1、排水管渠水力計算,2009年8月,第一節(jié) 污水管渠水力設計原則 第二節(jié) 水力學計算基本公式 第三節(jié) 水力學算圖 第四節(jié) 主要設計參數 第五節(jié) 管段的銜接 第六節(jié) 管段水力學計算,溝道水流情況,重力流:溝道中水流動時,水上方是大氣,具有自由表面,而其它三個方向受到溝道固體界面限制,這種水流方式叫重力流又叫明渠流. 管流:溝道有時在水壓力流動這時水流方式叫管流又叫壓力流.,第一節(jié) 污水管渠水力設計原則,不溢流 不淤積 不沖刷溝壁 要注意通風,第二節(jié) 水力學計算基本公式,第三節(jié)水力學算圖,算圖分類 不滿流圓形管道 滿流圓形管道 滿流矩形管道 明渠流,管道的埋設深度和覆土厚度 管道的埋設深度是指溝底的

2、內壁到地面的距離。 管道的埋設度對整個溝道系統(tǒng)的造價和施工影響很大，溝道愈深，則造價愈貴，施工期愈長。 所以，管道的埋設深度小些好，并有一個最大限值，這個限值稱做最大埋深。溝道的最大埋深需要根據技術經濟指標及施工方法決定。,在干燥土壤中，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。,管道的覆土厚度是指溝頂的外壁到地面的距離 管溝道埋深小些好，但是，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： 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； 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。,管段的銜接,窨

3、井上下游的管段在銜接時應遵循下述原則： 盡可能提高下游管段的高程，以減少埋深，從而降低造價，在平坦地區(qū)這點尤其重要； 避免在上游管段中形成回水而造成淤積； 不允許下游管段的溝底高于上游溝段的溝底。,管段的銜接方法通常采用： 溝頂平接 水面平接 溝底平接（在特殊情況下需要采用）,乘插式,企口式,平口式,一、排水管道基礎的組成,管道,管座,基礎,墊層,地基,排水管道的基礎,三、污水管道水力計算的設計規(guī)定,設計充滿度（h/D）,設計流速（v）,最小管徑（D）,最小設計坡度（i）,2-3 污水管道的水力計算,管頂平接是指在水力學計算中，使上游管段和下游管段的管頂內壁的高程相同。 采用管頂平接時，上游管

4、段產生回水的可能性較小，但往往使下游管段的埋深增加。,水面平接是指在水力學計算中，使上游管段和下游管段的水面高程相同。 用水面平接時,常因管道中流量出現變化時(主要是上游的小管道)而產生回水，但下游管道的埋深可以淺些。為了減少下游管道的埋深，也有人建議在充滿為0.8處平接。,溝底平接是指在水力學計算中，要使上游溝段和下游溝段的溝底內壁的高程相同,在一般情況下，異管徑溝段采用溝頂平接。 有時，當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深時，(由小坡度轉入較陡的坡度時，可 能出現這種情況)，也可采用溝頂平接。,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允盈深，避免上游溝段中

5、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。 當異管徑溝段采用溝頂平接而發(fā)現下游溝段的水面高于上游溝段的水面時(這種情況并不常見)，應改用水面平接。,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，可能出現這種情況)，而不能采用管頂平接或水面平接時，應采用管底平接以防下游溝段的管底高于上游管段的溝底。 為了減少管道系統(tǒng)的埋深，雖然下游管管管徑大于上游溝管管徑，有時也可采用管底平接。,總之， 溝段的銜接是以盡量減少管道埋深為前提，而且在窨井處不應發(fā)生: 下游管底高于上游管底。 下游水位高于上游水位。,（1）設計充滿度

6、（h/D）,指設計流量下，管道內的有效水深與管徑的比值。,h/D =1時，滿流,h/D 1時，非滿流,室外排水設計規(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）,200300 350450 500900 1000,0.55 (0.60) 0.65 (0.70) 0.70 (0.75) 0.75 (0.80),h,D,為什么要做最大設計充滿度的規(guī)定？,1、預留一定的過水能力，防止水量變化的沖擊， 為未預見水量的增長留有余地； 2、有利于管道內的通風； 3、便于管道的疏通和維護管理。,（2）設計流速,與設計流量和設計充滿度相應的污水平均流速。,最小設計流速：是保

7、證管道內不發(fā)生淤積的流速，與污水中所含雜質有關；國外很多專家認為最小流速為0.6-0.75m/s，我國根據試驗結果和運行經驗確定最小流速為0.6m/s。,最大設計流速：是保證管道不被沖刷破壞的流速，與管道材料有關；金屬管道的最大流速為10m/s，非金屬管道的最大流速為5m/s。,*國內一些城市污水管道長期運行的情況說明，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、什么叫不計算管段？ 在管道起端由于流量較小，通過水力計算查得的管徑小于最小管徑，對于這樣的管段可不用再進行其他的水力計算，而直接

