管道工程课程设计说明书讲义

1. 课程设计目的
《管道工程课程设计》是学完《管道工程》后进行的一门实践性课程，重在巩固所学课程理论和方法，培养学生在教师指导下，能够运用工程语言完成单项工程设计。

通过这次课程设计，加深对《管道工程》专业课程内容的进一步理解和掌握，了解污水排水管道系统设计的方法和步骤，了解雨水管道系统设计的方法和步骤，学习利用各种资料确定设计方案的方法，熟悉污水排水管道设计计算方法，熟悉雨水管渠设计计算方法，加强工程制图能力，进一步熟悉工程设计的步骤及要求，为工程设计打下基础。

2．课程设计题目描述和要求
2.1 设计题目描述
(1) 设计题目
××市城管道工程设计
(2) 设计内容
确定污水排水管道系统的平面布置方案；
确定雨水管区系统的平面布置方案；
进行污水排水管道(主干管）的流量计算和水力计算；
进行雨水管渠（选其中1~2条）的流量计算和水力计算；
进行平面图和剖面图的的绘制；
整理计算书和编制说明书
（3）原始资料
（一）自然条件
1. 地理位置：河南省中部
2. 气象资料；
（1）气温：年平均气温15℃，冬季最冷月平均气温为—1℃
（2）主要风向：夏季主导风向为东风，冬季主导风向为西风；
（3）降雨强度：q=599（1+0.86lgP）/t0.56
（4）地面径流系数Ψ＝0.5
（5）雨水地面集流时间t1＝8分钟
（6）重现期P＝1年
（7）冰冻线深度为0.20米。

3. 工程地质与地震资料：地质良好，历史上无大等级的地震发
生。

4. 水位
黑河和区内景观河的最高洪水位为53.20m。

（二）城市概况
1. 城市规划简述（附城市规划图）
地形图的地形比例：1：10000。

2. 设计人口数：设计人口数：4万人。

（三）城市排水现状简述
由于城市的发展，现需要重新建造排水管网，以适合城市发展需要。

1.在产业集聚区东部已建成城市污水处理厂一座，处理工艺采用“二级生化处理+深度处理”，该厂能够完全接纳产业集聚区产生的污水量。

2.工业废水设计流量按工业用地0.5L/ (S .ha)；生活污水设计流量按全产业集聚区平均比流量进行设计。

2.2 设计要求
设计时间为两周。

设计要求如下：
1 说明与计算部分：拟采用完全分流制排水体制。

应说明污水管网、雨水管网定线的依据。

确定污水管道、雨水管道水力计算的主要参数并进行管网系统的水力计算。

要求计算所有污水干管管道，雨水计算一条干管，并附相应的计算草图。

在计算书中，应列出所采用的全部计算公式和采用的计算数据。

说明书内容应完整，简明扼要，文句通顺，字迹端正。

2 图纸部分：
1）排水管道总平面布置图应按初步设计要求完成，图上应绘出主要排水管道、雨水管道及管道的附属构筑物等，并应标示出各管道的管径－管长－坡度。

管道均以单线条表示。

图中应绘出图例并加以必要的说明。

明各管材的大小、材
2）绘制扩初设计排水总干管的纵剖面图。

3）图中应注明图名及比例。

图例的表示方法应符合有关规定和标准。

图纸应清洁美观。

线条粗细应主次分明。

4）图纸幅面规格：排水管网平面布置图可以采用1#或2#图；排水干管的纵剖面图绘制在1#坐标纸上。

关于图纸的其他要求，如图框尺寸、图标及会签栏格式、剖切线、指北针及图例等画法，可参见
手册及有关规范。

3．设计说明书及计算书。

3．课程设计报告内容
3.1 设计任务
本次设计主要包括污水和雨水管网设计与计算，具体内容包括以下几个方面（本次雨水官网只计算1~2条干管）：
（1）排水体制的选择；
（2）污水量和雨水量的计算；
（3）污水管网和雨水管网定线；
（4）管段流量计算；
（6）管网水力计算；
（7）管道平面图和剖面图绘制。

