第2章排水管渠水力计算要点课件

水污染控制工程（上册）课件水污染控制工程（上册）课件第第2章章 排水管渠水力计算排水管渠水力计算2.1 污水管渠水力设计原则污水管渠水力设计原则2.2 管渠水力计算基本公式管渠水力计算基本公式2.3 管段水力设计主要参数管段水力设计主要参数2.4 管段的衔接管段的衔接2.5 水力学算图水力学算图2.6 管段水力计算管段水力计算2.7 倒虹管水力计算倒虹管水力计算水污染控制工程（上册）课件水污染控制工程（上册）课件2.1 污水管渠水力设计原则污水管渠水力设计原则一、不溢流（一、不溢流（Q、充满度、充满度h/D）二、不淤积（二、不淤积（Vmin）三、不冲刷管壁（三、不冲刷管壁（Vmax）四、要注意通风（充满度四、要注意通风（充满度h/D）水污染控制工程（上册）课件水污染控制工程（上册）课件2.2 管渠水力计算基本公式管渠水力计算基本公式 设设计计管管渠渠时时，是是根根据据水水力力学学（流流体体力力学学）原原理理进进行行水水力计算来决定管渠的力计算来决定管渠的管径管径、坡度坡度和检查井处的和检查井处的管底高程管底高程。对于两个检查井之间的连续管段，如果采用的设计流对于两个检查井之间的连续管段，如果采用的设计流量不变，且采用同样的管径和坡度，则这样的连续管段就量不变，且采用同样的管径和坡度，则这样的连续管段就称为称为设计管段设计管段。设计管段两端的检查井称为。设计管段两端的检查井称为设计管段的起设计管段的起止检查井（简称起迄点）止检查井（简称起迄点）。两个检查井之间的管段称为设计管段。两个检查井之间的管段称为设计管段。采用同样管径和坡度的管段称为设计管段。采用同样管径和坡度的管段称为设计管段。水污染控制工程（上册）课件水污染控制工程（上册）课件 在在不不长长的的设设计计管管段段上上，当当流流量量没没有有很很大大变变化化，管管渠渠内内没没有有大大量量沉沉积积物物时时，管管渠渠中中水水流流流流态态接接近近均均匀匀流流，所所以以计计算时采用算时采用均匀流公式均匀流公式。（2-1）（2-2）式中式中Q设计管段设计流量，设计管段设计流量，m3/s；A设计管段的过水断面面积，设计管段的过水断面面积，m2；v 设计管段过水断面的平均流速，设计管段过水断面的平均流速，m/s；R设计管段过水断面的水力半径，设计管段过水断面的水力半径，m；I 水力坡度；水力坡度；n管壁粗糙系数（见表管壁粗糙系数（见表2-1）。）。水污染控制工程（上册）课件水污染控制工程（上册）课件2.3 管渠水力设计主要参数管渠水力设计主要参数（2-1）（2-2）由明渠均匀流公式可知：由明渠均匀流公式可知：对于一个设计管段有六个水力要素：对于一个设计管段有六个水力要素：管径管径D、粗糙系数、粗糙系数n、充满度、充满度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（上册）课件水污染控制工程（上册）课件1、设计充满度（设计充满度（h/D）在设计流量下，污水在管道中的水深在设计流量下，污水在管道中的水深h与管道直径与管道直径D的的比值（比值（h/D）称为）称为设计充满度设计充满度。hDh/D=1时，满流时，满流h/D 1时，非满流时，非满流 我国我国室外排水设计规范室外排水设计规范（GB 500142006）规定，规定，污水管道按非满流进行设计。污水管道按非满流进行设计。水污染控制工程（上册）课件水污染控制工程（上册）课件污水管道按非满流设计，污水管道按非满流设计，为什么为什么？（1）污水流量很难精确计算，而且雨水或地下水可能渗）污水流量很难精确计算，而且雨水或地下水可能渗入污水管道增加流量，因此，选用的污水管道断面面积应入污水管道增加流量，因此，选用的污水管道断面面积应留有余地，以防污水溢出；留有余地，以防污水溢出；（2）污水管道内沉积的污泥可能分解析出一些有害及易）污水管道内沉积的污泥可能分解析出一些有害及易爆气体，需留出适当的空间，以利管道内的通风，排除有爆气体，需留出适当的空间，以利管道内的通风，排除有害及易爆气体；害及易爆气体；（3）便于管道的清理和养护管理。）便于管道的清理和养护管理。水污染控制工程（上册）课件水污染控制工程（上册）课件 最大设计充满度最大设计充满度 管径或渠高（管径或渠高（mm）最大设计充满度最大设计充满度20030035045050090010000.550.650.700.75 在进行水力计算时，所选用的充满度，应小于或等于在进行水力计算时，所选用的充满度，应小于或等于表中所规定的数值。为了节约管材，选用的设计充满度一表中所规定的数值。为了节约管材，选用的设计充满度一般最好不小于般最好不小于0.5。