排水管道设计说明书.doc

排水管道课程设计
说明书
一、设计题目：
甘肃省某县室外排水管网设计
二、设计目的与任务：
排水管道设计的目的是巩固所学课程内容并加以系统化，联系工程实际树立正确设计思想，培养分析问题和解决问题的能力，学习编写说明书、使用规范、查询参考资料和运用设计手册及其他工具书，提高计算机能力和绘图能力。
排水管网设计的任务就是根据给出的各项原始资料，选择管道系统的体制，布置管道系统，计算设计污水量、雨水量、进行水利计算，并将计算成果用文字与图纸表达说明。
三、设计任务及内容
1.制定该县排水系统规划，选择排水体制；
2.城市污水和雨水管道系统的定线；
3.城市污水各设计管段和雨水一根干管各设计管段的流量的计算；
4.城市污水各设计管段和雨水一根干管的水力计算。
四.设计原始资料
1.县城平面图
该县城为我国西北地区一小县城，城内有工厂数家及部分公共建筑。居民区居住人口在规划期内近期按362人/公顷设计。
2.规划期内大用户对水量、水质和水压要求资料见用户对水量、水压要求一览表。
序号
用水单位名称
近期用水量
(m3/d)
远期用水量
(m3/d)
生产
生活
生产
生活
1
化肥厂
400
25
500
35
2
磷肥厂
350
25
450
40
3
化工厂
400
30
500
50
4
发电厂
500
30
550
45
5
橡胶厂
200
35
300
45
6
陶瓷厂
250
30
350
50
7
汽修厂
300
35
400
45
8
水泵厂
200
20
350
35
9
仪表厂
200
20
300
35
10
洗煤厂
400
35
500
45

3.气象资料
1）主导风向：夏季东南风，冬季东北风；
2）年最高温度39℃，年最低温度-8℃；
3）年平均降雨量：800mm
4）最大积雪深度0.4m，最大冰冻深度1.0m
5）土壤性质：（最低处）
0.4m~0.8m 垦殖土
0.8m~3.8m 粘沙土
3.8m~8m 中沙及砂石
6）地下水位深度：10.0m（最浅）
地下坡度：0.2%
7）地震等级：中国地震划分为七级地震区
8）该县城暴雨强度公式

9） q=932(1+1.292lgP)/(t+8.22)0.7
9）地面径流系数 φ=0.45
10）地基承载力2.0Kg/cm2
11）可保证二级负荷供电
4.地面水系：
1）最高水位33.0
2）最低水位 29.5
3）常水位 31.0
5.材料来源及供应：本地区自产砖、混凝土及混凝土管。
六. 管道系统的规划及排水系统的选择
废水分为生活污水、工业废水和雨水三种类型，它们可采用同一个排水管网系统来排除，也可采用各自独立的分质排水管网系统来排除。
排水系统主要有合流制和分流制两种。（1）合流制排水系统：将生活污水、工业废水和雨水很合在同一管道系统内排放的排水系统。现常采用截流式合流制排水系统，这种系统建造一条截流干管，在合流干管与截流干管相交前或相交处设置溢流井，并在截流干管下游设置污水厂。晴天和降雨初期时，所有污水都输送至污水处理厂，经处理后排入水体，随着降雨量的增加，雨水径流增大，当混合污水的流量超过截流官的输水能力后，以雨水占主要笔力的混合污水经溢流井溢出，直接排入水体。截流式合流制排水系统仍有部分混合污水未经处理直接排放，使水体遭受污染。由于截流式合流制排水系统在旧城市的排水系统改造中比较简单易行，节省投资，并能大量降低污染物质的排放。所以在旧排水系统改造时经常采用。（2）分流制排水系统：将生活污水、工业废水和雨水分别在两套或两套以上管道系统内排放的排水系统。由于排除雨水方式的不同，分流制排水系统又分为安全分流制和不完全分流制两种排水系统。城市中，完全分流制排水系统包括污水排水系统和雨水排水系统。而不完全分流制只有污水排水系统，未见雨水排水系统，雨水沿天然路面、街道边沟、水渠等渠道系统排泄，或者为了补充原有渠道系统输水能力的不足而修建部分雨水道，待城市进一步发展后再修建雨水排水系统，使之成为完全分流制排水系统。

