管道计算----例题

六、污水管道的水力计算步骤 污水管道的设计方法与水力计算步骤，通过下面的例题予以介绍。 【例7-5】 图8-6为河南省某中小城市一个建筑小区的平面图。小区街坊人口密度为350cap/ha。工厂的工业废水（包括从各车间排出的生活污水和淋浴污水）设计流量为29L/s。工业废水经过局部处理后与生活污水一起由污水管道全部送至污水厂经处理后再排放。工厂工业废水排出口的埋深为2 m，试进行该小区污水管道系统的设计。 图8-6 某建筑小区平面图 图8-7  某建筑小区污水管道平面布置图（初步设计） 设计方法和步骤如下： (一)在街坊平面图上布置污水管道 由街坊平面图可知该建筑小区的边界为排水区界。在该排水区界内地势北高南低，坡度较小，无明显分水线，故可划分为一个排水流域。在该排水流域内小区支管布置在街坊地势较低的一侧；干管基本上与等高线垂直；主干管布置在小区南面靠近河岸的地势较低处，基本上与等高线平行。整个建筑小区管道系统呈截流式布置，如图8-7所示。 （二）街坊编号并计算其面积 将建筑小区内各街坊编上号码，并将各街坊的平面范围按比例计算出面积，将其面积值列入8-7中，并用箭头标出各街坊污水排出的方向。 各街坊面积汇总表                    表8-7 街坊编号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 街坊面积（hm2） 1.21 1.70 2.08 1.98 2.20 2.20 1.43 2.21 1.96 2.04 2.40 街坊编号 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 街坊面积（hm2） 2.40 1.21 2.28 1.45 1.70 2.00 1.80 1.66 1.23 1.53 1.71 街坊编号 23 24 25 26 27 28           街坊面积（hm2） 1.80 2.20 1.38 2.04 2.04 2.40                                   (三)划分设计管段，计算设计流量 根据设计管段的定义和划分方法，将各干管和主干管中有本段流量进入的点(一般 定为街坊两端)、有集中流量进入及有旁侧支管接入的点，作为设计管段的起止点并将该点的检查井编上号码，如图8-7所示。 各设计管段的设计流量应列表进行计算。在初步设计中，只计算干管和主干管的设计流量；在技术设计和施工图设计中，要计算所有管段的设计流量。本设计为初步设计，故只计算干管和主干管的设计流量，如表8-8所示。 污水干管和主干管设计流量计算表          表8-8 管 段 编 号 居住区生活污水量（或综合生活污水量） 集中流量q3 设计流 量 (L/s) 本段流量q1 转输流量 q2 (L/s) 合计平均流量 (L/s) 总变化系数Kz 生活污水设计流量(L/s) 本段 (L/s) 转输 (L/s) 街坊 编号 街坊面积 （ha） 比流量qs L/(s?ha) 流量 q1 (L/s) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1～2 8～9 9～10 10～2 2～3 3～4 11～12 12～13 13～14 14～4 4～5 5～6 15～16 16～17 17～18 18～6 6～7 - - - - 24 25 - - - - 26 27 - - - - 28 - - - - 2.20 1.38 - - - - 2.04 2.04 - - - - 2.40 - - - - 0.405 0.405 - - - - 0.405 0.405 - - - - 0.405 - - - - 0.89 0.56 - - - - 0.83 0.83 - - - - 0.97 - 1.18 2.65 4.07 4.07 4.96 1.64 3.26 4.54 6.33 11.29 12.12 1.78 3.73 5.27 6.69 19.64 - 1.18 2.65 4.07 4.96 5.52 1.64 3.26 4.54 6.33 12.12 12.95 1.78 3.73 5.27 6.69 20.61 - 2.3 2.3 2.3 2.3 2.28 2.3 2.3 2.3 2.26 2.09 2.06 2.3 2.3 2.29 2.25 1.96 - 2.71 6.10 9.36 11.41 12.59 3.77 7.51 10.44 14.31 25.33 26.68 4.09 8.58 12.07 15.05 40.40 29.00 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 29.00 29.00 - - - - 29.00 29.00 - - - - 29.00 29.00 2.71 6.10 9.36 40.41 41.59 3.77 7.51 10.44 14.31 54.33 55.68 4.09 8.58 12.07 15.05 69.40                         生活污水比流量为： =0.405(L／(s·hm2)) 工厂排出的工业废水作为集中流量，在检查井l处进入污水管道，相应的设计流量分别为29L/s。 