水污染控制工程經(jīng)典第二章——溝道水力學(xué)ppt課件

1、第二章第二章 溝道水力學(xué)溝道水力學(xué)第一節(jié)第一節(jié) 溝道中的水流情況溝道中的水流情況1 1溝道的分布特點溝道的分布特點 類似于河流，由支管收集排水后匯集成干類似于河流，由支管收集排水后匯集成干管，干管再匯集成主干管。如住宅管，干管再匯集成主干管。如住宅鄰居鄰居街道街道城市主干管城市主干管河流或污水處理廠河流或污水處理廠2 2溝道中的水流狀態(tài)溝道中的水流狀態(tài) 1 1重力流重力流 溝道中水流依靠重力的作用從高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，流速小時管中的，不是均勻流。流速一般較小，流速小時管中

2、雜物易沉積，流速大時雜物被沖走，故需要有一雜物易沉積，流速大時雜物被沖走，故需要有一定的自凈流速。定的自凈流速。 2 2壓力流壓力流 溝道中流體在有壓狀態(tài)下流動如溝道中流體在有壓狀態(tài)下流動如水泵出水管），可高處水泵出水管），可高處低處或低處低處或低處高處。高處。第二節(jié) 污水溝道水力學(xué)設(shè)計的原則 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)計時要污水溢流到地面將污染環(huán)境，所以設(shè)計時要保證不溢流，則水力學(xué)計算時所采用的設(shè)計流量保證不溢流，則水力學(xué)計算時所采用的設(shè)計流量應(yīng)是可能出現(xiàn)的最大流量。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)，流速慢時易沉積于溝污水中含有固體雜質(zhì)

3、，流速慢時易沉積于溝道內(nèi)，降低溝道輸送能力，甚至造成堵塞。所以道內(nèi)，降低溝道輸送能力，甚至造成堵塞。所以水流流速應(yīng)有一個最低限值，保證雜質(zhì)不沉積，水流流速應(yīng)有一個最低限值，保證雜質(zhì)不沉積，叫自凈流速。叫自凈流速。最小流速：最小流速：污水管道為污水管道為0.6m/s0.6m/s，明溝為，明溝為0.4m/s0.4m/s。3 3不沖刷不沖刷 溝道內(nèi)流速過大時就會沖刷和損壞溝溝道內(nèi)流速過大時就會沖刷和損壞溝道內(nèi)壁，因此水流流速應(yīng)有一個最高限值，道內(nèi)壁，因此水流流速應(yīng)有一個最高限值，保證雜質(zhì)不沉積。保證雜質(zhì)不沉積。最大流速：最大流速： 金屬管道為金屬管道為10m/s10m/s；非金屬管道為；非金屬管道為

4、5m/s5m/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)淤積物在生活污水、工業(yè)廢水、管內(nèi)淤積物在溝道中會散發(fā)有毒溝道中會散發(fā)有毒H2SH2S等或可燃氣體等或可燃氣體甲烷氣或其它氣體），會傷害下溝養(yǎng)護甲烷氣或其它氣體），會傷害下溝養(yǎng)護溝道的工人或引起爆炸，故污水溝道按不溝道的工人或引起爆炸，故污水溝道按不滿流設(shè)計，使管道上方留有空間通風(fēng)排氣，滿流設(shè)計，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)計充滿度按教并可保證不溢流。其最大設(shè)計充滿度按教材表材表2-22-2。第三節(jié) 溝道水力學(xué)的計算公式1基本概念 a.水力學(xué)的計算意義：通過計算確定溝道的斷面形式和尺寸、坡度、檢查井處的管道

5、連接、溝道底標(biāo)高。 b.設(shè)計溝段：一般將兩個檢查井間的溝道段作為設(shè)計對象，稱設(shè)計溝段。2計算公式 特點：溝道內(nèi)水流不是均勻流，但當(dāng)管段不長且管內(nèi)沒有大量沉積物時可視為均勻流，采用均勻流水力學(xué)計算公式：1流量公式式中： 設(shè)計段的流量，m3/s； 設(shè)計段的過水?dāng)嗝婷娣e，m2； 設(shè)計段過水?dāng)嗝娴钠骄魉?，m/s；vAqvvqvAA2流速公式 式中： n溝道壁粗糙系數(shù)，取值參見教材表2-1； R溝道水力半徑，m；（過水?dāng)嗝婷娣e/濕周） I 水力坡度； 2/13/21IRnv第四節(jié) 水力學(xué)計算圖 由于計算公式中有6個水力參數(shù)，在設(shè)計中除 和n已知外，其它為未知數(shù)，所以依靠計算公式計算非常復(fù)雜，所以工程設(shè)

