某市M地区排水管网扩大初步方案设计书.docx
《某市M地区排水管网扩大初步方案设计书.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《某市M地区排水管网扩大初步方案设计书.docx（23页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
某市M地区排水管网扩大初步方案设计书
1.概述
随着经济快速发展，人们生活水平的不断提高，环境问题越来越受到人们的普遍关注，为保护环境，解决城市排水对水体的污染以保护自然环境、自然生态系统，保证人民的健康，这就需要建立有效的污水处理设施以解决这一问题，这不仅对现存的污染状况予以有效的治理，而且对将来工、农业的发展以及人民群众健康水平的提高都有极为重要的意义，因此，城市排水问题的合理解决必将带来重大的社会效益。
本设计是针对某市M区的排水工程，包括城市排水管网和城市污水处理厂，进行系统全面的设计。
1.1设计依据
本设计依据有关的法令、法规、制度，M城市的总体规划及其他基础设施情况，还包括当地的自然资料以及本设计的工程资料来设计本次的排水管网。
其中自然条件有地形、气候和水文资料，地形包括地形图和等高线，气象包括气温、风向和降雨量等，水文资料有受纳水体流量、流速、最高水位、最低水位、常水位以及洪水位等；工程资料有道路、通讯、供电、煤气等。
1.1.1城市总体规划简况
某市M地区主要有居住区、火车站、电影院以及公园等区域构成，其地势西高东低，南高北低，城市区域面积有2500m2左右。
东南方向有一条武家河河流。
地区平面图如图1-1
图1-1M区平面图
地势高程由西南向东北递减，该区最高高程为161m，按等高线间距递减知道最低高程为155m，居民区域面积被分成12块，集中流量有火车站、电影院和公园分布在如图1所示。
排水经过污水处理厂处理后排入武家河，流向如图1所示。
其中公园在160m-161m等高线之间，影剧院在159m-160m等高线之间，火车站在158m-159m等高线之间。
1.1.2设计内容
随着城市人口的增加和工业发展，污水未经任何处理排入河流，近年来对水体和环境的污染日趋严重。
为了保护环境和水体，以利渔业、航运和游览事业的发展，要求对该市污水进行处理，以达到国家规定的排放标准。
并鉴于原有排水管渠断面太小，损失严重，要求重新建造城市排水管道。
设计内容主要包括以下几部分：
1．确定排水系统方案
2．污水管（渠）的布置与定线
3．排水管的水力计算
4．绘制排水管道总平面图
5．绘制纵断面图
6．整理说明书
1.1.3城市排水管网设计原则
1）排水系统的规划设计原则
排水系统是控制水环境污染、改善和保护环境的重要设施，同时也是人民身体健康、日常生活以及厂矿企业发展的保障措施。
因此，排水工程的规划与设计必须在区域规划及城市工业企业的总体规划基础上进行。
排水系统的规划与设计应遵循以下原则：
1 要认真贯彻执行宪法中“国家保护环境和自然资源，防治污染和其它公害”以及《环境保护法》、《水污染防治法》。
坚持经济建设、城市建设、环境建设同时规划、同时实施、同时发展的原则，开展以城市为中心的环境综合治理，以实施经济效益、社会效益和环境效益的统一，在这些指导思想下，进行排水工程的规划与设计。
2 认真贯彻“全面规划、合理布局、综合利用、化害为利”的环保方针，正确安排好工农、城市、生产、生活等方面的关系，使经济发展和环境保护统一起来，注意预防和消除对环境的污染。
3 排水工程的规划应符合区域规划及城市和工业企业的总体规划，并应与城市和工业企业中其它单项工程设施密切配合，互相协调。
4 排水工程的设计应全面规划，按近期设计，考虑发展有扩建的可能性，并应根据使用要求和技术经济的合理性等因素，对近期工程做出分期建设安排。
5 在规划与设计排水工程时，必须注意要认真执行有关部门制定的现行有关标准、规范和规定。
必须执行国家关于新、改、扩工程实行防治污染的“三同时”规定。
6 排水系统的规划与设计，要与邻近区域的污水、污泥处理与处置相协调。
必须在较大范围内综合考虑。
7 排水系统的规划与设计，应处理好污染源治理与集中处理的关系。
对工业废水要进行适当的预处理，达到要求后排入城市排水系统。
2）
排水管网定线原则
排水管网的定线原则是：
应尽可能在管线较短和埋深较浅的情况下，让最大区域的污水自流排除。
定线时通常考虑的因素是：
地形和竖向规划；排水体制；污水厂和出水口位置；水文地质条件；道路宽度；地下管线和构筑物的位置；工业企业和产生大量污水的建筑物的分布情况以及发展远景和修建顺序等。
