第二章排水管渠水力學(xué)計(jì)算

1、n第一節(jié) 污水管渠水力設(shè)計(jì)原則n第二節(jié) 水力學(xué)計(jì)算基本公式n第三節(jié) 水力學(xué)算圖n第四節(jié) 主要設(shè)計(jì)參數(shù)n第五節(jié) 管段的銜接n第六節(jié) 管段水力學(xué)計(jì)算管道水流情況n重力流:管道中水流動(dòng)時(shí),水上方是大氣,具有自由表面,而其它三個(gè)方向受到管道固體界面限制,這種水流方式叫重力流又叫明渠流.n管流:管道有時(shí)在水壓力流動(dòng)這時(shí)水流方式叫管流又叫壓力流.第一節(jié) 污水管渠水力設(shè)計(jì)原則n不溢流n不淤積n不沖刷溝壁n要注意通風(fēng)21321IRnv n第二節(jié) 水力學(xué)計(jì)算基本公式Avqv第三節(jié)水力學(xué)算圖n算圖分類n不滿流圓形管道n滿流圓形管道n滿流矩形管道n明渠流例1 已知n=0.014,D=300mm,I=0.004,Q=

2、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 。第四節(jié) 管渠水力學(xué)設(shè)計(jì)主要參數(shù)三、污水管道水力計(jì)算的設(shè)計(jì)規(guī)定 設(shè)計(jì)充滿度（h/D）設(shè)計(jì)流速（v）最小管徑（D）最小設(shè)計(jì)坡度（i）污水管道的水力計(jì)算污水管道的水力計(jì)算（1）設(shè)計(jì)充滿度（h/D）指設(shè)計(jì)流量下，管道內(nèi)的有效水深與管徑的比值。h/D =1時(shí)，滿流h/D 1時(shí)，非滿流室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定，最大充滿度為：室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定，最大充滿度為：管徑（D）或暗渠高（H） （mm） 最大充滿度（h/D） 2003003504505009001000 0.55 (0.60)0.65

3、(0.70)0.70 (0.75)0.75 (0.80) hD為什么要做最大設(shè)計(jì)充滿度的規(guī)定？1、預(yù)留一定的過水能力，防止水量變化的沖擊， 為未預(yù)見水量的增長留有余地；2、有利于管道內(nèi)的通風(fēng)；3、便于管道的疏通和維護(hù)管理。（2）設(shè)計(jì)流速與設(shè)計(jì)流量和設(shè)計(jì)充滿度相應(yīng)的污水平均流速。最小設(shè)計(jì)流速：是保證管道內(nèi)不發(fā)生淤積的流速，與污水中所含雜質(zhì)有關(guān)；國外很多專家認(rèn)為最小流速為0.6-0.75m/s，我國根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)確定污水管道最小流速為0.6m/s,雨水和合流管道為0.75m/s ,明渠流為0.4m/s。最大設(shè)計(jì)流速：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10m/

4、s，非金屬管道的最大流速為5m/s。*國內(nèi)一些城市污水管道長期運(yùn)行的情況說明，超過上述最高限值，并未發(fā)生沖刷管道的現(xiàn)象。（3）最小管徑1、為什么要規(guī)定最小管徑？ 街坊管最小管徑為200mm，街道管最小管徑為300mm。2、什么叫不計(jì)算管段？ 在管道起端由于流量較小，通過水力計(jì)算查得的管徑小于最小管徑，對于這樣的管段可不用再進(jìn)行其他的水力計(jì)算，而直接采用最小管徑和相應(yīng)的最小坡度，這樣的管段稱為不計(jì)算管段。（4）最小設(shè)計(jì)坡度相應(yīng)于最小設(shè)計(jì)流速的坡度為最小設(shè)計(jì)坡度，最小設(shè)計(jì)坡度是保證不發(fā)生淤積時(shí)的坡度。（1）（2）（3）規(guī)定：管徑200mm的最小設(shè)計(jì)坡度為0.004；管徑 300mm的最小設(shè)計(jì)坡度為

