排水管网及雨水泵站课程设计计算书.docx

排水管网课程设计环境工程 郑子烨 10153520122013学年排水管网课程设计（设计说明书、计算书、管道与泵站设计图）专业：环境工程姓名： 学号： 101535 指导教师：环境科学与工程学院2013年8月目录排水管网及雨水泵站课程设计说明书11.项目概述11.1.金山新城概况11.2.排水体制11.3.设计范围11.4.设计期限22.自然条件22.1.工程地质22.2.气象条件23.设计原则和依据33.1.设计原则33.1.1.污水管渠水力设计原则33.1.2.雨水管渠及水力设计原则43.1.3.管段衔接原则53.2.设计依据53.2.1.污水工程管道系统平面布置步骤及依据53.2.2.雨水管网设计步骤63.3.设计参考书目64.设计方案74.1.设计主要参数74.2.污水工程设计74.2.1.污水管道布置74.2.2.排水区域及区域面积计算84.2.3.污水管道设计流量计算说明94.2.4.水力参数计算公式104.2.5.污水管道高程计算114.2.6.倒虹管的设计114.3.雨水工程设计114.3.1.雨水管道布置124.3.2.雨水管道排水区域及区域面积计算134.3.3.雨水径流量估算134.3.4.雨水管渠水力参数计算公式154.3.5.管道高程计算方法155.雨水泵站设计165.1.设计规模165.2.泵站型式165.3.水泵选择及运行方式165.3.1.格栅的选取及水损计算165.3.2.扬程计算及选泵175.3.3.泵站尺寸和各部分高程计算：216.问题与建议22排水管网及雨水泵站课程设计计算书24第一部分 污水管道设计计算书241.设计参数242.计算公式243.计算过程与计算结果243.1.倒虹管设计计算243.1.1.进水井情况：243.1.2.倒虹管水头损失计算253.1.3.出水井情况：253.2.污水管道设计计算示例253.2.1.确定流量：253.2.2.选择管道参数：253.2.3.确定高程：263.3.污水管道设计计算结果263.3.1.本设计区域各服务面积263.3.2.污水管道流量计算273.3.3.污水管道起端覆土计算293.3.4.污水管道水力计算30第二部分 雨水管道设计计算书331.设计参数332.计算公式333.计算过程与计算结果343.1.雨水管道设计计算示例343.1.1.确定流量：343.1.2.选择管道参数：343.1.3.确定高程：343.2.雨水管道设计计算结果353.2.1.排水区域面积353.2.2.雨水管道流量计算363.2.3.雨水管道起端覆土计算403.2.4.雨水管道水力计算40第三部分 雨水泵站设计计算书431.设计参数432.计算公式432.1.设备选取及水头损失计算432.1.1.格栅432.1.2.水泵：442.2.壅水高程计算453.计算过程与计算结果463.1.格栅的选取及水损计算463.1.1.设备介绍463.1.2.设备性能与计算463.2.扬程计算及选泵473.2.1.水泵扬程计算473.2.2.选泵：483.2.3.扬程校核483.2.4.集水井校核513.3.泵站尺寸和各部分高程计算：5135排水管网及雨水泵站课程设计说明书1. 项目概述1.1. 金山新城概况金卫新镇位于上海市金山区东南境。东经12012125，北纬30403058。处沪、浙交界，南濒杭州湾，东北离上海市区约64公里。根据该镇总体规划，该镇具有完备的社会基础设施和工程基础设施，包括居住、办公、都市工业、商业服务、教育和文化娱乐设施，有较完善的城市交通、给水排水、供电、燃气、电信等设施，并考虑今后的发展与扩建的需要。该镇近期规划20000人，该镇到2012年发展人口规模35000人。规划用地318公顷。基地地势低平，由东南向西北略有坡度，平均坡度为i=0.5。地面高程为3.85.2米（吴淞高程）。该镇四面环河，北面、东面和南面环有金卫城河，水流由北向南，与西面的张泾河在镇西南角汇合流向杭州湾。卫城河和张泾河分别为四级和五级通航河道，过往船只频繁，货物运输繁忙，现河面宽约3044m、4062m不等。镇内有穿城河横贯镇域东西，卫城河、张泾河和穿城河的河底标高为0.50米，河道水位受闸控制，常水位为2.40米左右，日常水资源调度时片区最高水位受黄浦江潮位的影响，一般控制在2.803.00米左右，除涝预降水位为2.00米。1.2. 排水体制金卫新镇的排水体制采用分流制。由雨水管道系统、污水管道系统和污水处理厂所组成。工程规划期限为2012年。雨水管道和污水管道在新镇道路修建前先行设计埋设。污水处理厂按一次设计，分二期施工。规划中的污水处理厂位置在张泾河和金卫城河下游交汇处，位于该镇西南角。1.3. 