第二章 排水管渠水力计算
第2章排水管渠水力计算详解
流量公式： 流速公式：
Q Av 1 3 1 v R I2 n
2
（2-1） （2-2）
对于一个设计管段有六个水力要素： 管径D、粗糙系数n、充满度h/D、 水力坡度（管底坡度）i、流量Q、流速v
水污染控制工程（上册）课件
1、设计充满度（h/D） 在设计流量下，污水在管道中的水深h与管道直径D 的比值（h/D）称为设计充满度。 h/D =1时，满流 h D h/D <1时，非满流
水污染控制工程（上册）课件
2、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 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 太小。 （1）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，一般最小设计流速为0.6m/s；明渠 最小设计流速为0.4m/s。 （2）最大设计流速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10m/s，非金属管 道的最大流速为5m/s。
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 管道埋深的表达方式： 1. 覆土厚度：是指管道外壁顶部 到地面的距离。 2. 埋设深度：是指管道内壁底部 到地面的距离。
地面 覆 土度越小，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， 该最小限值称为最小覆土厚度。
水污染控制工程（上册）课件
第2章 排水管渠水力计算
2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 污水管渠水力设计原则 管渠水力计算基本公式 管段水力设计主要参数 管段的衔接 水力学算图 管段水力计算 倒虹管水力计算
水污染控制工程（上册）课件
2.1 污水管渠水力设计原则
排水管渠水力计算-PPT文档资料
第四节 管渠水力设计主要参数
设计充满度（h/D） 设计流速（v） 最小管径（D） 最小设计坡度（i） 污水管道的埋设深度
1、设计充满度（h/D）
——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
h D
h/D <1时，非满流
《室外排水设计规范》规定，最大充满度为：
管径（D）或暗渠高（H） （mm） 200~300 350~450 500~900 ≥1000 最大充满度（h/D） 0.55(0.60) 0.65(0.70) 0.70(0.75) 0.75(0.80)
式中：H——街道污水管网起点的最小埋深，m；
h——街坊污水管起点的最小埋深，0.55~0.65m； Z1——街道污水管起点检查井检查井处地面标高，m； Z2——街坊污水管起点检查井检查井处地面标高，m； i——街坊污水管和连接支管的坡度； L——街坊污水管和连接支管的总长度，m；
5、污水管道的埋设深度（续）
二、污水管道水力计算的基本公式
管道水力计算：通过计算合理的确定管径、流速、坡度、埋深
Q Av
式中：Q——流量，m3/s；
1 3 1 v R i 2 n
2
A——过水断面面积，m2； v——流速，m/s；
R——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）； n——管壁粗糙系数（P52）
对于每一个具体的设计管段，从上述三个不同的因素出发，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个 值就是该管段的允许最小埋设深度或最小覆土厚度。
除考虑最小埋深外，还应考虑最大埋深：
在干燥土壤中，一般不超过7~8 m； 在多水、流砂、石灰岩地层中，一般不超过5 m。
《排水管渠水力计算》课件
新材料、新工艺在排水管渠水力计算中的应用前景
新材料：高强度、 耐腐蚀、轻质等 特性，提高排水 管渠的耐久性和
安全性
新工艺：自动化、 智能化、数字化 等新技术，提高 排水管渠水力计 算的准确性和效
现状：目前排水管渠水力计算主要采用数值模拟和物理模型相结合的方法，但存在计算精度和效 率的问题。
