8-2_污水管道的水力计算
8-2有压管流-流体力学
2、水泵吸水管的水力计算 离心泵吸水管水力计算，主要为确定泵的安装高 度，即泵轴线在吸水池水面上的高度Hs 取吸水池水面1-1和水泵进口断面2-2，列伯诺里方程 pa p2 α υ 2 0+ + 0 = Hs + + + hl ρg ρ g 2g pa − p2 υ2 l − (α + λ + ∑ ζ ) Hs = ρg 2g d 2 υ l = hv − (α + λ + ∑ ζ ) d 2g
2 3
Si = a ili
Si —— 管段的阻抗s2/m5
3、串联管道计算公式
Q1 = Q2 = Q3 = Q
2 1 2 2 2 3
H = S 1Q + S 2 Q + S 3 Q
例6-5：上题如车间需水量Q =0.152m3/s，管线布 置、地面标高及供水点需自由水头都不变，试设计 水塔高度。
解：按比阻计算，先验算阻力区
4Q 4 × 0.152 υ= 2 = = 1.21m/s 2 πd π × 0.4
v >1.2m/s，比阻不需修正,直接查表6-4得a=0.2232s2／m6
1.3
0.3
已知v、d、J中任两个量，便可直接由表6-7查出另一 个量，使得计算工作大为简化
例 6-4：水塔向车间供水，铸铁管l=2500m， d=400mm，水塔地面标高▽1=6lm，水塔水面距地 面的高度H1=18m，车间地面标高▽ 2=45m，供水 点需要的自由水头H2=25m，求供水量Q 解：作用水头 H=(▽1+ H1)- (▽2+ H2) = (61+18)- (45+ 25) = 9m
2
(过渡区)
给排水计算公式
一、用水量计算按不同性质用地用水量指标法计算，参见GB50282-98《城市给水工程规划规范》 2.2.5部分。
未预见水量及管网漏失水量，一般按上述各项用水量之和的15％～25％计算。
因此，设计年限内城镇最高日设计用水量为:1234(1.15~1.25)()d Q Q Q Q Q =+++(m 3/d) 二、给水管网部分计算1. 管网设计流量：满足高日高时用水量，K h 查表得。
2. 比流量q s ：Q —设计流量，取Q h ；∑q —集中流量总和；∑l —管网总计算长度；l —管段计算长度。
3. 沿线流量q l ：在假设全部干管均匀配水前提下，沿管线向外配出的流量。
q l = q s l （与计算长度有关，与水流方向无关）4. 节点流量：集中用水量一般直接作为节点流量分散用水量经过比流量、沿线流量计算后折算为节点流量，即节点流量等于与该点相连所有管段沿线流量总和的一半。
q i =0.5∑q l0.5——沿线流量折算成节点流量的折算系数5. 管段计算流量q ij ——确定管径的基础 若规定流入节点的流量为负，流出节点为正，则上述平衡条件可表示为：0=∑+ij i q q （6-11）式中 q i ______ 节点i 的节点流量，L/s ；q ij ______ 连接在节点i 上的各管段流量，L/s 。
依据式(6-11)，用二级泵站送来的总流量沿各节点进行流量分配，所得出的各管段所通过的流量，就是各管段的计算流量。
)/(3h m T Q K Q d h h =)/(m s L l q Q q s ⋅-=∑∑6. 管径计算由“断面积×流速=流量” ，得7. 水力计算环状管网水力计算步骤：1) 按城镇管网布置图，绘制计算草图，对节点和管段顺序编号，并标明管段长度和节点地形标高。
2) 按最高日最高时用水量计算节点流量，并在节点旁引出箭头，注明节点流量。
大用户的集中流量也标注在相应节点上。
3) 在管网计算草图上，将最高用水时由二级泵站和水塔供入管网的流量（指对置水塔的管网），沿各节点进行流量预分配，定出各管段的计算流量。
第八章污水管道系统的设计计算
第⼋章污⽔管道系统的设计计算第⼋章污⽔管道系统的设计计算（⼀）教学要求熟练掌握污⽔管道的设计计算过程（⼆）教学内容1、污⽔设计流量2、污⽔管道的设计参数3、污⽔管道的⽔⼒计算（三）重点污⽔管道的⽔⼒计算第⼀节污⽔设计流量的计算污⽔管道系统的设计流量是污⽔管道及其附属构筑物能保证通过的最⼤流量。
通常以最⼤⽇最⼤时流量作为污⽔管道系统的设计流量，其单位为L/s 。
它包括⽣活污⽔设计流量和⼯业废⽔设计流量两⼤部分。
就⽣活污⽔⽽⾔⼜可分为居民⽣活污⽔、公共设施排⽔和⼯业企业内⽣活污⽔和淋浴污⽔三部分。
