摘要:城市污水管道作為城市給排水工程很重要的一部分,對(duì)城市衛(wèi)生有十分重大的意義,在現(xiàn)代建筑的各種規(guī)約性條件下如何科學(xué)、合理的設(shè)計(jì)城市污水管段,十分重要,本文詳細(xì)介紹了城市管段設(shè)計(jì)的基本方法,據(jù)此給出了優(yōu)化方案并進(jìn)行了科學(xué)的分析。 

關(guān)鍵詞:城市污水管道;管段設(shè)計(jì);優(yōu)化方案 

Key words: urban sewage pipeline;pipeline section desing;optimization scheme 

中圖分類號(hào):TU99 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1006-4311(2010)24-0089-01 　 

1優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的基本思想 

依據(jù)現(xiàn)行的《城市排水設(shè)計(jì)規(guī)范》和城市污水排放工程建設(shè)操作的基本要求,在污水管道的管徑施工中,要充分考慮到精確性,準(zhǔn)確確定管徑的應(yīng)用要求和基本設(shè)計(jì)規(guī)范。通常我們可以采用常用的均勻流公式來(lái)計(jì)算,但是這一公式的應(yīng)用應(yīng)滿足污水管道管徑、流速、充滿度、埋深、銜接方式等方面的相關(guān)約束條件。同時(shí),在施工中,還應(yīng)充分考慮到管道之間的連接,管徑的長(zhǎng)度和寬度等。同時(shí)還要增加了一個(gè)管徑設(shè)計(jì)的約束條件,即管道管內(nèi)的底標(biāo)高要做適量調(diào)整。污水管道管徑的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的基本思想是指在滿足給排水工程約束條件和城市污水工程管道設(shè)計(jì)的應(yīng)用要求的前提下,首先確定排水體制及管網(wǎng)定線,然后以管道管徑的充滿度和流速為主要變量,最大限度的降低工程造價(jià)的前提下,來(lái)使用均勻流公式進(jìn)行管徑、坡度等一系列基本數(shù)據(jù)的計(jì)算。在依次對(duì)上游下游各設(shè)計(jì)管段的計(jì)算后,完成一條管道以及整個(gè)管網(wǎng)的計(jì)算。 

2城市污水管道管徑設(shè)計(jì)的優(yōu)化方案 

一般而言,最優(yōu)化方案的確定要考慮到諸多因素,包括天氣、地質(zhì)地貌、鋪設(shè)條件等因素都可能對(duì)管道管徑的設(shè)計(jì)方案產(chǎn)生影響。然而由于管道管徑的可選擇尺寸在實(shí)際施工中可能變化,因此在此基礎(chǔ)上,通過(guò)最優(yōu)化計(jì)算得出最優(yōu)解往往不能與實(shí)際施工情況相符,這樣就造成了施工的困難,不能任意的選擇管徑,對(duì)最大充滿度的限制一般又與管徑大小有關(guān)。所以對(duì)最小設(shè)計(jì)流速、流速變化的計(jì)算及其與管徑之間的各種約束條件的估計(jì)等都是很復(fù)雜的工作,對(duì)這些變量的估計(jì)不可能用一個(gè)簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)公式來(lái)描述和確定,這樣也就很難建立一個(gè)完整的以最優(yōu)化問(wèn)題為目標(biāo)的數(shù)學(xué)模型。 

直接優(yōu)化法與后者相比,有著不同的特點(diǎn)。它是根據(jù)管道管徑性能的指標(biāo)的變化,確定目標(biāo)函數(shù),這個(gè)目標(biāo)函數(shù)可以用來(lái)為各方案提供一個(gè)統(tǒng)一的可操作的標(biāo)準(zhǔn),通過(guò)直接優(yōu)化法對(duì)各種方案或可調(diào)參數(shù)的選擇、計(jì)算和比較,來(lái)得到最優(yōu)解或滿意解。因此,在優(yōu)化城市污水管道管段設(shè)計(jì)的計(jì)算方案中,既要盡量減少每一設(shè)計(jì)管段管徑的工程造價(jià),更要有全局觀,通過(guò)最優(yōu)解來(lái)降低工程設(shè)計(jì)成本以減少整個(gè)管網(wǎng)的工程造價(jià)為總目標(biāo)。為此,在對(duì)各管段的設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化選擇的同時(shí),為了全局的利益,增加人機(jī)對(duì)話功能,以加強(qiáng)設(shè)計(jì)人員對(duì)管網(wǎng)計(jì)算的宏觀控制與局部干預(yù),使各管段設(shè)計(jì)參數(shù)優(yōu)化選擇服從盡可能降低整個(gè)管網(wǎng)工程總造價(jià)這個(gè)全局目標(biāo)。以下筆者將介紹城市污水管道管徑設(shè)計(jì)中的一些注意事項(xiàng),并對(duì)優(yōu)化方案進(jìn)行分析。 