发展趋势：未来排水管渠水力计算将更加注重计算精度和效率的提升，同时将引入人工智能和大 数据等技术，提高计算速度和准确性。
展望：未来排水管渠水力计算技术将更加智能化、高效化，为城市排水系统的设计和运行提供更 加准确的数据和决策支持。
管道压力和坡度的计算公式
管道压力计算公式：P=ρgh
流速计算公式：v=Q/A
坡度计算公式：i=h/l
水头损失计算公式：Δh=f*L/D^2
流量计算公式：Q=A*v
管道阻力计算公式：f=λ/D^5.33
管道阻力和水头的计算公式
管道阻力： R=1/2*ρ*v ^2/d
水头损失： H=R*L
管道水头： H=H1+H2 +H3
计算结果：计算 出管渠的排水能 力为1000立方米 /小时，满足城市 排水需求
某工业区排水管渠水力计算案例
工业区概况：占地面积、建筑物数量、排水量 等
计算结果：最大流量、最小流量、最大流速等
排水管渠设计：管径、坡度、材质等
设计优化：根据计算结果进行设计优化，如调 整管径、坡度等
水力计算方法：采用何种水力计算方法，如曼 宁公式、谢才公式等
率
应用前景：新材 料、新工艺在排 水管渠水力计算 中的应用，将推 动排水管渠行业 的技术进步和产
第二章排水管渠水力学计算
2、有利于管道内的通风； 3、便于管道的疏通和维护管理。
（2）设计流速
——与设计流量和设计充满度相应的污水平均流速。
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；国外很多专家认为最小流 速为0.6-0.75m/s，我国根据试验结果和运行经验确 定最小流速为0.6m/s。
规定：管径200mm的最小设计坡度为0.004；管径 300mm的最小设计坡度为0.003；管径400mm 的最小设计坡度为0.0015。
§2-3 污水管道的水力计算
四、污水管道的埋设深度
管道的埋设深度有两个意义：
决定污水管道最小覆土厚度 的因素有哪些？
地面荷载
冰冻线的要求
地面 管道
覆 土 厚 度埋
管道的埋设深度和覆土厚度 管道的埋设深度是指沟底的内壁到地面
的距离。
管道的埋设度对整个沟道系统的造价和 施工影响很大，沟道愈深，则造价愈贵， 施工期愈长。
所以，管道的埋设深度小些好，并有一
个最大限值，这个限值称做最大埋深。
沟道的最大埋深需要根据技术经济指标
及施工方法决定。
在干燥土壤中，沟道最大 埋深一般不超过7-8m；在 多水、流沙、石灰岩地层
管段的衔接
窨井上下游的管段在衔接时应遵循下述 原则：
①尽可能提高下游管段的高程，以减少 埋深，从而降低造价，在平坦地区这点 尤其重要；
②避免在上游管段中形成回水而造成淤 积；
③不允许下游管段的沟底高于上游沟段 的沟底。
管段的衔接方法通常采用： 沟顶平接 水面平接 沟底平接（在特殊情况下需要采
下游沟底高程07502007502m例2已知最大流量为510ls最小流量为120只15弯头倒虹管上游管流速10ms下游管流速124考虑采用三条管径相同而平行敷设的倒虹管线每条倒虹管的最大流量为5103170ls查水力计算表得倒虹管管径d400mm水力坡度i00065流速v137ms此流速大于允许的最小流速09ms也大于上游沟管流速10时只用一条倒虹管工作此时查表得到流速为10倒虹管沿程水力损失值
水力学计算
最大埋深干燥土7-8m，多水砂地区，5m。应该尽量减少埋 深。
最小覆土厚度, 防止污水冰冻和土壤冰冻破坏管道, 防止车辆 动荷载压坏管道, 满足支管衔接. 无保温的生活污水或工业废
水, 管底在冰冻线下. 荷载方面，在车行道下, >0.7m; 人行道
>0.6m. 返回
5. 管段的衔接
5. 管段的衔接
D h
4.管渠水力设计参数
最大设计充满度
Water Pollution Control Engineering
雨水管道和合流管道应按满流计算
4.管渠水力设计参数
(2on Control Engineering
排水管渠的最小设计流速，应符合下列规定：
1. 污水管道在设计充满度下为0.6 m/s； 2. 雨水管道和合流管道在满流时为0.75 m/s； 3. 明渠为0.4m/s。
6. 管段水力计算
Water Pollution Control Engineering
比较D=350mm和D=400mm，D=350mm更合适，如果
采用400, 则由设计坡度减小引起的管道埋深的减小为
