污水管渠系統(tǒng)水力計算習(xí)題及答案一、單選題（每題2分，共20分）1.某鋼筋混凝土圓形污水管，設(shè)計充滿度0.75，管徑D=800mm，粗糙系數(shù)n=0.013，坡度S=0.002。若采用曼寧公式計算，其設(shè)計流量最接近下列何值？A.0.42m3/sB.0.58m3/sC.0.71m3/sD.0.85m3/s答案：C解析：曼寧公式Q=(1/n)·A·R^(2/3)·S^(1/2)。D=0.8m，h/D=0.75，查圓管水力要素表得：A=0.6317D2=0.404m2，R=0.3017D=0.241m。代入得Q=(1/0.013)×0.404×0.241^(2/3)×0.002^(1/2)=0.71m3/s。2.下列關(guān)于“不沖刷流速”的說法，正確的是：A.與管道材料無關(guān)，僅與流量有關(guān)B.混凝土管的不沖刷流速一般低于HDPE管C.不沖刷流速隨管徑增大而線性減小D.不沖刷流速與水溫呈正相關(guān)答案：B解析：混凝土表面粗糙，抗沖能力弱于光滑HDPE，故允許不沖刷流速低；A、C、D均與規(guī)范結(jié)論相反。3.某管段服務(wù)面積20ha，綜合污水量標(biāo)準(zhǔn)400L/(ha·d)，總變化系數(shù)Kz=1.5，則該管段設(shè)計流量為：A.116L/sB.139L/sC.154L/sD.185L/s答案：B解析：平均日流量=20×400/86400=0.0926m3/s=92.6L/s；設(shè)計流量=92.6×1.5=139L/s。4.在污水管網(wǎng)水力計算中，“最小設(shè)計坡度”的設(shè)定主要目的是：A.保證自凈流速B.降低埋深C.減小沖刷D.節(jié)約管材答案：A解析：規(guī)范規(guī)定最小坡度對應(yīng)最小流速≥0.6m/s，防止沉積。5.一矩形暗渠寬1.2m，水深0.6m，n=0.015，坡度0.001，其輸水流量為：A.0.35m3/sB.0.42m3/sC.0.49m3/sD.0.56m3/s答案：C解析：A=1.2×0.6=0.72m2，R=0.72/(1.2+2×0.6)=0.3m，Q=(1/0.015)×0.72×0.3^(2/3)×0.001^(1/2)=0.49m3/s。6.當(dāng)圓管污水流處于半管流（h/D=0.5）時，其水力半徑R與管徑D的關(guān)系為：A.R=D/2B.R=D/3C.R=D/4D.R=D/5答案：C解析：半管流A=πD2/8，濕周P=πD/2，R=A/P=D/4。7.采用海曾威廉公式計算舊鑄鐵管水頭損失時，若粗糙系數(shù)C=90，與C=130相比，同流量同管徑下的水頭損失約：A.增加30%B.增加70%C.減少30%D.減少70%答案：B解析：hf∝1/C^1.852，(130/90)^1.852≈1.70，即損失增加70%。8.某管段下游水位較高，出現(xiàn)壓力流，下列措施最經(jīng)濟有效的是：A.增大管徑B.設(shè)置提升泵站C.降低出口水位D.增設(shè)透氣閥答案：C解析：降低受納水體水位可消除淹沒出流，常通過修建擋水壩或調(diào)整排口高程實現(xiàn)，比泵站節(jié)省能耗。9.污水管網(wǎng)水力計算時，若采用“極限強度法”，其設(shè)計降雨歷時一般取：A.5minB.10minC.集水時間+管渠流行時間D.120min答案：C解析：極限強度法認(rèn)為峰值流量出現(xiàn)在全流域匯流完成時刻，故t=tc+tf。10.下列關(guān)于“管道局部水頭損失”的說法，錯誤的是：A.90°彎頭損失系數(shù)大于45°彎頭B.突然擴大損失大于突然縮小C.損失系數(shù)與雷諾數(shù)無關(guān)D.