《给水排水管网工程》课程设计说明书-污水、雨水管道工程设计和环式管网平差

本科《给水排水管网工程》课程设计说明书污水、雨水管道工程设计和环式管网平差学院环境科学与能源学院专业环境工程目录第一部分污水管道系统设计 3第1章 工程概况 31.1设计原始资料 31.2设计要求 31.3参考资料 4第2章污水管道设计 42.1设计方案 42.2管段流量计算 52.3管段水力计算 10第二部分雨水管渠系统设计 15第1章工程概况 151.1设计原始资料 151.2设计要求 161.3参考资料 16第2章雨水管道设计 162.1划分排水流域和管道定线 162.2划分管段和计算各管段的汇水面积 172.3确定平均径流系数 192.4确定重现期P、集水时间t1 192.5确定单位面积径流量q0 192.6干管水力计算 19第三部分环式管网的水力计算 23第1章水力计算要求 23第2章环式管网水力平差 23附图 25第一部分污水管道系统设计工程概况1.1设计原始资料试根据图所示的街坊平面图，布置污水管道，并从工厂接水点至污水厂进行管段的水力计算，绘出管段平面图和纵断面图。已知：

图1-1小区平面图（1）人口密度为400人/；（2）污水量标准为140L/人.d；（3）工厂的生活污水和淋浴污水设计流量分别为8.24L/s和6.84L/s，生产污水设计流量为26.4L/s，工厂排出口地面标高为43.5m，管底埋深不小于2m，土壤冰冻深为0.8m。沿河岸堤坝标高40m。1.2设计要求设计说明书一份；污水管网平面图一张（A3）；主干管纵剖图一张（A3）；管段流量计算表，水力计算表各一张。1.3参考资料（1）《排水工程》上册（第四版）；（2）《给水排水设计手册》第五册。第2章污水管道设计2.1设计方案由小区的平面图可知，该区地势自西北向东南方向倾斜，坡度较小，无明显分水线，因此可以划分为一个排水流域。同时结合小区整体布局情况，本设计制定如下图2-1所示的污水管网平面布置图。在布置图中，街道支管布置在街区地势较低一侧的道路下，两条干管由北向南铺设，并垂直接入由西向东铺设的主干管中，以达到使污水自然流动并保证埋深覆土最少的目的。图1-2污水管网平面布置图2.2管段流量计算2.2.1街区编号并计算其面积将各街区编号并计算其面积列入表1中，并在管网平面布置图中用箭头标出了各街区污水的流向。表1-1街区面积街区编号1234567街区面积（ha）7.57.56.46.46.46.46.4街区编号891011121314街区面积(ha)6.4666.46.46.4/2.2.2管段流量计算1、管段设计流量Q1相关计算公式Q1=（q1+q2）*Kz+q3其中：（1）本段流量q1：管段沿线街坊流来的居住区的平均污水量q1=q0*F式中F——设计管段服务的街区面积(ha)；q0——比流量L/(cap•d)。比流量q0其中n—居住区生活污水定额(L/(cap•d))P—人口密度(cap/ha)由设计资料得到：居民区生活污水定额n=140L/cap•d人口密度p=400cap/ha所以，L/(s•ha)（2）转输流量q2：从上游管段和旁侧管段流来的居住区的平均污水量（3）生活污水量总变化系Kz：由本段流量q1和转输流量q2求得合计平均流量，再查表1-2得总变化系数Kz（运用内插法求得）。表1-2生活污水量总变化系数污水平均日流量（L/s）5154070100200500≥1000总变化系数（）2.32.01.81.71.61.51.41.3备注：当Q<5L/s时，Kz=2.3；当Q>1000L/s，Kz=1.3。（4）集中流量q3：从工业企业或其它大型公共建筑物流来的污水设计流量本设计中只有一个集中化流量，即工厂的集中流量。对应的设计流量q3=8.24+6.84+26.4=41.48L/s2、计算示例（1）管段2~8：仅接纳街区9的污水，无转输和集中流量。本段流量q1=q0*F9=0.648×查表2，Kz=2.3，则设计流量Q1=q1*Kz=3.888×（2）管段1~2：不接纳街区生活污水，只有工业生活污水及淋浴污水和生产废水排入。故：设计流量Q1=q3=41.48L/s（3）管段2~3：除转输管段2~8的集中流量q3=41.48L/s外，还有本段流量q1和转输来自管段1~2的流量q2。本段流量：q1=q0*F10=0.648×转输流量：q2=3.888L/s合计平均流量为7.776L/s，查表2，Kz=2.2，所以该管段的生活污水设计流量Q1=7.776×故总设计流量Q=17.11+41.48=58.59L/s（4）管段3~9：转输来自街区1和2的生活污水，无本段和集中流量。转输流量q2=q0*(F1+F2)=0.648×查表2，Kz=2.2，所以该管段的生活污水设计流量Q1=9.72×其余管道设计流量计算方法同上，污水干管设计流量计算表如表3所示（在初步设计中只计算干管和主干管的设计流量）。