设计范围图1-1 设计范围参考图例注：灰色线框部分内部为管渠系统设计范围1.4. 设计期限工程规划期限为2012年。雨水管道和污水管道在新镇道路修建前先行设计埋设。污水处理厂按一次设计，分二期施工。根据金卫新镇总体规划，该镇近期规划人口为20000人，2012年规划人口为35000人。综合生活污水排水量（包括居民生活、公共建筑等城镇生活污水，不包括工业污水），按近期320升/(人天)、远期350升/(人天)计。工业污水量为5000m3/d，其中近期为2500m3/d，远期为5000m3/d。2. 自然条件2.1. 工程地质金卫新镇位于长江三角洲南翼，太湖流域碟形洼地东南端。全境地势低平，河渠交织成网。区境地貌经历了燕山晚期地质运动、新生代古气候冷热交替变化以及300万年来地壳的缓慢沉降，从而在前第四纪地层的基底上堆积了厚0285米不等的松散岩层，造就了现今的地貌形态。2.2. 气象条件金卫新镇位于中纬度沿海，属亚热带季风气候，受冷暖空气交替影响和海洋湿润空气调节，四季分明，气候温和湿润，雨水充沛，日照充足，无霜期较长，但四季气候多变，常有灾害性天气出现。11月至翌年2月多西北风，气候寒冷干燥。3月至6月多见东南风，闷热湿润。7月至8月盛行西南风，高温炎热。10月至翌年3月是季风转换过度季节，常出现东北风，多低温阴雨天气；同时，本区有89%的年份受到不同程度的台风影响。年平均气温为15.5,绝对最低气温为-10.8,全年无霜期平均225天，有霜日常年平均47.8天。年平均降雨量1100.8毫米，降水日为136天。常年日照达2049小时。暴雨公式如下： （L/sha）设计重现期P=1年，径流系数：=0.60。3. 设计原则和依据3.1. 设计原则3.1.1. 污水管渠水力设计原则为了保证管渠系统的正常运行，以顺利地收集和输送生活污水和工业废水，管渠水力计算应满足：不冲刷管壁、不淤积、不溢流、通风良好的基本原则。为此，室外排水设计规范中对污水管道水力计算的部分主要参数作出了如下规定：污水管渠的最小设计流速为0.6m/s；明渠的最小设计流速为0.4m/s。一般情况下，金属管道内的最大设计流速为10m/s，非金属管道内的最大设计流速为5m/s。通常，在管道系统的上游部分流量很小，若根据流量计算，管道的管径也很小。管径过小极易堵塞，疏通频繁，人力耗费很大。所以室外排水设计规范中规定了计算确定的管径过小时应采用的最小管径，及其相应的设计坡度，如表3-1。污水管渠按不满流设计。在设计流量下，管道中的水深h和管径D比值h/D称为设计充满度。为了保证通风和不溢流的要求，设计充满度有一个最大的限值。室外排水设计规范中规定了设计充满度最大限值如表3-2表3-1 最小管径与相应最小设计坡度管道类别最小管径/mm相应最小设计坡度污水管300塑料管0.002，其他管0.003雨水管和合流管300塑料管0.002，其他管0.003雨水口连接管2000.01压力输泥管150 重力输泥管2000.01表3-2 最大设计充满度管径或渠高/mm最大设计充满度（h/D或h/H）2003000.553504500.655009000.7010000.75 管道的覆土厚度是指管顶的外壁到地面的距离。管道的覆土厚度应满足三个要求：1) 必须防止管道中的污水冰冻和因土壤冰冻膨胀而损坏管道；2) 必须防止管壁被车辆造成的活荷重压坏；3) 必须满足支管在衔接上的要求为满足以上三个要求，管道的覆土厚度有一个最小限值，称最小覆土厚度。规范规定：管顶最小覆土厚度在车行道路下宜为0.7m；人行道下0.6m，在保证管道不会受外部荷重损坏时，最小覆土厚度可适当减小。在气候温暖的平坦地区，管道最小覆土厚度往往决定于房屋排出管，其最小埋深通常采有0.550.65m。倒虹管流速控制在1.2-1.5m/s，最小管径为200mm，为减少长度，倒虹管应与障碍物正交，其工作管线一般不少于两条。倒虹管顶与河底的垂直距离一般不宜小于1.0m，管内流速一般采用 1.21.5m/s，不宜小于0.9m/s，且不应小于上游管道流速，管内流速达不到0.9m/s时应定期冲洗措施，冲洗流速不得小于1.2m/s。3.1.2. 雨水管渠及水力设计原则1) 尽量利用池塘、河浜受纳地面径流，最大限度地减少雨水管道的设置。受纳水体周围的地面径流可直接借地面排入水体。2) 利用地形，就近排人地面水体。雨水径流的水质和地面情况有关，初期径流的污染较大。近年来，国外个别地区计划处理初期径流，但通常都直接排入水体。雨水管道应充分利用地形，就近排放地面水体，以降低造价。3) 考虑采用明管。明管造价低。在建筑物密度较高，交通繁忙的地区，可以采用加盖明管。这需要创新意识，因为一般都用沟管。但考虑到城市景观问题，一般不采用。4) 尽量避免设置雨水泵站。