一、排水管网布置的原则：
1）按照城市总体规划，结合当地实际情况布置排水管网，进行多方案技术经济比较；
2）先确定排水区域和排水体制，然后布置排水管网，应按丛支管到干管的顺序进行布置；
3）充分利用地形，采用重力流排出污水和雨水，并使管线最短和埋深最小；
4）协调好与其他管道、电缆和道路等工程的关系，考虑好与企业内部管网的衔接；
5）规划时考虑到使管渠的施工、运行和维护方便；
6）近远期规划相结合，考虑发展，尽可能安排分期施工。
二、排水管网布置的形式：
排水管网一般布置成树状网，根据地形不同，可采用正交式和平形式。正交式是排水干管与地形等高线垂直相交，主干管与等高线平行敷设，适用于地形平坦略向一边倾斜的城市；平形式是排水干管与等高线平行，而主干管与等高线基本垂直，适用于地形坡度很大时减小管道的埋深，避免设置过多的跌水井。
由于各城市地形差异很大，排水管网的布置应紧密结合个区域地形特点和排水体制进行，并考虑排水管渠流动的特点，即大流量干管坡度小，小流量之管坡度大。实际工程往往结合上述两种布置形式，构成丰富的具体布置形式，如截流式、分区式、分散式、环绕式等。
本次设计采用完全分流制排水系统体制，即将生活污水和工业废水在污水管道系统内排放，而雨水在雨水管道系统内排放。
第一部分 污水管道系统
（一） 污水量计算

1.居民区污水量计算

1、居民综合生活用水定额（平均日），根据某县当地国民经济和社会发展规划、城市总体规划和水资源充沛程度，结合给水专业规划和给水工程发展的条件综合分析确定。由于缺乏实际用水资料，查《室外给水设计规范》中“综合生活用水定额”表。某县地处甘肃黄河以东地区，属二区中小城市，又由于按近期规划设计，故采用平均日综合生活用水定额120L/（cap·d）。居住人口按近期内362人/公顷考虑。
根据某县县城性质、较小的规模、国民经济与社会发展较大潜力、城镇供水系统和较大的用水变化幅度，去排放系数为0.9，所以居民综合生活污水定额为 120×0.9=108L/(cap.d)

污水管网是按最高日最高时污水排放流量进行设计的，在计算居民生活污水量或综合生活污水量时，采用平均日污水量定额和相应的总变化系数。
其中平均日污水量为8.55L/S
总变化系数为2.10

2、工厂作为集中流量，根据所提供的日平均流量及工作班次，变化系数，确定这些单位最大秒流量。
3.管段设计流量计算
污水管网的管道必须与其服务的所有用户连接，将用户排放的污水收集汇总到较大的管道中，再汇总到污水输送干管中，然后输送至污水厂。在污水收集和输送过程中，污水管道的流量从管网的起始端到末端不断地增加，管道的直径也随之不断增大。为了污水管道连接和清通方便，污水管道的交叉处和转弯处以及直线管道上每隔一定距离需要设置检查井。由于污水管道中的水流是重力流，水面高度亦逐渐降低，需要逐渐增加污水管道的埋设深度，形成满足污水流动的水力坡度。
具体计算见污水管道设计流量表

（二）污水管道设计参数

1、设计充满度(污水管道中水深h和管道直径D的比值):
污水管道按非满管流设计，原因有：1）污水流量时随时变化的，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。有必要保留一部分管道内的空间，为未预见水量的增长留有余地，避免污水溢出而妨碍环境卫生；2）污水管道内沉积的污泥可能分解析出一些有害气体，需留出适当的空间，以利管道内的通风，排除有害气体；3）便于管道的疏通和维护管理。

管道的最大设计充满度
管径D或渠道高度H(mm)
最大设计充满度h/D或h/H
200～300
0.60
350～450
0.70
500～900
0.75
≥1000
0.80

2、设计流速（与设计流量、设计充满度相对应的水流平均流速）：
为了防止管道中产生淤积或冲刷，设计流速限制在最大和最小设计流速范围内。最小设计流速是保证管道内不产生淤积的流速，其与污水中所含悬浮物的成分和粒度有关，与管道的水力半径和关闭的粗糙系数有关。根据《室外排水设计规范》规定污水管渠在设计充满度下最小设计流速为0.6m/s；最大设计流速是保证管道不被冲刷损坏的流速，其值与管道材料有关，通常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：在街区和厂区内最小管径为200m，在街道下的最小管径为300m。在进行管道水力计算时，由管段设计流量计算得出的管径小于最小管径时，应采用最小管径。

4、最小设计坡度（相应于最小设计流速的管道坡度）：设计坡度与设计流速的平方成正比，与水力半径的4/3次方成反比。规范规定最小管径对应的最小设计坡度：管径200mm的最小设计坡度为0.004；管径300mm的最小设计坡度为0.003。

