渠道水力学基础知识

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
第设三计节管段是管相道邻水的两力个学检计查井算间用的管的段基。本 当相邻的设计管段公能采式用同样的口径和坡度时，
可以合并为一条设计管段。
Q Av
vC RI
式中：Q——流量，m3/s； 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）； C——流速系数，或谢才系数。
(1)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0.7m。非
车行道下，污水管的最小覆土厚度可适当减小。
(2)冰冻线的要求 《室外排水设计规范》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，距离可以加大。
国外规范规定：污水管道最小埋深，应根据当地 的养护经验确定。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。
C值一般按曼宁公式计算，即
C
1
R
1 6
n——管壁粗糙系数
n
v
1
2
R 3I
1 2
n
第四节 水力学算图
水力设 计参数
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 污水管道的衔接
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。
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。
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。
第五节 管道水力学设计数据
一、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 <1时，非满流
hD
《室外排水设计规范》规定，最大设计充满度为：
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)
2、决定污水管道最小覆土厚度的因素
(3)满足街坊管连接要求
楼栋 接户管
小区支管
居住小区 支管
干管
小区干管
L
污水处
泵站
理厂
Z1 H
四、最小设计坡度（i）
（1）
（2）
（3）
——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。
Fra Baidu bibliotek
vC RI
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。
五、污水管道的埋深深度和覆土厚度
管道的埋设深度是指管底的内壁到地面的距离。
覆土厚度是指管顶的外壁到地面
地面
的距离。
1、管网的造价
在实际工程中，污水管道的造价由选 用的管道材料、管道直径、施工现场
管道
覆 土 厚 度
埋 设 深 度
地质条件、管道埋设深度等四个主要
因素决定。
五、污水管道的埋深深度和覆土厚度
2、决定污水管道最小覆土厚度的因素
例3-1 已知n=0.014，D=300mm，i=0.0024，
Q=25.5L/s，求v和h/D。
解：（1）D=300mm，采用附录二中附图2-3。 （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。每条线上的数字代表相应要素的值。 先从纵轴（表示坡度）上的数字找0.0024，从而找出代 表i=0.0024的横线。 （3）从横轴（表示流量）上找出Q=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的斜 线上，并靠近充满度0.55的斜线。因此，v= 0.65m/s， h/D=0.55
一、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， 污水中的水分一般在99%以上，因此可假定污水按 照一般液体流动的规律流动。
二、污水管道内水流特点
重力流 非满流 近似均匀流 （管道有时在水压下流动，这时的水流方式称 管流或压力流。）
第二节 污水管道水力学设计的原则
计算 确定
管径 坡度 高程
对于明渠流：《规范》规定，设计超高（渠中水面与渠 顶间高度）不小于0.2米。
一、设计充满度（h/D） 为什么要做最大设计充满度的规定？
（1）预留一定的过水能力，防止水量变化的冲击， 为未预见水量的增长留有余地； （2）有利于管道内的通风； （3）便于管道的疏通和维护管理。
二、设计流速（v）
——与设计流量和设计充满度相应的污水平 均流速。
***国内一些城市污水管道长期运行的情况说明，超 过上述最高限值，并未发生冲刷管道的现象。
三、最小管径（D）
1.为什么要规定最小管径？
管径过小，管道容易堵塞。如： 150mm与200mm的管道比 较，前者堵塞的次数有时是后者的2倍，使管道的养护管理 费用增加；而在相同的埋深下，施工费用相差不多。
若将计算出的150mm改为200mm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。
街坊管最小管径为200mm，街道管最小管径为300mm。
三、最小管径（D）
2.什么叫不计算管段？
在管道起端由于流量较小，通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行其他的 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段。
200mm，i=0.004，﹤9.19L/s 300mm，i=0.003， ﹤ 14.63L/s
第三章 渠道水力学
第一节 管道中的水流情况 第二节 污水管道水力学设计的原则 第三节 管道水力学计算用的基本公式 第四节 水力学算图 第五节 管道水力学设计数据 第六节 管段的衔接 第七节 管段水力学计算举例 第八节 倒虹管水力学计算举例 第九节 常用排水泵 第十节 排水泵站水力学计算举例
第一节 管道中的水流情况