(2)设计标准没有考虑管道特性(如管道形状和尺寸、糙率)。近年来，随着新材料的开发与推广应用，越来越多的城市排水系统应用了PVC管、内衬管，新型材料的糙率值一般远小于传统的钢筋混凝土管，不仅减小了水头损失、增加了排水能力，同时也增加了管道的输沙能力。从近来对排水管道泥沙运动的最新研究成果来看，管道的形状和尺寸也对输沙能力有较大影响。不考虑排水管道的特性，用一固定的值作为控制标准是不合适的。
(3)以固定的最小流速值作为设计中的控制条件是基于一定的经验而来的，没有坚实的理论和实践依据，具有一定的任意性。
事实上，因为设计及管理等方面的原因，世界各地的排水管道几乎都存在程度不一的泥沙淤积现象。上海市为防止排水管道淤堵，避免影响雨季正常排水，有关部门平均每年要对城市排水管道清淤2～3次，大型管道一般2～3年清淤一次；有些中小型管道甚至每月就要清淤1～2次。即使如此，1999年6月间两场大暴雨仍造成上海市城区大面积积水，其原因之一应当归结于排水管道泥沙淤积，使输水能力降低。法国科研人员对马赛罗(Marseilles)高度在1.25m以上的排水管道系统进行研究，其中泥沙淤积厚度超过30cm的管段就有8km以上［4］。
因此，有必要对排水管道中的泥沙运动规律进行研究，以提出更为合理的设计准则，防止排水管道存在较大程度的泥沙淤积。
1 排水管道泥沙运动研究综述
第一次对排水管道泥沙运动的系统研究是50年代在美国衣阿华(lowa)大学进行的，Laursen综合了Craven和Ambrose等人的研究成果，提出了满管流中联合应用摩擦方程和泥沙运动方程求解，从而既能确定排水管道流量，又能确定水流输沙能力。通过泥沙运动方程表达了不淤条件下最大输沙能力的临界条件，并意识到单一流速准则应用于不同的泥沙条件和管径的排水管道是存在问题的［5］。
直至70年代，排水管道的泥沙运动问题又一次引起很多科研人员的关注，进行了深入的模型试验和现场实测研究，取得了大量成果。这些研究中以Nalluri等人在Newcastle upon Tyne大学、May等人在Wallingford水力研究院进行的系统研究、以及Ackers将Ackers-White明渠泥沙运动理论应用于排水管道泥沙运动最具有代表性。
我国对排水管道泥沙运动问题的研究鲜有报道，室外设计规范的解释中提到的个别试验研究似乎只是对泥沙启动流速进行的，没提出试验的条件。解释中提出大管径管道不一定比小管径管道需要更大的流速，此观点更值得商榷［6］。
以下对近年来的主要研究成果作一概述。
1.1 Nalluri等人的研究成果
Novak和Nalluri(1978)通过对圆形管道中泥沙的启动和不淤情况下底沙运动规律进行模型试验，根据一定的理论分析和数据处理，得出泥沙启动流速公式为［7］：
 (1)
式中vc——泥沙启动流速；
d——泥沙中值粒径；
R——管道水力半径，圆形管道R＝D/4；
D——管径；
g——当地重力加速度；
s——泥沙相对重度差，s＝(γs-γ)/γ＝(ρs-ρ)/ρ；
γs(ρs),γ(ρ)——分别为泥沙和水的重度(密度)。
临界不淤流速为：
 (2)
式中vs——临界不淤流速；
λ——沿程阻力系数；
Cv——泥沙体积浓度。
注：公式形式多为无量纲形式，因此对各参数没有单位的要求，只要公式中各参数单位保持一致即可。
Nalluri和Alvarez(1992)在直径154mm和302mm的管道里，利用人工粘性模型沙，进行了粘性对泥沙运动的影响试验，试验为具有泥沙底床的情况［8］。得出结论认为，粘性泥沙一旦启动，粘性底床结构被破坏，则粘性泥沙颗粒运动与非粘性泥沙相似，也就是说非粘性沙运动方程可以应用于污水管道的泥沙中。但同时试验成果也表明，粘性对启动时要求的拖曳力影响很大，大大超过非粘性沙启动时的要求。淤积在表面的细颗粒泥沙，启动所需托曳力值为2.5N/m2；下层更大颗粒所需拖曳力值为6N/m2～7N/m2。对试验数据进行多元回归分析，Alvarez(1990)在其博士论文中提出了如下方程：
非粘性沙
 (3)
式中Rb——考虑泥沙底床的水力半径；
λsb——考虑泥沙底床的沿程阻力系数；
τb——考虑泥沙底床的拖曳力。
粘性沙
 (4)
Ab.Ghani(1993)的博士论文中，通过分析底沙运动，提出临界不淤流速方程为［9］：
 (5)
式中Dgr——无量纲粒径， ；
λs——总沿程阻力系数。
λs＝1.13λ0.98C0.02vD0.01gr (6)
他根据在305mm管径管道中进行的具有固定泥沙底床的模型试验，分析了具有泥沙底床的泥沙运动方程，通过对Alvarez提出的公式进行变形，得到：
