1、排水系统设计计算说明书1 设计原始资料1.1城市概况1.1.1概况黄冈市位于湖北省东部,长江中游北岸,南临长江,与鄂州市隔江相望,处在鄂、豫、皖、赣四省的交界地区。黄州区现为黄冈市委、市政府所在地,是黄冈市政治、经济、文化、商贸中心,是以发展纺织、机械、地方性轻加工工业及旅游业为主的历史文化古城。拟建黄州新区(现路口镇)位于黄冈市城区东北部,建成后将成为黄州区政府所在地,是未来黄州区政治、经济、文化、商贸中心。黄州新城区南隔106国道与白潭湖相望,北依余家潭、蔡家潭，东起谢家小湾、西抵三台河。1.1.2规划人口黄冈市黄州新区分区规划（20102020年）中确定新区的性质将是以旅游、休闲、娱乐、
2、居住等为主的现代化城市新区,适当发展电子等高新技术产业。根据黄冈市城市总体规划及黄州新区的实际情况,至2020年,黄州新区总人口为5.5万人。1.2自然条件1.2.1地理位置黄冈市黄州新区位于东经1142411514，北纬30243053,沿长江上到武汉78km，下至黄石45km。1.2.2气象资料黄州新区属大陆性季风气候，四季分明，雨量充沛，年平均气温16.8C，年降雨量1252.2mm，常年主导风向冬季为北风，夏季为南风。1.2.3水文资料长江：最高洪水位为25.65m(黄海高程系,下同)，最低水位为12.69m，平均水位为18.5m，最大流量72000m3 /s，多年平均流量25000m
3、3 /s。三台河：最高水位21.03m，最低水位16.50m，平均水位为16.80m。余家潭：最高水位21.50m，最低水位17.50m，平均水位为18.50m。1.2.4工程地质与地震资料黄州新区地貌多为丘陵岗地,地势为南高北低,地质条件良好。地基承载力一般为1012吨/m2。根据国家地震局武汉地震大队1997年湖北省地震烈度区划调查得黄冈市地震烈度为5.5级。1.3城区排水现状及排水规划1.3.1排水现状黄州新区将以原路口镇为主进行建设。该镇现状居住用地主要沿106国道北侧和支路呈带状分布，居住地布局分散，建筑多为农村住宅，大部分区域目前为农田，尚无排水设施，没有生活污水收集系统，雨水基本
4、上随坡漫流至余家潭的两个湖汊。在黄州新区范围内现有两个城市水体，一是三台河，流动水体，位于城区西侧；二是余家潭，为封闭性水体，位于城区西边北部，离三台河比较近，若余家潭蓄水容量不够，可将余家潭与三台河连通。1.3.2排水规划排水体制:规划采用雨、污分流体制，新区排水管网相对独立自成系统。雨水:雨水管道依据地势敷设，就近分散排入自然水体。污水:污水干管沿规划道路由南向北敷设干管，城市污水逐步由东向西集中至污水处理厂，处理后尾水排入三台河。1.3.3布置原则雨水：充分利用新区现有河流湖泊，结合新区地形地貌，尽量利用地形坡度，合理组织雨水管的敷设，就近分散排入水体。污水：根据黄冈市总体规划，新区污水
5、收集后在三台河边建污水处理厂处理后排放。1.4工业废水排放情况黄州新建城区内发展一些无污染、废水排放量少的工业。排水量较大的单位主要有：花园生物制品厂：Q=2000m3/d；中心医院：Q=1500m3/d，Kh=1.4；塑料城：Q=1800m3/d。2 污水管道系统2.1管道定线和平面布置的组合 在总平面图上确定污水管道的位置和走向，定线应遵循的原则为：应尽可能的在管线较短和埋深较小的情况下，让最大流域的污水能自流排出。 在一定条件下，地形一般是影响管道定线的主要因素，定线时应充分利用地形，使管道的走向符合地形趋势，一般宜顺坡排水。污水管道中的水流靠重力流动，因此管道必须具有坡度。污水支管的平
6、面布置取决于地形及街区建筑特征，并应便于用户接管排水，该城区面积较大且地势平坦，宜采用周边式在街区四周的街道敷设污水管道，建筑物的污水排出管可与街道支管连接。污水主干管的走向取决于污水厂和出水口的位置。该城区采用的排水体制为分流制系统，定线时必须在平面和高程上互相配合。考虑到地质条件，地下构筑物以及其他障碍物对管道定线的影响，应将管道，特别是主干管布置在坚硬密实的土壤中，尽量避免或减少管道穿越高地，基岩浅露地带，或基质土壤不良地带，尽量避免或减少与河道、山谷、铁路及各种地下构筑物交叉。管道定线时还需考虑街道宽度及交通情况污水干管一般不宜敷设在交通繁忙而狭窄的街道下。为了增大上游干管的直径，减小
7、敷设坡度，以致能减少整个管道系统的埋深，将产生大流量污水的工厂或公共建筑物的污水排出口接入污水干管起端是有利的。 从设计区总平面图可知该区地势自东北方向向西南方向倾斜，坡度较小，采用截流制。街道支管布置在街区地势较低一侧的道路下，干管基本上与等高线垂直布置，主干管布置在设计区南部，基本上与等高线平行。可以让污水以最短的距离最快的排入到污水厂中。2.2计算街区面积按各街区的平面范围计算它们的面积，列入下表。用箭头标出各街区的污水排出的方向。街区编号街区面积（ha）1 9.56 2 7.20 3 15.69 4 13.91 5 13.14 6 12.23 7 12.78 8 12.29 9 10.