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，使管道的走向符合地形趋势，一般应顺坡排水。
地形标高较高的污水不要经较低地区泵站排水。
排水管网定线的顺序应当是先确定污水处理厂的位置，然后依次确定主干管、干管、支管的位置。
污水厂应设在河流下游，地下水流向的下游，城市主导风向的下风向。
管道埋深和泵站数量直接影响到工程总造价，管网定线需做方案比较，选择最合适的管线位置，使其既能减少埋深，又可少建泵站。
排水管道定线应尽量避免或减少管道与河流、山谷、铁路及地下构筑物交叉，以降低施工费用，减少养护工作的困难。
当排水干管与等高线垂直时，排水干管一般采用双侧集水；当排水干管与等高线斜向相交时，排水干管一般采用单侧集水。
当排水干管双侧集水时，干管间距一般为600—1000m；当排水干管单侧集水时，干管间距一般为600—800m。
1.1.4设计依据及排水体制的选择
设计依据包括：
1某市M地区城市总体规划（2005～2020）
2某市M地区城市排水工程总体规划（2005～2020）
3室外排水设计规范（GB50014-2006）及其规范条文说明
4地面水环境质量标准（GB3838-2002）
5给水排水设计手册第1、2、5、6、9、10、11册（均为第二版）
6给水排水制图标准（GBJ106—87）
7城市污水生物脱氮除磷处理设计规程.CECS149:
2003
8《给水排水工程研究预算与经济评价手册》国家城市给水排水工程技术研究中心，建工出版社（1993年12月）
1.2设计资料
1.地区总平面图一张，比例尺寸1：
50000，等高线间距1M。
2.居住地区情况及有关污水水量：
Ⅰ区：
人口密度800人/ha，居民区生活污水量标准210升/人
日。
Ⅱ区：
污水量5500立方M/日，从该地区南边各接入3000立方M/日。
3.公共及公用建筑物情况
火车站集中污水量3.5升/秒
影剧院集中污水量4升/秒
公园集中污水量4升/秒
4.城市位于我国东部，冰冻线深度0.70M。
5.地基为潮湿土壤，土质松软：
地下水位2.90M。
6.河流水位：
武家河最高水位154.10M，最低水位144M。
7.雨量资料
（1）暴雨强度资料q=
（2）重现期T=1年
（3）地面集水时间t
=15分钟
（4）地面种类：
屋面、道路面积占44%碎石路面占6%绿地50%
2.污水管道设计
污水管道设计一般有确定排水区界，划分排水流域；管道定线；控制点确定和泵站的设置地点；污水设计流量计算；设计管段及设计流量的确定；污水管道水力计算；污水管道的衔接；绘制管道平面图和纵剖面图。
2.1污水管道平面布置
2.1.1污水管道平面布置内容
污水管道系统平面布置包括：
确定排水区界，划分排水流域；选择污水处理厂出水口的位置；拟定污水干管及总干管的路线；确定需要提升的排水区域和设置泵站的位置等，在施工图设计阶段时，尚需要确定街道支管的路线及管道在的街道上的位置等。
在地形平坦无显著分水线的地区，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，使干管在合理埋深情况下，尽量使绝大部分污水能够自流排水为原则。
每一个排水流域应有一条或者一条以上的干管，确定流域高程和水流方向和需要抽升的地区。
污水厂和出水口要设在城市的下风向，水体的下游，离开居民区和工业区。
2.1.2管道定线
管道定线一般按总干管，干管，支管顺序依次进行。
管道定线应遵循的主要原则是尽可能在减小管线长度和埋深的情况下，让最大区域的污水能自流排出。
污水总干管取决于污水厂和出水口的位置。
定线时考虑以下因素：
（1）地形与竖向规划
（2）排水体制与管道线路数目
（3）污水厂的出水口位置
（4）道路的宽度
（5）水文地质条件
（6）工业企业和产生大量污水的建筑物的分布情况
（7）地下管线和构筑物的位置
（8）发展远景和修建顺序
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，使管道的走向符合地形趋势，一般宜顺坡排水。
在地形平坦地区，应避免小流量的横支管长距离平行于等高线敷设，让其尽早接入干管。
在地形平坦地区，即使管线不长，埋深亦会增加很快，当埋深超过8M时，需设泵站提升污水。
污水管要布置在坚硬密实的土壤中，为了降低施工费用，缩短工期及减少日后养护工作的困难，管道定线时应尽量避免或减少与河道，山谷，铁路及各种地下构筑物的交叉。
