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1、第二章 沟道水力学第一节第一节 沟道中的水流情况沟道中的水流情况第二节第二节 污水沟道水力学设计的原则污水沟道水力学设计的原则第三节第三节 沟道水力学计算用的基本公式沟道水力学计算用的基本公式第四节第四节 水力学算图水力学算图第五节第五节 沟道水力学设计数据沟道水力学设计数据第六节第六节 沟段的衔接沟段的衔接第七节第七节 沟段水力学计算举例沟段水力学计算举例第八节第八节 常用排水泵常用排水泵第一节第一节 沟道中的水流情况沟道中的水流情况 水流在沟道流动时，水流上方是大气，具有自由的表水流在沟道流动时，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，称面，而其他三个方向受到
2、沟道固体界面的限制，称明渠流明渠流或或重力流重力流。沟道有时在水压下流动，这时的水流方式称沟道有时在水压下流动，这时的水流方式称管流管流或或压压力流。力流。沟道分布的特点：沟道分布的特点：（1 1 1 1）水流方向明确而不变动，水流由小到大，逐渐汇聚。）水流方向明确而不变动，水流由小到大，逐渐汇聚。）水流方向明确而不变动，水流由小到大，逐渐汇聚。）水流方向明确而不变动，水流由小到大，逐渐汇聚。（2 2 2 2）沟道中的水以渠流方式流动。）沟道中的水以渠流方式流动。）沟道中的水以渠流方式流动。）沟道中的水以渠流方式流动。第二节第二节 污水沟道水力学设计的原则污水沟道水力学设计的原则计算计算确定确
3、定管径管径坡度坡度高程高程水力学计算要水力学计算要满足下列要求满足下列要求不溢流不溢流不淤积不淤积不冲洗沟壁不冲洗沟壁通风通风第三节第三节 沟道水力学计算用的沟道水力学计算用的基本公式基本公式 设计管段：相邻的两个窨井间的沟段。设计管段：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。合并为一条设计沟段。流量公式：流量公式：流速公式：流速公式：qv设计沟段的设计流量，设计沟段的设计流量，m3/s；A设计沟段的过水断面面设计沟段的过水断面面积，积，m2；v设计沟段过水断面的平均设计沟段过水断面的平均流速，流速
4、，m/s；R水力半径（过水断面面水力半径（过水断面面积与湿周的比值），积与湿周的比值），m；I水力坡度（即水面坡度，水力坡度（即水面坡度，也等于沟底坡度也等于沟底坡度i）；n沟壁粗糙系数。沟壁粗糙系数。均匀流均匀流第四节第四节 水力学算图水力学算图 水力学算图有不满流圆形沟道水力学算图、满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。渠流用的水力学算图等。例例 2-1 已知已知n0.014，D300mm，i0.0024，qV25.5L/s，求，求v和和h/D。解：（解：（1）D300mm，采
5、用教材中图采用教材中图2-2。（2）这张图有四组线条：竖的线条代表流量，横的代表）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。先从纵轴从纵轴(表示坡度表示坡度)上的数字中找上的数字中找0.0024，从而找出代表，从而找出代表i0.0024的横线。的横线。（3）从横轴）从横轴(表示流量表示流量)上找出代表上找出代表qV25.5L/s的那根竖线。的那根竖线。（4）代表坡度）代表坡度0.0024的横线和代
6、表流量的横线和代表流量25.5L/s的竖线相的竖线相交，得一点，这一点正好落在代表流速交，得一点，这一点正好落在代表流速0.65m/s的那根斜线的那根斜线上，并靠近代表充满度上，并靠近代表充满度0.55的那根斜线上。因此求得的那根斜线上。因此求得v0.65m/s，h/D0.55。第五节第五节 沟道水力学设计数据沟道水力学设计数据 充满度示意一、设计充满度一、设计充满度 沟道中的水深沟道中的水深h和管径和管径D（或渠深或渠深H）的比值。的比值。0.7510000.705009000.653504500.55200300最大设计充满度最大设计充满度(h/D或或h/H)管径或渠高管径或渠高/mm最大