240m×0.0001=0.024m，而管道管径与350相比却增加
0.05m；此外管道容积未充分利用，h/D由0.65降为0.53； 除非流量突然剧烈增加，否则一般不跳级增加管道管 径。
求流速和充满度。需要注意当交点不是正好在线
上需要估计数值。
例题2-3，n=0.014，D=300，Q=38L/s，v=1.0m/s，
查图得到h/D=0.55, i=0.0055。
例题2-2
例题2-3
Water Pollution Control Engineering
第2章水力学基本知识
过流断面的几何要素
d--管径 h--水深 α--充满度, α=h/d θ--充满角,水深h所对应的圆心角。 由几何关系可得水力要素导出量： 过水面积 A d ( sin ) 湿周 d 水力半径
2
8
2
R
d sin (1 ) 4
2 1
流速
1 d sin 3 2 v [ (1 )] i n 4
波速判别
缓流 急流 临界流 波速：
vc vc
vc
A c g B
c gh （矩形）
弗劳德数判别
缓流 急流 临界流
弗劳德数
Fr 1
Fr 1
Fr 1
v Fr c v g A B v gh
断面比能
断面比能
e h
v 2
2g
h
Q 2
2 gA2
de 0 dh
1 2 i tan lx
底坡可分为: 顺坡(i>0), 平坡(i=0), 逆坡(i<0)
常见的断面形状
过流断面的几何要素
底宽 b,水深 h,边坡系数 m(表示边坡倾斜程 度的系数)
a m ctg h
水面宽 过流断面面积 湿周
水力半径
B b 2mh
A (b m h)h
2 1
流量
d2 1 d sin 3 2 Q ( sin ) [ (1 )] i 8 n 4
输水性能最优充满度
从上式可知,在水深很小时,水深增加,水面增 宽,过流断面面积增加很快,接近管轴处增加最快， 水深超过半管后，水深增加，水面宽减小，过流 断面面积增加减慢，在满流前增加最慢。湿周随 水深的增加与过流断面面积不同，接近管轴处增 加最慢，在满流前增加最快，由此可知，在满流 前，输水能力达到最大值，相应的充满度为最优 充满度。
排水管渠水力计算
例2-1 已知n=0.014，D=300mm， i=0.0024，Q=25.5L/s，求v和h/D。
充满度（h/D）：0.55
坡度
流速:0.65
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排水管渠水力计算
流量
17
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排水管渠水力计算
18
例2-2：已知n=0.014，D=300mm，Q=26L/s，i=0.003，求 充满度（h/D）：0.52 坡度 v和h/D。
3/28/2012 排水管渠水力计算 42
管顶平接 水面平接 衔接的方式 管底平接 跌水连接
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排水管渠水力计算
43
上游管段终端和下游管段起端 的管顶标高相同 上游管段不会形成回水；但下 游管段埋深增加 一般情况下，小管接大管（下 游管径上游管径）采用。 当等径管段下游充满度小于上 游充满度时（平→陡坡段）， 也可采用。 上游管段管内底高程＋上游管径
上下游管道管径 相同或 下游水位高于上 游水位时或 地形平坦及地下 水位较高地区
上游管段管内底高程＋上游水深 ＝ 下游管段管内底高程＋下游水深
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上游管段和下游管段的管 底内壁高程相同 适用：管道敷设地区的地 面突然变得非常陡峭时， 上游管段管内底高程 为减少埋深，管道敷设坡 ＝ 度增加，水流速度加大， 下游管段管内底高程
一矩形渠道宽为2.75m,当渠深为0.5m时，求 水力半径R。
d w
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排水管渠水力计算
11
等腰梯形渠道底宽为1.5 m，两旁斜度是水平 X/垂直d＝1.5（边坡为1：1.5）， 当渠深为 1.62 m时，求水力半径R。
排水管道纯公式水力计算
排水管道纯公式水力计算排水管道水力计算是指根据管道的水力特性和流体力学原理，计算管道内流体的速度、压力、流量等参数，以确定管道的水力性能。