雨水泵站的投资很大，用电量也很大，可能冲击正常用电。受纳水体水位接近岸边时，采用明管有可能避免设置泵站。受纳水体受潮汐影响，水位不时高出岸面时，才考虑设置泵站；这时应设旁道，供水位不高时排水。5）管道按满流计算，最小设计流速为0.75m/s，无最大流速限制，最小管径和最小坡度规定内见表3-1。最小覆土厚度及埋深要求同污水管渠。6）出水口管底标高应设在常水位以上，以避免晴天河水倒灌，造成死水，出口流速不宜超过0.55m/s，以免造成冲刷。3.1.3. 管段衔接原则1）尽可能上游管段的高程，以减少埋深，从而降低造价。2）避免在上游管段中形成回水而造成淤积。3）不允许下游管段的管底高于上游管段管底。3.2. 设计依据3.2.1. 污水工程管道系统平面布置步骤及依据一、确定排水区界，划分排水流域排水区界是排水系统敷设的界限。在排水区界内应根据地形及城市和工业企业的竖向规划划分排水流域。一般来说，流域边界应与分水线相符合。在地形平坦无显著分水线的地区，应使干管在最大合理埋深情况下，尽量使绝大部分污水能以自流排水为原则。每一个排水流域应有一条或者一条以上的干管，根据流域高程情况就能查明水流方向和污水需要抽升的地区。二、选择污水厂和出水口的位置污水厂和出水口要设在城市的下风向，水体的下游，离开居住区和工业区，其间距必须符合环境卫生的要求，应通过环境影响评价最终确定三、拟定污水管道系统的路线定线应遵循的主要原则是：应尽可能地在路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。定线时通常考虑的因素是：地形和竖向规划；排水体制和其他管线的情况；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，发展远景和修建顺序等。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。当地形总体坡度较小的时候，应尽量使总干管平行于等高线；当地形总体坡度较大的时候，应尽量是总干管垂直于等高线，从而减少跌水井的数量；当排水区界较大的时候，应该将总干管敷设在整个排水系统的中间位置，从而减少总干管埋深。污水支管的平面布置除取决于地形外，还需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）低围式：借方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。四、确定需要抽升的排水区域和设置泵站污水泵站一般分为中途泵站、终点泵站和局部泵站。中途泵站的位置是根据管道的最大合理埋深而决定的。当埋深超过最大埋设深度的时候，需设置中途泵站抽升污水。终点泵站一般是设在污水厂内处理构筑物之前。3.2.2. 雨水管网设计步骤一、划分流域与管渠定线根据地形的分水线和铁路、公路、河道的具体需求，划分排水流域，进行管渠定线，确定雨水流向；二、划分设计管段与沿线汇水面积雨水管道的设计以100-200m左右为一段。沿线汇水面积的划分，要根据当地地形条件，当地形平坦时，则根据就近排放的原则，把汇水面积按周围管道的布置用角等分线划分。当地面有坡度时，则按雨水向地处流的原则划分。三、确定雨量参数的设计值包括径流系数、重现期、地面集水时间等。四、确定管道的最小埋深五、进行水力计算确定各设计管段的管径、坡度、管底高程和管道埋深。3.3. 设计参考书目1.给水排水设计手册第1册，建工出版社2.给水排水设计手册第5册，建工出版社3.给水排水设计手册第9册，建工出版社4.给水排水设计手册第11册，建工出版社5. 高廷耀，顾国维 水污染控制工程 高等教育出版社 1999 北京4. 设计方案4.1. 设计主要参数污水管网设计：排水区界、处理厂与中途泵站的位置选定，排水量标准、最小覆土厚度等参数的选定，各计算管段长度、管径、坡度、流速、充满度、管底高程、埋深等。雨水管网设计：汇水区界、重现期、径流系数、集水时间等参数的选定，流量计算公式、各计算管段长度、管径、坡度、流速、管底高程埋深，出水口位置和出水口流速等。4.2. 污水工程设计4.2.1. 污水管道布置 确定污水管道系统的路线，又称污水管道系统的定线。设计中正确的定线是合理地、经济地设计污水管道系统的先决条件，也是本次设计的重要环节。管道定线一般按总干管，干管、支管顺序依次进行。定线应遵循的主要原则和考虑的因素见3.2.1。设计中，污水管道定线充分考虑到地形的影响，定线时应充分利用地形。在整个排水区域较低的地方，在地形平坦略向一边倾斜的地区，总干管与等高线平行铺设，即总干管主要位于东西向的卫清西路上，自东向西，以管桥越过张泾河流向污水处理厂。