《排水管渠水力计算课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《排水管渠水力计算课件（29页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第二章第二章 排水管渠水力计算排水管渠水力计算一、污水管道中污水流动的特点一、污水管道中污水流动的特点二、污水管道水力计算的基本公式二、污水管道水力计算的基本公式三、污水管道水力计算的设计参数三、污水管道水力计算的设计参数四、污水管道的水力计算方法四、污水管道的水力计算方法五、污水管道水力计算应注意的问题五、污水管道水力计算应注意的问题污水管道中污水流动的特点污水管道中污水流动的特点1、污水管道内水质特点：、污水管道内水质特点： 含有一定数量的无机物和有机物，但总的说来，污水中的水分一般含有一定数量的无机物和有机物，但总的说来，污水中的水分一般在在99%以上，因此可假定污水按照一般液体流动的规
2、律流动。以上，因此可假定污水按照一般液体流动的规律流动。2、污水管道内水流特点、污水管道内水流特点 重力流重力流 非满流非满流 近似均匀流近似均匀流第一节第一节 污水管渠水力设计原则污水管渠水力设计原则n设计原则：设计原则：n不溢流：可能出现的不溢流：可能出现的最大流量最大流量n不淤积：大于最小流速不淤积：大于最小流速n不冲刷：小于最大流速不冲刷：小于最大流速n注意通风：非满流注意通风：非满流第二节第二节 管渠水力计算基本公式管渠水力计算基本公式一、一、 基本概念：基本概念：管渠水力计算：管渠水力计算：设计管渠时，根据水力学原理进行计算来决定管渠的管设计管渠时，根据水力学原理进行计算来决定管渠
3、的管径、坡度、高程的过程。径、坡度、高程的过程。设计管段：设计管段：一般指相邻的两个检查井的管段；一般指相邻的两个检查井的管段；当相邻的设计管段可采用相同的管径和坡度时可合并。当相邻的设计管段可采用相同的管径和坡度时可合并。二、污水管道水力计算的基本公式二、污水管道水力计算的基本公式式中：式中：Q流量，流量，m3/s； A过水断面面积，过水断面面积，m2； v流速，流速，m/s； R水力半径（过水断面积与湿周的比值），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）；水力坡度（即水面坡度，等于管底坡度）； n管壁粗糙系数管壁粗糙系数（P52）管道水力计算：通过计
4、算合理的确定管径、流速、坡度、埋深 第四节第四节 管渠水力设计主要参数管渠水力设计主要参数设计充满度（设计充满度（h/D）设计流速（设计流速（v）最小管径（最小管径（D）最小设计坡度（最小设计坡度（i）污水管道的埋设深度污水管道的埋设深度1、设计充满度（、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。指设计流量下，管道内的有效水深与管径的比值。h/D =1时，满流时，满流h/D 1时，非满流时，非满流室外排水设计规范室外排水设计规范规定，最大充满度为：规定，最大充满度为：hD管径（管径（D）或暗渠高（）或暗渠高（H） （mm）最大充满度（最大充满度（h/D）200300350
5、4505009001000 0.55(0.60)0.65(0.70)0.70(0.75)0.75(0.80) 对于明渠流：设计规范规定，设计超高不小于对于明渠流：设计规范规定，设计超高不小于0.20.2米米为什么要做最大设计充满度的规定？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，）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；为未预见水量的增长留有余地；（2）有利于管道内的通风；）有利于管道内的通风；（3）便于管道的疏通和维护管理。）便于管道的疏通和维护管理。2、设计流速（、设计流速（v）与设计流量和设计充满度相应的污水平均流速。与设
