导图社区 城市工程系统规划
这是一篇关于城市工程系统规划的思维导图,主要内容有城市排水体制与排水工程系统、城市污水处理与排放工程、城市雨水排放工程。
编辑于2022-11-13 01:19:34 江西城市排水体制与排水工程系统规划
城市排水体制与排水工程系统
城市排水的分类
生活污水——有机物、病原菌,处理
工业废水——生产废水轻度污染,简单处理/直排;生产污水重度污染,处理
降水——直排,调蓄池
城市排水体制体制的选择
城市排水体制
合流制
直排式合流制
不经处理直接排入水体,无污水厂
特点:投资省、污染大、无污水厂
适用:小污染、大水体、建设初期
截流式合流制
在直排式合流制基础上,沿河岸边设截流干管,同时,在干管处设溢流井,有污水厂
特点:投资省、污染不大、有污水厂
适用:干旱地区、旧城改建、地形起伏且水系健全地区
适用条件
1.排水区域内有充沛的水体,并且具有较大的流量和流速;
2.街区、街道的建设比较完善,必须采用暗管排除雨水时,而街道的横断面又较窄,管渠的设置位置受到限制时;
3.地面有一定的坡度倾向水体,当水体高水位时,岸边不被淹没;
4.排水管渠能以自流方式排入水体,在中途不需要泵站提升;
5. 降雨量小的地区;
6.水体卫生要求特别高的地区,污、雨水均需要处理。
布置原则
1.生活污水、工业废水和雨水都能合理排入管渠,并能以可能的最短距离排向水体;
2.在合流制管渠系统的上游排水区域内,如有雨水可沿地面的街道边沟排泄,则可只设污水管道;
3. 截流干管一般沿水体岸边布置;
4.暴雨时,超过一定数量的混合污水都能顺利地通过溢流井泄入水体,以尽量减少截流干管的断面尺寸;
5.溢流井的数目不宜过多,位置应选择适当,以免增加溢流井和排放渠道的造价,减少对水体的污染;
6.溢流井尽可能位于水体下游,并靠近水体。
分流制
完全分流制
特点:投资大、污染小、有污水厂
适用:新建地区
不完全分流制
特点:投资较省、污染小、有污水厂
适用:有合适的地形,有比较健全的明渠水系的地方,新区初期建设
城市排水体制选择
2个关键——地形和水系
3个目标——治污、排涝、综合利用
5个方面: 城市安全方面 环境保护方面 工程投资方面 近远期关系方面 运营管理方面
国内排水系统的现状
国内大城市排水系统的特点
历史欠账多,弱点明显
涉及地域大,问题复杂
雨污合流多,污染较大
水系破坏重,排涝困难
发展不均衡,混接较多
综合利用少,有待加强
经济实力强,发展较快
排水工程系统的组成
城市雨水排放工程
主要设施
雨水管渠、雨水收集口、雨水检查井等
功能
及时收集与排放城区雨水等降水
抗御洪水、潮汛水侵袭
避免和迅速排除城区积水
城市污水处理与排放工程
主要设施
污水处理厂(站)污水管道、检查井、提升泵站、排放口等
功能
收集与处理城市各种生活污水、生产废水
综合利用、妥善排放处理后的污水
控制与治理城市水污染·保护城市与区域的水环境
排水工程系统规划的内容
污水量预测
确定城市排水系统规划的目标
选择城市排水体制
污水处理的主体程序
城市污水处理设施规划
城市污水管网与输送设施规划
分区污水管网与输送设施规划
详细规划范围内污水管网规划
总体规划阶段的内容深度
1、确定排水体制
2、划分排水区域,估算雨水、污水总量,制定城市污水处理排放标准
3、排水管渠规划,确定雨、污水主要泵站数量位置及水闸位置
4、污水处理厂数量、规模、处理等级以及用地范围
5、确定排水干管、渠的走向和出口位置
6、提出污水综合治理利用措施
排水工程系统规划布置