最长的管线沿大学府路南下至卫清西路，中途设置倒虹管过穿过穿城河，流向总干管。管道定线还应考虑到居住区和工业企业的远近期规划以及分期建设的安排。其布置与铺设应满足远期建设的要求。由于新镇中街坊地势平坦且面积较大，故管道布置以围坊式为主。（见图4-1） 图4-1 围坊式管道布置示意图在金卫新镇污水管道系统初步设计中，一般污水管道每200-350米间设置一段计算管段，又少数管段因地形原因稍短或稍长。管段布置结果：见下图4-2。主干管、干管及支管采用n=0.014混凝土管，倒虹管采用n=0.012钢管。图4-2 管道布设结果4.2.2. 排水区域及区域面积计算4.2.2.1. 污水排水区域金卫新镇管道系统初步设计中，污水系统排放区域为环线道路内各个规划街区（河流、道路除外），污水管道设计面积为各个规划街区面积的总和。计算流量时，生活污水为沿线流量，工业废水做集中流量处理。4.2.2.2 污水管道街区设计面积划分原则面积划分原则：鉴于管道布置以围坊式为主，故街区面积划分采取对角平分线、等距离线相结合的划分方式。街区一般正方形街区采用对角平分线原则；矩形街区，采取星形划分原则氛围4到8块不等；部分街区沿河，采取正方形等距划分排至单侧的管线内，尽量使面积最远点距离管线稍近一些。4.2.2.3 污水管道各街区划分面积计算结果按照本章4.2.2.2中所述划分原则进行面积划分后，得到计算的面积结果详见排水管网及雨水泵站课程设计计算书。4.2.2.4 污水管道管道服务面积确定在初步设计中，各街区内的污水通过街区内的支管流入街道上的管道，故管道两侧的街区面积即为该管道的沿线服务面积。实际设计中有部分街坊流量接入下游或旁侧管段以减小下游埋深，同时满足其内部污水管道接入要求。各管道沿线服务区域编号、沿线服务面积计算举例与计算结果详见排水管网及雨水泵站课程设计计算书中污水管道设计流量计算表。4.2.3. 污水管道设计流量计算说明4.2.3.1 污水管道排水水量根据金卫新镇总体规划，该镇近期规划人口为20000人，2012年规划人口为35000人。综合生活污水排水量（包括居民生活、公共建筑等城镇生活污水，不包括工业污水），按近期320升/（人天）、远期350升/（人天）计。工业污水量为5000 m3/d，其中近期为25000 m3/d，远期为5000 m3/d。本设计管段的设计流量由三部分组成：沿线流量：从本管段服务的街坊流来的流量（参见污水工程的设计计算书）集中流量：从都市工业区来的流量（工业污水量换算时以24小时记）；转输流量：从上游管段和旁侧管段来的流量。4.2.3.2 生活污水流量计算原则与方法为了保证管道不溢流，水力学计算时所采用的设计流量，是可能出现的最大流量。居住区的生活污水设计流量的确定方法一般为：城镇居住区和工厂居住区的生活污水设计流量是按每人每日平均排出的污水量、使用管道的设计人数和总变化系数计算的。其计算公式如下：式中： qv居住区的生活污水设计流量，L/s； qvn居住区生活污水量标准(每人每日平均排出的污水量) N使用管道的设计人数； K总总变化系数。 居住区生活污水量标准qvn为设计期限终了时，每人每日排出的平均污水。居住区生活污水量qvn是一个平均值。实际上，流入污水管道的污水量时刻都在变化，变化程度通常用变化系数表示。一年中最大日污水量与平均日污水量的比值称为日变化系数(K日)。最大日中最大时污水量与该日平均时污水量的比值称为时变化系数(K时)。最大日最大时污水量与平均日平均时污水量的比值称为总变化系数(K总)。K总K日K时 。总变化系数是随人口的多少和污水量标准的高低而变化的。人口多(日平均流量大)，污水量标准高时，总变化系数就小。反之亦然。表4-1中所列为不同流量下变化系数表4-1生活污水量总变化系数K总Q L/s51540701002005001000K总2.32.01.81.71.61.51.41.3本次设计中数据可知按城市使用功能及规划，设计人口N35000人，生活污水排水标准 qvn350升/（人*天）。这些生活污水将均分在所有街区设计面积上，即总量与总面积相除求得单位面积上的生活污水设计流量，将其乘以各管道服务面积，即得到该管道的生活污水沿线流量，与生活污水转输流量相加后可得总流量，由此总流量采用内差法查表4-2得到相应的K总，两者相乘便可得到污水的生活污水设计流量。具体计算过程见排水管网及雨水泵站课程设计计算书和计算结果列表详见排水管网及雨水泵站课程设计计算书中污水管道设计流量计算表。4.2.3.3 工业污水流量计算原则与方法工业企业内污水设计流量包括工业企业内生活污水量、淋浴污水量、生产用工业废水量等组成。为了保证管道不溢流，水力学计算时所采用的设计流量，是可能出现的最大流量。在此次规划中，金卫新镇工业企业污水设计总流量为5000m3/d。