给排水专业计算公式汇编文档格式.docx
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工业企业生产用水量在不能由工艺要求确定时，也可以按下式估算：
Qi=Qb（1-n）
Qi--工业企业生产用水量m3/d
q---城市工业万元产值用水量，m3/万元
B—城市工业总产值；
n—工业用水重复利用率。
二、流量关系及调节构筑物容积——重点掌握
1.给水系统的设计流量图1
水处理构筑物及以前的设施：
高日平均时用水量
地表水源
地下水源
T——一泵站每天工作时间，不一定为24h
管网设计流量：
满足高日高时用水量
二泵站：
满足管网高日高时用水量
不分级供水——高日高时流量
分级供水——最高一级供水量
清水输水管：
无水塔时与管网设计流量同
有水塔时按二泵站最高一级供水量设计
2.调节构筑物容积计算
清水池有效容积W=W1+W2+W3+W4（m3）
W1——清水池调节容积
W2——消防贮水量，2h灭火用水量
W3——水厂用水量，水厂自用水量
W4——安全贮水量，一般为0.5m深
清水池的作用之一是（调节一、二泵站供水的流量差）。
——清水池的调节作用
水厂QdQh管网
最高日平均时流量高日高时流量
调节容积W1=阴影面积A或者B（m3）
无供水曲线时估取W1=（10~20）%Qd
水塔的有效容积W=W1+W2
W1——水塔调节容积
水塔调节二泵站供水量与用户用水量的差额
依二泵站供水曲线和用户用水曲线计算
或按Qd的百分数估取——教材P13
W2——消防贮水量，10min室内消防水量
3、水泵扬程的确定
A、一级水泵扬程的确定
Hp=H0+∑h——扬程计算通式
H0——从吸水池最低水位到出水池最高水位的高差
（取水构筑物吸水井最低水位——混合池最高水位）
∑h——从吸水管起点到出水管终点的总水头损失
∴Hp=H0+∑h=H0+∑hs+∑hd
B、二级泵站扬程计算
•无水塔管网的二泵站扬程
起点：
清水池或吸水井最低水位
终点：
管网控制点最小服务水头液面
•设网前水塔管网的二泵站扬程
水塔最高水位
•设对置水塔管网的二泵站扬程
设计时：
同无水塔管网
最大转输校核时：
终点：
掌握扬程计算基本公式：
Hp=H0+∑h
4、水塔高度的计算
依据能量方程，根据管网控制点最小服务水头
Ht=Hc+hn-（Zt-Zc）
Ht——水塔高度，水柜底高于地面的高度，m
Hc—控制点C要求的最小服务水头,m
hn—按最高时用水量计算的从水塔到控制点的管网水头损失，m
Zt—设置水塔处的地面标高，m
Zc--控制点C处的地面标高，m
与水塔在管网中的位置无关
Zt越高，Ht越小：
建在高处，水塔造价低
第2章输水和配水工程
用户的用水量包括集中用水量和分散用水量
1、（对分散用水量）比流量qs：
假设所有的分散用水量均匀分布在全部干管长度上，此时，单位管长向外配出的流量称比流量。
Q——设计流量，Qh
∑q——集中流量总和
∑l——管网总计算长度
l——管段计算长度：
管段配水情况
管段计算长度l
双侧配水
为管段实际长度
单侧配水
为管段实际长度的一半
不配水
为0
2、沿线流量ql：
在假设全部干管均匀配水前提
下，沿管线向外配出的流量。
ql=qsl
（与计算长度有关，与水流方向无关）
3、节点流量：
集中用水量一般直接作为节点流量
分散用水量经过比流量、沿线流量计算后折算为节点流量，即节点流量等于与该点相连所有管段沿线流量总和的一半。
qi=∑ql
——沿线流量折算成节点流量的折算系数
4、管段计算流量qij——确定管径的基础
5、管段流量qij与沿线流量ql的区别：
计算目的不同，算法不同：
ql：
在假定前提下，管段向外沿线配出，其值的大小沿线减小，无水流方向问题，只有数值大小，用以定节点流量及管段流量；
