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(xiàng)目的基礎(chǔ)組成部分，城市給排水管網(wǎng)的設(shè)計(jì)與施工建設(shè)，不僅體現(xiàn)著一個(gè)城市的現(xiàn)代化發(fā)展水平，更影響著未來(lái)城市建設(shè)的發(fā)展與城市區(qū)域的劃分，因此加強(qiáng)對(duì)城市給排水管網(wǎng)的設(shè)計(jì)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(dòng)的開(kāi)展。下面本文將以城市給水排水管網(wǎng)優(yōu)化方法為重點(diǎn)，進(jìn)行全文的展開(kāi)。 </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(hào)：TL353+.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)： </p><p><b>　　引言 </b></p><p>　　目前，隨著我國(guó)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(xiàng)目的不斷推進(jìn)，不僅對(duì)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(yán)峻考驗(yàn)，更在很大的程度上體現(xiàn)著未來(lái)的城市發(fā)展規(guī)劃和延展空間。在這一過(guò)程中，作為城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)項(xiàng)目的給排水管道網(wǎng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)問(wèn)題便被擺在了首要的位置之上。近年來(lái)，全國(guó)多地出現(xiàn)暴雨，對(duì)城市的交通運(yùn)輸和供水供電造成了極大的破壞，嚴(yán)重干擾了城市的各項(xiàng)運(yùn)轉(zhuǎn)以及市民的日常生活。城市排水管網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化不僅能夠提高排水管網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)性與合理性，而且更為重要的是能夠促進(jìn)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(dá)到既定的目標(biāo)。市政排水管網(wǎng)作為一個(gè)城市的循環(huán)系統(tǒng)，對(duì)于整個(gè)城市的運(yùn)行以及市民的生活具有極為重要的現(xiàn)實(shí)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(duì)此進(jìn)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(jì)問(wèn)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(shí)際需要

5、，更要適應(yīng)于未來(lái)城市改造建設(shè)需求，因此在實(shí)際的規(guī)劃過(guò)程中需要將各項(xiàng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行綜合性的全面考慮。 </p><p>　　1.2 排水體制問(wèn)題。合流制和分流制作為目前我國(guó)排水系統(tǒng)中的的兩個(gè)主要體制，都具有其各自獨(dú)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(kuò)建的合流制的城市排水系統(tǒng)時(shí)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(jì)。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(jì) </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(jì)合理設(shè)計(jì)排水管網(wǎng)的

7、基礎(chǔ)。定線要盡可能利用地勢(shì)，干管支管要盡可能走直線，設(shè)計(jì)時(shí)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(jì)計(jì)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(shù)法以及簡(jiǎn)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(wèn)題用決策圖加以解決，以最短路算法來(lái)簡(jiǎn)化計(jì)

8、算，這樣，方案決策的問(wèn)題實(shí)際上就是求從A到B的最短路問(wèn)題。 </p><p>　　在市政排水管網(wǎng)平面布局的優(yōu)化設(shè)計(jì)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(diǎn)，用決策網(wǎng)絡(luò)表示排水管網(wǎng)的方案集，尋找節(jié)點(diǎn)流量導(dǎo)入出水口的最短路而找出最經(jīng)濟(jì)的管道布置方案。采用這種方法，可以提高設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)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(jiǎn)化了計(jì)算工程，減少了優(yōu)化設(shè)計(jì)的工作量。 </p

9、><p>　　2.2 管道參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì) </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(jìn)一步優(yōu)化，還需要對(duì)管道的管徑、埋深以及不同管段之間的設(shè)計(jì)參數(shù)等進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化。通常，管徑與管材費(fèi)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(duì)管徑及埋深等管道參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，就非常重要。 </p&

10、gt;<p>　　就目前來(lái)說(shuō)，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(jì)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(lái)描述，這就導(dǎo)致建立完整的求解最優(yōu)化問(wèn)題的數(shù)學(xué)模型往往并不現(xiàn)實(shí)、有效，因此需要直接對(duì)各種

