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1、污水管道的水力计算,污水管道内水质特点:,污水管道内水流特点,重力流,非满流,近似均匀流,排水管网理论与计算周玉文、赵洪宾著,三、污水管道的水力计算(续1),水力计算的基本公式,式中:Q流量,m3/s;过水断面面积,m2;v流速,m/s;R水力半径(过水断面积与湿周的比值),m;I水力坡度(即水面坡度,等于管底坡度);C流速系数,或谢才系数。 C值一般按曼宁公式计算,即,n管壁粗糙系数,三、污水管道的水力计算(续2),污水管道水力计算的设计数据,设计充满度(h/D),设计流速(v),最小管径(D),最小设计坡度(i),设计充满度(h/D),指设计流量下,管道内的有效水深与管径的比值。,h/D
2、=1时,满流,h/D 1时,非满流,室外排水设计规范规定,最大充满度为:,管径(D)或暗渠高(H) (mm),最大充满度(h/D),200300 350450 500900 1000,0.55(0.60) 0.65(0.70) 0.70(0.75) 0.75(0.80),h,D,为什么要做最大设计充满度的规定?,1、预留一定的过水能力,防止水量变化的冲击,为未预见水量的增长留有余地;2、有利于管道内的通风;3、便于管道的疏通和维护管理。,设计流速,与设计流量和设计充满度相应的污水平均流速。,最小设计流速:是保证管道内不发生淤积的流速,与污水中所含杂质有关;国外很多专家认为最小流速为0.6-0.
3、75m/s,我国根据试验结果和运行经验确定最小流速为0.6m/s。,最大设计流速:是保证管道不被冲刷破坏的流速,与管道材料有关;金属管道的最大流速为10m/s,非金属管道的最大流速为5m/s。,*国内一些城市污水管道长期运行的情况说明,超过上述最高限值,并未发生冲刷管道的现象。,最小管径,1、为什么要规定最小管径?街坊管最小管径为200mm,街道管最小管径为300mm。2、什么叫不计算管段?在管道起端由于流量较小,通过水力计算查得的管径小于最小管径,对于这样的管段可不用再进行其他的水力计算,而直接采用最小管径和相应的最小坡度,这样的管段称为不计算管段。,最小设计坡度,相应于最小设计流速的坡度为
4、最小设计坡度,最小设计坡度是保证不发生淤积时的坡度。,(1),(2),(3),规定:管径200mm的最小设计坡度为0.004;管径300mm的最小设计坡度为0.003;管径400mm的最小设计坡度为0.0015。,三、污水管道的水力计算(续3),污水管道的埋设深度,管道的埋设深度有两个意义:,覆土厚度,埋设深度,决定污水管道最小覆土厚度的因素有哪些?,冰冻线的要求,地面荷载,满足街坊管连接要求,地面,管道,温度与地层深度关系图,哈尔滨建筑大学与东北院部分研究结论:,1、东北寒冷地区城镇冬季生活污水水温在4-15度之间,以地表水为给水水源所排出的生活污水水温在4-10度之间,以地下水为水源排出的
5、生活污水水温在8-15之间。2、出户管及起始端污水支管容易发生冰冻,主要是因为流量小,坡度小,容易产生沉积堵塞而发生冰冻。加大污水管坡度,可使容易冰冻的污水支管不发生冰冻。3、污水管埋深必须避开有严重破坏能力的冻胀层或对冻胀层加以处理。粗砂和砂砾层冰冻时,水向下流,不具有冻胀性。,室外排水设计规范规定:无保温措施的生活污水管道,管底可埋设在冰冻线以上0.15m;有保温措施或水温较高的管道,距离可以加大。国外规范规定:污水管道最小埋深,应根据当地的养护经验确定。无养护资料时,采用如下数值:管径小于500mm,管底在冰冻线上0.3m;管径大于500mm,为0.5m。,三、污水管道的水力计算(续3)
6、,污水管道的埋设深度,管道的埋设深度有两个意义:,覆土厚度,埋设深度,决定污水管道最小覆土厚度的因素有哪些?,冰冻线的要求,地面荷载,满足街坊管连接要求,地面,管道,H=h+IL+Z1-Z2+h式中:H街道污水管网起点的最小埋深,m;h街坊污水管起点的最小埋深,0.60.7m;Z1街道污水管起点检查井检查井处地面标高,m;Z2街坊污水管起点检查井检查井处地面标高,m;I街坊污水管和连接支管的坡度;L街坊污水管和连接支管的总长度,m;h连接支管与街道污水管的管内底高差,m。,三、污水管道的水力计算(续4),污水管道水力计算的方法,1、需要确定的参数流量Q、管径D、坡度I、流速v、充满度h/D和埋
7、深H。2、确定方法首先根据已知资料,计算出流量Q,根据Q值可初步确定管径D;然后,根据Q、D值,求I、h/D、v值。在这三个未知数中,还需知道一个参数,才能求得另外两个,此时可以在三个参数中先假设一个值,比如流速为最小流速,或是坡度为最小坡度,或是充满度满足一定要求等,之后进行查表或查图,就可得出其余两个未知数;最后要进行校核,若得出的两个参数满足其规定的要求,则计算完成,若不满足要求,则需调整假设值,甚至管径D,重新进行计算。,例1 已知n=0.014,D=300mm,I=0.004,Q=30L/s,求v和h/D。,例1 已知n=0.014,D=300mm, h/D =0.55,Q=32L/s,求v和I 。,