qij：
是依据节点流量得出的管段内大小不变的流量，含义上qij=本段沿线流量的折算流量q+本段向下游转输的qt，依据水流连续性计算，有方向性，用来确定管径、计算水头损失
前提条件：
必须满足节点流量平衡条件，即满足节点连续性方程
i点的连续性方程:
qi+∑qij=0
（流入i点和流出i点的流量代数和为0）
qi——i点的节点流量
qij——从节点i到节点j的管段流量，“流入为负，流出为正”
6、管径计算
由“断面积×
流速=流量”，得
树状管网水力计算步骤
环状管网水力计算的步骤——结合例题
管网校核
消防时
最高时流量+消防流量：
Qh+Qx
水压要求：
10m
事故时
事故供水量：
最高时流量×
70%：
Qh×
70%
水压要求同最高用水时
最大转输时
最大转输时流量：
Qt
能够供水至水塔最高水位
在各校核流量、水压要求下，较核设计时所选水泵是否能提供相应的流量及扬程
三、输水管渠水力计算
位置水头H=Z-Z0是固定的，正常供水时和事故时可利用的水头差相等；
平行设置的几根输水管若管径相同，则各条输水管的摩阻相等；
输水管分段若是等分的，则各段的摩阻相等；
事故供水量应为设计水量的70%以上。
平行2根输水管，通过连通管等分成3段可满足事故时供水量Qa≥70%Q设计
正常供水时：
事故时：
又H1=H2，则n=≈4段
第3章取水工程
1、进水孔格栅面积的设计（P55）
F0=Q/K1K2v0
F0—进水孔或格栅面积，m2
Q--进水孔的设计流量，m3/s
v0--进水孔的设计流速，m/s
K1—栅条引起的面积减少系数：
K1=b/b+s,b为栅条净距，s为栅条厚度（或直径）
K2--格栅阻塞系数。
采用，水流通过格栅的水头损失，一般采用~0.1m
2、平板式格网的面积可按下式计算：
（P56）
F1=Q/K1K2εv1
F1—平板式格网的面积，m2
Q—通过网格的流量，m3/s
V1--通过网格的流速，m/s一般采用~0.4m/s
K1=b/（b+d）2,b为网眼尺寸，一般为5*5~10*10mm，d为网眼直径,一般为1~2mm
K2--格栅阻塞系数。
一般采用，
ε—水流收缩系数，一般采用~
水流通过格栅的水头损失，一般采用~0.2m
3、旋转格网的有效过水面积可按下式计算：
（P57）
F2=Q/K1K2K3εv1
F2—旋转格网的有效过水面积，m2
V2--通过网格的流速，m/s一般采用~1.0m/s
K3—由框架引起的面积减少系数。
一般采用
旋转格网在水下的深度:
H=F2/2B-R
H—格网在水下部分的深度，mm
B--格网宽度：
m
F2--旋转格网的有效过水面积，m2
R—网格下部弯曲半径，目前使用的标准滤网的R值为0.7m
当为直流进水时，可用B代替式中的（2B）来计算H，水流通过旋转格网的水头损失，一般采用~0.30m
第4章给水处理
1、速度梯度G
G=√P/μ
G——速度梯度，s－1；
p——对单位水体的搅拌功率，W/m3；
μ——水的动力粘度，Pas。
2、速度梯度计算
机械搅拌：
N—电机功率，kw
η1--搅拌设备机械效率：
约为
η2—传动系统的效率：
约为~
η总—总效率：
水力搅拌：
ρ—水的密度（约为1000kg/m3,详见P98表1-4-5）；
h—流过水池的水头损失，m;
T—水的停留时间：
s
g—重力加速度，9.81m/s2
3、G、GT值范围
混合池：
G＝500～1000s－1
T=10～30s，（<
2min）
絮凝反应池：
G＝20～70s－1
GT＝104～105（10～30min）
例题：
P98
4、混凝剂的投加
（1）投加量——通过实验确定
（2）投加系统
湿法投加：
固体－溶解池－溶液池－计量设备－投加
固体储存量15～30天（规范）
*溶解池容积W1=~W2
溶液池容积W2＝aQ/417cn
