第2章 排水管渠水力計(jì)算課件

1、水污染控制工程（上冊）課件水污染控制工程（上冊）課件第第2章章 排水管渠水力計(jì)算排水管渠水力計(jì)算2.1 污水管渠水力設(shè)計(jì)原則污水管渠水力設(shè)計(jì)原則2.2 管渠水力計(jì)算基本公式管渠水力計(jì)算基本公式2.3 管段水力設(shè)計(jì)主要參數(shù)管段水力設(shè)計(jì)主要參數(shù)2.4 管段的銜接管段的銜接2.5 水力學(xué)算圖水力學(xué)算圖2.6 管段水力計(jì)算管段水力計(jì)算2.7 倒虹管水力計(jì)算倒虹管水力計(jì)算水污染控制工程（上冊）課件水污染控制工程（上冊）課件2.1 污水管渠水力設(shè)計(jì)原則污水管渠水力設(shè)計(jì)原則一、不溢流（一、不溢流（Q、充滿度、充滿度h/D）二、不淤積（二、不淤積（Vmin）三、不沖刷管壁（三、不沖刷管壁（Vmax）四、要注意

2、通風(fēng)（充滿度四、要注意通風(fēng)（充滿度h/D）水污染控制工程（上冊）課件水污染控制工程（上冊）課件2.2 管渠水力計(jì)算基本公式管渠水力計(jì)算基本公式 設(shè)計(jì)管渠時(shí)，是根據(jù)水力學(xué)（流體力學(xué)）原理進(jìn)行水設(shè)計(jì)管渠時(shí)，是根據(jù)水力學(xué)（流體力學(xué)）原理進(jìn)行水力計(jì)算來決定管渠的力計(jì)算來決定管渠的管徑管徑、坡度坡度和檢查井處的和檢查井處的管底高程管底高程。 對于兩個(gè)檢查井之間的連續(xù)管段，如果采用的設(shè)計(jì)流對于兩個(gè)檢查井之間的連續(xù)管段，如果采用的設(shè)計(jì)流量不變，且采用同樣的管徑和坡度，則這樣的連續(xù)管段就量不變，且采用同樣的管徑和坡度，則這樣的連續(xù)管段就稱為稱為設(shè)計(jì)管段設(shè)計(jì)管段。設(shè)計(jì)管段兩端的檢查井稱為。設(shè)計(jì)管段兩端的檢查井稱

3、為設(shè)計(jì)管段的起設(shè)計(jì)管段的起止檢查井（簡稱起迄點(diǎn)）止檢查井（簡稱起迄點(diǎn)）。 兩個(gè)檢查井之間的管段稱為設(shè)計(jì)管段。兩個(gè)檢查井之間的管段稱為設(shè)計(jì)管段。 采用同樣管徑和坡度的管段稱為設(shè)計(jì)管段。采用同樣管徑和坡度的管段稱為設(shè)計(jì)管段。水污染控制工程（上冊）課件水污染控制工程（上冊）課件 在不長的設(shè)計(jì)管段上，當(dāng)流量沒有很大變化，管渠內(nèi)在不長的設(shè)計(jì)管段上，當(dāng)流量沒有很大變化，管渠內(nèi)沒有大量沉積物時(shí)，管渠中水流流態(tài)接近均勻流，所以計(jì)沒有大量沉積物時(shí)，管渠中水流流態(tài)接近均勻流，所以計(jì)算時(shí)采用算時(shí)采用均勻流公式均勻流公式。21321IRnvvAQ流速公式：流量公式：（2-1）（2-2）式中式中Q設(shè)計(jì)管段設(shè)計(jì)流量，設(shè)計(jì)

