周边进出水沉淀池进水槽水力分析及计算

维普资讯 http://www.cqvip.com ・１９８・　第３４卷第２５期　２　０　０　８年９月　山　西　建　筑　ＳＨＡＮＸＩ　ＡＲＣＨＩＴＥＣｒＵＲＥ　Ｖ０Ｉ．３４　Ｎｏ．２５　Ｓｅｐ．２００８　文章编号：１００９．６８２５（２００８｝２５．０１９８．０２　周边进出水沉淀池进水槽水力分析及计算　霹　磊　摘要：分析了周边进出水沉淀池的池型和水流特征，根据水力学原理，推导出周边进出水沉淀池进水槽水深沿程变化　的基本关系式，总结了三种配水途径，并结合工程实例详细介绍了进水槽配水设计计算过程。　关键词：周边进出水沉淀池，进水槽，配水孔，恒定流，渐变流　中图分类号：Ｘ７０３　文献标识码：Ａ　水过程如下：设进水流量为Ｑ，进入进水槽后，分别以Ｑ／２的流　Ｏ引言　通过配水孔沿程渲泄，最终两　周边进出水沉淀池自问世以来，在世界范围内得到了广泛应　量在两个半圆周方向上沿程配水，股流量在半圆周终点汇合，汇合点流量为０，流速也为０。　用。与传统的中央进水周边出水沉淀池相比，周边进出水沉淀池　水流在进水槽内的流动，由于沿程泄流，属于非恒定流，但为　具有容积利用率高、水力负荷大、沉淀效果好、排泥浓度提高以及　方便起见，将整个计算长度分段，就每－－Ａ，段来讲近似认为是恒　工程投资和运行费用较低等诸多优点。在周边进出水沉淀池设　定流，而且分段数愈多，计算结果就愈接近实际。明渠恒定非均　计中。沿沉淀池周边进行均匀布水尤为重要，只有设计好进水槽　才能达到理想的运行效果。　匀流的能量微分方程如下所示：　１周边进出水沉淀池的池型和水流特征　如图１所示，污水在进水槽内环绕沉淀池周边进行均匀布　水，水流经过配水孔进入池子后，被进水槽下方的导流板折流，导　ｄ　＋ｄＨ＋ｄ褰＋ｄｈｗ＝０　对式（１）作以下简化处理：　（１）　１）为方便施工，进水槽底宜采用平底，即ｄｚ＝０。　２）由于沉淀池直径Ｄ远远大于进水槽槽宽Ｂ，因此圆弧的影　流板消除了水流进入池子的“喷射”作用，于是水流在池壁和挡水　池子，形成图中所示的环流，最终流人出水槽排出。这样整个池　容积被充分利用起来，而且没有短流情况。　裙板之间进行完全、快速的扩散后，在挡水裙板下低速均匀流入　响可忽略不计。　３）实际上进水槽中的配水孔是按一定间距布置的，在两相邻　孔之间的槽段内流量沿途不变，而每经过一个配水孔，槽内流量　就递减一个配水孔流量。但为了便于应用微积分推导，近似地认　为进水槽沿途连续均匀配水，即Ｑ＝Ｑ０（１一Ｌ／Ｌ０）。　４）实际进水槽内水流为明渠非均匀流，式（１）中ｄ＾　由沿程　水头损失ｄｈｆ和局部水头损失ｄ＾　两部分组成。计算时简化为　渐变流，忽略局部水头损失　，只考虑沿程水头损失ｄｈｆ；在ｄｈｆ　计算中进一步假定渐变流微小流段内的水头损失可当作均匀流　情况处理，采用曼宁公式可得：　ｒ＝ＪｄＬ＝　图１　周边进出水沉淀池示意图　ｄＬ。　综合以上１）～４），将实际明渠非均匀流（环槽圆周运动且沿　程底孔泄流）简化为直线渐变流。　相应地可将式（１）简化为：　ｄＨ＋ｄ—Ｑ　。　２　（　Ｌｏ－Ｌ）２＋　＼Ｂ＋２Ｈ，　２进水槽水力模型的建立　周边进出水沉淀池的配水方式有两种：一种是采用两侧分流　配水，另一种是采用单向流动配水。通常根据沉淀池池径大小决　定采用何种配水方式：池径Ｄ＞４０　ＩＴＩ时采用两侧分流配水，池径　Ｄ＜４Ｊ０　ｍ时采用单向流动配水。以两侧分流配水方式为例说明配　ｄＬ＝。　（２）　求导后可推得：　全国产业发展多头并进的情况下，引出一个利润丰厚的朝阳产业。　参考文献：　［１］　关玲娟．浅谈城市雨水综合利用［Ｊ］．山西建筑，２００７，３３　（２Ｏ）：２０３—２０４．　