工业污水做集中收集、集中排放处理，拟以集中流量处理。关于工业区污水量具体计算过程详见排水管网及雨水泵站课程设计计算书。4.2.3.4污水设计流量计算原则与方法金卫新镇污水管道设计规划中，生活污水与工业污水共同收集，一同排放到污水厂中进行处理。则某一管道的污水设计流量包括生活污水设计流量和工业污水设计流量两个部分，两者之和为该管道的设计计算流量。各管道的设计流量的具体计算过程和结果详见排水管网及雨水泵站课程设计计算书中污水管道设计流量表。4.2.4. 水力参数计算公式污水管段水力设计按不满流计算，采用明渠流的水力计算公式：qv=avv=1nR23I12式中：qv设计沟道的设计流量，m3/s A 设计沟道的过水面积，m2 V 设计沟道过水断面的平均流速，m/s R 水利半径，m I 设计沟道的水力坡度 n 沟壁粗糙系数，0.0144.2.5. 污水管道高程计算 污水计算管段起止点高程受街坊内部接入要求、最小覆土要求、最大埋深要求影响。管道的埋设深度是指管底的内壁到地面的距离。埋设深度对于工程造价和施工影响很大。管道愈深，造价愈贵，施工难度越高。所以管道的埋设深度有一个最大限值，称为最大埋深，本设计中规定最大埋深不超过6m，超过则以中途泵站提升。节点管顶高程采用满足街坊内部接出要求和节点处覆土要求的最小高程。街坊内部最小覆土取0.55m，考虑内部流量较小变化较大，取管径300mm，坡度0.004。街坊内部接出管与支管采用管顶平接。4.2.6. 倒虹管的设计4.2.6.1 倒虹管的设计原则排水管道有时会遇到障碍物，如河道、铁路、各种地下设施等。在管道必须为障碍物让路时，它不能按原有的坡度埋设，而是按下凹的方式从障碍物下通过，这种管道称为倒虹管。倒虹管由进水井、管管及出水井三部分组成。进、出水井内应设闸槽或闸门，管管分为折管式和直管式两种。确定倒虹管的路线时：倒虹管应尽可能与障碍物正交通过，以缩短倒虹管的长度。穿过河道的倒虹管，应选择在河床和河岸较稳定、不易被水冲刷的地段及埋深较小的部位敷设。倒虹管管顶与河底的垂直距离一般不宜小于1.0米，其工作管线一般不少于两条，当排水量不大，不能达到设计流量时，一条可作备用。倒虹管流速控制在1.2-1.5m/s，最小管径为200mm，在进水井或靠近进水井的上游管道的检查井底部设沉淀槽。4.2.6.2倒虹管设计主干管需越过穿城河，过河时需设设置倒虹管。倒虹管采用直管式倒虹管，与河道正交，管长33m，管顶距河底距离最小为1.0m，具体水力计算见排水管网及雨水泵站课程设计计算书。4.3. 雨水工程设计4.3.1. 雨水管道布置4.3.1.1 雨水管道定线布置原则1) 尽量利用池塘、河浜受纳地面径流，最大限度地减少雨水管道的设置。受纳水体周围的地面径流可直接借地面排入水体。2) 利用地形，就近排人地面水体。雨水径流的水质和地面情况有关，初期径流的污染较大。近年来，国外个别地区计划处理初期径流，但通常都直接排入水体。雨水管道应充分利用地形，就近排放地面水体，以降低造价。3) 考虑采用明管。明管造价低。在建筑物密度较高，交通繁忙的地区，可以采用加盖明管。这需要创新意识，因为一般都用沟管。但考虑到城市景观问题，一般不采用。4) 尽量避免设置雨水泵站。雨水泵站的投资很大，用电量也很大，可能冲击正常用电。受纳水体水位接近岸边时，采用明管有可能避免设置泵站。受纳水体受潮汐影响，水位不时高出岸面时，才考虑设置泵站；这时应设旁道，供水位不高时排水。4.3.1.2 雨水管道系统的平面布置金卫新镇四周被水体包围，所以雨水管道设计时利用附近水体，东南北三面由卫城河包围，西面为张泾河，北部有穿城河穿越新镇的东北部，这些河流都作为雨水排放水体。雨水管道的平面布置，根据城市规划和建设情况，考虑利用河湖水体、地形条件、地下水位、施工条件等因素、为了降低埋深、减少造价，合理布置了15个独立的管道系统，分别排放入上述河流中。如下图4-3.图4-3 雨水区域划分4.3.2. 雨水管道排水区域及区域面积计算4.3.2.1 雨水管道排水区域金卫新镇管道系统初步设计中，雨水管道系统排放区域为环线道路内各个规划街区、道路、绿化（包括环线道路），污水管道设计面积为各个规划街区面积、绿化面积、道路面积的总和。街区面积、绿化面积、道路面积的降雨通过地面径流、支管收集后进入雨水管道系统，并最终排入水体。4.3.2.2 雨水管道街区设计面积划分雨水管道的面积划分原则与第二部分中6.1污水的面积划分原则相同：鉴于管道布置以围坊式为主，故街区面积划分采取对角平分线与等距离线相结合的划分方式。沿河50米范围内采取自流排放，50米以外经过雨水管道收集后，经雨水排放口排入就近水体，排放口管底高程在常水位以上，不满足条件设鸭嘴止回阀。