表1-3污水管段流量计算表管段编码居住区生活污水量Q1集中流量设计流量（L/s）本段流量转输流量q2(L/s)合计平均流量(L/s)总变化系数Kz设计流量Q1(L/s)本段(L/s)转输(L/s)街区编号街区面积（ha）比流量q0L/(s•ha)流量q1(L/s)123456789102~8960.6483.89—3.892.38.94——8.941~2————————41.48—41.482~31060.6483.893.897.782.217.11—41.4858.593~9————9.729.722.220.98——20.983~4116.40.6484.1517.5021.641.942.14—41.4883.6210~11————4.154.152.39.54——9.544~11————8.298.292.218.26——18.264~5126.40.6484.1529.9434.081.862.97—41.48104.4512~13————4.154.152.39.54——9.545~13————8.298.292.218.26——18.265~6136.40.6484.1542.3846.531.882.74—41.48124.2214~15————4.154.152.39.54——9.546~15————8.298.292.218.26——18.266~7————54.8254.821.895.97—41.48137.454~11————8.298.292.218.26——18.264~5126.40.6484.1529.9434.081.862.97—41.48104.4512~13————4.154.152.39.54——9.545~13————8.298.292.218.26——18.265~6136.40.6484.1542.3846.531.882.74—41.48124.2214~15————4.154.152.39.54——9.546~15————8.298.292.218.26——18.266~7————54.8254.821.895.97—41.48137.452.3管段水力计算2.3.1管段设计相关规定1、不同管径最大设计充满度、最小流速以及最小坡度的规定。表1-4各管径最大设计充满度、最小流速以及最小坡度的规定D（mm）（h/D）maxVmin(m/s)imin1500.60.70.00702000.00503000.00274000.70.00205000.750.80.00166000.00132、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。3、连接：（1）管道在检查井内连接。（2）管道管径相同时的连接方式用水面平接，管径不同时用管顶平接。（3）在任何情况下进水管底不得低于出水管底，若出现三条管段连接的情况，选择出水管管内底标高低的一条管段连接。2.3.2管段水力计算1、计算步骤在确定设计流量后，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1-5所示。具体步骤如下：（=1\*Arabic1）从管道平面布置图上量出每一设计管段的长度，列入表1-5的第2项。（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第10、11项。（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，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。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。（5）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。（6）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。4)求设计管段上、下端的管内底标高，水面标高及埋深。2、计算示例以管段1~2为例：（1）从管道平面布置图上量出每一设计管段的长度，列入表1-5的第2项，此处=220m。（2）将各设计管段的设计流量列入表中第3项，此处=41.48L/s。（3）设计管段起迄点检查井处得地面标高列入表中第10、11项，此处分别为43.50和43.00。（4）计算每一设计管段的地面坡度，作为确定管道坡度时参考。此处，管段1~2的地面坡度=（5）首先拟采用最小管径300mm，查《排水工程》附录2-2附图3，已知设计流量=41.48L/s，且此管段的地面坡度较小，所以为不使整个管道系统的埋深过大，先设定坡度为最小设计坡度0.003，查表，当Q=41.48L/s、I=0.003时，得到v=0.79m/s(大于最小设计流速0.6m/s)，h/D=0.70(大于最大设计充满度0.60)。所以改用350mm的管子，同样先设定最小设计坡度0.003，查表，当Q=41.48L/s、I=0.003时，得到v=0.79m/s(大于最小设计流速0.7m/s)，h/D=0.54(小于最大设计充满度0.65)，满足设计要求。（6）计算其他管段的观景D、设计流速v、设计充满度h/D和管道坡度I，填入表中第4、5、6、7、8项。（7）计算管段上端、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。管段1~2的降落量=I•L=0.0030×220=0.66m，列入表中第9项。