排水管渠水力计算

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：87.4852.1852.167.10dC 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 2C----谢才系数 i----水力坡降； R ―――水力半径，mQ ―――管道流量m/s 2v----流速 m/sC n ----海澄――威廉系数其中大西公式，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4． 公式的适用范围： 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（）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*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.该公式在国内运用教广. 柯列勃洛可公式)Re 51.27.3lg(21λλ+∆*-=d (Δ为当量粗糙度,Re 为雷诺数)是根据大量工业管道试验资料提出的工业管道过渡区λ值计算公式,该式实际上是泥古拉兹光滑区公式和粗糙区公式的结合,适用范围为4000<Re<108.大量的试验结果表明柯列勃洛克公式与实际商用圆管的阻力试验结果吻合良好,不仅包含了光滑管区和完全粗糙管区,而且覆盖了整个过渡粗糙区,该公式在国外得到及为广泛的应用.布拉修斯公式25.0Re 316.0=λ是1912年布拉修斯总结光滑管的试验资料提出的,适用条件为4000<Re<105,一般用于紊流光滑管区的计算. 谢才公式该式于1775年由CHEZY 提出,实际是达西公式的一个变形,式中谢才系数C 一般由经验公式y e R n C *=1计算得出,其中61=y 时称为曼宁公式,y 值采用)1.0(75.013.05.2---=n R n y (n 为粗糙系数)公式计算时称为巴浦洛夫斯基,这两个公式应用范围均较广.就谢才公式本身而言,它适用于有压或无压均匀流动的各阻力区,但由于计算谢才系数C 的经验公式只包括反映管壁粗糙状况的粗糙系数n 和水力半径R,而没有包括流速及运动年度,也就是与雷诺数Re 无关,因此该式一般仅适用于粗糙区.曼宁公式的适用条件为n<,R<;巴浦洛夫斯基公式的适用条件为≤R ≤3m;≤n ≤.海澄-威廉公式是在直径≤工业管道的大量测试数据基础上建立的著名经验公式,适用于常温的清水输送管道,式中海澄-威廉系数Ch 与不同管材的管壁表面粗糙程度有关.因为该式参数取值简单,易用,也是得到广泛应用的公式之一.此公式适用范围为光滑区至部分粗糙度区,对应雷诺数Re 范围介于104-2*106. 通过对各相关规范所推荐计算公式的比较,除混凝土管仍然推荐采用谢才公式外,其它管材大多推荐采用达西公式.在新版《室外给水设计规范》中取消舍维列夫公式的相关条文,笼统采用达西公式,但未明确要求计算λ值采用的经验公式.由于舍维列夫公式是建立在对旧钢管及旧铸铁管研究的基础上,然而现在一般采用的钢或铸铁材质管道,内壁通常需进行防腐内衬,经过涂装的管道内壁表面均比旧钢管,旧铸铁管内壁光滑得多,也就是Δ值小得多,采用舍维列夫公式显然也就会产生较大得计算误差,该公式得适用范围相应较窄.经过内衬得金属管道采用柯列勃洛克公式或谢才公式计算更为合理.PVC-U,PE 等塑料管道,或者内衬塑料得金属管道,因为其内壁Δ值很低,一般处于管道流态大多位于紊流光滑区,采用适用光滑区得布拉修斯公式以及柯列勃洛克公式一般均能够得到与实际接近得计算结果.因此, 《埋地硬聚氯乙稀给水管道工程技术规程》及《埋地聚乙稀给水管道工程技术规程》中对塑料管道水力计算公式均是合理得且与《室外给水设计规范》并不矛盾.海澄-威廉公式可以适用于各种不同材质管道得水力计算,其中海澄-威廉系数Ch 得取值应根据管材确定.对于内衬水泥砂浆或者涂装有比较光滑得内防腐涂层得管道,其海澄-威廉系数应该参考类似工程经验参数或者实测数据,合理取用.因此,无论采用达西公式,谢才公式或者海澄-威廉公式计算,不同管材得差异均表现在 管内壁表面当量粗糙程度得不同上,各公式中与粗糙度相关系数得取值是影响计算结果得重要因素.值得一提得是,同种材质管道由于采用不同得加工工艺,其内表面得粗糙度也可能有所差异,这一因素在设计过程种也应重视(常用管材得粗糙度系数参考值见表2) 表2 常见管材粗糙度相关系数参考值管径对选择计算公式得影响 根据雷诺数计算公式vVdRe ,雷诺数与流速v,管径d 成正比,与运动粘度成反比,因此对应管道得不同设计条件应对所使用计算公式得适用范围进行复核.保证计算得准确性.大多说供水工程得设计按照水温10℃,运动粘度*10-5 m 2/s 得条件考虑,因此雷诺数实际受流速及管道口径得影响.以塑料管道为例,在正常设计流速范围条件下,管道内径大于100mm 时,虽然管道仍然处于紊流光滑区,但其雷诺数Re>105,也就是说已经超出了布拉修斯公式得适用范围,而且误差大小与雷诺数成正比.对PVC-U 管,采用布拉修斯公式与柯列勃洛克公式对比计算,当管内径为500mm ,流速 m/s 时,采用布拉修斯公式得出得水力坡降比柯列波列克得结果低11%以上.采用《埋地硬聚氯乙稀给水管道工程技术规程》推荐得修正公式与柯式对比计算,修正公式计算结果,小口径管偏安全,中等口径与柯式符合较好,大口径管得负误差达5%以上.因此笔者认为,大口径塑料管或采用塑料内衬管不宜采用布拉修斯公式计算,而更宜于采用如柯列波洛克公式等适用条件更宽得其它经验公式,或应通过试验等对其进行修正.与上述情况类似,采用谢才公式计算时,如果管道内径大于2m 时则不采用曼宁公式计算谢才系数.如果采用巴甫洛夫斯基公式,其适用管径可以达到12m,对一般输水工程管道已完全足够了.海澄-威廉公式的数据基础是WILLIAMS 和HAZEN 在大量工业管道现场或试验测量或得的.该公式因为简单易用,被广泛运用在管网水力计算中,国内外不少管道水力计算软件均采用该公式编制.由此可见,对于口径大于2m 得管道应尽量避免采用海澄-威廉公式计算以策安全.6.值得提出得是,上述所有水力计算公式中采用得管径均为计算内径,各种管道均应采用管道净内空直径计算,对于采用水泥砂浆内衬得金属管道应考虑内衬层厚度得影响.大口径管道计算应尽量避免采用海澄-威廉公式,建议采用柯列勃洛克公式计算,大量试验结果证明该公式计算结果与实际工业管道符合性好,水力条件适用范围广,虽然运用该式需要进行多次迭代计算才能得到λ值,较为麻烦,不过运用计算机简单编程既能方便地得到较为准确地结果,手工计算时也可以通过查表或者查询蓦迪图辅助计算.。

