06排水管渠水力计算
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。
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
排水管道水力计算表格(自编)
钢筋混凝土管 粗糙系数 0.014
公称直径dn（mm） dn200 dn300 dn400 计算内径（mm） 200 300 400 对应流速v（m/s） 0.61 0.8 0.97 对应流量q(L/s） 9.58 28.27 60.95 备注：计算内径即为管道内径，钢筋混凝土管管道内径即为公称直径，不
硬聚氯乙烯双壁波纹管 粗糙系数 0.009
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
dn280 243 1.09 25.28 备注：计算内径即为管道内
管道水力计算
dn200 188.8 0.92 12.88 dn250 dn315 236 297.8 1.07 1.24 23.4 43.18
dn75 dn90 dn110 dn125 dn160 69.6 83 102.4 117.4 150.8 0.47 0.53 0.61 0.67 0.79 0.89 1.43 2.51 3.63 7.05 T5836.1-2006《建筑排水用硬聚氯乙烯管材》P2。
dn200 202.4 0.67 10.78
dn250 dn300 255.2 304 0.78 0.87 19.95 31.57
dn500 dn600 dn700 dn800 dn900 500 600 700 800 900 1.13 1.28 1.41 1.54 1.67 110.94 180.96 271.32 387.04 531.2 管道内径即为公称直径，不同级别壁厚要求不一样。
柔性接口铸铁管（A型TB 级） 粗糙系数 0.013
公称直径dn（mm） dn50 计算内径（mm） 50 对应流速v（m/s） 0.26 对应流量q(L/s） 0.26 备注：计算内径即为管道内径，取值参照GBT12772-1999《排水用柔性接口
第四章(2)排水管渠水力计算
（5）这交点又落在h/D＝0.53的斜线上，求得 h/D＝0.53。
第四节 管渠水力学设计数据
设计充满度
管渠中的水深h和管径D（或渠
深H）的比值。
充满度示意
一、设计充满度
管渠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。
坡度和流速存在一定的关系( v 1 R2 3I1 2 )，同 最小设计流速相应的坡度就是最小设计n 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。
设计管段是相邻的两个窨井间的管段。
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
44.398m高于44.385m，不符合要求，应采用水面平接。
（2）令D＝400 mm,查图,当D＝400mm，qV＝40L/s， v＝0.6m/s时，h/D＝0.53，i＝0.00145。与D＝350mm相比 较，管段设计坡度基本相同，管段容积未充分利用，管 段埋深反而增加0.05m。另外，管段口径一般不跳级增加， 所以还是使用D＝350mm，i＝0.0015的设计为好。
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一般适用于：
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
60 70 0.0008
坡度
污水管道水力计算按不满流圆形管道查水力学算图。 只有落在最大允许充满度线和最小允许流速线上方 的数据才符合规定。 在一般情况下，应选用两条虚线交点处或接近交点 且在两条虚线上方的数据，即尽量同时达到“最小 流速”和“最大充满度”的要求。这样既符合技术 上“不冲刷”、“不溢流”的要求，又使选用的管 道管径较小、坡度不大，工程的造价较低。 在无水压圆管中，充满度为0.8时的流量和无压满流 （充满度为1）时的流量近似相等，因此不满流管 道的水力学算图也可近似用于满流计算。
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管顶平接 水面平接 衔接的方式 管底平接 跌水连接
《室外排水设计规范》： 各种不同直径的管道在检 查井内的连接，宜采用水 面或管顶平接。
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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（异径管段）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。 下游管径上游管径
•埋设深度应根据如下因素， 结合当地埋管经验确定： •土壤冰冻深度、土壤性质 •外部荷载 •支管在衔接上的要求等
给水排水管道系统水力计算
e （ mm ）
平均 0.003 0.03 0.06 0.15 0.3 0.6 3 15 150
（ 4 ）巴甫洛夫斯基公式 巴甫洛夫斯基公式适用于明渠流和非满流管道的计算，公式为：
C
R
y
nb 0.10
3-3 。
