计算自流供水管道的管径时, 需要把曼宁公式和连续性方程放在一起同时进行求解, 整个过程一共分成三个部分来做: 第一部分是要先确定用于设计的流量是多少, 第二部分是把数值代入到公式里面去求出管径的大小, 第三部分是要对水流速度以及摩阻系数进行校准和核对, 下面是完整可用的公式内容、各项参数应该取用的数值范围以及具体的计算例子, 大家可以直接照着这个步骤来套用。
核心公式
（1）曼宁公式（求流速）：
v = (1/n) × (d/4)^(2/3) × i^(1/2)
式子中的意思是这样子解释的, v指的是管里面的平均流速, 它的单位是米每秒, n叫作曼宁粗糙系数, 这个东西是没有单位的, d代表管内径, 单位是米, i表示水力坡度, 这个也没有单位, 它等于沿程水头损失除以管长, 在满管的圆管流动情况当中, 水力半径R就等于d除以4。
（2）连续性方程：
流量等于圆周率除以四之后再乘以直径的平方, 然后再乘以流速。
（3）把那些条件加起来之后, 能够管径的这个实用公式就被列出来了:
d 应该被定义为三又八分之二次方, 这个值等于十一乘上十八点八四乘以 Q 再乘以 n,然后把得到的结果除以 PI 乘以 i 的算术平方根。
你可以直接把变量Q自流供水管径计算, 它的单位是立方米每秒,还有变量n以及变量i这三个数值代入到公式里面去自流供水管径计算, 这样就能算出管道的直径是多少米了, 接着你需要把这个计算出来的结果向上调整成一个符合标准的公称管径。
关键参数取值
水力坡度i是取决于地形的状况, 在自流供水的场景下经常会使用0.5%到2%这个范围内的取值。如果坡度过小的话, 就需要增加管道的直径来满足需求。要是坡度过大的话, 就会造成高差的资源浪费。
这些参数是根据《室外给水设计标准》这一文件里的第5章规定来确定的, 这个文件的编号是GB 50013-2018, 同时, 这些参数也是依据《建筑给水排水设计标准》这一文件中的第5章内容而设定的, 这份文件的编号为GB 50015-2019。
计算步骤与示例
步骤 1：确定设计流量 Q
这要根据具体的用水对象来进行计算, 在这个例子当中选取的数值为Q等于0.15立方米每秒。
步骤 2：代入公式求管径
已知混凝土管道曼宁系数n为0.014, 地形允许坡度i为百分之2也就是0.02。
d = [ (11.84 × 0.15 × 0.014) / (π × √0.02) ]^(3/8)
= [ 0.02486 / 0.1405 ]^(3/8)
= 0.177^0.375
大约是零点五二二米。
对数值进行向上的取整处理, 最终得到的结果是DN500。
步骤 3：校核流速与摩阻
流量V等于Q除以括号内的数值, 这个数值的计算方法是圆周率π除以4再乘以直径d的平方, 也就是约等于0.785乘以0.25, 最终得到的结果大约是每秒钟0.77米。
当流速落在混凝土管的经济区间,也就是零点七到一点四米每秒之内时大城群众说事, 管径是合适的。然后再对全管路摩阻损失之和进行复核, 看它是否小于起点与终点的可利用高差。如果发现这个数值超出范围, 那么就需增大管径或者缩短管长。
注意事项
1. 自流供水的情况是没有外力推动的, 压力的来源全部都是地形高度的差异。先计算出管子的直径, 然后必须再检查一遍: 整个管道的摩擦阻力损失加上局部的水头损失, 这两个数加起来是不是一定要小于或者等于可以用的那部分高差, 如果这个条件不满足的话, 最后面的用水地点就会出现水不够用的问题。
2. 对于多段串联的管道来说, 每一部分的管径都可以是不相同的, 而且我们需要注意相邻的那部分它们之间的流速差别最好是能够保持在零点五米每秒这个数值范围里面, 这样做的目的就是为了防止水锤现象的发生。
3. 如果是老铸铁管或者发生锈蚀的钢管, n值应当把上限取用出来, 也就是取值在零点零二到零点零二四之间, 要不然管径的计算结果就会被算得偏小, 从而致使实际的流速超过标准。
4. 将计算的结果, 往上取整到标准的管径大小, 像是DN50、100、150、200、300、400、500、600、800、1000等等这些东西。具体实际采用的时候, 就要去选择那个比计算出来的数值还要高一级的标准直径来使用。
5. 对于局部出现的弯头以及阀门还有三通关件等每一个单独的部件, 都要按照零点五米到一点零米这个范围的水头损失来进行估算工作, 并且要把这个估算的结果计入到总摩阻的复核过程之中。