污水支管的布置除考虑地形外，还要考虑街坊的建筑特征，并便于用户的接管排水，一般有三种形式：
（1）低坊式：
街坊狭长或地形倾斜时采用；
（2）围坊式：
街坊地势平坦且面积较大时采用；
（3）穿坊式：
街坊内部建筑规划已确定，或街坊内部管道自成体系时，支管可以穿越街坊布置。
从该区平面图上可知该区地势向东北方向倾斜，坡度较小，无明显分水线、可划分为一个排水流域。
街道支管布置在街区地势较低一侧的道路下，主干管基本上与等高线垂直布置。
整个管道系统呈正交式布置。
考虑市区水体的环境和地势走向，污水处理厂和排水口选择在河流的下游。
区域划分和管道定线如附图2-1
2.2街区编号及面积计算
通常通过划分街坊的泄水面积来确定设计管段的排水面积，当街管采用围坊布置时，通常用各街角的角平分线划分街坊为四块，每块街坊的污水假定排入相近的街管；当街管采用低侧式布置时，通常假定整块街坊的污水排入在其低侧的街管中；当街管采用对边布置时，通常将街坊面积用中线划分，被划分的街坊的污水假设排近邻近的街管中。
划分完街区后，用大写字母将各街区编上号码，编号如附图2-1，并按各街区的平面范围计算它们的面积，计算结果见附表2-2中，用箭头标出各街区的污水排出方向。
2.3管段划分及流量计算
3.3.1设计管段的划分
1.设计管段：
两个检查井之间的管段，如果采用的设计流量不变，且采用同样的管径和坡度，则称它为设计管段。
2.划分设计管段：
只是估计可以采用同样管径和坡度的连续管段，就可以划作一个设计管段。
根据管道的平面布置图，凡有集中流量流入，有旁侧管接入的检查井均可作为设计管段的起止点。
设计管段的起止点应依次编上号码。
3.3.2设计管段设计流量的确定
污水管道的水力计算是由确定控制点开始，从上游到下游，计算和确定各设计管段的有关数据。
设计管段的污水设计流量可能包括以下几种流量：
（1）本段流量
——是从本管段沿线街坊流来的污水量；
（2）转输流量q2——是从上游管段和旁侧管段流来的污水量；
（3）集中流量q3——是从工业企业或其它产生大量污水的公共建筑流来的污水量。
对于某一设计管段，本段流量是沿管段长度变化的，即从管段起点的零逐渐增加到终点的全部流量。
为便于计算，通常假定本段流量从管段起点集中进入设计管段。
而从上游管段和旁侧管流来的转输流量q2和集中流量q3对这一管段是不变的。
本段流量是以人口密度和管段的服务面积的乘积来计算，其计算公式如下：
=
·F
式中：
——设计管段的本段流量（L/s）；
F——设计管段的本段服务面积（ha）；
——比流量（L/s·ha）。
比流量是指单位面积上排出的平均污水量。
可用下式计算：
=n·ρ/86400
式中：
n——生活污水定额（L/人·d）；
ρ——人口密度（人/ha）。
本次设计中人口密度800人/ha，居民区生活污水量标准210升/人·日，则一区每ha街区面积的生活污水平均流量（比流量）为：
=800×210/86400=1.94（L/s·ha）
某一设计管段的设计流量可由下式计算：
qij=（
+
）·
+
式中:
qij——某一设计管段的设计流量（L/s）；
q1——本段流量（L/s）；
q2——转输流量（L/s）；
q3——集中流量（L/s）；
Kz——生活污水总变化系数，生活污水量总变化系数可以从下表2-1查得。
表2-1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
各管段的生活污水总变化系数按照线性内插法求得，各设计管段的设计流量列表计算（见附表2-3）。
下面举例计算部分管段的设计流量：
（参看污水管网平面布置图）
附表2-3中的设计管段的设计流量由沿线流量和集中流量两部分组成：
Q=Q1+Q2，每一部分中都有来自本管段的流量和转输流量。
由之前的计算已经得出比流量q0=1.94（L/s·ha），如平面布置图和附表2-1所示，设计管段11-10除了有来自火车站的集中流量为3.5L/s外还有来自居民区D区和C-2区的本段流量7.76L/s，则居民区的沿线流量7.76乘以一个系数2.26得到沿线流量Q1，故设计流量Q=Q1+Q2==17.538L/s+3.5L/s=21.5L/s；
管段13-12，在计算沿线流量时，先根据本段服务区域L-3的面积为AL-3=3.1ha，求得本设计管段的排水面积上来的生活污水平均流量，即本段的流量q0AL-3=3.1x1.94L/s=6L/s。
由于本段是街坊的起始，管段没有转输的沿线流量，因此，该设计管段的沿线流量的累计设计流量Q1=2.27x6L/s=13.6L/s.与集中流量的累计设计流量Q2（2500m3/d来自Ⅱ区）相加，得设计管段13-12的总设计流量Q=Q1+Q2=13.6L/s+2500m3/d=13.6+2.9L/s=16.4L/s。