（ 3-11 ）
式中： y
2.5 nb
0.13 0.75 R
nb
nb — 巴甫洛夫斯基公式粗糙系数，见表
2
A 和水力半径 R 的值 （表中 d 以 m 计） 充满度 0.55 0.60 0.65 0.70 0.75 0.80 0.85 0.90 0.95 1.00 过水断面积 A （ m 2） 0.4426 d 0.4920 d 0.5404 d 0.5872 d 0.6319 d 0.6736 d 0.7115 d 0.7445 d 0.7707 d 0.7845 d
图 3-1 无压圆管均匀流的过水 断面
3-1 所示。设其 ， 称为充满度，
h d
sin
2
4
所对应的圆心角 素之间的关系为：
称为充满角。由几何关系可得各水力要
过水断面面积：
A
湿周：
d
2
8
sin
（ 3-16 ）
d 2
水力半径：
（ 3-17 ）
R
所以
d 4
1
sin
（ 3-18 ）
2
v
2
1 d n 4 sin
将（ 3-11 ）式代入（ 3-2 ）式得：
hf
nb v R
2
2
2y 1
l
（ 3-12 ）
常用管渠材料粗糙系数
nb 值
管渠材料
排水管渠水力计算
即衔接设计，衔接设计也是由上游管段向下游管段进行的。 （1）首先确定第一个管段的起点、终点的埋深（管底标高、水面标高） a、确定出第一个管段的起点埋深H1： 第一个管段的起点通常是管网的控制点。根据埋深的三个要求，确定出第一个管段的起点埋深H1 b 、起点的管底标高 =起点的地面标高E1－起点埋深H1 c、起点的水面标高 =起点的管底标高 +管中水 深h d 、终点的管底标高＝起点的管底标高 －i×L e 、终点的水面标高＝终点的管底标高 +管中水 深h f 、终点的埋深H2=终点的地面标高E2－终点的管底标高
（1）管道的埋设深度有两个意义： 覆土厚度、埋设深度
覆土厚度
埋设深度
（3）决定污水管道最小覆土厚度的因素有哪些？
冰冻线的要求
满足地面荷载的要求
满足街坊管连接要求
地面
管道
（2）管网造价 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、施工现场地质条件、管道埋设深度等四个主要因素决定。
3
第二管段起点的水面标高＝起点的管底标高+管中水深h
4
第二管段起点的埋深H1=起点的地面标高E1－起点的管底标高
即可求出第二管段终点的管底标高、水面标高、埋设深度
排水管道水力计算的任务是什么
排水管道水力计算的任务是确定管道的断面尺寸、坡度和埋深，以实现防止淤积、不引起冲刷以及经济合理的敷设。
这需要根据管段的设计流量来选定合适的流速。
在计算过程中，可能需要考虑的因素包括设计充满度（h/D）、设计流速（v）、最小管径（D）、最小设计坡度（i）以及埋设深度（h）等。
此外，建筑内部排水系统的计算也需要进行排水管线布置，并绘出管道轴测图。
其目的是确定排水管网各管段的管径、横向管道的坡度和通气管的管径，以及各控制点的标高和排水管件的组合形式。
对于特殊的建筑雨水排水管道工程与溢流设施，其排水能力应根据建筑物的重要程度、屋面特征等因素来确定。
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
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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。
《室外排水设计规范》(GB50014-2006)正式版
室外排水设计规范GB50014-2006Code for design of outdoor wastewater engineering2006-01-18 发布 2006-06-01 实施中华人民共和国建设部公告第409号建设部关于发布国家标准《室外排水设计规范》的公告现批准《室外排水设计规范》为国家标准，编号为GB50014-2006，自2006年6月1日起实施。
其中，第1.0.6、4.1.4、4.3.3、4.4.6、4.6.1、4.10.3、4.13.2、5.1.3、5.1.9、5.1.11、6.1.8、6.1.18、6.1.19、6.1.23、6.3.9、6.8.22、6.11.4、6.11.8（4）、6.11.13、6.12.3、7.1.3、7.3.8、7.3.9、7.3.11、7.3.13条为强制性条文，必须严格执行，原《室外排水设计规范》GBJ14-87及《工程建设标准局部修订公告》（1997年第12号）同时废止。
本规范由建设部标准定额研究所组织中国计划出版社出版发行。
中华人民共和国建设部二○○六年一月十八日前言本规范系根据建设部建标[2003]102号文《关于印发“二OO二～二OO三年度工程建设国家标准制订、修订计划”的通知》（建标［2003］102号，由上海市建设和交通委员会主管，上海市政工程设计研究总院主编，对原国家标准《室外排水设计规范》GBJ14-87(1997年版)进行全面修订。
本规范修订的主要技术内容有：增加水资源利用(包括再生水回用和雨水收集利用)、术语和符号、非开挖技术和敷设双管、防沉降、截流井、再生水管道和饮用水管道交叉、除臭、生物脱氮除磷、序批式活性污泥法、曝气生物滤池、污水深度处理和回用、污泥处置、检测和控制的内容；调整综合径流系数、生活污水中每人每日的污染物产量、检查井在直线管段的间距、土地处理等内容；补充塑料管的粗糙系数、水泵节能、氧化沟的内容；删除双层沉淀池。