5、0.003；管徑400mm 的最小設(shè)計(jì)坡度為0.0015。四、污水管道的埋設(shè)深度管道的埋設(shè)深度有兩個(gè)意義：覆土厚度埋設(shè)深度決定污水管道最小覆土厚度的因素有哪些？冰凍線的要求地面荷載滿足街坊管連接要求地面管道2-3 2-3 污水管道的水力計(jì)算污水管道的水力計(jì)算n管道的埋設(shè)深度和覆土厚度管道的埋設(shè)深度和覆土厚度 n管道的埋設(shè)深度是指溝底的內(nèi)壁到地面的距離。n管道的埋設(shè)度對整個(gè)溝道系統(tǒng)的造價(jià)和施工影響很大，溝道愈深，則造價(jià)愈貴，施工期愈長。n所以，管道的埋設(shè)深度小些好，并有一并有一個(gè)最大限值，這個(gè)限值稱做最大埋深。個(gè)最大限值，這個(gè)限值稱做最大埋深。溝道的最大埋深需要根據(jù)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)及施工方法決定。在

6、干燥土壤中，溝道最大埋深一般不超過7-8m；在多水、流沙、石灰?guī)r地層中，一般不超過5 m。n管道的覆土厚度是指溝頂?shù)耐獗诘降孛娴木嚯x管道的覆土厚度是指溝頂?shù)耐獗诘降孛娴木嚯xn管溝道埋深小些好，但是，溝道的覆土厚度有一個(gè)最小限值，稱最小覆土厚度。最小覆土厚度決定于下列三個(gè)因素：n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；n必須防止溝壁被車輛造成的活荷重壓壞；n必須滿足支溝在銜接上的要求。 H=h+IL+Z1-Z2+h式中：H街道污水管網(wǎng)起點(diǎn)的最小埋深，m； h街坊污水管起點(diǎn)的最小埋深，0.60.7m； Z1街道污水管起點(diǎn)檢查井檢查井處地面標(biāo)高，m； Z2街坊污水管起點(diǎn)檢查井檢查井處地面

7、標(biāo)高，m； I街坊污水管和連接支管的坡度； L街坊污水管和連接支管的總長度，m； h連接支管與街道污水管的管內(nèi)底高差，m。 Z1 Z2 H h 連接支管出戶管 街坊污水管街道污水管L 溫度與地層深度關(guān)系圖 室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定：無保溫措施的生活室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定：無保溫措施的生活污水管道，管底可埋設(shè)在冰凍線污水管道，管底可埋設(shè)在冰凍線以上以上0.150.15m m；有保溫有保溫措施或水溫較高的管道，距離可以加大。措施或水溫較高的管道，距離可以加大。 國外規(guī)范規(guī)定：污水管道最小埋深，應(yīng)根據(jù)當(dāng)國外規(guī)范規(guī)定：污水管道最小埋深，應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐酿B(yǎng)護(hù)經(jīng)驗(yàn)確定。無養(yǎng)護(hù)資料時(shí)，采用如下數(shù)值：地的養(yǎng)護(hù)經(jīng)驗(yàn)確定。

8、無養(yǎng)護(hù)資料時(shí)，采用如下數(shù)值：管徑小于管徑小于500500mmmm，管底在冰凍線上管底在冰凍線上0.30.3m m；管徑大于管徑大于500500mmmm，為為0.50.5m m。第五節(jié)第五節(jié) 管段的銜接管段的銜接 n窨井上下游的管段在銜接時(shí)應(yīng)遵循下述原則：n盡可能提高下游管段的高程，以減少埋深，從而降低造價(jià)，在平坦地區(qū)這點(diǎn)尤其重要；n避免在上游管段中形成回水而造成淤積；n不允許下游管段的管底高于上游管段的管底。n管段的銜接方法通常采用：n管頂平接n水面平接n管底平接（在特殊情況下需要采用）n管頂平接是指在水力學(xué)計(jì)算中，使上游管段和下游管段的管頂內(nèi)壁的高程相同。n采用管頂平接時(shí)，上游管段產(chǎn)生回水的

9、可能性較小，但往往使下游管段的埋深增加。 n在一般情況下，異管徑在一般情況下，異管徑管段采用段采用管頂平頂平接。接。n有時(shí)，當(dāng)上下游管段管徑相同而下游管段的充盈深小于上游管段的充盈深時(shí)，(由小坡度轉(zhuǎn)入較陡的坡度時(shí)，可 n能出現(xiàn)這種情況)，也可采用管頂平接。 n通常，同管徑通常，同管徑管段往往是下游段往往是下游管段段的充盈深大于上游的充盈深大于上游管段的允盈深，段的允盈深，避免上游避免上游管段中形成回水而采用水段中形成回水而采用水面平接面平接。n在平坦地區(qū)，為了減少管道埋深，異管徑的管段有時(shí)也采用水面平接或充滿度0.8處平接。n當(dāng)異管徑管段采用管頂平接而發(fā)現(xiàn)下游管段的水面高于上游管段的水面時(shí)(這