下面将介绍一些常见的排水管道水力计算公式，并对其进行说明。
1.流量公式：流量是指单位时间内通过管道截面的液体体积。
流量公式可以用来计算流量，其表示为：Q=A*v式中，Q表示流量，单位为体积/时间；A表示管道截面积，单位为面积；v表示流速，单位为长度/时间。
该公式根据负责流量为截面面积与流速的乘积。
2.流速公式：流速是指单位时间内通过管道其中一点的液体线速度。
流速公式可以用来计算流速，其表示为：v=Q/A式中，v表示流速；Q表示流量；A表示管道截面积。
3.斯怀默公式：斯怀默公式用来计算管道中的流速，其表示为：v=C*R^(2/3)*S^(1/2)式中，v表示流速，单位为长度/时间；C为经验系数（一般根据实际情况取值）；R表示液体在管道内运动的惯性系数；S表示液体在管道内运动的能量消耗系数。
4.伯努利方程：伯努利方程是描述流体在管道中运动的一种基本物理原理。
对于水力平衡的平稳流动有：z+(P/γ)+(v^2/2g)=常数式中，z表示位置高度；P表示压力；γ表示液体的比重；v表示流速；g表示重力加速度。
该方程表达了位置高度、压力和速度之间的关系。
5.里德伯格公式：里德伯格公式用来计算管道中的摩阻损失，其表示为：Hf=f*(L/D)*(v^2/2g)式中，Hf表示摩阻损失；f表示摩阻系数；L表示管道长度；D表示管道直径；v表示流速；g表示重力加速度。
以上是一些常见的排水管道水力计算公式，用于计算排水管道的流量、流速、摩阻损失等参数。
在实际应用中，还可以根据具体情况选择适用的公式进行计算。
需要注意的是，公式的使用需要考虑实际情况，并结合实际数据进行合理调整，以保证计算结果的准确性。
排水管道水力计算
4.4 排水管道水力计算
4.4.9建筑物内生活排水铸铁管道的最小坡度和最小设计充满度，宜按表4.4.9确定。
按表4.4.10调整。
径不得小于所连接的横支管管径。
4.4.11-1确定。
距离计算。
2如排水立管工作高度在表中是列出的两个高度值之间时，可用内插法求得排水立管的最大排水能力数值。
3排水立管管径为100mm的塑料管外径为110mm，排水管管径为150mm的塑料管外径为160mm。
4.4.12 大便器排水管最小管径不得小于100mm。
4.4.13 建筑物内排出管最小管径不得小于50mm。
4.4.14多层住宅厨房间的立管管径不宜小于75mm。
4.4.15 下列场所设置排水横管时，管径的确定应符合下列要求：
1 建筑底层排水管道与其楼层管道分开单独排出时，其排水横支管管径可按表
4.4.11-4中立管工作高度≤2m的数值确定。
2 公共食堂厨房内的污水采用管道排除时，其管径比计算管径大一级，但干管管径不得小于100mm，支管管径不得小于75mm。
3 医院污物洗涤盆（池）和污水盆（池）的排水管管径，不得小于75mm。
4 小便槽或连接3个及3个以上的小便器，其污水支管管径，不宜小于75mm。
5 浴池的泄水管管径宜采用100mm。
排水管网-第2章
四、城市污水设计总流量计算
Q=Q1+Q2+Q3+Q4 城市污水总的流量是居住区生活污水、 工业企业生活污水和工业废水设计流量三部 分之和；在地下水较高地区，还应加入地下 水渗入量。
城镇污水总流量综合表
平均日流量(m3/d)
进入下水道
最高日最大时污水 量(m3/h)
生活污水
进入下水道
生产污水
设计流量(l/s)
生活污水
进入下水道
生产污水
生活污水
生产污水
居住 区 工厂
Q1 Q2 Q3
Kz Q1 Kz Q2 Kz (Q1+Q2) Qmax Kz Q3
Q1 ’ Q2 ’ Q3’
合计
总数
Q1+Q2
Q
Q3
Kz Q3
(Q1+Q2)’
Qmax’
Q3’
第三节 污水管道水力计算
一、污水管道中的污水流动特点
1、水质特点 假定污水的流动按照一般流体流动的规律 2、水流特性 流态特征——紊流 非恒定流(时间)，按恒定流计算 非均匀流(空间)，按均匀流计算 3、重力流与压力流 重力流(高→低)
3、最小覆土厚度应满足三个方面的要求： ① 防冻：防止管道内污水结冻，防止因土壤冻胀 而损坏管道。 ② 防压： 静荷载：上面土壤； 动荷载：车辆； 车行道下，最小覆土厚度≥0.7m；非车行道 下的污水管道若能满足管道衔接的要求以及无动 荷载的影响，其最小覆土厚度值也可适当减小。
第一节 设计资料的调查及
设计方案的确定
