水污染控制工程經(jīng)典課件第二章——溝道水力學(xué)

1、水污染控制工程經(jīng)典課件第二章溝道水力學(xué)第二章第二章 溝道水力學(xué)溝道水力學(xué)水污染控制工程經(jīng)典課件第二章溝道水力學(xué)第一節(jié) 溝道中的水流情況1 1溝道的分布特點(diǎn)溝道的分布特點(diǎn) 類(lèi)似于河流，由支管收集排水后匯集成干管，干管再匯集成主干管。如住宅住宅街坊街坊街道街道城市主干管城市主干管河河流或污水處理廠流或污水處理廠2 2溝道中的水流狀態(tài)溝道中的水流狀態(tài) 1）重力流重力流 溝道中水流依靠重力的作用從高處流向低處溝道中水流依靠重力的作用從高處流向低處。溝道內(nèi)水流流量和流速是經(jīng)常變化的，不是均勻流。流速一般較小，流速小時(shí)管中雜物易沉積，流速大時(shí)雜物被沖走，故需要有一定的自?xún)袅魉僮詢(xún)袅魉佟?2）壓力流壓力流

2、溝道中流體在有壓狀態(tài)下流動(dòng)（如水泵出水管），可高處高處低處低處或低處低處高處。高處。水污染控制工程經(jīng)典課件第二章溝道水力學(xué)第二節(jié) 污水溝道水力學(xué)設(shè)計(jì)的原則 1 1不溢流不溢流 污水溢流到地面將污染環(huán)境，所以設(shè)計(jì)時(shí)要保證不溢流，則水力學(xué)計(jì)算時(shí)所采用的設(shè)計(jì)流量應(yīng)是可能出現(xiàn)的最大流量。2 2不淤積不淤積 污水中含有固體雜質(zhì)，流速慢時(shí)易沉積于溝道內(nèi)，降低溝道輸送能力，甚至造成堵塞。所以水流流速應(yīng)有一個(gè)最低限值，保證雜質(zhì)不沉積，叫自?xún)袅魉僮詢(xún)袅魉?。最小流速：最小流速：污水管道?.6m/s，明溝為0.4m/s。水污染控制工程經(jīng)典課件第二章溝道水力學(xué)3 3不沖刷不沖刷 溝道內(nèi)流速過(guò)大時(shí)就會(huì)沖刷和損壞溝道內(nèi)

3、壁，因此水流流速應(yīng)有一個(gè)最高限值，保證雜質(zhì)不沉積。最大流速：最大流速： 金屬管道為10m/s；非金屬管道為5m/s。4 4注意通風(fēng)注意通風(fēng) 生活污水、工業(yè)廢水、管內(nèi)淤積物在溝道中會(huì)散發(fā)有毒（H2S等）或可燃?xì)怏w（甲烷氣或其它氣體），會(huì)傷害下溝養(yǎng)護(hù)溝道的工人或引起爆炸，故污水溝道按不滿(mǎn)流設(shè)計(jì)，使管道上方留有空間通風(fēng)排氣，并可保證不溢流。其最大設(shè)計(jì)充滿(mǎn)度其最大設(shè)計(jì)充滿(mǎn)度按教材表按教材表2-22-2。水污染控制工程經(jīng)典課件第二章溝道水力學(xué)第三節(jié) 溝道水力學(xué)的計(jì)算公式1 1基本概念基本概念 a.水力學(xué)的計(jì)算意義水力學(xué)的計(jì)算意義：通過(guò)計(jì)算確定溝道的斷面形斷面形式和尺寸式和尺寸、坡度坡度、檢查井處的管道連

