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截流式合流制管道系统的设计


第一章 概念及理论......................................................................................................................... 2 1.1 排水体制..................................................

.......................................................................... 4 1.2 影响排水布管的主要因素 ................................................................................................ 4 1.3 截流式合流制排水体制 ................................................................................................... 4 第二章 截流主干管的设计说明及设计计算 ................................................................................. 6 2.1 设计概况............................................................................................................................ 6 2.2 截流式合流制排水管渠系统的布置特点及要求 ............................................................ 6 2.3 截流管道的布管................................................................................................................ 7 2.3.1 管道系统的布置形式 ............................................................................................. 7 2.3.1 截流管道布管内容 .................................................................................................. 7 2.4 截流干管的设计要求 ........................................................................................................ 8 2.4.1 设计充满度 ............................................................................................................. 8 2.4..2 设计流速................................................................................................................. 8 2.4.3 最小管径和最小坡度 ............................................................................................. 9 2.4.4 最小埋设深度 ......................................................................................................... 9 2.5 截流干管管段设计流量计算 .......................................................................................... 10 2.5.1 设计流量计算要求 ............................................................................................... 10 2.5.2 设计条件............................................................................................................... 10 2.5.3 生活污水的计算 .................................................................................................... 10 2..5.4 雨水的计算 ........................................................................................................... 11 2.5.5 截流管道的截流量的计算 .................................................................................... 11 2.5.6 划分设计管段,计算设计流量 .......................................................................... 11 2.5.7 各段管道流量的计算 ........................................................................................... 11 2.6 截流干管的水力计算 ...................................................................................................... 15 2.7 截流干管的高程计算 ...................................................................................................... 16 第三章 管材、接口、基础及附属构筑物 ................................................................................... 18 3.1 管材与接口....................................................................................................................... 18 3.2 管道基础.......................................................................................................................... 19 3.3 检查井............................................................................................................................... 20 3.3.1 检查井设计原则 .................................................................................................... 20 3.3.2 检查井的设计 ....................................................................................................... 20 3.3 雨水口设计原则............................................................................................................. 21 3.3.1 雨水口设计原则 ................................................................................................... 21 3.3.2 雨水口的设计 ....................................................................................................... 21 3.4 截流井............................................................................................................................... 22 3.4.1 截流井设计原则 .................................................................................................... 22 3.4.1 截流井设计计算 .................................................................................................... 23 3.5 出水口.............................................................................................................................. 25 3.5.1 出水口设计原则 ................................................................................................... 25 3.5.2 关于出水口结构处理的规定 ............................................................................... 26 第四章 截流式合流制系统建设的建议 ..................................................................................... 27 4.1 截流式合流制排水体制分析 ........................................................................................... 27 4.2 截流式合流制系统建设的建议 ....................................................................................... 27 总结 ................................................................................................................................................ 29

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课程设计评分(按下表要求评定)
设计说明 评分项目 书质量 图纸质 量 任务完成 学习态度 情况 (10 分) (100 分) (50 分) (30 分) (10 分) 得分 指导教师评语 合计

指导老师签名: 年 月 日

教研室主任审核意见

教研室主任签名: 年 月 日

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水污染控制工程课程设计任务书 4
一、设计题目 某老城区合流制排水管道系统改造为截流式合流制管道系统的设计。 二、原始资料 管道系统平面见水污染控制工程(上册)P115 页图 4-12。 三、设计内容 1.设计计算 按 P115-117 页进行计算,要求有计算过程和表格数据。 2.平面图和剖面图布置 3.编写设计说明书、计算书 四、设计成果 1.管道平面布置图 1 张(A2) 2.剖面布置图 1 张(A2) 3.设计说明书、计算书一份 五、时间分配表(第 17~18 周) 序号 1 2 3 4 5 六、成绩考核办法 根据设计说明书、设计图纸的质量及平常考核情况由指导教师按优、良、中、及格、不 及格评定成绩。 教学内容 下达设计任务书 设计计算 绘制 CAD 设计图纸 编写设计说明书,装订成册 总计时间 时间 1 天(17 周周一) 5 天(17 周周一~17 周周五) 5 天(17 周周六~18 周周三) 4 天(18 周周四~18 周周日) 14 天 备注

指导教师:曾经、赵文玉 长沙理工大学化学与生物工程学院环境工程教研室 2011 年 5 月

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第一章 概念及理论

1.1 排水体制

污水采用一个管渠系统来排除还是采用两个或两个以上独立的管道系统来 排除,生活污水、生产污水、将水的这种不同排水方式所形成的排水方式称为排 水体制。在同一排水区域内,既有污水管道系统,又有雨水管道系统,生活污水 核工业废水通过污水排水系统送至污水处理厂,经过处理后再排入水体。雨水则 通过雨水管道系统直接排入水体,这种排水系统比较符合环境保护的要求,但是 城市排水管道系统的一次性投资较大。

1.2 影响排水布管的主要因素

1) 城市地形:应该充分利用地形,形成重力流进行布管; 2) 水文地质条件:控制着管段的埋深和流速等条件; 3) 城市的远景规则:确定管段布置时候预留发展的余地; 4) 修建顺序:可以有目的的进行管段的铺设; 5) 排水体制:决定布管形式和布管的路线; 6) 污水厂的位置:决定主干管的走向和主要路线; 7) 工业企业及建筑的分布:一般管段铺设照顾集中流量区域; 8) 街道的宽度:解到的修建和管道的铺设应该同时进行; 9) 交通状况:交通量以及道路承载量决定管段的最小埋深; 10) 地下管线和障碍物的分布:需要协调与其他管段的关系,节省工量。