W1，W2—m3；
a—混凝剂最大投加量，mg/L；
Q—处理水量，m3/h；
c—配制的溶液浓度，一般取5％～20％（按固体重量计），带入公式时为5～20；
n—每日调制次数，一般不超过3次。
（规范7.3.4、）
五、混合设备
混合要求、G、T值范围
混合方式
机械混合：
水泵叶轮混合（取水泵距反应池100m以内）、机械混合池
水力混合：
管式静态混合器、压力水管混合（投药点及流速要求P102）等
絮凝要求；
G、GT值范围；
反应池出口做法
絮凝池分类：
机械搅拌、水力搅拌
1、机械搅拌絮凝池：
水平轴式、垂直轴式
分3～4档，串连流过
各自的适用范围及设计参数及例题P103
例题P103
六、影响混凝效果的因素
1、水温
原因：
水温影响混凝剂的水解
提高低温水混凝效果的方法P107
2、浊度与悬浮物
浊度大小决定了混凝剂的投量和矾花的核心
高浊水、低浊水所需混凝剂量都较大
提高高浊水、低浊水混凝效果的方法P107~108
3、水的PH值
每种混凝剂都有其最佳的PH值范围
铝盐、铁盐水解时产生H＋离子，消耗水的碱
度，碱度不足时投加石灰，石灰投量公式：
AL2（SO4）3：
【CaO】=3【a】－【x】+【δ】
FeCL3：
【CaO】=【a】－【x】+【δ】
式中【CaO】－纯石灰CaO投量,mmol/L；
【a】－混凝剂投量，mmol/L;
【x】－原水碱度，mmol/L，按CaO计;
【δ】－剩余碱度，一般取~L,按CaO计。
原水总碱度为L（以CaO计），投加精制硫酸铝（含Al2O3约16％）26mg/L。
若剩余碱度取L，试计算水厂石灰（市售品纯度为50%）投量需多少mg/L
（已知原子量Al=27，O=16，Ca=40）
解：
投药量折合Al2O3为26×
16％＝mg/L
Al2O3分子量为102，故投药量相当于102＝L
则【CaO】=3【a】－【x】+【δ】
＝3×
－＋=mmol/L
＝×
56mg/L=mg/L
水厂需投加市售石灰＝mg/L
沉淀
1、离散颗粒的沉淀速度（自由沉淀）
三个区的沉淀速度公式P109
例题P110
2、理想沉淀池中u0与表面负荷q0的关系
L=vt0
H=u0t0
u0=Q/A=q0
理想沉淀池的基本特性：
特定颗粒沉速在数值上等于沉淀池的表面负荷（但两者在物理意义上完全不同）
u≥u0的颗粒被全部去除，其去除率为1－x0
u＜u0的颗粒能够部分去除
三、沉淀池的基本结构与基本设计参数
1、基本结构：
进水区、沉淀区、出水区、污泥区
2、沉淀池基本设计参数
（1）基本设计参数
u0（q0）、H、T、v，q0是最基本参数
（2）参数取值
若u0由试验得到，则u0设＝ηu0试
η＝～
查设计手册得到的u0值可直接应用，已考虑安全系数P117
3、平流式沉淀池
结构、优缺点
《室外给水设计规范》规定的参数及要求P118
衡量沉淀池水流状态的参数：
Fr（弗劳德数）和Re（雷诺数），希望Fr大、Re小（方法，设隔墙，减小水力半径）Fr：
一般在1*10-4~1*10-5，Re：
一般在4000~15000，
Fr=v2/RGg:
v—水流速度
R—水力半径
g—重力加速度
设计方法
选u0（q0），再从H、T、v中选2个（按规范要求）
V=18mm/s，B=3H，Fr＝×
10－5。
在池的1/3，2/3处各加一道隔墙，忽略隔墙厚度，求新的Fr。
（1）Fr=v2/Rg
（2）
（3）Fr2/Fr1=（3H/5）/（H/3）=9/5=
Fr2=×
10－5×
=×
10－5
3、斜板（管）沉淀池
（1）斜板（管）沉淀池的原理与特点
原理
根据Ei＝ui/u0＝ui/（Q/A）=uiA/Q
A越大，Ei越大；
若Ei不变，A也不变，池中加隔板，原池A=BL，新池A=BXn，
则X＝L/n。
