第二章排水管渠水力学计算-54页文档资料
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。
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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
雨水管渠设计计算.pptx
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q 167 A11 c lg P t bn
式中 q —— 设计暴雨强度（L/s·ha）； P —— 设计重现期（a）； t —— 降雨历时（min）；
A1、c、b、n —— 地方参数，根据统计方法计算
确定。
我国《给水排水设计手册》第5册收录了我国若
干城市的暴雨强度公式，统计时可直接选用。目前
计的管道断面所需时间。（min）
2． t1 mt2
式中 —— 设计降雨历时（min）； t1 —— 地面集水时间（min）； t2 —— 管渠内雨水流行时间（min）； m —— 折减系数。
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（1）地面集水时间 t1 的确定
地面集水时间是指雨水从汇水面积上最远点流 到雨水口的地面流行时间。
1
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1．降雨量
降雨量是指降雨的绝对量，是用降雨深度 H（mm）
表示，也可用单位面积上的降雨体积（L/ha）表示。 在研究降雨时，很少以一场雨为对象，而常用单位时 间表示：
（1）年平均降雨量：指多年观测所得的各年降
雨量的平均值。
（2）月平均降雨量：指多年观测所得的各月降
雨量的平均值。
（3）年最大日降雨量：指多年观测所得的一年
地面集水时间受地形坡度、地面铺砌、地面植 被情况、距离长短等因素的影响，主要取决于水流 距离的长短和地面坡度。在工程实践中，地面集水 时间通常不予计算，一般采用5～15 min。
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➢ 一般在建筑密度较大、地形较陡、雨水口布置 较密的地区，宜采用较小值，取 t1＝5～8 min。 ➢ 在建筑密度较小、地形较平坦、雨水口布置较 疏的地区，宜采用较大值，取 t1＝10～15 min。 ➢ 同时，起点检查井上游地面雨水流行距离以不
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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
排水管渠水力学
设计流速
为防止管道因淤积而堵塞， 对设计流速规定了一个最 低限值。
污水管道：0.6m/s
设计 流速
最小设计流速
明渠：0.4m/s
工业废水：根据试验或调查 研究决定
管道中流量达到设计流量时的水流速度。 从上游到下游最好是逐渐增加的
最大设计流速
为防止管道因冲刷而损坏， 对设计流速规定了一个最 高限值。
数据，看这两组数据是否 满足要求
16Biblioteka 满流管道水力学算图熟悉17
不满流管道水力学算图使用例题1
已知n＝0.014， D＝300mm， i=0.0024, qv=25.5L/s, 求v和h/D.
v=0.65m/s h/D=0.55
V=0.65 m/s
h/D=0.5 5
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不满流管道水力学算图使用例题2
相同直径的管道，充满度不同就有不同的最小设计坡度。
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不计算管段最小设计坡度
不计算管段：因设计流量很小而采用最小管径的设计管段 不计算管段的最小设计坡度：不计算管段不进行水力计算， 没有设计流速，因此直接规定管道的最小设计坡度。
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污水管道的埋设深度和覆土厚度
管道埋深的技术经济意义 1）施工；2）造价；3）管理
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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。
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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