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。
排水管道水力计算实例
管道埋深（米） 起端 迄端 （米） （米） 5.826 1.500 2.953 1.500 1.500 1.500 1.500 1.576 1.576 1.444 1.544 2.000 2.100 2.200 2.200 2.500 2.600 4.850 4.850 3.900 3.900 1.216
700 400 500 800 600 600 800 800 1000 1000
1 2 2 1 1.3 1.3 2 2 1 1
0.7 1.159279 0.79134 227.702 0.65 1.266104 0.75655 65.4166 0.7 1.159279 0.89425 131.282 0.7 1.159279 0.86501 325.096 0.7 1.159279 0.81414 172.113 0.7 1.159279 0.81414 172.113 0.7 1.159279 1.22331 459.755 0.7 1.159279 1.22331 459.755 0.75 1.047198 1.01604 641.987 0.75 1.047198 1.01604 641.987
设计流量
设 计 管 段 地面标高 管内底高程（米） 流速v 流量Q 起端 迄端 地面坡度 起端 （米/秒） （升/秒） （米） （米） （‰） （米） 0.723 28.807 122.60 117.60 13.06 116.774 0.723 28.807 117.60 115.00 12.40 114.647 0.590 23.520 115.00 109.10 16.84 113.5 0.590 23.520 109.10 107.40 3.56 107.600 0.757 65.417 107.40 106.00 3.93 105.824 0.757 65.417 106.00 105.00 5.78 104.456 1.494 129.187 105.00 104.00 5.19 102.900 1.494 129.187 104.00 103.00 5.87 101.800 1.151 243.404 103.00 104.65 -45.21 100.400 1.151 1.151 243.404 243.404 104.65 103.20 103.20 95.44 5.28 166.17 99.800 99.300
输水管道水力计算公式
输水管道水力计算公式1．常用的水力计算公式：供水工程中的管道水力计算一般均按照均匀流计算，目前工程设计中普遍采用的管道水力计算公式有: 达西(DARCY ）公式：gd v l h f 22**=λ(1）谢才（chezy ）公式：i R C v **= （2）海澄－威廉（HAZEN —WILIAMS ）公式：87.4852.1852.167.10d C lQ h h f ***= （3） 式中 h f —-——--——--—沿程损失,mλ——-——-----沿程阻力系数 l ----——-—--—管段长度，md----—--————管道计算内径,mg-——-————-—-重力加速度，m/s 2 C ——-----—---谢才系数i---——-———---水力坡降； R---—---—---水力半径，mQ ——--——--—-—管道流量m/s 2 v —---—--—---—流速 m/sC n -—-—-——----海澄―威廉系数其中达西公式、谢才公式对于管道和明渠的水力计算都适用。
海澄－威廉公式影响参数较小，作为一个传统公式,在国内外被广泛用于管网系统计算。
三种水力计算公式中 ，与管道内壁粗糙程度相关的系数均是影响计算结果的重要参数。
2．规范中水力计算公式的规定3．查阅室外给水设计规范及其他各管道设计规范，针对不同的设计条件，推荐采用的水力计算公式也有所差异，见表1：表1 各规范推荐采用的水力计算公式3．1达西公式达西公式是基于圆管层流运动推导出来的均匀流沿程损失普遍计算公式,该式适用于任何截面形状的光滑或粗糙管内的层流和紊流.公式中沿程阻力系数λ值的确定是水头损失计算的关键，一般采用经验公式计算得出.舍维列夫公式，布拉修斯公式及柯列勃洛克（C.F 。
COLEBROOK ）公式均是针对工业管道条件计算λ值的著名经验公式。
舍维列夫公式的导出条件是水温10℃，运动粘度1.3*10—6 m 2/s ，适用于旧钢管和旧铸铁管，紊流过渡区及粗糙度区.该公式在国内运用较广。
《排水管渠水力计算》课件
六、工程应用
工程中的排水管渠水力计算应用
探讨在实际工程中，如何应用排水管渠水力计算的 方法和技术。
典型排水管渠设计案例分析
通过分析一些典型的排水管渠设计案例，深入了解 水力计算在工程中的实际应用。
七、总结与展望
排水管渠水力计算的重要性和应用前景
二、流量计算
流量公式推导
通过流量公式的推导，了解流量计算的基本原理。
流量计算实例
通过实际案例演示如何应用流量公式进行准确的流 量计算。
三、速度和压力计算
速度公式推导
推导速度公式，学习如何计算 排水管渠中的流体速度。
压力公式推导
推导压力公式，了解如何计算 排水管渠中的流体压力。
速度和压力计算实例
通过实例计算，掌握如何应用 速度和压力公式进行准确的计 算。