正交式布置
在地势向水体适当倾斜的地区,各排水流域的干管可以最短距离沿与水体垂直相交的方向布置。
特点:干管长度短,管径小,较经济,污水排出也迅速。由于污水未经处理就直接排放,会使水体遭受严重污染,影响环境。
适用:仅雨水排水系统。
截流式布置
沿河岸再敷设主干管,并将各干管的污水截流送至污水厂,是正交式发展的结果。
特点:减轻水体污染,保护环境。
适用:分流制污水排水系统。
平行式布置
在地势向河流方向有较大倾斜的地区,可使干管与等高线及河道基本上平行主干管与等高线及河道成一倾斜角敷设。
特点:保证干管较好的水力条件,避免因干管坡度过大以至于管内流速过大,使管道受到严重冲刷或跌水井过多。
适用:地形坡度大的地区
分区式布置
在地势高低相差很大的地区,当污水不能靠重力流至污水 厂时采用。分别在高地区和低地区敷设独立的管道系统。高地区的污水靠重力流直接流入污水厂;低地区的污水用水泵抽送至高地区干管或污水厂。
优点:能充分利用地形排水,节省电力。
适用:个别阶梯地形或起伏很大的地区。
分散式布置
当城镇中央部分地势高,且向周围倾斜,四周又有多处排水出路时,各排水流域的干管常采用辐射状布置,各排水流域具有独立的排水系统。
特点:干管长度短,管径小,管道埋深浅,便于污水灌溉等,但污水厂和泵站(如需设置时)的数量将增多。
适用:中间高、四周有多处排水区域。
环绕式布置
可沿四周布置主干管,将各干管的污水截流送往污水厂集中处理,这样就由分散式发展成环绕式布置。
特点:污水厂和泵站(如需设置时)的数量少。基建投资和运行管理费用小。
适用:中间高、四周低的城市。
区域性布置形式
把两个以上城镇的污水统一排除和处理的系统,这种方式使污水处理设施集中化,大型化,有利于水资源的统一规划管理。
特点:节省投资,占地少,管理复杂,工程效益慢
适用:城镇密集区及区域水污染控制的地区
城市污水处理与排放工程
城市污水量预测
污水处理厂和泵站设计规模的依据
污水分类
居民生活污水定额指居民每人每日所排出的平均污水量。
综合生活污水定额指居民生活污水和公共设施排出污水两部分的总和。
我国现行《室外排水设计规范》规定,可按当地用水定额的80%~90%。对给排水系统完善的地区可按90%计,一般地区可按80%计。
注意:采用平均日污水量定额。
污水量的变化程度
Kz=Ka·Kn
日变化系数Kd:在一年中最大日污水量与平均日污水量的比值称为日变化系数。
时变化系数Kh:最大日中最大时污水量与该日平均时污水量的比值,称为时变化系数。
总变化系数Kz:最大日最大时污水量与平均日平均时污水量的比值称为总变化系数。
污水设计流量计算
污水管道及附属构筑物设计的依据
生活污水设计流量
居民生活污水设计流量
Q1=n·N.Kz/(24×3600) N=p·F
式中Q——居民生活污水设计流量,L/s
n——居民生活污水量定额,L/(cap·d)
N——设计人口数
Kz——生活污水量总变化系数
p——人口密度,cap/hm2
F——居住区面积,hm2
工业企业的生活污水和淋浴污水设计流量
Q2=(A1B1K1+A2B2K2)/3600T+(C1D1+C2D2)/3600
Q2——工业企业生活污水和淋浴污水设计流量,L/s
A1——一般车间最大班职工人数,cap
B1——一般车间职工生活污水定额,以25L/(cap·班)计
K1——一般车间生活污水量时变化系数,以3.0计
A2——热车间和污染严重车间最大班职工人数,cap
B2——热车间和污染严重车间职工生活污水量定额,以35L/(cap·班)计