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。

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。

排水工程计算书一、雨水管道水力计算(一)、计算依据1、《室外排水设计规范》（GB50014-2006）；2、《城市道路设计规范》（CJJ37-90）；3、《城市防洪工程设计规范》（GJJ50-92）；4、《给水排水设计手册》；5、《曹溪东片区控制性详细规划》、《东山片区控制性详细规划-调整》及《龙岩市中心城区管线综合规划》进行汇水流域及雨水系统设计；6、雨水汇水流域计算图(附图一)。

(二)、本工程雨水管除收集道路二侧地块的雨水外，主要转输闽大路、莲庄路、莲东南路、东环路以及其它规划支路的雨水或山洪水。

2、防洪设计标准，山洪防洪标准重现期为153、暴雨强度：采用福建省建设厅发布的《城市及部分县城暴雨强度公式》DBJ13-52-2003中的龙岩市暴雨强度公式：q=2399.136(1+0.471LgP)/(t+8.162)0.756(L/s·ha)式中：q------设计暴雨强度(L/s·ha)；P------设计重现期(a)；t-------设计降雨历时(min)。

4、设计降雨历时，按下公式计算：t=t1+mt2 (min)式中：t------降雨历时(min)；t1-----地面集水时间，一般采用5min；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)。

5、设计流量：Q=qψF(L/s)式中：Q------雨水设计流量(L/s)；ψ------径流系数，区内综合径流系数取0.65，公园绿地综合径流系数取0.2，山体取0.15；F------汇水面积(ha)。

6、排山洪管道根据初步设计的批复按公路小流域公式进行计算，公式为给排水设计手册第二版第七册《城镇防洪》公路科学研究所的简化公式：Qp=Φ(h-z)3/2f4/5(m3/s)式中：Qp------雨水设计流量(m3/s)；Φ------地貌系数，取0.15；h------径流深度(mm),取30mm；z------植物和坑洼滞流的拦蓄厚度(mm)，取15mm；f------汇水面积(平方公里)。

第二章排水管渠水力计算一、选择题1．下列不是引起局部阻力损失原因的是（）。

A．转弯B．分枝C．管径放大D．管壁粗糙【答案】D【解析】局部阻力损失是指由局部边界急剧改变导致水流结构改变、流速分布改变并产生旋涡区而引起的水头损失。

通常在管道的进出口、变截面管道、管道的连接处等部位，都会发生局部水头损失。

管壁粗糙引起的是沿程水头损失。

2．下列判断正确的是（）。

A．当流量一定，流速减小则管径减小，水头损失也减小B．当流量一定，流速减小则管径增大，水头损失也增大C．当流量一定，流速减小则管径减小，水头损失增大D．当流量一定，流速减小则管径增大，水头损失却减小【答案】D【解析】由d=知，流量Q不变、v减小时，管径d增大；又由22fl vhd gλ=知，d增大、v减小，则沿程水头损失减小。