1.3 1.3 截流式合流制排水体制

近年来,随着国家对环境保护的重视和管理力度的加强,以及经济实力的提 高,各地新建城区基本都是采用雨污分流制排水体制,而对老城区原有的排水管 网进行改造,大多采用的都是截流式合流制。

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截流式合流制就是利用原有合流管并沿河道两侧敷设污水截流管的形式收 集污水,具体作法是在污水截流干管前设置截流井,截流干管的管径根据旱流污 水量和截流倍数确定,理论上是使旱季污水及初期雨水进入污水截流干管,当雨 水量的增加超过了截流干管的输水能力时,多余的水(包括部分污水与雨水)溢 流进入河道。 这种排水体制在各地老城区截流污水的具体实施中已取得了一定的 成效,它充分利用原有的合流管,避免了大量复杂、艰难的政策处理工作,既减 少了在城市道路上敷设污水管对道路交通及周围居民生活的影响, 又节约了大量 投资,解决了初期雨水的污染问题,并且易于实施,在一定时期内和一些地区不 失为一种节约、快捷、有效的污水收集形式。但是由于仍然有部分污水溢流进入 水体,还是会对水体有一定程度的污染。

图1

截流式合流制排水体制示意图

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第二章 截流主干管的设计说明及设计计算

2.1 设计概况
某一老城镇原采用合流制排水系统, 全部的污水及雨水不经过处理直接排入 水体。由于城市的发展,人口集中增多,工业生产的扩大,污染的负荷增加超过 水体的自净能力,对水体产生了很大的污染,直接危害着人们的健康。近年来, 随着国家对环境保护的重视和管理力度的加强, 各地新建城区基本都是采用雨污 分流制排水体制,而对老城区原有的排水管网进行改造,大多采用的都是截流式 合流制。 截流式合流制就是利用原有合流管并沿河道两侧敷设污水截流管的形式 收集污水,具体作法是在污水截流干管前设置截流井,使旱季污水及初期雨水进 入污水截流干管,当雨水量的增加超过了截流干管的输水能力时,多余的水(包 括部分污水与雨水)溢流进入河道,而且在截流干管的末端设置污水厂。本次课 程设计的主要内容是对截流干管的设计。

2.2 截流式合流制排水管渠系统的布置特点及要求
(1) 排水管渠的布置应使排水面积上生活污水、工业废水和雨水都能合理 地排入管渠,管渠尽可能以最短的距离坡向水体; (2) 在排水区域内, 如果雨水可以沿道路的边沟排泄, 这时可只设污水管道, 只有当雨水不宜沿地面径流时,才布置合流管渠,截流干管尽可能沿河岸敷设, 以便于截流和溢流; (3) 沿水体岸边布置与水体平行的截流干管, 在截流干管的适当位置上设置 溢流井,以保证超过截流干管的设计输水能力的那部分混合污水,能顺利地通过 溢流井就近排入水体; (4)在截流干管上,必须合理地确定溢流井的位置及数目,以便尽可能减少 对水体的污染,减小截流干管的断面尺寸和缩短排放渠道的长度; (5)在汛期,因自然水体的水位增高,造成截流干管上的溢流井,不能按重 力流方式通过溢流管渠向水体排放时,应考虑在溢流管渠上设置闸门,防止洪水
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倒灌,还要考虑设置排水泵站提升排放,这时宜将溢流井适当集中,利于排水泵 站集中抽升; (6)为了彻底解决溢流混合污水对水体的污染问题,又能充分利用截流干 管的输水能力及污水处理厂的处理能力, 可考虑在溢流出水口附近设置混合污水 贮水池,在降雨时,可利用贮水池积蓄溢流的混合污水,待雨后将贮存的混合污 水再送往污水处理厂处理。此外,贮水池还可以起到沉淀池作用,可改善溢流污 水的水质。但一般所需贮水池容积较大,另外,蓄积的混合污水需设泵站提升至 截流管。

2.3 截流管道的布管
2.3.1 管道系统的布置形式

对比各种排水管道系统的布置形势,本设计的污水管铺设采用截流式,在地 势向水体适当倾斜的地区, 各排水区域的干管可以最短距离沿与水体垂直相较的 方向布置,沿河堤低边在再铺设主干管,将各个干管的污水截留送至污水厂,截 流式的管道布置系统简单经济,有利于污水和雨水的迅速排放,同时对减轻水体 污染,改善和保护环境有重大作用,可适用于截流式合流制排水系统分流制的排 水系统,将生活污水、工业废水及初降废水经处理后排入水体。 截流管道布管内容 2.3.1 截流管道布管内容

1) 污水厂和出水口位置的选择 污水处理厂应该设置截流干管的末端,由于该城镇是中小型城市,所以 一个污水处理厂足以实现污水的净化。 截流管道 管道的布置与定线 2) 截流管道的布置与定线 管道的平面布置,一般按照主干管、干管、支管的顺序进行。在总体规 划中,只决定截流主干管的走向和平面布置。定线时,应该充分利用地形, 使污水走向按照地面标高由高到低来进行,主干管铺设在地面标高较低的河