⼀、⽣活污⽔设计流量 1.居民⽣活污⽔设计流量居民⽣活污⽔主要来⾃居住区，它通常按下式计算：1Q =360024zK N n (8-1)式中： Q 1—— 居民⽣活污⽔设计流量，L ／s ；n ——居民⽣活污⽔量定额，L ／(cap ·d)； N ——设计⼈⼝数，cap ；K Z ——⽣活污⽔量总变化系数。
（1）居民⽣活污⽔量定额居民⽣活污⽔量定额，是指在污⽔管道系统设计时所采⽤的每⼈每天所排出的平均污⽔量。
在确定居民⽣活污⽔量定额时，应调查收集当地居住区实际排⽔量的资料，然后根据该地区给⽔设计所采⽤的⽤⽔量定额，确定居民⽣活污⽔量定额。
在没有实测的居住区排⽔量资料时，可按相似地区的排⽔量资料确定。
若这些资料都不易取得，则根据《室外排⽔设计规范》(GBJl4-87)的规定，按居民⽣活⽤⽔定额确定污⽔定额。
对给⽔排⽔系统完善的地区可按⽤⽔定额的90%计，⼀般地区可按⽤⽔定额的80%计。
（2）设计⼈⼝数设计⼈⼝数是指污⽔排⽔系统设计期限终期的规划⼈⼝数，是计算污⽔设计流量的基本数据。
它是根据城市总体规划确定的，在数值上等于⼈⼝密度与居住区⾯积的乘积。
即：F N ?=ρ (8-2) 式中：N ——设计⼈⼝数，cap ；ρ——⼈⼝密度，cap/hm 2；F ——居住区⾯积，hm 2； cap ——“⼈”的计量单位。
热水热力管网的水力计算
热水管网的水力计算是在完成热水供应系统布置，绘出热水管网系统图及选定加热设备后进行的。
水力计算的目的是：计算第一循环管网（热媒管网）的管径和相应的水头损失；计算第二循环管网（配水管网和回水管网）的设计秒流量、循环流量、管径和水头损失；确定循环方式，选用热水管网所需的各种设备及附件，如循环水泵、疏水器、膨胀设施等。
第一循环管网的水力计算：1.热媒为热水：以热水为热媒时，热媒流量G按公式（8-8）计算。
热媒循环管路中的配、回水管道，其管径应根据热媒流量G、热水管道允许流速，通过查热水管道水力计算表确定，并据此计算出管路的总水头损失Hh。
热水管道的流速，宜按表8-45选用。
当锅炉与水加热器或贮水器连接时，如图8-12所示：热媒管网的热水自然循环压力值Hzr按式（8-35）计算：式中：Hzr—热水自然循环压力，Pa；Δh—锅炉中心与水加热器内盘管中心或贮水器中心垂直高度，m；ｐ1—锅炉出水的密度，kg/m3；ｐ2—水加热器或贮水器的出水密度，kg/m3。
当Hzr＞Hh时，可形成自然循环，为保证运行可靠一般要求（8-36）：当Hzr不满足上式的要求时，则应采用机械循环方式，依靠循环水泵强制循环。
循环水泵的流量和扬程应比理论计算值略大一些，以确保可靠循环。
2.热媒为高压蒸汽：以高压蒸汽为热媒时，热媒流量G按公式（8-6）或（8-7）确定。
热媒蒸汽管道一般按管道的允许流速和相应的比压降确定管径和水头损失。
高压蒸汽管道的常用流速见表8-13。
确定热媒蒸汽管道管径后，还应合理确定凝水管管径。
第二循环管网的水力计算：1.配水管网的水力计算配水管网水力计算的目的主要是根据各配水管段的设计秒流量和允许流速值来确定配水管网的管径，并计算其水头损失值。
（1）热水配水管网的设计秒流量可按生活给水（冷水系统）设计秒流量公式计算。
（2）卫生器具热水给水额定流量、当量、支管管径和最低工作压力同给水规定。
（3）热水管道的流速，宜按表8-12选用。
第 8 章 污水管道系统的设计计算
（8-5）
工业企业工业废水和职工生活污水和淋浴废水定额： 与给水定额相近，可参考。 各符号意义见教材P180：式（8-5）。
9
8.1.2 工业废水设计流量
工业废水量变化系数 日变化系数较小，接近1。时变化系数见下表：
工业种类 冶金 化工 纺织 食品 皮革 造纸
时变化系数Kh
1.0~1.1
1.3~1.5
的污水量；
（3）集中流量q3 —— 是从工业企业或其它产生大量 污水的公共建筑流来的污水量。
13
对于某一设计管段，本段流量是沿管段长度变
化的，即从管段起点为零逐渐增加到终点的全部流 量。为便于计算，通常假定本段流量从管段起点集 中进入设计管段。而从上游管段和旁侧管流来的转 输流量 q2和集中流量 q3对这一管段是不变的。 本段流量是以人口密度和管段服务面积来计算的， 公式如下： 生活污水量 q1 F qs K Z
向低处流动，在大多数情况下，管道内部
是不承受压力的，即靠重力流动。
17
8.3.2 污水管道水力计算的设计参数
① 设计充满度 在设计流量下，管道中的水深 h 与管径 D的比值 h/D 称为设计充满度，当 h/D＝1 时称为满流；h/D＜1时称为不满流。 污水管道的设计有按满流和非满流两种 方法。在我国，按非满流进行设计。
