淺談城市給排水管網(wǎng)的現(xiàn)狀及優(yōu)化

1、<p>　　淺談城市給排水管網(wǎng)的現(xiàn)狀及優(yōu)化</p><p>　　摘要：市政排水管網(wǎng)是市政工程建設(shè)項目的基礎(chǔ)組成部分，城市給排水管網(wǎng)的設(shè)計與施工建設(shè)，不僅體現(xiàn)著一個城市的現(xiàn)代化發(fā)展水平，更影響著未來城市建設(shè)的發(fā)展與城市區(qū)域的劃分，因此加強對城市給排水管網(wǎng)的設(shè)計與施工工作將直接作用于城市本身，和該城市居民的生產(chǎn)生活活動的開展。下面本文將以城市給水排水管網(wǎng)優(yōu)化方法為重點，進行全文的展開。 </p>

2、<p>　　關(guān)鍵詞：城市；給排水；管網(wǎng)；優(yōu)化 </p><p>　　中圖分類號：TL353+.2 文獻標(biāo)識碼：A文章編號： </p><p><b>　　引言 </b></p><p>　　目前，隨著我國城市化建設(shè)規(guī)模和建設(shè)水平的不斷提升，以及城區(qū)布局環(huán)境調(diào)整和老城區(qū)改造項目的不斷推進，不僅對城市基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)水平和建設(shè)步伐提出了

3、嚴峻考驗，更在很大的程度上體現(xiàn)著未來的城市發(fā)展規(guī)劃和延展空間。在這一過程中，作為城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)項目的給排水管道網(wǎng)的規(guī)劃設(shè)計問題便被擺在了首要的位置之上。近年來，全國多地出現(xiàn)暴雨，對城市的交通運輸和供水供電造成了極大的破壞，嚴重干擾了城市的各項運轉(zhuǎn)以及市民的日常生活。城市排水管網(wǎng)進行優(yōu)化不僅能夠提高排水管網(wǎng)的經(jīng)濟性與合理性，而且更為重要的是能夠促進城市水系統(tǒng)的步入良性循環(huán)的軌道。但是，排水管網(wǎng)的優(yōu)化，必須要遵循一定的程序，使用一定的方法

4、，只有這樣，才能使管網(wǎng)的優(yōu)化達到既定的目標(biāo)。市政排水管網(wǎng)作為一個城市的循環(huán)系統(tǒng)，對于整個城市的運行以及市民的生活具有極為重要的現(xiàn)實意義。下面本文將從現(xiàn)階段給水排水管網(wǎng)現(xiàn)狀和給水排水管網(wǎng)優(yōu)化方法兩方面對此進行全面的論述。 </p><p>　　1給水排水管網(wǎng)現(xiàn)狀 </p><p>　　1.1 規(guī)劃設(shè)計問題。給排水管道網(wǎng)的規(guī)劃要以城市建設(shè)發(fā)展布局規(guī)劃為主，其規(guī)劃目標(biāo)不僅需要滿足現(xiàn)階段的實際需要

5、，更要適應(yīng)于未來城市改造建設(shè)需求，因此在實際的規(guī)劃過程中需要將各項設(shè)計標(biāo)準進行綜合性的全面考慮。 </p><p>　　1.2 排水體制問題。合流制和分流制作為目前我國排水系統(tǒng)中的的兩個主要體制，都具有其各自獨特的特征性。混合制常出現(xiàn)于城市排水系統(tǒng)中，在需要擴建的合流制的城市排水系統(tǒng)時常出現(xiàn)的。在中小城市中，因各區(qū)域的自然條什以及修建情況相差較大，因此要因地制宜地在各區(qū)域采用不同的排水體制。 </p>

6、<p>　　2城市排水管網(wǎng)優(yōu)化方法 </p><p>　　排水管網(wǎng)的優(yōu)化內(nèi)容主要包括管線平面布局以及管道參數(shù)（包括管徑及埋深）的優(yōu)化設(shè)計。兩方面優(yōu)化的目的，采用的方法也不同。 </p><p>　　2.1 平面布局的優(yōu)化設(shè)計 </p><p>　　排水管網(wǎng)平面布局的優(yōu)化以管線短、管道工程量小、水流通暢且節(jié)省能量為目的。正確的定線是經(jīng)濟合理設(shè)計排水管網(wǎng)的