排水管网其他管段的流量计算均按照以上计算方式进行流量计算，其流量应包括本段的沿线流量和转输流量，转输流量又包括上游管段的沿线流量之和以及集中流量之和。
计算结果依次记录在附表2-3中，得到污水干管设计流量计算表。
2.4水力计算
在确定管段设计流量后，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，计算结果填入附表2-4，水力计算步骤如下：
（1）计算每一设计管段的长度，结果见附表2-3表从管道平面布置图上量出每一设计管段的长度，如附表2-4。
（2）将各设计管段的设计流量列入表中第3项。
设计管段起讫点检查井处的地面标高列入表中。
（3）计算每一设计管段的地面坡度，作为确定管道坡度时参考。
（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300mm，查水力计算图。
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。
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分别列入下表中的第4、5、6、7项。
图2.1充满度示意图
（5）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，设计最大充满度如表2-2。
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2-2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）
200-300
350-450
500-900
≥1000
0.55
0.65
070
0.75
（6）最小管径与最小设计坡度
最小设计坡度：
相应于管内最小设计流速时的坡度叫做最小设计坡度，即保证管道内污物不淤积的坡度。
这样考虑的原因有以下几点：
①养护方便：
一般在污水管道的上游部分，设计流量很小，若根据流量计算，则管径会很小，根据养护经验表明，管径过小易堵塞，使养护管道的费用增加。
而小口径管道直径相差一号在同样埋深下，施工费用相差不多。
②减小管道的埋深：
此外采用较大的管径，可选用较小的坡度，使管道埋深减小。
最小管径可见表2-3。
表2-3最小管径和最小设计坡度
污水管道位置
最小管径（mm）
最小设计坡度
街坊和厂
区内街道
200
300
0.004
0.003
（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：
控制点一般就是该排水管道系统的起点，排水管道内为重力流，水流由高处流往低处，下游管段低于上游，因此，控制点是改排水管道系统的最高点，是控制整个系统标高的起点。
控制点标高的确定受制于两侧用户的最低排水设备，能够接纳大多数用户排出的废水，但也不能因为照顾个别用户而加大控制点的埋设深度。
提高控制点的标高是有利的，为此，可采取某些人为的措施，如加强管材强度，以减少覆土厚度；填土提高地面标高以保证最小覆土厚度等。
4求设计管段上、下端的管内底标高，水面标高及埋设深度。
5求设计管段上、下端的管内底标高，水面标高及埋设深度如下图所示：
图2.2管道埋深示意图
6最小埋深，确定污水管道最小埋设深度时，必须考虑下列因素：
（a）必须防止管内污水冰冻或土壤冰冻而损坏管道，土壤的冰冻深度，不仅受当地气候的影响，而且与土壤本身的性质有关。
所以，不同的地区，由于气候、条件不同，土壤性质不同，土壤的冰冻深度也各不相同。
在污水管道工程中，一般所采用的土壤冰冻深度值，是当地多年观测的平均值。
由于生活污水水温教高，且保持一定的流量不断地流动，所以污水不易冰冻。
由于污水水温的辐射作用，管道周围的土壤不会冰冻，所以，在污水管道的设计中，没有必要将整个管道都埋设在土壤的冰冻线以下。
但如果将管道全部埋在冰冻线以上，则会因土壤冻涨而损坏管道基础。
（b）必须保证管道不致因为地面荷载而破坏为保证污水管道不因受外部荷载而破坏，必须有一个覆土厚度的最小限值要求，这个最小限值，被称为最小覆土厚度。
此值取决于管材的强度、地面荷载类型及其传递方式等因素。
现行的《室外排水设计规范》规定：
在车行道下的排水管道，其最小覆土厚度一般不得小于0.7m。
在对排水管道采取适当的加固措施后，其最小覆土厚度值可以酌减。
