淺論小區(qū)管網的優(yōu)化設計

1、<p>　　淺論小區(qū)管網的優(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，雖然給排水管網的設計與施工都有了長足的進步，但在現狀中排水管網設計及建設過程中仍存在不少的問題，影響城市小區(qū)內的排水暢通。本文結合當前小區(qū)污水管網的優(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；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>　　污水管網的優(yōu)化設計主要包括兩個方面的內容：（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的優(yōu)化。小區(qū)污水管網建設方案優(yōu)劣的影響因素眾多，從理論和實踐上看，可將這些

3、影響因素歸納為經濟、施工、維護管理、安全等四類．這些因素之間相互聯系，相互制約，共同作用于污水管網的建設。如何做好這四個方面的合理安排，保證管網系統安全高效經濟的運行，加大了污水管網建設方案的取舍。尤其是埋深，在一定的范圍內對安全性和經濟性的作用是相對的。埋深加大會增加管網造價，其經濟性變差，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管網優(yōu)化設計的優(yōu)化方法及內容 </p><p>　　1.1管網優(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及實際的表現。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，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。前者是設計者根據經驗和直覺，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有限的幾個方案，經初步的分析計算，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驗判斷的推理能力。 </p><p>　　數值計算優(yōu)化法：數值計算優(yōu)化是指用數學方法來求得最優(yōu)方案的方法。由于現在的計算機技術的發(fā)達，現代的

6、數值計算優(yōu)化都是通過計算機的數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，列出各項指標的經濟或技術價值，然后根據各項的指標的重要程度引入權系數，再計算出各種方案的各項指標的使用價值，統計出各個方案的總使用價值，其數值最大者，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、或對其制造與施工經驗不足、各個

7、參數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。根據模型試驗所得的結果，可以尋找出最優(yōu)方案。 </p><p>　　1.2管網平面布局的優(yōu)化設計 </p><p>　　污水管網平面布置的優(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。對于某一污水管網平面布置方案是否是最優(yōu)，取決于該管網

8、平面布置方案管徑與坡度（埋深）優(yōu)化設計的計算結果，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。目前國內在平面布局優(yōu)化方面已經取得了一定的成果。如陳森發(fā)的優(yōu)化樹法、程奕等的決策圖法等。 </p><p>　　1.3管道的參數優(yōu)化設計 </p><p>　　管道的參數優(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的優(yōu)化設計問題，國內外做了大量工作，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>　　污水管道系統的影響因素對管網建設影響的各方面，可以將污水管網系統分為四個評價指標，經濟、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，同時也與檢查井數量、

11、基礎處理有關，尤其是在地質條件不太好。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>　?。?）埋深 </b></p><p>　　管道的內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，排水管網的所用的費用約占排水工程總投資量的50％~75％，而構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、地形及工程地質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。當地形比較陡時，易出現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，以便適當的加大

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；當地形比較有利時，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；當地形平坦或地處逆坡段時，易出現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，減少管網造價。當由于地形或其它的綜合因素而導致管網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埋深起

14、控制作用的控制點的位置。合理控制管網的費用。 </p><p>　　溝槽開挖量的大小最為直接聯系的就是管道埋深的大小，其施工費用大約占了整個管網建設費用的一半，降低污水管網的埋深能夠有效的降低管網造價。而對整個排水管網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起到決定性的作用，故一般排水管網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。控制點高程的確定應當依據設計

15、區(qū)的豎向規(guī)劃，保證排水管網內各處污水均能流暢排除，且應顧及今后未來的發(fā)展，在埋深上要適當的留有余地；但也不能為了照顧個別控制點而增加整個管網系統的埋深?？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系統設計時，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，從而使管網的造價變高。 </p><p><b>　　結束語 </b></p&

18、gt;<p>　　小區(qū)管網的優(yōu)化設計對于管網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，使污水管網的設計得以進一步優(yōu)化。為排水管網的全局優(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．城市排水管網系統

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，劉遂慶．節(jié)點遞歸算法用于污水管網的優(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