10、種情況并不常見)，應(yīng)改用水面平接。 n管底平接是指在水力學(xué)計(jì)算中，要使上游管段和下游管段的管底內(nèi)壁的高程相同 n在特殊情況下，下游管段的管徑小于上游管段的管徑(坡度突然變陡時(shí)，可能出現(xiàn)這種情況)，而不能采用管頂平接或水面平接時(shí)，應(yīng)采用管底平接以防下游管段的管底高于上游管段的管底。n為了減少管道系統(tǒng)的埋深，雖然下游管管管徑大于上游管管徑，有時(shí)也可采用管底平接。 n總之，n溝段的銜接是以盡量減少管道埋深為前提，而且在窨井處不應(yīng)發(fā)生:n 下游管底高于上游管底。n下游水位高于上游水位。 n第六節(jié) 管段水力計(jì)算污水管道水力計(jì)算的方法1、需要確定的參數(shù) 流量流量Q Q、管徑管徑D D、坡度坡度I I、流速

11、流速v v、充滿度充滿度h/Dh/D和埋深和埋深H H。污水管道的水力計(jì)算污水管道的水力計(jì)算n管段設(shè)計(jì)步驟：n(1) 確定主要矛盾，定計(jì)算方略；n(2) 查表格適合之管徑、管坡n（A） 溝管口徑一般不跳級(jí)增加；n（B） 在地面坡度變陡處，管道管徑可以較上游小1或2級(jí)。n(3) 決定銜接方式(從比較管坡和地坡入手)；n(4) 計(jì)算管底高程；n(5) 檢驗(yàn)上下段水面高程；n(6) 確定最佳計(jì)算數(shù)據(jù)組；n2、確定方法n 首先根據(jù)已知資料，計(jì)算出流量Q，根據(jù)Q值可初步確定管徑D；n然后，根據(jù)Q、D值，求i、h/D、v值。在這三個(gè)未知數(shù)中，還需知道一個(gè)參數(shù)，才能求得另外兩個(gè)，此時(shí)可以在三個(gè)參數(shù)中先假設(shè)一

12、個(gè)值，比如流速為最小流速，或是坡度為最小坡度，或是充滿度滿足一定要求等，之后進(jìn)行查表或查圖，就可得出其余兩個(gè)未知數(shù)；n最后要進(jìn)行校核，若得出的兩個(gè)參數(shù)滿足其規(guī)定的要求，則計(jì)算完成，若不滿足要求，則需調(diào)整假設(shè)值，甚至管徑D，重新進(jìn)行計(jì)算。第七節(jié)倒虹管水力計(jì)算n有關(guān)規(guī)定：n(1) 按滿流計(jì)算n(2) 倒虹管內(nèi)流速一般采用1.2-1.5 m/s，在條件困難時(shí)可適當(dāng)降低，但不宜小于0.9 m/s，且不得小于上游管渠中的流速。當(dāng)管內(nèi)流速達(dá)不到0.9 m/s，應(yīng)加定期沖洗措施，沖洗流速不得小于1.2 m/s。n(3) 倒虹管數(shù)量n 越河道的倒虹管，一般敷設(shè)2條工作管道；n 過小河、旱溝和洼地時(shí)，可敷設(shè)1條工作管道；n 過特殊重要構(gòu)筑物(如地下鐵道)時(shí)，應(yīng)敷設(shè)3工作管道，2條工作1條備用。n(4) 水平管的管頂距規(guī)劃河底一般不小于1m 常用排水泵n1、離心泵、離心泵n通常使用的排水泵是離心式的。城市排水系統(tǒng)中常采用立式污水泵。n2、混流泵、混流泵n構(gòu)造基本上與離心泵相同。n3、軸流泵、軸流泵n主流方向與泵軸平行。n4、螺旋泵、螺旋泵n最適于揚(yáng)程較低，進(jìn)水水位變化較小的場合。用于提升回流活性污泥具有獨(dú)特的優(yōu)越性。n與其他類型泵