漂浮物 悬浮物、胶体 可沉淀物 非溶解性杂质 溶解性杂质
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
管道水力计算（给排水）
第十六篇%管道水力计算第一章%钢管和铸铁管水力计算一!计算公式!&按水力坡降计算水头损失水管的水力计算#一般采用以下公式&Q H ,!+lE 22-$!$#!#!%式中%Q ...水力坡降(,...摩阻系数(+l...管子的计算内径$(%(E...平均水流速度$(*h %(-...重力加速度#为3&1!$(*h2%!应用公式$!$#!#!%时#必须先确定求取系数,值的依据!对于旧的钢管和铸铁管&当F E#3&2W !"/!(时$E...液体的运动粘滞度#(2*h %#,H "&"2!"+l"&)($!$#!#2%当F E<3&2W !"/!(时,H !+l"&)!&/W !"#1I E ()F "&)($!$#!#)%或采用E H !&)W !"#$(2*h $水温为!"?%时#则,H "&"!43+l"&)!I "&1$4()F "&)($!$#!#0%管壁如发生锈蚀或沉垢#管壁的粗糙度就增加#从而使系数,值增大#公式$!$#!#2%和公式$!$#!#)%适合于旧钢管和铸铁管这类管材的自然粗糙度!将公式$!$#!#2%和公式$!$#!#0%中求得的,值代入公式$!$#!#!%中#得出的旧钢管和铸铁管的计算公式&当F #!&2(*h 时#Q H "&""!"4F2+l!&)$!$#!#/%当F <!&2(*h 时#’4!0!’第一章%钢管和铸铁管水力计算Q H "&"""3!2F 2+l!&)!I"&1$4()F "&)$!$#!#$%钢管和铸铁管水力计算表即按公式$!$#!#/%和$!$#!#$%制成!2&按比阻计算水头损失由公式$!$#!#0%求得比阻公式如下&DH Q ;2H "&""!4)$+l/&)$!$#!#4%钢管和铸铁管的D 值#列于表!$#!#0!二!水力计算表编制表和使用说明!&钢管及铸铁管水力计算表采用管子计算内径+l 的尺寸#见表!$#!#!!在确定计算内径+l 时#直径小于)""((的钢管及铸铁管#考虑锈蚀和沉垢的影响#其内径应减去!((计算!对于直径等于)""((和)""((以上的管子#这种直径的减小没有实际意义#可不必考虑!编制钢管和铸铁管水力计算表时所用的计算内径尺寸表!$#!#!钢%管%$((%水煤气钢管中等管径钢管公称直径M 8外%径M 内%径+计算内径+l 公称直径M 8外%径M 内%径+计算内径+l 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2%!应用公式$!$#2#!%时#应先确定系数,值!对于各种材质的塑料管$硬聚氯乙烯管"聚丙烯管"聚乙烯等%#摩阻系数定为&,H "&2/X f "&22$$!$#2#2%式中%X f ...雷诺数(X f HF +l E$!$#2#)%其中%E ...液体的运动粘滞系数$(2*h %!当E H !&)W !"#$(2*h $水温为!"?%时#将公式$!$#2#2%和式$!$#2#)%中求得的,值代入公式$!$#2#!%中#进行整理后得到&Q H "&"""3!/;!&440+l0&440$!$#2#0%式中%;...计算流量$()*h %(+l...管子的计算内径$(%!塑料给水管水力计算表即按公式$!$#2#0%制成!二!水力计算表的编制和使用说明$!%为计算方便#水力计算表是按标准管的计算内径编制的!对于公称管径M 8H 1>!/((的塑料管#采用,轻工业部部标准5P 41>1".4/-中B 8H!&"F B 9$!"J -*c (2%规格的硬聚氯乙烯管的实际内径作为标准管计算内径!对于公称管径M 8H 2">)/"((的塑料’)00!’第二章%塑料给水管水力计算管#采用,轻工业部部标准5P 41>1".4/-中B 8H"&$F B 9$$J -*c (2%规格的硬聚氯乙烯管的实际内径作为标准管计算内径!$2%各种不同材质"不同规格的塑料管#由于计算内径互有差异#所以在进行水力计算时#应将查水力计算表所得的!"""Q 值和F 值#分别乘以阻力修正系数i !和流速修正系数i 2进行修正!i !H +l+l()m0&440$!$#2#/%i 2H +l+l()m 2$!$#2#$%式中%+l...标准管计算内径$(%(+l m...计算管计算内径$(%!$)%国产各种材质规格塑料管的i !"i 2数据见表!$#2#!"表!$#2#2和表!$#2#)!在表!$#2#!中#硬聚氯乙烯管和聚乙烯管规格取自,轻工业部部标准5P 41>1".4/-!