二、填空题1．为了保证管渠能正常运行，以顺利地收集和输送生活污水和工业废水，管渠水力计算要满足______，______，______和______。

【答案】不溢流；不淤积；不冲刷管壁；要注意通风【解析】为了保证管渠能正常运行，以顺利地收集和输送生活污水和工业废水，管渠水力计算要满足下列要求：①不溢流，由于生活污水和工业废水从管渠中溢流到地面将污染环境，因此污水管渠是不允许溢流的；②不淤积，当管渠中水流的速度太小时，水流中的固体杂质就要下沉，淤积在管渠中，会降低管渠的输送能力，甚至造成堵塞；③不冲刷管壁，当管渠水流速度过大时，会冲刷和损坏管渠内壁；④要注意通风，在管渠中的水面之上保留一部分空间，作为通风排气的通道，并为不溢流留有余地。

2．水力学图计算的6个水力要素是______，______，______，______，______和______。

【答案】管径D；粗糙系数n；充满度h/D；水力坡度即管底坡度i；流量Q；流速υ【解析】对每一个设计管段，有6个水力要素，分别为管径D，粗糙系数n，充满度h/D，水力坡度即管底坡度i，流量Q和流速υ。

（1）排水现状项目区内的雨水主要通过✱路道路边沟、散排方式进行排放，就近排入现状排水沟渠。

项目区域内起点至终点地势程中间高两边低，道路范围内无河流，仅在起终点处分别有两条现状排水涵，主要承担项目区内现状雨污水的排放。

✱大道有排向✱市第二污水处理厂的一条DN800污水管道，新建道路污水可接入此管道，最终排入污水处理厂。

（2）排水体制本工程排水体制采用雨、污水分流制，雨、污水管网分别自成体系。

（3）排水规划1）雨水规划根据场地地势及用地布局，片区内雨水收集后，雨水管道按分散、就近、自流的原则布置，前1.42公里雨水排向起点一条1.5×1.6m的横穿✱路的大沟，道路后1.93公里雨水排至✱大道南侧一条2.0×2.0m的合流大沟。

2）污水规划由于道路周边市政管网设施尚未完善，道路污水近期暂考虑与雨水排放至一处，待后期市政管网完善后再接入就近污水道。

根据场地地势及用地布局，道路前1.42公里污水汇合后排向✱路的一条1.5×1.6m的排水沟，待远期截污干管建成后接入✱第二污水处理厂。

道路后1.93公里污水排至✱大道DN800污水干管，最终汇入✱第二污水处理厂。

（4）基本设计参数1）最大控制设计流速：排水管道Vmax=5m/s。

2）最小设计流速：雨水管道和合流管道在满流时Vmin=0.75m/s。

3）雨水管道按满流设计；污水按非满流设计其最大设计充满度按下表4）本工程排水管道均采用管顶平接。

（5）雨水系统1）雨水系统规划本次设计雨水管管道双侧布置在道路混合车道下，K0+000.00～K0+120.00段双侧布置DN600管，K0+120.00～K3+355.15段双侧布置DN800管，前1.42公里雨水汇合后使用DN1000管排向起点一条1.5×1.6m的横穿✱路的大沟，道路后1.93公里雨水排至✱大道南侧一条2.0×2.0m的合流大沟。

道路全线在交叉口处预留雨水支管，具体位置详见《排水平面图》。

水力计算4.2.1 排水管渠的流量，应按下列公式计算：式中Q——设计流量(m3／s)；A——水流有效断面面积(m2)；v——流速(m／s)。

4.2.2 排水管渠的流速，应按下列公式计算：式中 v——流速(m／s)；R——水力半径(m)；I——水力坡降；n——粗糙系数。

4.2.3 排水管渠粗糙系数，宜按表4.2.3的规定取值。

4.2.4 排水管渠的最大设计充满度和超高，应符合下列规定：1 重力流污水管道应按非满流计算，其最大设计充满度，应按表4.2.4的规定取值。

2 雨水管道和合流管道应按满流计算。

3 明渠超高不得小于0.2m。

4.2.5 排水管道的最大设计流速，宜符合下列规定：1 金属管道为10.Om／s。

2 非金属管道为5.Om／s。

4.2.6 排水明渠的最大设计流速，应符合下列规定：1 当水流深度为0.4～1.Om时，宜按表4.2.6的规定取值。

2 当水流深度在0.4～1.Om范围以外时，表4.2.6所列最大设计流速宜乘以下列系数：h＜O.4m 0.85；1.O＜h＜2.Om 1.25；h≥2.Om 1.40。

注：h为水流深度。

4.2.7 排水管渠的最小设计流速，应符合下列规定：1 污水管道在设计充满度下为0.6m／s。

2 雨水管道和合流管道在满流时为0.75m／s。

3 明渠为0.4m／s。

4.2.8 污水厂压力输泥管的最小设计流速，可按表4.2.8的规定取值。

4.2.9 排水管道采用压力流时，压力管道的设计流速宜采用0.7～2.0m／s。

4.2.10 排水管道的最小管径与相应最小设计坡度，宜按表4.2.10的规定取值。

4.2.11 管道在坡度变陡处,其管径可根据水力计算确定由大改小,但不得超过2级,并不得小于相应条件下的最小管径。

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。