K2——热车间和污染严重车间生活污水量时变化系数,以2.5计
C1——一般车间最大班使用淋浴的职工人数,cap
D1——一般车间的淋浴污水量定额,以40L/(cap·班)计
C2——热车间和污染严重车间最大班使用淋浴的职工人数,cap
D2——热车间和污染严重车间的淋浴污水量定额,以60L/(cap·班)计
T——每工作班工作时数,h(淋浴时间按60min计)
工业废水设计流量
Q3=m·M·Kz/3600T
Q3——工业废水设计流量,L/s
m——生产过程中每单位产品的废水量定额,L/单位产品
M——产品的平均日产量,单位产品/d
Kz——总变化系数
T——每日生产时数,h
地下水渗入量
地下水渗入量Q4一般以单位管道延长米或单位服务面积公顷计算
城市污水设计总流量为:Q=Q1+Q2+Q3+Q4 (L/s)
城市污水处理厂规模根据平均日污水量确定; 城市排水管渠断面尺寸应根据排水最大秒流量并考虑城市远景发展的需要确定。
城市污水管网布置
一般按主干管、干管、支管的顺序进行布置
若各种管线布置时发生冲突,处理的避让原则是:未建让已建的,临时让永久的,小管让大管,压力管让无压管,可弯管让不可弯管。
1.确定排水区界,划分排水流域
排水区界是污水排水系统设置的界限。它是根据城市规划的设计规模确定的。在排水区界内,一般根据地形划分为若干个排水流域。
(1)在丘陵和地形起伏的地区:流域的分界线与地形的分水线基本一致。
(2)在地形平坦无明显分水线的地区:可按面积的大小划分,使各流域的管道系统合理分担排水面积,并使干管在最大合理埋深的情况下,各流域的绝大部分污水能自流排出。每一个排水流域内,可布置若干条干管,根据流域地势标明水流方向和污水需要抽升的地区。
2.确定污水排放系统的形式:大城市适合分散布置,中小城市适合集中布置
3.选定污水厂和出水口的位置
(1)出水口应位于城市河流下游。当城市采用地表水源时,应位于取水构筑物下游,并保持100m以上的距离。
(2)出水口不应设在回水区,以防止回水污染。
(3)污水厂要位于河流下游,并与出水口尽量靠近,以减少排放渠道的长度。
(4)污水厂应设在城市夏季主导风向的下风向,并与城市、工矿企业和农村居民点保持300m以上的卫生防护距离。
(5)污水厂应设在地质条件较好,不受雨洪水威胁的地方,并有扩建的余地。
4.进行污水管道系统的定线
在城市规划平面图上确定污水管道的位置和走向,称为污水管道系统的定线。
主要原则:采用重力流排除污水和雨水,尽可能在管线最短和埋深较小的情况下,让最大区域的污水能自流排出。
影响因素:城市地形、竖向规划、排水体制、污水厂和出水口位置、水文地质、道路宽度、大出水户位置等。
主干管
地形平坦或略有坡度,主干管一般平行于等高线布置,在地势较低处,沿河岸边敷设,以便于收集干管来水。
地形较陡,主干管可与等高线垂直,这样布置主干管坡度较大,但可设置数量不多的跌水,使干管的水力条件改善,避免受到严重冲刷。
避开地质条件差的地区。
干管
尽量设在地势较低处,以便支管顺坡排水。
地形平坦或略有坡度,干管与等高线垂直(减小埋深)。
地形较陡,干管与等高线平行(减少跌水井数量)。
一般沿城市街道布置。通常设置在污水量较大、地下管线较少、地势较低一侧的人行道、绿化带或慢车道下,并与街道平行。当街道宽度>40m,可考虑在街两侧设两条污水管,以减少连接支管的长度和数量。
支管
取决于地形和街坊建筑特征,并应便于用户接管排水。