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堤处,管道铺设不宜设在交通繁忙的快车道和狭窄的道路下,一般设在两侧 的人行道、绿化带或慢车带下。管道的材料采用混凝土管。 3) 确定泵站的设置地点 由于整个管道的设计、铺设过程中,通过控制截流管道的坡度、管道的 充满度、埋深,保证下游管道的水面低于上游管道,使得截流污水能够依靠 重力流排水,所以不需要提升泵站。 确定截流 截流管道在街道下的具体位置 4) 确定截流管道在街道下的具体位置 充分协调好与其他管段的关系,截流管道应该敷设在给水管道的下面, 处理管道的原则为:未建让已建的,临时性管让永久性管,小管让大管,有压管 让无压管,可弯管让不可弯管。 对整个区域进行布管,干管尽量与等高线垂直,主干管沿河堤进行布置,基 本上与等高线平行, 整个城镇的管道系统呈现截流式布置, 布管方式见附图。 (污 水管道系统的总体平面布置图)。

2.4 截流干管的设计要求
2.4.1 设计充满度

设计充满度按满流进行设计计算。 2.4..2 设计流速

与设计流量、设计充满度相对应的水流平均速度成为设计流速。设计流速 过小,污水流动缓慢,其中的悬浮物容易沉淀淤积;反之,设计流速过高,产生 对管壁的冲刷,使得管材损坏严重,管道的使用寿命降低。 一般规定: 最小设计流速: 最小设计流速:污水 0.6m/s、明渠 0.4m/s、雨污合流 0.75m/s。 最大设计流速: 最大设计流速:金属管 10m/s、非金属 5m/s、明渠查表。 旱季流量时截流管道的流速,一般不小于 0.2-0.5m/s,对于平底管道,宜在 沟底做低水流槽。

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2.4.3 最小管径和最小坡度

污水管和合流管无论在街坊和厂区内或在街道下,最小管径均宜为 300mm,最小设计坡度为 0.003。

2.4.4 最小埋设深度 最小埋设深度

管道的埋深: 管道的埋深:地面到内壁底的距离。 覆土厚度: 覆土厚度:地面到外壁顶的距离。

为了满足如下的技术要求而提出最小覆土厚度: 1. 防止冰冻膨胀而损坏管道 2. 防止管壁因地面负载而破坏 3. 满足街坊污水连接管衔接的要求 根据《室外排水设计规范》规定: 防冻—无保温时为冰冻线上 0.15m; 防冻 防负载—车行道下最小覆土 0.7m; 防负载 衔接—建筑物出户管 0.5-0.6m。 衔接 钢筋混凝土管段控制点(大流量用户和管道的起点)的最小埋深,以确定整 个管道的埋深,同时还要考虑地下埋深,考虑地下地质和地下水以及工程造价情 况,一般规定,在干燥土壤中不超过 7—8m;在多水、流砂、石灰岩地层中不超 过 5m。当埋深超过最大埋深使,可以考虑采用提升泵站,以提高下游管段的管

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位,减少下游管道的埋设深度。本设计中考虑地质条件,全部埋深都在 0.7-5m 之间,符合要求。

2.5 截流干管管段设计流量计算 截流干管管段设计流量计算 管段设计流量
2.5.1 设计流量计算要求

(1)工业废水宜采用最大生产班内的平均设计流量。 (2)短时间内工厂区淋浴水的高峰流量不到设计流量的 30%时,可不予计人。 (3)雨水设计重现期可适当地高于同一情况下的雨水管道设计标准。 (4)在按晴天流量校核时,工业废水量和生活污水量的计算方法同污水管道。 2.5.2 设计条件 设计条件 人口密度:410 人/hm2,污水标准:150L/(人·d),径流系数:0.6,t1=10min, 重现期 P=1a。 2.5.3 生活污水的计算 生活污水的计算 生活用水量定额为 150 L/(人·d) ,人口密度:400 人/hm2。 污水比流量 q0=410×150/86400=0.71 L/(s·hm2) 设计管段的管长、汇水面积 管段编号 管长(m) 汇水面积 (ha) 污水比流量 L/(s·hm2) 污水总流量 (L/s)

3-2 2-1 1-0

320 320 300

18.8 32.8 44.4 0.71

13.3 23.3 31.5

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2..5.4 雨水的计算 雨量公式:Q=596.2 / t0.5 n0=4

雨水比流量:q,0=596.2×0.6/(10+1.2t2)0.5=357.7/(10+1.2t2)0.5 2.5.5 截流管道的截流量的计算 截流管道的截流量的

(1)第一个溢流井上游管道的设计流量

Q=Qd + Qm + Qs = Qdr + Qs
式中:Qd----平均生活污水流量,L/s;

Qm -----工业废水的平均最大班流量,L/s; Qs -----设计雨水径流量,L/s; Qdr -----旱流污水量,Qdr= Qd + Qm

(2)溢流井下游管道的设计流量 , , Q = (n0 + 1) Qdr + Q dr + Q s 式中:n0------截流倍数,即开始溢流时所截流的雨水量与旱流污水量之比, n0=1-5。

2.5.6 划分设计管段,计算设计流量 2.5 划分设计管段,

根据布管方式计算出主干管和所有干管的各个管段的长度,列表如下: 溢流井的编号 编号 3 2 1 3-2 2-1 1-0 截流干管 长度/m 320 320 320

