周进周出二沉池配水集泥管渠的水力计算.pdf

第十二章环境保护相关领域研究进展周进周出二沉池配水集泥管渠的水力计 算王旭浦华环保有限公司）摘要采用水力学有关计算方法，对周进周出二沉池的出水渠、进水渠、单管吸泥机的吸泥管进行了水力计算，确定了出水渠和进水渠的渠宽和渠深，并采用等分渠内水深变化高度的方式，计算了相应点对应的渠长，以及各渠段汇水或泄水的流量；对单管吸泥机的吸泥管，采用相同 的原理计算了管内外的压差，并确定了管道的相应管段的进泥量等关键参数。关键词周进周出二沉池出水渠进水渠吸泥管水力计算概述周进周出二沉池的进出水渠及吸泥管路的计算，是该沉淀池水力计算的核心部分，但此方面的有关文献较少，且计算方式方法复杂，本文采用常用的水力计算公式，对该部分的计算予以明确，可供设计和运行人员参考。周进周出二沉池出水渠的水力计算某污水厂，处理能力万吨天，二座圆形二沉池，每座表面负荷设计秒流量采用周进周出的沉淀形式，出水渠长度为分两侧汇水至渠道中跌水口处。根据上述条件通过计算确定出水渠的渠宽和渠深。预确定出水渠尺寸由二沉池出水渠集水方式可知，出水渠分两半圆对称向跌水口处汇水，每一侧槽中的流量为单池流量，计假设水渠跌水口前的断面水深为断面高度，跌水处水流速度假定在以此可以预先设定渠道断面的高度和深度。设渠断面为正方形，则根据上述条件，可计算出渠断面为跌水处水深。为。计算水渠末端水深和流速事实上水渠中的末端流速并不会与设定值完全吻合，因而仍需计算末端水深和末端流速。根据水力学有关计算公式（，在渠道跌坎处，水流产生水跌现象，在跌坎处取得临界水深。，可以认为，该水深即为渠道末端的水深。以该式对上述计算进行校核，取为可以得到。为。为。计算出水渠内的水头 损失：有关沿程汇水的出水渠水头损失的计算，从常用的水力学计算文献中难以找到相关的计算方法，为此本计算中考虑将水渠视为若干段明渠均匀流的累加，采用谢才公式用积分的方式予以计算：设某断面处流速为跌水坎对面为两半侧水流的分界点，设该处水深为。；以该起点向跌?6970?中囯环境科学 学会学术年会论文集（水坎流动的距离为最大值为设二沉池出水堰单位长度的流量为为处的水深设为处的处的水力半径由上述条 件可以推得】“紀上二对沿的积分丨；即为半条渠道的水头损失，由于式中为变量，积分困难，为便于积分，可采用近似估算的数学处理办法：考察式、该式对的导数式为上步导数式恒大于，从而可知、为的增函数在集水渠中，为渠深时取最大值，而渠深为从而可将积分式变更为丨夂：；“以此求得的水头损失大于理论值；对上式积分，可得丨计算得水头损失为因为计算结果已经过放大处理，所以实际水头损失要比上述计算值小，因而可知实际水头损失极小，可以忽略。在常规设计的二沉池中，水流速度通常不会远大于本计算的取值，因而可以认为一般二沉池各类管渠的水头损失均可忽略。本文后续各项计算中也省略水头损失的计算。计算渠道内各断面水深与渠道长度的关系根据伯努力方程，可列式由于起点处为汇水分流点，可以认为该处。同时忽略水头 损失，可得。将末端水深和流速分别代入上式中，可以求得。较末端水深高对于渠道各断面处的水深，将代入上式，得下式：。士士，进一步推出：一上式为和的关系式，求解比较复杂，但可以将从首端的至末端的渠道等分成若干段，分别求每段对应长度采用可以方便的计算，本例分段，计算数值见表表水深与渠道长度关系等分点编号等分水深对应分段渠长从表可见，渠道内水深从首端至末端逐渐递减，前端的变化幅度较小，到末端跌水前水深减小量逐步加大，前米内水深变化只占整个变化幅度的前降低了而有的降低幅度是在渠道后端内完成的。通过上述计算，可知渠道内水深最大处在跌水口对角处，水深为所以，水槽的深度和宽度为可以完全满足使用要求，实际使用中取。第十二章环境保护相关领域研究进展周进周出二沉池的进水渠道的水力计算如上例，考虑最大回流量进水渠起端流量采用向两侧流动布水的方式，每侧流量为为便于计算，采用等宽渠道，进水渠与出水渠采用同标高渠底，二沉池池面超高出水渠宽深均为。进水渠道全长共设个泄水管，管径均为确定进水渠道的尺寸。计算进水渠的平均水深进水渠的水深由泄水管的作用水头决定，根据每根泄流管的泄流量，可以确定进水渠与二沉池水面的水头差，从而可以计算得进水渠的平均水深。