水污染课程设计-某城市排水管网工程设计.docx

《水污染控制工程Ⅱ》 课 程 设 计

说明书

专 业： 环境工程
班 级： 环工13-1
姓 名：
学 号：

一、课程设计（论文）题目 
   某城市排水管网工程设计
二、本次课程设计应达到的目的 
1、加深对《水污染控制工程Ⅱ》课程内容的理解与掌握；
2、培养学生综合运用和深化所学理论知识，提高独立分析问题和解决工程实际问题的能力； 
3、通过本课程设计使学生能够独立完成城市雨、污水管网的平面布置，初步具有技术经济比较和方案分析选择能力，理论分析与设计运算能力，应用计算机的能力和工程制图及编写说明书的能力。
三、本次课程设计（论文）任务的主要内容和要求
1、设计依据
哈尔滨 城市改革委员会计字【2010】第 1 号文件：“ 哈尔滨地区H 城市排水治理工程计划任务书的批复”，同意该城市采用完全分流制排水系统，设计内容包括全城规划区内的污水管道、雨水管道。
2、原始资料
（一）城市规划资料
1、城市（镇）总平面图，比例：1:10000.图上有间隔1.0m的等高线，城市区域的划分、工厂及大型独立性公共建筑物的位置如图所示。
2、城市（镇）各地区人口密度
Ⅰ区　　　300　　　人／公顷；Ⅱ区　　400　　　　人／公顷；
3、城市（镇）居住房中的卫生设备情况:
城市各区
卫生设备情况
Ⅰ区
室内有给水排水卫生设备和沐浴设备
Ⅱ区
室内有给水排水卫生设备和沐浴设备
Ⅲ区
室内有给水排水卫生设备，并有沐浴和集中热水供应
4、城市（镇）中有下列工业企业，其位置如城市平面图所示：
工业企业
生产污水日排放量m3/d
最大班排水量m3/d
ssmg/l
BODmg/l
A
3500
1700
350
550
B
4500
3000
450
950
C
3200
1600
510
510

工业企业
工人总数
最大班人数
分班
热车间人数
一般车间人数
占最大班（%）
淋浴（%）
占最大班（%）
淋浴（%）
A
1100
500
3
25
70
75
30
B
1600
800
2
40
80
60
30
C
1800
1000
2
50
90
60
40
5、市区覆盖情况
地面覆盖情况
各种屋面
混凝土和沥青地面
非铺砌地面
绿地
所占面积（%）
40
36
14
10
6、 公共建筑排水情况：
名称
排水量（m3/d）
SS(mg/l)
BOD(mg/l)
甲
2500
350
500
乙
3500
450
500
丙
3000
450
550

（二）气象资料
1、气温（℃）
年平均气温
5
月平均最高
20
年最低气温
-20
年最高气温
30
温度在-10以下的天数（天）
60
温度在0以下的天数（天）
90

2、雨量
年平均降雨量
400
日最大降雨量
16
年最大降雨量
803

3、风向
城市夏季主导风向为： 东南
4、最大冻土深度 2.4 m。
5、封冻期 130 天。
6、该城市暴雨强度公式：

（三）纳污水体的水文资料

流量（m3/s）
流速（m/s）
排放口处水体水位（m）
水温（℃）
排放口上游Do（mg/l）
水体平均BOD（mg/l）
水体平均SS（mg/l）
最小流量时
3
0.5
139
10
6.0
5
18
最高水位时

144

常水位时

142

在污水排放口下游50公里处有取水口.
（四）工程地质资料
1、土壤类别 黏土 。
2、地下水位在地表下 8 m。
3、土壤承载能力 10 t/m2。
4、地震级别为烈度 6 级。
（五）其他资料
本市区（镇）有一发电厂与省电力网联系在一起，电力供应正常，有两个电源可供连接；城市（镇）附近没有污水灌溉农田的习惯，也没有污水农田灌溉系统。

2 污水管道系统的设计
2.1 污水设计流量的确定
2.1.1．居民生活污水设计流量的确定
居民生活污水是指居民日常生活中洗涤、冲厕、洗澡等产生的污水。
居民生活污水设计流量可按下式计算：
（3-1）
式中 Q—— 居民生活污水设计流量（L/s）；
q—— 居民生活污水定额（L/人·d）；
N1 —— 设计人口数；
Kz —— 生活污水量总变化系数。
设计人口指污水排水系统设计期限终期的规划人口数。它与城市的发展规模及人口的增长率有关。
2.1.2．工业废水设计流量
（3-2）

2.1.3．工业企业的生活淋浴污水设计流量的确定
工业企业生活污水和淋浴污水设计流量用下式计算：

（3-3）
式中 A1——一般车间最大班职工人数
A2——热车间最大班人数
B1——一般车间职工生活污水量标准，为25L/(人*班)
B2——热车间职工生活污水量标准，为35L/(人*班)
K1——一般车间生活污水量时变化系数，以3.0计
K2——热车间生活污水量时变化系数，以2.5计
C1——一般车间最大班使用淋浴职工人数
C2——热车间最大班使用淋浴职工人数
D1——一般车间的淋浴水量标准，为40L/(人*班)
D2——热车间的淋浴水量标准，为60L/(人*班)
T——每班工作时数，h