6、计流量和设计充满度相应的污水平均流速。最小设计流速：最小设计流速：是保证管道内不发生淤积的流速，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与污水中所含杂质有关；国外很多专家认为最小流速为，我国根据试验结果和运行经验确定最小流速速为，我国根据试验结果和运行经验确定最小流速为为0.6m/s。最大设计流速：最大设计流速：是保证管道不被冲刷破坏的流速，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，超国内一些城
7、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。过上述最高限值，并未发生冲刷管道的现象。3、最小管径（、最小管径（D）1、为什么要规定最小管径？、为什么要规定最小管径？ 管径过小，管道容易堵塞。如：管径过小，管道容易堵塞。如： 150mm与与200mm的管道的管道比较，前者堵塞的次数有时是后者的比较，前者堵塞的次数有时是后者的2倍，使管道的养护管理费倍，使管道的养护管理费用增加；而在相同的埋深下，施工费用相差不多。用增加；而在相同的埋深下，施工费用相差不多。 若将计算出的若将计算出的150mm改为改为200mm的管道的话，维护费用减的管道的话，维护费用减少，而且，管道的
8、坡度可减小，使管道的埋深减小。少，而且，管道的坡度可减小，使管道的埋深减小。 街坊管最小管径为街坊管最小管径为200mm，街道管最小管径为，街道管最小管径为300mm。2、什么叫不计算管段？、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。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。( 9.19L/s、 14.63L/s)4、最小设计坡度（、
9、最小设计坡度（i）相应于最小设计流速的坡度为最小设计坡度，最小设计坡相应于最小设计流速的坡度为最小设计坡度，最小设计坡度是保证不发生淤积时的坡度。度是保证不发生淤积时的坡度。（1）（2）（3）规定：管径规定：管径200mm的最小设计坡度为的最小设计坡度为0.004；管径；管径 300mm的最小设计坡度为的最小设计坡度为0.003；管径；管径400mm 的最小设计坡度为的最小设计坡度为0.0015。5、污水管道的埋设深度、污水管道的埋设深度（1）管道的埋设深度有两个意义：）管道的埋设深度有两个意义： 覆土厚度、埋设深度覆土厚度、埋设深度覆覆土土厚厚度度埋埋设设深深度度（3）决定污水管道最小覆土厚
10、度的因素有哪些？）决定污水管道最小覆土厚度的因素有哪些？冰冻线的要求冰冻线的要求满足地面荷载的要求满足地面荷载的要求满足街坊管连接要求满足街坊管连接要求地面地面管道管道 （2）管网造价）管网造价 在实际工程中，污水管道的造价由在实际工程中，污水管道的造价由选用的选用的管道材料管道材料、管道直径管道直径、施工现场施工现场地质条件地质条件、管道埋设深度管道埋设深度等四个主要因等四个主要因素决定。素决定。 室外排水设计规范规定：无保温措施的生活污水管道，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；有保温措施或水温较
11、高的管道，距离可以加大。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：管径小于验确定。无养护资料时，采用如下数值：管径小于500mm，管，管底在冰冻线上底在冰冻线上0.3m；管径大于；管径大于500mm，为，为0.5m。2 2）冰冻线的要求）冰冻线的要求1 1）满足地面荷载的要求）满足地面荷载的要求 车行道下污水管最小覆土厚度不宜小于车行道下污水管最小覆土厚度不宜小于0.70.7m。非车行。非车行道下，污水管的最小覆土厚度可适当减小。道下，污水管的最小覆土厚度可适当减小。3 3）满足街
