1、第二章 溝道(u do)水力學第一節 污水溝道水力學設計(shj)的原則第二節 溝道水力學計算用的基本公式第三節 水力學算圖第四節 溝道水力學設計參數第五節 溝段的銜接第六節 溝段水力學計算第七節 倒虹管水力學計算共四十八頁溝道的分布類似河流，呈樹枝狀。支溝匯集成干溝，干溝匯集成主干溝，由小到大，水流亦有肯定不變的方向。水流在溝道流動時，水流上方是大氣(dq)，具有自由的表面，而其它3方面受到固體界面的限制，這種水流方式在水力學中稱明渠流，或重力流。溝道中水流受到重力作用從高處流向低處；污水中含有固體雜質，污水流動滯緩時，雜質下沉；流速增大時，亦有沖刷現象，可能破壞溝道。溝道有時在水壓下流動，

2、稱為管流或壓力流。共四十八頁 水流在溝道流動時，水流上方是大氣，具有自由的表面，而其他三個方向受到溝道固體(gt)界面的限制，稱明渠流或重力流。 溝道有時在水壓下流動，這時的水流(shuli)方式稱管流或壓力流。共四十八頁第一節 污水溝道水力學設計(shj)的原則共四十八頁計算確定管徑坡度高程水力學計算要滿足下列要求不溢流不淤積不沖洗管壁要通風（充滿(chngmn)度h/D）（Vmin）（Vmax）（充滿(chngmn)度h/D）共四十八頁第二節 溝道水力學計算(j sun)用的基本公式共四十八頁 設計管段是相鄰的兩個窨井間的溝段。 當相鄰的設計管段能采用同樣的口徑和坡度時，可以合并為一條設計

3、溝段。流量公式：流速公式：qv設計溝段的設計流量，m3/s； A設計溝段的過水斷面面積，m2 ；v設計溝段過水斷面的平均流速，m/s ；R水力半徑（過水斷面面積與濕周的比值），m ；I水力坡度(pd)（即水面坡度(pd)，也等于溝底坡度(pd)i） ；n溝壁粗糙系數。共四十八頁第三節 水力學算圖共四十八頁 水力學算圖有不滿流圓形溝道水力學算圖、滿流圓形溝道水力學算圖、滿流矩形水力學算圖和明渠流用的水力學算圖等。 例 2-1 已知n0.014，D300mm，i0.0024，qV25.5L/s，求v和h/D。解：（1） D300mm，采用(ciyng)教材中圖2-2。共四十八頁 在具體的計算中，已

4、知設計流量q以及管道粗糙系數n，需要求管徑 D、充滿度h/D，管道坡度I 和流速(li s) v ，兩個方程式，因此采用水力計算圖。水力(shul)計算示意圖共四十八頁 h/D 0.25 0.35 0.45 0.55 0.65 0.750.00800.00600.00500.00400.0030 i0.00200.00150.00100.00087 8 9 10 15 20 30 40 50 60 70 qv /(L.s-1) 共四十八頁 （2）這張圖有四組線條：豎的線條代表流量，橫的代表坡度，從右向左下傾的斜線代表充滿度，從左向右下傾的斜線代表流速。每條線上的數目字代表相應要素的值。先從縱軸

5、(表示坡度)上的數字(shz)中找0.0024，從而找出代表i0.0024的橫線。 （3）從橫軸(表示流量(liling)上找出代表qV25.5L/s的那根豎線。 （4）代表坡度0.0024的橫線和代表流量25.5L/s的豎線相交，得一點，這一點正好落在代表流速0.65m/s的那根斜線上，并靠近代表充滿度0.55的那根斜線上。因此求得v0.65m/s，h/D0.55。共四十八頁 例 2-2 已知n0.014，D300mm， qV 26L/s，i0.003，求v和h/D。解：（1）D300mm，采用(ciyng)教材圖2-2 。 （2）找出代表(dibio)qV26L/s的那根豎線。 （3） 找

6、出代表i0.003的那根橫線。 （4） 找出這兩根線的交點，這交點落在代表v0.7m/s和v0.75m/s的兩根斜線之間。假如有一根和以上兩根斜線平行的線正好穿過這交點，估計這根線代表v=0.71m/s。求得v0.71m/s。 （5）這交點又落在代表h/D0.50和0.55兩根斜線之間，估計h/D0.52。于是，求得h/D0.52。共四十八頁 例 2-3 已知n0.014，D300mm，qV38L/s，v1.0m/s，求i和h/D。解：（1） D300mm，采用(ciyng)教材圖2-2 。 （2）找出代表(dibio)qV38L/s的那根豎線。 （3）找出代表v1.0m/s的那根斜線。 （4

7、）這兩根線的交點落在代表i0.0057的橫線上，求得i0.0057。 （5）這交點又落在h/D0.53的斜線上，求得h/D0.53。共四十八頁第四節 溝道(u do)水力學設計參數共四十八頁1.設計充滿度(h/D)2.設計流速(Vmin、Vmax)3.最小管徑(Dmin)4.最小設計坡度(pd)(Imin)5.污水管道的埋設深度注：參照室外給排水設計規范(GBJ14-87 1997)共四十八頁1.設計(shj)充滿度(1)概念：在設計流量下，污水管道中的水深h和管道直徑D的比值(bzh)稱為設計充滿度(或水深比)，當h/D為1時稱為滿流，I0.0024，不符合本題應盡量減少埋深的原則；令v0.