2.1.4. 公共建筑污水设计流量
可利用综合污水定额计算，如有具体资料也可单独计算。
（3-4）
式中 Q ——各公共建筑污水设计流量（L/s）；
q ——各公共建筑最高日污水量标准（ L/用水单位·d）；
N——各公共建筑用水单位数；
T—— 各公共建筑最高日排水小时数；h
K——各公共建筑污水量时变化系数。
2.1.5. 城市污水设计总流量
城市污水设计总流量:
。 （3-5）
2.2 污水管道的设计
2.2.1布置污水管道
从小区平面图上可知该区地势自西南向东北倾斜，坡度较大。整个城市分为两个区域，有铁路从两区之间穿过。街道支管布置在街区地势较低一侧的道路下，干管与等高线成一定角度倾斜布置。本设计布置两根截留管，一根布置在北侧河道旁边，另一根布置在铁路南侧。整个管道系统呈截流式布置。
2.2.2街区编号并计算其面积
将各街区遍上号码，并按各街区的平面范围用CAD计算它们的面积，结果见附表表1中，用箭头标出各街区的污水排出方向。
2.2.3划分设计管段，计算设计流量
⑴ 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。因排水管区遇到铁路，不能按原有的坡度埋设，所以要设倒虹管。
⑵ 设计管段设计流量的确定
每一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 q1—— 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：

q = q F （3-6）
式中 q—— 设计管段的本段流量（L/s）；
F —— 设计管段的本段服务面积（ha）；
q—— 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：
q （3-7）
式中 n —— 生活污水定额（L/人·d）；
ρ——人口密度（人/ ha）。
在初步设计阶段只计算干管和主干管的设计流量，本次设计中，该城市，一区、二区人口密度分别为300cap/ha、400cap/ha,污水量设计标准120L/(cap·d)，则一、二区每ha街区面积的生活污水平均流量（比流量）为：

一区 q == 0.42（L/s·ha）；

二区 q == 0.56（L/s·ha）
某一设计管段的设计流量可由下式计算：
q= (q+ q) k + q （3-8）
式中 q—— 某一设计管段的设计流量（L/s）；
q —— 本段流量（L/s）；
q—— 转输流量（L/s）；
q —— 集中流量（L/s）；
k —— 生活污水总变化系数。
生活污水量总变化系数可以从下表查的;
生活污水量总变化系数 表3-1
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应列表计算，各干管设计流量计算见附表，各主干管设计流量计算见下附表。

3.2.4 管段水力计算
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，水力计算步骤如下：
⑴ 计算每一设计管段的长度，结果见附表，从管道平面布置图上量出每一设计管段的长度，列入表中。
⑵ 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。
⑶ 计算每一设计管段的地面坡度，计算每一设计管段的地面坡度，作为确定管道坡度时参考。
⑷ 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mm，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。
⑸ 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。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。

最大设计充满度
管径（D）或暗渠高（H）（mm）
最大设计充满度（）
200-300
350-450
500-900
≥1000
0.55
0.65
070
0.75

⑹ 最小管径与最小设计坡度
原因：
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。最小管径可见下表。
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。
⑺ 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。本题离污水厂最远的干管起点是14点，可取对主干管起决定作用的控制点是14点。1点是主干管的起始点，它的埋深考虑到管道内污水冰冻，地面荷载，覆土厚度等各因素。
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：
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0.7 m。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。
⑻ 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。
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。
以上计算均应列表计算，各节点的高程、各管段长度及水力计算表见附表5。
（9） 倒虹吸的设计
因为该城市有铁路穿过，所以采用倒虹管将污水送至铁路另一侧。根据平面图可知在管段8-7和3-2’设置倒虹管。
⑽ 提水泵站设置：
由于埋深的限制，必须设置提水泵站。其提水高度为:
H=6.92-2.40=4.52 m 。
2.2.5 相关图形绘制
1.污水主干管纵剖面图绘制。

3雨水管道系统的设计
3.1、管道定线
按照地形及雨水管道系统布置原则，河北区的雨水管道由东向西铺设，排水口设在河岸边，为了保证在暴雨期间排水的可能性，在雨水干管的终端设雨水泵站。雨水的管道布置图为附图—2。
选取一条主要雨水干管进行计算。
3.2、设计管道长度
根据地形及管道布置情况，划分设计管段，将设计管段的检查井依次编号，并量出每一管段的长度。
3.3、汇水面积计算
每一管段承担的汇水面积可按就近原则排入附近雨水管道划分，然后将每块汇水面积编号，计算数值。雨水流向标注在图中。
3.4、水力计算
因为该设计区域降雨量较大，附近有公共设施，建筑密度小，汇水面积较大，采用地面积水时间t1=10min，汇水面积设计重现期p=15，
采用暗管道排除雨水，将确定设计参数代入公式中

取个流域干管的控制点埋深为各管段得起点埋深。若控制点为工厂出口，则取排出口的埋深为起点的埋深，其余管段埋深刻参照最小覆土厚度的要求而定。
3.5调节池下游干管设计流量的计算
设计流量为Q=aQmax+Q’
式中 Qmax——调节池上游干管的设计流量
Q’——下游干管汇水面积上的雨水设计流量