《排水管渠水力计算》 PPT课件
本课件旨在介绍排水管渠水力计算的背景、流量计算方法、速度和压力计算、 水力半径与摩阻系数计算、汇流计算以及工程应用等内容。
一、背景介绍
1 为何需要进行排水管渠水力计算
掌握排水管渠水力计算的重要性以及其在工程设计中的作用。
2 水力学基础知识回顾
复习与排水管渠水力计算相关的水力学基本原理和公式。
四、水力半径与摩阻系数计算
水力半径和摩阻系数的定 义
明确水力半径和摩阻系数的概 念，理解其在排水管渠水力计 算中的重要性。
水力半径计算方法
介绍水力半径计算的方法和步 骤，以确保准确性。
摩阻系数计算方法
讲解摩阻系数计算的方法，帮 助工程师进行实际计算。
五、汇流计算
汇流方程介绍
介绍汇流方程的原理和应用，以便在实际工程中准 确计算。
排水及输水水力损失计算详解
排水及输水管道相关规定和水力损失计算二00六年九月目录1、排水管道设计一般规定2、污水管道最大允许流速、最大设计充满度、最小设计流速、最小设计充满度、最小坡度、最小设计充满度下不淤流速和最小坡度3、排水管径计算公式4、排水横管的水流速的计算公式5、输水管道的水力损失计算6、直管磨擦水头损失估算简表1、排水管道设计一般规定1、设计污水管总出口处应设计计量设施。
2、排水管设计管道内最大流速为：金属管道为10米/秒，非金属管道为5米/秒。
3、污水管道在设计充满度下流速为0.6米/秒，当为金属、矿物质固体或重油杂质的生产污水管道其最大设计流速宜适当加大。
4、压力管道的设计流速宜采用0.7～1.5米/秒。
5、压力输泥管道最小设计流速见下表：6、自流污泥管道的最小设计坡度宜采用0.01。
7、设计压力管时应考虑水锤影响，在管线高点及每隔一段距离设排气装置，在管线低点及每隔一段距离设排空装置。
8、通气的污水立管最大排水能力见下表：9、不通气的污水立管最大排水能力见下表：10、管顶最小复土厚度在车行道下一般不小于0.7M。
11、厂房内排水钢管最小埋设深度为砼地面至管顶距离为0.4M，红砖地面至管顶距离为0.7M，PVC管为砼地面至管顶距离为0.6M，红砖地面至管顶距离为1.0M2、污水管道最大允许流速、最大设计充满度、最小设计流速、最小设计充满度、最小坡度、最小设计充满度下不淤流速和最小坡度见下表：上表说明；1、管径≤300mm 时按满度复核。
2、含有机械杂质的工业废水管道其最小流速宜适当提高。
3、排水管径计算公式D ＝ Q4D —管径 （mm ） Q —流量 （M 3/S ） V —流速 （m/S ）4、排水横管的水流速的计算公式V ＝Rn132I21V —流速 （m/S ） R —水力半径 （m ）n —粗糙系数、钢管取0。
012，塑料管取0。
009，铸铁管取0。
013，砼管取0。
013～0.014。
I —水力坡度，采用排水管坡度。
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排水管渠水力计算
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超高：渠中设计水面与渠顶间高度 0.2m
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排水管渠水力计算
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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：保证管道内不发生淤积的 流速 最大设计流速：保证管道不被冲刷破坏的 流速
7
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排水管渠水力计算
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水力半径R是过水断面面积与湿周的比值。 示例：
圆形 矩形 等腰梯形
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排水管渠水力计算
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计算圆管排水管的水力半径，若已知半满管且内径 为300mm。
D
D/2
D 2 2 D 300mm R 75mm 8 D 4 4
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排水管渠水力计算
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设计管段：相邻两个检查井间 的管段 同样的管径和坡度的管段可合 并为一条设计管段
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排水管渠水力计算
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管渠水力计算基本公式—均匀流公式
1 Q A v A R I n
2 3 1 2
1 v C RI R I n
2 3
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排水管渠水力计算