5、污水管道埋设深度：污水管道的埋设深度指管道的内壁底部离开地面的垂直距离；管道的顶部离开地面的垂直距离称为覆土厚度。在实际工程中，污水管道的造价由选用的管道材料、管道直径、施工现场地质条件和管道埋设深度等四个主要因素决定，合理确定管道埋设深度可以有效降低管道建设投资。
由于某县最大冰冻深度为1.0m，且为了满足以下三个因素的要求：1）防止管道内水冰冻和因土壤冰冻膨胀而损坏管道，无保温措施的生活污水管道或水温与生活污水接近的工业废水管道，管底可埋设在冰冻线以上0.15m；2）防止地面动荷载而损坏管道，车行道下污水管道最小覆土厚度不宜小于0.7m；3）满足街区给水连接管衔接的要求，污水出户连接管的最小埋深一般采用0.5～0.7m，则污水支管起点最小埋深也应有0.6～0.7m。综上确定污水主干管和干管的起点埋深为2.0m，支管起点的埋深为1.5m。

6、污水管道的衔接方式：污水管道在检查井中衔接遵循两个原则，其一避免上游管道形成回水造成淤积，其二在平坦地区应尽可能提高下游管道的标高以减少埋深。管道常用的衔接方式有水面平接和管顶平接两种。水面平接法一般适用于上、下游管道直径相同，特别是在平坦地区采用，因为这种衔接方法较管顶平接方法要求下游埋深小；而管顶平接一般会使上、下游管道内水面有一定落差，因而不容易形成回水，但下游管道的埋深可能增加，在地面平坦地区会增大管网造价，所以适用于地面坡度较大或下游管道直径大于上游管道直径时采用；如下游管道地面坡度急增时，下游管径可能小于上游管道，此时应采用管底平接法。
本次设计污水管道的衔接方式采用水面平接法。

7、污水管道材料、接口方式和基础形式：
1）混凝土管与钢筋混凝土管：预制混凝土管和钢筋混凝土管的直径范围为150～2600mm，为了抵抗外压力，管径大于400mm时，一般配加钢筋，制成钢筋混凝土管。混凝土管与钢筋混凝土管的管口形状有平口、企口、承插口等。混凝土管的原料充足，设备、制造工艺简单，所以被广泛采用。但两种管材的主要缺点是抗酸、碱浸蚀及抗渗性能较差、关节较短、接头多。在地震强度大于8度地区及饱和松砂、淤泥、冲填土、杂填土地区不宜采用。
2）排水铸铁管：排水铸铁管质地坚固，抗压与抗震性强，每节管子较长，接头少。但其价格较高，对酸碱的腐蚀性较差。主要用于受较高内压、较高水流速度的冲刷或对抗渗漏要求高的场合。
3）陶土管：陶土管内表面光滑，摩阻小，不易淤积，管材致密，有一定抗渗性，耐腐蚀性好，便于制造。但其质脆易碎，管节短，接头多，材料抗折性能差。适用于排除侵蚀性污水或管外有侵蚀性地下水的自流管及街坊内部排水与城乡排水系统的连接支管。
4）塑料排水管：塑料管表面光滑、水力性能好、水头损失小、耐腐蚀、不易结垢、重量轻、加工和接口方便、漏水率低等优点。塑料排水管的制造材料亦主要是聚丙烯--丁二烯—苯乙烯（ABS）、聚乙烯（PE）、高密度聚乙烯（HDPE）、聚丙烯（PP）、硬聚氯乙烯（UPVC）等，其中PE、HDPE和UPVC管的应用广泛。
5）沟渠：沟渠口径较大，通常在现场浇制或砌装。使用的材料可为混凝土，钢筋混凝土，砖、石、混凝土块，钢筋混凝土块等。其断面形式一般不采用圆形，而是根据力学、水力学、经济性和养护管理上的要求来选择沟渠的断面形式，常用的友伴椭圆形、马蹄型、拱顶矩形、蛋形、矩形、弧形流槽的矩形、带低流槽的矩形和梯形等。

本次设计中当地自产砖、混凝土及混凝土管，并考虑到技术经济的评价，所以管径小于400mm的管道采用混凝土管，大于400mm的管道采用钢筋混凝土管。

(三)污水管道系统水力计算及设计

根据上述原则及规范，由上游管段开始，进行各管段水力计算，确定管段直径和坡度。从污水管网技术合理性和经济性方面考虑，一方面要使管道坡度尽可能与地面坡度平行，以减少管渠埋深，同时必须保证合理的设计流速，使管渠不发生淤积和冲刷。