4、接檢查井處的管道連接、溝道底標(biāo)高溝道底標(biāo)高。 b.設(shè)計(jì)溝段：設(shè)計(jì)溝段：一般將兩個(gè)檢查井間的溝道段作為設(shè)計(jì)對(duì)象，稱(chēng)設(shè)計(jì)溝段。2 2計(jì)算公式計(jì)算公式 特點(diǎn)：特點(diǎn)：溝道內(nèi)水流不是均勻流，但當(dāng)管段不長(zhǎng)且管內(nèi)沒(méi)有大量沉積物時(shí)可視為均勻流，采用均勻流水力學(xué)計(jì)算公式：水污染控制工程經(jīng)典課件第二章溝道水力學(xué)1）流量公式式中： 設(shè)計(jì)段的流量，m3/s； 設(shè)計(jì)段的過(guò)水?dāng)嗝婷娣e，m2； 設(shè)計(jì)段過(guò)水?dāng)嗝娴钠骄魉?，m/s；vAqvvqvAA水污染控制工程經(jīng)典課件第二章溝道水力學(xué)2）流速公式 式中： n溝道壁粗糙系數(shù)，取值參見(jiàn)教材表2-1； R溝道水力半徑，m；（過(guò)水?dāng)嗝婷娣e/濕周） I 水力坡度； 2/13/21IR

5、nv水污染控制工程經(jīng)典課件第二章溝道水力學(xué)第四節(jié) 水力學(xué)計(jì)算圖 由于計(jì)算公式中有6個(gè)水力參數(shù)，在設(shè)計(jì)中除 和n已知外，其它為未知數(shù)，所以依靠計(jì)算公式計(jì)算非常復(fù)雜，所以工程設(shè)計(jì)中一般依靠水力學(xué)計(jì)算圖水力學(xué)計(jì)算圖或水力學(xué)計(jì)水力學(xué)計(jì)算表算表來(lái)進(jìn)行計(jì)算。水力學(xué)計(jì)算圖水力學(xué)計(jì)算圖分類(lèi)： a.不滿(mǎn)流圓形溝道； b.滿(mǎn)流圓形溝道； c.滿(mǎn)流矩形溝道； d.不滿(mǎn)流矩形溝道（明渠流）四種水力學(xué)計(jì)算圖水力學(xué)計(jì)算圖。v水污染控制工程經(jīng)典課件第二章溝道水力學(xué)1.1.不滿(mǎn)流圓形溝道水力學(xué)計(jì)算圖不滿(mǎn)流圓形溝道水力學(xué)計(jì)算圖水力學(xué)計(jì)算圖水力學(xué)計(jì)算圖參見(jiàn)教材附圖117。 a.a. 適用范圍：適用范圍： n=0.014，管徑20

6、01500，500以下每50mm一檔，500以上每100mm一檔。 b. b. 計(jì)算圖特點(diǎn)：計(jì)算圖特點(diǎn)： 1）每張圖中管徑D和溝道壁粗糙系數(shù)n已知（在圖的右下角），曲線(xiàn)表示 、 、 、 （充滿(mǎn)度，R的函數(shù)）之間的關(guān)系，四個(gè)因素中只要知道兩個(gè)就可通過(guò)計(jì)算圖查出另兩個(gè)。 2）每張圖上有四組線(xiàn)條，豎線(xiàn)代表流量、橫線(xiàn)代表坡度、從左向右傾斜的表示流速、從右向左傾斜的表示充滿(mǎn)度。vqvIDh/水污染控制工程經(jīng)典課件第二章溝道水力學(xué)c. 舉例舉例例題1已知n=0.014，D=300mm，i=0.0024，qv=25.5l/s，求v和h/D。例題2已知n=0.014，D=300mm，i=0.003，qv=26

7、l/s，求v和h/D。 水污染控制工程經(jīng)典課件第二章溝道水力學(xué)查圖得查圖得v=0.65m/sv=0.65m/s，h/D=0.55h/D=0.55圖1水污染控制工程經(jīng)典課件第二章溝道水力學(xué)查圖得查圖得v=0.71m/sv=0.71m/s，h/D=0.52h/D=0.52圖2水污染控制工程經(jīng)典課件第二章溝道水力學(xué)圖3水污染控制工程經(jīng)典課件第二章溝道水力學(xué)2.2.滿(mǎn)流圓形溝道水力學(xué)計(jì)算圖滿(mǎn)流圓形溝道水力學(xué)計(jì)算圖a. a. 適用范圍：適用范圍： n=0.013，管徑1502000，。b. b. 計(jì)算圖特點(diǎn)：計(jì)算圖特點(diǎn)： 1）圖中為鋼筋混凝土圓管，溝道壁粗糙系數(shù)n已知（在圖的右下角），曲線(xiàn)表示 、 、