6、計中一般依靠水力學(xué)計算圖或水力學(xué)計算表來進行計算。水力學(xué)計算圖分類： a.不滿流圓形溝道； b.滿流圓形溝道； c.滿流矩形溝道； d.不滿流矩形溝道明渠流四種水力學(xué)計算圖。v1.1.不滿流圓形溝道水力學(xué)計算圖不滿流圓形溝道水力學(xué)計算圖水力學(xué)計算圖參見教材附圖水力學(xué)計算圖參見教材附圖1 11717。 a. a. 適用范圍：適用范圍： n=0.014 n=0.014，管徑，管徑20020015001500，500500以下每以下每50mm50mm一檔，一檔，500500以上每以上每100mm100mm一檔。一檔。 b. b. 計算圖特點：計算圖特點： 1 1每張圖中管徑每張圖中管徑D D和溝道壁

7、粗糙系數(shù)和溝道壁粗糙系數(shù)n n已知在圖的右下已知在圖的右下角），曲線表示角），曲線表示 、 、 、 （充滿度，（充滿度，R R的函數(shù)之間的函數(shù)之間的關(guān)系，四個因素中只要知道兩個就可通過計算圖查出另兩的關(guān)系，四個因素中只要知道兩個就可通過計算圖查出另兩個。個。 2 2每張圖上有四組線條，豎線代表流量、橫線代表坡度、每張圖上有四組線條，豎線代表流量、橫線代表坡度、從左向右傾斜的表示流速、從右向左傾斜的表示充滿度。從左向右傾斜的表示流速、從右向左傾斜的表示充滿度。vqvIDh/c. 舉例舉例例題例題1已知已知n=0.014，D=300mm，i=0.0024，qv=25.5l/s，求，求v和和h/D。

8、例題例題2已知已知n=0.014，D=300mm，i=0.003，qv=26l/s，求，求v和和h/D。 查圖得查圖得v=0.65m/sv=0.65m/s，h/D=0.55h/D=0.55圖1查圖得查圖得v=0.71m/sv=0.71m/s，h/D=0.52h/D=0.52圖2圖32.2.滿流圓形溝道水力學(xué)計算圖滿流圓形溝道水力學(xué)計算圖a. a. 適用范圍：適用范圍： n=0.013 n=0.013，管徑，管徑15015020002000，。，。b. b. 計算圖特點：計算圖特點： 1 1圖中為鋼筋混凝土圓管，溝道壁粗糙系數(shù)圖中為鋼筋混凝土圓管，溝道壁粗糙系數(shù)n n已已知在圖的右下角），曲線表

9、示知在圖的右下角），曲線表示 、 、 、管徑之、管徑之間的關(guān)系，四個因素中只要知道兩個就可通過計算圖間的關(guān)系，四個因素中只要知道兩個就可通過計算圖查出另兩個。查出另兩個。 2 2每張圖上有四組線條，豎線代表流量、橫線代每張圖上有四組線條，豎線代表流量、橫線代表坡度、從左向右傾斜的表示流速、從右向左傾斜的表坡度、從左向右傾斜的表示流速、從右向左傾斜的表示管徑。表示管徑。 3 3使用方法同不滿流使用方法同不滿流vqvI圖43.3.不滿流圓形溝道的水力學(xué)算圖不滿流圓形溝道的水力學(xué)算圖 不滿流圓形溝道的水力學(xué)算圖也可不滿流圓形溝道的水力學(xué)算圖也可用于滿流圓形溝道的計算，由于：用于滿流圓形溝道的計算，由

10、于： 在無水壓圓管中，充滿度在無水壓圓管中，充滿度h/D=0.8h/D=0.8時的流量和滿流時的流量和滿流h/D=1.0)h/D=1.0)時的流量時的流量近似相等，所以不滿流圓形溝道的水近似相等，所以不滿流圓形溝道的水力學(xué)算圖、算表也可用于滿流圓形溝力學(xué)算圖、算表也可用于滿流圓形溝道的計算。道的計算。第五節(jié) 溝道水力學(xué)設(shè)計依據(jù)一設(shè)計依據(jù)一設(shè)計依據(jù)1 1設(shè)計充滿度設(shè)計充滿度 污水按不滿流設(shè)計，雨水管道和合流管道應(yīng)污水按不滿流設(shè)計，雨水管道和合流管道應(yīng)按滿流計算。明渠超高不小于按滿流計算。明渠超高不小于0.2m0.2m。2 2設(shè)計流速設(shè)計流速 最小流速：最小流速： 污水管道為污水管道為0.6m/s

11、0.6m/s，明溝為，明溝為0.4m/s0.4m/s。 最大流速：最大流速： 金屬管道為金屬管道為10m/s10m/s；非金屬管道為；非金屬管道為5m/s5m/s。3 3最小管徑最小管徑 上游部分污水流量較小，根據(jù)流量計算其管徑也較小，上游部分污水流量較小，根據(jù)流量計算其管徑也較小，但管徑小易堵塞，不易疏通，所以必須規(guī)定一個最小管徑，但管徑小易堵塞，不易疏通，所以必須規(guī)定一個最小管徑，當(dāng)計算管徑小于最小管徑時采用最小管徑，大于最小管徑當(dāng)計算管徑小于最小管徑時采用最小管徑，大于最小管徑時采用計算值。時采用計算值。 街坊和廠區(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

