排水工程课程设计

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一、设计原始资料

1、城市（包括工业区）总平面图一张，比例尺为1∶5000，等高线间距为1m。

2、居住区情况

居住区情况如表1所示。

表1－1          居住区基本情况表

工业区情况见表1－2。

表1－2         工业区基本情况表

公共及公用建筑物情况见表1－3。

表1－3          公共及公用建筑物情况表

6、土壤为粘土；不考虑地下水的影响。

7、在公路桥2处，河流二十年一遇最高洪水位为180.15m，最低水位170.50m，常水位176.50m。

8、雨量资料

⑴ 暴雨强度公式

⑵ 地面种类

地面种类及所占比例见表1－4。

表1－4            地面种类及所占比例表

1、分流制

当生活污水、工业废水和雨水用两个或两个以上排水管去排除时，称为分流制排水系统。其中排除生活污水，工业废水的系统称为污水排水系统；排除雨水的系统称为雨水排水系统。

根据排除雨水的方式不同，又分为完全分流制、不完全分流制和截流式分流制。完全分流制排水系统分设污水和雨水两个管渠系统，前者汇集生活污水、工业废水，送至处理厂，经处理后排放或加以利用。后者通过各种排水设施汇集城市内的雨水和部分工业废水（较洁净），就近排入水体。但初期雨水未经处理直接排放到水体，对水体污染严重。近年来，国内外对雨水径流的水质调查发现，雨水径流特别是初降雨水径流对水体的污染相当严重，因此提出对雨水径流也要严格控制的截流式分流制排水系统。截流式分流制既有污水排水系统，又有雨水排水系统，与完全分流制的不同之处是在于它具有把初期雨水引入污水管道的特殊设施，称雨水截流井。在小雨时，雨水经初期雨水截流干管与污水一起进入污水处理厂处理；大雨时，雨水跳跃截流干管经雨水出流干管排入水体。截流式分流制的关键是初期雨水截流井。要保证初期雨水进入截流管，中期以后的雨水直接排入水体，同时截流井中的污水不能溢出泄入水体。截流式分流制可以较好地保护水体不受污染，由于仅接纳污水和初期雨水，截流管的断面小于截流式合流制，进入截流管内的流量和水质相对稳定，亦减少污水泵站和污水处理厂的运行管理费用。不完全分流制只建污水排水系统，未建雨水排水系统，雨水沿着地面、道路边沟和明渠泄入水体。或者在原有渠道排水能力不足之处修建部分雨水管道，待城市进一步发展或有资金时再修建雨水排水系统。该排水投资省，主要用于有合适的地形、有比较健全的明渠水系的地方，以便顺利排泄雨水。目前还有很多城市在使用，不过它没有完整的雨水管道，在雨季容易造成径流污染和洪涝灾害，所以最终还得改造为完全分流制。对于常年少雨、气候干燥的城市可采用这种，而对于地势平坦，多雨易造成积水地区，不宜采用不完全分流制。

分流制的优点是它可以分期建设和实施，一般在城市建设初期建造城市污水下水道，在城市建设达到一定规模后再建造雨水道，收集、处理和排放降水尤其是暴雨径流水。

2、合流制

合流制排水系统是将城市生活污水、工业废水和雨水径流汇集入在一个管渠内予以输送、处理和排放。按照其产生的次序及对污水处理的程度不同，合流制排水系统可分为直排式合流制、截流处理式合流制和全处理式合流制。城市污水与雨水径流不经任何处理直接排入附近水体的合流制称为直排式合流制排水系统。国内外老城区的合流制排水系统均属于此类。由于污水对环境造成的污染越来越严重，必须对污水进行适当的处理才能够减轻城市污水和雨水径流对水环境造成的污染，为此产生了截流式合流制。截流式合流制是在直排式合流制的基础上，修建沿河截流干管，并在适当的位置设置溢流井，在截流主干管（渠）的末端修建污水处理厂。该系统可以保证晴天的污水全部进入污水处理厂，雨季时，通过截流设施，截流式合流制排水系统可以汇集部分雨水（尤其是污染重的初期雨水径流）至污水处理厂，当雨-污混合水量超过截流干管输水能力后，其超出部分通过溢流井泄入水体。这种对带有较多悬浮物的初期雨水和污水都进行处理，对保护水体是有利的，但另一方面雨量过大，混合污水量超过了截流管的设计流量，超出部分将溢流到城市河道，不可避免会对水体造成局部和短期污染。并且，进入处理厂的污水，由于混有大量雨水，使原水水质、水量波动较大，势必对污水厂各处理单元产生冲击，这就对污水厂处理工艺提出了更高的要求。在雨量较小且对水体水质要求较高的地区，可以采用完全合流制。将生活污水、工业废水和降水径流全部送到污水处理厂处理后排放。这种方式对环境水质的污染最小，但对污水处理厂处理能力的要求高，并且需要大量的投资和运行费用。