初步设计中，街区面积、绿化面积、道路面积的降雨通过地面径流、支管收集后进入雨水管道系统，故管道两侧的街区、绿化及道路面积之和为该管道的沿线服务面积。各管道沿线服务区域编号、沿线服务面积计算举例与计算结果详见排水管网及雨水泵站课程设计计算书中雨水管道设计流量计算表。4.3.3. 雨水径流量估算4.3.3.1 雨量参数1) 阵雨过程中任一连续时段称为降雨历时。降雨历时常以分钟计算。2) 降雨量是降落在某一面积上的总水量，以h（mm），或一公顷面积上的降水立方数（m3/ha）表示。3) 降雨强度又称雨率，指在某一降雨历时（如10min、20min、30min）内的平均降雨量。4.3.3.2 推理公式雨水管道的汇水面积不大，雨水管道设计流量一般采用推理公式计算qv雨水管道设计流量（L/s）A排水面积（ha）i降雨强度（mm/min）q降雨强度（L/s ha）K换算系数166.7径流系数，小于14.3.3.3 暴雨公式4.3.3.4 设计降雨历时的确定不同街区的沿线雨水分别先经地面径流再流入雨水口，流人雨水管道。降雨历时应为地面给水时间与上游管道流行时间之和。 t设计降雨历时（排水面积的集水时间），min t1地面集水时间，min t2在管道中的流行时间，min L集中点上游各管段的长度，m v相应各管段的设计流速，m/s设计地面集水时间为10min。有可能出现集水时间增加速度大于面积增加而导致下游管道的流量小于上游流量，这就是推理公式的局限性，对于这种情况设计时，使下游管段沿用上游管段的管径和坡度。上游管道不至一条时，应取t2最大的路径进行计算。4.3.3.5 设计重现期的确定一般人们期望城镇不出现降雨积水情况，雨水管道应该立即排走雨水径流，但这常常需要加大投资。在考虑到城市规划、地区积水危害、施工费用、工程造价，本工程采用重现期P1年。4.3.3.6 径流系数的确定 影响径流系数的主要因素是地面的透水性和坡度。其次降雨情况也有影响，久雨和暴雨都会提高径流系数。透水性相同的地面，坡度平缓的比坡度较大的雨水径流量要小得多。在设计中各管道的径流系数为其排水设计面积中各面积的径流系数加权平均（权数为面积） 规范中提供了部分地面种类径流系数的参考值如表4-2：表4-2 不同地面种类的径流系数地面种类径流系数各种屋面、混凝土和沥青路面0.850.95大块石铺砌路面和沥青处理的碎石路面0.550.65级配碎石路面0.400.50干砌砖石碎石路面0.350.45非铺砌地面0.250.35公园或绿地0.100.20 本例中取径流系数=0.6。4.3.3.7折减系数的确定在前苏联，可能鉴于西方设计偏于安全，尚有潜力可挖，在降低雨水管道管径上有过多种尝试，包括集水时间的修正、自由容积的利用和压力流的利用等v是设计流速，而实际上流速是渐变的，采用的v是最高值，所以计算值比实际上的集水时间短了，通过研究后在计算值上乘12(称延缓系数)。在同一场雨中，各管段的“洪峰”不会同时出现，上游管段是有空间可以利用 的。他们的研究认为在计算集流时间时可将2再乘上一个系数(称容积利用系 数)，把系数1.2改为2。在设计中，采用折减系数为2，即tt1+2t2在确定了暴雨公式、设计重现期、径流系数、折减系数后，便可利用推理公式计算流量。流量计算结果详见排水管网及雨水泵站课程设计计算书中雨水管道设计流量计算表。4.3.4. 雨水管渠水力参数计算公式 qv=avv=1nR23I12式中：qv设计沟道的设计流量，m3/s A 设计沟道的过水面积，m2 V 设计沟道过水断面的平均流速，m/s R 水利半径，m I 设计沟道的水力坡度 n 沟壁粗糙系数，0.0134.3.5. 管道高程计算方法雨水管道由于比较短，所以设计时最大埋深不会过深。金卫新镇的常水位处于2.4左右，设计中尽量追求雨水出水管管底高程大于这一数值。管道的覆土厚度要求见3.1.1，设计中取街道下最小覆土厚度0.7m。雨水管道的起始管道的管底高程计算方法与污水管道计算相同，要同时满足节点最小覆土和街坊内部管道接出的要求。街坊内道路下以D=300mm，i=0.003计。计算结果详见排水管网及雨水泵站课程设计计算书雨水管道设计计算表。因雨水管道按满管流设计，采用管顶平接的方式。各管道的高程计算结果详见排水管网及雨水泵站课程设计计算书雨水管道设计计算表。5. 雨水泵站设计5.1. 设计规模某区域面积约为65公顷，地坪平均绝对标高为5.20m(吴淞高程)。其降水由于水管道收集后汇入泵站。该区域的雨水管道，采用的设计暴雨重现期P1年，降雨历时t=t1+mt2，其中地面集水时间t1为10min，延缓系数m=2。按该区域的雨量公式，计算得管网末端设计雨水流量为3.0m3/s，管网末端的管管直径为1800mm，管底标高为0.20m。