（n为层数）,在去除率不变的情况下，池深越浅，池长就越短，池容越小————浅池理论
（2）斜板沉淀池产水量计算
异向流斜板沉淀池式1-4-23
式中η斜＝～
同向流斜板沉淀池式1-4-24
侧向流斜板沉淀池式1-4-22
从公式看出：
斜板沉淀池的产水量远大于同体积的平流式沉淀池
斜板沉淀池的液面负荷q斜＝Q/A，A为斜板区池面面积，与平流式沉淀池中的表面负荷概念基本一致。
表面负荷U0=q0=Q/A斜。
异向流斜板沉淀池的q斜＝~
斜管沉淀池利用q斜计算，见《给水工程》P306
斜管中水流速度：
v=Q/（A'
sinθ）
（3）异向流斜板（管）沉淀池
适用范围：
浊度小于1000NTU
设计参数：
P124（或设计规范）
异向流斜管沉淀池，设计能力20000m3/d,平面净尺寸10×
10m，结构系数,斜管长1m，安装角60度。
求斜管内轴向流速。
（斜管中的停留时间）
《给水工程》教材P306
（1）v=Q/（A'
式中Q－－沉淀池流量
A‘－－斜管净出口面积
θ－－斜管轴向与水平面夹角
（2）A‘＝（10－×
10/=
（3）
过滤
沉淀（澄清）池出水浊度10NTU以下，滤
后可达1NTU以下，可去除2～5μm以上的颗粒。
一、过滤原理
1、过滤技术分类
（1）表层过滤－－机械筛滤
（2）深层过滤－－机理为接触絮凝
滤池工作机理：
接触絮凝和机械筛滤，前者为主
2、强制滤速－－用于校核滤池设计是否合理
全部滤池中的1个或2个停产检修或反
冲洗时，其他滤池的滤速。
不要太大。
平均强制滤速：
三、滤料
1、滤料材质与规格
（2）滤料规格
表示滤料规格的参数
dmax和dmin
有效粒径d10反映细滤料尺寸
不均匀系数K80越大，对过滤和反冲越不利
K80=d80/d10＞1
我国采用dmax、dmin和K80（新规范采用d10和K80）
四、滤池的基本构造
1、滤料层
2、配水系统和承托层
（1）大阻力配水系统
构成：
“丰”字型穿孔管＋卵石垫层＋冲洗水泵或高位水箱
参数：
开孔比为~%
v孔，h孔，d孔，h总＝6～8m等，P140
优缺点：
配水均匀；
所需反冲洗水头大
（2）小阻力配水系统
底部进水空间＋穿孔板（滤头或滤砖）
h总＝1m左右
不需设反冲洗设备；
配水均匀性比大阻力系统差
（3）中阻力配水系统
开孔比为~%
消毒
一、消毒概论
1、消毒目的
消毒标准：
细菌学指标
2、消毒方法
氯、二氧化氯、臭氧、紫外线
优点及问题
3、消毒剂的投加点
滤后加氯（清水池前投加）
出厂补充加氯（二泵站处）
预加氯（取水口或水厂入口，防止藻类繁殖），目前不提倡，改用KMnO4、O3、H2O2等。
中途补氯（用于大型管网）
二、氯消毒
1、氯消毒原理
液氯转化为气态投加
若水中无氨，则生成HOCL和OCL－，＋1价的CL具有氧化、杀菌作用。
氯消毒原理P157,HOCL起主要作用
HOCL和OCL－的比例与水的PH值及水温有关，
低温、低PH值消毒效果好
若水中有氨氮，则生成氯胺，消毒原理仍为HOCL杀菌。
各种氯胺的比例与PH值及氯、氨比有关
有效氯包含：
自由性（游离性）氯（HOCL和OCL－）
化合性氯（各种氯胺）
余氯－－剩余的有效氯
2、加氯量
加氯量＝需氯量＋余氯量
规范规定P158
3、氯消毒工艺
（1）折点氯化法
水中氨氮含量少时采用。
经验：
原水氨氮含量小于L时折点加氯；
（2）氯胺消毒法
持续杀菌能力强；
减少消毒副产物
先氯后氨－－－－有大型管网时
清水池前折点加氯，出厂时加氨；
CL2:
NH3=3~6:
1（重量比）
化合性的氯胺消毒法－－－原水氨氮含量高时
清水池前投加氯，利用清水池接触（大于2h）；
含氨量不高时，可氯、氨同时投加
4、加氯设备
加氯要求规范7.7.1（新规范强制条款很多）
储氯量15～30天
地下水除铁除锰