3、方案确定原则

工程投资要符合当地的经济情况，最大可能的排除污水和雨水，不影响城市的安全。尽量减少对环境的污染。

4、方案确定

从环境保护方面来看，采用合流制将生活污水、工业废水和雨水全部截流送往污水厂进行处理，然后再排放，从控制和防止水体污染来看，是较好的；但这时截流主干管尺寸很大，污水厂容量也增加很多，建设费用也相应的增高，晴天和雨天时流入污水厂的水量变化很大，又增加了污水厂的运行管理中的复杂性。分流制将污水全部送入污水厂进行处理，雨水不经过处理直接排入水体。这时截流主干管尺寸不会很大，污水厂容量也不会增加很多，虽然前期投资比合流制要大，但是污水厂的运行费用将减少。

根据该城的情况，综合考虑各种排水的特点，经过经济效益、社会效益、环境效益比较，本设计采用的排水为分流制，即设置污水排水系统和雨水排水系统两个分别的排水系统。城市污水经污水厂处理后排入水体，雨水经雨水干管收集后不经处理直接排入水体。

三、排水管网定线

1、确定排水区界及划分排水流域

排水区界是污水排水系统设置的界限。在排水区界内根据地形及城镇的竖向规划，划分排水流域。一般在丘陵及地形变化比较显著的地区，可按等高线画出分水线，按分水线划分；在地形较平坦或向一方向倾斜的地区，可根据面积划分。本设计中，城市有明显的分水线，河流位于分水线上。分水线将城市划分为两个排水区界，分水线北面的为Ⅰ区，分水线南面的为Ⅱ区。

2、污水管网定线

本设计中，该城地势南北高，中间低，城中有一条自西向东的河流，常年风的主导风向是西北风，根据污水厂必须位于集中给水水源的下游，并应设在城区的下游和主导风向的下风向的要求，污水厂位置选在该城Ⅰ区的东南角。同时，为了保证卫生要求，厂址应与城镇、工厂工区、生活区、居民点保持300以上的距离，但不宜太远，以免增加管道长度、增加造价。

污水管网的布置在管线较短，埋深较浅的情况下，尽可能让最大区域污水能自流排除，不设泵站或少设泵站。污水管道采取截流式布置，在河流的两侧各设一根主干管，截流从街区集流而来的污水。支干管最大可能的利用重力流排水，主干管和支干管都半垂于等高线。根据建筑物的分布，道路布置等，污水管道平行于道路布设。主干管收集的污水送往该城Ⅰ区的东南角处的污水厂处理后排入河流。

3、雨水管网定线

为了充分利用地形，以最短的距离靠重力流将雨水排除，雨水管道采用截流式布置，在河流的两侧各设一根主干管，截流从街区集流而来的雨水。支干管最大可能的利用重力流排水，主干管和支干管都半垂于等高线。根据建筑物的分布，道路布置等，雨水管道平行于道路布设。主干管收集的雨水在该城Ⅰ区的东南边缘处排入河流。