2.5.7 各段管道流量的计算 段管道流量的计算

3-2 段管道流量的计算
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3 号溢流井前排水面积为 18.8 hm2 污水比流量为:0.71 L/(s·hm2) 污水总流量为:0.71 L/(s·hm2)×18.8 hm2=13.3 L/s 邻近上游井间的设计计算 邻近上游井间的设计计算 排水面积为:18.8 hm2 最长支沟长度为:790m 假定流速为:0.9 m/s,设计流速在 0.75m/s—5m/s 之间 雨水在管道的流行时间为:790 m÷0.9 m/s =14.6min 雨水比流量为:357.7/(10+1.2t2)0.5=357.7/(10+1.2×14.6)0.5=68.2 L/(s·hm2) 雨水径流量为:68.2(s·hm2)×18.8 hm2=1282 L/s 合流总流量为:13.3 L/s + 1282 1 L/s=1295L/s 3 号溢流井处的设计计算 溢流井处 截流雨水量为:n0×13.3 L/s=4×13.3 L/s=53.2 L/s 截流总流量为:53.2 L/s + 13.3 L/s=66.5L/s 溢流量为:1295L/s-66.5 L/s=1229 L/s 3 号溢流井后截流干管的设计计算 溢流井后截流干管的 截流干管的设计计算 本段沿线面积:2.3 hm2 假定流速:1.0 m/s 雨水的流行时间:230÷1.0 m/s=5.3min 比径流量:357.7/(10+1.2t2) =357.7/(10+1.2×5.3) =88.4L/(s·hm2)
0.5 0.5

径流量:88.4L/(s·hm2)×2.3 hm2=203L/s 污水流量:0.71 L/(s·hm2)×2.3 hm2=1.6 L/s 设计流量:66.5 L/s + 203 L/s + 1.6 L/s=271L/s 2-1 段管道流量的计算 2 号溢流井前排水面积为 32.8 hm2 污水比流量为:0.71 L/(s·hm2) 污水总流量为:0.71 L/(s·hm2)×32.8hm2=23.3L/s 邻近上游井间的设计计算 邻近上游井间的设计计算 排水面积为:14.0hm2 最长支沟长度为:740m 假定流速为:0.9 m/s,设计流速在 0.75m/s—5m/s 之间

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雨水在管道的流行时间为:740 m÷0.9 m/s =13.7min 雨水比流量为:357.7/(10+1.2t2) =357.7/(10+1.2×13.7) =69.6 L/(s·hm2)
0.5 0.5

雨水径流量为:69.6/(s·hm2)×14.0hm2=974L/s 转输截流雨水量:53.2L/s 合流总流量为:23.3L/s + 974 L/s + 53.2 L/s =1051L/s 2 号溢流井处的设计计算 溢流井处的设计计算 截流雨水量为:n0×23.3L/s=4×23.3L/s=93.2 L/s 截流总流量为:23.3 L/s + 93.2L/s=116.5L/s 溢流量为:1051 L/s-116.5L/s=935 L/s 2 号溢流井后截流干管的设计计算 溢流井后截流干管的 截流干管的设计计算 本段沿线面积:2.3 hm2 假定流速:0.9 m/s 雨水的流行时间:230÷0.9 m/s=5.9min 比径流量:357.7/(10+1.2t2)0.5=357.7/(10+1.2×5.9)0.5=86.6 L/(s·hm2) 径流量:86.6 L/(s·hm2)×2.3 hm2=199 L/s 污水流量:0.71 L/(s·hm2)×2.3 hm2=1.6 L/s 设计流量:116.5L/s + 199 L/s + 1.6 L/s=317L/s 1-0 段管道流量的计算 1 号溢流井前排水面积为 44.4hm2 污水比流量为:0.71 L/(s·hm2) 污水总流量为:0.71 L/(s·hm2)×44.4hm2=31.5L/s 邻近上游井间的设计计算 排水面积为:11.6hm2 最长支沟长度为:740m 假定流速为:0.9 m/s,设计流速在 0.75m/s—5m/s 之间 雨水在管道的流行时间为:740 m÷0.9 m/s =13.7min 雨水比流量为:357.7/(10+1.2t2)0.5=357.7/(10+1.2×13.7)0.5=69.6 L/(s·hm2) 雨水径流量为:69.6/(s·hm2)×11.6 hm2=807 L/s 转输截流雨水量:93.2L/s 合流总流量为:93.2L/s + 807 L/s + 31.5L/s =932L/s 溢流井处的设计计算 1 号溢流井处的设计计算

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截流雨水量为:n0×31.5L/s=4×31.5L/s=126 L/s 截流总流量为:31.5L/s + 126L/s=158L/s 溢流量为:932L/s-158L/s=774 L/s 1 号溢流井后截流干管的设计流量:158 L/s 号溢流井后截流干管的设计流量 设计流量: 合流管道系统干管设计流量计算表

溢 流 井

截流 干管 编 长 度 /m 排 水 面 积/ hm2 污水比流量 污 排 最 长 支 沟 长 度 /m

溢流井前

邻近上游井间 假 定 流 速 /mi n 流 行 时 间 /min 比径流 量 /L(s·h m2 ) 径流 量/ L/s

转输 截流 雨水 量/ L/s

合 流 总 量/ L/s

编 号 号

/ L/ hm2) 水 (s· 总 水 流 面 量/ 积/ L/s hm2

3 2

3-2 320 18.8 2-1 320 32.8

13.0 18.8 22.6 14.4

790 740

0.9 14.6 0.9 13.7

68.2 69.6

1282 974

/

1295

0.71

53.2 1051

1

1-0 320 44.4

30.6 11.6

740

0.9

13.7

69.6

807

93.2

932

溢流井处 截流雨 水量/ L/s 53.2 93.2 126 截流 总流 量/ L/s 66.5 116.5 156 1229 935 774 溢流量 / L/s 本段 沿线 面积 2.3 2.3 / 假定 流速 /min 1.0 0.9 /