（c）满足街坊污水连接管衔接要求。
城市住宅和公共建筑内生产的废水要顺畅的排入街道污水管网，就必须保证街道污水管道起点的埋深大于或等于街坊（或小区）污水干管终点的埋深，而街坊（或小区）污水支管起点的埋深又必须大于或等于建筑物污水出户管的埋深。
从建筑安装技术角度考虑，要使建筑物首层卫生器具内的污水能够顺利排出，其出户管的最小埋深一般采用0.3~0.6m，所以街坊污水支管起点最小埋深至少应为0.6~0.7m。
以此推算出最小埋深或最小覆土厚度。
（8）污水管道的衔接
1检查井设置原则：
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及直线管段每隔一定距离。
2水管道在检查井中衔接时应遵循两个原则：
（a）尽可能提高下游管段的高程，以减少管道埋深，降低造价；（b）避免上游管段中形成回水而造成淤积。
3管道的衔接方法主要有水面平接、管顶平接两种：
（a）水面平接：
是指在水力计算中，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。
适用于管径相同时的衔接。
（b）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。
采用管顶平接时，下游管段的埋深将增加。
这对于平坦地区或埋深较大的管道，有时是不适宜的。
这时为了尽可能减少埋深，可采用水面平接的方法。
适用于管径不相同时的衔接。
两种衔接情况可如下图2.3：
图2.3水面平接示意图
图2.4水管顶平接示意图
4注意：
（a）下游管段起端的水面和管内底标高都不得高于上游管段终端的水面和管内底标高。
（b）当管道敷设地区的地面坡度很大时，为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。
（c）在旁侧管道与干管交汇处，若旁侧管道的管内底标高比干管的管内底标高相差1m以上时，为保证干管有良好的水力条件，最好在旁侧管道上先设跌水井后再与干管相接。
（9）计算出各段管道的管径、坡度、管长、标高如附图污水管道水力计算平面图。
3.雨水管道设计
3.1雨水管道的设计任务：
雨水管渠系统是由雨水口、雨水管渠、检查井、出水口等构筑物所组成的一套工程设施。
在雨水管渠系统设计中，管渠是主要的组成部分，雨水管渠设计的主要内容包括：
1、确定地点暴雨强度公式；
2、划分排水区域，进行雨水管渠定线，确定可能设置的调节池、泵站位置；
3、根据当地气象和地理条件，工程要求等确定设计参数；
4、计算设计流量和进行水力计算，确定每一设计管段的段面尺寸、坡度、管底标高及埋深；
5、绘制雨水管网平面布置图和纵剖面图。
3.2雨水管道设计步骤
3.2.1暴雨强度公式的确定
根据基础资料，该市的暴雨强度公式为：
（1）暴雨强度资料q=
（2）重现期T=1年
（3）地面集水时间t
=15分钟
（4）地面种类：
屋面、道路面积占44%碎石路面占6%绿地50%
3.2.2划分排水区域和雨水管渠定线
1、根据地形平面图，该市某区北依湘江，地势大体自南向北逐渐降低；东西总体东高西低。
因此排水区域的划分可根据这种形状来划分，雨水干管布置方向自南向北，直接排入湘江；支管自东向西布置，尽可能利用重力排除雨水。
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。
两个检查井之间流量没有变化且预计管径和坡度也没有变化的管段为设计管段。
设计管段上的检查井应从上游往下游进行编号。
（具体设计管段的划分见图-雨水管道区域划分及管道定线）
3、划分并计算各计算管段的汇水面积各设计管段汇水面积划分结合地形坡度、汇水面积的大小以及雨水管道布置情况等而划定。
地形较平坦时，可按就近排入雨水管道的原则划分汇水面积；地形坡度较大时，可按地面雨水径流的水流方向划分汇水面积。
划分时，将每块面积编号，计算其面积大小并标明在图中。
（具体见图-雨水管道区域划分及管道定线）
3.2.3确定设计参数与相关原则说明
1、确定雨水排水流域的平均径流系数
本设计，根据整个区域内各类地面的面积或所占比例计算出整个区域的平均径流
系数Yav，各区域面积如附表3-1.
Yav=
式中Fi_______汇水面积上各类地面的面积（ha）；
Yi_______相应于各类地面的径流系数；
F_______全部汇水面积（ha）。
据此，可以计算出平均径流系数
2、确定设计重现期P
根据《室外排水设计规范》和当地气象资料，选P=1a。
3、地
升级会员 