四、排水管网设计计算

1、污水设计流量

（1）街区生活污水设计流量 根据居住区人口密度、污水量标准，可计算单位面积的平均污水流量，即比流量。

式中，n为居住区生活污水定额，L/(cap·d)；p为人口密度，cap/ha。

然后根据比流量、设计管段服务面积、总变化系数，可计算设计管段的本段流量。

式中，F为设计管段服务街区的面积，ha；为比流量，；为生活污水量总变化系数。

本设计中：Ⅰ区比流量为,

Ⅱ区比流量为

居住区生活污水总变化系数与平均流量之间的关系：

式中，Q为平均日平均时污水量，L/s。

将各个街区编上号码，并按各个街区的平面范围计算它们的面积，列入表中。用箭头标出各个街区污水排出的方向。见附表1。

（2）Ⅰ区，Ⅱ区工业废水设计集中流量 工业企业生活污水及淋浴污水设计流量按下式计算。

式中，为工业企业生活污水及淋浴污水设计流量，L/s；为一般车间最大班职工人数，cap；为热车间最大班职工人数，cap；为一般车间职工生活污水定额，以25L/（cap•班)计；为热车间职工生活污水定额，以35L/（cap•班)计；为一般车间职工生活污水时变化系数，以3.0计；为热车间职工生活污水时变化系数，以2.5计；为一般车间最大班使用淋浴的职工人数，cap；为热车间最大班使用淋浴的职工人数，cap；为一般车间的淋浴污水定额，以40L/（cap•班)计；为高温、污染严重车间的淋浴污水定额，以60L/（cap•班)计；T为每班工作时数，h。淋浴时间以60min计。

本设计中，Ⅰ区，Ⅱ区工业废水设计集中流量见表4-1

表4-1 工业废水设计流量表

2、污水管道水力计算

（1）设计充满度 在设计流量下，污水管道中的水深h和管道直径D的比值称为设计充满度。我国的按非满流（h/D<1）进行设计。详见表4-2。

表4-2 最大设计充满度

一、划分排水流域和管道定线

应根据城市的总体规划图或工厂的总平面图，按实际地形划分排水流域。一沿江城市，该市被一条自西向东南流动的河流分为南、北两区。南区可见一明显分水线，其余地方地形起伏不大，沿河两岸地势最低，故排水流域的划分基本按雨水干管服务的排水面积大小确定。根据该地暴雨量较大的特点，每条干管承担面积不宜太大，故划分为12个流域。

由于地形对排除雨水有利，拟采用分散出口的雨水管道布置形式。雨水干管基本垂直与等高线，布置在排水流域地势较低的一侧，这样雨水能以最短距离靠重力流分散就近排入水体。为了充分利用街道边沟的排水能力，每条干管起端100m左右可视具体情况不设雨水暗管。雨水支管一般设在街坊较低侧的道路下。

二、划分设计管段

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上都应设置检查井。把两个检查井之间的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。并从管段上游往下游按顺序进行检查井的编号。

三、划分并计算各设计管段的汇水面积

各设计管段汇水面积的划分应结合地形坡度、汇水面积的大小以及雨水管道布置等情况而划定。地形较平坦时，可按就近排入附近雨水管道的原则划分汇水面积；地形坡度较大时，应按地面雨水径流的水流方向划分汇水面积。并将每块面积进行编号，计算其面积。汇水面积除街区外，还包括街道绿地。本设计Ⅹ排水流域汇水面积，

四、确定各排水流域的平均径流系数值

平均径流系数是按各类地面面积用加权平均法计算而得到 

本设计平均径流系数计算如下：

Ψav=35%0.90+16%=0.62

五、确定设计重现期P、地面集水时间t1

设计时应结合该地区的地形特点、汇水面积的地区建设性质和气象特点选择设计重现期。本设计中重现期P=1。

根据该地建筑密度情况，地形坡度和地面覆盖种类，街区内设置雨水暗管与否等，确定雨水管道的地面集水时间。本设计中地面集水时间t1=10min。

六、水力计算

1、表5中第一项为需要计算的设计管段，从上游至下游依次写出，2、3项从表4中取得。设计管段起讫点检查井处的地面标高列入表中第10、11项。设计管段起讫点检查井处的地面标高列入表中第13、14项。其余各项经计算后得到。

2、根据确定的设计参数，求单位面积径流量q0。将q0列入表5中第6项。

q0=qΨ=（L/s·ha）

3、用个设计管段的单位面积径流量乘以该管段的总汇水面积得设计流量。列入表5中第7项。

4、在求得设计流量后，即可进行水力计算，求管径，管段坡度和流速。计算采用钢筋混凝土圆管（满流，n=0.013）水力计算表。将确定的管径、坡度、流速各值列入表中第8、9、10项。第11项管道的输水能力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。

5、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。将该值列入表5中第5项。

6、管段长度乘以管道坡度得到该管段起点和终点之间的高差，即降落量。列入表5中12项。

7、根据雨水管道要求及承受载荷要求，确定管道起点和埋深或管底标高。

七、绘制雨水干管平面图及纵剖面图。

附    表

附表1 街区面积（ha）