檢查井內(nèi)跌水屬于局部損失答案：C解析：局部損失系數(shù)在紊流光滑區(qū)基本恒定，但進入過渡區(qū)后隨Re變化，C表述絕對化，故錯。二、多選題（每題3分，共15分，多選少選均不得分）11.影響污水管道最小埋深的主要因素有：A.防凍要求B.地面荷載C.支管接入標(biāo)高D.管道強度E.地下水埋深答案：A、B、C、D解析：防凍、荷載、支管銜接、強度均決定最小覆土；地下水埋深影響抗浮，不直接決定最小埋深。12.下列關(guān)于“曼寧公式”與“海曾威廉公式”對比，正確的有：A.曼寧公式適用于明渠，海曾威廉適用于壓力管B.兩公式均基于紊流粗糙區(qū)試驗C.曼寧n與海曾威廉C均可通過實驗測定D.曼寧公式指數(shù)恒定，海曾威廉指數(shù)與Re相關(guān)E.曼寧公式單位需統(tǒng)一為英制或公制答案：A、B、C解析：D錯誤，海曾威廉指數(shù)1.852為常數(shù)；E錯誤，曼寧公式國際單位制直接適用。13.某管段設(shè)計流量為200L/s，管徑600mm，坡度0.002，n=0.013，下列校核結(jié)果正確的有：A.流速0.82m/sB.充滿度0.65C.流量大于設(shè)計流量D.需調(diào)整坡度至0.003才能滿足自凈E.若改用n=0.010，流量可提高約23%答案：A、B、E解析：查表計算得h/D=0.65時Q=220L/s>200L/s，流速0.82m/s>0.6m/s已自凈；n由0.013降至0.010，Q增幅(0.013/0.010)=1.23。14.關(guān)于“污水管網(wǎng)管徑選擇”的原則，正確的有：A.由上游至下游逐段增大B.變化幅度一般按公稱直徑級差C.應(yīng)留有余量適應(yīng)城市發(fā)展D.最小管徑不小于300mmE.坡度越大管徑可越小答案：A、B、C、E解析：D錯誤，規(guī)范最小管徑為DN300，但山區(qū)可放寬至DN200，表述絕對化。15.下列措施可同時起到“降低埋深”與“減少沖刷”作用的有：A.采用粗糙系數(shù)小的管材B.設(shè)置跌水井C.增大坡度D.采用卵礫石墊層E.選用環(huán)剛度高的管材答案：A、B解析：A降低n可減小坡度需求，從而減埋深且流速可控；B跌水井集中消能，既減下游埋深又防沖刷。C增大坡度反而易沖刷；D、E與埋深無直接關(guān)系。三、填空題（每空2分，共20分）16.某圓形污水管D=1000mm，設(shè)計充滿度0.70，此時水流斷面面積A=________m2，濕周P=________m。答案：0.587；2.20解析：查圓管水力要素表，h/D=0.70時A=0.587D2=0.587m2，P=2.20m（按弧度計算）。17.采用曼寧公式計算時，若流量不變，管徑增大一倍，則所需坡度變?yōu)樵瓉淼腳_______倍。答案：0.16解析：Q=(1/n)A·R^(2/3)·S^(1/2)，D→2D，A→4A，R→2R，令Q不變，則S^(1/2)∝1/(4·2^(2/3))，S∝1/6.35≈0.16。18.某管段長120m，上游管底標(biāo)高45.60m，下游管底標(biāo)高45.00m，則該管段坡度為________‰。答案：5解析：S=(45.6045.00)/120=0.005=5‰。19.當(dāng)污水管道流速為1.2m/s，輸送懸浮固體顆粒粒徑1mm，顆粒密度2650kg/m3，水溫20℃，此時顆粒沉降速度約為________m/s（取斯托克斯公式，動力黏度1×10??m2/s）。答案：0.10解析：ws=g(ρsρ)d2/(18μ)=9.81×(26501000)×(0.001)2/(18×1×10?3)=0.10m/s。20.污水管網(wǎng)設(shè)計時，若總變化系數(shù)Kz=2.0，則最大日最大時流量與平均日平均時流量的比值為________。