管道工程计算书(第二套方案)

'第一节排水管网课程设计任务书陕西某县排水管网系统扩大初步设计（第二组）一、城市概述陕西省某县位于中国西北部，属水资源短缺地区之一。随着城市经济的发展，人们生活水平的提高，环境保护的需要，该区原有排水体制已不能适应发展的要求。在对该区的地质、受纳水体水质资料、人口分布及气象资料进行了充分的调研活动，要求提出一套完善的排水管网系统。该区人口密度为700人/公顷（城市总人口在7万左右），生活污水排水量标准为200（L/cap﹒d），绿化面积占城市总面积的10%。全市地形高差相对平坦，等高线较疏。该区有一纸板厂，每日最大排水量在4000立方米；还有一亚麻厂和电厂，每日最大排水量各为2000立方米2500立方米。城市北面有一条从西向东流动的河流，常年水温在16度左右。城市的平均地下水位在地面下6米左右。中小学污水量标准为85L/(人.日)，时变化系数为2.2；其中小学生学生人数为1500人，教职工200人；中学生学生人数为1000人，教职工为100人。宾馆的总层数为16层，每层客房床位数为50个，污水量标准为300L/位，小时变化系数为2.6。医院设有600床位，污水量标准为220L/(人.床)，每日工作24小时，时变化系数为2.0。二、地形与城市总体规划资料（1）城市地形与总体规划图一张,比例为1：3000（道路的比例为1：3000）；（2）城市各区中各类地面与屋面的比例（%）见表1；表1城市各区各类地面与屋面的比例各类屋面混凝土与沥青路面碎石路面非铺砌土路面公园与绿地50301055三、气象资料（1）城市气温等资料如下：年平均气温在10～15℃之间，年平均无霜期220天。（2）夏季主导风向西南风；（3）设计暴雨强度公式及其参数如下：重现期为1年，地面集水时间t1=10min。四、地质资料表2城市地质资料土壤性质冰冻深度/m地下水位/m地震基本裂度亚粘土或粘土0.767五、受纳水体水文与水质资料表3受纳水体水文与水质资料 受纳水体水文流量(m3/s)流速(m/s)水位标高(m)水温(℃)最高水位时801.256916常水位时601.166716六、设计内容：进行城市污水管道工程的扩初设计和城市雨水管道工程的扩初设计。即根据所给的城市地形图和资料，做出城市污水和雨水管道系统的总平面布置图、主干管纵剖面图，进行近期规划区的污水沟道和雨水沟道的流量计算与水力计算，并把计算成果表达在总平面图和剖面图上。七、提交资料：（1）设计说明书、计算书一份；（2）污水及雨水管网平面布置图各一张（2#图）；（比例1:10000，管道；检查井，井代号（w—污水，y—雨水），编号（从起点向终点方向顺序编号），标高（上下游管底标高）；设计管段管径、坡度、管长；说明，图例等。）（3）污水管道纵剖面图一张（2#图）；（比例纵向1:10000,竖向1:100；地面标高线，管道标高线（双线），设计管段管径、坡度、管长；检查井（双线）及支管接入位置；该纵断面上其它管线的位置、管径及埋深。）第二节排水体制选择（1）排水系统规划设计原则l排水系统规划应符合城市和工业企业的总体规划，并应与城市工业企业中期他单项工程建设密切配合，相互协调，该现成的道路规划、建筑界限、设计规模对排水系统的设计有很大的影响。l排水系统设计要与邻近区域的污水和污泥处理和处置协调。l考虑污水的集中处理与分散处理。l设计排水区域内需考虑污水排水问题与给水工程的协调，以节省总投资。l排水工程的设计应全面规划，按近期设计考虑远期发展。l排水工程设计师考虑原有管道系统的使用的可能。 l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）排水系统体制选择的考虑排水系统体制应根据城市及工业企业的规划、环境保护的要求、污水利用情况、水质、水量、地形、等条件确定。最后我们确定采用分流制与合流制两种排水体制分别进行计算，以便进行水力计算，环境保护等比较。方案选择：分流制排水体制计算：第三节污水管道的系统设计流量的确定城市生活污水的设计流量是指设计期限终了的最大日（最大班）最大时的污水流量，它包括生活污水设计流量和工业废水设计流量。