4、管段設(shè)計(jì)流量，m3/s；A設(shè)計(jì)管段的過水?dāng)嗝婷娣e，設(shè)計(jì)管段的過水?dāng)嗝婷娣e，m2；v 設(shè)計(jì)管段過水?dāng)嗝娴钠骄魉?，設(shè)計(jì)管段過水?dāng)嗝娴钠骄魉伲琺/s；R設(shè)計(jì)管段過水?dāng)嗝娴乃Π霃剑O(shè)計(jì)管段過水?dāng)嗝娴乃Π霃?，m；I 水力坡度；水力坡度；n管壁粗糙系數(shù)（見表管壁粗糙系數(shù)（見表2-1）。）。水污染控制工程（上冊）課件水污染控制工程（上冊）課件2.3 管渠水力設(shè)計(jì)主要參數(shù)管渠水力設(shè)計(jì)主要參數(shù)21321IRnvvAQ流速公式：流量公式：（2-1）（2-2）由明渠均勻流公式可知：由明渠均勻流公式可知：對于一個(gè)設(shè)計(jì)管段有六個(gè)水力要素：對于一個(gè)設(shè)計(jì)管段有六個(gè)水力要素： 管徑管徑D、粗糙系數(shù)、粗糙系數(shù)n、充滿度

5、、充滿度h/D、水力坡度（管底坡度）水力坡度（管底坡度）i、流量、流量Q、流速、流速v水污染控制工程（上冊）課件水污染控制工程（上冊）課件1、設(shè)計(jì)充滿度（設(shè)計(jì)充滿度（h/D） 在設(shè)計(jì)流量下，污水在管道中的水深在設(shè)計(jì)流量下，污水在管道中的水深h與管道直徑與管道直徑D的的比值（比值（h/D）稱為）稱為設(shè)計(jì)充滿度設(shè)計(jì)充滿度。hDh/D =1時(shí)，滿流時(shí)，滿流h/D 1時(shí)，非滿流時(shí)，非滿流 我國我國室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范（GB 500142006）規(guī)定，規(guī)定，污水管道按非滿流進(jìn)行設(shè)計(jì)。污水管道按非滿流進(jìn)行設(shè)計(jì)。水污染控制工程（上冊）課件水污染控制工程（上冊）課件污水管道按非滿流設(shè)計(jì)，污水管道按

6、非滿流設(shè)計(jì)，為什么為什么？（1）污水流量很難精確計(jì)算，而且雨水或地下水可能滲）污水流量很難精確計(jì)算，而且雨水或地下水可能滲入污水管道增加流量，因此，選用的污水管道斷面面積應(yīng)入污水管道增加流量，因此，選用的污水管道斷面面積應(yīng)留有余地，以防污水溢出；留有余地，以防污水溢出； （2）污水管道內(nèi)沉積的污泥可能分解析出一些有害及易）污水管道內(nèi)沉積的污泥可能分解析出一些有害及易爆氣體，需留出適當(dāng)?shù)目臻g，以利管道內(nèi)的通風(fēng)，排除有爆氣體，需留出適當(dāng)?shù)目臻g，以利管道內(nèi)的通風(fēng)，排除有害及易爆氣體；害及易爆氣體；（3）便于管道的清理和養(yǎng)護(hù)管理。）便于管道的清理和養(yǎng)護(hù)管理。水污染控制工程（上冊）課件水污染控制工程（上

7、冊）課件 最大設(shè)計(jì)充滿度最大設(shè)計(jì)充滿度 管徑或渠高（管徑或渠高（mm）最大設(shè)計(jì)充滿度最大設(shè)計(jì)充滿度20030035045050090010000.550.650.700.75 在進(jìn)行水力計(jì)算時(shí)，所選用的充滿度，應(yīng)小于或等于在進(jìn)行水力計(jì)算時(shí)，所選用的充滿度，應(yīng)小于或等于表中所規(guī)定的數(shù)值。為了節(jié)約管材，選用的設(shè)計(jì)充滿度一表中所規(guī)定的數(shù)值。為了節(jié)約管材，選用的設(shè)計(jì)充滿度一般最好不小于般最好不小于0.5。 對于明渠，設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定設(shè)計(jì)超高（即渠中水面到渠對于明渠，設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定設(shè)計(jì)超高（即渠中水面到渠頂?shù)母叨龋┎恍∮陧數(shù)母叨龋┎恍∮?.2m。水污染控制工程（上冊）課件水污染控制工程（上冊）課件2、設(shè)計(jì)流速