如图8-7和表8-8所示，设计管段1～2为主干管的起始管段，只有集中流量(工厂经局部处理后排出的工业废水)29L/s流入，故其设计流量为29L/s。设计管段2～3除转输管段1～2的集中流量29L/s外，还有本段流量q1和转输流量q2流入。该管段接纳街坊24的污水，其街坊面积为2.20ha(见表8-7)， 故本段平均流量为q1＝qs·F＝0.405×2.20＝0.89L/s；该管段的转输流量是从旁侧管段8～9～10～2流来的生活污水平均流量，其值为：q2=qs?F=0.405×(1.21+1.70+1.43+2.21+1.21+2.28)=4.07 L/s。设计管段2～3 的合计平均流量为q1+q2=0.89+4.07=4.96 L/s，查表8-1，得Kz＝2.3，故该管段的综合生活污水设计流量为Q1＝4.96× 2.3＝11.41 L/s，总设计流量为综合生活污水设计流量与集中流量之和，即：Q＝11.41+29＝40.4l L/s。 其余各管道设计流量的计算方法与上述方法相同。 （四）水力计算 各设计管段的设计流量确定后，即可从上游管段开始依次进行各设计管段的水力计算。本例为初步设计，只进行污水干管和主干管的水力计算（在技术设计和施工图设计中所有管段都要进行水力计算），其计算结果见表8-9、8-10。 污水干管水力计算表                                              表 8-9 管段 编号 管段 长度 L (m) 设计 流量 Q (L/s) 管道 直径 D (mm) 设计 坡度 I (‰) 设计 流速 v (m/s) 设计充满度 降落量 I?L (m) h/D h (m) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 8～9 9～10 10～2 11～12 12～13 13～14 14～4 15～16 16～17 17～18 18～6 170 160 320 170 160 160 160 170 160 160 160 2.71 6.10 9.36 3.77 7.51 10.44 14.31 4.09 8.58 12.07 15.05 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 300 3.0 3.0 3.0 3.0 3.0 3.0 3.0 3.0 3.0 3.0 3.0 0.60 0.60 0.60 0.60 0.60 0.60 0.60 0.60 0.60 0.60 0.60 0.50 0.50 0.50 0.50 0.50 0.50 0.50 0.50 0.50 0.50 0.50 0.150 0.150 0.150 0.150 0.150 0.150 0.150 0.150 0.150 0.150 0.150 0.51 0.48 0.96 0.51 0.48 0.48 0.48 0.51 0.48 0.48 0.48 管段 编号 标 高 (m) 埋 设 深 度 (m) 地 面 水 面 管 内 底 上端 下端 上端 下端 上端 下端 上端 下端   10 11 12 13 14 15 16 17 8～9 9～10 10～2 11～12 12～13 13～14 14～4 15～16 16～17 17～18 18～6 88.10 87.60 87.15 88.10 87.55 87.10 86.60 88.00 87.50 87.05 86.65 87.60 87.15 86.10 87.55 87.10 86.60 86.00 87.50 87.05 86.65 85.80 86.750 86.240 85.760 86.750 86.240 85.760 85.280 86.650 86.140 85.660 85.180 86.240 85.760 84.800 86.240 85.760 85.280 84.800 86.140 85.660 85.180 84.700 86.600 86.090 85.610 86.600 86.090 85.610 85.130 86.500 85.990 85.510 85.030 86.090 85.610 84.650 86.090 85.610 