内容：根据已确定的管道路线以及各设计管段的 设计流量来计算各设计管段的管径、坡度、流速、 充满度等。 原则是：不冲刷、不淤积、不溢流、要通风。 污水管道水力计算是由控制点开始，从上游 到下游，对各设计管段进行计算。
16
8.3.1 污水管道中污水流动的特点
污水由支管流入干管，由干管流入主 干管，由主干管流人污水处理厂，管道由 小到大，分布类似河流，呈树枝状，与给 水管网的环流贯通情况完全不同。污水在 管道中一般是靠管道两段的水面高差从高
管道水力计算-公式汇总
壁厚(mm)
计算内 径(mm) 80
流速 (m/s) 1.99
0.013
8
3.达西—魏斯巴赫(Darrcy—Weisbach)公式及雷诺(Reynolds)公式
公称直径 (mm)
外径 (mm)
壁厚(mm)
计算内 径(mm)
流速 (m/s)
50 32 1002
2.88 1.67 1.03
4.哈森-威廉方程Hazen Williams：
1.舍维列夫公式
公称直径 (mm) 800
外径 (mm) 820
壁厚(mm)
计算内 径(mm) 250
流速 (m/s) 0.71
8
2.曼宁(Mannins)公式C=1/n×R1/6和谢才(Chezy)公式v=C√Ri
粗糙系数
公称直径 (mm) 100
外径 (mm) 100
摩阻系数 公称直径 C (mm) 150 900
外径 (mm) 820
壁厚(mm)
计算内 径(mm) 600
流速 (m/s) 0.68
8
5.常年运行费用(能耗)差额△E=0.994QC△hf/(η K)
Q—计算平均流量(m /d) C—电价(元/KWh) △hf—水头损失差值(mH2O)
3
52500 0.6 -2.63
流量 （m3/h) 687.50
管长
水头损失 (m) 系数f 10000
0.0006
沿程水头 损失 总水头损失(m) Hf(m) 5.58
备注
注：适用于夹
6.70 砂玻璃钢管
沿程水头损 失(m) 0.12 0.05 0.12 0.15 总水头损 失(m) 0.13 0.06 0.13 0.16 备注
污水管道设计计算书
污水管道系统的设计计算（一)污水设计流量计算一．综合生活污水设计流量计算各街坊面积汇总表居住区人口数为300⨯360。
75=108225人则综合生活污水平均流量为150⨯108225/24⨯3600L/s=187。
89L/s用内插法查总变化系数表，得K Z=1。
5故综合生活污水设计流量为Q1=187.89⨯1。
5L/s=281.84L/s二．工业企业生活污水和淋浴污水设计流量计算企业一：一般车间最大班职工人数为250人,使用淋浴的职工人数为80人；热车间最大班职工人数为100人,使用淋浴的职工人数为50人故工业企业一生活污水和淋浴污水设计流量为Q2（1)=(250⨯25⨯3+100⨯35⨯2.5)/3600⨯8+(80⨯40+50⨯60)/3600L/s =2。
68L/s企业二：一般车间最大班职工人数450人,使用淋浴的职工人数为90人；热车间最大班职工人数为240人，使用淋浴的职工人数为140人故工业企业二生活污水和淋浴污水设计流量为Q2（2。
)=（450⨯25⨯3+240⨯35⨯2.5）/3600⨯8+（90⨯40+140⨯60）/3600=5。
23L/s所以工业企业生活污水和淋浴污水设计流量为Q2=Q2（1)+Q2（2)=（2。
68+5。
23)L/s=7.91L/s三．工业废水设计流量计算企业一：平均日生产污水量为3400m3/d=3.4⨯106L/d=59。
03L/s企业二：平均日生产污水量为2400m3/d=2。
4⨯106L/d=27.78L/sQ3=（59.03⨯1。
6+27。
78⨯1。
7）L/s=141。
67L/s四．城市污水设计总流量Q4=Q1+Q2+Q3=（281。
84+7.91+141。
67)l/s=431.42L/s(二）污水管道水力计算一．划分设计管段，计算设计流量本段流量q1=Fq s K Z式中q1--——设计管段的本段流量（L/s）F-———设计管段服务的街坊面积(hm2）q s————生活污水比流量［L/（s·hm2）］K Z--—-生活污水总变化系数生活污水比流量q s=nρ/24⨯3600=300⨯150/24⨯3600 L/（s·hm2）=0.521 L/（s·hm2）式中n----生活污水定额或综合生活污水定额[L/（人·d）] Ρ—-——人口密度（人/hm2)污水干管和主干管设计流量计算表工厂排出的工业废水作为集中流量，企业一流出水量在检查井7处进入污水管道，相应的设计流量为97。
