小区排水管道系统设计.docx
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小区排水管道系统设计
毕业设计（论文）
课题名称：
某小区排水管道系统设计
班级：
学号：
姓名：
指导教师：
2015年6月10日
某小区排水管道系统设计
（）
摘要
排水体制一般分为合流制和分流制两种类型。
合理地选择排水体制、设计一套更具灵活性的排水系统，是城市和小区排水系统设计的首要问题。
本次设计根据小区规划、环境保护要求、污水利用情况、原有排水设施、水质、水量、地形、气候和受纳水体等条件，从全局出发，在满足环境保护的前提下，通过技术经济比较，综合考虑选择雨、污分流的排水体制。
设计内容包括确定排水区界和划分排水流域后，对污水和雨水干管及支管进行排水管网布置。
管道系统设计中，对设计管段进行划分和其服务面积或汇水面积的计算，确定各设计参数，然后对各干管及支管进行水力计算。
污水管道系统设计中确定了各设计管段的管长、设计流量、流速、管径、充满度、地面标高、管内水面标高、管底标高等以及管道埋设深度。
雨水管道系统设计中确定了各设计管段的管长、设计流量、流速、管径、地面标高、管底标高以及覆土厚度。
最后绘制污水管网和雨水管网的平面图和主干管的纵剖面图。
关键词：
排水体制；分流制；污水管网；雨水管网；水力计算
DesignOfDrainagePipelineSystemInADistrict
（）
Abstract
Drainagesystemisgenerallydividedintotwotypesofcombinedanddiversionsystem.Rationalchoiceofdrainagesystemanddesignofamoreflexibledrainagesystemaretheprimaryproblemsofurbanordistrictdrainagesystem.AccordingtotheplanningoftheDistrict,theenvironmentalprotectionrequirements,sewageutilization,originaldrainagefacilities,waterquality,waterquantity,topography,climateandreceivingwaterconditions,therain,sewagediversiondrainagesystemisselectedthroughthetechnicalandeconomiccomparison,proceedfromtheoverallsituation,underthepremiseofsatisfyingtheenvironmentalprotection.
Thedesigncontentsincludedeterminingthedrainageareaandthedivisiondrainagebasin,arrangingthepipenetworks,dividingthemainandbranchsewageandrainwaterpipes,determiningthedesignparametersandcalculatingtheserviceareaorcatchmentareacalculation.Thelengthofpipes,designflow,velocity,diameter,fullof,groundelevation,innertubewatersurfaceelevation,thebottomofthetubehigherandpipelineburieddeptharedeterminedinthedesignofsewagepipesystem.Thetubelengthofeachpipesectiondesign,designflow,velocity,diameter,groundelevation,elevationandsoilthicknessbottomofthetubearedeterminedinthedesignofrainwaterpipingsystem.Finallytheplanandlongitudinalsectionofthemainpipeofsewageandrainwaterwaterpipenetworksaredraw.
Keywords:
