《给排水工程》课程设计
——城市给排水管网设计
学 号： 201218040203
姓 名： 何杉杉
班 级： 环境工程122班
指导教师： 王 毅
学 年： 20##-2015
2015 年 6 月 16 日
目录
正文... 1
1工程概况... 1
1.1某城市平面图... 1
1.2城市人口密度... 1
1.3工业企业的生产排水... 1
1.4河流常水位... 2
1.5污水管道埋设深度... 2
1.6暴雨设计... 2
1.7城市占地面积分配情况... 2
1.8初步分析... 2
2设计内容... 3
2.1污水排水管网方案设计及计算... 3
2.1.1管道定线... 3
2.1.2街区面积数据... 3
2.1.3 污水管道设计流量计算... 3
2.1.4污水管道干管和主干管水力计算... 7
2.2雨水排水管网方案设计及计算... 12
2.2.1管道定线... 12
2.2.2街区面积数据... 12
2.2.3汇水面积计算... 14
2.2.4雨水主干管和干管水力计算... 15
4工程估算... 20
4.1材料费用... 20
4.2干管和主干管挖土及覆土费用... 23
4.3 人工费用... 25
4.4 管理费用... 25
4.5 其他费用... 25
5注意事项... 26
5.1管道埋深... 26
5.2污水管道充满度... 26
5.3管道内水流流速... 26
6 小结... 27
参考文献... 28
附件... 29
正文
为巩固与运用课堂教学所学习的基本理论与基础知识，掌握给排水工程设计所需的资料及其应用方法，熟悉设计步骤与相关的设计内容，学会准确运用工程语言表达工程思想和设计规范的能力，培养运用设计手册、样本与参考资料的能力，提高分析问题与解决问题的能力，特进行《给排水工程》课程设计。
1工程概况
1.1某城市平面图
现有比例为1：100000的某城市平面图一张，如图。设计区域如图所示，包括企业甲和企业乙，地形如图中等高线所示（不明处按内差法进行处理）。
图1城市平面图
1.2城市人口密度
城市人口密度为1000人/ha； 居住区室内均有给排水卫生设备和淋浴设备，最高建筑物的设计层数为6层，城市生活污水定额为300 L/cap?d。
1.3工业企业的生产排水
城市现有两个工业企业，企业甲和企业乙的工业废水为用水量的90%。排水设计流量为：Q甲=78.27L/s；Q乙=34.14L/s。
1.4河流常水位
河流常水位为120.00 m。
1.5污水管道埋设深度
该城市冰冻线深度为0.8 m；地下水位埋深平均为2.0 m；土壤为砂质黏土；主要马路均为沥青铺设。
1.6暴雨设计
暴雨设计重现期为一年，地面集水时间t1为10 min；该城市的暴雨强度公式为：
。
1.7城市占地面积分配情况
建筑用地为35%、道路和车场25%、绿地40%。
1.8初步分析
结合城市平面图及其比例尺，等高线较为稀疏，地势较缓；因此采取截流式铺设污水管道。
整体以西南部分高于东北部分，以河流下游且与城市同侧为最低处，在该处设置污水处理厂。
土壤为砂质黏土，因此管道铺设时不用基质。
2设计内容
2.1污水排水管网方案设计及计算
2.1.1管道定线
按照地形及污水管道系统布置原则，管道采取截留式布置。污水管道以该设计区域西南侧某点作为整个系统的控制点开始铺设，主干管向北铺设至河岸边，沿河岸往东铺设直至到达终端处的污水处理厂，污水处理厂位于河流下游主干管的同一侧。干管自南向北铺设汇入主干管。
2.1.2街区面积数据
利用CAD工具计算得出各街区面积，填入下表。
表格 1各街区面积汇总表
2.1.3 污水管道设计流量计算
根据设计管段的定义和划分方法，将各支管、干管和主干管中有本段流量进入的点（一般定位街区两端）、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号码。
各设计管段的设计流量应列表进行计算。
本设计中，居住区人口密度为1000人/ha，居民生活污水定额为300 L/cap?d，则每ha街区面积的生活污水平均流量（即比流量）为：
污水干管设计流量（L/s）=居民区生活污水量+集中流量
其中，集中流量=本段流量q1+转输流量q2；居民区生活污水量，即生活污水设计流量Q1（L/s）=合计平均流量×总变化系数Kz =（本段流量q1+转输流量q2）×Kz，总变化系数Kz通过合计平均流量，利用内插法查下表计算得到。
表格 2生活污水量总变化系数表
如污水管道平面布置图所示，设计管段9-10为干管的起始管段，只有转输流量4.46 L/s流入，故合计平均流量为4.46 L/s。查表格3，Kz=2.30，该管段的生活污水设计流量Q1=4.46×2.30=10.27 L/s。设计管段34-14，除了有本段流量