溢流井后截流干管 流行 时间 /min 5.3 5.9 / 88.4 86.6 / 203 212 / 1.6 1.6 / 比径流量 径流 污水 量/ L/s 设计 流量/ L/s 271 317 158

/L(s·hm2) 量/ L/s

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2.6 截流干管的水力计算

(1)3 号溢流井后截流干管的水力计算 该段管道的设计流量为 271 L/s,取管径为 600mm,查水力图可知,设计坡 度为 0.0018,设计流速为 0.96。 晴天时, Qq= (Qdr+ Qhdr)×K
【1】 总

由下表选取 K



= 2.00 得晴天流量为

29.8L/s,查阅文献

附图 2-18 得流速为 0.6m/s,充满度为 0.25 生活污水量总变化系数 K 总

平均日流量(L/s) 总变化系数

5 2.3

15 2.0

40 1.8

70 1.7

100 1.6

200 1.5

500 1.4

≥1000 1.3

(2) 2 号溢流井后截流干管的水力计算 该段管道的设计流量为 317 L/s,取管径为 700mm,查水力图可知,设计坡 度为 0.0013,设计流速为 0.82 m/s。 晴天时, Qq= (Qdr+ Qhdr)×K


由下表选取 K



= 1.87 得晴天流量为

46.6L/s,查阅文献【1】附图 2-18 得流速为 0.56m/s,充满度为 0.25 生活污水量总变化系数 K 总 平均日流量(L/s) 总变化系数 5 2.3 15 2.0 40 1.8 70 1.7 100 1.6 200 1.5 500 1.4 ≥1000 1.3

(3) 1 号溢流井后截流干管的水力计算 该段管道的设计流量为 158 L/s,取管径为 500mm,查水力图可知,设计坡 度为 0.0018,设计流速为 0.81 m/s。 晴天时, Qq= (Qdr+ Qhdr)×K 总 由下表选取 K 总 = 1.87 得晴天流量

为 58.8L/s,查阅文献【1】附图 2-18 得流速为 0.72m/s,充满度为 0.43。 生活污水量总变化系数 K 总 平均日流量(L/s) 总变化系数 5 2.3 15 2.0 40 1.8 70 1.7 100 1.6 200 1.5 500 1.4 ≥1000 1.3

截流干管水力计算表
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溢流井 编号 设计流 量/L/s 3 2 1 271 317 158

溢流井后截流干管 设计管 径/mm 600 700 500 设计坡 度 0.0018 0.0012 0.0018 设计流 速/m/s 0.96 0.82 0.81

晴天时沟系情况 流量 /L/s 29.8 46.6 58.8 0.25 0.25 0.43 充满度 流速 /m/s 0.6 0.56 0.72

2.7 截流干管的高程计算
3-2 截流干管高程计算 3-2 截流干管管长为 320.0m,管径为 600mm,坡度为 0.0020 a) 管底坡降 管底坡降=管长×坡度=320.0m×0.0020=0.64m b) 设计地面标高 地面起点标高为 30.91m,终点标高为 30.70m c) 管底标高 起点管底标高为 28.91m,终点管底标高=起点管底标高-管底坡降 =28.91-0.64=31.27m d) 埋深 起点埋深=起点设计地面标高-起点管底标高-管径 =30.91m-28.91m-0.6m=1.4m 终点埋深=终点设计地面标高-终点管底标高-管径 =30.70m-28.27m-0.6m=1.83m

2-1 截流干管高程计算 本管道衔接全部为管顶平接 2-1 截流干管管长为 320.0m,管径为 700mm,坡度为 0.0012 a) 管底坡降 管底坡降=管长×坡度=320.0m×0.0012=0.38m b) 设计地面标高
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地面起点标高为 30.70 m,终点标高为 30.49m c) 管底标高 起点管底标高为 28.17m,终点管底标高=起点管底标高-管底坡降 =28.17-0.38m=27.79m d) 埋深 起点埋深=起点设计地面标高-起点管底标高-管径 =30.70m-28.17m-0.7m=1.83m 终点埋深=终点设计地面标高-终点管底标高-管径 = 30.49m- 27.79m -0.7m=2.00m

1-0 截流干管高程计算 本管道衔接全部为管底平接 1-0 截流干管管长为 300.0m,管径为 500mm,坡度为 0.0018 a) 管底坡降 管底坡降=管长×坡度=300.0m×0.0018=0.54m 地面起点标高为 30.49 m,终点标高为 30.27m

b) 设计地面标高

c) 管底标高 起点管底标高为 27.79m, 终点管底标高=起点管底标高-管底坡降=27.79-0.54=27.25m d) 埋深 起点埋深=起点设计地面标高-起点管底标高-管径 =30.49m-27.79m-0.5m=2.20m 终点埋深=起点设计地面标高-起点管底标高-管径 =30.27m-27.25m-0.5m=2.52m
合流管道系统截流干管高程计算表 设计地面标高 /m 起点 终点