drainagesystem;diversionsystem;sewagenetwork;rainwaterpipenetwork;hydrauliccalculation
1文献综述
1.1排水工程设计需要
人类生存的根本就是土地，近几年随着我国人口数量的不断增加，土地资源也越来越短缺。
特别是近几年我国越来越重视可持续发展，人们对自然的保护意识不断提高，各级政府在土地规划时更加的慎重，这就使得开发商在规划建筑用地时对土地的利用率几乎达到苛求的状态。
另外近几年人们对于居住环境的要求不断提高，尤其是小区内的环境，不仅要求小区道路要达到人车分流,还要有假山流水等观赏设施。
这就为室外给排水管网的设计工作带来了重重困难，设计人员不仅要合理利用土地资源，还要合理布置地上或者地下管线，使得小区内的生活水管、雨水管、污水管等得到合理的布置。
1.2排水系统的体制及其优缺点
排水体制一般分为合流制和分流制两种类型[1]。
合流制是将生活污水、工业废水和雨水混合在同一管渠内排除的系统体制，又分为直排式合流制排水系统和截留式合流制排水系统。
收集的合流水不经任何处理就直接就近排入水体，使受纳水体遭受严重污染，国内外很多老城市几乎都采用这种方式。
现在常采用的是截流式合流制排水系统，它在临河岸边建造截流干管，并设置溢流井和污水厂。
晴天和降雨初期的所有污水都输送至污水厂，经处理后排入水体。
随着降雨量的增加，雨水径流也增加，当混合污水的流量超过截流干管的输水能力后，就有部分混合污水经溢流井溢出直接排入水体。
它虽然能对大部分污水进行处理，但雨天仍有部分混合污水未经处理直接排放，成为受纳水体的污染源使其遭受污染，这是截流式合流制的严重缺点。
当有条件保证受纳水体不遭受污染时，可采用截流式合流制排水系统。
分流制是将生活污水和雨水分别在两套或两套以上各自独立的管渠内排除的系统体制，其中排除生活污水和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。
由于排除雨水方式的不同，分流制排水系统又分为完全分流制和不完全分流制两种排水系统。
完全分流制排水系统具有污水排水系统和雨水排水系统。
而不完全分流制只具有污水排水系统，未建雨水排水系统，雨水沿天然地面、街道边沟、水渠等原有渠道系统排泄，或为了补充原有渠道系统输水能力的不足而修建部分雨水管道，待城市进一步发展后再修建雨水排水系统，使其转变成完全分流制排水系统。
合理地选择排水体制，是城市和小区排水系统设计的首要问题，它不仅从根本上影响排水系统的设计、施工、维护与管理，而且对城市和小区的环境保护影响深远，同时直接影响到工程造价和初期建设费用，以及日常维护管理费用的投入。
因此，在选择排水体制时，必须考虑在环境不受破坏的前提下，根据规划区域内具体特点，充分酝酿，从经济技术角度进行多方案比较，最后确定最佳的排水体制。
1.3国内外排水工程的使用情况
国外排水系统的发展进程大致可分为三个相对独立又相互交错的阶段[2]。
第一阶段是早期阶段，第二阶段是点源治理阶段，第三阶段是暴雨雨水管理阶段。
国外已经将排水行业称之为水工业中不可缺少的系统工程之一，水工业的概念也逐步被业内人士所接受。
但我国排水行业还很稚嫩,提升的空间很大。
我国多数城市排水管道不成系统，有的利用街道、河道排水，影响环境卫生。
有的排水能力低致使有的城市雨后长时间积水，对生活、生产影响很大。
我国的排水工程现状[3]大致可归结为：
（1）规划与现状没能较好地结合。
小城镇建设的基础设施规划多处于无序状态，而其中排水系统规划的滞后甚至缺失是造成小城镇环境问题的主要原因之一。
又由于小城镇的建设速度较快，缺乏勘测、竣工及一些居民生活水平基础数据及资料，使相关工程建设的管理及以后规划建设工作难度加大，一些城镇虽已有规划文件，却缺乏可行性。
（2）排水体制混乱。
小城镇排水规划的不完善造成了其排水体制混乱的现状。
一些城镇的老城区由于历史原因，大多采用的是合流制，而城镇新区是分流制。
随着对水环境改善任务的不断加大，合流制排水体制暴露出了许多问题，故许多地方提出将合流制改造成为分流制。
但是就目前而言，我国老城区分流困难、新建区分流又不彻底、分流区的雨水系统不完善，从而导致雨水借道污水管网等问题凸出。
（3）污染治理不够。
排水管网与污水处理设施没有同时设计建设，直排入受纳水体的污水及初期雨水会对其造成严重污染。
另外，小城镇迅速发展起来的企业由于配套污水处理设备跟不上或污泥处置不当也都会对环境产生负面影响。
（4）管理工作不完善。
城市的排水设施都有专业的管理养护部门负责日常的维护、疏通、清扫及管理，这样才保证了市政排水设施的正常运行。
