水污染控制工程第二章排水管渠水力计算

i
0.0020
0.0015
7 8 9 10
15 20
30
qv /(L.s-1)
0.0010 40 50 60 70 0.0008
（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。
深H）的比值。
充满度示意
2.设计流速：和设计流量，设计充满度相对应的水流
平均速度叫做设计流速；为了保证管内不发生淤积规定了最 小设计流速为0.6m/s；为保证管道不被冲刷损坏规定了最大 设计流速，金属管道为10m/s，非金属管道5m/s。
设计流速是沟道中流量到达设计流量时的水流 速度。
污水沟道的最小设计流速为0.6m/s；明沟的最 小设计流速为0.4m/s。最大设计流速混凝土管为 5m/s，钢管为10m/s 。
流量公式： 流速公式：
qV Av
v 1 R2 3I1 2 n
qv——设计沟段的设计流量， m3/s；
A——设计沟段的过水断面面
积，m2 ；
v——设计沟段过水断面的平均
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，
也等于沟底坡度i） ；
n——沟壁粗糙系数。
防止淤积所需的沟道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。
各设计沟段的设计流速从上游到下游最好是逐 渐增加的。
第一节 污水沟道水力学 设计的原则
计算 确定
水力学计算要 满足下列要求
管径 坡度 高程
不溢流 （充满度h/D）
不淤积
（Vmin）
不冲洗管壁 （Vmax）
要通风 （充满度h/D）
第二节 沟道水力学计算用的 基本公式
设计管段是相邻的两个窨井间的沟段。
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沟段。
（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。
（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。
一、设计充满度
沟道是按不满流的情况进行设计的。在设计 流量下，沟道中的水深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
最大设计充满度(h/D或h/H) 0.55 0.65 0.70 0.75
设计充满度
沟道中的水深h和管径D（或渠
❖ 沟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，可能破坏沟道。
❖ 沟道有时在水压下流动，称为管流或压力流。
水流在沟道流动时，水流上方是大气，具有 自由的表面，而其他三个方向受到沟道固体界面 的限制，称明渠流或重力流。
沟道有时在水压下流动，这时的水流方式称 管流或压力流。
第二章 沟道水力学
第一节 第二节 第三节 第四节 第五节 第六节 第七节
污水沟道水力学设计的原则 沟道水力学计算用的基本公式 水力学算图 沟道水力学设计参数 沟段的衔接 沟段水力学计算 倒虹管水力学计算
❖ 沟道的分布类似河流，呈树枝状。支沟汇集成干沟， 干沟汇集成主干沟，由小到大，水流亦有肯定不变的 方向。水流在沟道流动时，水流上方是大气，具有自 由的表面，而其它3方面受到固体界面的限制，这种 水流方式在水力学中称明渠流，或重力流。
设计流量q以及管道粗糙系 数n，需要求管径 D、充满 度h/D，管道坡度I 和流速 v ， 两个方程式，因此采用水力
计算图。
q
1
2
A R3
I
1 2
n
v
1
2
R3
I
1 2
n
水力计算示意图
h/D 0.25
0.35
0.45 0.55 0.650
0.0040
0.0030
（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。
第四节 沟道水力学设计参数
1.设计充满度(h/D)
2.设计流速(Vmin、Vmax)
3.最小管径(Dmin) 4.最小设计坡度(Imin) 5.污水管道的埋设深度
第三节 水力学算图
水力学算图有不满流圆形沟道水力学算图、 满流圆形沟道水力学算图、满流矩形水力学算 图和明渠流用的水力学算图等。
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。
在具体的计算中，已知
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。
注：参照《室外给排水设计规范》(GBJ14-87 1997)
1.设计充满度
(1)概念：在设计流量下，污水管道中的水深h和 管道直径D的比值称为设计充满度(或水深比)， 当h/D为1时称为满流，<1时称为不满流。
(2)规定最大设计充满度原因：①污水量很难精确计算，应 该留有余地；②有利于管内通风，排除有害气体，防止爆炸； ③便于管道的疏通和维护管理 。