8、、管徑之間的關(guān)系，四個(gè)因素中只要知道兩個(gè)就可通過(guò)計(jì)算圖查出另兩個(gè)。 2）每張圖上有四組線(xiàn)條，豎線(xiàn)代表流量、橫線(xiàn)代表坡度、從左向右傾斜的表示流速、從右向左傾斜的表示管徑。 3）使用方法同不滿(mǎn)流vqvI水污染控制工程經(jīng)典課件第二章溝道水力學(xué)圖4水污染控制工程經(jīng)典課件第二章溝道水力學(xué)3.3.不滿(mǎn)流圓形溝道的水力學(xué)算圖不滿(mǎn)流圓形溝道的水力學(xué)算圖 不滿(mǎn)流圓形溝道的水力學(xué)算圖也可用于滿(mǎn)流圓形溝道的計(jì)算，因?yàn)椋?在無(wú)水壓圓管中，充滿(mǎn)度h/D=0.8時(shí)的流量和滿(mǎn)流（h/D=1.0)時(shí)的流量近似相等，所以不滿(mǎn)流圓形溝道的水力學(xué)算圖、算表也可用于滿(mǎn)流圓形溝道的計(jì)算。水污染控制工程經(jīng)典課件第二章溝道水力學(xué)第五節(jié) 溝

9、道水力學(xué)設(shè)計(jì)依據(jù)一設(shè)計(jì)依據(jù)一設(shè)計(jì)依據(jù)1 1設(shè)計(jì)充滿(mǎn)度設(shè)計(jì)充滿(mǎn)度 污水按不滿(mǎn)流設(shè)計(jì)，雨水管道和合流管道應(yīng)按滿(mǎn)流計(jì)污水按不滿(mǎn)流設(shè)計(jì)，雨水管道和合流管道應(yīng)按滿(mǎn)流計(jì)算。明渠超高不小于算。明渠超高不小于0.2m0.2m。2 2設(shè)計(jì)流速設(shè)計(jì)流速 最小流速：最小流速： 污水管道為0.6m/s，明溝為0.4m/s。 最大流速：最大流速： 金屬管道為10m/s；非金屬管道為5m/s。水污染控制工程經(jīng)典課件第二章溝道水力學(xué)3 3最小管徑最小管徑 上游部分污水流量較小，根據(jù)流量計(jì)算其管徑也較小，但管徑小易堵塞，不易疏通，所以必須規(guī)定一個(gè)最小管徑，當(dāng)計(jì)算管徑小于最小管徑時(shí)采用最小管徑，大于最小管徑時(shí)采用計(jì)算值。 街坊

10、和廠區(qū)內(nèi)最小管徑街坊和廠區(qū)內(nèi)最小管徑DN200DN200、最小坡度、最小坡度i=0.004i=0.004；街；街道下最小管徑道下最小管徑DN300DN300、最小坡度、最小坡度i=0.003i=0.003。4 4最小設(shè)計(jì)坡度最小設(shè)計(jì)坡度 同最小設(shè)計(jì)流速相應(yīng)的坡度叫最小設(shè)計(jì)坡度 街坊和廠區(qū)內(nèi)最小坡度街坊和廠區(qū)內(nèi)最小坡度i=0.004i=0.004；街道下最小坡度；街道下最小坡度i=0.003i=0.003。 水污染控制工程經(jīng)典課件第二章溝道水力學(xué)5 5溝道的埋設(shè)深度和覆土深度溝道的埋設(shè)深度和覆土深度 1 1）埋設(shè)深度）埋設(shè)深度：溝道內(nèi)底至地面的距離。埋設(shè)深度埋設(shè)深度影響系統(tǒng)的造價(jià)和施工，埋設(shè)深度