在表!$#2#2中#聚丙烯管规格取自轻工业部聚丙烯管材标准起草小组!341年1月编制的,聚丙烯管材料暂行技术条件-!在表!$#2#)中#硬聚氯乙烯管和聚乙烯管规格取自,化工部部标准@P .$).$/-!其它材质"规格塑料管的i !"i 2可分别用公式$!$#2#/%和式$!$#2#$%自行计算!轻工业部部标准硬聚氯乙烯管及聚乙烯管i !!i 2值表!$#2#!材%质硬%聚%氯%乙%烯聚%乙%烯工作压力B -H"&$F B 9B -H !&"F B 9B -H "&0F B 9公称管径M 8$((%外径MW 壁厚$((%计算内径+lm$((%i !i 2外径MW 壁厚$((%计算内径+lm$((%i !i 2外径MW 壁厚$((%计算内径+lm$((%i !i 21!2W !&/3!!!2W !&/3!!!"!$W 2!2!!!$W 2!2!!!/2"W 2!$!!2"W 2!$!!2"2/W !&/22!!2/W 2&/2"!&/4$!&2!"2/W 22!!&203!&"312/)2W !&/23!!)2W 2&/24!&0"4!&!/0)2W 2&/24!&0"4!&!/0)20"W 2&")$!!0"W ))0!&)!0!&!2!0"W ))0!&)!0!&!2!0"/"W 2&"0$!!/"W )&/0)!&)1"!&!00/"W 002!&/00!&2""/"$)W 2&//1!!$)W 0//!&213!&!!2$)W //)!&/)1!&!314"4/W 2&/4"!!4/W 0$4!&2)2!&"321"3"W )10!!3"W 0&/1!!&!3"!&"4/!""!!"W )&/!")!!!!"W /&/33!&2"1!&"12’000!’第十六篇%管道水力计算材%质硬%聚%氯%乙%烯聚%乙%烯工作压力B -H"&$F B 9B -H !&"F B 9B -H "&0F B 9公称管径M 8$((%外径MW 壁厚$((%计算内径+lm$((%i !i 2外径MW 壁厚$((%计算内径+lm$((%i !i 2外径MW 壁厚$((%计算内径+lm$((%i !i 2!!"!2/W 0!!4!!!2/W $!!)!&!1!!&"42!!2/!0"W 0&/!)!!!!0"W 4!2$!&2"0!&"1!!/"!$"W /!/"!!!$"W 1!00!&2!/!&"1/!4/!1"W /&/!$3!!!1"W 3!$2!&220!&"112""2""W $!11!!2""W !"!1"!&2)!!&"3!22/22/W 42!!!!2/"2/"W 4&/2)/!!24/21"W 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第二章 给水排水管道工程水力学基础
• 给水多为有压流 ，排水为多无压流 ； • 长距离输水无压流 ，排水泵站出水管、倒虹 管有压流 。
三、恒定流与非恒定流
• 恒定流：水体在运动过程中，其各点的流速和压 强不随时间而变化，仅与空间位置有关。 • 给水排水管网中，水流水力因素随时间变化，属 于非恒定流，水力计算复杂。 • 在设计时一般只能按恒定流计算。
• 多条管道串联或并联，等效为单条管道； • 管道沿线分散出流或入流，等效为集中出流或入流。
1、串联管道的简化
l
l1 d1 l2 d2 lN dN
1
根据水力等效的原则：
kq l d
m n
N
kq l i d
m i
n
经变换有：
i 1
l d N li d m i 1 i
1 2
2
1 2
AR 3 I
v
q
1 nm
1 nm
2
1 2
R 3 (D, h / D )I
2
1
A(D , h / D ) R 3 ( D , h / D ) I 2
5个水力参数q、D、h、I、v, 已知其中3个才能求出另 一个，水力计算很复杂。
第三节 管道的水力等效简化
沿程水头损失公式的指数形式为：
m
ql )
n
dx k
(qt ql )
n 1
qt
m
n 1
( n 1) d q l
l
为简化计算，将沿线流量ql分为两个集中流量，分 别转移到管段的两个节点。 假设转移到末端的流量为aql，则通过管道流量为：
q qt ql
( q t aq l ) d
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
3/28/2012 排水管渠水力计算 46
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
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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。