8、采用最小管徑和相應的最小坡度，這樣的管段稱為不計算管段。,（4）最小設計坡度,相應于最小設計流速的坡度為最小設計坡度，最小設計坡度是保證不發(fā)生淤積時的坡度。,（1）,（2）,（3）,規(guī)定：管徑200mm的最小設計坡度為0.004；管徑 300mm的最小設計坡度為0.003；管徑400mm 的最小設計坡度為0.0015。,四、污水管道的埋設深度,管道的埋設深度有兩個意義：,覆土厚度,埋設深度,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 污水管道的水力計算,H=h+IL+Z1-Z2+h 式中：H街道污水管網起點的最小埋深，m； h街坊污水

9、管起點的最小埋深，0.60.7m； Z1街道污水管起點檢查井檢查井處地面標高，m； Z2街坊污水管起點檢查井檢查井處地面標高，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底高差，m。,溫度與地層深度關系圖,室外排水設計規(guī)范規(guī)定：無保溫措施的生活污水管道，管底可埋設在冰凍線以上0.15m；有保溫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，應根據當地的養(yǎng)護經驗確定。無養(yǎng)護資料時，采用如下數值：管徑小于500mm，管底在冰凍線上0.3m；管徑大于500mm，為0.5m。,污水管道的埋設深度,管道的埋設深度有兩個意義

10、：,覆土厚度,埋設深度,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 污水管道的水力計算,H=h+iL+h1-h2+h 式中：H街道污水管網起點的最小埋深，m； h街坊污水管起點的最小埋深，0.60.7m； h1街道污水管起點檢查井檢查井處地面標高，m； h2街坊污水管起點檢查井檢查井處地面標高，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底高差，m。,污水管道水力計算的方法,1、需要確定的參數 流量Q、管徑D、坡度I、流速v、充滿度h/D和埋深H。,2-3 污水管道的水力計算

11、,2、確定方法 首先根據已知資料，計算出流量Q，根據Q值可初步確定管徑D； 然后，根據Q、D值，求i、h/D、v值。在這三個未知數中，還需知道一個參數，才能求得另外兩個，此時可以在三個參數中先假設一個值，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，之后進行查表或查圖，就可得出其余兩個未知數； 最后要進行校核，若得出的兩個參數滿足其規(guī)定的要求，則計算完成，若不滿足要求，則需調整假設值，甚至管徑D，重新進行計算。,例1 已知n=0.014,D=300mm,I=0.004,Q=30L/s,求v和h/D。,例1 已知n=0.014,D=300mm, h/D =0.55,Q=32L

12、/s,求v和I 。,Q=Q1+Q2+Q3+Q4+Q滲,Q滲指地下水滲入量，一般以單位管道延長米或單位服務面積公頃計算，日本規(guī)定采用經驗數據，按每人每日最大污水量的10%-20%。,2-2 污水設計流量的確定,城市及工業(yè)企業(yè)污水設計總流量：,溝段設計步驟： (1) 確定主要矛盾，定計算方略； (2) 查表格適合之管徑、管坡 （A） 溝管口徑一般不跳級增加； （B） 在地面坡度變陡處，溝道管徑可以較上游小1或2級。 (3) 決定銜接方式(從比較管坡和地坡入手)； (4) 計算溝底高程； (5) 檢驗上下段水面高程； (6) 確定最佳計算數據組；,第六節(jié) 管段水力計算,第七節(jié)倒虹管水力計算,有關規(guī)定

13、： (1) 按滿流計算 (2) 倒虹管內流速一般采用1.2-1.5 m/s，在條件困難時可適當降低，但不宜小于0.9 m/s，且不得小于上游管渠中的流速。當管內流速達不到0.9 m/s，應加定期沖洗措施，沖洗流速不得小于1.2 m/s。,(3) 倒虹管數量 越河道的倒虹管，一般敷設2條工作管道； 過小河、旱溝和洼地時，可敷設1條工作管道； 過特殊重要構筑物(如地下鐵道)時，應敷設3工作管道，2條工作1條備用。 (4) 水平管的管頂距規(guī)劃河底一般不小于1m,常用排水泵,1、離心泵 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。 2、混流泵 構造基本上與離心泵相同。 3、軸流泵 主流方向與泵軸平行。,4、螺旋泵 最適于揚程較低，進水水位變化較小的場合。用于提升回流活性污泥