低边式: 街坊面积较小; 街坊内污水集中出水;支管敷设在服务街坊较低侧的街道下。
周边式(围坊式): 街坊面积较大; 地势平坦; 沿周边街道设置。
穿坊式: 街坊内部自成一个系统时; 可穿过其它街坊; 并与所穿街坊的污水管网相连。
5.确定需要抽升区域的泵站位置
(1)中途泵站:当管道的埋深超过最大允许埋深时,应设置泵站以提高下游管道的管位(干管或主干管中途)。
(2)局部泵站:地形复杂的城市,往往需要将地势较低处的污水抽升至地势较高地区的污水管道中;(局部低洼地区)。
(3)总泵站(或终点泵站):污水管道系统终点的埋深一般都很大,而污水厂的第一个处理构筑物一般埋深较浅,或设在地面以上,这就需要将管道系统输送来的污水抽升到第一个处理构筑物中。(污水厂起端)。
6.确定管道在街道上的位置
由于污水管道为重力流管道,其埋深大,连接支管多,使用过程中难免渗漏损坏。污水管道的施工和维修难度大,会对附近建筑物和构筑物的基础造成危害,甚至污染生活饮用水。
因此,污水管道与建筑物应有一定间距,与生活给水管道交叉时,应敷设在生活给水管下方。
覆土与埋深
控制点应采取措施来减少管道的埋深,如增加管道的强度,填土提高地面高程以保证最小覆土厚度。
(1)覆土厚度:管底可埋在冰冻线以上0.15m,最小覆土厚度不宜小于0.7m,最大不宜大于6m,理想为1-2m。
(2)埋设深度:干燥土壤中,最大埋深不超过7~8m;多水、流砂、石灰岩地层中,不超过5m。
管线综合规划时,所有地下管线都应尽量设置在人行道、非机动车道和绿化带下,只有在不得已时,才考虑将埋深大,维修次数较少的污水、雨水管道布置在机动车道下。
各种管线在平面上布置的次序一般是,从建筑规划线向道路中心线方向依次为:电力电缆——通信电缆—— 燃气 管道——给水管道——热力管道—雨水管道——污水管道。
城市污水管网的水力计算
设计充满度
在设计流量下,污水在管道中的水深h与管道直径D的比值(h/D)称为设计充满度。
设计流速
污水管道在设计充满度下的最小设计流速为0.6m/s,明渠的最小设计流速为0.4m/s。通常金属管道的最大设计流速为10m/s,非金属管道的最大设计流速为5m/s。
最小管径
在街坊和厂区内的最小管径为200mm; 在街道下的最小管径为300mm。
最小设计坡度
管径为200mm时,最小设计坡度为0.004; 管径为300mm时,最小设计坡度为0.003。
管道水力学的基本公式
流量Q=w·v
流速v=C√RJ
污水管道的衔接
原则
1.尽可能提高下游管道的高程,减小管道埋深,降低造价;
2.避免在上游管段中形成回水而造成淤积;
3.不允许下流管段的管底高于上游的管底。
水面平接
上游管段终端与下游管段起端的水面标高相同。一般用于上下游管径相同的污水管道的衔接。
管顶平接
管内顶标高相同。一般用于上下游管径不同的污水管道的衔接。
城市污水厂规划
城市污水厂厂址选择
1、设在地势较低处充分,考虑地形影响。
2、宜设在水体附近
3、位于给水水源下游,夏季主导风向下方,与城镇生活区等应有300米以上的防护距离。
4、不占农田,地质条件较好,适当坡度。
5、尽可能与回用处理生的主要用户靠近。
6、不受洪水威胁。
7、宜靠近公路和河流,水电供应良好。
8、考虑城市远近期发展。
城市雨水排放工程
雨水系统构成
雨水系统:雨水口、雨水管渠、检查井、出水口。
任务:及时地汇集并排除暴雨形成的地面径流。
雨水管网布置要求
充分利用地形,就近排入水体
地形坡度较大时,雨水干管上宜布置在地面标高较低处;