8、（設(shè)計(jì)流速（v） 與設(shè)計(jì)流量、設(shè)計(jì)充滿度相對應(yīng)的水流平均流速稱為與設(shè)計(jì)流量、設(shè)計(jì)充滿度相對應(yīng)的水流平均流速稱為設(shè)計(jì)流速設(shè)計(jì)流速。 為保證污水管道不淤不沖，設(shè)計(jì)流速不能太大也不能為保證污水管道不淤不沖，設(shè)計(jì)流速不能太大也不能太小。太小。（1）最小設(shè)計(jì)流速最小設(shè)計(jì)流速是保證管道內(nèi)不發(fā)生淤積的流速，與是保證管道內(nèi)不發(fā)生淤積的流速，與污水中所含雜質(zhì)有關(guān)，一般最小設(shè)計(jì)流速為污水中所含雜質(zhì)有關(guān)，一般最小設(shè)計(jì)流速為0.6m/s；明渠；明渠最小設(shè)計(jì)流速為最小設(shè)計(jì)流速為0.4m/s。（2）最大設(shè)計(jì)流速最大設(shè)計(jì)流速是保證管道不被沖刷破壞的流速，與是保證管道不被沖刷破壞的流速，與管道材料有關(guān)；金屬管道的最大流速為管

9、道材料有關(guān)；金屬管道的最大流速為10m/s，非金屬管，非金屬管道的最大流速為道的最大流速為5m/s。 水污染控制工程（上冊）課件水污染控制工程（上冊）課件3、最小設(shè)計(jì)坡度（最小設(shè)計(jì)坡度（i） 相應(yīng)于管道內(nèi)流速為最小設(shè)計(jì)流速時(shí)的坡度稱為相應(yīng)于管道內(nèi)流速為最小設(shè)計(jì)流速時(shí)的坡度稱為最小最小設(shè)計(jì)坡度設(shè)計(jì)坡度。 設(shè)計(jì)充滿度一定時(shí)，管徑越大，最小設(shè)計(jì)坡度越小。設(shè)計(jì)充滿度一定時(shí)，管徑越大，最小設(shè)計(jì)坡度越小。 我國我國室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定：規(guī)定： 管徑管徑200mm的最小設(shè)計(jì)坡度為的最小設(shè)計(jì)坡度為0.004；管徑；管徑300mm的的最小設(shè)計(jì)坡度為最小設(shè)計(jì)坡度為0.003。34223422224

10、 ）（DvnRvnRCvIRICv水污染控制工程（上冊）課件水污染控制工程（上冊）課件4、最小管徑（最小管徑（D） 一般在污水管道系統(tǒng)的上游部分，為了防止管道因管一般在污水管道系統(tǒng)的上游部分，為了防止管道因管徑過小而堵塞、減小管道埋深，常規(guī)定一個(gè)允許的徑過小而堵塞、減小管道埋深，常規(guī)定一個(gè)允許的最小管最小管徑徑。 我國我國室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定：規(guī)定： 污水管道在街坊和廠區(qū)內(nèi)的最小管徑為污水管道在街坊和廠區(qū)內(nèi)的最小管徑為200mm，在街，在街道下的最小管徑為道下的最小管徑為300mm。 在污水管道的設(shè)計(jì)過程中，若某設(shè)計(jì)管段的設(shè)計(jì)流量在污水管道的設(shè)計(jì)過程中，若某設(shè)計(jì)管段的設(shè)計(jì)流量小

