排水系統(tǒng)水力計算

建筑內部排水設計秒流量有三種計算方法：經(jīng)驗法、平方根法和概率法。當前，我國生活排水設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、中小學教學樓等建筑用水設備使用不集中，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。

其設計秒流量計算公式為：

q_p=0.12

式中 q_p—計算管段排水設計秒流量，L/s；

N_p—計算管段衛(wèi)生器具排水當量總數(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、船）等建筑的衛(wèi)生設備使用集中，排水時間集中，同時排水百分率高。其排水設計秒流量計算公式為：

q_p=

式中 q_p—計算管段排水設計秒流量，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數(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數(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數(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計秒流量可能會小于一個大便器的排水量。這時，應按一個大便器的排水量作為該管段的設計秒流量。

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)，為防止通氣管口結霜，減小通氣管斷面，應在室內平頂或吊頂以下0.3m處將管徑放大一級。

通氣管的管徑應根據(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。

建筑內部排水定額有兩個：一個是以每人每日為標準，另一個是以衛(wèi)生器具為標準。每人每日排放的污水量和時變化系數(shù)與氣候、建筑物內衛(wèi)生設備完善程度有關。由于建筑內部給水量散失較少，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部的生活給水量計算方法相同，計算結果主要用來設計污水泵、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部各管段的排水設計秒流量，進而確定各管段的管徑。某一管段的設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。為了便于累加計算，與建筑內部給水一樣，以污水盆排水量0.33L/s為一個排水當量，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，所以一個排水當量的排水流量是一個給水當量額定流量的1.65倍。

橫管的水力計算 橫干管和橫支管的設計計算需要滿足下列規(guī)定：

（1）充滿度：建筑內部排水橫管按非滿流設計，以便使污水釋放出的有毒有害氣體能自由排除；調節(jié)排水管道系統(tǒng)內的壓力；接納意外的高峰流量。排水管的最大設計充滿度見表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，如果流速過小，固體物會在管內沉淀，減小過水斷面積，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、設計充滿度有關。建筑內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：管道設計坡度與污廢水性質、管徑和管材有關。污度水中含有的污染物越多，管道坡度應越大。建筑內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予保證的坡度；最小坡度為必須保證的坡度，一般情況下應采用通用坡度。當橫管過長或建筑空間受限制時，可采用最小坡度。標準的塑料排水管附件（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。

《工程水力計算》是“國家示范性高等職業(yè)院校建設計劃項目”中央財政支持重點建設專業(yè)楊凌職業(yè)技術學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個學習單元，內容包括：液體認知、靜水壓強與靜水壓力計算、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，也可作為相關專業(yè)工程技術人員的參考用書。

水力計算可以使通風空調，熱水采暖、給排水中流體輸配管網(wǎng)設計時根據(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)動力設備準備好條件，進而確定動力設備的型號和動力消耗；或根據(jù)已定的動力設備，確定保證流量分配的管道尺寸。是流體輸配管網(wǎng)設計的基本手段，是管網(wǎng)設計質量的基本保證。

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、調度、運行、優(yōu)化設計和繪圖有機地結合在一起，可隨時進行圖形與數(shù)字信息的轉換。

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)設計和運行質量，為泵站設計和運行、管網(wǎng)運行與擴建提供依據(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)在一個時段內運行狀態(tài)的總體效益和費用，為管網(wǎng)用戶調度提供決策依據(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)進行平差計算，最后對總模擬時期的計算結果進行匯總、評價和決策。除此之外，還可以進行管網(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行優(yōu)化運行組合，調整各水廠的出水量和出水壓力，幫助制定更為科學合理的調度計劃和調度方案，改善管網(wǎng)中水流狀況，降低爆管的概率，達到常年供水動力費用最小化，提高供水服務水平。

水力計算管網(wǎng)優(yōu)化設計計算

在建立經(jīng)濟模型和優(yōu)化計算數(shù)學模型，提出多個約束條件后，通過一定的數(shù)學算法，得出經(jīng)濟合理的管徑及水泵揚程。目的主要是為了進行新建或擴建管網(wǎng)的規(guī)劃設計和初步設計，使其達到在投資（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。

水力計算用水量預測

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