排水管渠水力计算ppt课件

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根本公式二、污水管道水力计算的根本公式三、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留意的问题五、污水管道水力计算应留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，污水中的水分普通在分普通在99%以上，因此可假定污水按照普通液体流动的规律流以上，因此可假定污水按照普通液体流动的规律流动。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那么污水管渠水力设计原那么n设计原那么：设计原那么：n不溢流：能够出现的最大流量不溢流：能够出现的最大流量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留意通风：非满流留意通风：非满流第二节第二节 管渠水力计算根本公式管渠水力计算根本公式一、一、根本概念：根本概念：管渠水力计算：管渠水力计算：设计管渠时，根据水力学原理进展计算来决议管渠的管设计管渠时，根据水力学原理进展计算来决议管渠的管径、坡度、高程的过程。径、坡度、高程的过程。设计管段：设计管段：普通指相邻的两个检查井的管段；普通指相邻的两个检查井的管段；当相邻的设计管段可采用一样的管径和坡度时可合并。当相邻的设计管段可采用一样的管径和坡度时可合并。二、污水管道水力计算的根本公式二、污水管道水力计算的根本公式式中：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P52vAQ21321iRnv管道水力计算：经过计算合理确实定管径、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溢度设计充溢度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、设计充溢度、设计充溢度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，非满流规定，最大充溢度为：规定，最大充溢度为：hD管径管径D或暗渠高或暗渠高H mm最大充溢度最大充溢度h/D2003003504505009001000 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溢度的规定？为什么要做最大设计充溢度的规定？1预留一定的过水才干，防止水量变化的冲击，预留一定的过水才干，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溢度相应的污程度均流速。与设计流量和设计充溢度相应的污程度均流速。最小设计流速：是保证管道内不发生淤积的流速，最小设计流速：是保证管道内不发生淤积的流速，与污水中所含杂质有关；国外很多专家以为最小流与污水中所含杂质有关；国外很多专家以为最小流速为速为0.6-0.75m/s，我国根据实验结果和运转阅历确，我国根据实验结果和运转阅历确定最小流速为定最小流速为0.6m/s。最大设计流速：是保证管道不被冲刷破坏的流速，最大设计流速：是保证管道不被冲刷破坏的流速，与管道资料有关；金属管道的最大流速为与管道资料有关；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转的情况阐明，超国内一些城市污水管道长期运转的情况阐明，超越上述最高限值，并未发生冲刷管道的景象。越上述最高限值，并未发生冲刷管道的景象。3、最小管径、最小管径D1、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添加；而在一样的埋深下，施工费用相差不多。用添加；而在一样的埋深下，施工费用相差不多。假设将计算出的假设将计算出的150mm改为改为200mm的管道的话，维护费用的管道的话，维护费用减少，而且，管道的坡度可减小，使管道的埋深减小。减少，而且，管道的坡度可减小，使管道的埋深减小。邻居管最小管径为邻居管最小管径为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，经过水力计算查得的管径小于最在管道起端由于流量较小，经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展其他的水力计算，而直小管径，对于这样的管段可不用再进展其他的水力计算，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。段。(9.19L/s、14.63L/s)4、最小设计坡度、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。123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决议污水管道最小覆土厚度的要素有哪些？决议污水管道最小覆土厚度的要素有哪些？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邻居管衔接要求满足邻居管衔接要求地面地面管道管道 2管网造价管网造价 在实践工程中，污水管道的造价由在实践工程中，污水管道的造价由选用的管道资料、管道直径、施工现场选用的管道资料、管道直径、施工现场地质条件、管道埋设深度等四个主要要地质条件、管道埋设深度等四个主要要素决议。素决议。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0.15m；有保温措施或水温较高的管道，间隔可以加大。国外规范规定：污水管道最小埋深，应根据当地的养护阅历确定。