3城市污水管道管段設(shè)計(jì)方案的擬定和分析 

在城市污水管道的設(shè)計(jì)中有如下幾個(gè)因素應(yīng)該引起設(shè)計(jì)者和施工人員的注意,這幾個(gè)因素對(duì)城市污水管道管徑設(shè)計(jì)和應(yīng)用有著重要的影響,下面筆者做逐一分析: 

3.1 城市污水管道管段流速的設(shè)計(jì)由于污水管道的埋深對(duì)工程造價(jià)具有最重要的影響,因此管道鋪設(shè)深度和管徑尺寸的選擇十分重要,在一定的規(guī)約條件下,決定管道埋深大小的唯一直接因素是鋪設(shè)管道的確定坡度,這一參量的確定對(duì)管道埋深有重要的影響。而從城市污水管道計(jì)算經(jīng)常采用的均勻流計(jì)算公式來(lái)看,當(dāng)水力半徑不變,管底坡度與流速的平方成正比,即管底坡度越低,流速越慢。為此減小流速能更大幅度地減小管底坡度和埋深。另一方面,在前面的約束條件中除了對(duì)最小管徑的管底坡度規(guī)定以外,尚沒有對(duì)管底坡度大小做出任何的具體規(guī)定,因而無(wú)法以管底坡度作為優(yōu)化方案選擇的主要變量。而關(guān)于設(shè)計(jì)城市污水管道的流速,約束條件也很多,只有在滿足所有設(shè)計(jì)流速的約束條件的前提下,通過(guò)科學(xué)計(jì)算選擇一個(gè)盡可能最小的設(shè)計(jì)流速,才能對(duì)各項(xiàng)參數(shù)作出正確的優(yōu)化選擇,這在優(yōu)化施工程序的設(shè)計(jì)方案中也很容易實(shí)現(xiàn)。 

3.2 城市污水管道管段充滿度的設(shè)計(jì)在城市污水管道設(shè)計(jì)中,減小管徑也能減小管材與給排水工程造價(jià)。從上述闡述中,我們發(fā)現(xiàn)盡可能選擇一個(gè)較小的污水管道管徑在工程施工中也是十分必要的。但是,在具體的約束條件下,除了最小管徑外,并沒有對(duì)管徑大小的具體要求,而對(duì)設(shè)計(jì)充滿度卻有嚴(yán)格的規(guī)定,因而無(wú)法直接選取一個(gè)最優(yōu)管徑來(lái)滿足有關(guān)約束條件。如果在已知設(shè)計(jì)流量并初步確定了流速的情況下,選擇一個(gè)盡可能接近最大設(shè)計(jì)充滿度的管徑,則該管徑就是該條件下可以選擇的最小管徑。 

3.3 城市污水管道設(shè)計(jì)中的南北差異城市污水管道的設(shè)計(jì)是一項(xiàng)全面而又細(xì)致的工作,除了要充分、準(zhǔn)確的對(duì)影響施工的技術(shù)因素如充滿度、埋深、流速等進(jìn)行計(jì)算和評(píng)估外,還要考慮施工所在地的管道鋪設(shè)的地理?xiàng)l件和氣候條件,尤其是氣候條件,不得不引起管道管段設(shè)計(jì)人員和施工者的注意,南方的氣候溫暖濕潤(rùn),地質(zhì)條件較好,土壤季節(jié)溫差小,這些氣候條件都有利于管道的鋪設(shè),若在北方則不然,北方大多數(shù)地區(qū)晝夜溫差大,土壤冬季干燥,在管道的設(shè)計(jì)和施工中要更多的考慮到氣候的因素,因此在城市污水管道的施工中要對(duì)北方城市管道的防凍能力做出評(píng)估,在非恒溫條件下保證管道管段的順利暢通和使用。而南方的氣候條件和地理?xiàng)l件相比北方,對(duì)管道鋪設(shè)有著得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì),溫差小,地表溫度常年恒定,因此設(shè)計(jì)和鋪設(shè)城市污水管道對(duì)氣候因素和環(huán)境條件的要求相對(duì)較低。因此對(duì)管道管段施工中的南北差異要認(rèn)真分析,才能更好的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。 

總之,城市污水管道管段設(shè)計(jì)是給排水工程中的重大課題,要充分考慮到管道管段設(shè)計(jì)中的各類因素,進(jìn)行精密和科學(xué)的計(jì)算和統(tǒng)籌,才能更好的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案,解決管道管段施工中的可能遇到的實(shí)際問(wèn)題。 

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