因泄流管长很短，可以作为短管出流考虑；在每个短管泄流量一致的情况下，短管泄流量为流速为根据短管水力计算公式可得，渠道与二沉池水面的平均水位差为渠道内平均水深为计算渠道各断面水深与渠道长度的关系渠道断面水深与渠道长度关系的计算方法与上例中的出水渠的计算方法一致，只是计算方向相反。进水端的流速最大，根据上例计算，进水端的水位最低，而进水渠末端流速基本为，该点的水深为渠道最大值。取进水端水深为流速为则计算渠 宽为计算得末端水深为；分段计算渠道水深与渠长的关系见表：根据各段渠道内水位与二沉池液位的差值，可以计算各段渠道的泄流量，在泄流管均匀布置的情况下，各段泄流量及全部泄流量的计算见表：表渠道水深、泄流量与长度关系等分点编号等分点水深对应分段渠长渠池水位差单宽泄流量全部累计流量通过调整进水渠内的起点水深修正计算结果由上表计算所得的流量合计为计算结果偏 大，说明起端水深达不到对起端水深降低再进行试算，确定当起端为时，起端流速为末端水深为此时计算所得的起端流量为符合要求，计算结果见表。表调整后旳渠道水深、泄流量与长度关系等分点编号等分点水深对应分段渠长渠池水位差（单宽泄流量全部累计流量?6972?中囯环境科学 学会学术年会论文集（从上表可见，每段的单宽流量分布不均，可以通过调整间距或泄水管径的方式对泄水管布置方式进行调整。周进周出二沉池单管吸泥机的吸泥管的水力计算周进周出二沉池一般采用单管吸泥机回流污泥，本例中设二沉池最大回流量为每池单管吸泥量单管长度为根据上述条件确定单管管径及吸泥孔的布置方式，并计算吸泥量。单管管径及吸泥孔布置方式的确定流速最大为接近中心筒的位置，预估流速为可取单管管径实际流速为为使管内流量达到设计值，管内外需具备一定的压力差，使池内水进入管中，这一压力差主要取决二沉池内水位与中心集泥筒之间的水位差，以及管内因水流速度而带来的负压，计算中暂取管内外压力差平均值为取单管上的吸泥孔孔径为根据孔口出流水力学公式：计算得需吸泥孔共计个，可双侧交错布置。计算吸泥管管口处水头内外水压差根据伯努利方程计算吸泥管出口处的管内水头：式中，为管口处管内水头，为该点水流速度，为出口处局部阻力系数，取值，计算得；计算靠近单管管口处的吸泥孔的内外压差：暂假设为，可以求得管口处吸泥孔的内外压差为计算吸泥管各段内外水压差与管段长度的关系因为管内起始端的流速近似为，所以该点处管内水头为：、为该点处的内外压力差为根据伯努力方程，根据流量流速方程，各断面处式中，；可得式从而可以按上述计算方法求得水压变化等分点应的管段长度，并求得各段的孔口入流量及全部孔口入流量见表：根据个管段内外压差，计算各段吸泥孔的进泥量及整个管段的全部进泥量，见表表吸泥管各管段内外水位差及各段汇流量与长度关系水深变化等分点内外压差管段长度各段孔口流速各管段流量累计流量第十二章环境保护相关领域研究进展对二沉池与中心集泥筒之间的液位差进行调整后的计算修正从上表可见，在取前后液位差为的情况下，计算得到的累计流量要大于设计流量，因而重新取该差值，并再度计算可得：当。取时，得到流量为满足使用要求。表调整后吸泥管各管段内外水位差及各段汇流量与长度关系水深变化等分点内外压差管段长度各段孔口流速各管段流量累积流量从上表可见，每段的单宽流量分布不均，可以通过调整孔间距或吸泥孔径的方式对吸泥管孔布置方式进行调整。结论通过上述计算过程，可以相对准确的得出各管渠的水流情况。在实践中，进出水渠通常做成渐变宽度的形式，也完全可以通过本计算得到水面曲线或水头差值，因为管渠的进水为渐变的形式，起端的流速为或配水末端），理论上该处的宽度可以为，但实践中受施工条件的限制，通常起端可以取管道可以更小），末端按本计算成果取值，中间以渐变的方式过渡，如此计算得到的水力曲线与本计算的结果相差不大。采用这种方式，可以减小集配水渠的整体宽度，例如，按照计算，如果进水渠和出水渠均按取值，则总渠宽为但如果进水渠和出水渠按渐变渠宽做，渐变的方向相反，则可以使总渠宽减少为由此可以进一步降低建设成本，也使得结构更加简捷，美观。吸泥管实践中也采用渐变管径的方式，而且实践中采用更小的管径，也可以通过本计算获得适宜的计算结果。参 考文献张维佳，刘鹤年，水力学北京：中 国建筑工业出版 社，