无养护资料时，采用如下数值：管径小于500mm，管底在冰冻线上0.3m；管径大于500mm，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0.7m0.7m。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满足邻居管衔接要求满足邻居管衔接要求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邻居污水管起点的最小埋深，邻居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街道污水管起点检查井检查井处地面标高，标高，m；Z2邻居污水管起点检查井检查井处地面邻居污水管起点检查井检查井处地面标高，标高，m；i邻居污水管和衔接支管的坡度；邻居污水管和衔接支管的坡度；L邻居污水管和衔接支管的总长度，邻居污水管和衔接支管的总长度，m；对于每一个详细的设计管段，从上述三个对于每一个详细的设计管段，从上述三个不同的要素出发，可以得到三个不同的管底埋不同的要素出发，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个值就是该管段的允许最小埋设深度或最小覆土厚度。土厚度。除思索最小埋深外，还应思索最大埋深：除思索最小埋深外，还应思索最大埋深：在枯燥土壤中，普通不超越在枯燥土壤中，普通不超越78 m；在多水、流砂、石灰岩地层中，普通不在多水、流砂、石灰岩地层中，普通不超越超越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 污水管道的衔接污水管道的衔接1 1衔接的原那么：衔接的原那么：尽能够地提高下游管段的高程，减小埋深，尽能够地提高下游管段的高程，减小埋深，降低造价；降低造价；防止上游管段回水淤积；不允许下游管底高防止上游管段回水淤积；不允许下游管底高于上游管底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P220-236n水力计算表n计算图：D、n知，知道2个查2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 在进展污水管道水力计算时，各管段的设计流量为知。在进展污水管道水力计算时，各管段的设计流量为知。污水管网水力计算包括两方面内容：污水管网水力计算包括两方面内容：1、确定各管段的直径和坡度、确定各管段的直径和坡度 流速和充溢度流速和充溢度 确定出的管段直径和坡度，必需符合设计规范要求，即：计算确定出的管段直径和坡度，必需符合设计规范要求，即：计算得来的一定管径在一定坡度的敷设下，经过设计流量时，流速要满足得来的一定管径在一定坡度的敷设下，经过设计流量时，流速要满足最小流速、最大流速的要求，充溢度要满足最大充溢度的要求。最小流速、最大流速的要求，充溢度要满足最大充溢度的要求。2、确定各管段始点和终点的埋设深度水面标高、管底标高确定各管段始点和终点的埋设深度水面标高、管底标高 处置好各管段之间的衔接设计处置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，应从上游管段开场，依次向下游管段计算。确定管段的直径和坡度，应从上游管段开场，依次向下游管段计算。在详细计算时，设计流量在详细计算时，设计流量Q和管道粗糙系数和管道粗糙系数n知，知，还有管径还有管径D、充溢度、充溢度h/D、管道坡度、管道坡度I和流速和流速v是未知的，因此需求先假定是未知的，因此需求先假定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展。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展。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是知的，图上的曲线表示的是知的，图上的曲线表示的是是Q、v、I、h/D之间的关系，这四个要素中，只需确定两个要素，就可以经过图之间的关系，这四个要素中，只需确定两个要素，就可以经过图查出其它两个要素。计算时，查出其它两个要素。计算时，Q为知，为知，D不知，应确定不知，应确定D。只需再知道一个要素就。只需再知道一个要素就可以查图计算了，通常情况下先想方法假定坡度可以查图计算了，通常情况下先想方法假定坡度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、h/D 的设计规定的设计规定假设符合，那么假设符合，那么该管段的该管段的D、I(v、h/D)即确定。假设不符合，重新设定即确定。假设不符合，重新设定I或管径或管径D进展计算。进展计算。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。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。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，采用污水管道直径选用图，1 在有较大坡度地域时，先假定管道的敷设坡度在有较大坡度地域时，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确定一个点，根据该点所处的区在该图中，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适宜管径。域即可选定一个适宜管径。2 在平坦或反坡地域时，先假定管道的直径，然后求出敷设坡度在平坦或反坡地域时，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展复核。