。
如图3.3所示。
水面平接是指在水力计算中，使上游管段终端和下游管段起端在指定的设计充满度下的水面相平，即上游管段终端与下游管段起端的水面标高相同。
一般同管径时采用。
优点：
能减少下游管段的埋深。
缺点：
容易在上游管段形成回水。
管顶平接是指在水力计算中，使上游管段终端和下游管段起端的管顶标高相同。
一般不同管径时采用。
优点：
不致于在上游管段产生回水。
缺点：
下游管段的埋深将增加。
污水管道衔接总原则：
无论采用哪种衔接方法，下游管段起端的水面和管底标高都不得高于上游管段终端的水面和管底标高。
跌水连接：
当管道敷设地区的地面坡度很大时，为了调整管内流速所采用的管道坡度将会小于地面坡度。
为了保证下游管段的最小覆土厚度和减少上游管段的埋深，可根据地面坡度采用跌水连接。
如图3.4所示。
图3.3管道的衔接方式
（1）水面平接；
（2）管顶平接
图3.4管段跌水连接
1—管段；2—跌水井
1.2.水力计算成果
水力计算的目的在于合理经济地确定管道的管径、流速、充满度及坡度，进一步求定管道的埋深。
水力计算应列表进行，管底标高及管道坡度计算至小数点后三位，地面标高与管底埋深计算至小数后二位。
水力计算中的数值U、h/D、i、D应符合规范关于设计流速、最大设计充满度、最小管径、最小设计坡度的规定。
为减少错误，在计算的同时绘制管道纵断面草图，以便进行核对。
从水力计算表中摘录主干管的管段编号、管长、管径、充满度、流速、坡度、埋深（上、下端）列成表格，有倒虹管时
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