答案：2.0解析：Kz定義即為該比值。21.某城市人口50萬，人均綜合污水量250L/(人·d)，則平均日污水量為________萬m3/d。答案：12.5解析：50×0.25=12.5。22.一矩形渠道寬2m，水深1m，曼寧n=0.015，坡度0.0005，其輸水流量為________m3/s。答案：1.31解析：A=2m2，R=2/(2+2)=0.5m，Q=(1/0.015)×2×0.5^(2/3)×0.0005^(1/2)=1.31m3/s。23.管道局部水頭損失公式為hj=ξ·v2/(2g)，若ξ=1.0，v=1.5m/s，則hj=________m。答案：0.115解析：hj=1×1.52/(2×9.81)=0.115m。24.當(dāng)圓管滿流時，其水力半徑R=________D。答案：0.25解析：R=A/P=(πD2/4)/(πD)=D/4。25.某管段設(shè)計流量300L/s，采用DN700mm，n=0.013，坡度0.002，校核得充滿度0.75，則其流速為________m/s。答案：1.05解析：A=0.6317×0.72=0.309m2，Q=0.3m3/s，v=Q/A=0.97m/s；查表精確值修正得1.05m/s。四、計算題（共45分）26.（10分）某圓形污水主干管D=1200mm，n=0.013，設(shè)計流量Q=1.8m3/s，要求充滿度不超過0.75，且流速不低于0.8m/s。試計算：（1）為滿足流量要求的最小坡度；（2）校核該坡度下的流速是否滿足自凈要求；（3）若坡度保持最小值不變，將管徑改為D=1350mm，求新的充滿度。解：（1）h/D=0.75，查表得A=0.6317D2=0.909m2，R=0.3017D=0.362m。由曼寧公式：S=[Q·n/(A·R^(2/3))]2=[1.8×0.013/(0.909×0.362^(2/3))]2=0.00096≈1.0‰。（2）v=Q/A=1.8/0.909=1.98m/s>0.8m/s，滿足。（3）D=1.35m，設(shè)h/D=x，試算：令Q=1.8m3/s，S=0.00096，n=0.013，迭代得x≈0.62。答：（1）1.0‰；（2）1.98m/s，滿足；（3）0.62。27.（10分）如圖所示串聯(lián)管道，AB段DN500mm，長300m，S1=0.002；BC段DN600mm，長400m，S2=0.0015；n=0.013。A點管底標(biāo)高28.50m，C點管底標(biāo)高25.30m。若設(shè)計流量Q=600L/s，試判斷：（1）C點是否需要設(shè)跌水井？（2）若需要，計算跌差；（3）校核AB段流速是否滿足自凈。解：（1）計算水頭損失：AB段：h/D=0.70，A=0.6317×0.52=0.158m2，v=0.6/0.158=3.80m/s，R=0.3017×0.5=0.151m，hf1=(v·n/R^(2/3))2·L=(3.80×0.013/0.151^(2/3))2×300=1.18m。BC段：h/D=0.65，A=0.587×0.62=0.211m2，v=0.6/0.211=2.84m/s，R=0.293×0.6=0.176m，hf2=(2.84×0.013/0.176^(2/3))2×400=0.72m?？俬f=1.90m；可用落差=28.5025.30=3.20m>1.90m，剩余1.30m，需設(shè)跌水井消能。（2）跌差取1.30m。（3）AB段v=3.80m/s>0.8m/s，滿足。答：（1）需要；（2）1.30m；（3）滿足。28.（10分）某區(qū)域采用分流制污水管網(wǎng)，服務(wù)面積80ha，人口密度400人/ha，人均污水量280L/(人·d)，總變化系數(shù)Kz=1.45。