非满流水力计算公式
给水排水管道系统水力计算汇总
第三章给水排水管道系统水力计算基础本章内容：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Re k，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。
(整理)第三章给水排水管道系统水力计算基础
第三章给水排水管道系统水力计算基础本章内容：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Re k，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。
给水排水管网水力学基础
∑
当并联管道直径相同时
d1 = d 2 = d =
n m/n m ( Nd i )
= d N = di =
n (N ) m
di
3．4．2 沿线均匀出流的简化 干管配水情况
配水支管
Q 1 q1 q 3 Q2 q2
q5 q4
Q3
q7
配水干管
Q4
q6
t
假设沿线出流是均匀 的，则管道的任一断 面上的流量
管道的水力等效简化
n kq n l kq1n l kq 2 l = m = m = m d d1 d2
n kq N l = m dN
d = (∑ d )
i =1
N
m n i
n m
当并联管道直径相同时， 有：
d = (N ) di
n m
3.1 给排水管网水流特征 3．1．1 流态特征
Re ⎧层流： < 2000 ⎪ ⎪ 1.流态 ⎨过渡流 : 2000 < Re < 4000 ⎪ Re （给排水管网一般按紊 流考虑） ⎪紊流： > 4000 ⎩
第3章 给水排水管网水力学基础 －－管渠稳定流方程 谢才公式：
式中
v2 hf = 2 l C R
（m）
hf――沿程水头损失，m；v――过水断面平均流速，m/s； C――谢才系数； l――管渠长度，m； R――过水断面水力半径，即断面面积除以湿周，m， 对于圆管满流R=0.25D（D为直径）。
圆管满流－达西公式：
n
kq n d m
N
l
kq n l i kq l = ∑ m m d i=1 d i d = (l /
m i=1 d i
∑
N
第3章-给水排水管网水力学基础讲解
图3.1 圆形管道非满管流和满管流示意图 （a）非满管流；（b）满管流
图3.2 圆形管道充满度示 意图
3.3.1 非满流管道水力计算公式 管渠流量公式：
q
Av
A
R
2 3
I
1 2
式中
A―过水断面面积（m2）；
n
I―水力坡度，对于均匀流，为管渠底坡。
N mn
d ( din ) m i 1
当并联管道直径相同时，等效直径：
n
d (N)m di
kqNn l
d
m N
干管配水情况
3.4.2 沿线均匀出流的简化
给水管网中的配水管沿线向用户供水，如图3.6所示。假设沿线出流是 均匀的，则管道内任意断面x上的流量可以表示为：
qx
qt
沿程水头损失计算公式的指数形式为：
或
或 hf sf qn
式中，k、n、m─指数公式的参数。见表3.6； α―比阻，即单位管长的摩阻系数， α =k/Dm； sf―摩阻系数，sf= α l=kl/Dm。
沿程水头损失指数公式的参数
表3.6
3.3 非满流管渠水力计算
在排水管网中，污水管道一般采用非满管流设计，雨水管网一般采用 满管流设计，如图3.1所示。在两者的运行过程中，大多数时间内，均 处于非满管流状态。
第3章 给水排水管网水力学基础
3.1 给水排水管网水流特征
3.1.1 管网中的流态分析
在水力学中，水在圆管中的流动有层流、紊流及过渡流三种流态，可以根据雷诺数 Re进行判别，其表达式如下：
Re
VD
式中，V－管内平均流速（m/s）；D－管径(m)；ν－水的运动粘性系数，当水温为 10oC时，ν＝1.308 x 10-6m2/s，当水温为30oC时，ν＝0.804 x 10-6m2/s，当水温为 50oC时，ν＝0.556 x 10-6m2/s。 当Re小于2000时为层流，当Re大于4000时为紊流，当Re介于2000到4000之间时， 水流状态不稳定，属于过渡流态。
箱涵、涵洞半压力流和非淹没压力流水力计算程序
半压力流涵洞计算适用条件：1.2D<H<1.5D,h<D(H为进口水深，D为涵洞高，△Z=a.q2^2/(2g.φ^2.hs^2)-a.q2^2/(2g.hc2^2) 1.093 d1=σ0.hc2-hs-△Z0.880池深差：d1-d0.000 3）消力池长度计算：水跃长度Lj=6.9×(hc2-hc1)20.62斜坡段长度Ls=m×(P+d) 5.64消力池长度：Lsj=Ls+β.Lj21.10三、消力池底板厚度计算1.基本资料消力池进口处的单宽流量q(m3/s.m)17.692上游总水头H0(m) 6.748消力池底板计算系数k1(可采用0.15～0.20）0.15消力池底板安全系数k2(可采用1.1～1.3） 1.2消力池底板的饱和重度γb(kN/m3)24消力池跃前收缩水深hc1(m) 1.912消力池跃后水深hc2(m) 4.900消力池跃前收缩断面流速Vc(m/s)9.253 2.