7、设计充满度最大设计充满度二、设计流速二、设计流速 概念：沟道中流量到达设计流量时的水流速度。概念：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污水沟道的最小设计流速为0.6m/s；明沟的最；明沟的最小设计流速为小设计流速为0.4m/s。最大设计流速混凝土管为。最大设计流速混凝土管为5m/s，钢管为，钢管为10m/s。各设计沟段的设计流速从上游到下游最好是逐各设计沟段的设计流速从上游到下游最好是逐渐增加的。渐增加的。三、三、最小管径最小管径污水沟管的最小管径和最小设计坡度污水沟管的最小管径和最小设计坡度沟道位置沟道位置沟道位置沟道位置最小管径最小管径最小管径最小管径/mm/mm最
8、小设计坡度最小设计坡度最小设计坡度最小设计坡度i i在街坊和厂区内在街坊和厂区内在街坊和厂区内在街坊和厂区内2002000.0040.004在街道下在街道下在街道下在街道下3003000.0030.003四、最小设计坡度和不计算管段的最小设计坡度四、最小设计坡度和不计算管段的最小设计坡度 同最小设计流速相应的坡度就是最小设计坡度。同最小设计流速相应的坡度就是最小设计坡度。不计算沟段：因设计流量很小而采用最小管径的不计算沟段：因设计流量很小而采用最小管径的设计沟段。设计沟段。五、沟道的埋设深度和覆土厚度五、沟道的埋设深度和覆土厚度 埋设深度：沟底的内壁到地面的距离。埋设深度：沟底的内壁到地面的距
9、离。覆土厚度：沟顶的外壁到地面的距离。覆土厚度：沟顶的外壁到地面的距离。决定最小覆土决定最小覆土厚度的因素厚度的因素 必须防止沟道中的污水冰冻和因必须防止沟道中的污水冰冻和因土壤冰冻膨胀而损坏沟道土壤冰冻膨胀而损坏沟道 必须防止沟壁被车辆造成的活荷必须防止沟壁被车辆造成的活荷载压坏载压坏 必须满足支沟在衔接上的要求必须满足支沟在衔接上的要求 沟顶最小覆土厚度一般不宜小于沟顶最小覆土厚度一般不宜小于0.7m。第六节第六节 沟段的衔接沟段的衔接 衔接原则：衔接原则：（1）尽可能提高下游沟段的高程；）尽可能提高下游沟段的高程；（2）避免在上游沟段中形成回水而造成淤积；）避免在上游沟段中形成回水而造成
10、淤积；（3）不允许下游沟段的沟底高于上游沟段的沟底。）不允许下游沟段的沟底高于上游沟段的沟底。衔接衔接方法方法沟顶平接沟顶平接水面平接水面平接沟底平接沟底平接下游沟底高于上游沟底下游沟底高于上游沟底下游水位高于上游水位下游水位高于上游水位不应不应发生发生第七节第七节 沟段水力学计算举例沟段水力学计算举例 例例 2-4 已知设计沟段长度已知设计沟段长度L为为240m；地面坡度；地面坡度I为为0.0024；流量；流量qV为为40L/s，上游沟段管径，上游沟段管径D300mm，充满度充满度h/D为为0.55，沟底高程为，沟底高程为44.22m，地面高程为，地面高程为46.06m，覆土厚度为，覆土厚度
11、为1.54m。求：设计沟段的口径和沟底高程。求：设计沟段的口径和沟底高程。解：由于上游沟段的覆土厚度较大，设计沟段坡解：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。度应尽量小于地面坡度以减少埋深。（1）令）令D300mm，查图，当查图，当D300mm，qV40L/s，h/D=0.55时，时，i0.0058I0.0024，不符合本题应尽量减少不符合本题应尽量减少埋深的原则；令埋深的原则；令v0.6m/s时，时，h/D0.900.55，也不符合要，也不符合要求。求。当当D350mm，qV40L/s，h/D=0.65时，时，v0.61m/s 0.6m/s,i0.0015I0
12、.0024，符，符合要求合要求当当D350mm，qV40L/s，v0.6m/s时，时，h/D=0.66 0.65,不合格。不合格。（2）令）令D350mm 查图查图 （3）令）令D400 mm,查图查图,当当D400mm，qV40L/s，v0.6m/s时，时，h/D0.53，i0.00145。与。与D350mm相比相比较，沟管设计坡度基本相同，沟管容积未充分利用，沟管较，沟管设计坡度基本相同，沟管容积未充分利用，沟管埋深反而增加埋深反而增加0.05m。另外，沟管口径一般不跳级增加，。另外，沟管口径一般不跳级增加，所以所以D350mm，i0.0015的设计为好。的设计为好。采用沟顶平接采用沟顶平
13、接:设计沟段上端沟底高程：设计沟段上端沟底高程：44.220+0.300-0.35044.170(m)设计沟段下端沟底高程：设计沟段下端沟底高程：44.170-240 0.001543.810(m)检验：检验：44.398m高于高于44.385m，不符合要求，应采用水面平接。，不符合要求，应采用水面平接。上游沟段下端水面高程：上游沟段下端水面高程：44.220+0.300 0.5544.385(m)设计沟段上端水面高程：设计沟段上端水面高程：44.170+0.65 0.35044.398(m)（4）沟底高程修正：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上流沟段的下端水