12、坊管连接要求）满足街坊管连接要求H=Z1 （Z2h） iL 式中：式中：H街道污水管网起点的最小埋深，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，街坊污水管起点的最小埋深，0.550.65m； Z1街道污水管起点检查井检查井处地面标高，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，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；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，街坊污水管和连接支管的总长度，m； 对于每一个具体的设计管段，从上述三个不同的因素出发，可以对于每一个具体的设计管段，从上述
13、三个不同的因素出发，可以得到三个不同的管底埋深或管顶覆土厚度值，这三个数值中的最大一个得到三个不同的管底埋深或管顶覆土厚度值，这三个数值中的最大一个值就是该管段的允许最小埋设深度或最小覆土厚度。值就是该管段的允许最小埋设深度或最小覆土厚度。 除考虑最小埋深外，还应考虑最大埋深：除考虑最小埋深外，还应考虑最大埋深： 在干燥土壤中，一般不超过在干燥土壤中，一般不超过78 m； 在多水、流砂、石灰岩地层中，一般不超过在多水、流砂、石灰岩地层中，一般不超过5 m。5、污水管道的埋设深度（续）、污水管道的埋设深度（续）（2 2）衔接的方式：）衔接的方式： 水面平接水面平接 管顶平接管顶平接第五节第五节
14、污水管道的衔接污水管道的衔接（1 1）衔接的原则：）衔接的原则： 尽可能地提高下游管段的高程，减小埋深，降低造价；尽可能地提高下游管段的高程，减小埋深，降低造价； 避免上游管段回水淤积；不允许下游管底高于上游管底避免上游管段回水淤积；不允许下游管底高于上游管底第三节第三节 水力计算图水力计算图n为简化水力计算n水力计算图水力计算图（P220-236）n水力计算表水力计算表计算图：计算图：D、n已知，知道已知，知道2个查个查2个个第六节第六节 污水管段的水力计算方法污水管段的水力计算方法 在进行污水管道水力计算时，各管段的在进行污水管道水力计算时，各管段的设计流量设计流量为已知。为已知。污水管网
15、水力计算包括污水管网水力计算包括两方面两方面内容：内容：1、确定各管段的直径和坡度、确定各管段的直径和坡度 （流速和充满度）（流速和充满度） 确定出的管段直径和坡度，必须符合设计规范要求，即：计算得确定出的管段直径和坡度，必须符合设计规范要求，即：计算得来的一定管径在一定坡度的敷设下，通过设计流量时，流速要满足最来的一定管径在一定坡度的敷设下，通过设计流量时，流速要满足最小流速、最大流速的要求，充满度要满足最大充满度的要求。小流速、最大流速的要求，充满度要满足最大充满度的要求。2、 确定各管段始点和终点的埋设深度确定各管段始点和终点的埋设深度（水面标高、管底标高）（水面标高、管底标高） 处理好
16、各管段之间的衔接设计处理好各管段之间的衔接设计1、确定各管段的直径和坡度、确定各管段的直径和坡度 确定管段的直径和坡度，应从上游管段开始，依次向下游管段计算。确定管段的直径和坡度，应从上游管段开始，依次向下游管段计算。 在具体计算时，设计流量在具体计算时，设计流量Q和管道粗糙系数和管道粗糙系数n已知，已知， 还有管径还有管径D 、充满度、充满度h/D、管道坡度、管道坡度I和流速和流速v是未知的，因此需要先假定是未知的，因此需要先假定2个求其它两个，这样的数个求其它两个，这样的数学计算非常复杂，而且经常要试算。为了简化计算，常采用水力计算图进行。学计算非常复杂，而且经常要试算。为了简化计算，常采