按抗冲要求计算消力池底板厚度t(m)1.02取消力池的底板厚度（等厚）为：t= 1.1 3.按抗浮要求验算消力池底板顶面的水重（水深为跃后水深）：W=γ.hc249.00消力池底板上的脉动压力（跃前收缩断面流速水头的5%）2.18 Pm=0.05γ.Vc^2/(2g)消力池底板底面的扬压力：U=γ(hc2+t)60.00消力池底板安全系数： 2.00抗浮安全系数k2大于1.1～1.3,安全四、海漫长度计算基本资料消力池末端单宽流量qs=Q/B217.692上游总水头T0(m) 6.748海漫长度计算系数ks7当满足： 6.779246595海漫长度：47.45五、海漫长末羰沟槽冲刷深度及防冲槽计算基本资料海漫末端水深hm(m) 3.5沟槽土质允许不冲流速[V0]1渠槽末端宽度Bs(m)6海漫长末端单宽流量qm=Q/Bs7.667海漫长末端沟槽冲刷深度：dm=1.1qm/[V0]-hm 4.933公式来洞计算洞宽B源：《灌溉与适应计算备注例题黄色底纹标记为需要手动输入部分463.5300.002为半压力流 4.70.72.81.05点选进口型式八字墙自动选择0.67自动选择0.744.7+1.05*0.7^2/(2*9.81) 4.7346/(0.67*3.5*(2*9.81*(4.726+0.002*30-0.74*3.5))^0.5) 2.99。
非满流管渠水力计算的六种方法思路
（1）水力计算图 （2）比例换算法 1 解析计算法 ○ 应已知公式： ������ = 1 2 1 ⋅ R3 ⋅ I 2 n A 2 1 ⋅ R3 ⋅ I 2 n （3.15） 2 图表计算法 ○
应知六个水力要素： 管径 D（m） 、 粗糙系数 n（1） 、 充满度 h/D 或者 y/D （1） 、 水力坡度 i 或者 I（1） 、 流量 Q（m3/s） 、 流速 v 或者 u（m/s） 。
4
h/D O.05 O.10 O.15 O.20 O.25 O.30 O.35 O.40 O.45 O.50 O.55 O.60 O.65 O.70 0.75 O.80 O.85 O.90 O.95 1.OO
A/A0 O.019 O.052 O.094 O.142 O.196 O.252 O.312 O.374 O.436 O.500 O.564 O.626 O.688 O.748 0.804 O.858 O.906 O.948 O.981 1.000
R/R0 O.130 O.254 0.372 O.482 0.587 O.684 O.774 0.857 O.932 1.OOO 1.060 1.111 1.153 1.185 1.207 1.217 1.213 1.192 1.146 1.000
q/q0 O.005 0.021 O.049 O.088 0.137 O.196 0.263 O.337 O.417 O.500 O.586 O.672 O.756 0.837 0.912 0.977 1.030 1.066 1.075 1.000
（3.33）ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
a
R0 = ν0 = q0 =
b
1 1 2 2 ⋅ R3 ⋅ I n 0 1 A0 2 ⋅ R3 ⋅ I2 0 n
第3章-给水排水管网水力学基础
n
d (N)m di
kqNn l
d
m N
干管配水情况
3.4.2 沿线均匀出流的简化
给水管网中的配水管沿线向用户供水，如图3.6所示。假设沿线出流是 均匀的，则管道内任意断面x上的流量可以表示为：
qx
qt
l
l
x
ql
沿程水头损失：
h f
l
k (qt
l
l
x
2y) D
或
y / D (1 cos ) / 2
2
式中，θ的单位为弧度。
过水断面面积、湿周 和水力半径依次为，
A D2 ( sin ) ，
8
D 和
2
R A D ( sin ) 4
设该管道的坡度为I，满管流时的过水断面面积、水力半径、流量和流速分别 为A0、R0、q0和v0，可得
A0 D2 / 4 ， R0 D / 4 ，
3.1.2 恒定流与非恒定流 由于用水量和排水量的经常性变化，给水排水管道中的流量和流速随时间变化，
水流经常处于非恒定流（又称非稳定流）状态。但是，非恒定流的水力计算 比较复杂，在管网工程设计和水力计算时，一般按恒定流（又称稳定流）计 算。 随着计算机技术快速发展与普及，国内外已经开始研究和采用非恒定流计算给水 排水管网，而且得到了更接近实际的结果。
hf
l v2
D 2g
式中 D──管段直径（m）；g──重力加速度（m/s2）； λ──沿程阻力系数， 8g。 C2
常用管材内壁当量粗糙度e（mm）
表3.1
3.2.3 局部水头损失计算
计算公式 ：
局部阻力系数ζ
式中，hm ──局部水头损失，m； ζ──局部阻力系数，见表3.5。
成都市道路排水方案设计说明书