8、6m/s時，h/D0.900.55，也不符合要求。共四十八頁采用溝頂平接:設計溝段上端溝底高程：44.220+0.300-0.35044.170(m)設計溝段的下端溝底高程：44.170-240 0.001543.810(m)檢驗：44.398m高于44.385m，不符合要求，應采用水面平接。上游溝段下端水面高程： 44.220+0.300 0.5544.385(m)設計溝段上端水面高程： 44.170+0.65 0.35044.398(m)共四十八頁 （2）令D400 mm,查圖,當D400mm，qV40L/s，v0.6m/s時，h/D0.53，i0.00145。與D350mm相比較，溝管設

9、計坡度(pd)基本相同，溝管容積未充分利用，溝管埋深反而增加0.05m。另外，溝管口徑一般不跳級增加，所以D350mm，i0.0015的設計為好。 （3）溝底高程修正：采用水面平接。上流溝段的下端水面高程: 44.22+0.3 0.5544.385(m)設計溝段的上端溝底高程: 44.385-0.35 0.6544.158(m)設計溝段的下端溝底高程: 44.158-240 0.001543.798(m)共四十八頁 例 2-5 已知設計溝段長度L130m，地面坡度I0.0014，流量qV56L/s，上游溝段口徑D350mm，充滿度h/D0.59，溝底高程為43.67m，地面高程為45.48m。

10、 求：設計溝段的口徑與溝底高程。 解：覆土厚度為45.48-43.67-0.351.46m。離最小覆土厚度允許值0.7m較大(jio d)，因此設計時應盡量使設計溝段坡度小于地面坡度。 （1）令D350m，查圖，當D350mm，qV56L/s，v0.60m/s時，i0.0015，但h/D0.950.65不合格(hg)。當h/D0.65時，v0.85m/s，i0.0030I0.0014，不很理想。共四十八頁 （2）令D400mm,查圖,當D400mm，qV56L/s，v0.60m/s時，i0.0012，但h/D0.700.65，不符合規定；當h/D0.65時，i0.00145，v0.65m/s,

11、符合要求。溝管坡度(pd)接近地面坡度(pd)I0.0014。采用(ciyng)溝頂平接:設計溝段的上端溝底高程：43.67+0.350-0.40043.620(m)采用水面平接:設計溝段的下端溝底高程: 43.67+0.350 0.5943.877(m)設計溝段的上端溝底高程: 43.877-0.65 0.35043.650(m)設計溝段下端溝底高程: 43.650-130 0.003043.260(m)共四十八頁設計溝段的下端溝底高程: 43.620-130 0.0014543.43(m)施工高程：43.43(m)檢驗：上游溝段下端水面高程：43.877(m) 43.880高于43.877

12、，雖不符合要求，但可接受(下端溝底施工高程略低于計算值)。設計溝段上端水面高程：43.620+0.65 0.40043.880(m)共四十八頁 （3）從本設計溝段的造價而論，第一答案可能比第二答案便宜；但是，后面的溝管都將落下0.172m。假如下游(xiyu)的地區有充分的坡度，可以采用第一答案，假如在平坦的地區，以后還有很長的溝段以及覆土厚度大于0.7m較多時，宜采用第二答案。共四十八頁 例 2-6 已知L190m，qV66L/s，I0.008(上端地面高程44.50m，下端地面高程43.40m)，上游溝段D400m，和h/D0.61，其下端溝底高程為43.40m，覆土厚度(hud)0.7m

13、。如下圖所示： 求：管徑與溝底高程(gochng)。共四十八頁 解：本例的特點是地面坡度(pd)充分，偏大。上游溝段下端覆土厚度已為最小容許值。估計設計溝段坡度(pd)將小于地面坡度(pd)，且口徑可小于上游溝段。 （1）令D400mm，i0.008，h/D0.65時，查圖得qV133L/s66L/s。 （2）令D350mm，iI0.008，h/D0.65時，查圖得qV91L/s66L/s。 （3）令D300mm， iI0.008，h/D0.55時，查圖得qV47L/s66L/s。共四十八頁 （4）可以選用D350mm， i0.008。規范規定，在地面坡度(pd)變陡處，溝道管徑可以較上游小1

14、或2級。下面計算溝底高程。 D=350mm，qV=66L/s，I0.008 時，查圖得：h/D 0.53, v=1.28m/s，合格。 （5）如果采用地面坡度作為設計坡度，設計流速超過最大流速，這時溝道設計坡度必須(bx)減少，并且設計溝段上端窨井應采用跌水井。采用溝底平接:設計溝段上端溝底高程上游溝段下端溝底高程43.40(m)設計溝段下端溝底高程: 43.40-190 0.00841.88(m)共四十八頁第八節 倒虹管水力學計算(j sun)共四十八頁 倒虹管進水井上游溝道(u do)中流量qV500L/s，口徑D1000mm，坡度i0.00062，流速v0.78m/s，充滿度h/D0.75，水面高程+0.75m，溝底高程0.00m。倒虹管出水井下游溝道中的各水力學要素數值與上游溝道相同，試設計直管式倒虹管，并求下游溝道溝底高程。 （1） 確定倒虹管口徑共四十八頁 倒虹管中水流流速應大于上游溝道，以防淤積，故管徑采用800mm。 查滿流溝管水力學算圖，得：當qV500L/s，D800mm時，i0.00143，v1.0m/s。 （2） 確定下游溝底高程倒虹管進水井上游溝管與出水井下游溝管間的水位差：共四十八頁采用0.20m，以改善倒虹管水力學條件。下游溝底高程：0.75-0.20-0.75-0.2（m）共四十八頁內容摘要第二章 溝道水力學。R水力半徑（過水斷面面積與濕周的比值