Ｔａｌｋ　ａｂｏｕｔ　ｕｒｂａｎ　ｒａｉｎｗａｔｅｒ　ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ　ｉｎ　Ｓｈａｎｘｉ　ｐｒｏｖｉｎｃｅ　ＮＩＥ　Ｊｉａｎ－ｈｏｎｇ　Ａｌ￣ｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ　ｕｐｏｎ　ａｎａｌｙｓｉｓ　０ｆ　ｐｒｅｓｅｎｔ　ｓｉｔｕａｔｉｏｎｓｏｆｗａｔｅｒ　ｒｅｓｏｕｒｃｅｓｏｆ　ｃｉｔｉｅｓｉｎＳｈａｎｘｉ　ａｎｄ　ｕｒｂａｎ　ｒａｉｎｗａｔｅｒ　ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ　ｓｉｔｕａｔｉｏｎｓ　ａｔ　ｈｏｍｅ　ａｎｄ　ａｂｒｏａｄ　ｕｒｂａｎ　ｒａｉｎｗａｔｅｒ　ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ　ｉｓ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，ｗｈｉｃｈ　ｉｓ　ａｒｔ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ　ｗａｙ　ｔｏ　ｒｅｓｏｌｖｅ　ｔｈｅ　ｓｈｏｒｔａｇｅ　ｏｆ　ｗａｔｅｒ　ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ　ｔｏ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｕｒｂａｎ　ｅｎｖｉｒｏｎ－　ｍｅｒｉｔ．Ｔｈｒｏｕｇｈ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ａｐｐｈｅｄ　ｕｒｂａｎ　ｒａｉｎｗａｔｅｒ　ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ　ａｔ　ｐｒｅｓｅｎｔ　ｃｏｕｎｔｅｒｍｅａｓｕｒｅｓ　ａｒｅ　ｐｒｏｐｍｏａ　ｔｏ　ｒｅａｌｉｚｅ　ｒａｔｉｏｎａｌ　ｄｉｓｐｏｓｉ—　ｔｉｏｎａｎｄ　ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　ｏｆ　ｒａｉｎｗａｔｅｒ　ｒｅｓｏｕｒｃｅ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｃｉｔｙ，ｒａｉｎｗａｔｅｒ，ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ，ｗａｔｅｒ　ｒｅ８ｏ￣　收稿日期：２００８—０４．０７　作者简介：席磊（１９７２．），男，工程师，河北新烨工程技术有限公司，河北宣化０７５１００　维普资讯 http://www.cqvip.com 荤　背　ｄＨＨｖ—席磊：周边进出水沉淀池进水槽水力分析及计算　・１９９・　Ｆ　ｄＢＢ＋　１＿一ｎ２ｇ（百２于ｇＨ远大于Ｈ　２，因此　等　≈。，相应地　ｄＨ≈。。根据　ｄＬ—ｇＨ—　ｌＨｖ２　　。ＢｄＬ　Ｌ　ｏ　Ｌ一　　、Ｂ　Ｈ＋击）　Ｊ　力］（　３）　由ｌ＝　＝２　另外，配水孔孔口单孔出流量可采用ｆｌｑＬ口淹没出流公式：　ｑ＝　（４）　景＝　、Ｌ０　和　。＝　可知，由于　７９０，Ｈ≈Ｈ０，　／　其中，ＡＨ为进水槽中水位与沉淀池中水位之差。　因此得Ｂ＝Ｂ０（＿Ｌ０－－Ｌ）。代入式（３）可推导得：　塑：一Ｊ　ｄＬ　Ｊ　３进水槽均匀配水途径分析　根据式（４）可知，要使配水均匀，除了要求配水孔均匀分布且　每个配水孔大小、形状一致以外，还要求每个配水孔的作用水头　（７）、　，　由式（７）可知，槽内水深Ｈ顺水流方向逐渐降低，由此可计　再根据Ｈ确定配水孔孔距、孔径。　ＡＨ相等。由于沉淀池中水面是水平的，故要求进水槽中水面也　算沿程槽内水深Ｈ，保持水平。实际上进水槽沿途不断配水，断面流量和流速沿程减　４进水槽配水计算实例　小，这是一种变量流，其水面线的分析比较复杂。