而小城镇却缺乏这样专业的管理部门，造成排水设施建成后无人管理，如此几年，便造成堵塞而不能使用的现象。
我国排水系统出现问题的原因[4]：
（1）城区排水管道建设周期较长，城市排水系统的建设标准低。
（2）城市排水系统的排水设施建设资金缺乏，导致城市排水系统的排水问题出现。
（3）排水系统功能不完善，城市排水系统内部缺乏必要的技术力量。
（4）部门配合不密切，管理及责任不清，加之相关的法律法规不够健全，对排水设施存在的问题以及发生的新问题都无法及时解决。
因此我国建立完备的城市和工业排水系统显得尤为重要。
2设计说明书
2.1设计原始资料
2.1.1污水资料
居住区人口密度为350人/hm2,居民生活污水定额为120L/（人·d）。
公共浴池的设计污水量为4L/s。
工厂甲和工厂乙的工业废水设计流量分别为25L/s与6L/s。
生活污水及经过局部处理后的工业废水全部送至污水厂处理。
工厂甲废水排出口的管底埋深为2m。
2.1.2雨水资料
气象资料：
土壤冰冻深度0.2～0.4米。
暴雨强度公式
，其中参数为A1=20，C=0.7，b=19，n=0.86；地下水位离地面6～7m；地质：
砂质粘土。
表1各种性质地面所占面积
Table1thepropertiesofvariousgrounds
地面
名称
各种屋面
砼沥青
路面
碎石路面
非铺砌
地面
所占百分
比（％）
43
28
10
19
2.1.3小区地形资料
小区地形图如图1所示。
2.2排水系统说明
2.2.1排水系统的功能
为了系统的排除和处置各种废水而建设的一套工程设施称为排水系统。
排水系统是收集、输送、处理、利用及排放废水的全部工程设施。
通常排水系统由三部分组成[5]：
管渠系统—收集和输送废水的工程设施。
污水厂—改善水质和回收利用污水的工程设施。
出水口—废水排入水体的工程设施。
图1小区平面图
Figure1plotplanofadistrict
2.2.2排水系统的规划设计原则
排水系统的规划设计原则[6]：
（1）排水系统的规划应符合城市和工业的总体规划，并应与城市工业企业中期单项工程建设密切配合，相互协调，现成的道路规划、建筑界限、设计规模对排水系统的设计有很大的影响；
（2）排水系统设计要与临近区域的污水和污泥处理和处置协调；
（3）考虑污水的集中处理与分散处理；
（4）设计排水区域需考虑污水排水问题与给水工程的协调，以节省总投资；
（5）排水工程的设计应全面规划，按近期设计、考虑远期发展；
（6）排水工程设计应考虑原有管道系统的使用情况；
（7）在规划设计排水工程时必须认真观测执行国家和地方有关部门制定的现行有关标准、规范和规定。
2.2.3排水体制的选择
合理地选择排水体制、设计一套更具灵活性的排水系统[7]，是城市和小区排水系统设计的首要问题，它不仅从根本上影响排水系统的设计、施工、维护与管理，而且对城市和小区的环境保护影响深远，同时直接影响到工程造价和初期建设费用，以及日常维护管理费用的投入。
排水系统体制的选择，应根据城市规划、环境保护要求、污水利用情况、原有排水设施、水质、水量、地形、气候和受纳水体等条件，从全局出发，在满足环境保护的前提下，通过技术经济比较，综合考虑确定。
（1）从环境保护方面看
如采用合流制将城市的生活污水、工业废水和雨水全部截流至污水厂，经处理后再排放，对防止水体污染是有利的，但截流主干管的尺寸很大，污水厂的容量过高，建设费用也相应地增高。
采用截流式合流制虽然可降低截流主干管的尺寸和污水厂的容量，但雨天仍有部分混合污水通过溢流井直接排入水体，使受纳水体遭受严重的周期性污染。
分流制是将城市污水全部输送至污水厂进行处理，其水质和水量变化小，有利于污水厂的运行管理，但初降雨水未经处理就直接排入水体，亦会对受纳水体造成污染。
分流制虽然具有这一缺点，但它比较灵活，容易适应社会发展的需要，一般又能符合城市卫生的要求，所以在国内外广泛采用，是城市排水系统体制发展的方向。
（2）从造价方面来看
合流制排水管渠系统的造价比完全分流制一般要低20％～40％，但合流制的泵站和污水厂却比分流制的造价要高。
由于管渠造价在排水系统总造价中占70％～80％，所以从总造价来看完全分流制一般比合流制高。
从初期投资来看，不完全分流制因初期只建污水排水系统，因而可节省初期投资，缩短工期，发挥工程效益也快。
因此，我国许多城市的居住区和工业区均采用不完全分流制排水系统。
（3）从维护管理方面看
晴天时污水在合流制管道中是非满流，雨天时才接近或达到满流，因而晴天时合流制管道内流速较低，易产生沉淀，而沉淀物在暴雨时易被雨水冲走，这样，合流制管道的维护管理费用可以降低。
