第三章给水排水管网水力学基础
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水力光滑区 h v1.75
恒定流与非恒定流
恒定流：水体在运动过程中，其各点的流速和压力 不随时间而变化，而与空间位置有关的流动。
非恒定流：水体各点的流速和压力不仅与空间位置 有关，还随时间而变化的流动。
在设计时一般只能按恒定流计算。
均匀流与非均匀流
均匀流：液体质点流速的大小和方向沿流程不变。 非均匀流：液体质点流速的大小和方向沿流程变
3）曼宁公式特别适用于较粗糙的非满管流和明渠均 匀流，0.5≤e≤4.0mm； 4）海曾－威廉公式特别适用于较光滑的管道，即给 水管网。
3.2.3 局部水头损失计算
hm — 局部水头损失，m；
— 局部阻力系数。
局部阻力系数ξ
局部阻力设施
ξ
局部阻力设施
ξ
全开闸阀
0.19
90。弯头
0.9
50%开启闸阀
已知
流量q 求
管径D 水力坡度I
充满度h/D 流速v
1）先由下式计算q/q0，反查表3.7的充满度h/D；
q q0
1 nM
q 2 1 A0 A0 R 0 3 I 2
D 2
4
R0
D 4
5
q q0
43
nM q
81
D3I 2
3.208nM q D I 2.667 0.5
2）根据充满度h/D，查表3.7得A/A0，然后用下式计算流速v。
第三章 给水排水管网水力学基础
3.1 给水排水管网水流特征
流态特征
层流：Re 2000 1.流态过渡流: 2000 Re 4000
紊流：Re 400（0 给排水管网一般按紊流考虑）
阻力平方区（粗糙管区） h v（2 管径D较大或管壁较粗糙） 2.紊流过渡区 h v1.75～2（.0 管径D较小或管壁较光滑）
化 为 直
e ——管壁当量粗糙度，m。
接 计
算
式
（2）海曾-威廉公式
适用:较光滑的圆管满流管紊流（给水管道）
代入达西公式
q——流量，m3/s； Cw——海曾-威廉粗糙系数。
（3）巴甫洛夫斯基公式
适用于明渠流和非满流排水管道计算。
代入谢才公式
式中y 2.5 nB 0.13 0.75 R ( nB 0.1) nB 巴甫洛夫斯基公式粗 糙系数
（4）曼宁公式
巴甫洛夫斯基公式中y=1/6时的特例，适用于 明渠或较粗糙的管道计算。
代入谢才公式
nM——曼宁公式粗糙系数。
3.2.2 沿程水头损失计算公式的比较与选用
1）柯尔勃洛克-怀特公式适用范围广，精度高，计 算繁琐，需用计算机计算。
2）巴甫洛夫斯基公式适用范围广，精度高，特别适 用于较粗糙的管道和较大范围流态，1.0≤e≤5.0mm； 计算繁琐，需用计算机计算。
q
A A0
v
D2
v
D2
4q (A/
A0
)Βιβλιοθήκη Baidu
1.273q D2 ( A / A0 )
4
例1 已知某污水管道设计流量为q=100L/s，根据地形
条件可以采用水力坡度为I=7%，初拟采用管径
D=400mm的钢筋混凝土管，粗糙系数nM=0.014，求其充 满度h/D和流速v。
例2 已知D=400mm,充满度h/D=0.57,i<0.007, 求i。
化，水流参数随时间和空间变化。
满管流动 1）如管道截面在一段距离内不变且不发生转弯，为均匀流， 管道对水流阻力沿程不变，采用沿程水头损失公式计算； 2）当管道在局部分叉、转弯与变截面时，流动为非均匀流， 采用局部水头损失公式计算。
非满管流或明渠流 只要长距离截面不变，可以近似为均匀流，按沿程水头损
失公式计算。
2.06
45。弯头
0.4
截止阀
3~5.5 三通转弯
1.5
全开蝶阀
0.24
三流直流
0.1
3.2.4 水头损失公式的指数形式
沿程水头损失计算公式的指数形式：
参数 K n m
k, n, m 指数公式参数
s f 摩阻系数, s f
kl Dm
沿程水头损失指数公式参数
海曾威廉公式
曼宁公式
10.67/Cw1.852 1.852
重力流管渠中水面与大气相通，非满流，水流阻力依靠 水的位能克服，形成水面沿水流方向降低。
给水多压力流，排水多重力流； 长距离输水重力流，排水泵站出水管、倒虹管压力流。