生活污水设计流量由三部分组成：居住区居民生活污水设计流量，大型公共建筑生活污水设计流量和工业生产区生活污水设计流量。（1）居民区居民生活污水设计流量Q1=nNKz/24×3600式中：Q1-----居民生活污水设计流量[L/s]n-----居住区居民生活污水排水量标准[L/cap﹒d]N----各排水区域在设计年限终期所服务的人口数[cap]Kz----生活污水量的总变化系数该区人口密度为700人/公顷（城市总人口在7万左右），生活污水排水量标准为200（L/cap﹒d），绿化面积占城市总面积的10%。全市地形高差相对平坦，等高线较疏。 表街坊面积（公顷）街坊编号12345678街坊面积6.3006.2456.7425.0004.8856.0006.0586.011街坊编号910111213141516街坊面积5.7026.0005.2005.2005.2614.8765.0006.100街坊编号1718192021222324街坊面积6.1416.1005.1225.1306.2416.5006.5005.510街坊编号2526272829303132街坊面积5.5005.5006.0006.7006.1006.0325.3005.207街坊编号3334353637383940街坊面积4.5574.7005.3005.3175.7866.0006.0007.361街坊编号4142434445464748街坊面积7.4004.2354.2007.2467.3007.2467.3006.100街坊编号4950515253545556街坊面积6.1004.0904.0006.6147.0005.2005.1034.200街坊编号57585960616263街坊面积4.2016.1726.2007.4147.57.57.5（1）公共建筑污水设计流量Q2 式中：QM----设计流量，L/Sqm----污水量标准,L/位K时----时变化系数M-----人口数由公式计算得：小学生活污水量：3.6794L/S中学生活污水量：2.381L/S宾馆生活污水量：7.222L/S医院生活污水量：3.056L/S（1）工业废水设计流量Q3式中：Qm----工业废水设计流量qm----工业每日最大排出污水量K总----总变化系数，K总=1由公式计算得：纸板厂污水量：46.2963L/S亚麻厂污水量：23.148L/S电厂污水量：28.9352L/S(4)城市污水设计总流量Q总城市污水设计总流量一般采用直接求和的方法进行计算，以此来作为污水管网的设计的依据。 上述求污水总设计流量的方法，是假定排出的各种废水都在同一时间出现最大流量，而实际上各项废水最大流量同时发生的可能性很小，所以直接采用求和的方法计算所得城市的污水设计总流量往往超过实际值，由此设计出的污水管网是偏安全的。第四节污水管道的设计（1）平面管道的布置由该县城区规划图可知，该县整体地势西南较高，东北较低，由西南向东北倾斜，坡度较小。街道支管布置在街道地势较低一侧的路面下，干管尽量与等高线垂直，主干管聪从中间横穿城区，直通北面污水处理厂，布置图如下：（见附图） (2)管段的划分及设计流量的计算根据设计管段的定义和划分方法，将各干管和主干管中有本段流量进入的点和旁侧支管进入的点，作为设计管段的起迄点，并给检查井编号。各设计管短的设计流量应列表计算。在初步设计阶段只计算干管和主干管的设计流量。污水干管及主干管设计流量表（见附表1）图表计算示例：取一号干管3--4管段进行计算说明管段㈠3--4表示㈠号干管的3--4号管段，其接纳了街坊5,9的生活污水17.172L/S，以及医院的集中流量3.056L/S，还转输了上游管段的生活污水流量60.517L/S和集中流量7.222L/S，管段㈠3--4的生活污水日累计平均流量为17.172+60.517=77.689L/S，由Kz=2.7/(Qd^0.11)计算总变化系数为1.673，则管段㈠3--4的生活污水沿线流量的累计设计流量为77.689*1.673=129.925。管段㈠3--4的总设计流量为129.952+3.056+7.222=140.230。其余管段的设计流量计算同上。