管底标高/m

埋深/m

管段 编号

管长 L/m

管径 D/mm

管道坡度 I

管底坡 降/m

起点

终点

起点

终点

3-2

320

600

0.0020

0.64

30.91

30.70

28.91

28.27

1.40

1.83

2-1

320

700

0.0012

0.38

30.70

30.49

28.17

27.79

1.83

2.00

1-0

300

500

0.0018

0.54

30.49

30.27

27.79

27.25

2.20

2.52

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管材、接口、 第三章 管材、接口、基础及附属构筑物

3.1 管材与接口
(一)管材 目前,用途比较广泛的管材是钢筋混凝土管和混凝土管,其次是砖砌沟渠。设 计时应考虑就地取材,根据水质、断面尺寸、土壤性质、地下水位、地下水侵蚀 性、内外所受压力以及现场条件、施工方法等因素进行选择。 选用管材为:钢筋混凝土管。其优点有:(1)造价较低,耗费钢材少;(2) 大多数是在工厂预制,也可现场浇制;(3)可根据不同的内压和外压分别设计 成无压管、低压管、预应力管、轻重型管等;(4)采用预制管时,现场施工时 间较短。 钢筋混凝土管的缺点:(1)管节较短,接头较多;(2)大口径管重量大, 搬运不方便;(3)容易被含酸含碱的污水侵蚀。钢筋混凝土管的适用于自流管、 压力管或穿越铁路、河流、谷地等。 (二)接口 截流干管接口采用水泥浆泥抹带接口。 钢筋混凝土管和混凝土管接口

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3.2 管道基础
管道基础采用混凝土基础,其制作方法如下表所示。 管道基础

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3.3 检查井
3.3.1 检查井设计原则 1) 检查井的位置,应设在管道交汇处、转弯处、管径或坡度改变处、跌水处以 及直线管段上每隔一定距离处。 2) 井盖应有防盗功能,保证井盖不被盗窃丢失,避免发生伤亡事故。 3) 在道路以外的检查井,尤其在绿化带时,为防止地面径流水从井盖流入 井内,井盖可高出地面,但不能妨碍观瞻。 4) 在地基松软或不均匀沉降地段,检查井与管渠接口处常发生断裂。处理 办法: 做好检查井与管渠的地基和基础处理, 防止两者产生不均匀沉降; 在检查井与管渠接口处,采用柔性连接,消除地基不均匀沉降的影响。 5) 在交通繁忙行人稠密的地区,根据各地养护经验,可设置沉泥槽。 3.3.2 检查井的设计

检查井主要是为了检查、 清通和连接管渠而设置的。 包括井基和井底、 井身、 井盖和盖座。通常设在管渠交汇、转弯、管径和坡度改变以及跌水等处,相隔一 定距离的直线上也设置检查井。 根据《室外排水设计规范》要求,为了减少工程施工量和工程造价,本设计 检查井的间距取 60m,不足 60m 处进行等分,在 3-2 段设置 6 个?1250 检查井, 2-1 段设置 6 个?1250 检查井,1-0 段设置 5 个?1000 检查井,共 17 个检查井。 检查井结构尺寸参照《给水排水标准图集》02S515 中相关内容。 直线管道上检查井间距

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3.3 雨水口设计原则
3.3.1 雨水口设计原则 1) 为保证路面雨水渲泄通畅,又便于维护,雨水口只宜横向串联,不应横、纵 向一起串联。 2) 对于低洼和易积水地段,雨水径流面积大,径流量较一般为多,如有植物落 叶,容易造成雨水口的堵塞。为提高收水速度,需根据实际情况适当增加雨 水口,或采用带侧边进水的联合式雨水口和道路横沟。 3.3.2 雨水口的设计

雨水口是在雨水管道或合流管道上收集地面雨水的构筑物。 雨水口一般设在 交叉路口、路侧边沟的一定距离处一级设有道理便是的低洼地方。道路上的雨水 口的间距一般为 25~50m。雨水口包括水篦、井身和连接管三部分。 本次设计雨水口为偏沟式单簧雨水口,井身用钢筋混凝土预制,井身高度为 900mm,主要设计参数参照《给水排水标准图集》02S518-1-10 雨水口标准图。 3-2 段径流量为 217.0L/s,偏沟式单簧雨水口泄水能力为 25L/s,因此大约 需要 9 个雨水口,为保证雨水口泄水迅速,以免积水,共设置 11 个雨水口。 2-1 段径流量为 212.0L/s,偏沟式单簧雨水口泄水能力为 25L/s,因此大约 需要 9 个雨水口,为保证雨水口泄水迅速,以免积水,共设置 11 个雨水口。 1-0 段不考虑径流量,不设置雨水口,交叉 路口共设置 8 个雨水口, 交叉路口雨水布置图如 左图。 雨水口之间间距为 25-50m,共设置 30 个雨 水口,雨水口连接管的管径选为 300mm,材质 为 HDPE 中空壁缠绕管。

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3.4 截流井
3.4.1 截流井设计原则

1) 槽式截流井的截流效果好,不影响合流管渠排水能力,当管渠高程允许 时,应选用。 2) 截流井溢流水位,应在接口下游洪水位或受纳管道设计水位以上,以防止下游水倒灌,
否则溢流管道上应设置闸门等防倒灌设施。

3)

截流井一般设在合流管渠的入河口前,也有设在城区内,将旧有合流支

线接入新建分流制系统。溢流管出口的下游水位包括受纳水体的水位或受 纳管渠的水位。 根据合流制系统污水截流井设计规程优先选用槽堰式, 但由于本次选用截流 管径为 700mm、500m,,规范上相关资料不足,无法设计,在堰式井中正堰构造 简单、小巧,故选用正堰式溢流井。

