淺論小區(qū)管網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

1、<p>　　淺論小區(qū)管網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)</p><p>　　【摘要】：摘要: 隨著城市建設(shè)的發(fā)展，污水的排放問(wèn)題也逐漸凸顯出來(lái)，雖然給排水管網(wǎng)的設(shè)計(jì)與施工都有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，但在現(xiàn)狀中排水管網(wǎng)設(shè)計(jì)及建設(shè)過(guò)程中仍存在不少的問(wèn)題，影響城市小區(qū)內(nèi)的排水暢通。本文結(jié)合當(dāng)前小區(qū)污水管網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題，主要就設(shè)計(jì)埋深及坡度等進(jìn)行了簡(jiǎn)要的分析與探討。 </p><p>　　【關(guān)鍵詞】：小區(qū)；管網(wǎng)；優(yōu)

2、化設(shè)計(jì) </p><p>　　中圖分類號(hào)： TU996.7+2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： </p><p><b>　　引言 </b></p><p>　　污水管網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)主要包括兩個(gè)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(jìn)行管道參數(shù)的優(yōu)化。小區(qū)污水管網(wǎng)建設(shè)方案優(yōu)劣的影響因素眾多，從理論和實(shí)踐上看，可將這些

3、影響因素歸納為經(jīng)濟(jì)、施工、維護(hù)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(shè)。如何做好這四個(gè)方面的合理安排，保證管網(wǎng)系統(tǒng)安全高效經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行，加大了污水管網(wǎng)建設(shè)方案的取舍。尤其是埋深，在一定的范圍內(nèi)對(duì)安全性和經(jīng)濟(jì)性的作用是相對(duì)的。埋深加大會(huì)增加管網(wǎng)造價(jià)，其經(jīng)濟(jì)性變差，但是同時(shí)安全性提高。于是在進(jìn)行多方案比較時(shí)，如何選擇一個(gè)最優(yōu)的方案成為設(shè)計(jì)研究人員需要考慮的重要問(wèn)題。 </p><p>

4、　　1管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)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(yīng)用非常廣泛的科學(xué)，尋求問(wèn)題最優(yōu)解的計(jì)算方法，研究這些方法理論性質(zhì)及實(shí)際的表現(xiàn)。近些年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)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(jìn)步，設(shè)計(jì)人員在工程實(shí)踐中多采用的優(yōu)化方法通常有以下幾種： </p><p>　　直覺(jué)

5、優(yōu)化法：直覺(jué)優(yōu)化又分判斷性優(yōu)化和選擇性優(yōu)化。前者是設(shè)計(jì)者根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和直覺(jué)，不需要通過(guò)分析計(jì)算就做出判斷性選擇的一種方法；后者是設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)過(guò)程中根據(jù)有限的幾個(gè)方案，經(jīng)初步的分析計(jì)算，選擇其中最佳者的一種方法。直覺(jué)優(yōu)化方法是重要的、簡(jiǎn)易的方法，但它多取決于設(shè)計(jì)者豐富的設(shè)計(jì)技藝及經(jīng)驗(yàn)判斷的推理能力。 </p><p>　　數(shù)值計(jì)算優(yōu)化法：數(shù)值計(jì)算優(yōu)化是指用數(shù)學(xué)方法來(lái)求得最優(yōu)方案的方法。由于現(xiàn)在的計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)達(dá)，現(xiàn)代的

6、數(shù)值計(jì)算優(yōu)化都是通過(guò)計(jì)算機(jī)的數(shù)值計(jì)算作為其主要的特征。 </p><p>　　價(jià)值分析優(yōu)化法：價(jià)值分析優(yōu)化法首先應(yīng)需要建一個(gè)價(jià)值表，列出各項(xiàng)指標(biāo)的經(jīng)濟(jì)或技術(shù)價(jià)值，然后根據(jù)各項(xiàng)的指標(biāo)的重要程度引入權(quán)系數(shù)，再計(jì)算出各種方案的各項(xiàng)指標(biāo)的使用價(jià)值，統(tǒng)計(jì)出各個(gè)方案的總使用價(jià)值，其數(shù)值最大者，即為最優(yōu)的方案。 </p><p>　　試驗(yàn)優(yōu)化法：當(dāng)對(duì)設(shè)計(jì)對(duì)象的機(jī)理不很清楚、或?qū)ζ渲圃炫c施工經(jīng)驗(yàn)不足、各個(gè)

7、參數(shù)對(duì)設(shè)計(jì)指標(biāo)的主次影響難以分清時(shí)，試驗(yàn)優(yōu)化是一種可行的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。根據(jù)模型試驗(yàn)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(shè)計(jì) </p><p>　　污水管網(wǎng)平面布置的優(yōu)化設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)污水管網(wǎng)的首要條件，對(duì)不同定線方案的優(yōu)化選擇更具有實(shí)用價(jià)值。對(duì)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(shè)計(jì)的計(jì)算結(jié)果，因此，已定管線下的優(yōu)化設(shè)計(jì)計(jì)算是進(jìn)行平面優(yōu)化布置的基礎(chǔ)，兩者密不可分的。目前國(guó)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(shù)法、程奕等的決策圖法等。 </p><p>　　1.3管道的參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì) </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(shè)計(jì)參數(shù)上的優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題。對(duì)于某一