11、于其在最小管徑、最小設(shè)計(jì)流速和最大設(shè)計(jì)充滿度條件小于其在最小管徑、最小設(shè)計(jì)流速和最大設(shè)計(jì)充滿度條件下管道通過的流量，則這樣的管段稱為下管道通過的流量，則這樣的管段稱為不計(jì)算管段不計(jì)算管段。直接。直接采用最小管徑，以及與管徑相應(yīng)的最小設(shè)計(jì)坡度，最小設(shè)采用最小管徑，以及與管徑相應(yīng)的最小設(shè)計(jì)坡度，最小設(shè)計(jì)流速，設(shè)計(jì)充滿度取半滿流，即計(jì)流速，設(shè)計(jì)充滿度取半滿流，即h/D=0.5。水污染控制工程（上冊）課件水污染控制工程（上冊）課件5、污水管道的埋設(shè)深度和覆土厚度污水管道的埋設(shè)深度和覆土厚度覆覆土土厚厚度度埋埋設(shè)設(shè)深深度度地面地面管道管道管道埋深的表達(dá)方式：管道埋深的表達(dá)方式：1. 覆土厚度覆土厚度：是

12、指管道外壁頂部：是指管道外壁頂部到地面的距離。到地面的距離。2. 埋設(shè)深度埋設(shè)深度：是指管道內(nèi)壁底部：是指管道內(nèi)壁底部到地面的距離。到地面的距離。 管道埋設(shè)深度越小，工程的造價(jià)越低，工期越短；但管道埋設(shè)深度越小，工程的造價(jià)越低，工期越短；但管道埋設(shè)深度不能過小，其覆土厚度應(yīng)有一個(gè)最小的限值，管道埋設(shè)深度不能過小，其覆土厚度應(yīng)有一個(gè)最小的限值，該最小限值稱為該最小限值稱為最小覆土厚度最小覆土厚度。水污染控制工程（上冊）課件水污染控制工程（上冊）課件 防止土壤冰凍膨脹而損壞管道防止土壤冰凍膨脹而損壞管道 室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定，冰凍層內(nèi)污水管道的埋規(guī)定，冰凍層內(nèi)污水管道的埋設(shè)深度，應(yīng)

13、根據(jù)流量、水溫、水流情況和敷設(shè)位置等因素設(shè)深度，應(yīng)根據(jù)流量、水溫、水流情況和敷設(shè)位置等因素確定，一般應(yīng)符合下列規(guī)定：確定，一般應(yīng)符合下列規(guī)定：（1）無保溫措施的生活污水管道或水溫與生活污水接近）無保溫措施的生活污水管道或水溫與生活污水接近的工業(yè)廢水管道，管底可埋設(shè)在冰凍線以上的工業(yè)廢水管道，管底可埋設(shè)在冰凍線以上0.15m。（2）有保溫措施或水溫較高的管道，管底在冰凍線以上）有保溫措施或水溫較高的管道，管底在冰凍線以上的距離可以加大，其數(shù)值應(yīng)根據(jù)該地區(qū)或條件相似地區(qū)的的距離可以加大，其數(shù)值應(yīng)根據(jù)該地區(qū)或條件相似地區(qū)的經(jīng)驗(yàn)確定。經(jīng)驗(yàn)確定。水污染控制工程（上冊）課件水污染控制工程（上冊）課件 防止

14、管壁因地面荷載而破壞防止管壁因地面荷載而破壞 管道的這一覆土厚度取決于管材強(qiáng)度、地面荷載大小管道的這一覆土厚度取決于管材強(qiáng)度、地面荷載大小以及荷載的傳遞方式等因素。以及荷載的傳遞方式等因素。 室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定，在車行道下，污水管道規(guī)定，在車行道下，污水管道最小覆土厚度不宜小于最小覆土厚度不宜小于0.7m。非車行道下污水管道的最小。非車行道下污水管道的最小覆土厚度可適當(dāng)減小。覆土厚度可適當(dāng)減小。動(dòng)荷載動(dòng)荷載靜荷載靜荷載 0.7m水污染控制工程（上冊）課件水污染控制工程（上冊）課件 滿足街坊污水連接管銜接的要求滿足街坊污水連接管銜接的要求 街道污水支管起端的最小埋深可由下式計(jì)算