污水管水力计算
第2.2.1条 雨水设计流量按下式计算式中,Q=qψFQ--雨水设计流量(L/s)；q--设计暴雨强度(L/s.ha)；ψ--径流系数；F--汇水面积(ha)注：当有生产废水排入雨水管道时，应将其水量计算在内。
第2.2.2条 径流系数按下表采用。
平均径流系数可按加权平均计算。
径流系数ψ综合径流系数ψ第2.2.3条 设计暴雨强度(见专用表)第2.2.4条 雨水设计重现期：一般选用0.4~3a，重要干道、重要地区或短期积水即能引起较严重后果的地区，一般选用2~5a.第2.2.5条 设计降雨历时，按下式计算：t=t1+mt2式中，t--降雨历时（min)；t1--地面集水时间(min)，视距离长短、地形坡度和地面铺盖情况而定，一般采用5~15min；m--折减系数，暗管折减系数m=2，明渠折减系数m=1.2 ;t2--管渠内雨水流行时间(min)注：在陡坡地区，采用暗管时折减系数m=1.2~2.第2.3.1条 合流管道的总设计流量应按下式计算：第2.3.1条 合流管道的雨水重现期可适当高于同一情况下的雨水管道设计重现期。
第3.2.1条 排水管渠的流速，应按下式计算：V=(1/n) R2/3I1/2式中,V--流速 (m/s);R--水力半径(m);I--水力坡降;n--粗糙系数.第3.2.2条 管渠粗糙系数按下表选用:管渠粗糙系数 n第3.2.3条 排水管渠的最大设计充满度和超高，应遵守下列规定：一、污水管道应按不满流计算，其最大设计充满度应按下表采用。
最大设计充满度注：在计算污水管道充满度时，不包括淋浴或短时间内突然增加的污水量，但当管径小于或等于300mm时，应按满流复核.二、雨水管道和合流管道应按满流计算。
三、明渠超高不得小于0.2m。
第3.2.4条 排水管道的最大设计流速应遵守下列规定：一、金属管道为10m/s；二、非金属管道为5m/s；第3.2.6条 排水管渠的最小设计流速应遵守下列规定：一、污水管道在设计充满度下为0.6m/s；二、雨水管道和合流管道在满流时为0.75m/s；三、明渠为0.4m/s。
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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、有利于管道内的通风； 3、便于管道的疏通和维护管理。
（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；我国根据试 验结果和运行经验确定最小流速为0.6m/s。 当管径小于或等于500mm时，自净流速可 取0.7m/s，当管径大于500mm，自净流速 可取0.8m/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。
设计充满度一定时，管径越大，最小设计坡度 越小。
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。
（5）污水管道的埋设深度
管道的埋设深度有两个意义：
2、确定衔接方式和高程
采用沟顶平接？ 设计沟段上端沟底高程：44.220+0.300-0.350＝44.170(m) 设计沟段的下端沟底高程：44.170-240 ×0.0015＝43.810(m)
44.220+0.300 44.220+0.300-0.350
Байду номын сангаас
检验：
上游沟段下端水面高程： 44.220+0.300 0.55＝44.385(m) 设计沟段上端水面高程： 44.170+0.65 0.350＝44.398(m)
（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）
200~300 350~450 500~900
≥1000
最大充满度（h/D）
0.55 0.65 0.70 0.75
第二节 污水管道的水力计算
一、污水管道中的水流情况
1.污水在管道中一般是从高处向低处流动，属 于重力流动。
2.将污水按一般水看待，符合一般水力学的水 流运动规律。
3.在污水管网设计中采用均匀流计算
二、水力计算公式
三 污水管道设计参数
污水管道水力计算的设计数据 设计充满度（h/D） 设计流速（v） 最小管径（D） 最小设计坡度（i）
h/D=0.66>0.65，不合格 i =0.0015<0.0024，比较合适
B:令D＝350mm，查图.