第五节水力计算（1）确定管段的基本参数在确定设计流量后，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。用excel表格进行计算（见附表2）l从管道平面布置图上量出每一设计管段的长度，列入上表的第2项。l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。l计算每一设计管段的地面坡度（），作为确定管道坡度时参考。l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。注：对于街道下的最小管径300mm,最小的设计坡度为0.003，当设计流量小于33L/s时，可以直接采用最小的管径。（2）确定管段的水利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。表最大设计充满度管径（D）最大设计充满度（）200-300350-450500-900≥10000.550.650700.75（2）确定管段埋设深度l根据设计管段长度和管道坡度求降落量。l根据管径和充满度求管段的水深。l确定管网系统的控制点。离污水厂最远的干管埋深控制主干管的埋深。l<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，定位1.5m。注：经计算知，原定主干管管段的埋设深度大于其他所有干管的埋设深度，因此原定主干管就是实际主干管。干管㈠的水力计算说明干管㈠图表说明:[1]:该水力计算表中最大覆土厚度为3.4026m，加上管径0.7m,符合小于5m埋深的要求，最大流速为1m/s，最小流速为0.76m/s。均符合规范上流速要求[2]:该干管管段连接均采用管顶平接。[3]:干管与干管的管径级数相差均在三级之内，各管的管底标高差均小于1m，故不设跌水井，符合经济与施工简便的要求。 干管㈡的水力计算说明：[1]该水力计算表中最大覆土厚度为4.3273m，此时管径为0.6m,符合小于5m埋深的要求，最大流速为1.1m/s，最小流速为0.72。均符合规范上流速要求[2]干管与干管的管径级数相差均在三级之内，1--2管的管底标高差大于1m，设跌水井。[3]该干管管段连接均采用管顶平接。[4]该管网的起点埋深为1.5m，覆土厚度为1.2m，符合规范上要求干管㈢的水力计算说明：[1]：该水力计算表中最大覆土厚度为4.2196m，此处管径为0.6m，符合小于5m埋深的要求，最大流速为1m/s，最小流速为0.72。均符合规范上流速要求[2]：该干管管段连接均采用管顶平接。[3]：干管与干管的管径级数相差均在三级之内，1--2管的管底标高差大于1m，设跌水井。[4]该管网的起点埋深为1.5m，覆土厚度为1.2m，符合规范上要求干管㈣的水力计算说明：[1]该水力计算表中最大覆土厚度为5.586m，此时管径为0.5m,稍微超过小于5m埋深的要求，最大流速为1.16m/s，最小流速为0.72。均符合规范上流速要求[2]干管与干管的管径级数相差均在三级之内，1--2,3--4管的管底标高差大于1m，设跌水井。 [3]该干管管段连接均采用管顶平接。[4]该管网的起点埋深为1.5m，覆土厚度为1.2m，符合规范上要求干管㈤的水力计算说明：[1]：该水力计算表中最大覆土厚度为3.8976m，此处管径为0.5m，符合小于5m埋深的要求，最大流速为1m/s，最小流速为0.72。均符合规范上流速要求[2]：该干管管段连接均采用管顶平接。[3]：干管与干管的管径级数相差均在三级之内，1--2段管底标高差大于1m，设跌水井。[4]该管网的起点埋深为1.5m，覆土厚度为1.2m，符合规范上要求干管㈥的水力计算说明：[1]：该水力计算表中最大覆土厚度为3.1358m，此处管径为0.4m，符合小于5m埋深的要求，最大流速为0.76m/s，最小流速为0.72。均符合规范上流速要求[2]：该干管管段连接均采用管顶平接。[3]：干管与干管的管径级数相差均在三级之内，1--2,2--3管的管底标高差大于1m，设跌水井。[4]该管网的起点埋深为1.55m，覆土厚度为1.2m，符合规范上要求干管㈦的水力计算说明：[1]：该水力计算表中最大覆土厚度为3.4866m，此处管径为0.45m，符合小于5m埋深的要求，最大流速为0.91m/s，最小流速为0.82。