排水系統(tǒng)水力計算排水管網(wǎng)的水力計算

橫管的水力計算 橫干管和橫支管的設(shè)計計算需要滿足下列規(guī)定：

（1）充滿度：建筑內(nèi)部排水橫管按非滿流設(shè)計，以便使污水釋放出的有毒有害氣體能自由排除；調(diào)節(jié)排水管道系統(tǒng)內(nèi)的壓力；接納意外的高峰流量。排水管的最大設(shè)計充滿度見表2。

表2 排水管道的最大計算充滿度

注：排水溝最大計算充滿度為計算斷面深度的0.8。

（2）自凈流速：污水中含有固體雜質(zhì)，如果流速過小，固體物會在管內(nèi)沉淀，減小過水?dāng)嗝娣e，造成排水不暢或堵塞管道，為此規(guī)定了一個最小流速，即自凈流速。自凈流速的大小與污廢水的成分、管徑、設(shè)計充滿度有關(guān)。建筑內(nèi)部排水橫管自凈流速見表3。

表3 各種排水管道的自凈流速值

（3）管道坡度：管道設(shè)計坡度與污廢水性質(zhì)、管徑和管材有關(guān)。污度水中含有的污染物越多，管道坡度應(yīng)越大。建筑內(nèi)部生活排水管道的坡度有通用坡度和最小坡度兩種， 通用坡度為正常條件下應(yīng)予保證的坡度；最小坡度為必須保證的坡度，一般情況下應(yīng)采用通用坡度。當(dāng)橫管過長或建筑空間受限制時，可采用最小坡度。標(biāo)準(zhǔn)的塑料排水管附件（三通、彎頭）的夾角為91.5°，所以塑料排水橫管的通用坡度均為0.026。

建筑內(nèi)部排水設(shè)計秒流量有三種計算方法：經(jīng)驗法、平方根法和概率法。當(dāng)前，我國生活排水設(shè)計秒流量計算公式有兩個。

①住宅、集體宿含、旅館、醫(yī)院、療養(yǎng)院、幼兒園、養(yǎng)老院、辦公樓、商場，會展中心、中小學(xué)教學(xué)樓等建筑用水設(shè)備使用不集中，用水時間長，同時排水百分率隨衛(wèi)生器具數(shù)量增加而減少。

其設(shè)計秒流量計算公式為：

q_p=0.12

式中 q_p—計算管段排水設(shè)計秒流量，L/s；

N_p—計算管段衛(wèi)生器具排水當(dāng)量總數(shù)；

q_max—計算管段上排水量最大的一個衛(wèi)生器具的排水流量，L/s；

表1 根據(jù)建筑物用途而定的系數(shù)

②工業(yè)企業(yè)生活間、公共浴室、洗衣房、職工食堂或營業(yè)餐廳的廚房、實驗室、影劇院、體育場、候車（機(jī)、船）等建筑的衛(wèi)生設(shè)備使用集中，排水時間集中，同時排水百分率高。其排水設(shè)計秒流量計算公式為：

q_p=

式中 q_p—計算管段排水設(shè)計秒流量，L/s；

q₀—同類型的一個衛(wèi)生器具排水流量，L/s；

n₀—同類衛(wèi)生器具數(shù)；

b—衛(wèi)生器具同時排水百分?jǐn)?shù)，沖洗水箱大便器按12%計算，其他衛(wèi)生器具同時給水百分?jǐn)?shù)。

對于有大便器接入的排水管網(wǎng)，因衛(wèi)生器具較少，大便器的同時排水百分?jǐn)?shù)定的較少（如沖洗水箱大便器僅定為12%），按上式計算的排水設(shè)計秒流量可能會小于一個大便器的排水量。這時，應(yīng)按一個大便器的排水量作為該管段的設(shè)計秒流量。

建筑內(nèi)部排水定額有兩個：一個是以每人每日為標(biāo)準(zhǔn)，另一個是以衛(wèi)生器具為標(biāo)準(zhǔn)。每人每日排放的污水量和時變化系數(shù)與氣候、建筑物內(nèi)衛(wèi)生設(shè)備完善程度有關(guān)。由于建筑內(nèi)部給水量散失較少，所以生活排水定額和時變化系數(shù)與生活給水相同。生活排水平均時排水量和最大時排水量的計算方法與建筑內(nèi)部的生活給水量計算方法相同，計算結(jié)果主要用來設(shè)計污水泵、化糞池等。

衛(wèi)生器具排水定額是經(jīng)過實測得來的。主要用來計算建筑內(nèi)部各管段的排水設(shè)計秒流量，進(jìn)而確定各管段的管徑。某一管段的設(shè)計流量與其接納的衛(wèi)生器具類型、數(shù)量及使用頻率有關(guān)。為了便于累加計算，與建筑內(nèi)部給水一樣，以污水盆排水量0.33L/s為一個排水當(dāng)量，將其他衛(wèi)生器具的排水量與0.33L/s的比值，作為該種衛(wèi)生器具的排水當(dāng)量。由于衛(wèi)生器具排水具有突然、迅速、流率大的特點，所以一個排水當(dāng)量的排水流量是一個給水當(dāng)量額定流量的1.65倍。

單立管排水系統(tǒng)的伸頂通氣管管徑宜與排水立管管徑相同，但在最冷月平均氣溫低于13℃的地區(qū)，為防止通氣管口結(jié)霜，減小通氣管斷面，應(yīng)在室內(nèi)平頂或吊頂以下0.3m處將管徑放大一級。