2）根据管径和充满度求管段水深，管段1~2的水深为h=h/D•D=0.54×0.35=0.189m，列入表中第8项。3）确定管网系统的控制点。本题中离污水厂最远的干管起点有8及工厂出水口1点，这些点都有可能成为管道系统的控制点。8点的埋深可用最小覆土厚度的限值确定，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，故8点的埋深不能控制整个主干管的埋设深度。所以对主干管埋深起决定作用的控制点是1点。1点是主干管的起始点,它的埋深受工厂排出口埋深的控制，已知该工厂排出口管底埋深不小于2m,定为2.0m,将该值列入表中第16项。4）求设计管段上、下端的管内底标高，水面标高，埋设深度。1点的管内底标高等于1点的地面标高减1点埋深=43.50-2.000=41.50m，列入表第14项中。2点的管内底标高等于1点的管内底标高减降落量=41.50-0.660=40.84m，列入表第15项中。2点埋设深度等于2点地面标高减2点管内底标高=43.00-40.84=2.16m，列入表中第17项。管段上下端水面标高等于相应点的管内底标高加水深，所以1点的水面标高=41.50+0.189=41.69m，列入表第12项。2点水面标高40.84+0.189=41.03m，列入表中第13项。（5）若前后两段管道的管径相同，则此时采用水面平接，若不同，则采用管顶平接，所以2点处选择管顶平接。其余主干管水力计算方法同上，污水主干管水力计算表如表1-5所示.表1-5污水管段水力计算表管道编号管道长度(m)设计流量(L/s)管径(mm)坡度流速(m/s)充满度降落量I·L（m）标高（m）埋设深度（m）(h/D)H(m)地面水面管内底上端下端上端下端上端下端上端下端12345678910111213141516171~222041.483500.00300.790.540.1890.66043.5043.0041.6941.0341.5040.842.002.162~332558.594000.00200.740.610.2440.65043.0042.5041.0340.3840.7940.142.212.363~434583.634000.00260.870.70.2800.89742.5041.6040.3839.4840.1039.202.402.404~5340104.454500.00220.880.70.3150.74841.6041.2039.4738.7239.1538.412.452.805~6340124.224500.00311.040.70.3151.05441.2040.5038.7237.6738.4137.352.803.15第二部分雨水管渠系统设计第1章工程概况1.1设计原始资料试进行某研究所西南区雨水管道（包括生产废水在内）的设计和计算。并绘制该区的雨水管道平面图。已知条件：（1）如图2-1所示该区总平面图；当地暴雨强度公式为（3）采用设计重现期P=1a,地面集水时间；（4）厂区道路主干道宽6m，支干道宽3.5m，均为沥青路面；（5）各试验室生产废水量见表2-1，排水管出口位置见图2-1；（6）生产废水允许直接排入雨水道，各车间生产废水管出口埋深均为1.50m（指室内地面至管内底的高度）；厂区内各车间及试验室均无室内雨水道。厂区地质条件良好。冰冻深度较小，可不予考虑。（9）出去雨水出口接入城市雨水道，接管点位置在厂南面，坐标为x=722.50，y=520.00，城市雨水道为砖砌拱形方沟，沟宽1.2m，沟高（至拱内顶）1.8m，该点处的沟内底标高为37.70m，地面标高为41.10m。表2-1各车间生产废水量表试验室名称废水量（L/s）试验室名称废水量（L/s）A试验室2.5南实验楼B试验室y530出口8y443出口5y515出口3y463出口10D试验室y481出口5y406出口15C试验室6.5y396出口2.5图2-1该区总平面图1.2设计要求（1）设计计算说明书一份；（2）绘制雨水管道平面图一张（A3）；（3）绘制管道水力计算图（主干管纵剖面图）一张（A3）；（4）管段水力计算表一份。1.3参考资料（1）《排水工程》上册（第四版）；（2）《给水排水设计手册》第五册。第2章雨水管道设计2.1划分排水流域和管道定线由该区总平面图可知，该地区地形平坦，地形整体上西北高东南低，局部有高地。雨水和生产废水就近排入各雨水口，雨水出口接入城市雨水道，城市雨水道为砖砌拱形方。为了使绝大部分雨水以最短距离排入街道低侧的雨水管道，并节省造价，结合该区的地势地形和建筑分布特点，适当划分排水区域，布置雨水口和管道定线，拟将该厂区划分为16个流域，详见附图3。图2-2雨水管道平面图2.2划分管段和计算各管段的汇水面积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设置检查井。把两个减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定为设计管段，并从管段上游网下游按顺序进行检查井的编号，各检查井的地面标高见表2-2，各管段长度见表2-3。