11、方案或可調(diào)參數(shù)的選擇設(shè)計(jì)計(jì)算和比較來(lái)得到最優(yōu)解。直接優(yōu)化法具有直觀和容易驗(yàn)證的優(yōu)點(diǎn)，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(jì)流量后，在滿足約束條件的前提下，選取最經(jīng)濟(jì)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(jì)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(jì)計(jì)算中存在著關(guān)系錯(cuò)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(yùn)用數(shù)學(xué)工具，可以將排水管道系統(tǒng)簡(jiǎn)化為容易解決的數(shù)學(xué)模型。就目前來(lái)說(shuō)，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(dòng)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(jì)算相對(duì)簡(jiǎn)單、直觀的優(yōu)點(diǎn)，但是這種方式是純粹的理論計(jì)算方式，計(jì)算管徑與市場(chǎng)上的規(guī)格管徑相差甚

13、遠(yuǎn)，并且把非線性函數(shù)轉(zhuǎn)化為線性函數(shù)，前期準(zhǔn)備工作量大，計(jì)算精度難以保證。在這些方法中，筆者認(rèn)為，動(dòng)態(tài)規(guī)劃法相對(duì)來(lái)說(shuō)更適合于管道參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，在實(shí)際工程中應(yīng)用較廣泛。其基本思想是認(rèn)為排水管道是一個(gè)多階段的決策過(guò)程，通過(guò)對(duì)研究課題劃分階段，尋求最優(yōu)路線來(lái)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。它在應(yīng)用中分為兩支: </p><p>　　① 以節(jié)點(diǎn)埋深為狀態(tài)變量。通過(guò)坡度決策進(jìn)行全方位搜索，由于直接利用標(biāo)準(zhǔn)管徑，因此，優(yōu)化計(jì)算的結(jié)果與初始解無(wú)

14、關(guān)，并且計(jì)算精度也能得到很好的控制。但狀態(tài)點(diǎn)的埋深間隔小增加了存儲(chǔ)量及計(jì)算時(shí)間，為此，后來(lái)又引入了逆差動(dòng)態(tài)規(guī)劃法，它在動(dòng)態(tài)規(guī)劃法的基礎(chǔ)上引入了縮小范圍的迭代過(guò)程，可以使得計(jì)算時(shí)間和存儲(chǔ)量顯著減少。 </p><p>　?、?以管徑為狀態(tài)變量，通過(guò)流速和充滿度決策進(jìn)行搜索。由于可選的標(biāo)準(zhǔn)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(jì)算速度，降低所需存儲(chǔ)空間，尤其是后來(lái)發(fā)展起來(lái)的可行管徑法，通過(guò)對(duì)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(zhǔn)管徑的數(shù)學(xué)分析，構(gòu)成可行管徑集合，進(jìn)而應(yīng)用動(dòng)態(tài)規(guī)劃計(jì)算，可顯著提高計(jì)算精度，減少計(jì)算工作量及計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)量。 </p><p><b>　　3結(jié)語(yǔ) </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(jìn)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(jì)，目前國(guó)內(nèi)外已經(jīng)取得很大進(jìn)展，各種技術(shù)及模型也日

16、趨完善。我們?cè)趦?yōu)化設(shè)計(jì)的時(shí)候，要遵循必要的程序，根據(jù)現(xiàn)實(shí)需要選擇恰當(dāng)?shù)姆椒?，建立完善的排水管網(wǎng)系統(tǒng)，保證系統(tǒng)的正常高效運(yùn)行。給水排水管網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，是當(dāng)前工程關(guān)注的重點(diǎn)，在當(dāng)前形勢(shì)下，要充分利用排水體制，在管網(wǎng)上進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，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(xiàn)： </b></p><p>　　[1] 葛琳,許仕榮;

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