水流的水头与水头损失
水头：单位重量的流体所具有的机械能，
用h或H表示，单位米水柱(mH2O)。
位置水头Z 水头分为 压力水头P/r
测压管水头
流速水头v2/2g
水头损失：流体克服流动阻力所消耗的机械能。
水头损失分为 沿程水头损失
局部水头损失
（1）柯尔勃洛克-怀特公式
适用于各种紊流，是适用性和计算精度最高的公式。
C 17.71lg( e C )
14.8R 3.53 Re
简
或 1 2lg ( e 2.51 )
3.7D Re
压力流与重力流
压力流：水体沿流程整个周界与固体壁面接触，无 自由液面，满管流动，又称管流。
压力流输水通过封闭的管道进行，水流阻力主要依靠水 的压能克服，阻力大小只与管道内壁粗糙程度有关、管道长 度和流速有关，与管道埋设深度和坡度无关。
重力流：水体沿流程一部分与固体壁面接触，另一 部分与空气接触，具有自由液面。非满管流动，又 称明渠流。
水力计算图适用于混凝土及钢筋混凝土管道，其粗糙系 数 n＝0.014。每张图适用于一个指定的管径。我国《室外排 水设计规范》和《给水排水设计手册》推荐此法。
例1 已知n=0.014,D=300mm,I=0.004,Q=30L/s,求v和h/D
充满度
精
度
低
流速
坡通 度用
性 差
流量
例1 已知n=0.014,D=300mm,I=0.004,Q=30L/s,求v和h/D
10.29nM2 2.0
4.87
5.333
局部水头损失公式的指数形式：
s m 局部阻力系数
沿程水头损失与局部水头损失之和： 式中 Sg——管道阻力系数；sg sm s f
非满流管渠水力计算简化法一 水力计算图表
方法：
首先根据已知资料，计算出流量Q，根据Q值可初步确定 管径D；然后，根据Q、D值，求I、h/D、v值。在这三个未知 数中，还需知道一个参数，才能求得另外两个，此时可以在 三个参数中先假设一个值，比如流速为最小流速，或是坡度 为最小坡度，或是充满度满足一定要求等，之后进行查表或 查图，就可得出其余两个未知数；最后要进行校核，若得出 的两个参数满足其规定的要求，则计算完成，若不满足要求 ，则需调整假设值，甚至管径D，重新进行计算。
恒定流与非恒定流
恒定流：水体在运动过程中，其各点的流速和压力 不随时间而变化，而与空间位置有关的流动。
非恒定流：水体各点的流速和压力不仅与空间位置 有关，还随时间而变化的流动。
在设计时一般只能按恒定流计算。
均匀流与非均匀流
均匀流：液体质点流速的大小和方向沿流程不变。 非均匀流：液体质点流速的大小和方向沿流程变
3）曼宁公式特别适用于较粗糙的非满管流和明渠均 匀流，0.5≤e≤4.0mm； 4）海曾－威廉公式特别适用于较光滑的管道，即给 水管网。
3.2.3 局部水头损失计算
hm — 局部水头损失，m；
— 局部阻力系数。
局部阻力系数ξ
局部阻力设施
ξ
局部阻力设施
ξ
全开闸阀
0.19
90。弯头
0.9
50%开启闸阀
已知
流量q 求
管径D 水力坡度I
充满度h/D 流速v
1）先由下式计算q/q0，反查表3.7的充满度h/D；
q q0
1 nM
q 2 1 A0 A0 R 0 3 I 2
D 2
4
R0
D 4
5
q q0
43
nM q
81
D3I 2
3.208nM q D I 2.667 0.5
2）根据充满度h/D，查表3.7得A/A0，然后用下式计算流速v。
第三章 给水排水管网水力学基础
3.1 给水排水管网水流特征
流态特征
层流：Re 2000 1.流态过渡流: 2000 Re 4000
紊流：Re 400（0 给排水管网一般按紊流考虑）
阻力平方区（粗糙管区） h v（2 管径D较大或管壁较粗糙） 2.紊流过渡区 h v1.75～2（.0 管径D较小或管壁较光滑）
化 为 直
e ——管壁当量粗糙度，m。
接 计
算
式
（2）海曾-威廉公式
适用:较光滑的圆管满流管紊流（给水管道）
代入达西公式
q——流量，m3/s； Cw——海曾-威廉粗糙系数。
（3）巴甫洛夫斯基公式
适用于明渠流和非满流排水管道计算。
代入谢才公式
式中y 2.5 nB 0.13 0.75 R ( nB 0.1) nB 巴甫洛夫斯基公式粗 糙系数