对于明渠，设计规范规定设计超高（即渠中水面到渠对于明渠，设计规范规定设计超高（即渠中水面到渠顶的高度）不小于顶的高度）不小于0.2m。水污染控制工程（上册）课件水污染控制工程（上册）课件2、设计流速（设计流速（v）与设计流量、设计充满度相对应的水流平均流速称为与设计流量、设计充满度相对应的水流平均流速称为设计流速设计流速。为保证污水管道不淤不冲，设计流速不能太大也不能为保证污水管道不淤不冲，设计流速不能太大也不能太小。太小。（1）最小设计流速最小设计流速是保证管道内不发生淤积的流速，与是保证管道内不发生淤积的流速，与污水中所含杂质有关，一般最小设计流速为污水中所含杂质有关，一般最小设计流速为0.6m/s；明渠；明渠最小设计流速为最小设计流速为0.4m/s。（2）最大设计流速最大设计流速是保证管道不被冲刷破坏的流速，与是保证管道不被冲刷破坏的流速，与管道材料有关；金属管道的最大流速为管道材料有关；金属管道的最大流速为10m/s，非金属管，非金属管道的最大流速为道的最大流速为5m/s。水污染控制工程（上册）课件水污染控制工程（上册）课件3、最小设计坡度（最小设计坡度（i）相应于管道内流速为最小设计流速时的坡度称为相应于管道内流速为最小设计流速时的坡度称为最小最小设计坡度设计坡度。设计充满度一定时，管径越大，最小设计坡度越小。设计充满度一定时，管径越大，最小设计坡度越小。我国我国室外排水设计规范室外排水设计规范规定：规定：管径管径200mm的最小设计坡度为的最小设计坡度为0.004；管径；管径300mm的的最小设计坡度为最小设计坡度为0.003。水污染控制工程（上册）课件水污染控制工程（上册）课件4、最小管径（最小管径（D）一般在污水管道系统的上游部分，为了防止管道因管一般在污水管道系统的上游部分，为了防止管道因管径过小而堵塞、减小管道埋深，常规定一个允许的径过小而堵塞、减小管道埋深，常规定一个允许的最小管最小管径径。我国我国室外排水设计规范室外排水设计规范规定：规定：污水管道在街坊和厂区内的最小管径为污水管道在街坊和厂区内的最小管径为200mm，在街，在街道下的最小管径为道下的最小管径为300mm。在污水管道的设计过程中，若某设计管段的设计流量在污水管道的设计过程中，若某设计管段的设计流量小于其在最小管径、最小设计流速和最大设计充满度条件小于其在最小管径、最小设计流速和最大设计充满度条件下管道通过的流量，则这样的管段称为下管道通过的流量，则这样的管段称为不计算管段不计算管段。直接。直接采用最小管径，以及与管径相应的最小设计坡度，最小设采用最小管径，以及与管径相应的最小设计坡度，最小设计流速，设计充满度取半满流，即计流速，设计充满度取半满流，即h/D=0.5。水污染控制工程（上册）课件水污染控制工程（上册）课件5、污水管道的埋设深度和覆土厚度污水管道的埋设深度和覆土厚度覆覆土土厚厚度度埋埋设设深深度度地面地面管道管道管道埋深的表达方式：管道埋深的表达方式：1.覆土厚度覆土厚度：是指管道外壁顶部到：是指管道外壁顶部到地面的距离。地面的距离。2.埋设深度埋设深度：是指管道内壁底部到：是指管道内壁底部到地面的距离。地面的距离。管道埋设深度越小，工程的造价越低，工期越短；但管道埋设深度越小，工程的造价越低，工期越短；但管道埋设深度不能过小，其覆土厚度应有一个最小的限值，管道埋设深度不能过小，其覆土厚度应有一个最小的限值，该最小限值称为该最小限值称为最小覆土厚度最小覆土厚度。水污染控制工程（上册）课件水污染控制工程（上册）课件 防止土壤冰冻膨胀而损坏管道防止土壤冰冻膨胀而损坏管道 室外排水设计规范室外排水设计规范规定，冰冻层内污水管道的埋规定，冰冻层内污水管道的埋设深度，应根据流量、水温、水流情况和敷设位置等因素设深度，应根据流量、水温、水流情况和敷设位置等因素确定，一般应符合下列规定：确定，一般应符合下列规定：（1）无保温措施的生活污水管道或水温与生活污水接近）无保温措施的生活污水管道或水温与生活污水接近的工业废水管道，管底可埋设在冰冻线以上的工业废水管道，管底可埋设在冰冻线以上0.15m。（2）有保温措施或水温较高的管道，管底在冰冻线以上）有保温措施或水温较高的管道，管底在冰冻线以上的距离可以加大，其数值应根据该地区或条件相似地区的的距离可以加大，其数值应根据该地区或条件相似地区的经验确定。经验确定。水污染控制工程（上册）课件水污染控制工程（上册）课件 防止管壁因地面荷载而破坏防止管壁因地面荷载而破坏 管道的这一覆土厚度取决于管材强度、地面荷载大小管道的这一覆土厚度取决于管材强度、地面荷载大小以及荷载的传递方式等因素。以及荷载的传递方式等因素。室外排水设计规范室外排水设计规范规定，在车行道下，污水管道规定，在车行道下，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。