第二章 排水管渠水力计算
第二章：排水管渠水力计算污水灌渠水力设计原则：一，不溢流；二，不淤积；三，不冲刷管壁；四，要注意通风 管渠水力计算的均匀流基本公式：流量公式为： ν∙=A Q流速公式为： 2132n1I R =ν 式中：Q ——设计臂段的设计流量，m3／s ；A-设计管段的过水断面面积，2m ；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 ；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，混凝土和钢筋混凝土管渠的管壁粗糙系数值一般采用0.014水力学算图设计充满度：在设计流量下，管渠中的水深h 和管径D （或梁高H ）的比值称为设计充满度。
设计流速概念：设计流速是管渠中流量到达设计流量时的水流速度。
《规范》规定：污水管渠的最小设计流速为0.6m/s ；明渠的最小设汁流速为0.4 m/s 。
最大设计流速和管道的材料有关，一般情况下，金属管道内的最大设计流速为10 m/s ；非金属管道内的最大设计流速为5 m/s ；明渠最大设计流速可根据《规范》选取。
最小管径：最小设计坡度和不计算管段的最小设计坡度坡度和流速存在着一定的关系(2132n1I R =ν)，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最小管径的设计管段称为不计算管段。
由于这种管段不进行水力计算，没有设计流速，因此就直接规定管道的最小设计坡度。
覆土厚度：概念：管道的覆土厚度是指管顶的外壁到地面的距离。
《规范》规定：管顶最小覆土厚度在车行道下宜为0.7m ；人行道下0.6m 。
在保证管道不会受外部荷重损坏时，最小覆土厚度可适当减小。
管段的衔接方法：(1)管顶平接：是指在水力计算中，使上游管段和下游管段的管顶内壁的高程相同(2)水面平接：是指在水力计算中，使上游管段和下游管段的水面高程相同。
(3)管底平接：是指在水力计算中，要使上游管段和下游管段的管底内壁的高程相同。
公路排水设计：沟和管的水力计算
沟和管的水力计算9．2．1 沟和管的水力计算，应包括依据设计流量确定沟和管所需的断面尺寸，以及检查水流速度是否在允许范围内等内容。
条文说明沟和管的设计，应使沟和管具有合理的断面形状和尺寸，既能满足排泄设计流量的需要，又不致引起冲刷和淤积。
因此，要求沟和管的水力计算包括断面计算和流速检验两方面内容。
9． 2．2 沟或管的泄水能力Q c可按式（ 9．2． 2）计算。
Q c＝vA（9．2．2）式中： v——沟或管内的平均流速（m/s ）；A——过水断面面积（ m2），各种沟或管过水断面的面积计算可按附录 B 执行。
图 9． 1．9 设计径流量计算过程9． 2．3 沟或管内的平均流速v 可按式（ 9． 2． 3）计算。
（ 9．2．3）式中： n——沟壁或管壁的粗糙系数，可按表9． 2． 3 查取；R——水力半径（ m），各种沟或管的水力半径计算式可参考附录B；ρ——过水断面湿周（ m）；——I水力坡度，无旁侧入流的明沟，水力坡度可采用沟的底坡；有旁侧入流的明沟，水力坡度可采用沟段的平均水面坡降。
表 9． 2． 3 沟壁或管壁的粗糙系数n沟或管类别n塑料管（聚氯乙烯）0．010石棉水泥管0．012水泥混凝土管0．013陶土管0．013铸铁管0．015波纹管0．027沥青路面（光滑）0．013沥青路面（粗糙）0．016水泥混凝土路面（镘抹面）0．014水泥混凝土路面（拉毛）0．016土质明沟0．022带杂草土质明沟0．027砂砾质明沟0．025岩石质明沟0．035植草皮明沟（流速0． 6m/s）0．050～0．090植草皮明沟（流速1． 8m/s）0．035～0．050浆砌片石明沟0．025干砌片石明沟0．032水泥混凝土明沟（镘抹面）0．015水泥混凝土明沟（预制）0．0129． 2．4 浅沟可按以下要求计算其泄水能力：1 单一横坡的浅三角形沟的泄水能力Q c可按式（ 9． 2． 4-1）计算。
（9．2． 4-1）式中： i h——沟或过水断面的横向坡度；h——沟或过水断面的水深（m ）。
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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
用）
乘插式
企口式
平口式
§排水管道的基础
一、排水管道基础的组成
总之， 沟段的衔接是以尽量减少管道埋深
为前提，而且在窨井处不应发生: ①下游管底高于上游管底。 ②下游水位高于上游水位。
（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 <1时，非满流