我们所期望的　４．１基本计算条件　是进水槽中水面线是一条水平线，至少水面高程变化不大，不会　某城市污水处理厂采用活性污泥法处理，二沉池采用周边进　过分破坏配水的均匀性。　因此，ＸＣＴ￣（３）Ｎ－ｇ，配水均匀也就是要求　ｄ／－／≈０言可采用以下３种方法：　１）配水孔孔距、孔径恒定法。　。一出水辐流式沉淀池，已定直径Ｄ＝５５　ｍ，进水流量Ｑ＝１．３８８　ｍ３／ｓ，　ｉｎｉｎ沿圆周布置，去掉进出水井后配水长度　般而　布水孔距离池边１５０　Ｌ＝１６３．６８　ｍ。　４．２计算方法　由于池径Ｄ＞４０　ｍ，故采用两侧分流配水。配水综合采用前　面所述３种配水途径。具体作法为：将全池分为１６段，每侧８段，　此种方法进水槽配水孔沿池周均匀分布并与池中心对称，且　孔径不变。要想在这种情况下保证配水均匀就要求　＝０，根据　每段渠长为１０．２３　ｍ；前５段采用流速恒定法，槽宽由１．０００　ｍ降　至０．３７５　ｍ；由于受施工限制，槽宽Ｂ需不小于０．３　ｍ，因此后　式（３）可知此时『　＋　１　一　２ｇ（百２＋击）　／３］＝０，其中，　３段采用宽度恒定法，宽度保持０．３７５　ｍ不变；每一段渠道内由于　Ｌ０，　，ｇ，Ｈ均为常数，随着Ｌ不断增大，要求Ｂ相应减小才能使　该等式为０，最终Ｌ—Ｌｎ，Ｂ一０。　这种布置方法的优点是配水孔大小一致、孔径均匀、与池中　心对称、几何特性好。可惜工程实用性太差，这是由于槽宽Ｂ沿　水深变化可忽略不计，故采用配水孔孔距、孔径恒定法均匀布孔。　渠道平均水深胃，ＡＨ及配水孔孔径，单孔泄流量，配水孔个　数，孔距，单位渠长配水量的计算结果见表１。　表１进水槽计算结果　程随Ｌ的变化过于复杂，尤其是到末端Ｂ一０，施工时无法满足精　度要求。　２）宽度恒定法。　参数　Ｈ　ｍ　△Ｈ　孔径　单孔流量　孔距　单位渠长配水量　ｍ　ｌｎ３／ｓ　孔数　ｍ３／（ｍ・ｓ）　０　００８　４９　Ｏ．Ｏｏ８　３５　０　００８　６０　０．００８　４４　０　００８　４７　０．００８　４７　０．００８　４５　０．００８　５６　７　７　８　８　９　９　６　６　１．４６１　１．４６１　１．２７９　１．２７９　１．１３７　１．１３７　１．７０５　１．７０５　第１段　１．１７８　０．０９９　１２０　０．０１２　４　第２段　１．１７５　Ｏ．Ｏ９６　１２０　０．０１２　２　第３段　１．１７１　０．０９２　１１５　０．０１１　０　第４段　１．１６７　０．０８８　１１５　０．０１０　８　第５段　１．１６３　０．０８４　１１０　０　ｏ０９　６３　第６段　１．１６３　０．０８４　１１０　０．ｏ０９　６３　第７段　１　１６７　０　０８８　１３３　０．０１４　４　第８段　１　１７０　０　０９１　１３３　０．０１４　６　此种方法进水槽槽宽Ｂ保持不变，即　＝０，代人式（３）可得：　ｄＨｄＬ—ｇ　一　【［矗　ｇＬ０一Ｌ　（舌＋击　］Ｂ。Ｈ　Ｊ　（５）　＝　Ｈ　Ｈｖ２由式（５）可知，随着槽长Ｌ的变化，槽内水深Ｈ与流速　也　相应改变。　由于ｇＨ远大于Ｈ　，因此ｇＨ—Ｈ　≈ｇＨ；水力坡度Ｊ＝　。全池合计配水孔个数：（７×２＋８×２＋９×２＋６×２）×２＝１２０。　将这些条件代入式（５）经推导可得：　配水均匀性分析：按全池进水流量Ｑ＝１．３８８　ｍ３，Ｉｓ，配水周　长Ｌ＝１６３．６８　ｍ可求得单位渠长配水量为０．００８　４８　ｍ３／（ｍ・ｓ），　ｄＨ　南Ｌ　（ｎｇ　Ｌ　Ｌ一　）　　一Ｊ距、孔径。　３）流速恒定法。　，　（６）　与表１中数据比较可知各段渠道单位渠长配水量与全池总平均　值之间的相对误差不大于±１．５％，完全可满足均匀配水要求。　［１］　陈亚军，吕锡武，周克梅．加长沉淀池集水槽降低出水浊度　的实践［Ｊ］．山西建筑，２００７，３３（３６）：１６２—１６３．　