非车行道下污水管道的最小。非车行道下污水管道的最小覆土厚度可适当减小。覆土厚度可适当减小。动荷载动荷载静荷载静荷载 0.7m水污染控制工程（上册）课件水污染控制工程（上册）课件 满足街坊污水连接管衔接的要求满足街坊污水连接管衔接的要求 街道污水支管起端的最小埋深可由下式计算：街道污水支管起端的最小埋深可由下式计算：（2-3）式中式中 H 街道污水支管起点的最小埋深，街道污水支管起点的最小埋深，m；h 小区污水支管起点的最小埋深，小区污水支管起点的最小埋深，m，取，取0.60.7m；I 小区污水干管和支管的坡度；小区污水干管和支管的坡度；L 小区污水干管和支管的总长度，小区污水干管和支管的总长度，m；Z1 街道污水支管起点检查井检查井处地面标高，街道污水支管起点检查井检查井处地面标高，m；Z2 小区污水支管起点检查井检查井处地面标高，小区污水支管起点检查井检查井处地面标高，m；h街坊干管与街道污水支管的管内底高差，街坊干管与街道污水支管的管内底高差，m。水污染控制工程（上册）课件水污染控制工程（上册）课件 上述三方面的计算结果取上述三方面的计算结果取最大值最大值即为该管道的允许最即为该管道的允许最小埋深或最小覆土厚度。小埋深或最小覆土厚度。最大埋深问题最大埋深问题 地形平坦地区更需注意！地形平坦地区更需注意！管道允许最大埋深应根据技术经济指标、施工地带的管道允许最大埋深应根据技术经济指标、施工地带的地形地质条件和施工方法等因素确定。地形地质条件和施工方法等因素确定。一般情况下，在干燥土壤中不超过一般情况下，在干燥土壤中不超过7-8m，在多水、，在多水、流砂、石灰岩地层中不超过流砂、石灰岩地层中不超过5m。若管道超过最大埋深时，应考虑在适当地点设置中途若管道超过最大埋深时，应考虑在适当地点设置中途提升泵站。提升泵站。水污染控制工程（上册）课件水污染控制工程（上册）课件2.4 管段的衔接管段的衔接 在检查井处必须考虑上下游管道衔接时的在检查井处必须考虑上下游管道衔接时的高程高程关系。关系。管道衔接的原则：管道衔接的原则：1.尽可能提高下游管道的高程，以减少管道的埋深，降尽可能提高下游管道的高程，以减少管道的埋深，降低造价；低造价；2.避免在上游管段中形成回水而造成淤积。避免在上游管段中形成回水而造成淤积。污水管道的衔接方法，通常有污水管道的衔接方法，通常有水面平接水面平接和和管顶平接管顶平接两种。两种。水污染控制工程（上册）课件水污染控制工程（上册）课件上游管段终端与下游管段起端的水上游管段终端与下游管段起端的水面标高相同。面标高相同。适用范围适用范围：一般用于上下游：一般用于上下游管径相管径相同同的污水管道的衔接。的污水管道的衔接。缺点缺点：在上游管段中易形成回水。：在上游管段中易形成回水。上游管段终端与下游管段起端的管上游管段终端与下游管段起端的管内顶标高相同。内顶标高相同。适用范围适用范围：一般用于上下游：一般用于上下游管径不管径不同同的污水管道的衔接。的污水管道的衔接。缺点缺点：增加下游管道的埋设深度。：增加下游管道的埋设深度。水污染控制工程（上册）课件水污染控制工程（上册）课件 无论采用哪种衔接方法，下游管段起端的水面和管内无论采用哪种衔接方法，下游管段起端的水面和管内底标高都底标高都不得高于不得高于上游管段终端的水面和管内底标高！上游管段终端的水面和管内底标高！水污染控制工程（上册）课件水污染控制工程（上册）课件2.5 水力学算图水力学算图对于一个设计管段有六个水力要素：对于一个设计管段有六个水力要素：管径管径D、粗糙系数、粗糙系数n、充满度、充满度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其中，其中，管径管径D、粗糙系数、粗糙系数n已知，其它参数查水力学算图。已知，其它参数查水力学算图。已知已知Q、n管径管径D满足设计充满度、设计流速。满足设计充满度、设计流速。管道坡度管道坡度I参照地面坡度和最小设计坡度。参照地面坡度和最小设计坡度。满足设计流速。满足设计流速。水污染控制工程（上册）课件水污染控制工程（上册）课件图解法图解法水力计算图（附录二）水力计算图（附录二）P222 附图附图2-3钢筋混凝土非满流钢筋混凝土非满流水污染控制工程（上册）课件水污染控制工程（上册）课件【例例2-1】已知已知n=0.014，D=300mm，I=0.004，Q=30L/s，求，求v和和h/D。0.50.55充满度充满度流速流速m/s0.80.85内插法：内插法：水污染控制工程（上册）课件水污染控制工程（上册）课件2.6 管段水力计算管段水力计算2.7 倒虹管水力计算倒虹管水力计算自自 学学 ！