17、用水力计算图进行。见附表。见附表。 对每一张水力计算图而言，管径对每一张水力计算图而言，管径D和粗糙系数和粗糙系数n是已知的，图上的曲线表示是已知的，图上的曲线表示的是的是Q、v、I、 h/D之间的关系，这四个因素中，只要确定两个因素，就可以通过之间的关系，这四个因素中，只要确定两个因素，就可以通过图查出其它两个因素。计算时，图查出其它两个因素。计算时， Q为已知，为已知，D不知，应确定不知，应确定D。只要再知道一个因。只要再知道一个因素就可以查图计算了，素就可以查图计算了，通常情况下先想办法假定坡度通常情况下先想办法假定坡度I。 由由Q和和I，就可查图得出，就可查图得出v、h/D 复核复核v
18、、h/D 的设计规定的设计规定若符合，则该管若符合，则该管段的段的D、I(v、h/D)即确定。若不符合，重新设定即确定。若不符合，重新设定I或管径或管径D进行计算。进行计算。 计算中涉及到管径的假定。计算中涉及到管径的假定。坡度和管径的假定是相互制约的。坡度和管径的假定是相互制约的。 管道坡度可以先假定为地面坡度，管径的选择越小越好。选择时，采管道坡度可以先假定为地面坡度，管径的选择越小越好。选择时，采用用污水管道直径选用图污水管道直径选用图，（1） 在有较大坡度地区时，在有较大坡度地区时，先假定管道的敷设坡度先假定管道的敷设坡度i，然后求出管径，然后求出管径 在该图中，根据设计流量和坡度可以
19、确定一个点，根据该点所处的区域在该图中，根据设计流量和坡度可以确定一个点，根据该点所处的区域即可选定一个合适管径。即可选定一个合适管径。（2） 在平坦或反坡地区时，在平坦或反坡地区时，先假定管道的直径，然后求出敷设坡度先假定管道的直径，然后求出敷设坡度i 按上述方法，可以暂时确定出每一个管段的管径和坡度。确按上述方法，可以暂时确定出每一个管段的管径和坡度。确定出的管径和坡度还要进行复核。定出的管径和坡度还要进行复核。 复核时，可以根据水力计算图进行查图计算，当计算出的复核时，可以根据水力计算图进行查图计算，当计算出的v、h/D 符合设计规定时，则初步确定的符合设计规定时，则初步确定的管径和坡度
20、即为所求，此时管道的管径和坡度即为所求，此时管道的v、h/D 也就计算出来了。若也就计算出来了。若v、h/D 中有一个不符合设计规定时，则要调中有一个不符合设计规定时，则要调整管径或管道坡度重新计算。整管径或管道坡度重新计算。 另外，在计算时，还要注意一点，就是不计算管段的水力计算。另外，在计算时，还要注意一点，就是不计算管段的水力计算。不计不计算管段一般在管网的起端，当街坊起端流量小于算管段一般在管网的起端，当街坊起端流量小于9.19L/s，街道起端流量小，街道起端流量小于于14.63L/s时，管道分别采用时，管道分别采用200mm和和300mm的管径。的管径。 2、 确定各管段始点和终点的
21、埋设深度确定各管段始点和终点的埋设深度（水面标高、管底标高）（水面标高、管底标高） 即衔接设计，衔接设计也是由上游管段向下游管段进行的。即衔接设计，衔接设计也是由上游管段向下游管段进行的。（1）首先确定第一个管段的起点、终点的埋深）首先确定第一个管段的起点、终点的埋深（管底标高、水面标高）（管底标高、水面标高） a、确定出第一个管段的起点埋深、确定出第一个管段的起点埋深H1： 第一个管段的起点通常是管网的控制点。根据埋深的三个要求，确定出第一个管段的起点通常是管网的控制点。根据埋深的三个要求，确定出第一个管段的起点埋深第一个管段的起点埋深H1 b 、起点的管底标高、起点的管底标高 =起点的地面
22、标高起点的地面标高E1起点埋深起点埋深H1 c、起点的水面标高、起点的水面标高 =起点的管底标高起点的管底标高 +管中水管中水 深深h d 、终点的管底标高起点的管底标高、终点的管底标高起点的管底标高 iL e 、终点的水面标高终点的管底标高、终点的水面标高终点的管底标高 +管中水管中水 深深h f 、终点的埋深、终点的埋深H2=终点的地面标高终点的地面标高E2终点的管底标高终点的管底标高覆土厚度埋设深度地面管道（2）确定第二个管段的起点、终点的埋深）确定第二个管段的起点、终点的埋深（管底标高、水面标高）（管底标高、水面标高）首先应确定与第一个管段的衔接关系（根据具体情况选用一种首先应确定与第
