排水管道水力计算

排水管道水力计算第一页，共49页。2第1篇给水排水工程第二页，共49页。31第6章室外排水工程116第三页，共49页。目录6.1室外排水系统6.2室外排水管道的布置与敷设6.3室外污水管道的设计计算6.4雨水道的设计第四页，共49页。第六章 室外排水工程

任务：排除城镇生活污水、工业废水、大气降水，以保证城镇的正常生活，生产活动。§6.1室外排水系统一、排水体制对生活污水、工业废水和降水采用的不同的排除方式所形成的排水系统，称为排水体制，又称为排水制度。第五页，共49页。（一）合流制排水系统将生活污水，工业废水和雨水混合在同一管渠内排除的系统。1）直泄式合流制：将混合污水不经过处理直接排入水体，出口多且分散。2）截流式合流制：在沿河岸边建造一条截流干管，同时在截流干管上设置溢流井，并设置污水厂。第六页，共49页。直泄式合流制排水系统

截流式合流制排水系统1.合流支管

2.合流干管

3.河流

1.合流干管

2.溢流井

3.截流主干管4.污水厂

5.出水口

6.溢流干管

7.河流第七页，共49页。（二）分流制排水系统将生活污水，工业废水和雨水分别在两个或两个以上各自独立的管渠内排除的系统。1）完全分流制：分设污水和雨水两个系统，前者汇集生活污水、工业废水，送处理厂处理后排放或再利用；后者汇集雨水和部分废水（较洁净），就近排入水体。完全分流制排水系统1．污水干管

2.污水主干管

3.污水厂

4.出水口

5.雨水干管

6.河流第八页，共49页。2）不完全分流制：只有污水管道系统，而没有完整的水管渠排水系统。污水由管道送至处理厂处理后排放或利用，水通过地面漫流进入不成系统的明沟或小河，然后进入水体。不完全分流制排水系统1.污水干管

2.污水主干管3.污水厂

4.出水口5.明渠或小河

6.河流第九页，共49页。直泄式合流制特点：投资省、污染大、无污水厂适用：小污染、大水体、建设初期截流式合流制特点：投资较省、污染不大、有污水厂适用：干旱地区、旧城改建完全分流制特点：投资大、污染小、有污水厂适用：新建地区不完全分流制特点：投资较省、污染小、有污水厂适用：地形起伏且水系健全地区混合制第十页，共49页。二、室外排水系统组成1、污水系统：庭院管——街道管——附属构筑物（倒虹吸及跌水井）——中途提升泵站——污水处理厂——排出口。1）庭院或街坊管道系统：接受房屋排出管排出的污水，将其排泄到街道排水管的管道系统；敷设在庭院或街坊内的排水管道系统。由出户管、检查井、庭院排水管组成。

2）街道管道排水系统：敷设在街道下，承接庭院与街坊的排水管道。由支管、干管、和主干管及相应的检查井组成。3）管道上的附属构筑物（跌水井、倒虹吸）4）中途提升泵站5）污水处理厂6）排出口、事故出水口2、雨水系统：雨水口——雨水管（及防洪渠或排洪沟）——出水口第十一页，共49页。§6.2室外排水管道的布置与敷设一、排水管网的布置形式1、排水支管的布置形式（1）低边式（2）围坊式（3）穿坊式第十二页，共49页。低边式围坊式穿坊式第十三页，共49页。二、排水干管的布置形式（1）正交式布置（2）截流式布置（3）平行式布置（4）分区式布置（5）分散式布置第十四页，共49页。1）正交式：排水干管与地形等高线正交与河道流向成90度相交的布置形式。这样的布置形式可使排水长度短，最大地利用地形坡度，管径小。这种形式在老城市的合流体管道中多有应用。2）截流式：3）平行式：地形坡度较大时，为不使管内流速过大，将干管和主干管的走向与地形等高线基本平行。4）分区式：城市的地形高差相差很大，可分别设两个排水区。5）分散式第十五页，共49页。