3.2排水系统规划设计原则
（1）符合环境保护要求，在城镇总体规划的基础上进行，并符合城镇建设的整体方面要求。

（2）排水工程的规划应符合区域规划及城市和工业企业的总体规划，并应与城市和工业企业中其他单项工程建设密切配合，互相协调。

（3）排水工程的规划与设计，要与临近区域内的污水和污泥的处理和处置协调。

（4）排水工程规划与设计，应处理好污染源治理与集中治理的关系。

（5）城市污水是可贵的淡水资源，在规划中要考虑污水经再生后会用的方案。

（6）排水工程的设计应全面规划，按近期设计，考虑远期发展有扩建的可能。

（7）在规划与设计排水工程时，必须认真贯彻执行国家和地方有关部门制定的现有关标准，规范或规定。

3.3排水系统体制的选择
3.3.1 排水体制
排水体制是指排水系统对生活污水、生产废水和降水所采取的不同收集和排除方式，一般分为合流制和分流制两种类型，是针对污水和雨水的合与分而言的
（1）合流制排水系统
合流制排水系统是指将生活污水、工业废水和雨水收入同一套排水管渠内排除的排水系统，又可分为直排式合流制排水系统和截流式合流制排水系统。

直排式合流制排水系统是最早出现的合流制排水系统，是将欲排除的混合污水不经处理就近直接排入天然水体。

因污水未经无害化处理而直接排放，会使受纳水体遭受严重污染。

国内外许多老城市几乎都是采用这种排水系统。

这种系统所造成的污染危害很大，现在一般不再采用。

截流式合流制排水系统是在邻近河岸的街坊高程较低侧建造一条沿河岸的截流总干管，所有主干排水管的混合污水都将接入截流总干管中，合流污水由截流总干管输送至下游的排水口集中排出或进入污水处理厂。

由于雨水流量的瞬时值可能很大(取决于雨水设计采用的重现期、排雨水区域地面硬化情况和建筑密度以及当地的降雨量等)，合流制截流总干管在管径确定方面通常只考虑截流非雨水污水量(称为合流制排水管道的旱流量)一定倍数的雨水量，而不是把所有雨水量都截流在截流总干管中。

为此，在合流干管与截流总干管相交
前或相交处需设置溢流井。

溢流井的作用是，当进入管道的城市污水和雨水的总量超过管道的设计流量时，多余的雨水(实际上是城市污水和雨水的混合物)就会经溢流井排出，而不能向截流总干管的下游转输。

截流总干管的下游通常是市政污水处理厂。

由于雨天初降雨的汇集量较小，一般都在截流总干管的设计雨水截流能力范围内，故晴天的城市污水和雨天的初降雨都会排送至污水厂，经处理后排入水体。

当降雨过程延续，进入管道的混合污水流量超过截流总干管的设计输水能力后，就有部分混合污水经溢流井溢出直接排入水体。

截流式合流制排水系统是国内外改造旧城区合流制排水系统常用的方式。

这种系统比直排式合流制排水系统有所进步，但仍有部分混合污水未经处理直接排放，成为水体的污染源而使水体遭受污染。

（2）分流制排水系统
分流制排水系统是指将生活污水、工业废水和雨水分别在两个或两个以上各自独立的管渠系统内排除的排水体制。

排除生活污水、工业废水或城市污水的系统称为污水排水系统，排除雨水的系统称为雨水排水系统。

根据排除雨水方式的不同，又分为完全分流制和不完全分流制排水系统。

完全分流制排水系统具有相互完全独立的污水排水系统和雨水排水系统，污水排至污水处理厂处理后排放，雨水就近排入水体。

不完全分流制是指只有污水排水系统，而未建雨水排水系统，雨水沿街道边沟、水渠、天然地面等原有雨水渠道系统排泄，或者在原有渠道系统输水能力不足之处修建部分雨水管道，待城市进一步发展后再修建完整独立的雨水排水系统，逐步改造成完全分流制排水系统。

在一些大城市中，由于各区域的自然条件存在差异，同时排水系统的建设是逐步进行和完善的，有时会出现混合制排水系统，即既有分流制也有合流制的排水系统。

混合制排水系统在原为合流制的城市进行排水系统的改造扩建时常常出现。

在工业企业中，由于工业废水成分和性质的复杂性，与生活污水不宜混合，而且彼此之间也不宜混合，否则将造成污水和污泥处理复杂化，给废水重复利用和有用物质的回收造成、困难。

3.3.2 排水体制的选择
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、原油排水设施、水质、水量、地形、对条件确定。

⑴从环境保护方面来看
如果采用合流制将污水和雨水全部截流送往污水厂进行处理，然后再排放，从控制和防止水体的污染来看，是较好的，但这时截流主干管很大，污水厂容量也增加很多，建设费用也相应增加。

