流体力学污水管网设计.docx

课程：给水排水管网系统

姓名：卢丽英
学号：
班级：环境工程091班
学院：资源与环境科学学院
污水管网设计污水管网设计作业：
根据图示街区平面图布置污水管道，并从工厂接管点至总出口（污水厂处）进行干管设计和水力计算，绘制管道平面图和干管纵断面图。
已知条件如下：
⑴ 人口密度为400cap/ha；
⑵ 生活污水定额140L/（cap.d）；
⑶ 工厂生活污水设计流量为8.24L/s，
淋浴污水设计流量为6.48L/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，
管底埋深不不不小于2.0m，土壤冰冻深度为0.8m。
⑷ 沿河岸堤坝顶标高40.0m。

图1 小区平面图
解：
1、 平面图上管道布线
从小区平面图可知该地区地势自西北向东南倾斜，坡度较小，无明显分水线，可划分为一种排水域。街道支管布置在街区地势较低一侧道路下，主干管沿小区南侧街道布置。

污水管网平面采用截流式形式布置，初步设计方案如下图所示：

图2 管道布线平面图

2、 排水面积划分及计算
将各街区编号并按各街区平面范围计算它们面积，列于下表，并用箭头标出各街区污水排出方向。

表1 街区面积划分

3、 划分设计管段，计算设计流量
根据设计管段定义和划分措施，将各干管和主干管中有本段流量进入点、集中流量及旁侧支管进入点，作为设计管段起讫点检查井并编号。
该小区污水管网中主干管为1~6，可划分为1~2、2~3、3~4、4~5、5~6六个设计管段，其中设计管段1~2只输送工厂集中流量，设计管段2~3除转输管段1~2集中流量外尚有本段流量q1和转输流量q2流入。
设计管段3~4、4~5、5~6分别接纳街区11、12和13生活污水，作为这些管段本段流量3条主干管为7~2、8~3、11~5均输送与它们连接支管所输入转输流量，而没有直接本段流量。
⑴ 居民生活污水平均日流量按街区面积比例分派
比流量为：
qA=q0×Nl24×3600=140×40086400=0.648[（L/s）/ha]
式中：
q0：生活污水定额L/（cap.d）；
Nl：人口密度cap/ha。

⑵ 本段流量为:
q＝F×qA×Kz (L/s)
式中：
q：设计管段本段流量，L/s；
F：设计管段服务街区面积，ha；
Kz：生活污水量总变化系数；
qA：单位面积本段平均流量，比流量，L/s。

管段设计流量采用列表进行计算，见下表：

表2 污水管段设计流量计算
整个街区只有一种集中流量，在节点1处汇入管道，管段1~2为主干管起始管段，接受日平均流量为8.24+6.84+26.4＝41.84L/s。

管段7~2接纳街区9本段流量，街区9回水面积为6.00ha，故本段日平均流量 q1＝0.648×6.00＝3.89 L/s＜5.0L/s，Kz值取2.30，设计流量为3.89×2.30＝8.96L/s。
设计管段2~3接纳街区10为 q2＝0.648×6.00＝3.89L/s本段流量和管段7~2汇入生活污水转输流量3.89L/s，故2~3日平均流量为 3.89+3.98=7.78L/s＞5.0L/s，由 Kz=2.7Qd0.11 ，计算总变化系数为2.15，则该管段居民生活污水设计流量为7.78×2.15＝16.72L/s除此之外，管段2~3还接纳7~2工厂集中转输流量41.84L/s。
因此，管段2~3设计流量为16.72+41.84＝58.56L/s。其他干管设计流量计算措施同上。

4、 水力计算
确定各管段设计流量，从上游管段开始依次进行主干管各设计管段水力计算。根据《室外排水设计规范》（GB50014－）规定，污水管渠在设计充斥度下最小设计流速为v＝0.60m/s。
拟采用钢筋混凝土圆管排水管材，粗糙系数n＝0.014，已知节点1（工厂排水口）埋深不不不小于2.0m，管网其他起点最小埋深不不不小于冻土埋深0.8m，因此节点1作为主干管起点，控制整个管网埋深。
⑴ 设计管段长度L测量，填入第2列。
⑵ 确定管段起点埋深：
节点1埋深为2.0m，管底标高为43.500－2.0＝41.500m，填入第14列。
⑶ 进行1~2管段设计：
根据设计流量q＝41.84m/s，设计流速v＝0.65m/s，查管段设计水力计算图（《排水工程》第四版—孙慧修），取D＝400mm，对应坡度I＝0.00168，填入第8列；充斥度h/D＝52.45％，填入第6列；水深h＝0.210m，填入第7列。
⑷ 其他干管管段水力设计计算措施相似。