之外，还有集中流量（来自企业乙，排水设计量为Q乙=34.14L/s），该管段接纳街区6，7，12的污水，其面积为6.6949 ha（见街区面积表），因本设计中建筑用地为35%，故本段流量
=3.47×6.6949×0.35=8.11 L/s。查表格3，Kz=2.21，该管段的生活污水设计流量Q1=8.11×2.21=17.92 L/s。总计设计流量Q=17.92+34.14=52.06 L/s。
其余管段的设计流量计算方式相同。
各设计管段流量如下所示：
表格 3污水管段设计流量计算表
2.1.4污水管道干管和主干管水力计算
在确定设计流量后，便可以从上游管段开始一次进行干管和主干管各个设计管段的水力计算。一般常列表进行计算，如表所示。水力计算步骤如下：
1.从污水管道平面布置图上量出每一设计管段的长度，列入表2.5第2项。
2.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。
3.计算每一设计管段的地面坡度（
），作为确定管道坡度时参考。例如，管段9-10的
。
4.确定管段的管径以及设计流速v，设计坡度I，设计充满度
。首先拟采用某一管径（在0.6～5 m/s范围见取值），再根据
计算出设计流速v（在0.6～5 m/s范围间取值）。例如管段9-10，拟采用管径D=100 mm，该管段的设计流量为10.27 L/s，根据流量公式计算得到流速v=1.37 m/s，大于最小设计经济流速，符合计算规范。但在之后降落量的计算时发现设计流速越接近最小设计经济流速，降落量越小。故管段9-10选用管径D=150 mm。其他管段设计计算类似。
5．计算各管段上端、下端的水面、管底标高及其埋设深度：
（1）根据设计管段长度和管道坡度求降落量，管道最小设计坡度查规范可得到。如管段9-10的降落量为IL=0.00700×130=0.910 m，列入表中第9项。若地面坡度大于管道的最小设计坡度，则管道不需要再放坡。例如管段11-12，其最小设计坡度为0.0028，而地面坡度i=0.0038＞0.0028，故无需放坡，降落量为0 。
（2）根据管径和充满度求管段的水深。如管段9-10的水深h=D×h/D=0.15×0.50=0.075 m。
（3）确定官网系统的控制点。根据管道的走向以及地势特点，选取控制点。如最西边的干管，选取9为控制点。它的埋深定为0.7 m，列入表中第16项。
（4）求设计管段上、下端的管内底标高，水面埋深及埋设深度。
9点的管内底标高等于9点的地面标高减9点的埋深，为125.66-0.70=124.96 m，列入表中第14项。
10点的埋设深度等于9点的埋深与降落量之和减去9，10点的地面标高之差，为0.70+0.910-（125.66-125.16）=1.11 m，列入表中第17项。
10点的管内底标高等于10点地面标高减10点的埋深，为125.16-1.11=124.05 m，列入表中的第15项。
管段上下端水面标高等于相应点的管内底标高加水深。如管段9-10中9点的水面标高为124.96+0.075=125.035 m，列入表中第12项。10点的水面标高为124.05+0.075=124.13 m，列入表中第13项。
根据管段在检查井处采用的衔接方法，可确定下游管段的管内底标高。例如，管段9-10和10-11的管径不同，采用管顶平接。管段10-11中10点的埋深等于9-10管段中10点的埋深和两管段直径之差的和。求出10点埋深后即可用上述方法计算10-11管段的管段标高，水面标高。
6．进行管段水力计算时，应注意的问题：
（1）必须细致研究管道系统的控制点。这些控制点常位于本区的最远或最低处，它们的埋深控制该地区污水管道的最小埋深。各条管道的起点，低洼地区的个别街坊和污水出口较深的工业企业或公共建筑都是研究控制点的对象。
（2）必须细致研究管道敷设坡度与管线经过地段的地面坡度之间的关系。使确定的管道坡度，在保证最小设计流速的前提下，又不使管道的埋深过大，以便于旁侧支管的接入。
（3）水力计算自上游依次向下游管段进行，一般情况下，随着设计流量的逐段增加，设计流速也应相应增加。如流量保持不变，流速也不应减小。只有在管道坡度由大骤然变小的情况下，设计流速才允许减小。另外，随着设计流量逐段增加，设计管径也应逐段增大，但当管道坡度骤然变大时，下游管道的管径可以减小，但缩小的范围不得超过50～100mm。