7、基礎(chǔ)。定線要盡可能利用地勢，干管支管要盡可能走直線，設(shè)計時要減少管道埋深，中途要減少提升泵站的設(shè)置。具體到某種排水管道的平面布置方案是否最優(yōu)，取決于定線埋深優(yōu)化設(shè)計計算的結(jié)果。 </p><p>　　目前，排水管網(wǎng)的平面優(yōu)化方法主要有決策圖法、優(yōu)化樹法以及簡約梯度法，每種方法都能夠有效提高排水管網(wǎng)的科學(xué)性。以決策圖法為例，決策圖是一種常用于系統(tǒng)優(yōu)化的數(shù)學(xué)方法,它將方案決策問題用決策圖加以解決，以最短路算法來簡化計

8、算，這樣，方案決策的問題實際上就是求從A到B的最短路問題。 </p><p>　　在市政排水管網(wǎng)平面布局的優(yōu)化設(shè)計中，采用決策圖法建立決策圖模型就是假定所有流量都匯集于規(guī)定的若干節(jié)點，用決策網(wǎng)絡(luò)表示排水管網(wǎng)的方案集，尋找節(jié)點流量導(dǎo)入出水口的最短路而找出最經(jīng)濟的管道布置方案。采用這種方法，可以提高設(shè)計的經(jīng)濟性，并且采用決策圖網(wǎng)絡(luò)模型，考慮了水力因素以及地形因素，簡化了計算工程，減少了優(yōu)化設(shè)計的工作量。 </p

9、><p>　　2.2 管道參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計 </p><p>　　當(dāng)管道的平面布局優(yōu)化之后，為了使得排水管道進一步優(yōu)化，還需要對管道的管徑、埋深以及不同管段之間的設(shè)計參數(shù)等進行進一步的優(yōu)化。通常，管徑與管材費用成正比、與坡度及埋深成反比。因此，盡管在流量確定的情況下，管徑與埋深之間有多種組合，最終選擇投資最小、效果最好的最優(yōu)組合。因此，對管徑及埋深等管道參數(shù)進行優(yōu)化，就非常重要。 </p&

10、gt;<p>　　就目前來說，管道參數(shù)的優(yōu)化方法主要有直接優(yōu)化法和間接優(yōu)化法兩類。 </p><p>　　2.2.1 直接優(yōu)化法 </p><p>　　由于管徑的可選尺寸不是連續(xù)變化的，最大充滿度的限制又與管徑大小相關(guān)，而設(shè)計流速以及流速的變化與管徑大小之間的關(guān)系又非常復(fù)雜，不能用數(shù)學(xué)公式來描述，這就導(dǎo)致建立完整的求解最優(yōu)化問題的數(shù)學(xué)模型往往并不現(xiàn)實、有效，因此需要直接對各種

11、方案或可調(diào)參數(shù)的選擇設(shè)計計算和比較來得到最優(yōu)解。直接優(yōu)化法具有直觀和容易驗證的優(yōu)點，其主要方法有電子表格法及兩相優(yōu)化法，以兩相優(yōu)化法為例，它是確定設(shè)計流量后，在滿足約束條件的前提下，選取最經(jīng)濟流速和最大充滿度，得到最優(yōu)管徑和最小坡度，從而降低管道埋深。由于直接優(yōu)化法與人工算法基本相同，因此，這種方法受設(shè)計人員主觀因素影響較大，因此，其所求出的結(jié)果不一定是最優(yōu)解。 </p><p>　　2.2.2 間接優(yōu)化法 &l

12、t;/p><p>　　盡管排水管道系統(tǒng)設(shè)計計算中存在著關(guān)系錯綜復(fù)雜的約束條件,但其中的某些條件起著關(guān)鍵的制約作用，因此找出這些關(guān)鍵條件，合理運用數(shù)學(xué)工具，可以將排水管道系統(tǒng)簡化為容易解決的數(shù)學(xué)模型。就目前來說，間接優(yōu)化法的具體方法主要有線性規(guī)劃法、非線性規(guī)劃法、動態(tài)規(guī)劃法以及遺傳算法等多種方法。每一種方法各有優(yōu)劣，如線性規(guī)劃法計算相對簡單、直觀的優(yōu)點，但是這種方式是純粹的理論計算方式，計算管徑與市場上的規(guī)格管徑相差甚