表2-2检查井地面标高检查井编号地面标高（m）检查井编号地面标高142.36641.66242.23741.46342.01841.38441.96941.20541.76城市雨水接管点41.10表2-3各管段长度管道编号管道长度（m）地面坡度管道编号管道长度（m）地面坡度1~2400.00336~7480.00422~3410.00547~8130.00623~470.00718~9210.00864~5400.00509~城市雨水接管点300.00335~6310.0032对各管段的汇水面积计算如下表2-4：表2-4汇水面积计算表设计管段编号本段汇水面积编号本段汇水面积(ha)转输汇水面积(ha)总汇水面积(ha)1~21、2、30.3700.372~34、5、60.680.371.053~47、8、9A0.641.051.694~59B0.251.691.945~610、11、12A0.561.942.506~713、150.612.503.117~814、12B0.093.113.208~9160.073.203.279~城市雨水接管点——3.273.27而集中流量流入管段情况如下表2-5：表2-5实验室废水流量及排入管段试验室名称废水量（L/s）排入管段试验室名称废水量（L/s）排入管段A试验室2.52~3南实验楼B试验室y530出口84~5y443出口53~4y515出口35~6y463出口103~4D试验室y481出口53~4y406出口151~2C试验室6.55~6y396出口2.52~32.3确定平均径流系数由于所内建筑密集道路较窄，且整个所区以建筑物和沥青路面为主，兼有部分草地，故采用区域综合径流系数（一般市区取0.5~0.8），本设计径流系数取0.8。2.4确定重现期P、集水时间t1根据设计资料，设计重现期P=1a，地面集水时间采用t1=5min；由于生产废水直接排入雨水道，管道起点埋深采用2.00m（根据支管的接入标高等条件）。2.5确定单位面积径流量q0已知P=1a，t1=5min，=0.8，管道折减系数m=2，则由当地的暴雨强度公式得：2.6干管水力计算表2-6雨水干管水力计算表设计管段编号管长L（m）汇水面积F（ha）管内雨水流行时间（min）单位面积径流量q0(L/(s*ha))雨水设计流量Q1（L/s）集中流量Q2（L/s）总设计流量Q（L/s）管径D（mm）∑t2t2本段转输123456789101~2400.3700.89177.0965.5215080.524002~3411.050.890.70163.18171.33515191.335003~471.691.590.11154.30260.762020300.766004~5401.941.690.54153.06296.93840344.936005~6312.52.230.45147.26368.149.548425.647006~7483.112.680.61142.92444.49057.5501.997007~8133.23.290.17137.55440.18057.5（497.68）501.997008~9213.273.450.27136.20445.38057.5502.887009~雨水接管点303.273.72134.10438.51057.5（496.01）502.88700坡度I流速V（m/s）管道输水能力Q`（L/s）坡降I*L（m）地面标高（m）管底标高（m）埋深（m）起点终点起点终点起点终点111213141516171819200.00210.7595.000.08442.3642.2340.3640.282.001.950.00250.98195.000.10342.2342.0140.1840.072.051.940.00251.09310.000.01842.0141.9639.9739.962.042.000.00281.24350.000.11241.9641.7639.9639.842.001.920.00231.16450.000.07141.7641.6639.7439.672.021.990.0031.31510.000.14441.6641.4639.6739.531.991.930.0031.31510.000.03941.4641.3839.5339.491.931.890.0031.31510.000.06341.3841.2039.4939.431.891.770.0031.31510.000.09041.241.1039.4339.341.771.76水力计算说明：（1）从表2-6中第1项为需要机算的设计管段，从上游至下游依次写出。第2、3、13、14项从表2-2、2-3、2-4中取得。其余各项经计算得到。（2）计算中各管段的设计流量均从管段的起点进入，即各管段的起点为设计断面。因此，各管段的设计流量是按该管段起点，即上游管段终点的设计降雨历时（集水时间）进行计算的。也就是说在计算各设计管段的暴雨强度时，用的t2值应按上游各管段的管内雨水流行时间之和求得。如管段1~2是起始管段，故=0，将此值列入表2-6中第四项。（3）根据确定的设计参数，求单位面积径流量q0。单位面积径流量公式：，q0为管内雨水流行时间的函数，只要知道各设计管段内雨水流行时间，即可求出该设计管段的单位面积径流量q0。