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3.4.1 截流井设计计算

3 溢流井的设计 1 入流管资料 管 径 流量/(L/s) 管坡 流 速 充 满 度 水 深 标高/m d/mm 雨 污 雨水 污水 i/‰ v/(m/s) /(h/d) h/m 管底 水位 水 1000.0 1295 1282 13.3 2.2 1.65 1.0 1.0000 29.11 30.11 2 截流水量 截流水量=5Qdr=5×13.3L/s=66.5L/s 溢流污水量=(1295-66.5)L/s=1229L/s 3 入流管在截流时的条件 管径 d/mm 1000.0 流量 /(L/s) 1295 管坡 i/‰ 2.2 截流量 /(L/s) 66.5 q/Q 充满度 /(h/d) 0.6 水深 h/m 0.6 水位 /m 29.71

0.05

4 截流管 管径 d/mm 600 管坡 i/‰ 2.0 流量 流速 充满度 水位/m /(L/s) v/(m/s) /(h/d) 雨天 晴天 雨天 晴天 雨天 晴天 雨天 晴天 271 29.8 0.92 0.6 1.0 0.25 29.51 29.06 管底 标高 /m 28.91

5 溢流管 管径 d/mm 1000 溢流量 /(L/s) 1229 管坡 i/‰ 1.2 流速 v/(m/s) 1.57 充满度 /(h/d) 1.0 水深 h/m 1.0000 标高/m 管底 水位 29.11 30.11

6 溢流堰高 堰高=截流量水位=30.11m

2 溢流井的设计
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1 入流管资料 流量/(L/s) 雨污 雨水 污水 水 1051 1027.6 23.3 标高/m 管坡 i/‰ 1.8 流速 v/(m/s) 1.34 充满度 /(h/d) 1.0 水深 h/m 管底 水位

管径 d/mm 1000

1.0000 28.37 29.37

2 截流水量 截流水量=5Qdr=5×23.3L/s=116.5L/s 溢流污水量=(1051-116.5)L/s=935L/s 3 入流管在截流时的条件 管径 d/mm 1000.0 4 截流管 管径 d/mm 700 管坡 i/‰ 1.2 流量 流速 充满度 水位/m /(L/s) v/(m/s) /(h/d) 雨天 晴天 雨天 晴天 雨天 晴天 雨天 晴天 317 46.6 0.82 0.55 1.0 0.25 28.87 28.35 管底 标高 /m 28.17 流量 /(L/s) 1051 管坡 i/‰ 1.8 截流量 /(L/s) 116.5 充满度 /(h/d) 0.6 水深 h/m 0.6000 水位 /m 28.97

q/Q 0.11

5 溢流管 管径 d/mm 1000.0 溢流量 /(L/s) 774 管坡 i/‰ 2 流速 v/(m/s) 0.99 充满度 /(h/d) 1.0 水深 h/m 1.0000 标高/m 管底 水位 28.37 29.37

6 溢流堰高 堰高=截流量水位=29.37m

1 溢流井的设计 1 入流管资料 流量/(L/s) 管径 d/mm 1000 雨 污 水 932 雨水 900 污水 32 管坡 i/‰ 1.5 流速 v/(m/s) 1.19 充满度 /(h/d) 1.0 水深 h/m 标高/m 管底 水位

1.0000 27.99 28.99

2 截流水量 截流水量=5Qdr=5×31.5L/s=158L/s

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溢流污水量=(932-158)L/s=774L/s 3 入流管在截流时的条件 管径 d/mm 1000.0 4 管径 d/mm 500 截流管 管坡 i/‰ 1.8 流量 流速 充满度 水位/m /(L/s) v/(m/s) /(h/d) 雨天 晴天 雨天 晴天 雨天 晴天 雨天 晴天 158 58.8 0.81 0.71 1.0 0.43 28.29 28.01 管底 标高 /m 27.79 流量 /(L/s) 932 管坡 i/‰ 1.5 截流量 /(L/s) 158 充满度 /(h/d) 0.6 水深 h/m 0.6000 水位 /m 28.59

q/Q 0.17

5 溢流管 管径 d/mm 1000.0 溢流量 /(L/s) 774 管坡 i/‰ 1.8 流速 v/(m/s) 0.99 充满度 /(h/d) 1.0 水深 h/m 1.0000 标高/m 管底 水位 27.99 28.99

6 溢流堰高 堰高=截流量水位=28.99m

3.5 出水口
3.5.1 出水口设计原则

污水厂和出水口设置在城市的下风向,水体的下游,离开居住区和工业区其 间距必须符合环境卫生的要求,通过环境影响评价最终确定。 出水口的设计包括位置、形式、出口流速等,是一个比较复杂的问题,情况 不同,差异很大,很难作具体规定。本条仅根据上述要求,提出应综合考虑的各 种因素: 1) 对航运、给水等水体原有的各种用途无不良影响; 2) 能使排水迅速与水体混和,不妨碍景观和影响环境; 3) 岸滩稳定,河床变化不大,结构安全,施工方便。 由于它牵涉面比较广, 设计应取得规划、 卫生、 环保、 航运等有关部门同意, 如原有水体系鱼类通道,或重要水产资源基地,还应取得相关部门同意。