一、收集设计资料
1、有关明确任务的资料 主要是总体规划以及多项专业工程的规划 可获及：设计范围、设计期限、设计人口、 拟用的排水体制、污水处置方式；受纳水体的情 况、污水定额、水质指标；排水系统现状，存在 的问题等
排水管渠水力计算课件
与相关领域的联系与互动
01
与城市规划的互动
排水管渠水力计算是城市规划的重要 组成部分，其结果可以用来指导城市 规划的制定和实施，提高城市的生态 环境和居住质量。
降低环境污染风险 通过水力计算，可以预测和控制排水管渠中的水流状态， 避免因水流冲击或沉淀物堆积而产生的环境污染问题。
排水管渠水力计算的基本概念
01
02
03
04
流量
指单位时间内通过管道横截面 的流体体积，通常用Q表示，
单位为m³/s。
流速
指管道中流体在单位时间内沿 管道轴线移动的距离，通常用
v表示，单位为m/s。
设计重现期
设计重现期是指在设计流量时考 虑的降雨重现期，即设计流量是 在多少年一遇的降雨条件下能够
安全排出。
管渠坡度
最小坡度
最小坡度是指排水管渠在设计条件下应保持的最小坡度，以保证水流能够顺畅 流动。
最大坡度
最大坡度是指排水管渠在设计条件下应保持的最大坡度，以避免水流速度过快 导致冲刷和侵蚀。
管渠材料及管径选择
优点
推理公式法具有简单、直观、易于掌握的优点，同时能够反映管渠 水流的实际情况，因此在工程实践中得到广泛应用。
缺点
由于推理公式法基于一定的假设条件，因此对于复杂的水流情况或非 典型条件下的管渠水力计算，其计算结果可能存在误差。
实用经验法
01 02
定义
实用经验法是一种基于大量实验数据和工程实践经验的方法，通过总结 归纳实验结果和工程实践经验，得出适用于特定情况的水力计算公式和 方法。
高廷耀《水污染控制工程》(第4版)(上册)配套题库-章节题库】-第二章 排水管渠水力计算【圣才出品】
第二章排水管渠水力计算一、选择题1．下列不是引起局部阻力损失原因的是（）。
A．转弯B．分枝C．管径放大D．管壁粗糙【答案】D【解析】局部阻力损失是指由局部边界急剧改变导致水流结构改变、流速分布改变并产生旋涡区而引起的水头损失。
通常在管道的进出口、变截面管道、管道的连接处等部位，都会发生局部水头损失。
管壁粗糙引起的是沿程水头损失。
2．下列判断正确的是（）。
A．当流量一定，流速减小则管径减小，水头损失也减小B．当流量一定，流速减小则管径增大，水头损失也增大C．当流量一定，流速减小则管径减小，水头损失增大D．当流量一定，流速减小则管径增大，水头损失却减小【答案】D【解析】由d=知，流量Q不变、v减小时，管径d增大；又由22fl vhd gλ=知，d增大、v减小，则沿程水头损失减小。
二、填空题1．为了保证管渠能正常运行，以顺利地收集和输送生活污水和工业废水，管渠水力计算要满足______，______，______和______。
【答案】不溢流；不淤积；不冲刷管壁；要注意通风【解析】为了保证管渠能正常运行，以顺利地收集和输送生活污水和工业废水，管渠水力计算要满足下列要求：①不溢流，由于生活污水和工业废水从管渠中溢流到地面将污染环境，因此污水管渠是不允许溢流的；②不淤积，当管渠中水流的速度太小时，水流中的固体杂质就要下沉，淤积在管渠中，会降低管渠的输送能力，甚至造成堵塞；③不冲刷管壁，当管渠水流速度过大时，会冲刷和损坏管渠内壁；④要注意通风，在管渠中的水面之上保留一部分空间，作为通风排气的通道，并为不溢流留有余地。
2．水力学图计算的6个水力要素是______，______，______，______，______和______。
【答案】管径D；粗糙系数n；充满度h/D；水力坡度即管底坡度i；流量Q；流速υ【解析】对每一个设计管段，有6个水力要素，分别为管径D，粗糙系数n，充满度h/D，水力坡度即管底坡度i，流量Q和流速υ。
排水管渠水力学
h/D=0.53
此时i=0.00145。而D=350mm
时，h/D=0.65，i=0.0015；
二者管道设计坡度基本相同，
而D=400mm与D=350mm相比，管道容积未充分利
用，且由于采用管顶平接，
管道埋深反而增加0.05m。
另外，管管口径一般不跳级
增加，因此D=350mm，
i=0.0015的设计为好。
20
不满流管道水力学算图使用例题3
已知n＝0.014， D＝300mm， v=1.0m/s, qv=38L/s, 求i和h/D.
