淺論小區(qū)管網(wǎng)的優(yōu)化設計

1、<p>　　淺論小區(qū)管網(wǎng)的優(yōu)化設計</p><p>　　【摘要】：摘要: 隨著城市建設的發(fā)展，污水的排放問題也逐漸凸顯出來，雖然給排水管網(wǎng)的設計與施工都有了長足的進步，但在現(xiàn)狀中排水管網(wǎng)設計及建設過程中仍存在不少的問題，影響城市小區(qū)內(nèi)的排水暢通。本文結(jié)合當前小區(qū)污水管網(wǎng)的優(yōu)化設計問題，主要就設計埋深及坡度等進行了簡要的分析與探討。 </p><p>　　【關鍵詞】：小區(qū)；管網(wǎng)；優(yōu)

2、化設計 </p><p>　　中圖分類號： TU996.7+2文獻標識碼： A 文章編號： </p><p><b>　　引言 </b></p><p>　　污水管網(wǎng)的優(yōu)化設計主要包括兩個方面的內(nèi)容：（1）管線平面布置的優(yōu)化選擇；（2）在管線平面布置已定情況下進行管道參數(shù)的優(yōu)化。小區(qū)污水管網(wǎng)建設方案優(yōu)劣的影響因素眾多，從理論和實踐上看，可將這些

3、影響因素歸納為經(jīng)濟、施工、維護管理、安全等四類．這些因素之間相互聯(lián)系，相互制約，共同作用于污水管網(wǎng)的建設。如何做好這四個方面的合理安排，保證管網(wǎng)系統(tǒng)安全高效經(jīng)濟的運行，加大了污水管網(wǎng)建設方案的取舍。尤其是埋深，在一定的范圍內(nèi)對安全性和經(jīng)濟性的作用是相對的。埋深加大會增加管網(wǎng)造價，其經(jīng)濟性變差，但是同時安全性提高。于是在進行多方案比較時，如何選擇一個最優(yōu)的方案成為設計研究人員需要考慮的重要問題。 </p><p>

4、　　1管網(wǎng)優(yōu)化設計的優(yōu)化方法及內(nèi)容 </p><p>　　1.1管網(wǎng)優(yōu)化方法 </p><p>　　最優(yōu)化的理論是一門應用非常廣泛的科學，尋求問題最優(yōu)解的計算方法，研究這些方法理論性質(zhì)及實際的表現(xiàn)。近些年來，隨著計算機技術的高速發(fā)展和更多優(yōu)化方法的出現(xiàn)，優(yōu)化的工具和手段都有了很大的進步，設計人員在工程實踐中多采用的優(yōu)化方法通常有以下幾種： </p><p>　　直覺

5、優(yōu)化法：直覺優(yōu)化又分判斷性優(yōu)化和選擇性優(yōu)化。前者是設計者根據(jù)經(jīng)驗和直覺，不需要通過分析計算就做出判斷性選擇的一種方法；后者是設計者在設計過程中根據(jù)有限的幾個方案，經(jīng)初步的分析計算，選擇其中最佳者的一種方法。直覺優(yōu)化方法是重要的、簡易的方法，但它多取決于設計者豐富的設計技藝及經(jīng)驗判斷的推理能力。 </p><p>　　數(shù)值計算優(yōu)化法：數(shù)值計算優(yōu)化是指用數(shù)學方法來求得最優(yōu)方案的方法。由于現(xiàn)在的計算機技術的發(fā)達，現(xiàn)代的

6、數(shù)值計算優(yōu)化都是通過計算機的數(shù)值計算作為其主要的特征。 </p><p>　　價值分析優(yōu)化法：價值分析優(yōu)化法首先應需要建一個價值表，列出各項指標的經(jīng)濟或技術價值，然后根據(jù)各項的指標的重要程度引入權系數(shù)，再計算出各種方案的各項指標的使用價值，統(tǒng)計出各個方案的總使用價值，其數(shù)值最大者，即為最優(yōu)的方案。 </p><p>　　試驗優(yōu)化法：當對設計對象的機理不很清楚、或?qū)ζ渲圃炫c施工經(jīng)驗不足、各個