采用截流式合流制时，雨天有部分混合污水经溢流井溢入水体，水体受到污染。

分流制排出污水和雨水，初雨径流未加处理就直接排入水体，对城水体也会造成污染，但它比较灵活，比较容易适应社会发展的需要，故应采用分流制。

⑵从造价方面来看
合流制排水管道的造价比分流制一般要低20%-40%，可是合流制的泵站和污水厂却比分流制的造价要高。

⑶从维护管理方面来看
晴天时污水在合流制管道中只是部分流，雨天时才接近满管流，因而雨天时合流制管道内流速较低，易于产生沉淀。

但据经验，管中的沉淀易被暴雨水流冲走，这样，合流管道的维护费用可降低。

但是，晴天和雨天时流入污水厂的水量变化很大，增加了合流制排水系统污水厂运行管理的复杂性。

而分流制系统可以保证管内的流速，不致发生沉淀，同时，流入污水厂的水量和水质比合流制变化小得多，污水厂的运行易于控制。

综合考虑各个因素，为了更好的保护环境，适应以后的发展，且便于污水厂的运行管理，采用完全分流制排水系统。

完全分流制排水系统分设污水和雨水两个管渠系统，前者汇集生活污水、工业废水，送至处理厂，经处理后排放或加以利用。

后者通过各种排水设施汇集城市内的雨水和部分工业废水(较洁净)，就近排入水体。

3.4污水管道的设计
3.4.1 在小区平面图上布置污水管道
从小区平面图上可知该区地势自西南向东北倾斜，有两条顺河分居在小区两侧，有一条铁道穿过西边较小区域，该区域大部分为郊区。

因此可划分为一个排水流域。

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平齐布置，主干管布置基本上与等高线垂直，整个管道系统呈正交式布置。

采用围坊式管道布置，主干管为1~10。

10根干管，分别为1~2，2~3，3~4，4~5，5~6，6~7,7~8,8~9,9~10,10~11。

详见平面图1。

3.4.2 街区编号并计算其面积
街区编号由1~46，街区面积在管道平面布置图上量出，布置图详见平面图1，街区面积数据如下：
街区面积
3.4.3 划分设计管段，计算设计流量
(1)设计管段的划分
① 设计管段：两个检查井之间的管段，如果采用的设计流量不变，且采用同样的管径和坡度，则称它为设计管段。

② 划分设计管段：只是估计可以采用同样管径和坡度的连续管段，就可以划作一个设计管段。

根据管道的平面布置图，凡有集中流量流入，有旁侧管接入的检查井均可作为设计管段的起止点。

设计管段的起止点应依次编上号码。

⑵ 设计管段设计流量的确定
规划净人口密度为45.8cap/ha ，综合生活用水定额为150)/(d cap L ⋅, 比流量为))/((08.086400
1508.45864000ha s L n q ⋅=⨯=⨯=ρ, 本段流量 F q q ⋅=01,
转输流量：2q
生活污水设计流量)(211q q K Q z +⋅=,若还有集中流量，还应该加上集中流量的数值。

详见平面图1，计算结果如下：
3.4.4 污水管道水力计算
在确定管段设计流量后，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。

一般常列表进行计算，水力计算步骤如下：
1. 从管道平面布置图上量出每一设计管段的长度，列入第2列。

在图上量出各设计管段两端的地面标高填入10，11列。

2. 将各设计管段的设计流量列入第3列。

设计管段计算出各段的地面坡度（地面坡度= 管长
地面高差），作为确定管道坡度时参考。

3.确定起始管段设计参数
本次设计的本段流量的最小埋深为2.0米，集中流量最小埋深为2.0米。

其余参数均按最小设计坡度设计。

确定污水管道最小埋设深度时，必须考虑下列因素：
（a ）必须防止管内污水冰冻或土壤冰冻而损坏管道，土壤的冰冻深度，不仅受当地气候的影响，而且与土壤本身的性质有关。

所以，不同的地区，由于气候、条件不同，土壤性质不同，土壤的冰冻深度也各不相同。

在污水管道工程中，一般所采用的土壤冰冻深度值，是当地多年观测的平均值。

由于生活污水水温教高，且保持一定的流量不断地流动，所以污水不易冰冻。

由于污水水温的辐射作用，管道周围的土壤不会冰冻，所以，在污水管道的设计中，没有必要将整个管道都埋设在土壤的冰冻线以下。

但如果将管道全部埋在冰冻线以上，则会因土壤冻涨而损坏管道基础。

（b）必须保证管道不致因为地面荷载而破坏为保证污水管道不因受外部荷载而破坏，必须有一个覆土厚度的最小限值要求，这个最小限值，被称为最小覆土厚度。

此值取决于管材的强度、地面荷载类型及其传递方式等因素。

现行的《室外排水设计规范》规定：在车行道下的排水管道，其最小覆土厚度一般不得小于0.7 m。

在对排水管道采取适当的加固措施后，其最小覆土厚度值可以酌减
4.确定设计管段的参数
管径D以及设计流速v,设计坡度I，设计充满度h/D
本地城管段的地面坡度较小，为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，同时要满足流速v＞0.6m/s，沿流向各管的速度递增，管径递增，充满度满足设计规范要求。