14、面高程:44.22+0.3 0.5544.385(m)设计沟段的上端沟底高程设计沟段的上端沟底高程:44.385-0.35 0.6544.158(m)设计沟段的下端沟底高程设计沟段的下端沟底高程:44.158-240 0.001543.798(m)第八节第八节 常用排水泵常用排水泵常用的常用的排水泵排水泵离心泵离心泵混流泵混流泵轴流泵轴流泵螺旋泵螺旋泵气提泵气提泵名称名称名称名称分类分类分类分类适用范围适用范围适用范围适用范围 特点特点特点特点 排水特性排水特性排水特性排水特性卧式、立式卧式、立式卧式、立式卧式、立式污水污水污水污水Q Q Q Q 小、小、小、小、H H H H 高高高高P55
15、P55P55P55图图图图2-162-162-162-16卧式、立式卧式、立式卧式、立式卧式、立式雨水雨水雨水雨水Q Q Q Q 大、大、大、大、H H H H 低低低低P55P55P55P55图图图图2-172-172-172-17构造基本与离心泵相同构造基本与离心泵相同构造基本与离心泵相同构造基本与离心泵相同/农业、城市排水、农业、城市排水、农业、城市排水、农业、城市排水、提升回流污泥提升回流污泥提升回流污泥提升回流污泥Q Q Q Q 范围大、范围大、范围大、范围大、H H H H 低、低、低、低、V V V V慢、慢、慢、慢、稳定稳定稳定稳定P55P55P55P55图图图图2-182-1
16、82-182-18/提升回流污泥提升回流污泥提升回流污泥提升回流污泥低、结构简单低、结构简单低、结构简单低、结构简单/离心泵离心泵轴流泵轴流泵混流泵混流泵螺旋泵螺旋泵空气提升泵空气提升泵一、几种常用排水泵一、几种常用排水泵1离心泵离心泵 离心泵分卧式和立式两种形式离心泵分卧式和立式两种形式立式立式缺点缺点对安装技术和机件精度要求都较高对安装技术和机件精度要求都较高检修不及卧式泵方便检修不及卧式泵方便立式立式优点优点占地面积较小，能节省造价占地面积较小，能节省造价水泵和电动机可以分别安放在适宜的地方水泵和电动机可以分别安放在适宜的地方特性曲线：特性曲线：P55图图216 闭闸启动闭闸启动特点：流
17、量较小、扬程较高特点：流量较小、扬程较高使用范围：提升污水使用范围：提升污水混流泵混流泵泵内主流方向介乎辐射与轴向之间泵内主流方向介乎辐射与轴向之间轴流泵轴流泵主流方向和泵轴平行主流方向和泵轴平行特点：扬程低，流量大，额定点效率高特点：扬程低，流量大，额定点效率高特性曲线：特性曲线：P56 图图217使用范围：大型泵站使用范围：大型泵站螺旋泵螺旋泵优点优点提升絮提升絮体易碎体易碎的回流的回流活性污活性污泥泥没有阻塞问题没有阻塞问题结构简单，可自行制造结构简单，可自行制造无需辅助设备无需辅助设备无需正规泵站无需正规泵站基建投资省基建投资省低速运行，机械磨低速运行，机械磨损小，维修方便损小，维修方
18、便电能消耗少电能消耗少运行费用低运行费用低占地较大占地较大特点：扬程低，转速低，流量范围较大，效率稳定特点：扬程低，转速低，流量范围较大，效率稳定特性曲线：特性曲线：P56 图图218螺旋泵外形螺旋泵示意图螺旋泵示意图空气提升泵空气提升泵 用于提升回流活性污用于提升回流活性污泥。泥。结构简单，管理方便，结构简单，管理方便，当压缩空气有现成来源时，当压缩空气有现成来源时，可以采用。可以采用。潜污泵潜污泵 无需正规的无需正规的泵站，占地面积泵站，占地面积小；管路简单，小；管路简单，配套设备少。配套设备少。潜污泵安装图二、排水泵引水设备二、排水泵引水设备真空泵系统真空泵系统 启动迅速，效率高，尤其适用于大、中型水泵启动迅速，效率高，尤其适用于大、中型水泵和吸水管较长的水泵系统；但操作较繁，自控复杂。和吸水管较长的水泵系统；但操作较繁，自控复杂。水射器水射器(泵泵)适用于小型泵站，具有结构简单、占地少、安装适用于小型泵站，具有结构简单、占地少、安装容易、工作可靠等特点。容易、工作可靠等特点。三、水力学计算三、水力学计算 1 1、选泵：确定泵的型号、选泵：确定泵的型号 确定泵的台数确定泵的台数 2 2、确定位置和线路、确定位置和线路 3 3、核算、核算