（4）在地面坡度太大的地区，为了减小管内水流速度，防止管壁遭受冲刷，管道坡度往往需要小于地面坡度。这就有可能使下游管段的覆土厚度无法满足最小限值的要求，甚至超出地面，因此应在适当的位置处设置跌水井，管段之间采用跌水井衔接。跌水井的构造详见第六章。
（5）水流通过检查井时，常引起局部水头损失。为了尽量降低这项损失，检查井底部在直线管段上要严格采用直线，在管道转弯处要采用匀称的曲线。通常直线检查井可不考虑局部水头损失。
（6）在旁侧管与干管的连接点处，要考虑干管的已定埋深是否允许旁侧管接入。若连接处旁侧管的埋深大于干管埋深，则需在连接处的干管上设置跌水井，以使旁侧管能介入干管。另一方面，若连接处旁侧管的管底标高比干管的管底标高高出许多，为使干管有较好的水力条件，需在连接处前的旁侧管上设置跌水井。
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（在检查井14处加以中途泵站）。结果如下：
表格 4污水干管水力计算表
2.2雨水排水管网方案设计及计算
2.2.1管道定线
根据图1可知，该地区地形西高东低，城市北面有一天然河流，河流常水位为120.0 m。该城市的暴雨强度公式为
从地形图知，该城市无明显分水线，故排水流域按城市主要街道的汇水面积划分。河流的位置确定了雨水出水口的位置，雨水出水口位于河岸边，故雨水主干管的走向为自西向东。
2.2.2街区面积数据
利用CAD工具计算得出各街区面积，填入下表。
表格 5各街区面积汇总表
2.2.3汇水面积计算
表格 6汇水面积计算表
2.2.4雨水主干管和干管水力计算
1．表格8中第1项为需要计算的设计管段，从上游至下游依次写出。第2项为各设计管段的管长，可由CAD工具测得。
2．将个设计管段起讫点检查井处的地面标高列入表格8中第12、13项。
3.计算每一设计管段的地面坡度（），作为确定管道坡度时参考。例如，管段9-10
。
4.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该管段起点，即上游管段终点的设计降雨历时（集水时间）进行计算的。也就是说在计算各设计管段的暴雨强度时，用的t2值应按上游各管段的管内雨水流行时间之和
求得。先假定一个流速，本设计中将所有管段的流速假定为1.5m/s（在经济流速允许范围内），根据流速求出t2，再计算
。如管段9-10是起始管段，故
，将此值列入表格8中第4项，雨水在管段内流行时间
，列入表格8中第5项。
5.根据确定的设计参数，求单位面积径流量
。本设计中暴雨强度设计重现期p=1a，径流系数
可查表2.7由
计算得到。本设计中=0.6。即
，t=10+2。q0为管内雨水流行时间的函数，只要知道个设计管段内雨水流行时间，即可求出该设计管段的单位面积径流量q0。如管段9-10的=0，，将=0代入上式得到q0=135.44L/(s?ha)。而管段10-11的=t2=1.95min，代入q0=126.76 L/(s?ha)。将q0列入表格8第6项。
表格 7径流系数值
6.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。如管段9-10的设计流量Q=135.44
175=1424.733L/s，由于设计时未考虑设计管段的充满度，故适当放大设计流量，如管段9-10最终设计流量为1426L/s，列入表格8中第7项。
7.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。根据
，代入设计流量Q和假设经济流速
计算得到管径D，根据实际情况调整管径大小，同时利用调整后的管径计算得到实际设计流速。如管段9-10，假定设计流速为1.5m/s，设计流量Q=1426L/s，求得D=1950.04mm，根据市场上的规格将设计管径改为1100mm，再代入计算实际设计流速，得到=1.5m/s。同时，查找规范得到不同规格管道的最小设计坡度i。将确定的管径，坡度，流速，降落值各值列入表格8中第8，9，10，11项。
8.本设计中各管段起点埋深为0.7m。将设计管段最小坡度与地面坡度比较，若小于地面坡度则不需要放坡，若大于地面坡度则需要再放坡。如管段9-10，起点埋深为0.70m，地面坡度能够满足管道最小设计坡度，故不需放坡，即终点埋深也为0.70m。如管段16-1，其地面坡度不能够满足管段最小设计坡度，故需要放坡，此时降落量IL=0.075m，起点埋深为上游管段终点埋深加上管径之差，终点埋深=起点埋深+降落量-地面高差=1.24m。列入表格8中第16，17项。用起点标高减去起点埋深即管内底起点埋深，终点标高减去终点埋深即管内底终点埋深。如管段9-10，管内底起点埋深=126.93-0.7=126.23m，管内底终点埋深=126.38-0.7=125.68m。列入表格8中第14，15项。
