排水系统水力计算

建筑内部排水设计秒流量有三种计算方法：经验法、平方根法和概率法。当前，我国生活排水设计秒流量计算公式有两个。

①住宅、集体宿含、旅馆、医院、疗养院、幼儿园、养老院、办公楼、商场，会展中心、中小学教学楼等建筑用水设备使用不集中，用水时间长，同时排水百分率随卫生器具数量增加而减少。

其设计秒流量计算公式为：

q_p=0.12

式中 q_p—计算管段排水设计秒流量，L/s；

N_p—计算管段卫生器具排水当量总数；

q_max—计算管段上排水量最大的一个卫生器具的排水流量，L/s；

表1 根据建筑物用途而定的系数

②工业企业生活间、公共浴室、洗衣房、职工食堂或营业餐厅的厨房、实验室、影剧院、体育场、候车（机、船）等建筑的卫生设备使用集中，排水时间集中，同时排水百分率高。其排水设计秒流量计算公式为：

q_p=

式中 q_p—计算管段排水设计秒流量，L/s；

q₀—同类型的一个卫生器具排水流量，L/s；

n₀—同类卫生器具数；

b—卫生器具同时排水百分数，冲洗水箱大便器按12%计算，其他卫生器具同时给水百分数。

对于有大便器接入的排水管网，因卫生器具较少，大便器的同时排水百分数定的较少（如冲洗水箱大便器仅定为12%），按上式计算的排水设计秒流量可能会小于一个大便器的排水量。这时，应按一个大便器的排水量作为该管段的设计秒流量。

单立管排水系统的伸顶通气管管径宜与排水立管管径相同，但在最冷月平均气温低于13℃的地区，为防止通气管口结霜，减小通气管断面，应在室内平顶或吊顶以下0.3m处将管径放大一级。

通气管的管径应根据排水能力、管道长度来确定，一般不宜小于排水管管径的1/2，其最小管径可按表4确定。

表4 通气管最小管径

注：表中同期立管系指专用通气立管、主通气立管、副通气立管。

有些建筑不允许伸顶通气管分别出屋顶，可用一根横向管道将各伸顶通气管汇合在一起，集中在一处出屋顶，该横向通气管称为汇合通气管。汇合通气管的断面积应为最大一根通气管的断面积加其余通气管断面积之和的0．25倍。汇合通气管管径可按下式计算，即

D>

式中 D—汇合通气管和总伸顶通气管管径，mm；

d_max—最大一根通气立管的管径，mm；

d_i—其余通气立管管径，mm。

建筑内部排水定额有两个：一个是以每人每日为标准，另一个是以卫生器具为标准。每人每日排放的污水量和时变化系数与气候、建筑物内卫生设备完善程度有关。由于建筑内部给水量散失较少，所以生活排水定额和时变化系数与生活给水相同。生活排水平均时排水量和最大时排水量的计算方法与建筑内部的生活给水量计算方法相同，计算结果主要用来设计污水泵、化粪池等。

卫生器具排水定额是经过实测得来的。主要用来计算建筑内部各管段的排水设计秒流量，进而确定各管段的管径。某一管段的设计流量与其接纳的卫生器具类型、数量及使用频率有关。为了便于累加计算，与建筑内部给水一样，以污水盆排水量0.33L/s为一个排水当量，将其他卫生器具的排水量与0.33L/s的比值，作为该种卫生器具的排水当量。由于卫生器具排水具有突然、迅速、流率大的特点，所以一个排水当量的排水流量是一个给水当量额定流量的1.65倍。

横管的水力计算 横干管和横支管的设计计算需要满足下列规定：

（1）充满度：建筑内部排水横管按非满流设计，以便使污水释放出的有毒有害气体能自由排除；调节排水管道系统内的压力；接纳意外的高峰流量。排水管的最大设计充满度见表2。

表2 排水管道的最大计算充满度

注：排水沟最大计算充满度为计算断面深度的0.8。

（2）自净流速：污水中含有固体杂质，如果流速过小，固体物会在管内沉淀，减小过水断面积，造成排水不畅或堵塞管道，为此规定了一个最小流速，即自净流速。自净流速的大小与污废水的成分、管径、设计充满度有关。建筑内部排水横管自净流速见表3。

表3 各种排水管道的自净流速值

（3）管道坡度：管道设计坡度与污废水性质、管径和管材有关。污度水中含有的污染物越多，管道坡度应越大。建筑内部生活排水管道的坡度有通用坡度和最小坡度两种， 通用坡度为正常条件下应予保证的坡度；最小坡度为必须保证的坡度，一般情况下应采用通用坡度。当横管过长或建筑空间受限制时，可采用最小坡度。标准的塑料排水管附件（三通、弯头）的夹角为91.5°，所以塑料排水横管的通用坡度均为0.026。

《工程水力计算》是“国家示范性高等职业院校建设计划项目”中央财政支持重点建设专业杨凌职业技术学院水利水电建筑工程专业课程改革系列教材。全书共分10个学习单元，内容包括：液体认知、静水压强与静水压力计算、水流运动的基本原理介绍、水头损失计算、有压管流水力计算、渠道水力计算、堰闸水力计算、建筑物下游消能水力计算、水力计算案例、理正工程水力计算软件使用说明。

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水力计算可以使通风空调，热水采暖、给排水中流体输配管网设计时根据要求的流量分配，确定管网的各段的管径和阻力，求得管网特性曲线，为匹配管网动力设备准备好条件，进而确定动力设备的型号和动力消耗；或根据已定的动力设备，确定保证流量分配的管道尺寸。是流体输配管网设计的基本手段，是管网设计质量的基本保证。

水力计算模型数据库的建立，可以把给水管网计算、监控、调度、运行、优化设计和绘图有机地结合在一起，可随时进行图形与数字信息的转换。

水力计算管网水力平差计算

在特定供水条件下根据连续性方程和能量方程，求解管网中管段流量、节点压力、泵站流量和扬程，使管理及决策人员了解管网对供水需求的符合程度，检验管网设计和运行质量，为泵站设计和运行、管网运行与扩建提供依据。

水力计算管网水力状态实时模拟计算

由于用户用水量的变化，管网供水量和供水压力是随时间变化的。实时模拟的目的是监测管网在一个时段内运行状态的总体效益和费用，为管网用户调度提供决策依据，评价管网总体运行效果。实时模拟的基本方法是将分时段变化的用水量作为拟动态数据，对不同时段（3天，72小时）的运行状态进行平差计算，最后对总模拟时期的计算结果进行汇总、评价和决策。除此之外，还可以进行管网系统的工况校核及可靠性分析。

水力计算管网运行优化调度计算

在不同时段的供水需求条件下，通过泵站供水量变化求解二级泵站供水量，对各泵站中的水泵进行优化运行组合，调整各水厂的出水量和出水压力，帮助制定更为科学合理的调度计划和调度方案，改善管网中水流状况，降低爆管的概率，达到常年供水动力费用最小化，提高供水服务水平。

水力计算管网优化设计计算

在建立经济模型和优化计算数学模型，提出多个约束条件后，通过一定的数学算法，得出经济合理的管径及水泵扬程。目的主要是为了进行新建或扩建管网的规划设计和初步设计，使其达到在投资（管径）及常年运行费用（水泵扬程）最小的情况下，满足用户对水量和水压的要求。

水力计算用水量预测

是根据过去用户用水量的历史数据进行相关分析后找出各个用户区域最主要用水相关的参数和时变特性，建立模型，在此基础上做出用户用水量的短期、中期和长期预测，从而编制出用户日、月和年的用水计划。