13、遠，并且把非線性函數(shù)轉(zhuǎn)化為線性函數(shù)，前期準備工作量大，計算精度難以保證。在這些方法中，筆者認為，動態(tài)規(guī)劃法相對來說更適合于管道參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計，在實際工程中應(yīng)用較廣泛。其基本思想是認為排水管道是一個多階段的決策過程，通過對研究課題劃分階段，尋求最優(yōu)路線來進行優(yōu)化設(shè)計。它在應(yīng)用中分為兩支: </p><p>　　① 以節(jié)點埋深為狀態(tài)變量。通過坡度決策進行全方位搜索，由于直接利用標(biāo)準管徑，因此，優(yōu)化計算的結(jié)果與初始解無

14、關(guān)，并且計算精度也能得到很好的控制。但狀態(tài)點的埋深間隔小增加了存儲量及計算時間，為此，后來又引入了逆差動態(tài)規(guī)劃法，它在動態(tài)規(guī)劃法的基礎(chǔ)上引入了縮小范圍的迭代過程，可以使得計算時間和存儲量顯著減少。 </p><p>　?、?以管徑為狀態(tài)變量，通過流速和充滿度決策進行搜索。由于可選的標(biāo)準管徑數(shù)目有限，因此，以管徑為狀態(tài)變量可以大大降提高計算速度，降低所需存儲空間，尤其是后來發(fā)展起來的可行管徑法，通過對每一管段的管徑

15、采用滿足約束條件的最大和最小管徑及其之間的標(biāo)準管徑的數(shù)學(xué)分析，構(gòu)成可行管徑集合，進而應(yīng)用動態(tài)規(guī)劃計算，可顯著提高計算精度，減少計算工作量及計算機存儲量。 </p><p><b>　　3結(jié)語 </b></p><p>　　隨著城市化的發(fā)展，城市排水管網(wǎng)系統(tǒng)不斷進行完善，現(xiàn)有的排水管網(wǎng)也需要加以改造。城市排水系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計，目前國內(nèi)外已經(jīng)取得很大進展，各種技術(shù)及模型也日

16、趨完善。我們在優(yōu)化設(shè)計的時候，要遵循必要的程序，根據(jù)現(xiàn)實需要選擇恰當(dāng)?shù)姆椒ǎ⑼晟频呐潘芫W(wǎng)系統(tǒng)，保證系統(tǒng)的正常高效運行。給水排水管網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計，是當(dāng)前工程關(guān)注的重點，在當(dāng)前形勢下，要充分利用排水體制，在管網(wǎng)上進行優(yōu)化設(shè)計，合理應(yīng)用新型材料，才能使給水排水管網(wǎng)更上一層樓。 </p><p><b>　　參考文獻： </b></p><p>　　[1] 葛琳,許仕榮;

17、基于遺傳算法的給水管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計[J];湖南大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2003年S1期 </p><p>　　[2] 周琦;禹華謙;;改進的“兩相優(yōu)化法”在排水管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計中的應(yīng)用[J];工業(yè)安全與環(huán)保;2006年03期 </p><p>　　[3] 彭永臻,王淑瑩,張自杰;排水管網(wǎng)水力計算與設(shè)計規(guī)范——兼與張紹園同志商榷[J];中國給水排水;1995年01期 </p><

18、p>　　[4] 許振宇;周先雁;;預(yù)應(yīng)力混凝土頂推連續(xù)梁橋中主梁與導(dǎo)梁優(yōu)化設(shè)計研究[A];中國公路學(xué)會橋梁和結(jié)構(gòu)工程學(xué)會一九九九年橋梁學(xué)術(shù)討論會論文集[C];1999年 </p><p>　　[5] 羅懷林;張玲玉;鄭自求;;帶重力平衡器的BF型多柔傳動的優(yōu)化設(shè)計[A];面向制造業(yè)的自動化與信息化技術(shù)創(chuàng)新設(shè)計的基礎(chǔ)技術(shù)——2001年中國機械工程學(xué)會年會暨第九屆全國特種加工學(xué)術(shù)年會論文集[C];2001年 &