通氣管的管徑應(yīng)根據(jù)排水能力、管道長度來確定，一般不宜小于排水管管徑的1/2，其最小管徑可按表4確定。

表4 通氣管最小管徑

注：表中同期立管系指專用通氣立管、主通氣立管、副通氣立管。

有些建筑不允許伸頂通氣管分別出屋頂，可用一根橫向管道將各伸頂通氣管匯合在一起，集中在一處出屋頂，該橫向通氣管稱為匯合通氣管。匯合通氣管的斷面積應(yīng)為最大一根通氣管的斷面積加其余通氣管斷面積之和的0．25倍。匯合通氣管管徑可按下式計算，即

D>

式中 D—匯合通氣管和總伸頂通氣管管徑，mm；

d_max—最大一根通氣立管的管徑，mm；

d_i—其余通氣立管管徑，mm。

《工程水力計算》是“國家示范性高等職業(yè)院校建設(shè)計劃項目”中央財政支持重點建設(shè)專業(yè)楊凌職業(yè)技術(shù)學(xué)院水利水電建筑工程專業(yè)課程改革系列教材。全書共分10個學(xué)習(xí)單元，內(nèi)容包括：液體認(rèn)知、靜水壓強(qiáng)與靜水壓力計算、水流運動的基本原理介紹、水頭損失計算、有壓管流水力計算、渠道水力計算、堰閘水力計算、建筑物下游消能水力計算、水力計算案例、理正工程水力計算軟件使用說明。

本教材可作為高職高專水利工程、水利水電建筑工程、城市水利、水利工程監(jiān)理、水土保持等專業(yè)的教材，也可作為相關(guān)專業(yè)工程技術(shù)人員的參考用書。

水力計算可以使通風(fēng)空調(diào)，熱水采暖、給排水中流體輸配管網(wǎng)設(shè)計時根據(jù)要求的流量分配，確定管網(wǎng)的各段的管徑和阻力，求得管網(wǎng)特性曲線，為匹配管網(wǎng)動力設(shè)備準(zhǔn)備好條件，進(jìn)而確定動力設(shè)備的型號和動力消耗；或根據(jù)已定的動力設(shè)備，確定保證流量分配的管道尺寸。是流體輸配管網(wǎng)設(shè)計的基本手段，是管網(wǎng)設(shè)計質(zhì)量的基本保證。

水力計算模型數(shù)據(jù)庫的建立，可以把給水管網(wǎng)計算、監(jiān)控、調(diào)度、運行、優(yōu)化設(shè)計和繪圖有機(jī)地結(jié)合在一起，可隨時進(jìn)行圖形與數(shù)字信息的轉(zhuǎn)換。

水力計算管網(wǎng)水力平差計算

在特定供水條件下根據(jù)連續(xù)性方程和能量方程，求解管網(wǎng)中管段流量、節(jié)點壓力、泵站流量和揚程，使管理及決策人員了解管網(wǎng)對供水需求的符合程度，檢驗管網(wǎng)設(shè)計和運行質(zhì)量，為泵站設(shè)計和運行、管網(wǎng)運行與擴(kuò)建提供依據(jù)。

水力計算管網(wǎng)水力狀態(tài)實時模擬計算

由于用戶用水量的變化，管網(wǎng)供水量和供水壓力是隨時間變化的。實時模擬的目的是監(jiān)測管網(wǎng)在一個時段內(nèi)運行狀態(tài)的總體效益和費用，為管網(wǎng)用戶調(diào)度提供決策依據(jù)，評價管網(wǎng)總體運行效果。實時模擬的基本方法是將分時段變化的用水量作為擬動態(tài)數(shù)據(jù)，對不同時段（3天，72小時）的運行狀態(tài)進(jìn)行平差計算，最后對總模擬時期的計算結(jié)果進(jìn)行匯總、評價和決策。除此之外，還可以進(jìn)行管網(wǎng)系統(tǒng)的工況校核及可靠性分析。

水力計算管網(wǎng)運行優(yōu)化調(diào)度計算

在不同時段的供水需求條件下，通過泵站供水量變化求解二級泵站供水量，對各泵站中的水泵進(jìn)行優(yōu)化運行組合，調(diào)整各水廠的出水量和出水壓力，幫助制定更為科學(xué)合理的調(diào)度計劃和調(diào)度方案，改善管網(wǎng)中水流狀況，降低爆管的概率，達(dá)到常年供水動力費用最小化，提高供水服務(wù)水平。

水力計算管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計計算

在建立經(jīng)濟(jì)模型和優(yōu)化計算數(shù)學(xué)模型，提出多個約束條件后，通過一定的數(shù)學(xué)算法，得出經(jīng)濟(jì)合理的管徑及水泵揚程。目的主要是為了進(jìn)行新建或擴(kuò)建管網(wǎng)的規(guī)劃設(shè)計和初步設(shè)計，使其達(dá)到在投資（管徑）及常年運行費用（水泵揚程）最小的情況下，滿足用戶對水量和水壓的要求。

水力計算用水量預(yù)測

是根據(jù)過去用戶用水量的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)分析后找出各個用戶區(qū)域最主要用水相關(guān)的參數(shù)和時變特性，建立模型，在此基礎(chǔ)上做出用戶用水量的短期、中期和長期預(yù)測，從而編制出用戶日、月和年的用水計劃。