地形平坦时,雨水干管宜布置在排水流域的中间。
尽量避免设置雨水泵站
根据城市规划布置雨水管道·平面和竖向
池塘、洼地的调蓄
不宜布置在快车道下
当道路大于40m时,两侧分别设置
采用明渠或暗管的选择
在地形平坦、埋设深度或出水口深度受限制的地区,可采用暗渠(盖板渠)排除雨水。
暗管
建筑密度高,交通量大。
特点——卫生条件好、不影响交通,造价高。
明渠
在城市郊区,建筑密度较低,交通量较小。
特点——造价低;容易淤积,孳生蚊蝇,占地大,使道路的竖向规划和横断面设计受限,桥涵费用也增加。
合理布置雨水口,保证路面雨水顺畅排除
一般在道路交叉口的汇水点、低洼地段均应设置雨水口。在道路上隔25~50m。
雨水出水口的布置
分散出水口
就近排放
集中出水口
河流水位变化大
管道出口离水体较远
排洪沟的设置
傍山建设
消除洪水的影响
引入附近水体
调蓄水体的设置
调节洪峰流量
雨量分析与暴雨强度公式
雨水设计流量是雨水管渠系统设计的依据。 雨水径流的特点是流量大而历时短。
雨量分析的要素
降雨量
指单位地面面积上,在一定时间内降雨的雨水体积。又称在一定时间内的降雨深度。用H(mm)表示,也可用单位面积的降雨体积(L/ha)表示。
降雨历时
在城市暴雨的推算过程中,经常采用的降雨历时为: 5min、10min、15min、20min、30min、45min、60min、90min120min特大城市可以用到180min
是指连续降雨的时段,可以指一场雨全部降雨的时间,也可以指其中个别的连续时段。用t(min或h)表示。
暴雨强度
决定雨水设计流量的主要因素
暴雨强度和降雨历时的关系 自动雨量计所记录的数据一般是每场雨的累积降雨量和降雨时间之间的对应关系。 以降雨时间为横坐标、以累积降雨量为纵坐标,绘制的曲线称为降雨量累计曲线。
是指某一连续降雨时段内的平均降雨量,即单位时间的平均降雨深度,用i(mm/min)表示;i=H/t
在工程上,常用单位时间内单位面积上的降雨体积q(L/s.公顷)表示。
降雨面积
指降雨所笼罩的面积。
汇水面积
指雨水管渠汇集雨水的面积。单位常用hm2或km2。
暴雨强度的重现期
是指在多次的观测中,等于或大于某值的暴雨强度重复出现的平均时间间隔P。单位用年(a)表示。
某一暴雨强度的重现期等于P,那么在相当长的一个时间序列中,大于等于该暴雨强度的暴雨平均出现的可能性是1/P。重现期与频率互为倒数,即P=1/Pn。
重现期越大,降雨强度越大。
在排水管网的设计中,如果使用较高的设计重现期,则计算的设计排水量就越大,排水管网系统的设计规模相应增大,排水通畅,但排水系统的建设投资就比较高;反之,则投资较小,但安全性差。
暴雨强度公式
《室外排水设计规范》中规定,我国采用的暴雨强度公式的形式为: 167A1(1+clgP)/(t+b)”
q——设计暴雨强度,L/s.公顷;
P——设计重现期,年;
t——降雨历时,min;
A1,c,b,n——地方参数,根据统计方法进行确定。
确定设计重现期的因素
排水区域的重要性、功能、淹没后果严重性、地形特点和汇水面积的大小等。
一般情况下,低洼地段采用的设计重现期大于高地;干管采用的大于支管;工业区采用的大于居住区;市区采用的大于郊区。
重现期一般选用0.5~3年。重要的干道、区域,一般选用3~5年。
雨水管渠设计流量的确定
地面径流与径流系数
径流系数:地面径流量与总降雨量的比值称为径流系数a,其值小于1。
a=径流量/降雨量<1
降雨量<地面渗水量,雨水被地面吸收