hD
《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）
第一节 污水管渠水力设计原则
不溢流 不淤积 不冲刷沟壁 要注意通风
第二节 水力学计算基本公式
qv Av
v
1
2
R3I
1 2
n
第 三 节
水 力 学 算 图
算图分类
不满流圆形管道 满流圆形管道 满流矩形管道 明渠流
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
管沟道埋深小些好，但是，沟道的覆土厚度有 一个最小限值，称最小覆土厚度。最小覆土厚 度决定于下列三个因素：
①必须防止沟道中的污水冰冻和因土壤冰冻膨 胀而损坏沟道；
②必须防止沟壁被车辆造成的活荷重压坏； ③必须满足支沟在衔接上的要求。
街沟的最小土厚度可用下式计算：
d h iL h1 h2
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)
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。
d ——街沟的最小覆土厚度，m； h ——街区或厂区内的污水沟道起端的最小埋深，m； i ——街区或厂区内的污水沟道和连接支管的坡度L——街区或厂区内的污水沟道和连接支管的总长度，m h1 ——街沟窨井处地面高程，m；
h2 ——街区或厂区内的污水沟道起点窨井处地面高程，m。
管段的衔接
窨井上下游的管段在衔接时应遵循下述 原则：
当异管径沟段采用沟顶平接而发现下游 沟段的水面高于上游沟段的水面时(这种 情况并不常见)，应改用水面平接。
在特殊情况下，下游管段的管径小于上 游管段的管径(坡度突然变陡时，可能出 现这种情况)，而不能采用管顶平接或水 面平接时，应采用管底平接以防下游沟 段的管底高于上游管段的沟底。
为了减少管道系统的埋深，虽然下游管 管管径大于上游沟管管径，有时也可采 用管底平接。
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
管道的覆土厚度是指沟顶的外壁到地面的距离
水面平接是指在水力学计算中，使上游 管段和下游管段的水面高程相同。
用水面平接时,常因管道中流量出现变化 时(主要是上游的小管道)而产生回水， 但下游管道的埋深可以浅些。为了减少 下游管道的埋深，也有人建议在充满为 0.8处平接。
沟底平接是指在水力学计算中，要使上 游沟段和下游沟段的沟底内壁的高程相 同
***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。
（3）最小管径
1、为什么要规定最小管径？
街坊管最小管径为200mm，街道管最小管径为300mm。
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。
第一节 污水管渠水力设计原则 第二节 水力学计算基本公式 第三节 水力学算图 第四节 主要设计参数 第五节 管段的衔接 第六节 管段水力学计算
沟道水流情况
重力流:沟道中水流动时,水上方是大气, 具有自由表面,而其它三个方向受到沟道 固体界面限制,这种水流方式叫重力流又 叫明渠流.
管流:沟道有时在水压力流动这时水流方 式叫管流又叫压力流.
管道 管座 基础 垫层
地基
§2-3 污水管道的水力计算
三、污水管道水力计算的设计规定
设计充满度（h/D） 设计流速（v） 最小管径（D） 最小设计坡度（i）
管顶平接是指在水力学计算中，使上游 管段和下游管段的管顶内壁的高程相同。
采用管顶平接时，上游管段产生回水的 可能性较小，但往往使下游管段的埋深 增加。
在一般情况下，异管径沟段采用沟顶平 接。
有时，当上下游沟段管径相同而下游沟 段的充盈深小于上游沟段的充盈深时， (由小坡度转入较陡的坡度时，可
能出现这种情况)，也可采用沟顶平接。
通常，同管径沟段往往是下游沟段的充 盈深大于上游沟段的允盈深，避免上游 沟段中形成回水而采用水面平接。
在平坦地区，为了减少沟道埋深，异管 径的沟段有时也采用水面平接或充满度 0.8处平接。
（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。
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。
（4）最小设计坡度
（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。
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