 (7)
λsb＝6.6λ1.45s (8)
 (9)
式中b——泥沙底床宽；
y0——水深。
进一步将方程应用于Alvarez、Mayerle、Ab.Ghani等人的试验数据综合比较，认为式(7)对有、无泥沙底床的管道均适用。当应用于无底床的临界不淤流速计算时，将式(7)和式(9)中的b值用下式代入：
b＝0.5D
将b代入式(7)后，可简化为：
 (10)
从Ab.Ghani的研究也可看出，他认为排水管道中底床厚度t在t/D值为10%～15%为最佳。
Nalluri和Spaliviero(1998)通过收集和整理Pulliah、Macke、Arora等悬沙模型试验数据，经多元回归分析，得出临界不淤条件下悬沙运动方程［10］：
 (11)
式中λs用式(9)。
同时也用收集的数据对Nalluri(1994)的底沙运动方程式(7)进行比较，认为此式不仅适用于底沙运动，也适用于悬沙运动。
1.2 May等人的研究成果
May(1982)用直径77mm、158mm的光滑管及229mm的混凝土管进行了管道底沙运动规律的试验研究，提出了下式：
  (12)
其中，vc采用Novak和Nalluri的成果式(1)。对粗糙管，vc修正为：
 (13)
对管道中存在小的泥沙底床情况(如t/D＝0.01)，May建议对满管流采用下式：
 (14)
后来，May(1993)又提出了具有泥沙底床的方程，为：
 (15)
式中η——具有连续泥沙底床时的输沙效率参数；
θ——颗粒雷诺数有关的过渡系数；
λg——对颗粒拖曳力的阻力系数。
May(1995)通过对各家试验数据的比较，进一步修正了底沙运动方程，提出与试验数据更吻合的方程［11］：
 (16)
其中  (17)
Nalluri、El-Zaemey和Chan(1997)对May于1989年提出的公式(与式(12)近似)进行了修正，使用了El-Zaemey对固定淤床管道泥沙运动的模型试验数据，修正的公式与试验成果吻合［12］。公式为：
 (18)
其中  (19)
λs用式(9)计算。
1.3 Ackers等人的研究成果
Ackers和White(1973)在对明渠泥沙运动的研究中，广泛收集前人的试验资料，整理得到一千组次水槽试验成果，以此为基础，在Bagnold的基本概念的指导下，写出某些无量纲参数之间的函数关系，然后进行回归分析，求出函数的具体形式［13］。Ackers-White公式是包括底沙和悬沙在内的全沙挟沙能力公式，是目前国际上通用的几组明渠泥沙运动公式之一，并得到一定的明渠现场实测资料的验证。Ackers(1984，1991)对Ackers-White公式进行了数学变形，根据管道具体情况进行了一定的修正，提出了下述用于管道泥沙运动的公式［14］：
 (20)
 (21)
 (22)
其中，当Dgr＞60(粗沙，对天然沙，约大于2mm)
n＝0
Agr＝0.17
m＝1.78
C＝0.025
当1＜Dgr＜60(过渡沙，对天然沙，约为0.06mm～2mm)
We为有效输沙宽度。对于无泥沙底床临界不淤条件，We＝10d；具有小高度泥沙底床(t/D约为1%)，We＝0.04D。
2 排水管道泥沙运动方程的分析
2.1 排水管道泥沙运动方程的比较与分析
对上述排水管道泥沙运动方程进行分析，选择了近年最具有代表性的公式。分别为式(7)Nalluri-Alvarez(1990)公式，取b＝0.5D；式(5)Nalluri-Ab.Ghani(1993)公式；式(12)May(1982)公式；式(16)May(1995)公式；式(18)Nalluri等修正的May公式(1997)；式(20)Ackers公式，分别取We＝10d、We＝0.04D。
取污水管、合流管道较为适中的情况分别应用诸公式计算不同管径所要求的最小流速，分析中取泥沙中值粒径为0.3mm、重度为2.0t/m3、泥沙重量浓度为200mg/L，管道按混凝土管考虑，糙率取0.014，利用谢才和曼宁公式可计算阻力系数λ：
 (23)
式中n——管道糙率。
按满管流和非满管流(水深y＝0.5D)两种情况计算，计算的不同管径所要求的最小流速分别见图1和图2。式(18)计算的流速明显偏大，不合理，图中舍去，不再分析。如当满管流、管径为4m时，按式(18)计算的流速居然高达21m/s。估计公式拟合仅是适合所取El-Zaemay的试验数据，不具有普遍性。
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