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与污水中所含杂质、管道水力半径、粗糙 系数有关 我国根据试验结果和运行经验确定最小流 速为0.6m/s；平坦地区可做适当调整 含有金属、矿物固体或重油杂质的工业废 水管道，宜适当加大 各设计管段由上游到下游最好逐渐增加 明渠的最小设计流速为0.4m/s
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充满度：设计流量下，污水在管渠内的有效水深h 与管径D的比值。
h/D =1时，满流—雨水、合流管道 h/D <1时，非满流—污水管道 《室外排水设计规范》规定，重力流污水管道，非满流计算时最 大设计充满度：
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排水管渠水力计算
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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；
2.1 污水管渠水力设计原则 2.2 管渠水力计算基本公式 2.3 水力学算图 2.4 管渠水力设计主要参数 2.5 管段的衔接 2.6 管段水力计算 2.7 倒虹管水力计算
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污水管道中污水流动的特点
重力流
污水管道内水流特点 非满流 近似均匀流
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2.4.4 最小设计坡度和 不计算管段的最小设计坡度
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。
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排水管渠水力计算
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•在管道起端由于流量较小，通过水力计 算得到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。 •计算设计流量小于最小管径在最小设计 坡度、充满度等于0.5时可以通过的流量 的管段
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h/D
0.25
0.35
0.45
0.55 0.65
0.75 0.0080 0.0060 0.0050 0.0040
最大充满 度线
0.0030
i
0.0020 最小允许 流速线 0.0015
0.0010
7 8 9 10
流量
15
20
30 qv /(L.s-1)
40
50
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管顶平接 水面平接 衔接的方式 管底平接 跌水连接
《室外排水设计规范》： 各种不同直径的管道在检 查井内的连接，宜采用水 面或管顶平接。
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排水管渠水力计算
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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（异径管段）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。 下游管径上游管径
W上 d X w
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排水管渠水力计算
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梯形明渠的底宽为 6.0m，边坡为1：1.5， 摩擦系数为n=0.056， 渠道中水深为1.2m， 坡度为0.025。计算 该渠道的流量。
采用管径为0.6m的 混凝土作为污水管， 坡度为2.5 ‰，水深 是0.25m，平均流速 和流量是多少？
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推导非满流圆形管道中水力半径计算公式 已知：管道直径D、水深h、夹角
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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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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。
流速:0.71
流量
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例2-3 已知n=0.014，D=300mm，Q=38L/s，v=1.0m/s，求 充满度（h/D）：0.56 坡度：0.0057 i和h/D。
流速
最大允许充满度线 和 最小允许流速线之 上符合要求， 否则，改变管径继 续计算，至满足要 求为止。