正交式1.城市边界2.排水流域分界线3.支管4.干管5.出水口第十六页，共49页。

截流式6.污水厂7.灌溉田8.河流第十七页，共49页。

平行式第十八页，共49页。

分区式第十九页，共49页。

分散式

第二十页，共49页。三、排水管道敷设的位置①避免敷设在交通干线下（۞街道宽度超过40m时，马路两边设排水管），交通繁忙或地下设施拥挤，采用地下管廊。②与其它管线要有一定的距离③要有坡度۩排水管道与其他管道（构筑物）的最小净距①与建筑物水平净距，管道埋深浅于建筑物基础时，一般不小于2.5m（压力管小于5m）；埋深深于建筑物基础时，按计算确定，但不小于3m。②与给水管水平净距，给水管管径≤200mm，不小于1.5m;管径>200mm，不小于3m.与生活给水管道交叉时，与污水管道垂直净距不小于0.4m(污水管道在下），当不可避免在生活给水管道上部穿越时，应予以加固，加固长度不应小于生活给水管道外径加4m.③与热力管沟水平净距≮1.5m，垂直净距≮0.15m④与电力电缆水平净距≮1.0m，垂直净距≮0.5m⑤与乔木中心距离≮1.5m第二十一页，共49页。§6.3室外污水管的设计计算一、污水量的计算二、城市排水管道设计中的几项规定三、排水管道水力计算第二十二页，共49页。一、污水量的计算1.生活污水量2.工业废水量3.城市污水设计流量居住区生活污水量工业企业生活污水量第二十三页，共49页。二、城市污水管道设计中的几项规定1.充满度2.设计流速：不能过小，也不能过大3.最小管径和最小设计坡度4．污水管道的埋深与覆土厚度覆土厚度：指管道外壁顶部到地面的距离。埋设深度：指管道内壁底部到地面的深度。۞不能超过最大埋深۞不能小于最小覆土厚度:（1）防止管内污水冰冻（2）防止管道被地面荷载压坏（3）满足管道之间的衔接要求5．污水管道的衔接方法：管顶平接，水面平接，管底平接6.检查井：用于管道疏通，直段上每隔一段距离设检查井。第二十四页，共49页。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《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）最大充满度（h/D）200~300350~450500~900≥10000.55(0.60)0.65(0.70)0.70(0.75)0.75(0.80)hD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。第二十五页，共49页。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。***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。第二十六页，共49页。最小管径1、为什么要规定最小管径？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。第二十七页，共49页。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。（1）（2）规定：管径200mm的最小设计坡度为0.005；管径

300mm的最小设计坡度为0.003；第二十八页，共49页。三、排水管道水力计算1.计算公式（谢才公式）2.计算步骤计算管段划分计算管段内的设计流量采用计算图表，列表计算各管段的管径、流速、坡度及埋深第二十九页，共49页。污水管道水力计算的方法1、需要确定的参数流量Q、管径D、坡度I、流速v、充满度h/D2、确定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。第三十页，共49页。例解：采用D=400mm那张图（附录5附表5-4）第三十一页，共49页。第三十二页，共49页。管段编号居住区生活污水量集中流量设计流量本段流量转输流量q2合计平均流量总变化系数生活污水设计流量本段转输街坊编号街坊面积比流量流量q1123456789101112污水干管设计流量计算表污水干管水力计算表管段编号管段长度设计流量管径坡度流速充满度降落量iL标高埋设深度h/Dh地面水面管内底上端下端上端下端上端下端上端下端1234567891011121314151617第三十三页，共49页。§6.4雨水道设计一、雨水系统的布置二、雨水管道的计算第三十四页，共49页。雨水道系统雨水口雨水管渠检查井雨水出口雨水道的设计雨水管道的定线布置确定当地的暴雨强度划定设计管段，并计算管段内的设计流量，确定其管径、坡度定出管段的标高与埋深第三十五页，共49页。一、雨水道系统的布置雨水口收集地面径流雨水的主要构筑物。雨水口型式选择恰当，布置合理，是改善地面暴雨积水的重要保证。布置型式：平蓖式、边沟式和联合式三类，根据进水蓖数目的多少，每一类又可分为单蓖、双蓖和多蓖三种布置形式。平蓖式水流通畅，但暴雨时易被树枝等杂物堵塞，影响泄水能力。沟式不易堵塞，但边沟需保持一定水深。第三十六页，共49页。