其降水由雨水管道收集后汇入泵站，经水泵提升后排入长江。最高潮位约为4.60m，最低潮位约为0.47m，平均半潮位约为2.19m。5.2. 泵站型式考虑泵站规模大小、泵站性质、水文地质条件、地形地物、挖深及施工方法、督理水平、环境要求等因素，为达到较好的水力条件和合理的工程造价，本设计中雨水泵站采用潜水泵雨水泵站形式。潜水泵站无地上建筑，环境影响较小，布置形式灵活，适应性强，便于因地造型。潜水泵不同于干式水泵，潜水泵的电机防水密封，可长期浸入雨水池中，不存在受潮问题，潜水泵电机机组整体安装，结构紧凑，运行稳定，便于就位和更换，所以潜水泵丫无需上部厂房，也简化了地下结构，降低了工程造价。但由于潜水泵在水下运行，所以要有可靠的产品质量、自动控制和保护功能作技术依托，潜水泵价格较高。潜水泵站为湿式泵站，采取自灌式启动，来水进入集水池前应通过沉泥井沉积泥砂，通过格栅拦截污物，防止堵塞。5.3. 水泵选择及运行方式 设计最大流量取入流流量的120%，Qmax=3*1000*1.2=3600L/s。5.3.1. 格栅的选取及水损计算5.3.1.1设备介绍为阻挡杂物妨碍后续构筑物的工作，选取格栅。格栅平台采用露天设置，同集水池合建成整体构筑物。设备选用自清式格栅除污机，2台HF-1300型。自清式格栅除行机的主要优点：1.有一定自净能力，运行平稳、无噪声。2.格栅与截留污物一起上行，洗刷后的栅面不断补充，无堵塞现象，很适宜制作栅片。3.截留污物由于耙齿弯钩的承托污物不会下坠。到顶部翻转时，又易于把污物卸除。4.设有机械和电气双重过载保护后，可全自动无人操纵。自清式格栅除污机又称固液分离机。由带电机减速机、机架、犁形耙齿、牵引链、链轮、清洗刷和喷嘴冲洗系统等组成。5.3.1.2设备性能与计算根据流量选择型号为HF-1300的格栅两台。格栅安装角度60，设备功率1.1-2.2kw，外形总宽1600mm，有效栅宽1300mm，沟宽1380mm，转速2m/min。栅前水深=1800+200=2000mm，为防止堵塞后续构筑物，取栅条间距40mm,过栅流速为0.8m/s。间隙的数量由下式决定： 取整为26式中：Qmax 最大设计流量，m3/s； h 栅前水深，m； v 过栅流速，m/s，一般取0.61.0m/s； 格栅安装倾角，； 经验修正系数；格栅槽总宽度B计算： =0.01(26-1)+0.0426=1.29m式中：B格栅槽宽度，m； S栅条宽度，m； b 栅条净间隙，m； n 格栅间隙数。5.3.2. 扬程计算及选泵5.3.2.1水泵扬程计算1) 估算扬程提升净扬程 h格栅损失如上5.3.1.2节计算结果，取0.1m；h有效有效水深，取2.00m。净扬程h2=4.60-(2.00-0.1-3.00)=4.70m。设水头损失1m、自由水头1m，则估算扬程为6.7m左右。设选择四台泵，每台泵的设计流量为900L/s。2) 选泵：根据1)中的估算扬程和设计流量，本设计中选用四台700QZ-50D型潜水轴流泵，叶片安装角度+2,吸水口直径920mm，井筒直径1000mm，井筒出口直径700mm。淹没水深2米，吸水流道长度3.5m，宽度2.3米，泵间隔墙厚300mm。流量Q900L/s时：扬程： H=7.5m转速： n=580r/min轴功率： p=83.3kw效率： =79%叶轮直径： d=600mm水泵性能表图5-1 700QZ-50D型潜水轴流泵性能曲线图3) 扬程校核泵站的设计流量为入流沟道流量的120%设计流量Qv=120%3000=3600L/s选用四台泵，每台泵Q。= Qv/4 =3600/4=900L/s有效水深h有效=2m总扬程H=h1+h2+h3h1总水头损失；h2净扬程；h3自由水头；提升净扬程 综上：h2=h提升水位-（h入管沟顶-h格栅损失-h有效）h提升水位最高设计潮位，为4.60；h入管沟顶入流管道沟顶高程，为2.00；h格栅损失如上一节计算结果，去0.10m；h有效有效水深，取2.00m净扬程h2=4.60-（2.00-0.10-2.00）=4.70m局部损失计算： 本设计中泵管局部水头损失包括a.吸水管突然缩小损失0.48b90弯管 ， 0.72c. 弯管处突缩 d出水口突然放大损失 0.95e. 鸭嘴阀损失 1.8f. 出水渠入口突缩 0.48综上所述局部损失计算如表5-1表5-1泵站设计局部损失计算表部件突然缩小90弯管弯管突缩突然放大鸭嘴阀损失出水口突缩个数n111111阻力系数0.480.720.240.951.80.48断面尺寸D=0.92mD=1.1mD=0.8mD=0.8mD=0.8m2000*2000流速v（m/s）1.350.951.791.791.790.900.0450.0330.0390.1550.2940.020沿程损失计算：总水头损失为使泵站输送有一定的压力，令设计中的自由水头 总扬程H=h1+h2+h3=0.597+4.70+1.0=6.30m。