均符合规范上流速要求 [2]：该干管管段连接均采用管顶平接。[3]：干管与干管的管径级数相差均在三级之内，1--2管段管底标高差均大于1m，设跌水井。[4]该管网的起点埋深为1.65m，覆土厚度为1.2m，符合规范上要求第六节雨水管渠设计流量的确定（1）雨水设计流量暴雨强度公式的确定：暴雨强度是指某一连续降雨时段内的平均降雨量，既单位时间内平均降雨深度，工程上常用单位时间内单位面积上的降雨体积q（L/（s·hA））表示。根据所给的气象资料，设计暴雨强度公式及其参数如下：注：重现期T为1年，地面集水时间t1=10min。t=t1+mt2；m——折减系数，暗管采用2平均径流系数ψ0的确定:各类屋面混凝土与沥青路面碎石路面）飞铺砌土路面公园与绿地50301055由规范查得：地面种类径流系数各种屋面，混凝土，和沥青路面0.90大块石铺砌路面和沥青路面0.60级配碎石路面0.45 干砌砖石路面0.40非铺砌土路面0.30公园或路面0.15ψo=(50*0.9+30*0.6+10*0.4+5*0.3+0.15*5)/100=0.6925雨水管渠设计流量:雨水设计流量按下式计算：Q=ψqF注：在这里为了计算方便采用平均径流系数Q——雨水设计流量，L/s；ψ——径流系数，其数值小于1F——汇水面积，ha；q——设计暴雨强度，L/（s·ha）(2)划分排水流域，进行管道布线l根据城市总体规划，按地形划分排水流域。在地形平坦，无明显分水线的地区，可按。城市主要的街道的汇水面积，使各排水流域的汇水面积大致相等。在每一排水流域内，结合建筑物及雨水口的布置，充分利用各排水流域内的自然地形布置管道，使雨水以最短的距离靠重力流就进排入水体，同时适当的采用边沟排放，在雨水干管的起端，利用道路的边沟排除雨水，通常可以减少暗管约100~150m。l如城市总体规划所示，城市位于河流的一侧，地形起伏不大，且地形高度偏向河流，故排水区域基本按雨水服务面积划分为五 条主干管，雨水主干管应尽量垂直等高线，保证雨水尽快排出。三条主干管及支管共将整个城市划分为151个排水流域。（3）雨水管渠流域面积的划分对整个设计区域的雨水汇水面积进行划分，分配到各个沿线管段，以便计算各管段的设计流量。考虑到该县城面积很大，雨水流量很大，因此将该雨水系统管网划分为五条主干管，如下图所示，雨水干管的平面布置采用分散式出水口的管道布置形式，在经济和技术上都是较合理的。为使管网布置较为均匀，避免管径过大，故可以将各个街坊面积划分为若干面积基本相近的小块，分别均匀的分配给周边的干管与支管。在雨水管道布置的过程中，每隔100~200m分别设一检查井，如果管段划分太长，则某些管段管径偏大，设计不经济，若管段划分太小，则计算量太大。若计算的检查井的中存在管底高差超过1~2m，宜在检查井之前设跌水井。在雨水管网设计过程中，就考虑到地形因素，利用地形，就近排水，及节省管网的造价，故把离河岸较近的区域采用明渠排水机制，其中明渠超高不得小于0.2m。且排水明渠的最大设计流速，应符合《室外排水设计规范GB50014-2006》有关规定。雨水平面布置图如下： （3）确定计算管段的汇水面积计算管段的汇水面积包括本段面积与转输面积两部分，计算管段的汇水面积的划分应该结合地形坡度，汇水面积的大小，以及雨水管道的布置情况确定。由鸿业室外给水排水软件将每块面积进行编号，计算其面积并将其表示在图上。其中汇水面积除包括街坊外，还包括街道，绿地等。其计算结果在下面各段雨水水力计算中表示。（4）雨水管渠设计参数的确定为使雨水管道正常工作，避免发生淤积，冲刷等现象，对雨水管道水力计算的基本参数作如下一些技术规定：设计充满度：因雨水管道允许溢流，故雨水管道的充满度按照满管流设计，即h/D=1.本设计按满流计算。设计流速：为了避免雨水所夹带的泥沙等沉积在馆管渠内沉淀下来堵塞管渠，因此设计最小流速，满流时管道的最小设计流速为0.75m/s。同时为避免流速过大冲刷顺坏管壁和渠壁，影响即使排水，对雨水管渠由最大流速要求规定:非金属管道最大流速为5m/s。