根据Q和I，即可水力计算图中查出相应的h/D和v值，若h/D和v符合设计规范的要求，说明水力计算合理。

5.计算各管段上端，下端的水面，管底标高及埋设深度。

（1）根据设计管段长度和管段坡度求降落量，列入第9列。

（2）根据管径和充满度求管段的水深。

（3）确定管网系统的控制点。

最小埋深定为2.0米。

（4）求设计管段上，下端的管内底标高，水面标高及埋设深度
管内底标高=地面标高－埋设深度，列入14，15列
管内底下端标高=管内底上端标高－降落量
管内水面标高=管内底标高＋水面高度，列入12，13列
（5）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。

管径相同的管段采用水面平接，管径不同的管段采用管顶平接。

干管与多个管段相连，则以管内底标高最小的管段为准进行衔接。

（6）污水管道水力计算如下：
3.4.5 绘制管道平面图和纵剖面图，详见图纸。

3.4.6 注意事项
（1）注意管道衔接方式及其水面高程和管内地标高。

（2）选好控制点，尽量减小整个管段的埋深。

（3）有些管段会出现倒吸的情况，这时就需要仔细斟酌周围的管段。

将其改为顺坡势的设计管段，实在不行可以采用泵站提升。

（4）水力计算自上游向下游进行，随着设计流量逐段增加，设计管径，设计流速也应逐段增加。

流速大于1.2后，可以下降，但不应小于1.2。

（5）地面坡度太大的地区，为减小流速，管道坡度往往小于地面坡度，埋深可能无法满足要求，可设置跌水井。

（6）检查井底部在直线管道上要严格采用直线，在管道转弯处要采用匀称的曲线。

（7）布置管道的时候尽量不要将管道穿过铁道，如果有就需要考虑仔细埋深，保证管道不会受到太大的压力。

3.5 雨水管道的设计
3.5.1划分排水流域和管道定线
采用围坊式布置，出水口共10个，详见平面图2。

各管道地面标高及管段长度如下：
管道长度表
管道编号管道长度
(m)
管道编号
管道长度
(m)
管道编号
管道长度
(m)
1A～1B 740 5B～5C 327 8A～8B 592
1B～1C 425 5C～5D 445 8B～8C 517
1D～1C 625 5D～5E 692 8C～8D 807
2A～2B 435 6A～6B 459 9A～9B 257
2B～2C 620 6B～6C 420 9B～9C 233
3A～3B 444 6C～6D 377 9C～9D 280
3C～3B 375 6D～6E 729 9D～9E 336
3B～3D 620 7A～7B 403 9E～9F 314
4A～4B 346 7B～7C 228 10A～10B 329
4B～4C 669 7C～7D 365 10B～10C 298
5A～5B 444 7D～7E 772
检查井地面标高
1A 62.7 5A 61.5 7E 59.7
1B 62.4 5B 61.2 8A 59.2
1C 61.8 5C 61.3 8B 59.4
1D 61.3 5D 60.9 8C 58.9
2A 62.2 5E 60.9 8D 59
2B 61.7 6A 60.8 9A 59.3
2C 61.4 6B 60.4 9B 58.8
3A 61.4 6C 60.5 9C 58.7
3B 61 6D 60.2 9D 58.7
3C 60.7 6E 60.3 9E 58.8
3D 60.8 7A 60 9F 58.5
4A 60.1 7B 59.8 10A 59.3
4B 60.3 7C 59.7 10B 59
4C 60 7D 59.4 10C 58.8 3.5.2划分设计管段
设计管段有9A~9B，9B~9C，9C~9D，9D~9E，9E~9F，详见平面图2。

3.5.3划分并计算各设计管段的汇水面积
详见平面图2，
3.5.4确定各排水流域的平均径流系数、设计重现期P 、地面集水时间t ，均由原始资料可知。

3.5.5确定单位面积径流量
q q ⋅ψ=0=/t0.56）0.86lgP +1（599⋅ψ，t=21mt t +,
其中，1t =8min, P=1，584.0=ψ。