8、42 10 10.78 11 11.55 12 9.87 13 10.38 14 11.33 15 11.28 16 12.01 17 9.51 18 10.23 19 9.32 2.3划分设计管段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，并给检查井编上号码。各设计管段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。2.4计算设计流量该城区总人口为5.5万人。综合生活用水量(含公共建筑用水)定额按黄冈市地理位置和城市等级,根据室外给水设计规范GB50013-2006,其标准按170280 L/cap.d计算。人
9、均生活污水量标准按综合生活用水量标准的90%计。取人均综合生活用水量为208L/（capd）。则可求得比流量为： q=2080.955000/213.78/86400=0.558（L/（sha）本设计中共有3个集中流量，花园生物制品厂、中心医院、塑料城，流量分别为23.15L/s、24.31L/s、20.83L/s，分别通过检查井8、21、30直接进入城市污水管道。总变化系数的确定：式中，Q为平均日平均时污水流量（L/s）。（见附件一）2.5水力计算在确定设计流量后，便可以从上游管段开始依次进行主干管和干管的各设计管段的水力计算。（见附件二）。2.5.1污水管道水力学设计的公式：2.5.2设计
10、原则查阅室外给水设计规范，其中对污水管道的一些设计参数做了规定。本设计遵循以下原则：(1)设计充满度最大设计充满度管径D或渠道高度H(mm)最大设计充满度h/D或h/H2003000.553504500.655009000.710000.75(2)设计流速 为了保证管道内不产生淤积，除不计算管段外，管道最小设计流速为0.6m/s。(3)最小管径 在街道下的最小管径为300mm。在进行管道水力计算时，由管道设计流量计算得出的管径小于最小管径时，应采用最小管径值。这种管段称为不计算管段。(4)最小设计坡度 当在给定的设计充满度条件下，管径越大，相应的最小设计坡度值也就越小。管径不大于300mm时，
11、最小设计坡度为0.003；较大管径的最小设计坡度由最小设计流速保证。(5) 污水管道埋设深度车行道下最小覆土厚度不宜小于0.7m。污水管段支管的最小埋深应大于0.6m。2.5.3具体步骤(1)从管道平面布置图上量出每一设计管段的长度，列入表中。(2)将各设计管段的设计流量、设计管段起讫点检查井处的地面标高列入表中。(3)计算每一设计管段的地面坡度（），作为确定管道坡度时的参考。(4)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300mm，即查排水工程（第四版）上册中的水力计算图。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
12、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分别列入附件二中。(5)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的那张水力计算图中查出相应的h/D和I值，若h/D和I值符合设计规范的要
13、求，说明水力计算合理，将计算结果填入表中相应的项中。3 雨水管道系统3.1划分排水流域和管道定线 查阅室外给水设计规范，其中对雨水管道的一些设计参数做了规定。本设计遵循以下原则：（1）尽量利用池塘、河浜受纳地面径流，最大限度地减少雨水沟道的设置。受纳水体周围的地面径流可直接借地面排入水体。（2）利用地形，就近排如地面水体。雨水沟道应充分利用地形，就近排入水体，以降低造价。（3）考虑采用明沟。明沟造价低，在建筑物密度较高，交通繁忙的地区，可以采用加盖明沟。（4）尽量避免设置雨水泵站。受纳水体受潮汐影响，水位不时高出岸面时，才考虑设置泵站。根据城区平面图和资料知该设计区地形自东南向西北倾斜，故排水