当D＝350mm，qV＝40L/s， v＝0.6m/s时, h/D=0.66>0.65，不合格。
令h/D=0.65 时，v＝0.61>0.6m/s，符合要求。 i =0.0015<0.0024，比较合适。
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。
（3）最小管径
• 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。 • 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。
求：设计沟段的口径和沟底高程
解： 1、确定管径和坡度
由于上游沟段的覆土厚度较大，设计沟段坡度应尽量小于地 面坡度以减少埋深。
水
力 计 算 图
I=0.0058>0.0024 h/D=0.9>0.55
A:令D＝300mm，查图. 当D＝300mm，qV＝40L/s，h/D=0.55时， i＝0.0058>I＝0.0024， 不符合本题应尽量减少埋深的原则； 令v＝0.6m/s时，h/D＝0.90>0.55，也不符合要求。
满足街坊污水连接管衔接要求：
从以上三个因素出发，可以得到三个不同的覆土 厚度，最大值就是这一沟段的允许最小覆土厚度。
最大埋深 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、石灰岩地层中，一般不超过5m。
（6）污水管道的衔接
衔接原则： （1）尽可能提高下游沟段的高程，以减少埋深，从 而降低造价，在平坦地区这点尤其重要； （2）避免在上游沟段中形成回水而造成淤积； （3）不允许下游沟段的沟底高于上游沟段的沟底。
决定污水管道最小覆土厚度
地面
的因素：
地面荷载
冰冻线的要求
满足街坊管连接要求
管道
覆 土 厚 度
埋 设 深 度
满足地面荷载要求：车行道下最小覆土厚度0.7m
满足防冰冻要求： 《室外排水设计规范》规定：无保温措施的生活污 水管道，管底可埋设在冰冻线以上0.15m；有保温 措施或水温较高的管道，距离可以加大。
44.398m高于44.385m，不符合要求，应采用水面平接。
沟底高程修正：采用水面平接。
上流沟段的下端水面高程: 44.22+0.3 ×0.55＝44.385(m) 设计沟段的上端沟底高程: 44.385-0.35 ×0.65＝44.158(m) 设计沟段的下端沟底高程: 44.158-240 ×0.0015＝43.798(m)
作业：p264 8.6 8.7
不应 发生
下游沟底高于上游沟底 下游水位高于上游水位
衔接 方法
沟顶平接 水面平接 沟底平接
一般情况下， 异管径沟段采用沟顶平接。 同管径沟段采用水面平接。
（7）污水管道断面的形式
常见的有圆形、半椭圆形、马蹄形、矩形和梯形等
四 污水管道水力计算方法
v
1
21
R 3I2
n
Q=
1
AR
2 3
I
1 2
n
在进行水力计算时，对于每一管段而言，有六个 水力因素：管径D、粗糙系数n、充满度h/D、水力坡 度I、流量Q和流速v。
方法：（一）水力计算图 （二）水力计算表
例 已知设计沟段长度L为240m；地面坡度I为 0.0024；流量qV为40L/s，上游沟段管径D＝300mm， 充满度h/D为0.55，沟底高程为44.22m，地面高程为 46.06m，覆土厚度为1.54m。