上游管段管内底高程＋上游管径 ＝ 下游管段管内底高程＋下游管径
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上游管段终端和下游管 段起端在指定的充满度 下的水面相平，即水面 标高相同。 能适当减少下游管段的 埋深 上游管段易形成回水 （管道水面变化较大） 施工不便，易发生误差
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1 2
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i）； C——流速系数，或谢才系数。一般按曼宁公式计算，即
1 C R n
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1 6
n——管壁粗糙系数
排水管渠水力计算
流量
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排水管渠水力计算
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2.4.1 设计充满度（h/D） 2.4.2 设计流速(v) 2.4.3 最小管径 2.4.4 最小设计坡度和不设计管段的最小 设计坡度 2.4.5 管道的埋设深度和覆土厚度
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2.4.1 设计充满度（h/D）和超高
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பைடு நூலகம்
温度与地层深度关系图
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埋没在地面下的污水管道承受着覆盖其上 的土壤静荷载和地面上车辆运行产生的动 荷载。为了防止管道因外部荷载影响而损 坏，注意： 管材质量 保证管道有一定的覆土厚度：
车行道厂污水管最小覆土厚度不宜小于0.7m 非车行道下0.6m
排水管渠水力计算
2
• 设计施工时注意改善管道水利条件，接近于 均匀流 • 计算简化
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根据管段的设计流量，按水力学规律， 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， 并使管渠管段的敷设经济合理
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不溢流：按最大流量确定设计流量 不淤积：规定流速最低限值 不冲刷管壁：规定流速最高限值 要注意通风：不满流
60 70 0.0008
坡度
污水管道水力计算按不满流圆形管道查水力学算图。 只有落在最大允许充满度线和最小允许流速线上方 的数据才符合规定。 在一般情况下，应选用两条虚线交点处或接近交点 且在两条虚线上方的数据，即尽量同时达到“最小 流速”和“最大充满度”的要求。这样既符合技术 上“不冲刷”、“不溢流”的要求，又使选用的管 道管径较小、坡度不大，工程的造价较低。 在无水压圆管中，充满度为0.8时的流量和无压满流 （充满度为1）时的流量近似相等，因此不满流管 道的水力学算图也可近似用于满流计算。
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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
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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。
当超过最大埋深时，应考虑设置提升泵站，以减小 下游的管道埋深。
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排水管渠水力计算
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2.5 管段的衔接
• 在管径、坡度、高程、方向发生变化及支管 接入的地方设置检查井，需考虑上下游管道 衔接 • 衔接的原则： • 尽可能地提高下游管段的高程，减小埋深， 降低造价。 • 避免上游管段回水淤积。 • 不允许下游管段的管底高于上游管段的管 底。
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2.4.5 管道的埋设深度和覆土厚度 •污水管网占污水工程总投资 的50-70% •挖填沟槽、沟槽支撑、湿土 排水、管道基础、管道铺设 取决于埋设深度及施工方式 •埋设深度：管道内壁底到地 面的距离。 •覆土厚度：管道外壁顶部到 地面的距离。
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排水管渠水力计算
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污水管道水力计算的设计数据
Q Av f1 ( D, h / D, v) 1 v R I f 2 (n, D, h / D, i) n