最小坡度：300mm管径的最小坡度为0.0030最小管径：街道下雨水管道最小管径为300mm，相应的最小坡度为0.003。街区或厂房内小管径为200mm，相应的最小坡度为0.01。管渠的最小埋深： 为保证管渠不被压坏，冻坏和满足街坊内部沟道的衔接要求，管顶最小的覆土厚度，在车行道下是一般不小于0.7m，管道基础应设在冰冻线以下，由设计书知，该城市的冰冻线为0.7m，故该管网的所有管道的覆土深度均应大于0.7m。（3）雨水管道的材料选择雨水管道管径小于或等于400mm采用圆形断面的混凝土管段，管径大于400mm采用钢筋混凝土管。该设计中雨水管道采用Ⅰ级钢筋混凝土管。第七节雨水管渠干管水力计算雨水干管水力计算表（见附表3）干管㈠说明：[1]：该水力计算表中最大覆土厚度为1.799m，此处管径为1.64m，符合小于5m埋深的要求，最大流速为1.588m/s，最小流速为1.076m/s。均符合规范上流速要求[2]：该主干管最后节点的管内底高程为70.964m，大于洪水位69m，故排水是安全的。[3]：该主干管与支管的检查井连接处，各管的管底标高差均小于1m，故不设跌水井。[4]:主干管与主干管的管径级数相差均在三级之内，符合经济与施工简便的要求。[5]：该雨水管网的起点埋深为1.4m，覆土厚度为0.7m，最小覆土厚度为0.7m，符合规范上要求。 [6]：管道均采用上游主干管与下游主干管的管顶连接。干管㈡说明：[1]：该水力计算表中最大覆土厚度为1.443m，此处管径为1.35m，符合小于5m埋深的要求，最大流速为1.444m/s，最小流速为1.056m/s。均符合规范上流速要求[2]：该主干管最后节点的管内底高程为71.533m，大于洪水位69m，故排水是安全的。[3]：该主干管与支管的检查井连接处，各管的管底标高差均小于1m，故不设跌水井。[4]:主干管与主干管的管径级数相差均在三级之内，符合经济与施工简便的要求。[5]：该雨水管网的起点埋深为1.6m，覆土厚度为0.7m，最小覆土厚度为0.7m，符合规范上要求。[6]：管道均采用上游主干管与下游主干管的管顶连接。干管㈢说明：[1]：该水力计算表中最大覆土厚度为2.005m，此处管径为1.80m，符合小于5m埋深的要求，最大流速为1.629m/s，最小流速为1.421m/s。均符合规范上流速要求[2]：该主干管最后节点的管内底高程为70.461m，大于洪水位69m，故排水是安全的。[3]：该主干管与支管的检查井连接处，各管的管底标高差均小于1m，故不设跌水井。 [4]:主干管与主干管的管径级数相差均在三级之内，符合经济与施工简便的要求。[5]：该雨水管网的起点埋深为1.9m，覆土厚度为0.7m，最小覆土厚度为0.7m，符合规范上要求。[6]：管道均采用上游主干管与下游主干管的管顶连接。干管㈣说明：[1]：该水力计算表中最大覆土厚度为2.448m，此处管径为1.35m，符合小于5m埋深的要求，最大流速为1.960m/s，最小流速为1.938m/s。均符合规范上流速要求[2]：该主干管最后节点的管内底高程为70.297m，大于洪水位69m，故排水是安全的。[3]：该主干管与支管的检查井连接处，各管的管底标高差均小于1m，故不设跌水井。[4]:主干管与主干管的管径级数相差均在三级之内，符合经济与施工简便的要求。[5]：该雨水管网的起点埋深为2.05m，覆土厚度为0.7m，最小覆土厚度为0.7m，符合规范上要求。[6]：管道均采用上游主干管与下游主干管的管顶连接。干管㈤说明：[1]：该水力计算表中最大覆土厚度为2.911m，此处管径为2m，符合小于5m埋深的要求，最大流速为2.564m/s，最小流速为1.057m/s。均符合规范上流速要求 [2]：该主干管最后节点的管内底高程为69.131m，大于洪水位69m，故排水是安全的。[3]：该主干管与支管的检查井连接处，各管的管底标高差均小于1m，故不设跌水井。[4]:主干管与主干管的管径级数相差均在三级之内，符合经济与施工简便的要求。[5]：该雨水管网的起点埋深为1.7m，覆土厚度为0.7m，最小覆土厚度为0.7m，符合规范上要求。[6]：管道均采用上游主干管与下游主干管的管顶连接。第八节绘制雨水管道的布置平面图与纵坡面图 '