但晴天和雨天时进入污水厂的水质、水量变化很大，增加了污水厂运行管理的复杂性。
分流制系统可以保持管内的流速，不致产生沉淀，同时，进入污水厂的水质和水量变化比合流制小，便于污水厂的运行管理。
（4）从施工方面看
合流制管渠总长度短、管线单一，与其他地下管线和构筑物的交叉少，施工较简单。
对于人口稠密、街道狭窄、地下设施较多的老城区，可采用合流制排水系统。
综合考虑各个因素，为了更好的保护环境，适应以后的发展，且便于污水厂的运行管理，采用分流制排水系统，即采用两个（雨水、污水）管道系统。
2.3排水管网的布置
2.3.1排水管网的设计原则
排水管网的布置设计原则分为平面布置和竖向布置[8]：
（1）平面布置
居民区内的管网平面布置首先遵循以下几个原则：
①所有管线尽量与道路及建筑物平行布置，减少相互交叉；
②管线与管线、管线与道路交叉时，应尽量垂直交叉；
③检查井较多的管线应尽量布置在人行道或绿地下面，减少路面检查井数量；
④能够同沟敷设的管线应同沟敷设，如弱电系统、热水、热力系统等，尽量少占管位；
⑤相互间易产生污染或危险的管线应尽量远离，如给水管和污水管、电力与燃气管等；
⑥化粪池、变压器、热交换站等附属设施应尽量布置在居民区周边隐蔽处。
（2）竖向布置
居民区管线竖向布置的原则是：
在规范允许的范围内，尽量减少管线埋深，同时保证建筑排出管顺利接入，当不同管线相交时，有压管让无压管，小管让大管。
因此，竖向设计首先应布置好雨水、污水管的高程。
居民区雨水、污水管的埋深往往受两个控点的制约，一个是市政管网的高程，应保证居民区内排水管高程能够顺利接入市政管网，另一个是管线距市政管网接入点最远处的埋深，该埋深不能过小，应满足最小覆土和建筑排出管接入的两点要求。
一般居民区内雨水管埋深较小，污水管埋深较大，这与市政管网的竖向布置特点相吻合。
但由于居民区污染水管范围较大，其管线长度往往远远超过雨水管，为减少工程造价，在市政管网高程允许的前提下，在确定高程时也可将雨水管高程确定得高于污水管线高程。
其他管线在雨水、污水管线高程确定后可在两管空隙处通过，如有交叉，应根据竖向布置原则做上翻或下弯处理。
2.3.2排水管道的衔接方式
由于排水管网一般依靠重力进行排水，管道的连接方式是保证管网中的管径变化、方向的改变及管道高程变化，所以需要设置合理的连接方式。
排水管道的连接主要采用检查井和跌水井等连接方式。
检查井的主要功能是在管道交汇、直线管道中的管径变化、方向的改变处设置，保证衔接通畅，方便清通和维护。
跌水井的主要功能是管道高程变化的连接和较大水流落差的消能，防止管道被强力冲刷而损坏。
为了方便排水管网日常维护和清通，在直线排水管道中，也需要在一定的管道长度上设置检查井。
检查井在直线管段的最大间距应根据疏通方法等具体情况按表2规定取值。
表2检查井最大间距
Table2themaximumspacingofcheckingwells
管径或暗渠净高（m）
污水管道最大间距（m）
200～400
40
500～700
60
800～1000
80
1100～1500
100
1600～2000
120
注：
接入检查井的支管管径大于300mm时，支管数不宜超过三条。
管段的衔接方法一般有管顶平接、水面平接和管底平接[9]三种。
在一般情况下，异管管段采用管顶平接。
有时，当上下游管段管径相同而下游管段的充盈深小于上游管段充盈深时（由小坡度转入较陡的坡度时，可能出现这种情况），也可采用管顶平接；通常，同管径管段往往下游管段的充溢度大于上游管段的充溢度，为了避免在上游管段中形成回水而采用水面平接；在特殊情况下，下游管段的管径小于上游管段的管径（坡度突然变陡时，可能出现这种情况），而不能采用管顶平接或水面平接时，应采用管底平接以防下游管段的管底高于上游管段的管底。
为了减少管道系统的埋深，虽然下游管道管径大于上游管道管径，有时也采用管底平接。
总之，管段的衔接是以尽量减少管道埋深为前提，而且在检查井处不应发生下列情况：
下游管底高于上游管底，下游水位高于上游水位。
2.3.3排水管网的布置形式
排水管网系统的布置形式受地形的影响，根据地形不同可采用两种基本布置形式：
平行式和正交式[10]。
（1）平行式：
排水干管与等高线平行，而主干管则与等高线基本垂直。
平行式布置适合城市坡度很大，可以减小管道的埋深，避免设置多处跌水井，改善干管的水利条件。
（2）正交式：
排水干管与地形等高线垂直相交，而主干管与等高线平行敷设。
正交式适用于地势平坦略向一边倾斜的城市。