15、：街道污水支管起端的最小埋深可由下式計(jì)算：hZZILhH21（2-3）式中式中 H 街道污水支管起點(diǎn)的最小埋深，街道污水支管起點(diǎn)的最小埋深，m； h 小區(qū)污水支管起點(diǎn)的最小埋深，小區(qū)污水支管起點(diǎn)的最小埋深，m，取，取0.60.7m； I 小區(qū)污水干管和支管的坡度；小區(qū)污水干管和支管的坡度； L 小區(qū)污水干管和支管的總長度，小區(qū)污水干管和支管的總長度，m； Z1 街道污水支管起點(diǎn)檢查井檢查井處地面標(biāo)高，街道污水支管起點(diǎn)檢查井檢查井處地面標(biāo)高，m； Z2 小區(qū)污水支管起點(diǎn)檢查井檢查井處地面標(biāo)高，小區(qū)污水支管起點(diǎn)檢查井檢查井處地面標(biāo)高，m；h街坊干管與街道污水支管的管內(nèi)底高差，街坊干管與街道污水支管

16、的管內(nèi)底高差，m。 水污染控制工程（上冊）課件水污染控制工程（上冊）課件 上述三方面的計(jì)算結(jié)果取上述三方面的計(jì)算結(jié)果取最大值最大值即為該管道的允許最即為該管道的允許最小埋深或最小覆土厚度。小埋深或最小覆土厚度。 最大埋深問題最大埋深問題 地形平坦地區(qū)更需注意！地形平坦地區(qū)更需注意！ 管道允許最大埋深應(yīng)根據(jù)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、施工地帶的管道允許最大埋深應(yīng)根據(jù)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、施工地帶的地形地質(zhì)條件和施工方法等因素確定。地形地質(zhì)條件和施工方法等因素確定。 一般情況下，在干燥土壤中不超過一般情況下，在干燥土壤中不超過7-8m，在多水、，在多水、流砂、石灰?guī)r地層中不超過流砂、石灰?guī)r地層中不超過5m。 若管道超過

17、最大埋深時(shí)，應(yīng)考慮在適當(dāng)?shù)攸c(diǎn)設(shè)置中途若管道超過最大埋深時(shí)，應(yīng)考慮在適當(dāng)?shù)攸c(diǎn)設(shè)置中途提升泵站。提升泵站。水污染控制工程（上冊）課件水污染控制工程（上冊）課件2.4 管段的銜接管段的銜接 在檢查井處必須考慮上下游管道銜接時(shí)的在檢查井處必須考慮上下游管道銜接時(shí)的高程高程關(guān)系。關(guān)系。管道銜接的原則：管道銜接的原則：盡可能提高下游管道的高程，以減少管道的埋深，降盡可能提高下游管道的高程，以減少管道的埋深，降低造價(jià)；低造價(jià)；2. 避免在上游管段中形成回水而造成淤積。避免在上游管段中形成回水而造成淤積。污水管道的銜接方法，通常有污水管道的銜接方法，通常有水面平接水面平接和和管頂平接管頂平接兩種。兩種。 水污

18、染控制工程（上冊）課件水污染控制工程（上冊）課件上游管段終端與下游管段起端的水上游管段終端與下游管段起端的水面標(biāo)高相同。面標(biāo)高相同。適用范圍適用范圍：一般用于上下游：一般用于上下游管徑相管徑相同同的污水管道的銜接。的污水管道的銜接。缺點(diǎn)缺點(diǎn)：在上游管段中易形成回水。：在上游管段中易形成回水。上游管段終端與下游管段起端的管上游管段終端與下游管段起端的管內(nèi)頂標(biāo)高相同。內(nèi)頂標(biāo)高相同。適用范圍適用范圍：一般用于上下游：一般用于上下游管徑不管徑不同同的污水管道的銜接。的污水管道的銜接。缺點(diǎn)缺點(diǎn)：增加下游管道的埋設(shè)深度。：增加下游管道的埋設(shè)深度。水污染控制工程（上冊）課件水污染控制工程（上冊）課件 無論采用哪種銜接方法，下游管段起端的水面和管內(nèi)無論采用哪種銜接方法，下游管段起端的水面和管內(nèi)底標(biāo)高都底標(biāo)高都不得高