7、參數(shù)對設計指標的主次影響難以分清時，試驗優(yōu)化是一種可行的優(yōu)化設計方法。根據(jù)模型試驗所得的結(jié)果，可以尋找出最優(yōu)方案。 </p><p>　　1.2管網(wǎng)平面布局的優(yōu)化設計 </p><p>　　污水管網(wǎng)平面布置的優(yōu)化設計的原則是管線最短、管道的工程量最小，水流通暢。正確定線是優(yōu)化設計污水管網(wǎng)的首要條件，對不同定線方案的優(yōu)化選擇更具有實用價值。對于某一污水管網(wǎng)平面布置方案是否是最優(yōu)，取決于該管網(wǎng)

8、平面布置方案管徑與坡度（埋深）優(yōu)化設計的計算結(jié)果，因此，已定管線下的優(yōu)化設計計算是進行平面優(yōu)化布置的基礎，兩者密不可分的。目前國內(nèi)在平面布局優(yōu)化方面已經(jīng)取得了一定的成果。如陳森發(fā)的優(yōu)化樹法、程奕等的決策圖法等。 </p><p>　　1.3管道的參數(shù)優(yōu)化設計 </p><p>　　管道的參數(shù)優(yōu)化是指在已定管線下的污水管道上，主要是埋深和管徑以及不同管段間的設計參數(shù)上的優(yōu)化設計問題。對于某一

9、設計的管段，當其流量大小確定后，滿足設計規(guī)范要求的埋深與管徑有許多種的組合。在這些設計組合中，如果選擇的管徑比較大，則管道坡度小，管道埋深淺，施工的費用低而管材的費用高：反之會施工的費用高而管材的費用低。因此，對于一段設計管段而言，總存在一組埋深和管徑的組合，使其投資費用最省。但對于一段比較長而管徑大的大型污水管，隨著埋深的增加，埋深造價將急劇增高，此時選擇較小的坡度和較大的管徑是有利的。例如，某工地管徑600mm的管道，其埋深5米時工

10、程的造價是埋深3米時的3倍多。對于在管線平面布置已定情況下進行管道參數(shù)的優(yōu)化設計問題，國內(nèi)外做了大量工作，取得了很大的成就。 </p><p>　　2影響管道優(yōu)化的主要因素 </p><p>　　污水管道系統(tǒng)的影響因素對管網(wǎng)建設影響的各方面，可以將污水管網(wǎng)系統(tǒng)分為四個評價指標，經(jīng)濟、安全、施工和維護管理。污水管道工程的造價主要與排水管道管徑、埋深、管材、坡度有很大關系，同時也與檢查井數(shù)量、

11、基礎處理有關，尤其是在地質(zhì)條件不太好。對地基處理要求較高的地區(qū)。在此我們在埋深及坡度兩個主要方面作主要分析。 </p><p><b>　　（1）埋深 </b></p><p>　　管道的內(nèi)壁底到地面的距離稱之為管道的埋深深度，即埋深。就一般而言，排水管網(wǎng)的所用的費用約占排水工程總投資量的50％~75％，而構(gòu)成排水管道造價的溝槽支撐、管基處理、溝槽開挖與回填、管道鋪設

12、及地下水排除等各部分的比重與管道埋深關系尤為密切。因此，合理地確定管道埋深對于降低工程造價是非常重要的，在地形不利、土質(zhì)較差的地區(qū)，若能想方設法減小管道的埋深，對于節(jié)省工程投資則更為明顯。 </p><p>　　設計地區(qū)的水文地質(zhì)、地形及工程地質(zhì)等條件是影響處理管徑、埋深與造價關系的重要因素，而其中地形條件為主要的因素。當?shù)匦伪容^陡時，易出現(xiàn)敷設的管道坡度小于地面坡度的情況，此時應選用比較小的管徑，以便適當?shù)募哟?/p>