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3.5.2 关于出水口结构处理的规定

据北京、上海等地经验,一般仅设翼墙的出口,在较大流量和无断流 的河道上,易受水流冲刷,致底部掏空,甚至底板折断损坏,并危及岸坡, 为此规定应采取防冲、加固措施。一般在出水口底部打桩,或加深齿墙。 当出水口跌水水头较大时,尚应考虑消能。出水口最好用耐浸泡、抗冻胀 的材料砌筑,一般用浆砌快石。 雨水出水口内顶最好不低于多年平均洪水位,一般应在常水位以上。 污水出口应尽可能淹没在水体水面以下。

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第四章 第四章 截流式合流制系统建设的建议

4.1 截流式合流制排水体制分析
(1)截流式合流制排水体制适用于雨水较少、排水受纳水体环境容量大、河 道水位比较低,一定量的污水对水体不形成影响,出流管为自由出流或受水体顶 托影响较小的地区。但由于大量的雨水被截流,在雨水量较小的地区可能会影响 河道的自然循环及景观水位。 (2)计算污水截流干管的管径时,由于现状管线等资料不全,对合流管中的 污水量估算不准,因而对管径和截流倍数的选择具有盲目性,造成混入水体的污 水量过大,与自然水体的自净能力不匹配,或者截流雨水量太大,由于雨水的稀 释作用,大大降低了污水处理厂的进水浓度,影响了污水生化处理的效果。

4.2 截流式合流制系统建设的建议
由于截流井溢流口大部分位于内河常水位以下,按照《室外排水设计规范》 (GB 50014-2006)的规定,截流井溢流口应设置防倒灌设施,综合考虑投资 和运行维护等情况,建议在溢流井内或者排放口处设鸭嘴阀。橡胶鸭嘴阀具有所 需开启压差小、防倒灌效果好、防腐能力强、使用寿命长、维护保养少、不容易 被偷盗等特性,因此橡胶鸭嘴阀已经成为实现防倒灌功能的理想产品,目前已在 很多工程中得到应用。 由于旧城区雨污合流水量较大、截流井溢流口大部分位于内河常水位以下, 在建设截流式合流制管道时,设计人员在选择截流倍数时,应参考被保护水体的 重要性, 对既有排水功能又有景观要求的河道, 选择较大的截流倍数 (2~5 倍) , 以减少污染;对仅有排水功能的河道,选择较小的截流倍数(1~2 倍),以节 约截流管的投资及污水处理厂的常年运行费用;溢流水位可以参考《合流制系统 污水截流井设计规程》(CECS 91:97)计算,并结合内河常水位确定;如果 计算溢流水位高于内河常水位,则设计溢流水位取计算水位值,否则取内河常水 位。
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即使按照以上方案实施,实际截流水量也肯定会大于设计截流水量,但是如 果按照目前正在实施的一些工程仅设置全部统一的一个标高的溢流堰, 而不考虑 计算堰高和水位关系及防倒灌设施, 就可能会导致截流式合流制系统基本成为雨 污合流制系统,截流雨水量过大,污水浓度过低而不能向污水处理厂提升,既不 利于污水处理厂的稳定运行, 也会造成污水处理服务费和泵站提升排江费用的浪 费,在河道水位高于溢流堰时还会造成河水倒灌。截流井的设计方案直接决定了 截流式合流制系统改造的成功与否,因而在方案选择上一定要慎重。

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总结

这次课程设计为期两周,在这期间我们学到了很多。通过此次课程设计,使 我更加扎实的掌握了截流式合流制排水系统方面的知识, 在设计过程中虽然遇到 了一些问题, 但经过一次又一次的思考, 一遍又一遍的检查终于找出了原因所在, 也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足。实践出真知,通过亲自动手 制作,使我们掌握的知识不再是纸上谈兵。经过我和同学的讨论交流,还有自己 的努力,终于完成了这次课程设计。我觉得这次的设计很复杂,很考验我们的耐 心和在《水污染控制工程》上所学的知识。这是将我们所学的知识和自己的实践 体会相结合的一次设计。因为要考虑到很多因素,我们都是在和同学之间的交流 讨论逐步完善的。 在整个过程中,我们遇到了许多问题。由于缺少一些地面高程,使得在无法 计算管道高程,这会使在画剖面图造成困难,故在计算高程时假定了一些高程。 同时再画剖面图时,由于没接触到这类图形,所以在画图时,我有点不知所措, 不知该如何下手。通过与同组同学的讨论,我们逐渐地了解到剖面图的画法。同 时我们在设计管道辅助设施时,需要查找各种规范、要求,这增加了我们自主学 习、资料查找的能力。 在整个设计中我开始学会如何利用自己的专业知识运用到实际中, 相信会对 今后的学习工作生活有非常重要的影响。 而且大大提高了动手的能力和团结努力 的能力,虽然这个设计做的也不太好,但是在设计过程中所学到的东西是这次课 程设计的最大收获和财富,将使我终身受益。谢谢老师的指导和同学们的帮助。

参考文献
【1】高廷耀,顾国维,周琪.水污染控制工程 2007. 【2】中国市政工程西北设计研究院.给水排水设计手册 中国建筑工业出版社,2002. 【 3 】 顾 云飞 , 赵 利群 . 对 截 流式 合 流制排 水 体 制 的探 讨 .中国 环 保 产 业 , 2009,6:62-65. 第十一册.2 版.北京: 上册.北京:高等教育出版社,

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