12、=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)計坡度最小設(shè)計坡度 同最小設(shè)計流速相應(yīng)的坡度叫最小設(shè)計坡度同最小設(shè)計流速相應(yīng)的坡度叫最小設(shè)計坡度 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。 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：溝道內(nèi)底至地面的距離。埋設(shè)深度影響系埋設(shè)深度：溝道內(nèi)底至地面的距離。埋設(shè)深度影響系統(tǒng)的造價和施工，埋設(shè)深度越深，造價越貴，施工期越長；統(tǒng)的造價和施工，埋設(shè)深度

13、越深，造價越貴，施工期越長；反之，埋設(shè)深度越淺，造價越便宜，施工期越短。反之，埋設(shè)深度越淺，造價越便宜，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：干燥土壤根據(jù)技術(shù)指標(biāo)和施工方法，溝道的最大埋深：干燥土壤中不超過中不超過7 78m8m；在多水、流沙、石灰?guī)r地層中不超過；在多水、流沙、石灰?guī)r地層中不超過5m5m。 2 2覆土深度：溝道頂外壁到地面的距離。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最小限值，稱最小覆土厚度。溝道的覆土厚度有一個最小限值，稱最小覆土厚度。最小覆土厚度決定于下列三個因素：最小覆土厚度決定于下列三個因素： 必須防止溝道中的污水冰凍和因土壤冰凍膨脹而

14、損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；壞溝道； 必須防止溝壁被車輛造成的活荷重壓壞；必須防止溝壁被車輛造成的活荷重壓壞； 必須滿足支溝在銜接上的要求。必須滿足支溝在銜接上的要求。 圖5室外排水設(shè)計規(guī)范室外排水設(shè)計規(guī)范 對最小覆土厚度的規(guī)定：對最小覆土厚度的規(guī)定： 在車行道下，溝頂最小覆土厚度一般不宜小在車行道下，溝頂最小覆土厚度一般不宜小于于0.7m0.7m。在保證溝道不會受外部荷重損壞時，最。在保證溝道不會受外部荷重損壞時，最小覆土厚度可適當(dāng)減小。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)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

15、土厚度就受街內(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的最小埋深通常采用0.550.550.65 m0.65 m。最小覆土厚度的計算：最小覆土厚度的計算： 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。第六節(jié) 溝段的銜接 檢查井上、下游的溝段在銜接時應(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；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：通常采用溝頂平接(見圖2-7，a

16、)，有時也采用水面平接(見圖2-7，b)。在特殊情況下需要采用溝底平接(見圖2-7，c)。a. a. 溝頂平接溝頂平接 指在水力學(xué)計算中使上、下游溝段的溝頂內(nèi)壁的高程相同。 特點：上游段不易回水， 但下游埋深加大。b. b. 水面平接水面平接 是指在水力學(xué)計算中，使上、下游溝段的水面高程相同。 特點： 流量出現(xiàn)變化時上游易產(chǎn)生回水，但下游溝道的埋深可以淺些。 c. c. 溝底平接溝底平接 室外排水設(shè)計規(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。 溝頂平接： 在一般情況下，異管徑溝段采用溝頂平接。有時，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

17、深時，(由小坡度轉(zhuǎn)入較陡的坡度時，可能出現(xiàn)這種情況)，也可采用溝頂平接。 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，異管徑的溝段有時也采用水面平接或充滿度0.8處平接。 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，可能出現(xiàn)這種情況)，而不能采用溝頂平接或水面平接時，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，有時也可采用溝底平接。 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)

18、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。 第七節(jié) 溝段水力學(xué)計算舉例 一水力學(xué)計算所需條件 計算溝段的設(shè)計流量、溝段長度、檢查井處的地面高程，根據(jù)地面高程和溝段長度可以算出地面坡度。 計算從上游開始，所以計算時上游溝段的口徑、高程、埋深等是已知的。通常設(shè)計溝段的坡度在數(shù)值上與地面坡度相近，溝段口徑則與上游溝段口徑相近?，F(xiàn)舉例說明： 例2-4已知設(shè)計溝段長度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)計溝段的口徑和溝底高程。 例2-5 已知設(shè)計溝段長度L=130m，地面坡度I=0.0014，流量qv=56L/s，上游溝段口徑D=350mm，充滿度h/D=0.59，溝底高程為43.67 m，地面高程為45.48mm。 求：設(shè)計溝段的口徑與溝底高程。第八節(jié) 倒虹管水力學(xué)計算舉例 【例】 倒虹管進水井上游溝道中流量qv=500L/s，口徑D=1000 mm，坡度I=0.00062，流速v=0.78m/s，充滿度h/D=0.75，水面高程+0.75 m，溝底高程0.00m。倒虹管出水井下游溝道中的各水力學(xué)要素