i=0.0057 h/D=0.53
h/D=0.53
i=0.0057 21
管道水力学计算的设计数据 及其基本规定
设计充满度 设计流速 最小管径
最小设计坡度
不满流、最大设计充满度 防止淤积和过度冲刷 为养护方便所作的规定 相对于最小流速的设计坡度
在已知流量qv和管径D，查水力计算图时，尽量选择流量qv和设计充 满度（图中为虚线）交点处的值或选择流量qv和设计流速（图中为虚 线）交点处的值。
44
例2-4
已知：设计管段长度L为240m，地面坡度I为0.0024，流量qv为40 L/s，上游管段管径D300mm，充满度h/D为0.55,管底高程为44.2
7
设计管段：相邻的两个检查井间的管段。
当相邻的设计管段能采用同样的口径和坡度时 可合并为一条设计管段。
同一设计管段上，当流量沿程不变和变化较小， 全管段可采用同样的口径和坡度。
在不长的设计管段上，当流量变化不大时，管道中水流状态 接近均匀流，管道水力计算采用均匀流公式。
8
均匀流管段示意图
均匀流特点：水力坡度=水面坡度=管底坡度
建筑小区雨水排水管道水力计算
L——设计管段上游各管段管长，m
υ——设计管段上游各管段的设计流速，m/s 当建筑小区的各种地面参数资料不不足时，径流系数可根据小区内建筑密度
按小区综合径流系数选取。小区综合径流系数见表1-3-4。
模块一 建筑小区生活污水排水系统设计
5）汇水面积F的求定
ψa=∑fi·ψi/∑fi
(1-3-6)
ψa——小区平均地面径流系数 fi——小区内各种地面面积，hm2
ψi——各种地面径流系数
各种地面径流系数见表1-3-3。
模块一 建筑小区生活污水排水系统设计
4）降雨历时t
降雨历时是很重要的设计参数，选择不当会使设计流量过大或过小。
t=t1+mt2 (1-3-7)
流速控制下的最小坡度要求。详见表1-3-5。 2）雨水管段的设计流量如果小于表1-3-5规定的最小管径在最小设计坡度时
的通过流量，则该管段称为非计算管段。非计算管段应采用最小管径并按最
小坡度进行设计。小区雨水管道最小管径、最小设计坡度见表1-3-6。 3）雨水管道水力计算的其他规定可参照污水管道的规定执行
4）雨水管道应按满流设计
模块一 建筑小区生活污水排水系统设计
模块一 建筑小区生活污水排水系统设计
模块一 建筑小区生活污水排水系统设计
模块一 建筑小区生活污水排水系统设计
模块一 建筑小区生活污水排水系统设计
模块一 建筑小区生活污水排水系统设计
R——水力半径，m，满流R=D/4
（3）计算方法
水力计算时，雨水管渠一般采用满流重力流设计计算，与污水管道计算方法 相同，采用流量和流速公式直接求解困难，需要试算和迭代。计算时一般采
第二章 排水管渠水力计算
设计充满度
管道中的水深h和管径D（或渠 深H）的比值。
充满度示意
一、设计充满度
管道是按不满流的情况进行设计的。在设计 流量下，管道中的水深h和管径D（或渠深H）的 比值c称为设计充满度。 最大设计充满度
管径或渠高/mm
200~300 350~450 500~900
最大设计充满度(h/D或h/H)
（3）从横轴(表示流量)上找出代表qV＝25.5L/s的 那根竖线。 （4）代表坡度0.0024的横线和代表流量25.5L/s的 竖线相交，得一点，这一点正好落在代表流速 0.65m/s的那根斜线上，并靠近代表充满度0.55的 那根斜线上。因此求得v＝0.65m/s，h/D＝0.55。
例 2-2 已知n＝0.014，D＝300mm， qV ＝26L/s，i ＝0.003，求v和h/D。 解：（1）D＝300mm，采用教材图2-2 。
例 2-3 已知n＝0.014，D＝300mm，qV＝ 38L/s，v＝1.0m/s，求i和h/D。
解：（1） D＝300mm，采用教材图2-2 。 （2）找出代表qV＝38L/s的那根竖线。 （3）找出代表v＝1.0m/s的那根斜线。
（4）这两根线的交点落在代表i＝0.0057的横线 上，求得i＝0.0057。
管渠分布类似河流——树枝状
水流在管道流动时，水流上方是大气，具有自 由的表面，而其他三个方向受到管道固体界面的 限制，称明渠流或重力流。
管道中水流受到重力作用从高处流向低处；污 水中含有固体杂质，污水流动滞缓时，杂质下沉； 流速增大时，亦有冲刷现象，可能破坏管道。