由式（６）可计算沿程槽内水深Ｈ，再根据Ｈ确定配水孔孔　参考文献：　此种方法强调进水槽内水流流速保持不变。由式（３）可知，　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ａｎｄ　ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｈｙｄｒａｕｌｉｃ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｉｎｆｌｏｗ　ｗａｔｅｒ　ｔｒｏｕｇｈ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ　ｉｎｆｌｏｗ－ｏｕｔｆｌｏｗ　ｓｅｄｉｍｅｎｔａｔｉｏｎ　ｔａｎｋ　ⅪＬｅｉ　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ａｕｔｈｏｒ　ａｎａｌｙｚｅｓ　ｔｈｅ　ｔａｎｋ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｃｈａｒａｃｔｅｒ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ　ｉｎｆｌｏｗ－ｏｕｔｆｌｏｗ　ｓｅｄｉｍｅｎｔａｔｉｏｎ　ｔａｎｋ，ｄｅｒｉｖｅｓ　ｔｈｅ　ｈａ—　ｓｉｃ　ｆｏｒｍｕｌａｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｃｈａｎｇｅ　ａｌｏｎｇ　ｔｈｅ　ｄｕｃｔｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｗａｔｅｒ　ｄｅｐｔｈ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｉｎｆｌｏｗ　ｗａｔｅｒ　ｔｒｏｕｇｈ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ　ｉｎｆｌｏｗ－－ｏｕｔｆｌｏｗ　ｓｅｄｉｍｅｎｔａｔｉｏｎ　ｔａｎｋ　ａｃ－－　ｃｏｒｄｉｇ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｗａｔｅｒ　ｃｏｎｓｅｒｖａｎｃｙ　ｐｒｎｉｎｃｉｐｌｅ，ｓｕｍｍａｒｉｚｅｓ　ｔｈｒｅｅ　ｋｉｎｄｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｉｎｆｌｏｗ　ｗａｔｅｒ　ｗａｙ，ｄｅｔａｉｌｅｄｌｙ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ｔｈｅ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｗａｔｅｒ　ｄｉｓｔｉｂｕｔｉｒｏｎ　ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｉｎｆｌｏｗ　ｗａｔｅｒ　ｔｒｏｕｇｈ　ｃｏｍｂｉｎｅｄ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｅｘａｍｐｌｅ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ￣ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ　ｉｎｆｌｏｗ－ｏｕｔｆｌｏｗ　ｓｅｄｉｍｅｎｔａｔｉｏｎ　ｔａｎｋ，ｉｎｆｌｏｗ　ｗａｔｅｒ　ｔｒｏｕｇｈ，ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｎｇ　ｗａｔｅｒ　ｐｏｒｅ，ｓｔｅａｄｙ　ｆｌｏｗ，ｇｒａｄｕａｌｌｙ　ｖａｒｉｄ　ｆｅｌｏｗ