85.130 84.650 85.99 85.510 85.030 84.550 1.500 1.510 1.540 1.500 1.460 1.490 1.470 1.500 1.510 1.540 1.620 1.510 1.540 1.450 1.460 1.490 1.470 1.350 1.510 1.540 1.620 1.250                   污水主干管水力计算表                                            表8-10 管段 编号 管段 长度 L (m) 设计 流量 Q (L/s) 管道 直径 D (mm) 设计 坡度 I (‰) 设计 流速 v (m/s) 设计充满度 降落量 I?L (m) h/D h (m) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1～2 2～3 3～4 4～5 5～6 6～7 110 250 170 220 240 240 29.00 40.41 41.59 54.33 55.68 69.40 300 400 400 450 500 500 2.8 2.2 2.2 2.4 2.4 2.4 0.71 0.71 0.71 0.77 0.78 0.83 0.51 0.48 0.49 0.45 0.40 0.45 0.153 0.192 0.196 0.203 0.200 0.225 0.308 0.55 0.374 0.528 0.576 0.576 管段 编号 标 高 (m) 埋 设 深 度 (m) 地 面 水 面 管 内 底 上端 下端 上端 下端 上端 下端 上端 下端   10 11 12 13 14 15 16 17 1～2 2～3 3～4 4～5 5～6 6～7 86.20 86.10 86.05 86.00 85.90 85.80 86.10 86.05 86.00 85.90 85.80 85.70 84.353 83.984 83.434 83.017 82.436 81.860 84.045 83,434 83.060 82.489 81.860 81.284 84.200 83.792 83.238 82.814 82.236 81.635 83.892 83.242 82.864 82.286 81.660 81.059 2.000 2.308 2.812 3.186 3.664 4.165 2.208 2.808 3.136 3.614 4.140 4.641                   在进行管道水力计算时，应注意下列问题： (1)必须进行深入细致地研究，慎重地确定管道系统的控制点。 (2)必须细致研究管道敷设坡度与管线经过地段的地面坡度之间的关系，使确定的管道敷设坡度，在满足最小设计流速要求的前提下，既不使管道的埋深过大，又便于旁侧支管顺畅接入。 (3)在水力计算自上游管段依次向下游管段进行时，随着设计流量的逐段增加，设计流速也应相应增加。如流量保持不变，流速也不应减小。只有当坡度大的管道接到坡度小的管道时，如下游管段的流速已大于lm/s(陶土管)或1.2m/s(混凝土、钢筋混凝土管)，设计流速才允许减小。设计流量逐段增加，设计管径也应逐段增大；如设计流量变化不大，设计管径也不能减小；但当坡度小的管道接到坡度大的管道时，管径可以减小，但缩小的范围不得超过50～100mm，同时不得小于最小管径的要求。 (4)在地面坡度太大的地区，为了减小管内水流速度，防止管壁遭受冲刷，管道坡度往往需要小于地面坡度。这就有可能使下游管段的覆土厚度无法满足最小限值的要求，甚至超出地面，因此应在适当的位置处设置跌水井，管段之间采用跌水井衔接。在旁侧支管与干管的交汇处，若旁侧支管的管内底标高比干管的管内底标高大得太多，此时为保证干管有良好的水力条件，应在旁侧支管上先设跌水井，然后再与干管相接。反之，则需在干管上先设跌水井，使干管的埋深增大后，旁侧支管再接入。跌水井的构造详见第九章。 (5)水流通过检查井时，常引起局部水头损失。为了尽量降低这项损失，检查井底部在直线管段上要严格采用直线，在管道转弯处要采用匀称的曲线。通常直线检查井可不考虑局部水头损失。 (6)在旁侧支管与干管的连接点上，要保证干管的已定埋深允许旁侧支管接入。同时，为避免旁侧支管和干管产生逆水和回水，旁侧支管中的设计流速不应大于干管中的设计流速。 (7)为保证水力计算结果的正确可靠，同时便于参照地面坡度确定管道坡度和检查管道间衔接的标高是否合适等，在水力计算的同时应尽量绘制管道的纵剖面草图。在草图上标出所需要的各个标高，以使管道水力计算正确、衔接合理。 (8)初步设计时，只进行主要干管和主干管的水力计算。技术设计和施工图设计时，要进行所有管段的水力计算。 (五)绘制管道的平面图和纵剖面图