11、越深，造價(jià)越貴，施工期越長(zhǎng)；埋設(shè)深度越深，造價(jià)越貴，施工期越長(zhǎng)；反之，埋設(shè)深度越淺，造價(jià)越便宜，施工期越短。反之，埋設(shè)深度越淺，造價(jià)越便宜，施工期越短。 根據(jù)技術(shù)指標(biāo)和施工方法，溝道的最大埋深：溝道的最大埋深：干燥土壤中不超過(guò)78m；在多水、流沙、石灰?guī)r地層中不超過(guò)5m。 2）覆土深度：覆土深度：溝道頂外壁到地面的距離。溝道的覆土厚度有一個(gè)最小限值，稱(chēng)最小覆土厚度。最小覆土厚度決定于下列三個(gè)因素： 必須防止溝道中的污水冰凍和因土壤冰凍膨脹而損壞溝道； 必須防止溝壁被車(chē)輛造成的活荷重壓壞； 必須滿(mǎn)足支溝在銜接上的要求。 水污染控制工程經(jīng)典課件第二章溝道水力學(xué)圖5水污染控制工程經(jīng)典課件第二章溝道水

12、力學(xué)室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)對(duì)最小覆土厚度最小覆土厚度的規(guī)定：的規(guī)定： 在車(chē)行道下，溝頂最小覆土厚度一般不宜小于0.7m。在保證溝道不會(huì)受外部荷重?fù)p壞時(shí)，最小覆土厚度可適當(dāng)減小。 街道下的污水溝道一定要能承接街區(qū)或廠區(qū)內(nèi)的污水溝道，因此，它的最小覆土厚度就受街區(qū)或廠區(qū)內(nèi)的污水溝道埋深的控制。房屋排出管的最小埋深通常采用0.550.65 m。水污染控制工程經(jīng)典課件第二章溝道水力學(xué)最小覆土厚度的計(jì)算：最小覆土厚度的計(jì)算： 街溝最小覆土厚度的計(jì)算見(jiàn)左街溝最小覆土厚度的計(jì)算見(jiàn)左圖，街溝的最小覆土厚度可用圖，街溝的最小覆土厚度可用下式計(jì)算：下式計(jì)算： 式中：d街溝的最小覆土厚度，m； h街區(qū)或

13、廠區(qū)內(nèi)的污水溝道起端的最小埋深，m； i街區(qū)或廠區(qū)內(nèi)的污水溝道和連接支管的坡度； L街區(qū)或廠區(qū)內(nèi)的污水溝道和連接支管的總長(zhǎng)度，m h1街溝窨井處地面高程，m； h2一街區(qū)或廠區(qū)內(nèi)的污水溝道起點(diǎn)窨井處地面高程，m。 21hhiLhd 在上式的推算中，采用了連接支管的溝底與街溝溝頂相平的連接方式，這僅是為了便于表達(dá)。水污染控制工程經(jīng)典課件第二章溝道水力學(xué)第六節(jié) 溝段的銜接 檢查井上、下游的溝段在銜接時(shí)應(yīng)遵循下述原則：盡可能提高下游溝段的高程，以減少埋深、降低造價(jià)；避免在上游溝段中形成回水而造成淤積；不允許下游溝段的溝底高于上游溝段的溝底。溝段的銜接方法分三種溝段的銜接方法分三種：通常采用溝頂平接溝

14、頂平接(見(jiàn)圖2-7，a)，有時(shí)也采用水面平接水面平接(見(jiàn)圖2-7，b)。在特殊情況下需要采用溝底平接溝底平接(見(jiàn)圖2-7，c)。水污染控制工程經(jīng)典課件第二章溝道水力學(xué)a. a. 溝頂平接溝頂平接 指在水力學(xué)計(jì)算中使上、下游溝段的溝頂內(nèi)壁的高程相同。 特點(diǎn)：特點(diǎn)：上游段不易回水， 但下游埋深加大。水污染控制工程經(jīng)典課件第二章溝道水力學(xué)b. b. 水面平接水面平接 是指在水力學(xué)計(jì)算中，使上、下游溝段的水面高程相同。 特點(diǎn)：特點(diǎn)： 流量出現(xiàn)變化時(shí)上游易產(chǎn)生回水，但下游溝道的埋深可以淺些 水污染控制工程經(jīng)典課件第二章溝道水力學(xué)c. c. 溝底平接溝底平接 指在水力學(xué)計(jì)中，要使上、下游溝段的溝底內(nèi)壁的高