區(qū)域內(nèi)另有兩座公共建筑：醫(yī)院污水50m3/d，學(xué)校污水30m3/d。試計算該區(qū)域設(shè)計流量。解：生活污水量=80×400×280/86400=103.7L/s；Kz=1.45，則最大日最大時=103.7×1.45=150.4L/s；公共建筑=（50+30）×1000/86400=0.93L/s，取總變化系數(shù)1.0；總設(shè)計流量=150.4+0.93≈151L/s。答：151L/s。29.（15分）某梯形混凝土暗渠，底寬1.5m，邊坡1:1，n=0.015，設(shè)計流量Q=2.5m3/s，最大允許流速3.0m/s，最小自凈流速0.7m/s。試確定：（1）正常水深h；（2）對應(yīng)坡度S；（3）若渠道長1km，求沿程水頭損失；（4）校核流速是否超限。解：（1）設(shè)水深h，則A=(b+mh)h=(1.5+h)h，P=b+2h√(1+m2)=1.5+2.828h，R=A/P。曼寧公式Q=(1/n)A·R^(2/3)·S^(1/2)，先令S=0.001試算：h=1.0m，A=2.5m2，P=4.33m，R=0.577m，Q=2.51m3/s≈2.5m3/s，滿足。（2）反推S：S=[Q·n/(A·R^(2/3))]2=0.0010。（3）hf=S·L=0.001×1000=1.0m。（4）v=Q/A=2.5/2.5=1.0m/s，介于0.7~3.0m/s，滿足。答：（1）1.0m；（2）1.0‰；（3）1.0m；（4）滿足。五、案例綜合題（共40分）30.（20分）某濱海新城規(guī)劃污水主干管，全長4.2km，地面坡降僅1.2m，服務(wù)面積500ha，規(guī)劃期末人口密度600人/ha，綜合污水量標(biāo)準(zhǔn)350L/(人·d)，工業(yè)廢水占生活污水量20%，總變化系數(shù)Kz=1.45。要求：（1）計算規(guī)劃期末設(shè)計流量；（2）若全程采用DN1200mm鋼筋混凝土管（n=0.013），求為滿足流量所需平均坡度，并判斷能否利用自然地形；（3）若自然坡度不足，提出兩種工程方案并做技術(shù)經(jīng)濟比較；（4）繪制水力剖面示意圖（文字描述即可），標(biāo)注跌水井、泵站位置。解：（1）生活污水=500×600×350/86400=1215L/s；工業(yè)廢水=0.2×1215=243L/s；平均日流量=1458L/s；設(shè)計流量=1458×1.45=2114L/s≈2.11m3/s。（2）DN1200mm，h/D=0.75，A=0.909m2，R=0.362m，S=[Q·n/(A·R^(2/3))]2=[2.11×0.013/(0.909×0.362^(2/3))]2=0.00138≈1.4‰。自然坡降=1.2/4200=0.29‰<1.4‰，不足。（3）方案A：中途設(shè)一座提升泵站，將后半段揚升1.5m，再沿1.0‰坡度敷設(shè)；泵站土建+設(shè)備投資約1200萬元，年電費80萬元。方案B：全線設(shè)3座跌水井，每座跌差0.4m，總跌差1.2m，將剩余0.9m不足坡度通過局部放大管徑至DN1350mm解決；跌水井投資300萬元，放大管徑增加投資約600萬元，無運行費。比較：方案B投資900萬元<1200萬元，且無運行費，推薦方案B。（4）水力剖面：起點埋深2.5m，沿0.29‰坡降敷設(shè)1.4km至1號跌水井，跌0.4m；再1.4km至2號跌水井，跌0.4m；再1.4km至3號跌水井，跌0.4m；末段放大至DN1350mm，坡度0.29‰，出口埋深約4.2m。31.（20分）某老城區(qū)合流制溢流（CSO）調(diào)蓄管渠，采用圓形隧道，D=3.0m，n=0.014，長1.8km，上游旱季污水流量1.5m3/s，設(shè)計調(diào)蓄降雨歷時30