摘要:城市污水管道作為城市給排水工程很重要的一部分,對城市衛生有十分重大的意義,在現代建筑的各種規約性條件下如何科學、合理的設計城市污水管段,十分重要,本文詳細介紹了城市管段設計的基本方法,據此給出了優化方案并進行了科學的分析。 

關鍵詞:城市污水管道;管段設計;優化方案 

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

中圖分類號:TU99 文獻標識碼:A文章編號:1006-4311(2010)24-0089-01 　 

1優化設計方法的基本思想 

依據現行的《城市排水設計規范》和城市污水排放工程建設操作的基本要求,在污水管道的管徑施工中,要充分考慮到精確性,準確確定管徑的應用要求和基本設計規范。通常我們可以采用常用的均勻流公式來計算,但是這一公式的應用應滿足污水管道管徑、流速、充滿度、埋深、銜接方式等方面的相關約束條件。同時,在施工中,還應充分考慮到管道之間的連接,管徑的長度和寬度等。同時還要增加了一個管徑設計的約束條件,即管道管內的底標高要做適量調整。污水管道管徑的優化設計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計的應用要求的前提下,首先確定排水體制及管網定線,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的前提下,來使用均勻流公式進行管徑、坡度等一系列基本數據的計算。在依次對上游下游各設計管段的計算后,完成一條管道以及整個管網的計算。 

2城市污水管道管徑設計的優化方案 

一般而言,最優化方案的確定要考慮到諸多因素,包括天氣、地質地貌、鋪設條件等因素都可能對管道管徑的設計方案產生影響。然而由于管道管徑的可選擇尺寸在實際施工中可能變化,因此在此基礎上,通過最優化計算得出最優解往往不能與實際施工情況相符,這樣就造成了施工的困難,不能任意的選擇管徑,對最大充滿度的限制一般又與管徑大小有關。所以對最小設計流速、流速變化的計算及其與管徑之間的各種約束條件的估計等都是很復雜的工作,對這些變量的估計不可能用一個簡單的數學公式來描述和確定,這樣也就很難建立一個完整的以最優化問題為目標的數學模型。 

直接優化法與后者相比,有著不同的特點。它是根據管道管徑性能的指標的變化,確定目標函數,這個目標函數可以用來為各方案提供一個統一的可操作的標準,通過直接優化法對各種方案或可調參數的選擇、計算和比較,來得到最優解或滿意解。因此,在優化城市污水管道管段設計的計算方案中,既要盡量減少每一設計管段管徑的工程造價,更要有全局觀,通過最優解來降低工程設計成本以減少整個管網的工程造價為總目標。為此,在對各管段的設計參數進行優化選擇的同時,為了全局的利益,增加人機對話功能,以加強設計人員對管網計算的宏觀控制與局部干預,使各管段設計參數優化選擇服從盡可能降低整個管網工程總造價這個全局目標。以下筆者將介紹城市污水管道管徑設計中的一些注意事項,并對優化方案進行分析。 

3城市污水管道管段設計方案的擬定和分析 

在城市污水管道的設計中有如下幾個因素應該引起設計者和施工人員的注意,這幾個因素對城市污水管道管徑設計和應用有著重要的影響,下面筆者做逐一分析: 

3.1 城市污水管道管段流速的設計由于污水管道的埋深對工程造價具有最重要的影響,因此管道鋪設深度和管徑尺寸的選擇十分重要,在一定的規約條件下,決定管道埋深大小的唯一直接因素是鋪設管道的確定坡度,這一參量的確定對管道埋深有重要的影響。而從城市污水管道計算經常采用的均勻流計算公式來看,當水力半徑不變,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最小管徑的管底坡度規定以外,尚沒有對管底坡度大小做出任何的具體規定,因而無法以管底坡度作為優化方案選擇的主要變量。而關于設計城市污水管道的流速,約束條件也很多,只有在滿足所有設計流速的約束條件的前提下,通過科學計算選擇一個盡可能最小的設計流速,才能對各項參數作出正確的優化選擇,這在優化施工程序的設計方案中也很容易實現。 

3.2 城市污水管道管段充滿度的設計在城市污水管道設計中,減小管徑也能減小管材與給排水工程造價。從上述闡述中,我們發現盡可能選擇一個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,并沒有對管徑大小的具體要求,而對設計充滿度卻有嚴格的規定,因而無法直接選取一個最優管徑來滿足有關約束條件。如果在已知設計流量并初步確定了流速的情況下,選擇一個盡可能接近最大設計充滿度的管徑,則該管徑就是該條件下可以選擇的最小管徑。 

3.3 城市污水管道設計中的南北差異城市污水管道的設計是一項全面而又細致的工作,除了要充分、準確的對影響施工的技術因素如充滿度、埋深、流速等進行計算和評估外,還要考慮施工所在地的管道鋪設的地理條件和氣候條件,尤其是氣候條件,不得不引起管道管段設計人員和施工者的注意,南方的氣候溫暖濕潤,地質條件較好,土壤季節溫差小,這些氣候條件都有利于管道的鋪設,若在北方則不然,北方大多數地區晝夜溫差大,土壤冬季干燥,在管道的設計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北方城市管道的防凍能力做出評估,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條件相比北方,對管道鋪設有著得天獨厚的優勢,溫差小,地表溫度常年恒定,因此設計和鋪設城市污水管道對氣候因素和環境條件的要求相對較低。因此對管道管段施工中的南北差異要認真分析,才能更好的優化設計方案。 

總之,城市污水管道管段設計是給排水工程中的重大課題,要充分考慮到管道管段設計中的各類因素,進行精密和科學的計算和統籌,才能更好的優化設計方案,解決管道管段施工中的可能遇到的實際問題。 

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