（4）曼宁公式
巴甫洛夫斯基公式中y=1/6时的特例，适用于 明渠或较粗糙的管道计算。
代入谢才公式
nM——曼宁公式粗糙系数。
3.2.2 沿程水头损失计算公式的比较与选用
1）柯尔勃洛克-怀特公式适用范围广，精度高，计 算繁琐，需用计算机计算。
2）巴甫洛夫斯基公式适用范围广，精度高，特别适 用于较粗糙的管道和较大范围流态，1.0≤e≤5.0mm； 计算繁琐，需用计算机计算。
q
A A0
v
D2
v
D2
4q (A/
A0
)Βιβλιοθήκη Baidu
1.273q D2 ( A / A0 )
4
例1 已知某污水管道设计流量为q=100L/s，根据地形
条件可以采用水力坡度为I=7%，初拟采用管径
D=400mm的钢筋混凝土管，粗糙系数nM=0.014，求其充 满度h/D和流速v。
例2 已知D=400mm,充满度h/D=0.57,i<0.007, 求i。
化，水流参数随时间和空间变化。
满管流动 1）如管道截面在一段距离内不变且不发生转弯，为均匀流， 管道对水流阻力沿程不变，采用沿程水头损失公式计算； 2）当管道在局部分叉、转弯与变截面时，流动为非均匀流， 采用局部水头损失公式计算。
非满管流或明渠流 只要长距离截面不变，可以近似为均匀流，按沿程水头损
失公式计算。
2.06
45。弯头
0.4
截止阀
3~5.5 三通转弯
1.5
全开蝶阀
0.24
三流直流
0.1
3.2.4 水头损失公式的指数形式
沿程水头损失计算公式的指数形式：
参数 K n m
k, n, m 指数公式参数
s f 摩阻系数, s f
kl Dm
沿程水头损失指数公式参数
海曾威廉公式
曼宁公式
10.67/Cw1.852 1.852
重力流管渠中水面与大气相通，非满流，水流阻力依靠 水的位能克服，形成水面沿水流方向降低。
给水多压力流，排水多重力流； 长距离输水重力流，排水泵站出水管、倒虹管压力流。
水流的水头与水头损失
水头：单位重量的流体所具有的机械能，
用h或H表示，单位米水柱(mH2O)。
位置水头Z 水头分为 压力水头P/r
测压管水头
流速水头v2/2g
水头损失：流体克服流动阻力所消耗的机械能。
水头损失分为 沿程水头损失
局部水头损失
（1）柯尔勃洛克-怀特公式
适用于各种紊流，是适用性和计算精度最高的公式。
C 17.71lg( e C )
14.8R 3.53 Re
简
或 1 2lg ( e 2.51 )
3.7D Re
压力流与重力流
压力流：水体沿流程整个周界与固体壁面接触，无 自由液面，满管流动，又称管流。
压力流输水通过封闭的管道进行，水流阻力主要依靠水 的压能克服，阻力大小只与管道内壁粗糙程度有关、管道长 度和流速有关，与管道埋设深度和坡度无关。
重力流：水体沿流程一部分与固体壁面接触，另一 部分与空气接触，具有自由液面。非满管流动，又 称明渠流。
水力计算图适用于混凝土及钢筋混凝土管道，其粗糙系 数 n＝0.014。每张图适用于一个指定的管径。我国《室外排 水设计规范》和《给水排水设计手册》推荐此法。
例1 已知n=0.014,D=300mm,I=0.004,Q=30L/s,求v和h/D
充满度
精
度
低
流速
坡通 度用
性 差
流量
例1 已知n=0.014,D=300mm,I=0.004,Q=30L/s,求v和h/D
10.29nM2 2.0
4.87
5.333
局部水头损失公式的指数形式：
s m 局部阻力系数
沿程水头损失与局部水头损失之和： 式中 Sg——管道阻力系数；sg sm s f
非满流管渠水力计算简化法一 水力计算图表
方法：
首先根据已知资料，计算出流量Q，根据Q值可初步确定 管径D；然后，根据Q、D值，求I、h/D、v值。在这三个未知 数中，还需知道一个参数，才能求得另外两个，此时可以在 三个参数中先假设一个值，比如流速为最小流速，或是坡度 为最小坡度，或是充满度满足一定要求等，之后进行查表或 查图，就可得出其余两个未知数；最后要进行校核，若得出 的两个参数满足其规定的要求，则计算完成，若不满足要求 ，则需调整假设值，甚至管径D，重新进行计算。