如管段1~2的=0，代入（L(s*ha)），将q0列入表中第6项。（4）用各设计管段的单位面积径流量乘以该管段的总汇水面积得到雨水设计流量Q1，再加上集中流量Q2，可得到总设计流量Q。如管段1~2的雨水设计流量Q1=177.09*0.37=65.52L/s，Q=Q1+Q2=65.52+15=80.52L/s.可将Q1、Q2、Q分别列入表中的第7.8.9项。（5）在求得设计流量后，即可进行水力计算，求管径，管道坡度和流速。在查水力计算图或表时，Q、v、I、D4个水力因素可以相互适当调整，使计算结果既要符合水力计算设计数据的规定，又经济合理。计算采用钢筋混凝土圆管（满流，n=0.013）水力计算表。以管段1~2为例，管段1~2一段地面坡度i=0.0033，设计流量计算为Q=80.52(L/s)，查水力计算图，得管径D介于300mm到400mm之间，比复合管材统一规格的规定，因此将管径D进行调整。设采用D=300mm管径，将Q=80.52(L/s)的竖线与D=300mm的斜线相交，从图中得到交点处的I=0.0065，v=1.11m/s，I与原地面坡度相差很大，势必增大管道的埋深，不宜采用；设采用D=400mm管径，则将Q=80.52(L/s)的竖线与D=400mm斜线相交，从图中得到交点处I=0.0015，v=0.65m/s，此处设计流速小于最小设计流速。所以为使最小流速满足条件，需增加管道坡度，从图中得到，满足最小流速v=0.75m/s时，坡度I=0.0021，所以采用D=400mm，I=0.0021。将确定的管径，坡度，流速各值列入表中第10、11、12项。第13项管道输水能力Q`是指在水力计算中管段在确定的管径，坡度，流速的条件下，实际通过的流量。该值等于或略大于设计流量Q。（6）根据设计管段的设计流速求本管段的管内雨水流行时间t2。例如管段1~2的管内雨水流行时间t2=L1~2/v1~2=40/(0.75*60)=0.89min.将该值列入表中的第5项。此值便是下一个管段2~3的值。（7）管段长度乘以管道坡度得到该管段起点与终点之间的高差，即将落差。如管段1~2的降落量IL=0.0021×40=0.084m，列入表2-6的12项中。（8）根据冰冻情况，雨水管道衔接要求及承受荷载的要求，确定管道起点的埋深或管底标高。本设计中，厂区雨水出口接入城市雨水道，接管点处的沟内底标高为37.70m,地面标高为41.10m，则得：沟底深41.10-37.70=3.40m；覆土高3.40-1.80=1.60m.起点埋深设定为2.00m，即管段1~2的起点埋深为2.00m，由水力计算的9—城市雨水接管点的末端埋深为1.76，符合条件，可接入城市雨水管道。所以，本设计中起点埋深定位2.00m，将该值列入表2-6第19项中。用起点地面标高减去该点管道埋深得到该点管底标高，即42.36-2.00=40.36m，列入表2-6中第17项，用该值减去降落量得到终点2的管底标高，即40.36-0.084=40.28m，列入表2-6中第18项。用2点得地面标高减去该点的管底标高得到该点的埋设深度，即42.23-40.28=1.95m,列入表2-6中第20项。雨水管道各设计管段在高程上采用管顶平接。（9）在划分各设计管段的汇水面积时，应尽可能使各设计管段的汇水面积均匀增加，否则会出现下游管段的设计流量小于上一管段设计流量的情况。如管段9~城市雨水接管点的设计流量小于8~9的设计流量，这是因为下游管段的集水时间大于上游管段的集水时间，故下游管段的设计暴雨强度小于上一管段的暴雨强度，而总的汇水面积又没有增加，出现这种情况，应取上一管段的设计流量作为下一管段的设计流量。第三部分环式管网的水力计算第1章水力计算要求根据图3-1，用管网平差法进行环式管网水力计算，列出计算结果。图3-1环式管网水力计算图（单位：L/s）第2章环式管网水力平差对上图所示环式管网进行平差，得下表所示计算结果：表3-1管管网平差计算表环号管段管长L/mDNmm初步流量分配第一次平差Q(L/s)V(m/s)1000ih/mSq⊿qQ(L/s)V(m/s)1000ih/mSqⅠ1-2700150-12.00.686.55-4.59-0.3831.94-10.060.574.61-3.23-0.3211-44001504.00.230.9090.360.0901.945.940.341.820.730.1232-5400150-4.00.230.909-0.36-0.0902.14-1.860.112.50-1.00-0.5384-570025031.60.642.112.110.0674.3435.940.733.732.610.073∑（Sq）=-0.316⊿h=-2.45⊿q=1.94∑（Sq）=-0.663⊿h=-0.89⊿q=0.42Ⅱ2-3850250-39.60.814.55-3.88-0.098-0.20-39.800.814.57-3.88-059.60.843.84-1.54-0.026-0.20-59.80.853.85-1.54-0.0265-685030076.41.086.085.170.068-1.0275.381.075.935.040