5管网工程5.1 设计原则（1）管道系统布置要符合地形趋势，一般情况下顺坡排水，取短捷路线，同时能满足街道两旁地块排水需要。
（2）管道应尽量避免或减少管道穿越不容易通过的地带或构筑物。
（3）在设计中充分考虑该片区与上、下游地区的有机结合。
（4）设计排水管道沿设计道路敷设，便于地块支管的接入和维护管理方便。
（5）尽可能利用原有管道，避免重复建设，节约投资。
5.2 排水工程设计参数及标准5.2.1污水管道设计参数及标准（1）面积比流量：雨水量计算按成都市暴雨强度公式和流域汇水面积计算。
污水采用单位面积比流量（最高日最高时）法确定流量，根据成都市排水总体规划，本区域属于周边组团，污水比流量值为1.1 L/s·ha。
成都市污水排放面积定额（2）污水量计算公式：Q＝A ×q（L/s）式中A：面积（ha）。
（3）水力计算公式（非满流）：Q＝v • Av＝n1• R2/3 • i1/2当h＜D/2时，过水断面：A＝（θ－sinθcosθ）r2 （m2）R＝（θ－sinθcosθ）/2θ• r （m）当h＞D/2时，过水断面：A＝（π－θ＋sinθcosθ）r2 （m2）R＝（π－θ＋sinθcosθ）/2（π－θ）• r （m）n——粗糙系数，钢筋混凝土管（非满流）取n＝0.014，塑料管或玻璃钢夹砂管取n＝0.009。
5.2.2雨水管道设计参数及标准（1）成都市暴雨强度公式：768.0231.0)8.12()8031.01(2806qPtgP++=式中 q——暴雨强度（L/s • ha）p——设计降雨重现期，取P＝3~5a，取5年t——设计降雨历时 t＝t1+t2t1——地面汇流时间 t1＝10mint2——管道内流行时间（min）（2）雨水量计算公式：Q＝q • F •Ψ式中 Q——雨水量（L/s）Ψ——径流系数，市政道路取Ψ综合＝0..7（绿地取0.15）F——汇水面积（ha）（3）水力计算公式（满流）：Q＝v • A式中 Q——雨水量（m3/s）A——水流断面（m2）v——流速（m/s）v＝n1• R2/3 • i1/2R——水力半径（m）i——水力坡降n——粗糙系数，钢筋混凝土管（满流）取n＝0.013，塑料管或玻璃钢夹砂管取n＝0.01 5.2.3流速范围最小设计流速：污水管道在设计充满度下，最小设计流速为0.6m/s；雨水管道在满流时最小设计流速为0.75m/s。
钢筋混凝土管满流非满流的管道水力计算表
项目
换算结果
单位
计算公式或者依据
计算值
取值
=⋅
1
v = ⋅ 2/3 ⋅ ⅈ1/2
=
= − sⅈn ⋅ cos ⋅ 2
流量
Q
（m3/s）
流速
v
（m/s）
水力半径
R
（m）
水流断面
A
（m2）
湿周
ρ
1.8
钢筋混凝土圆管-非满流-水力计算（已知管径、流速、流量求充满度、坡度）
项目
单位
流量
Q
（m3/s）
流速
v
（m/s）
水力半径
R
（m）
水流断面
A
（m2）
计算公式或者依据
计算值
=⋅
1
v = ⋅ 2/3 ⋅ ⅈ1/2
=
= − sⅈn ⋅ cos ⋅ 2
= − + sⅈn ⋅ cos ⋅
2
0.06
=2⋅⋅
湿周
ρ
弧度
θ
等于角度×0.01745
粗糙度
n
钢筋混凝土圆管取0.014
坡度
i
充满度
h/D
管径
D
（m）
=2⋅ π− ⋅
0.66
0.93
0.014
0.0002
0.8
（m）
0.3
满度求坡度、流速）
换算结果
4500 m3/h
1.86 m/s
3.30 ‰
满度求坡度、流量）
钢筋混凝土管满流非满流的管道水力计算表
计算值 0.01
取值
0.2 0.09
水力半径 R
������=������/������ ������=(������−sin ������⋅cos ������ )⋅������^2
水流断面 A
（m2） ������=(������−������+sin ������⋅cos ������ )⋅度 充满度 管径
θ n i h/D D （m）
等于角度×0.01745 钢筋混凝土圆管取0.014
0.93 0.014 0.0033 0.8 1
满度、坡度） 换算结果 m3/h m/s
钢筋混凝土圆管-非满流-水力计算（已知管径、流速、充满度求坡度、流量） 项目 流量 流速 Q v 单位 （m3/s） （m/s） （m） 计算公式或者依据
3.30 ‰
充满度求坡度、流量） 换算结果 44 m3/h 0.20 m/s
0.19 ‰
������=2⋅������⋅������
0.06
湿周
ρ
（m）
0.66 ������=2⋅(π−������)⋅������ 等于角度×0.01745 钢筋混凝土圆管取0.014 0.93 0.014
弧度 粗糙度
θ n
坡度 充满度 管径
i h/D D （m）
0.0002 0.8 0.3
充满度求坡度、流速） 换算结果 4500 m3/h 1.86 m/s
水力半径 R
弧度 粗糙度
θ n
坡度 充满度 管径
i h/D D （m）
0.0033 0.8 1
流量、流速） 换算结果 m /h m/s