表格 8雨水主干管和干管水力计算表
4工程估算
4.1材料费用
4.1.1管道费用
管道长度×每米管道的费用。不同管径的管道，管段单价不同。
本设计中污水设计管道采用塑料管，雨水设计管道采用PVC-U管道。其中，不同管径塑料管道价格来源于附件1，PVC-U价格来自于浙江中德如日管业有限公司。
污水设计管段费用和雨水设计管段费用如下所示。
本设计中管道总费用=污水管道总费用+雨水管道总费用=145930+145851=291781元。
表格 9污水管道经费计算表
表格 10雨水管道经费计算表
4.1.2检查井费用
检查井井身以650元/个计算，井盖280元/个。
根据规范规定的最大井间距，计算污水跟雨水管段之间需要铺设的检查井数目。
本设计中污水管段共需417个检查井，雨水管段共需91个检查井，故检查井费用为（417+91）(650+280)=472440元。
4.1.3物料费用
因为目前的墙砖的宽度一般是115mm，两块砖加在一起是230mm，再加10mm灰缝，共240mm，本设计中检查井壁墙采用二四墙。
检查井市政图集上规定：200mm~400mm且井深小于等于1000mm的可以用700mm的检查井。故本设计中检查井井深为1m，井壁厚为240mm，检查井直径为700mm。根据
计算检查井壁体积。一个检查井的井壁体积为：
本设计共需508个检查井，
。则工程所需
砖块总费用=1255780.7=87904.6元。
4.2干管和主干管挖土及覆土费用
各管段挖土量=
。
百分之百覆土，故覆土量=挖土量。
本设计污水和雨水管道挖土与覆土量计算结果如下所示。
表格 11干管和主干管挖填土方量计算表
挖土全部以机器工作计算，回填以人工工作计算。
挖掘机100 m3/天，人工20 m3/天。
挖土工时： 14808.55/100=148天，花费148×1000=148000元。
填土工时：采用人工回填，14808.55/20=740天，花费740×100=74000元。
填土后，用压实机压土，预计用时20天，花费500×15=7500元。
挖土及填土总费用=229500元。
4.3 人工费用
埋设管道，砌检查井井壁等均需要人工。
根据工程量预计：
技术人员花费：60×15×160=144000元
普通工人花费：40×50×100=200000元
人工费用小计：144000+200000=344000元
人工费用+挖土和覆土费用+检查井费用+管道费用=344000+229500+87904+291781=953185元
4.4 管理费用
管理费用占总费用的6%，
管理费用：953185/(1-6%-2%)×6%=62165元
4.5 其他费用
其它费用占总费用的2%。
其他费用：953185/(1-6%-2%)×2%=20722元
费用总计为1036072元。
5注意事项
5.1管道埋深
污水管道起点埋深最小值为是0.7m，各管段设计时埋深值应大于或等于0.7m。雨水管道起点埋深最小值为是0.7m，各管段设计时埋深值应大于或等于0.7m。所有埋深不得超过2m。
5.2污水管道充满度
不同管道最大充满度不同，但不能超过要求规定的限值；
5.3管道内水流流速
污水管道的最小设计流速为0.6m/s，最大设计流速为5m/s。
雨水管道的最小设计流速为0.75 m/s，最大设计流速为5m/s。
6 小结
历时两个多星期，总算是完成了我的给排水课程设计。过程漫长又艰辛。
整个课程设计下来，意识到自己很多不足之处。目前所掌握的知识太表面，太书面，总以为通过考试就可以了，但是真到要运用起来的时候难上天了。在做污水管网设计的时候，单是设计图稿就重新画了不下3遍，而且不知道在设计初先看下图纸是否可能在后期计算中出现问题就动手计算，浪费了很多时间。再来就是雨水管道的设计，第一次为了计算方便，设计最终出现了2500mm的管道，都快赶上3层楼了。
当然，我学到的也很多，至少做完课程设计书上有关污、雨水管道的设计内容的掌握度跟熟悉度增加了。不过，我知道我的课程设计尚存在这样或者那样的问题，也希望老师批评指正。
参考文献
1.严煦世等，《给水工程》（第四版），中国建筑工业出版社，1999；
2.孙慧修主编，《排水工程》(上、下册)（第四版），中国建筑工业出版社，1999；
3.《室内外给排水设计规范》；
4.《给水排水工程制图》；
5.《给水排水设计手册》第[1][2][3][5][11]册等。
附件
2.1污水排水管网平面布置图，计算机绘图；
2.2污水排水管道主干管纵剖面图，计算机绘图。