14、流域按城市主要街道的汇水面积划分。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。雨水干管基本垂直于等高线，布置在排水流域地势较低一侧，这样雨水能以最短距离靠重力流分散就近排入水体。雨水支管一般设在街坊较低侧的道路下。河流的位置确定了雨水出水口的位置，雨水出水口通入余家潭。3.2划分设计管段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，汇水面积除街区外，还包括街道和绿地。该区采用正交直流式，共设7根并列的干管，根据管道的具体位置，在管道转弯处、管径或坡度改变处，在直线管段上不超过200m的
15、一定距离内设置检查井。根据管道的具体位置划分设计管段，并将设计管段的检查井依次编号。3.3划分并计算各设计管段的汇水面积各设计管段的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。按照就近排入附近雨水管道的原则划分汇水面积，并对每块的编号、雨水流向进行标注。3.4 确定各排水流域平均径流系数、设计重现期、地面集水时间不同地面的径流系数见下表：地面种类径流系数各种屋面、混凝土、沥青路面0.850.95大块石铺砌路面或沥青表面处理的碎石路面0.550.65级配随时路面0.400.50干砌砖石或碎石路面0.350.40非铺砌土路面0.250.35公园或绿地0.100.20取
16、 径流系数=0.6设计重现期P=2a地面集水时间t1=10min3.5管段的设计流量 雨水降落到地面，由于地表覆盖情况的不同，一部分渗透到地下，一部分蒸发，一部分滞留在地面低洼处，而剩下的雨水则沿地面的自然坡度形成地面径流进入附近的雨水口，并在管渠内继续流行，通过出水口排入附近的水体。合理确定雨水设计流量是设计雨水管渠的重要内容。我国室外排水设计规范规定，采用推理公式法（也称极限强度法）计算设计流量。3.6雨水干管水力计算3.6.1水力计算设计数据（1）设计充满度 雨水中主要含有泥沙等无机物质，不同于污水的性质，加以暴雨径流量大，而相应较高设计重现期的暴雨强度的降雨历时一般不会太长，故管道设计
17、充满度按照满流考虑，即h/D=1。（2）最小设计坡度和最小管径 为了保证管道在养护上的便利，便于管道清除阻塞，雨水管道的管径不能太小，因此规定了最小管径。街道下的雨水管道，最小管径为300mm。相应的最小坡度是0.003。街坊内部的雨水管道，最小管径一般采用200mm，相应的最小坡度0.01。在计算分析中，根据已经计算得出的设计流量和设计坡度。查相应给排水设计手册的钢筋混凝土圆管（满流，n=0.013）水力计算图。确定相应的各管径和管内流速（管径应不小于最小管径，流速大于最小设计流速0.75m/s，小于最大流速5m/s），不满足的时候做相应的调整。为了保证管内不发生沉积，雨水管内的最小坡度应按
18、最小流速计算确定。在地形坡度小于要求的坡度的时候，应该选用最小坡度。3.6.2 水力计算步骤（1）将需要计算的设计管段从上游至下游依次写出。（2）计算中假定管段的设计流量均从管段的起点进入，即各管段的起点为设计断面。因此，各管段的设计流量是按照该管段起点，即上游管段终点的设计降雨历时进行计算，也就是说在计算各设计管段的暴雨强度时，t2值应按照上游各管段的管内雨水流行时间之和求得。初始管段：，中间管段：，（3）根据确定的设计参数，求单位面积径流量q0。 本地暴雨强度公式为q=(L/sha)单位面积径流量q0= q管段设计流量Q=q0F（4）用各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