管道有时在水压下流动，这时的水流方式称管 流或压力流。
排水管渠水力计算的任务是：根据管段的设计流量， 选定既能防止淤积又不会引起冲刷的流速，确定排水管渠 的断面尺寸和高程，并使管渠的敷设经济合理。
给水排水管道系统水力计算.doc
给水排水管道系统水力计算本章内容：1、水头损失计算2、无压圆管的水力计算3、水力等效简化本章难点：无压圆管的水力计算第一节基本概念一、管道内水流特征进行水力计算前首先要进行流态的判别。
判别流态的标准采用临界雷诺数Rek，临界雷诺数大都稳定在2000左右，当计算出的雷诺数Re小于2000时，一般为层流，当Re大于4000时，一般为紊流，当Re介于2000到4000之间时，水流状态不稳定，属于过渡流态。
对给水排水管道进行水力计算时，管道内流体流态均按紊流考虑紊流流态又分为三个阻力特征区：紊流光滑区、紊流过渡区及紊流粗糙管区。
二、有压流与无压流水体沿流程整个周界与固体壁面接触，而无自由液面，这种流动称为有压流或压力流。
水体沿流程一部分周界与固体壁面接触，另一部分与空气接触，具有自由液面，这种流动称为无压流或重力流给水管道基本上采用有压流输水方式，而排水管道大都采用无压流输水方式。
从水流断面形式看，在给水排水管道中采用圆管最多三、恒定流与非恒定流给水排水管道中水流的运动，由于用水量和排水量的经常性变化，均处于非恒定流状态，但是，非恒定流的水力计算特别复杂，在设计时，一般也只能按恒定流(又称稳定流)计算。
四、均匀流与非均匀流液体质点流速的大小和方向沿流程不变的流动，称为均匀流；反之，液体质点流速的大小和方向沿流程变化的流动，称为非均匀流。
从总体上看，给水排水管道中的水流不但多为非恒定流，且常为非均匀流，即水流参数往往随时间和空间变化。
对于满管流动，如果管道截面在一段距离内不变且不发生转弯，则管内流动为均匀流；而当管道在局部有交汇、转弯与变截面时，管内流动为非均匀流。
均匀流的管道对水流的阻力沿程不变，水流的水头损失可以采用沿程水头损失公式进行计算；满管流的非均匀流动距离一般较短，采用局部水头损失公式进行计算。
对于非满管流或明渠流，只要长距离截面不变，也没有转弯或交汇时，也可以近似为均匀流，按沿程水头损失公式进行水力计算，对于短距离或特殊情况下的非均匀流动则运用水力学理论按缓流或急流计算。
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（3）从横轴(表示流量)上找出代表qV＝25.5L/s的 那根竖线。
（4）代表坡度0.0024的横线和代表流量25.5L/s的 竖线相交，得一点，这一点正好落在代表流速 0.65m/s的那根斜线上，并靠近代表充满度0.55的 那根斜线上。因此求得v＝0.65m/s，h/D＝0.55。
例 2-2 已知n＝0.014，D＝300mm， qV ＝26L/s，i ＝0.003，求v和h/D。
第一章 复习要点
1、排水体制的种类及其特点。 2、排水系统组成及其功能。 3、对管道和渠道的要求。 4、管道的种类及各类的特点。 5、管渠系统上各种构筑物的适用场合、
功能、构造特点。
第二章 排水管渠水力计算
本章主要内容
1、污水管渠水力设计的原则 2、管渠水力计算基本公式 3、水力学算图 4、管渠水力设计主要参数 5、管段的衔接 6、管段水力计算 7、倒虹管水力计算
排水管渠水力计算的任务是：根据管段的设计流量， 选定既能防止淤积又不会引起冲刷的流速，确定排水管渠 的断面尺寸和高程，并使管渠的敷设经济合理。
第一节 污水管渠水力设计原则
计算 确定
管径 坡度 高程
水力学计算要 满足下列要求
不溢流 不淤积 不冲洗管壁
通风
第二节 管渠水力计算基本公式
设计管段是相邻的两个检查井间的管段。
D、 n已知，只要知道两个就可求出另 两个
例 2-1 已知n＝0.014，D＝300mm，i＝ 0.0024，qV＝25.5L/s，求v和h/D。
解：（1） D＝300mm，采用教材中图2-2。
（2）这张图有四组线条：竖的线条代表流量， 横的代表坡度，从右向左下倾的斜线代表充满度， 从左向右下倾的斜线代表流速。每条线上的数目 字代表相应要素的值。先从纵轴(表示坡度)上的 数字中找0.0024，从而找出代表i＝0.0024的横线。
I——水力坡度（即水面坡度，