计算总扬程 H水泵扬程=7.5m，所以扬程校核符合要求。4) 集水井校核集水池的容积以最大一台水泵的流量为计算标准，一般采用30秒的流量。取有效水深为2米。集水井的容积为最大一台泵30秒流量V=0.9*30=2.7m3V。所以进水池容积符合要求。设备名称设备型号件数水泵700QZ-50D 潜水轴流泵4台清污设备HF-1300型 自动格栅除污机2台输渣设备LYZ-400 螺旋输送机1台表5-2 设备一览表5.3.3. 泵站尺寸和各部分高程计算：设泵站内顶高程同地坪高程，5.20m。格栅间：单格栅间宽度为设备要求沟宽，即1380mm，设中间隔墙厚600mm；则总宽=2*1380+600=3360mm。可得两进水闸门中心距=1380+600=1980mm；内底高程同前池，即-0.30m。栅前水面高程为进水管管顶高程即2.0m，栅后水面高程=2.0-0.1=1.9m。（过栅水头损失0.2m）栅前流道长度取1300mm。格栅底座宽550mm，安装角60度。栅后长度=（5.2+0.3）*ctg60=3.175m；取栅后长度3180mm；为满足顶部设备安装要求，留富余长度250mm。格栅间总长=1300+550+3180+250=5280mm。设平坡段长度2500mm，后面为进水池扩散段。前池：内底高程较进水管管底降落0.5m，即内底高程=0.20-0.50=-0.3m；水面高程为进水管顶高程2.0m；入口宽度=进水管外径=1800+200=2000mm；（管壁100mm计）出口宽度=格栅间总宽+220*2=1380*2+600+220*2=3800mm；（以格栅间外各放220mm计）设扩散角60度，则；取前池长1600mm。取闸门孔宽1000mm，闸门中心距已在格栅间中计算，1980mm。泵间尺寸计算：水泵吸水口直径920mm，井筒直径1000mm，井筒出水口直径700mm，内顶高与出水渠内顶高相平，则井筒出水口中心线高程=5.2-0.9-0.7/2=3.95m。（出水渠起端覆土0.7m，考虑出水渠壁厚200mm计）由水泵安装尺寸要求：淹没水深2.0m，吸水口下水深0.55m，单泵吸水流道宽度2300mm，吸水流道长度3500mm。设导流墙厚300mm，则泵站内总宽度=4*2300+3*300=10100mm。设填充墙总宽度1600 mm，则进水池直流段长度=3500-1600-1000/2=1400mm；进水池扩散段总长：格栅间总宽度3360mm，泵前总宽度10100mm，设扩散角48，则进水池扩散段总长：，取实际扩散段总长7600mm。出水池：出水渠尺寸：高*宽=2000mm*3600mm，内顶高程=地面标高-覆土-壁厚=5.20-0.90=4.30m。内底高程=4.30-2.00=2.30m。出水池内底较出水渠降落0.5m，取出水池内底高程=2.30-0.50=1.80m。出水池宽同泵站宽，10100mm。设长度3000mm。由上节计算得出水池最大壅水高程5.17米，取超高500mm，则出水池内顶高程=5.17+0.5=5.67m。取出水池内顶高程5.70m。6. 问题与建议通过此次课程设计，使我更加扎实的掌握了有关排水管网方面的知识，在设计过程中虽然遇到了一些问题，但经过一次又一次的思考，一遍又一遍的检查终于找出了原因所在，也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足。实践出真知，通过亲自动手制作，使我们掌握的知识不再是纸上谈兵。通过这次课程设计，我在多方面都有所提高。首先是能综合运用水污染控制工程课程的理论和知识进行一个小型城镇管网系统的设计从而培养和提高学生独立工作能力，巩固与扩充了课程所学的内容，掌握管网设计的方法和步骤，提高了计算能力，绘图能力，熟悉了规范和标准，同时一些相关课程所学习的知识也都有了全面的复习，独立思考的能力也有了提高。在这次设计过程中，体现出了自己的设计能力以及综合运用知识的能力，做到了学以致用，从中发现自己平时学习的不足和薄弱环节，从而加以弥补。排水管网及雨水泵站课程设计计算书第一部分 污水管道设计计算书1. 设计参数设计参数包括污水比流量的确定、污水管管径、流速、充满度、坡度、管底高程及覆土厚度。2. 计算公式比流量：q0=qdN86400AL/(shm2)设计流量：Q=q0A K总Q = Avv =1nR2/3I1/2Q -设计沟道的设计流量，m3 / s A -设计沟道的过水面积，m2 v -设计沟道过水断面的平均流速，m/s R -水力半径，mI -设计沟