19、流量。（5）在求得设计流量后，即可进行水力计算，求管径，管道坡度和流速。在查水力计算表时，4个因素可以相互适当调整，使计算结果既要符合水力计算设计数据的规定，又应经济合理。（6）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。（7）管段长度乘以管道坡度得到管段起点与终点之间的高差，即降落量。（8）管道起点的埋深根据根据冰冻情况、雨水管道衔接要求及承受荷载要求以及覆土厚度等条件，确定管道起点的埋深。起点埋深采用1.5m。管内底起点标高 =地面起点标高-起点埋深管内底终点标高 =管内底起点标高-坡降终点埋深 =地面终点标高-管内底终点标高 雨水管道各设计管段在高程上采用管顶平接。则标高计算如
20、下：下段管段的管内底起点标高=上端管段的终点标高+上端管段的管径-下端管段的管径；下端管段的起点埋深 =下端管段的地面起点标高-下端管段的管内底起点标高；下端管段的管内底终点标高=下端管段的管内底起点标高-坡降；下端管段的终点埋深 =下端管段的地面终点标高-下端管段的管内底终点埋深（见附件三）。4主要设计管材及构筑物4.1 管材合理选择沟管是排水沟道系统设计的重要问题，主要从三方面进行考虑：市场供应情况；经济上的考虑；技术上的要求。在选择沟管时，应尽可能就地取材，采用易于制造.供应充足的。在考虑造工条件差(地下水位高或有流砂等)的场合，采用较长的管子可以减少管接头，从而减少了施工费用；在地基承
21、载力差的场合，强度高的长管对基础要求低，可以减少敷设费用。所以综合以上条件，该城镇的排水设计图中采用钢筋混凝土管钢筋混凝土的优点阐述如下：造价较低，耗费钢材少大多数是在工厂预制，也可现场浇制采用预制管时，现场施工时间较短4.2 接口形式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：下游管底高于上游沟底；下游水位高于上游水位.本设计中管径相同时采用水面平接，管径不同时采用管顶平接。支管采用水泥砂浆抹带接口，具体做法为：接口处用1:2.5或1:3水泥砂浆抹成半椭圆形的砂浆带，带宽120150mm,中间厚30mm。干管、主干管采用钢丝网水泥砂浆抹带接口，具体做法为将抹带范围（宽200
22、mm）管外壁凿毛，抹1:2.5或1:3水泥砂浆一层，厚15mm,铺10mm10mm钢丝网一层，两端插入基础混凝土中固定，上面再压砂浆一层，厚10mm.4.3. 基础形式为保证排水管道系统能安全正常运行，除管道工艺本身设计施工应正确外，管道的地基与基础要有足够的承受荷载的能力和可靠的稳定性，否则排水管道可能产生不均匀沉陷，造成管道错口、断裂、渗漏等现象，导致对附近地下水的污染，甚至影响附近建筑物的基础。根据管道埋深、管径、工程地质条件确定，支管采用砂垫层基础，干管采用混凝土枕基基础，主干管采用混凝土带形基础。4.4 构筑物检查井：检查井主要是为了检查、清通和连接够道而设置的。检查井通常设在管渠交
23、汇、转弯、管道尺寸或坡度变化、跌水等处以及相隔一定距离的直线管段上。接入检查井的支管（接户管或连接管）管径大于300mm时，支管数不宜超过3条。跌水井：在排水管道中由于管道落差较大，按正常管道坡度无法满足设计要求时，采取做一个内部管道有落差的检查井来满足设计方案，因为在井内水流产生跌落故此这样的井成为跌水井。同普通检查井相比，跌水井需消除跌水的能量，这一能量的大小决定于水流的流量和跌落的高度。跌水井的构造有不同的设计，决定于消能的措施，其井底构造一般都比普通检查井坚固。管道跌水水头为1.02.0m时，宜设跌水井；跌水水头大于2.0m时，应设跌水井；一般跌水水头不大于6米。管道转弯处不宜设跌水井
24、。跌水井的进水管径不大于200mm时，一次跌水水头高度不得大于6m；管径为300400mm时，一次跌水水头不宜大于4m。跌水方式一般可采用竖管或矩形竖槽。管径大于400mm时，其一次跌水水头高度及跌水方式应按水力计算确定。参考文献：1孙慧修.排水工程(上册)M.第4版.北京:中国建筑工业出版社，1999年2室外给水设计规范(GB50013-2006)北京:中国计划出版社2006年3室外排水设计规范(GB50014-2006(2011年版)北京:中国计划出版社2006年4给水排水设计手册第1册.常用资料M.第2版.北京:中国建筑工业出版社,2000年5给水排水设计手册第5册.城镇排水M.第2版.北京:中国建筑工业出版社,2004年