2.4排水管道管材的选择
在以往工程中，居民区给排水管管材的选择较为单一，给水管一般选择用给水铸铁管，排水管一般选用混凝土管或钢筋混凝土管，其具有施工技术成熟的优点，但缺点也较为突出。
给水铸铁管的问题主要表现在：
管道使用寿命短，易腐蚀；给水水质得不到保证。
排水用混凝土管或钢筋混凝土管的缺点是：
管道接口较多，且为刚性接口，易产生不均匀沉陷导致管道接口损坏，漏水。
近年来，随着材料科学的不断发展，出现了很多优秀的新型管材，为工程项目提供了更多的选择，目前UPVC给水管已得到了推广和应用。
排水管材的选择也很多，有UPVC双壁波纹管、HDPE管、玻璃钢夹砂管[11]等。
目前国内很多大城市已明确下文，禁止在新建居民区内使用混凝土管。
2.5管渠水力计算原则
2.5.1污水管渠水力计算原则
（1）不溢流由于生活污水和工业废水从管渠中溢流到地面将环境污染，因此污水管渠是不允许溢流的。
由于污水流量的估计不容易准确，而且雨水或地下水可能渗流入污水管渠，为了保证管渠不溢流，水力计算时所采用的设计流量，是可能出现的最大流量。
（2）不淤积当管渠中水流的速度太小时，水流中的固体杂质就要下沉，淤积在管渠中，会2将低管渠的输送能力，甚至造成堵塞。
因此，管渠水力计算时所采用的流速要有一个最低限值。
（3）不冲刷管壁当管渠中水流速度过大时，就会冲刷和损坏管渠内壁。
因此管渠水力计算时所采用的流速要有一个最高限值。
（4）要注意通风生活污水和工业废水及其淤积物在管渠中往往散发有毒气体和可燃气体。
这些气体会伤害下检查井养护管渠的工人，而可燃气体可能会引起爆炸。
因此，污水管渠的水力设计一般不按满流计算，在管渠中的水面上保留一部分空间，作为通风排气的通道，并为不溢流留有余地。
2.5.2雨水管渠水力计算原则
雨水管渠水力计算原则[12]:
（1）管道按满流设计，明渠应留超高，不小于0.2m；
（2）最小设计流速为0.75m/s，明渠为0.4m/s；
（3）最小管径300mm，塑料管最小坡度0.002，其他管0.003，雨水口连接管管径200mm，最小坡度0.01；
（4）最小覆土厚度，在车行道下时，一般不小于0.7m，基础应设在冰冻线以下；
3污水管道系统设计
3.1小区污水管道定线
从街坊平面图可知该地势自北向南倾斜，坡度较小，无明显分水线，可划分为一个排水流域。
街道支管布置在街坊地势较低一侧，干管基本上与等高线垂直，主干管布置在市区南边河岸低处，基本与等高线平行。
整个管道系统呈截留形式布置，如附图2所示。
3.2街坊编号及其面积
按街区或按排水系统对排水流域上的街坊进行编号，并计算其面积。
用箭头标出各街区污水排出方向。
街坊面积见下表3。
表3街坊面积
Table3Servicearea
街坊编号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
街坊面积（104m2）
1.21
1.70
2.08
1.98
2.20
2.20
1.43
2.21
1.96
2.04
街坊编号
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
街坊面积（104m2）
2.40
2.40
1.21
2.28
1.45
1.70
2.00
1.80
1.66
1.23
街坊编号
21
22
23
24
25
26
27
街坊面积（104m2）
1.53
1.71
1.80
2.20
1.38
2.04
2.40
3.3管段的划分
将各干管和主干管中有本段流量进入的点（一般定为街坊两端）、集中流量及旁侧支管进入的点，作为设计管段的起讫点的检查井，并编上编号。
本设计中主干管为1～7，可划分为1～2、2～3、3～4、4～5、5～6、6～7等6个设计管段，干管为8～2、11～4和15～6，其余为支管。
见附图2。
3.4设计流量的计算
各管段的设计流量列表进行计算。
在初步设计中只计算干管和主干管的设计流量，如表5所示。
（1）生活污水比流量计算
q0=
式中：
n——居住区生活污水定额（L/（人·d））
p——人口密度（人/m2）
本设计中根据居住区人口密度350人/104m2和污水量标准120L/（人·d），计算每104m2街坊面积的生活污水平均流量为：
q0=
=0.486L/（s·104m2）。
（2）各街区的设计流量
Q1=F·q0·KZ
式中：
Q1——居住区生活污水设计流量（L/s）
q0——比流量L/（s·m2）
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