5、 管道衔接
⑴ 进行1~2管段衔接设计：
根据水深h＝0.210m，所取管径D＝400mm，上端水面标高为41.500＋0.210＝41.710m，填入第12列。根据坡度和管长计算管段降落量I×L＝0.00168×220=0.370m，填入第9列。下端水面标高为41.710－0.370＝41.340m，填入第13列。下端管底标高为41.500－0.370＝41.130m，填入第15列。下端管段埋深为42.95－41.130＝1.820m，填入第17列。

⑵ 管段衔接措施：
管段1~2与2~3采用水面平接方式，即令管段2~3起点水面标高与管段1~2终点水面标高相等，即41.340m。

⑶ 依此衔接方式继续其他干管设计计算，完毕水力计算与管段衔接数据表格。

表 3 污水管网主干管水力计算

6、 技术分析
⑴ 排水体制确实定
本小区采用分流制排水系统，将污水和雨水分别在两套管道系统内排放。因小区内生产废水成分和性质与生活污水类似，故将生活污水和生产废水用同一管道系统排放。
分流制系统可以保持管道内流速，不致发生沉淀，同步，流入污水厂水量和水质比较稳定，污水厂运行易于控制。分流制不仅从主线上影响排水系统设计、施工、维护管理，并且对都市和居民区规划和环境保护影响深远。

⑵ 污水管网设计原则
根据小区规模、构造、地形地理条件，合理安排小区污水管网布局，形成合理污水管网构造。
① 近、远期相结合：
污水管网设计从实际出发，在满足环境保护规定下，充足运用发挥效能，有计划、有环节地加紧建设，逐渐完善合理。由于排水工程建设具有超前性，长期性特点，因此，应对未来发展留有余地，防止反复建设。
② 协调性：
充足考虑小区周围地理、地形及排水状况，使污水管网系统与小区建设协调统一，符合区域规划以及都市规划。排水工程方案与开发道路、地下设施、竖向布置等构成有机整体，同步建设，节省建设投资。
③ 覆土厚度尽量小:
排水管线根据地形条件，尽量减少管道埋深，最大程度减少工程造价和运行管理费用。
④ 遵守原则：
认真贯彻执行国家和地方有关部门制定现行规范、原则和规定。

⑶ 污水系统总体方案论证
因小区地形地势条件，污水完全靠重力流排放，整个管网污水管道覆土厚度在1.1~2.0m。管网末端管底埋深较小，进入污水处理厂后由厂内泵站提高，可以减少工程造价，以便施工。并且，进水管道埋深小，污水厂易于实现一次性提高，对污水厂地坪和构筑物高程考虑提供以便。

⑷ 污水管网设计
根据《室外排水设计规范》管道平面位置和高程，地形地势、土质、地下水位、道路状况、原有和规划地下设施、施工条件以及保养管理以便等原因，污水干管布置在排水区域内地势较低和便于污水汇集地带。污水管沿道路敷设，并与道路中心线平行，设在快车道以外。
① 划分排水区域：
根据地形和都市竖向规划划分排水区域，流域便捷与分水线符合，使干管在最大状况下让大部分污水自流排出。
② 干管布置与定线：
通过干管布置，将各排水流域污水搜集并输送到污水处理厂。在充足掌握资料前提下综合考虑地形，使确定路线能因地制宜底运用有利条件而防止不利原因干扰。
③ 支管布置与定线：
根据地形与街区建筑特性，同步还应便于顾客接管排水。

⑸ 污水管网工程量
根据小区道路路网布置及各道路网交叉竖向高程，按尽量实现重力流原则，在拟建道路下铺设污水管。
① 排水管材选择
管道时给排水工程中投资最大并且作用最为重要构成部分，管道材料和质量是给排水工程质量和运行安全关键保障。综合考虑多种常用管材规格和优缺陷，再结合小区污水水质状况、施工条件、地基承载力等原因，尽量满足就地取材、易于制造、供应充足；成本和施工费用较低，且使用年限较长等条件，最终确定小区污水管网管材为钢筋混凝土管材。
钢筋混凝土管合用于排雨水、污水，当管道埋深较大或敷设在土质条件不良地段，以及穿越铁路、河流、谷地时都可以采用。钢筋混凝土管原料充足，设备、制造工艺简朴。
② 管道检查井
检查井位置设在管道交汇处、转弯处、管径和坡度变化处。检查井在直线管段最大间距根据疏通措施详细状况而定。检查井要保证密实性，防止污水外渗和地下水入渗。井口、井筒和井室尺寸应便于养护和检修，爬梯和脚窝尺寸、位置应便于检修和上下安全。

7、 工程造价估算
⑴ 钢筋混凝土管材费用计算：

表4 建筑管材费用表

⑵ 管道建设价目表：

表5 管道建设价目表

管道及管道建设费用为：479752.50+1017111.76=1496864.26元。

⑶ 其他费用：

表6 其他费用计算表

综上，研究所雨水管网造价总和为：1496864.26+629730.80=2126595.06元。
由于综合指标中未包括场地准备费中三通一平及土地征用和赔偿等费用，必须根据实际状况另行计算加入。

8、绘制管道平面图和断面图