水污染控制工程之沟道水力学

第二章沟道水力学第一节沟道中的水流情况第二节污水沟道水力学设计的原则第三节沟道水力学计算用的基本公式第四节水力学算图第五节沟道水力学设计数据第六节沟段的衔接第七节沟段水力学计算举例第八节常用排水泵第一节沟道中的水流情况水流在沟道流动时，水流上方是大气，具有自由的表面，而其他三个方向受到沟道固体界面的限制，称明渠流或重力流。沟道有时在水压下流动，这时的水流方式称管流或压力流。沟道分布的特点：（1）水流方向明确而不变动，水流由小到大，逐渐汇聚。（2）沟道中的水以渠流方式流动。第二节污水沟道水力学设计的原则计算确定管径坡度高程水力学计算要满足下列要求★★不溢流不淤积不冲洗沟壁通风qvmaxVminVmax不满流第三节沟道水力学计算用的基本公式设计管段：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，可以合并为一条设计沟段。流量公式：AvqV流速公式：21321IRnvqv——设计沟段的设计流量，m3/s；A——设计沟段的过水断面面积，m2；v——设计沟段过水断面的平均流速，m/s；R——水力半径（过水断面面积与湿周的比值），m；I——水力坡度（即水面坡度，也等于沟底坡度i）；n——沟壁粗糙系数。均匀流第四节水力学算图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渠流用的水力学算图等。第五节沟道水力学设计数据充满度示意一、设计充满度沟道中的水深h和管径D（或渠深H）的比值。0.75≥10000.70500~9000.65350~4500.55200~300最大设计充满度(h/D或h/H)管径或渠高/mm最大设计充满度二、设计流速概念：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0.6m/s；明沟的最小设计流速为0.4m/s。最大设计流速混凝土管为5m/s，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渐增加的。三、最小管径污水沟管的最小管径和最小设计坡度沟道位置最小管径/mm最小设计坡度i在街坊和厂区内2000.004在街道下3000.003四、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。21321IRnv不计算沟段：因设计流量很小而采用最小管径的设计沟段。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。覆土厚度：沟顶的外壁到地面的距离。决定最小覆土厚度的因素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必须防止沟壁被车辆造成的活荷载压坏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0.7m。第六节沟段的衔接衔接原则：（1）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；（3）不允许下游沟段的沟底高于上游沟段的沟底。衔接方法沟顶平接水面平接沟底平接下游沟底高于上游沟底下游水位高于上游水位不应发生第七节沟段水力学计算举例例2-4已知设计沟段长度L为240m；地面坡度I为0.0024；流量qV为40L/s，上游沟段管径D＝300mm，充满度h/D为0.55，沟底高程为44.22m，地面高程为46.06m，覆土厚度为1.54m。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，设计沟段坡度应尽量小于地面坡度以减少埋深。（1）令D＝300mm，查图，当D＝300mm，qV＝40L/s，h/D=0.55时，i＝0.0058I＝0.0024，不符合本题应尽量减少埋深的原则；令v＝0.6m/s时，h/D＝0.900.55，也不符合要求。当D＝350mm，qV＝40L/s，h/D=0.65时，v＝0.61m/s0.6m/s,i＝0.0015＜I＝0.0024，符合要求当D＝350mm，qV＝40L/s，v＝0.6m/s时，h/D=0.660.65,不合格。（2）令D＝350mm查图（3）令D＝400mm,查图,当D＝400mm，qV＝40L/s，v＝0.6m/s时，h/D＝0.53，i＝0.00145。与D＝350mm相比较，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0.05m。另外，沟管口径一般不跳级增加，所以D＝350mm，i＝0.0015的设计为好。采用沟顶平接:设计沟段上端沟底高程：44.220+0.300-0.350＝44.170(m)设计沟段下端沟底高程：44.170-2400.0015＝43.810(m)检验：44.398m高于44.385m，不符合要求，应采用水面平接。上游沟段下端水面高程：44.220+0.3000.55＝44.385(m)设计沟段上端水面高程：44.170+0.650.350＝44.398(m)（4）沟底高程修正：采用水面平接。上流沟段的下端水面高程:44.22+0.30.55＝44.385(m)设计沟段的上端沟底高程:44.385-0.350.65＝44.158(m)设计沟段的下端沟底高程:44.158-2400.0015＝43.798(m)