15、程同。 水污染控制工程經(jīng)典課件第二章溝道水力學(xué) 三種連接方式的應(yīng)用條件：三種連接方式的應(yīng)用條件： 室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范第3.3.1條規(guī)定：各種不同管徑的管道在檢查井內(nèi)的連接，宜采用水面或管頂平接水面或管頂平接。 溝頂平接：溝頂平接： 在一般情況下，異管徑溝段采用溝頂平接。有時(shí)，當(dāng)上下游溝段管徑相同而下游溝段的充盈深小于上游溝段的充盈深時(shí)，(由小坡度轉(zhuǎn)入較陡的坡度時(shí)，可能出現(xiàn)這種情況)，也可采用溝頂平接。水污染控制工程經(jīng)典課件第二章溝道水力學(xué) 水面平接水面平接： 通常，同管徑溝段往往是下游溝段的充盈深大于上游溝段的充盈深。為了避免在上游溝段中形成回水而采用水面平接。在平坦地區(qū)，為了減少溝道埋深，異管

16、徑的溝段有時(shí)也采用水面平接或充滿(mǎn)度0.8處平接。 溝底平接溝底平接: : 在特殊情況下，下游溝段的管徑小于上游溝段的管徑(坡度突然變陡時(shí)，可能出現(xiàn)這種情況)，而不能采用溝頂平接或水面平接時(shí)，應(yīng)采用溝底平接以防下游溝段的溝底高于上游溝段的溝底。為了減少溝道系統(tǒng)的埋深，雖然下游溝管管徑大于上游溝管管徑，有時(shí)也可采用溝底平接。水污染控制工程經(jīng)典課件第二章溝道水力學(xué) 總之，溝段的銜接是以盡量減少溝道埋深為前提，而且在檢查井處不應(yīng)發(fā)生以下兩種情況不應(yīng)發(fā)生以下兩種情況： 下游溝底高于上游溝底； 下游水位高于上游水位。 水污染控制工程經(jīng)典課件第二章溝道水力學(xué)第七節(jié) 溝段水力學(xué)計(jì)算舉例 一水力學(xué)計(jì)算所需條件一

17、水力學(xué)計(jì)算所需條件 計(jì)算溝段的設(shè)計(jì)流量、溝段長(zhǎng)度、檢查井處的地面高程，根據(jù)地面高程和溝段長(zhǎng)度可以算出地面坡度。 計(jì)算從上游開(kāi)始，所以計(jì)算時(shí)上游溝段的口徑、高程、埋深等是已知的。通常設(shè)計(jì)溝段的坡度在數(shù)值上與地面坡度相近，溝段口徑則與上游溝段口徑相近。現(xiàn)舉例說(shuō)明： 水污染控制工程經(jīng)典課件第二章溝道水力學(xué) 例2-4已知設(shè)計(jì)溝段長(zhǎng)度L為240m；地面坡度I為0.0024；流量qV為40L/s，上游溝段管徑D300，充滿(mǎn)度h/D為0.55，溝底高程為44.22 m，地面高程為46.06 m，覆土厚度為1.54 m(參看圖2-8)。 求：設(shè)計(jì)溝段的口徑和溝底高程。水污染控制工程經(jīng)典課件第二章溝道水力學(xué)例2-5 已知設(shè)計(jì)溝段長(zhǎng)度L=130m，地面坡度I=0.0014，流量qv=56L/s，上游溝段口徑D=350mm，充滿(mǎn)度h/D=0.59，溝底高程為43.67 m，地面高程為45.48mm。 求：設(shè)計(jì)溝段的口徑與溝底高程。水污染控制工程經(jīng)典課件第二章溝道水力學(xué)例例2-62-6已知L=190m，qv=6