平蓖式雨水口的泄水能力:如采用750mm×450mm的标准铸铁蓖，平蓖式雨水口的泄水能力，单蓖按20L／s考虑，双蓖为35L／s，多蓖每增加一蓖，泄水能力增加15L／s；边沟式雨水口的泄水能力:单蓖按20L／s考虑，双蓖为30L／s，多蓖每增加一蓖，泄水能力增加10L／s；联合式雨水口的泄水能力:单蓖按30L／s考虑，双蓖为50L／s，多蓖每增加一蓖，泄水能力增加20L／s。۞道路的纵坡较大时，雨水口的泄水能力将有所下降。

۞设置雨水口数量依据汇水面积和汇水水量及雨水口的泄水能力确定。第三十七页，共49页。布置位置：平蓖式雨水口一般适用于无道牙的路面或地面的低洼处；边沟式和联合式一般布置在有道牙道路的路边。较窄路面采用单蓖雨水口，较宽路面采用双蓖或多蓖雨水口。设在街坊、庭院的最低处；道路两边，十字路口雨水口设在水流的上游。原则：不使雨水漫过路面第三十八页，共49页。一、雨水道系统的布置雨水管线的布置相关要求：1.雨水收集：平行道路，地势低的一侧2.管道维护及防止管道被破坏：道路边绿地、人行道，路宽超过40m，两侧设，避免穿马路；加盖板3.避免管道交叉，节省埋深：暗沟浅埋第三十九页，共49页。二、雨水管道的计算1.雨量分析要素①降雨量降雨深度h(mm)或单位面积降雨体积(m3/hm)②降雨历时降雨过程中某一连续降雨时段t(min或h)③降雨强度④降雨重现期与降雨频率降雨重现期指等于或大于该降雨强度的降雨每发生一次的统计时间间隔，P；降雨频率是指等于或大于该值的暴雨强度出现的次数与观测资料总项数之比的百分数。⑤径流系数取决于地面性质。一个区域不同地面，按不同地面的面积加权平均，求平均径流系数第四十页，共49页。2.暴雨强度公式第四十一页，共49页。3.计算管段划分

计算管段：管径相同、坡度相同，流量相同的连续管段。节点在有支管接入或坡度发生变化的地方，同时划分汇水面积4.计算管段内流量计算管段编号管长集水面积F流速v(m/s)管内流行时间（Min)单位面积径流量q0设计流量Q管径D管底坡降i两端高差il标高管底埋深（m)地面管底沿程转输合计∑t2t2起点终点起点终点起点终点平均12345678910111213141516171819205.管段的水力计算（满流）雨水管道水力计算表第四十二页，共49页。2．例题第四十三页，共49页。雨水从各汇水面积上最远点分别流入雨水口a、b、c、d的地面集水时间均为τ1，并假设：

1）汇水面积随集水时间的增加而均匀增加；

2）降雨历时t等于或大于汇水面积上最远点的雨水流达设计断面的集水时间τ1；

3）径流系数ψ为定值。第四十四页，共49页。（1）设计管段1～2的雨水设计流量直到t＝τ1时，F1全部面积上的雨水均已全部流到设计断面，这时管段1～2内流量达到最大值。

（L/s）式中q1——管段1～2的设计暴雨强度，即相应降雨历时t＝τ1时的暴雨强度（L/s·hm