一、含铁含锰地下水
存在形态：
Fe＋2、Mn＋2，常共存，
一般浓度Fe＋2＞Mn＋2
二、地下水除铁除锰原理
1、除铁原理
（1）原理
Fe＋2+［O］→Fe＋3，Fe（OH）3→过滤
（2）方法
空气氧化P165式1-4-42
要求：
PH＞6，最好＞7；
含硅水PH＜7
特点：
属自催化氧化
药剂氧化（CL2），需CL2计算P166
2Fe2＋Cl2
2×
2×
1x
2、除锰原理
Mn＋2+［O］→Mn＋4，MnO2→过滤
空气氧化P166式1-4-47,需O2计算
药剂氧化（CL2）P166式1-4-48,需CL2计算
（3）特点
反应慢，需自催化，滤料为锰砂
要求PH＞
铁锰共存时，先除铁后除锰。
Fe＋2、Mn＋2浓度低时，采用一个滤池，上层除铁下层除锰；
浓度高时，采用2个滤池
二、地下水除铁除锰工艺与设备
1、处理方法
（1）原水曝气→接触氧化过滤
（2）原水曝气→氧化→过滤
（3）药剂氧化→过滤
2、处理工艺流程
各种工艺流程的适用条件
3、曝气设备
4、过滤设备
滤料与过滤工艺参数P170
1）离子交换树脂对水中离子的选择性
强酸性阳树脂与水中离子交换的选择顺序（低浓度）：
Fe3+＞Al3+＞Ca2＋＞Mg2＋＞K＋=NH4＋＞Na＋＞H＋
强碱性阴树脂与水中离子交换的选择顺序（低浓度）：
SO42-＞NO3-＞Cl-＞HCO3-＞OH-＞HSiO3-
2）离子交换平衡与可逆性
RH+Na＋RNa+H＋
软化时，RH→RNa
再生时，由于H＋浓度很大，RNa→RH
RH，RNa通过的流量（RH以Na＋泄漏为运行终点，任何时候都不会出现酸水）计算：
Q（1-H％）A原-QH％S=QA残
式中浓度均为当量粒子摩尔浓度
适用范围：
P181
3）除盐工艺流程
基本工艺流程P182～183
RH放在ROH前面的原因
3、离子交换软化除盐设备
1）固定床
顺流式、逆流式
计算：
Fhq=QTHt
式中F－离子交换器截面积，m2；
h－树脂层高度，m；
q－树脂工作交换容量，mmol/L；
Q－软化水量，m3/h；
T－软化工作时间，（软化开始至硬度泄漏）h;
Ht－原水硬度，当量粒子mmol/L。
2）连续床
3）混合床
二、冷却塔热力计算的设计任务与基本方法
1、基础资料：
1）、冷却水量Q（m3/h）
2）、冷却水进水温度t1（℃）
3）、冷却出进水温度t2（℃）
4）、气象参数：
干球温度θ1（℃）：
当地空气温度θ
湿球温度τ1（℃）或相对湿度（ψ）：
代表了在当地的气温条件下，水通过湿式冷却所能冷却到的最低极限温度。
也即冷却塔出水的理论极限温度。
大气压力P（Pa）
风向、风速
冬季最低气温。
5）、淋水填料试验和运行资料，包括淋水填料热力特性和空气阻力特性
三、循环冷却水系统
1、循环冷却水的水质污染
沉积物－－结垢（无机盐沉淀）
－－粘垢（微生物）
－－污垢（悬浮物、腐蚀剥落物等）
2、要求水质稳定，控制指标：
腐蚀率、污垢热阻
1）、腐蚀率计算：
CL=*（P0-P）/ρFF
式中：
CL--腐蚀率，mm/a
P0—腐蚀前金属重，g
P—腐蚀后金属重，g
ρ—金属密度，g/cm3
F—金属与水接触面积，㎡
t—腐蚀作用时间，h
2）、经水质处理后腐蚀率降低的效果称：
缓蚀率
η=（C0-CL）*100%/C0
C0—循环冷却水未处理时腐蚀率
CL—循环冷却水经处理后腐蚀率
3）、污垢热阻
Rt=1/Kt-1/K0=1/ψtK0-1/K0
式中：
Rt—即时污垢热阻，㎡·
h·
℃/kJ
K0—开始时，传热表面清洁所测得的总传热系数，kJ/㎡·
℃
Kt—循环水在传热面经t时间后所测得的总传热系数，kJ/㎡·
ψt—积垢
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