9、設(shè)計(jì)的管段，當(dāng)其流量大小確定后，滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求的埋深與管徑有許多種的組合。在這些設(shè)計(jì)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(fèi)用低而管材的費(fèi)用高：反之會(huì)施工的費(fèi)用高而管材的費(fèi)用低。因此，對(duì)于一段設(shè)計(jì)管段而言，總存在一組埋深和管徑的組合，使其投資費(fèi)用最省。但對(duì)于一段比較長(zhǎng)而管徑大的大型污水管，隨著埋深的增加，埋深造價(jià)將急劇增高，此時(shí)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(shí)工

10、程的造價(jià)是埋深3米時(shí)的3倍多。對(duì)于在管線平面布置已定情況下進(jìn)行管道參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題，國(guó)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(duì)管網(wǎng)建設(shè)影響的各方面，可以將污水管網(wǎng)系統(tǒng)分為四個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)，經(jīng)濟(jì)、安全、施工和維護(hù)管理。污水管道工程的造價(jià)主要與排水管道管徑、埋深、管材、坡度有很大關(guān)系，同時(shí)也與檢查井?dāng)?shù)量、

11、基礎(chǔ)處理有關(guān)，尤其是在地質(zhì)條件不太好。對(duì)地基處理要求較高的地區(qū)。在此我們?cè)诼裆罴捌露葍蓚€(gè)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(fèi)用約占排水工程總投資量的50％~75％，而構(gòu)成排水管道造價(jià)的溝槽支撐、管基處理、溝槽開(kāi)挖與回填、管道鋪設(shè)

12、及地下水排除等各部分的比重與管道埋深關(guān)系尤為密切。因此，合理地確定管道埋深對(duì)于降低工程造價(jià)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(shè)法減小管道的埋深，對(duì)于節(jié)省工程投資則更為明顯。 </p><p>　　設(shè)計(jì)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(jià)關(guān)系的重要因素，而其中地形條件為主要的因素。當(dāng)?shù)匦伪容^陡時(shí)，易出現(xiàn)敷設(shè)的管道坡度小于地面坡度的情況，此時(shí)應(yīng)選用比較小的管徑，以便適當(dāng)?shù)募哟?/p>

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

14、控制作用的控制點(diǎn)的位置。合理控制管網(wǎng)的費(fèi)用。 </p><p>　　溝槽開(kāi)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(fèi)用大約占了整個(gè)管網(wǎng)建設(shè)費(fèi)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(jià)。而對(duì)整個(gè)排水管網(wǎng)的埋設(shè)深度起控制作用的控制點(diǎn)，其起始的埋設(shè)深度對(duì)整個(gè)管網(wǎng)起到?jīng)Q定性的作用，故一般排水管網(wǎng)的控制點(diǎn)通常是設(shè)置在距離出水口最遠(yuǎn)的地勢(shì)低洼的地區(qū)或具有相當(dāng)埋深的工廠污水排出口?？刂泣c(diǎn)高程的確定應(yīng)當(dāng)依據(jù)設(shè)計(jì)

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(yīng)顧及今后未來(lái)的發(fā)展，在埋深上要適當(dāng)?shù)牧粲杏嗟兀坏膊荒転榱苏疹檪€(gè)別控制點(diǎn)而增加整個(gè)管網(wǎng)系統(tǒng)的埋深?？梢暪こ虒?shí)際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(biāo)高、加強(qiáng)管材強(qiáng)度等，以保證管道的最小覆土厚度。 </p><p><b>　?。?)管坡 </b></p><p>　　在進(jìn)行污水管道管網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，通

16、常是將管道敷設(shè)的坡度與設(shè)計(jì)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(shí)也降低了管網(wǎng)的造價(jià)。在地勢(shì)平坦或管道走向與地面坡度相反時(shí)，應(yīng)盡量減小管道敷設(shè)的坡度，避免由于管坡的加大而導(dǎo)致管道的埋深太大，造成管網(wǎng)工程造價(jià)的提高。由污水管的水力學(xué)計(jì)算公式可知，設(shè)計(jì)坡度與水力半徑的4/3次方成反比，與設(shè)計(jì)流速的平方成正比。水力半徑是過(guò)水?dāng)嗝媾c濕周的比值，因此不同管徑的污水管道有著不同的最小設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)充滿度下，通常采用放大污水管徑的方法來(lái)降低管道坡度，從而使管道埋深不致過(guò)大，造成管網(wǎng)造價(jià)的升高。如規(guī)范規(guī)定管徑為300mm的污水管道其最小設(shè)計(jì)坡度為0．0022，而管徑為400mm的污水管道其最小設(shè)計(jì)坡度為O．0015，顯然管坡同樣也是一個(gè)負(fù)向量，坡度的變大通常會(huì)導(dǎo)致管道埋深加大，從而使管網(wǎng)的造價(jià)變高。 </p><p><b>　　結(jié)束語(yǔ) </b></p&

18、gt;<p>　　小區(qū)管網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)對(duì)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(gòu)極大地減少工程造價(jià)，提高排水的安全穩(wěn)定性，使污水管網(wǎng)的設(shè)計(jì)得以進(jìn)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(xiàn)： </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(shè)計(jì)[J]．運(yùn)籌與管理，1997，6(2)：38—42． </p><p>　　[2]伊學(xué)農(nóng)，劉遂慶．節(jié)點(diǎn)遞歸算法用于污水管網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)[J]．中國(guó)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(jì)算[M]．北京：中 </p><p>　　[4]趙梁紅．關(guān)于綜合評(píng)判法中確定因素隸屬度的兩種方法陰．紹