13、管坡，滿足管道的最小的覆土厚度要求，同時還可以避免設置跌水井，又可節(jié)省污水管道的基建費用；當?shù)匦伪容^有利時，即管道走向坡度與地面坡度大致相同，應盡量使污水管道與地面平行敷設，增加埋深的穩(wěn)定安全性；當?shù)匦纹教够虻靥幠嫫露螘r，易出現(xiàn)敷設的管道坡度大于地面坡度的情況，此時宜采用較大些的管徑，以盡量減小管道的坡度，達到減小管道埋深的目的，減少管網(wǎng)造價。當由于地形或其它的綜合因素而導致管網(wǎng)的高程選擇極為不利時，則應當合理地確定對整個排水管網(wǎng)埋深起

14、控制作用的控制點的位置。合理控制管網(wǎng)的費用。 </p><p>　　溝槽開挖量的大小最為直接聯(lián)系的就是管道埋深的大小，其施工費用大約占了整個管網(wǎng)建設費用的一半，降低污水管網(wǎng)的埋深能夠有效的降低管網(wǎng)造價。而對整個排水管網(wǎng)的埋設深度起控制作用的控制點，其起始的埋設深度對整個管網(wǎng)起到?jīng)Q定性的作用，故一般排水管網(wǎng)的控制點通常是設置在距離出水口最遠的地勢低洼的地區(qū)或具有相當埋深的工廠污水排出口?？刂泣c高程的確定應當依據(jù)設計

15、區(qū)的豎向規(guī)劃，保證排水管網(wǎng)內(nèi)各處污水均能流暢排除，且應顧及今后未來的發(fā)展，在埋深上要適當?shù)牧粲杏嗟?；但也不能為了照顧個別控制點而增加整個管網(wǎng)系統(tǒng)的埋深?？梢暪こ虒嶋H條件因地制宜地采用一些特殊處理措旌，如回填土提高地面標高、加強管材強度等，以保證管道的最小覆土厚度。 </p><p><b>　?。?)管坡 </b></p><p>　　在進行污水管道管網(wǎng)系統(tǒng)設計時，通

16、常是將管道敷設的坡度與設計地區(qū)的地面坡度基本保持一致，保證管道埋深穩(wěn)定，利于施工的同時也降低了管網(wǎng)的造價。在地勢平坦或管道走向與地面坡度相反時，應盡量減小管道敷設的坡度，避免由于管坡的加大而導致管道的埋深太大，造成管網(wǎng)工程造價的提高。由污水管的水力學計算公式可知，設計坡度與水力半徑的4/3次方成反比，與設計流速的平方成正比。水力半徑是過水斷面與濕周的比值，因此不同管徑的污水管道有著不同的最小設計坡度。管徑相同的管道，充滿度的不同，其最小

17、坡度也是不同的。在給定的設計充滿度下，通常采用放大污水管徑的方法來降低管道坡度，從而使管道埋深不致過大，造成管網(wǎng)造價的升高。如規(guī)范規(guī)定管徑為300mm的污水管道其最小設計坡度為0．0022，而管徑為400mm的污水管道其最小設計坡度為O．0015，顯然管坡同樣也是一個負向量，坡度的變大通常會導致管道埋深加大，從而使管網(wǎng)的造價變高。 </p><p><b>　　結(jié)束語 </b></p&

18、gt;<p>　　小區(qū)管網(wǎng)的優(yōu)化設計對于管網(wǎng)能夠安全高效的工作具有重要的意義。合理的選擇埋深，覆土厚度及管道坡度能購極大地減少工程造價，提高排水的安全穩(wěn)定性，使污水管網(wǎng)的設計得以進一步優(yōu)化。為排水管網(wǎng)的全局優(yōu)化提供了一種有效的方法。 </p><p><b>　　參考文獻： </b></p><p>　　[1]陳森發(fā)，朱德炯，顧興富，等．城市排水管網(wǎng)系統(tǒng)

19、布局的優(yōu)化設計[J]．運籌與管理，1997，6(2)：38—42． </p><p>　　[2]伊學農(nóng)，劉遂慶．節(jié)點遞歸算法用于污水管網(wǎng)的優(yōu)化設計[J]．中國給水排水，2002，18(10)：58—60． </p><p>　　[3]周玉文，趙洪賓．排水管網(wǎng)理論與計算[M]．北京：中 </p><p>　　[4]趙梁紅．關于綜合評判法中確定因素隸屬度的兩種方法陰．紹