降雨量>地面渗水量,余水(两者之差)在地面开始积水,产生地面径流
雨水管渠设计流量计算公式
Q=aqF
Q——雨水设计流量,L/s;
a——径流系数,其数值小于1;
F——汇水面积,公顷;
暴雨强度q:q=167A1(1+clgP)/ (t+b)n
与降雨历时t有关。随着降雨历时的延长,汇水面积增加,暴雨强度降低。
q——设计暴雨强度,L/s.公顷
子主题
流域上的汇流过程
当汇水面积上最远点的雨水流达集流点A时,全面积产生汇流,雨水管道的设计流量最大。
集水时间t(To)的确定
集水时间由地面集水时间t和管道内雨水流动的时间t2两部分之和组成: t=t1+mt2
t——地面集水时间;指雨水从汇水面积上最远点流到第一个雨水口a的时间;
m——折减系数;
t2——雨水在管道内流行时间。
地面集水时间t的确定
根据《室外排水设计规范》规定:地面集水时间t视距离长短、地形坡度和地面覆盖情况而定,一般采用5-15min。
起点井上游地面流行距离以不超过120~150m为宜。
在设计过程中,应结合具体条件进行选定:
如果选用过大,将会造成排水不畅,上游地面积水。
选用过小,将会造成雨水管渠尺寸加大,工程造价增加。
雨水在管道内流行时间t2
t2= 总和 L/60v (min)
L——上游各管段的管长,m;
v——各管段满流时的水流速度,m/s。
折减系数m的确定
我国<室外排水设计规范)规定
管道采用2
明渠采用1.2
陡坡地区管道采用1.2~2
雨水管渠水力计算
水力计算的设计参数包括
设计充满度
(明渠应有三0.2m的超高,街道边沟应有三0.03m的超高)
雨水中主要含有泥砂等无机物质 暴雨径流量大,降雨历时较短。 故管道设计充满度按满流考虑,即h/D=1。
设计流速
我国设计规范规定满流时最小设计流速
管道最小设计流速为0.75 m/s;
明渠最小设计流速为0.4 m/s。
雨水管渠的最大设计流速为
金属管道最大设计流速为10m/s;
非金属管道最大设计流速为5m/s;
明渠根据不同材质按表采用
最小管径和最小设计坡度
雨水管道的最小管径为300 mm,相应的最小坡度为0.003;
雨水口连接管的最小管径为200mm,相应的最小坡度为0.01。
雨水管渠系统的设计步骤
划分排水流域,进行管道定线
根据城市总体规划图,按地形划分排水流域;
以最短距离靠重力流就近排入水体;
绘出各流域的主干管、干管和支管的具体位置
划分设计管段
设置检查井,确认设计节点并编号
根据管道的具体位置,在管道转弯、管径或坡度改变、有支管接入、管道交汇等处以及超过一定距离的直线管段上都应设置检查井;
把两个检查井之间流量不变且预计管径和坡度也不变的管段定为设计管段;
并从管段上游往下游依次进行检查井的编号。
划分并计算各设计管段的汇水面积
当地形平坦时,根据就近排除的原则,划分汇水面积.等分角线划分。
当地形有一定坡度时,根据雨水汇入低侧的原则,划分汇水面积,即按照地面雨水径流的方向划分。
计算平均径流系数
Aav=总和 Fi·Ai/F
也可采用区域综合径流系数,一般经验值为:城市0.5~0.8;郊区0.4~0.6。
确定重现期P、地面集水时间t1
计算单位面积径流量q0
q0=Q/F=AqF/F=Aq
暴雨强度q=167A1(1+clg P)/(t+b)n
q——设计暴雨强度,L/s.公顷;
P——设计重现期,年;
t——降雨历时,min;
A1,c,bn——地方参数
根据统计方法进行确定。
计算各管段的设计流量Q,并求出D、V、I及埋深等
绘制图纸。包括平面图和剖面图