定出的管径和坡度还要进展复核。复核时，可以根据水力计算图进展查图计算，当计算出的复核时，可以根据水力计算图进展查图计算，当计算出的v、h/D 符合设计规定时，那么初步确定的管径和坡度即为所求，此时符合设计规定时，那么初步确定的管径和坡度即为所求，此时管道的管道的v、h/D 也就计算出来了。假设也就计算出来了。假设v、h/D 中有一个不符合设计中有一个不符合设计规定时，那么要调整管径或管道坡度重新计算。规定时，那么要调整管径或管道坡度重新计算。另外，在计算时，还要留意一点，就是不计算管段的水力计算。另外，在计算时，还要留意一点，就是不计算管段的水力计算。不计算管段普通在管网的起端，当邻居起端流量小于不计算管段普通在管网的起端，当邻居起端流量小于9.19L/s，街，街道起端流量小于道起端流量小于14.63L/s时，管道分别采用时，管道分别采用200mm和和300mm的管的管径。径。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 即衔接设计，衔接设计也是由上游管段向下游管段进展的。即衔接设计，衔接设计也是由上游管段向下游管段进展的。1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 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，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确定出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详细情况选用一种首先应确定与第一个管段的衔接关系根据详细情况选用一种 如管顶平接上游管段的终点与下游管段的起点管顶标高一样如管顶平接上游管段的终点与下游管段的起点管顶标高一样第二管段起点的管底标高上游终点的管底标高第二管段起点的管底标高上游终点的管底标高+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起点的管底标高第二管段起点的水面标高起点的管底标高+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上游管段的终点与下游管段的起点水面标高一样如水面平接上游管段的终点与下游管段的起点水面标高一样第二管段起点的管底标高上游终点的水面标高下游管中的水深第二管段起点的管底标高上游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留意的问题五、污水管道水力计算应留意的问题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展。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展。2必需仔细研讨管网系统的控制点。必需仔细研讨管网系统的控制点。控制点常位于区域的最远或最低处。各条管道的起点、低洼地域的个别邻居、污控制点常位于区域的最远或最低处。各条管道的起点、低洼地域的个别邻居、污水出水口较深的工业企业或公共建筑都是研讨的对象。水出水口较深的工业企业或公共建筑都是研讨的对象。3 水力计算从上游依次向下游进展水力计算从上游依次向下游进展 普通情况下，随着设计流量逐段添加，设计流速也应相应添加或不变。但是，当普通情况下，随着设计流量逐段添加，设计流速也应相应添加或不变。但是，当管道坡度忽然变小时，设计流速才允许减小。管道坡度忽然变小时，设计流速才允许减小。另外，随着设计流量逐段添加，设计管径也应相应添加或不变。但是，当管道坡另外，随着设计流量逐段添加，设计管径也应相应添加或不变。但是，当管道坡度忽然增大时，管径也可以减小，减小的范围不得超越度忽然增大时，管径也可以减小，减小的范围不得超越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，管道坡度往往需求小于地面坡度。这就有能够使下游管段的覆土厚度无法满道坡度往往需求小于地面坡度。这就有能够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。在旁侧管与干管的衔接处。要思索干管的埋深能否允许旁侧管接入，在旁侧管与干管的衔接处。要思索干管的埋深能否允许旁侧管接入，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 在枯燥土壤中，管道的埋深普通不超越在枯燥土壤中，管道的埋深普通不超越78 m；在多水、流砂、石灰；在多水、流砂、石灰岩地层中，普通不超越岩地层中，普通不超越5 m。假设超越，那么要设置泵站。假设超越，那么要设置泵站。五、污水管道水力计算应留意的问题五、污水管道水力计算应留意的问题控制点确实定控制点确实定P76对管道系统的埋深起控制造用的点，通常在管道起点对管道系统的埋深起控制造用的点，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。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。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可以排出；内各点的污水都可以排出；另一方面，不能由于照顾另一方面，不能由于照顾个别控制点而添加整个管个别控制点而添加整个管道系统的埋深。道系统的埋深。小结：n设计原那么：不溢流、不淤积、不冲刷、通风设计原那么：不溢流、不淤积、不冲刷、通风n根本参数：根本参数：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