也等于管底坡度i） ；
n——管壁粗糙系数。表2-1
第三节 水力学算图
水力学算图有不满流圆形管道水力学算图、 满流圆形管道水力学算图、满流矩形水力学算 图和明渠流用的水力学算图等。
六个水力要素：D-管径、n-粗造系数 h/D-充满度、i-坡度 、qv-流量、 V-流速
最大设计充满度(h/D或h/H) 0.55 0.65 0.70 0.75
二、设计流速
设计流速是管渠中流量到达设计流量时的水流 速度。
污水管渠的最小设计流速为0.6m/s；明渠的最 小设计流速为0.4m/s。最大设计流速非金属管为 5m/s，钢管为10m/s 。
防止淤积所需的管渠设计流速的最小限值同废 水中夹带的悬浮物的性质(颗粒大小、相对密度)有 关。
（5）这交点又落在代表h/D＝0.50和0.55两根斜线之 间，估计h/D＝0.52。于是，求得h/D＝0.52。
例 2-3 已知n＝0.014，D＝300mm，qV＝ 38L/s，v＝1.0m/s，求i和h/D。
解：（1） D＝300mm，采用教材图2-2 。 （2）找出代表qV＝38L/s的那根竖线。 （3）找出代表v＝1.0m/s的那根斜线。
坡度和流速存在一定的关系( v 1 R2 3I1 2 )，同 n
最小设计流速相应的坡度就是最小设计坡度。
因设计流量很小而采用的最小管径的设计管 段称为不计算管段。
五、管道的埋设深度和覆土厚度
管道的埋设深度是指管底的内壁到地面的距离。 在干燥土壤中，管道最大埋深一般不超过7~8m； 在多水、流沙、石灰岩地层中，一般不超过5m。
解：（1）D＝300mm，采用教材图2-2 。
（2）找出代表qV＝26L/s的那根竖线。
（3） 找出代表i＝0.003的那根横线。
（4） 找出这两根线的交点，这交点落在代表v＝ 0.7m/s和v＝0.75m/s的两根斜线之间。假如有一根和 以上两根斜线平行的线正好穿过这交点，估计这根线 代表v=0.71m/s。求得v＝0.71m/s。
各设计管段的设计流速从上游到下游最好是逐 渐增加的。
三、 最小管径
最小管径和最小设计坡度
管道类别 最小管径/mm源自污水管300雨水管和合流管 300
雨水口连接管 200
重力输泥管
200
最小设计坡度i
塑料管0.002，其他0.003 塑料管0.002，其他0.003
0.01 0.01
四、最小设计坡度和不计算管段的最小设计坡度
（4）这两根线的交点落在代表i＝0.0057的横线 上，求得i＝0.0057。
（5）这交点又落在h/D＝0.53的斜线上，求得 h/D＝0.53。
练习
1、已知： n=0.014，D=400mm，i=0.0018，qv=35L/s。
求v和h/D。
2、已知： n=0.014，D=600mm， qv=62L/s，v =0.85m/s。
管渠分布类似河流——树枝状
水流在管道流动时，水流上方是大气，具有自 由的表面，而其他三个方向受到管道固体界面的 限制，称明渠流或重力流。
管道中水流受到重力作用从高处流向低处；污 水中含有固体杂质，污水流动滞缓时，杂质下沉； 流速增大时，亦有冲刷现象，可能破坏管道。
管道有时在水压下流动，这时的水流方式称管 流或压力流。
求i和h/D。
第四节 管渠水力设计主要参数
设计充满度
管道中的水深h和管径D（或渠 深H）的比值。
充满度示意
一、设计充满度
管道是按不满流的情况进行设计的。在设计 流量下，管道中的水深h和管径D（或渠深H）的 比值c称为设计充满度。
最大设计充满度
管径或渠高/mm 200~300 350~450 500~900 1000
当相邻的设计管段能采用同样的口径和坡度时， 可以合并为一条设计管段。
流量公式： 流速公式：
qV Av
v 1 R2 3I1 2 n
qv——设计管段的设计流量， m3/s；
A——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，m/s ；
R——水力半径（过水断面面
积与湿周的比值），m ；
管道的覆土厚度是指管顶的外壁到地面的距离。
决定最小覆土 厚度的因素
必须防止管道中的污水冰冻和因 土壤冰冻膨胀而损坏管道
必须防止管壁被车辆造成的活荷 载压坏
必须满足支管在衔接上的要求
污水在管道中冰冻的可能与污水的水温和土壤的 冰冻深度等因素有关。