1）不计算管段确定：当设计污水流量小于一定值时，已经没 有管径选择的余地，可不通过计算直接采用最小管径。对于街区和厂区内最小管径200mm，最小设计坡度为4‰，当设计流量小于9.19L/S时，可以直接采用最小管径；对于街道下的最小管径300mm，最小设计坡度为3‰，当设计流速小于14.63L/S时，可以直接采用最小管径。
2）较大坡度地区管段设计：根据地形和管段两端节点处的埋深条件，计算出期望坡度；根据设计流量、期望坡度和最大充满度进行水力计算，得出计算管径；根据设计流量、坡度和管径计算出管内实际的充满度和流速。
3）平坦或反坡地区管段设计可直接查询《污水管最大管径表》；
4）管段衔接设计：根据具体情况选用选用三种衔接方法（管底平接、水面平接和管底平接）之一，以确定本管段的起点埋深，然后用本管段设计确定的管径、坡度、充满度等以及管段长度，推求本管段的终端埋深，作为下游管段的衔接方式。

所有水力计算结果包括各段长度、流量、流速、充满度、管径和坡度以及各管段的埋深军汇总成表计算。

第二部分 雨水管道系统
（一）雨水管渠布置
城市雨水管区系统是由于水口、雨水管渠、检查井、出水口等构筑物组成的整套工程设施。一般考虑以下几方面：
1）充分利用地形，就近排入水体。
2）尽量避免设置雨水泵站；
3）结合街区及道路规划布置；
4）雨水管渠采用明渠和暗管相结合的形式；
5）雨水出口的布置有分散式和集中式两种布置；
6）充分利用地形，选择适当的调蓄水体，以调节洪峰，降低沟道设计流量，减少泵站的设置数量。
7）城市中靠近山体建设的区域应考虑在规划地区周围设置排洪沟。
由于某县城中有明显的分水线总体上可分为两大排水区域，且两个区域都有较大的地形坡度可以利用，所以共设三条雨水主干管和三个排放口来排出整个城镇的降雨。并且城镇西北方有一座山丘，山区地形坡度大，集水时间短，洪水历时也不长，所以水流急，流势猛，且水流中还夹杂着沙石等杂物，冲刷力大，需及时拦截并排出沿山坡倾泻下来的山洪流量，并通过排洪沟道将洪水引出保护区排入附近水体。

（二）雨水量计算
1、暴雨强度公式
q=932(1+1.292lgP)/(t+8.22)0.7
9）地面径流系数 φ=0.45
重现期p=1a，地面集水时间t1=10min，折减系数m=2。

2、地面径流系数
根据当地地形区地面径流系数φ=0.45；

（三）雨水管渠设计参数

1、设计充满度：雨水较污水清洁得多，对环境污染较小，加上暴雨径流量大，且从减少工程投资的角度讲，雨水管渠允许溢流。故雨水管渠的充满度按满流考虑，即h/D=1；

2、设计流速：由于雨水中夹带的泥沙量比污水大得多，所以最小设计流速大于污水管渠，为0.75m/s；金属管最大设计流速为10m/s，非金属管最大流速为5m/s；
3、最小坡度：为了保证管内不发生淤积，雨水管内的最小坡度应按最小流速确定。在街区内，一般不宜小于0.004，在街道下，一般不宜小于0.0025，雨水口连接管的最小坡度不小于0.01

4、最小管径：为了保证管道在养护上的便利，便于管道的清除阻赛，街道下的雨水管道，最小直径为300mm，相应的最小坡度为0.003，街坊内部的雨水管道，最小管径一般采用200mm，相应的最小坡度为0.01。

5、雨水管道埋设深度:
由于某县最大冰冻深度为1.0m，雨水管道的起点埋深为1.5m。

6、雨水管道的衔接方式：
本次设计雨水管道的衔接方式采用管顶平接法。

7、雨水管道材料、接口方式和基础形式：
本次设计中当地自产砖、混凝土及混凝土管，并考虑到技术经济的评价，所以同污水管道一样，管径小于400mm的管道采用混凝土管，大于400mm的管道采用钢筋混凝土管。
（四）雨水管道水力计算（列表）

所有水力计算结果包括各段长度、流量、流速、管径和坡度以及各管段的埋深均汇总成表格计算。

参考资料
1. 室外排水设计规范 GBJ14—87 （1997年局部修改条文） 中国建筑工业出版社出版2.《给水排水管网系统》严熙世、刘遂庆 主编 中国建筑工业出版社出版
3.《排水工程（上册）》（第四版）严熙世、刘遂庆 主编 中国建筑工业出版社出版
4.排水设计规范手册 第二册 第三册 第五册 第六册 中国建筑工业出版社出版