23、一个管段的衔接关系（根据具体情况选用一种 ）如管顶平接如管顶平接（上游管段的终点与下游管段的起点管顶标高相同）（上游管段的终点与下游管段的起点管顶标高相同）第二管段起点的管底标高第二管段起点的管底标高上游上游终点的管底标高终点的管底标高+上游管径下游管径上游管径下游管径第二管段起点的水面标高第二管段起点的水面标高起起点的管底标高点的管底标高+管中水深管中水深h第二管段起点的埋深第二管段起点的埋深H1=起点的地面标高起点的地面标高E1起点的管底标高起点的管底标高即可求出第二管段终点的管底标高、水面标高、埋设深度即可求出第二管段终点的管底标高、水面标高、埋设深度如水面平接如水面平接（上游管段的终点
24、与下游管段的起点水面标高相同）上游管段的终点与下游管段的起点水面标高相同）第二管段起点的管底标高第二管段起点的管底标高上游上游终点的水面标高下游管中的水深终点的水面标高下游管中的水深同理可依次求出后续下游管段的起点和终点埋深同理可依次求出后续下游管段的起点和终点埋深五、污水管道水力计算应注意的问题五、污水管道水力计算应注意的问题（1）确定管道的管径和坡度应与确定管道的起点终点埋深交错进行。）确定管道的管径和坡度应与确定管道的起点终点埋深交错进行。（2）必须仔细研究管网系统的控制点。）必须仔细研究管网系统的控制点。 控制点常位于区域的最远或最低处。各条管道的起点、低洼地区的个别控制点常位于区域的
25、最远或最低处。各条管道的起点、低洼地区的个别街坊、污水出水口较深的工业企业或公共建筑都是研究的对象。街坊、污水出水口较深的工业企业或公共建筑都是研究的对象。（3） 水力计算从上游依次向下游进行水力计算从上游依次向下游进行 一般情况下，随着设计流量逐段增加，设计流速也应相应增加或不变。一般情况下，随着设计流量逐段增加，设计流速也应相应增加或不变。但是，当管道坡度突然变小时，设计流速才允许减小。但是，当管道坡度突然变小时，设计流速才允许减小。 另外，随着设计流量逐段增加，设计管径也应相应增加或不变。但是，另外，随着设计流量逐段增加，设计管径也应相应增加或不变。但是，当管道坡度突然增大时，管径也可以
26、减小，减小的范围不得超过当管道坡度突然增大时，管径也可以减小，减小的范围不得超过50100mm。（4）跌水井的设置）跌水井的设置 在地面坡度太大时，为了减小管内水流速度，防止管壁被冲刷，管在地面坡度太大时，为了减小管内水流速度，防止管壁被冲刷，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，因此在适当的点可设置跌水井。足最小限值的要求，甚至超出地面，因此在适当的点可设置跌水井。 在旁侧管与干管的连接处。要考虑干管的埋深是否允许旁侧管接入，在旁侧管与干管的连接处。要考虑干管的埋深是否
27、允许旁侧管接入，根据情况设置跌水井。根据情况设置跌水井。（5）泵站的设置）泵站的设置 在干燥土壤中，管道的埋深一般不超过在干燥土壤中，管道的埋深一般不超过78 m；在多水、流砂、石灰；在多水、流砂、石灰岩地层中，一般不超过岩地层中，一般不超过5 m。如果超过，则要设置泵站。如果超过，则要设置泵站。五、污水管道水力计算应注意的问题五、污水管道水力计算应注意的问题控制点控制点的确定（的确定（P76）对管道系统的埋深起控制作用的点，通常在管道起点对管道系统的埋深起控制作用的点，通常在管道起点或最低最远点。或最低最远点。 各条管道的起点大都是该条管道的控制点。这些控制各条管道的起点大都是该条管道的控制点。这些控制点中离污水厂最远的那点，通常是整个系统的控制点。点中离污水厂最远的那点，通常是整个系统的控制点。 确定控制点的标高，确定控制点的标高，一方面，要保证排水区域一方面，要保证排水区域内各点的污水都能够排出；内各点的污水都能够排出；另一方面，不能因为照顾另一方面，不能因为照顾个别控制点而增加整个管个别控制点而增加整个管道系统的埋深。道系统的埋深。小结：n设计原则：不溢流、不淤积、不冲刷、通风设计原则：不溢流、不淤积、不冲刷、通风n基本参数：基本参数：6个个n水力计算方法：图表法（计算器）水力计算方法：图表法（计算器）