3.5.6水力计算
列表进行雨水干管的设计流量和水力计算，以求得各管段的设计流量 详见平面图2，计算雨水水力计算表如下：
3.5.7绘制雨水管道平面图及纵剖面图。

详见图纸 3.5.8注意事项
1.在划分各设计管段的汇水面积时，应尽可能使各设计管段的汇水面积均匀增加，否则会出现下游管段的设计流量小于上游管段的情况。

若出现这种情况，应采取上一管段的设计流量作为下游管段的设计流量。

2.干管与支管同时进行计算，在支管与干管相接的检查井处，有两个2t ∑值和两个管底标高值，计算下一个管段时，应采用大的那一个2t ∑和小的那个管底标高值。

4．总结
以上内容就是本次课程设计的结果。

由于本次课程设计的时间为两周，相对工作量较大，故不足之处，希望老师予以纠正。

本学期，我通过学习排水工程这门课，了解一些排水工程的知识，比如：排水体制，官网设计与计算，合流制管渠系统等等。

通过这次课程设计，我们对管道工程有了更深入的了解，学会了如何用理论知识来进行实践。

让我感触最深的就是本次课程设计的工作量相对较大，同时也凸显出自己平时积累的理论知识不够扎实。

在课堂上，能听懂课程，以为学到了知识。

可是当真正动手实践的时候，问题就接踵而至。

通过询问老师，和同学讨论，自己不断摸索，才进一步加深了对管道工程这门课的理解，明白了很多原理的由来，如何运用。

此次课程设计，不仅加深了对课程的理解，而且我还知道书本上的原理并不是万能的，有时候并不适用于实际，因此很多时候要求从实际出发。

我也学会了从多个角度去考虑问题，实践让我有了更多的视角。

整个课程设计需要很多耐心，设计过程水力计算也要有严谨的态度，数据成千上万，计算过程就无比要无比细心。

因此首先要端正态度，集中精力，因为每算错一个数据，尤其是干管，可能影响到全局，其次就是不要烦躁，尤其是在发现错误的情况下。

以我自己为例，在算错的时候很烦躁，于是导致整个过程很缓
慢，还影响其他工作。

这次课设虽然辛苦，但学到了不东西。

我不仅巩固了已经学习的专业基础知识，锻炼了综合运用所学知识和解决问题的能力，还培养了独立完成对小区的污水管道的设计能力，真正实现了由理论向实践的过渡。

本设计是在老师的亲切关怀和悉心指导下完成的。

老师严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，科学的工作方法深深地感染和激励着我。

从题目的选择到最终完成，老师提出了许多的宝贵意见，并始终给予我们细心的指导和不懈的支持。

最后再次感谢老师的耐心教导及在设计中给予的指导与帮助。

参考文献：
[1] [中国] 孙慧修,排水工程（上册）第四版.北京:中国建筑工业出版社,1999.
[2] [中国] 给水排水设计手册（第五册）.北京：中国建筑工业出版社，2004.
[3] [中国] 室外排水设计规范．北京：中国建筑工业出版社，2006．
附图一
污水平面街区面积图
附图二
雨水平面汇水面积划分图
目录
1. 课程设计目的 (1)
2．课程设计题目描述和要求 (1)
2.1 设计题目描述 (1)
2.2 设计要求 (3)
3．课程设计报告内容 (4)
3.1 设计任务 (4)
3.2排水系统规划设计原则 (4)
3.3排水系统体制的选择 (5)
3.3.1 排水体制 (5)
3.3.2 排水体制的选择 (6)
3.4污水管道的设计 (7)
3.4.1 在小区平面图上布置污水管道 (7)
3.4.2 街区编号并计算其面积 (8)
3.4.3 划分设计管段，计算设计流量 (8)
3.4.4 污水管道水力计算 (9)
3.4.5 绘制管道平面图和纵剖面图，详见图纸。

(11)
3.4.6 注意事项 (11)
3.5 雨水管道的设计 (11)
3.5.1划分排水流域和管道定线 (11)
3.5.2划分设计管段 (12)
3.5.3划分并计算各设计管段的汇水面积 (13)
3.5.4确定各排水流域的平均径流系数、设计重现期P、地面集水时间t，均由原始
资料可知。

(13)
3.5.5确定单位面积径流量 (13)
3.5.6水力计算 (13)
3.5.7绘制雨水管道平面图及纵剖面图。

详见图纸 (14)
3.5.8注意事项 (14)
4．总结 (14)
附图一 (15)
附图二 (16)。