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(duì)城市衛(wèi)生有十分重大的意義,在現(xiàn)代建筑的各種規(guī)約性條件下如何科學(xué)、合理的設(shè)計(jì)城市污水管段,十分重要,本文詳細(xì)介紹了城市管段設(shè)計(jì)的基本方法,據(jù)此給出了優(yōu)化方案并進(jìn)行了科學(xué)的分析。 

關(guān)鍵詞:城市污水管道;管段設(shè)計(jì);優(yōu)化方案 

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

中圖分類(lèi)號(hào):TU99 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1006-4311(2010)24-0089-01 　 

1優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的基本思想 

依據(jù)現(xiàn)行的《城市排水設(shè)計(jì)規(guī)范》和城市污水排放工程建設(shè)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(zhǔn)確確定管徑的應(yīng)用要求和基本設(shè)計(jì)規(guī)范。通常我們可以采用常用的均勻流公式來(lái)計(jì)算,但是這一公式的應(yīng)用應(yīng)滿(mǎn)足污水管道管徑、流速、充滿(mǎn)度、埋深、銜接方式等方面的相關(guān)約束條件。同時(shí),在施工中,還應(yīng)充分考慮到管道之間的連接,管徑的長(zhǎng)度和寬度等。同時(shí)還要增加了一個(gè)管徑設(shè)計(jì)的約束條件,即管道管內(nèi)的底標(biāo)高要做適量調(diào)整。污水管道管徑的優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的基本思想是指在滿(mǎn)足給排水工程約束條件和城市污水工程管道設(shè)計(jì)的應(yīng)用要求的前提下,首先確定排水體制及管網(wǎng)定線(xiàn),然后以管道管徑的充滿(mǎn)度和流速為主要變量,最大限度的降低工程造價(jià)的前提下,來(lái)使用均勻流公式進(jìn)行管徑、坡度等一系列基本數(shù)據(jù)的計(jì)算。在依次對(duì)上游下游各設(shè)計(jì)管段的計(jì)算后,完成一條管道以及整個(gè)管網(wǎng)的計(jì)算。 

2城市污水管道管徑設(shè)計(jì)的優(yōu)化方案 

一般而言,最優(yōu)化方案的確定要考慮到諸多因素,包括天氣、地質(zhì)地貌、鋪設(shè)條件等因素都可能對(duì)管道管徑的設(shè)計(jì)方案產(chǎn)生影響。然而由于管道管徑的可選擇尺寸在實(shí)際施工中可能變化,因此在此基礎(chǔ)上,通過(guò)最優(yōu)化計(jì)算得出最優(yōu)解往往不能與實(shí)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(duì)最大充滿(mǎn)度的限制一般又與管徑大小有關(guān)。所以對(duì)最小設(shè)計(jì)流速、流速變化的計(jì)算及其與管徑之間的各種約束條件的估計(jì)等都是很復(fù)雜的工作,對(duì)這些變量的估計(jì)不可能用一個(gè)簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)公式來(lái)描述和確定,這樣也就很難建立一個(gè)完整的以最優(yōu)化問(wèn)題為目標(biāo)的數(shù)學(xué)模型。 

直接優(yōu)化法與后者相比,有著不同的特點(diǎn)。它是根據(jù)管道管徑性能的指標(biāo)的變化,確定目標(biāo)函數(shù),這個(gè)目標(biāo)函數(shù)可以用來(lái)為各方案提供一個(gè)統(tǒng)一的可操作的標(biāo)準(zhǔn),通過(guò)直接優(yōu)化法對(duì)各種方案或可調(diào)參數(shù)的選擇、計(jì)算和比較,來(lái)得到最優(yōu)解或滿(mǎn)意解。因此,在優(yōu)化城市污水管道管段設(shè)計(jì)的計(jì)算方案中,既要盡量減少每一設(shè)計(jì)管段管徑的工程造價(jià),更要有全局觀,通過(guò)最優(yōu)解來(lái)降低工程設(shè)計(jì)成本以減少整個(gè)管網(wǎng)的工程造價(jià)為總目標(biāo)。為此,在對(duì)各管段的設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化選擇的同時(shí),為了全局的利益,增加人機(jī)對(duì)話(huà)功能,以加強(qiáng)設(shè)計(jì)人員對(duì)管網(wǎng)計(jì)算的宏觀控制與局部干預(yù),使各管段設(shè)計(jì)參數(shù)優(yōu)化選擇服從盡可能降低整個(gè)管網(wǎng)工程總造價(jià)這個(gè)全局目標(biāo)。以下筆者將介紹城市污水管道管徑設(shè)計(jì)中的一些注意事項(xiàng),并對(duì)優(yōu)化方案進(jìn)行分析。 

3城市污水管道管段設(shè)計(jì)方案的擬定和分析 

在城市污水管道的設(shè)計(jì)中有如下幾個(gè)因素應(yīng)該引起設(shè)計(jì)者和施工人員的注意,這幾個(gè)因素對(duì)城市污水管道管徑設(shè)計(jì)和應(yīng)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(shè)計(jì)由于污水管道的埋深對(duì)工程造價(jià)具有最重要的影響,因此管道鋪設(shè)深度和管徑尺寸的選擇十分重要,在一定的規(guī)約條件下,決定管道埋深大小的唯一直接因素是鋪設(shè)管道的確定坡度,這一參量的確定對(duì)管道埋深有重要的影響。而從城市污水管道計(jì)算經(jīng)常采用的均勻流計(jì)算公式來(lái)看,當(dāng)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(duì)最小管徑的管底坡度規(guī)定以外,尚沒(méi)有對(duì)管底坡度大小做出任何的具體規(guī)定,因而無(wú)法以管底坡度作為優(yōu)化方案選擇的主要變量。而關(guān)于設(shè)計(jì)城市污水管道的流速,約束條件也很多,只有在滿(mǎn)足所有設(shè)計(jì)流速的約束條件的前提下,通過(guò)科學(xué)計(jì)算選擇一個(gè)盡可能最小的設(shè)計(jì)流速,才能對(duì)各項(xiàng)參數(shù)作出正確的優(yōu)化選擇,這在優(yōu)化施工程序的設(shè)計(jì)方案中也很容易實(shí)現(xiàn)。 

3.2 城市污水管道管段充滿(mǎn)度的設(shè)計(jì)在城市污水管道設(shè)計(jì)中,減小管徑也能減小管材與給排水工程造價(jià)。從上述闡述中,我們發(fā)現(xiàn)盡可能選擇一個(gè)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(méi)有對(duì)管徑大小的具體要求,而對(duì)設(shè)計(jì)充滿(mǎn)度卻有嚴(yán)格的規(guī)定,因而無(wú)法直接選取一個(gè)最優(yōu)管徑來(lái)滿(mǎn)足有關(guān)約束條件。如果在已知設(shè)計(jì)流量并初步確定了流速的情況下,選擇一個(gè)盡可能接近最大設(shè)計(jì)充滿(mǎn)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(shè)計(jì)中的南北差異城市污水管道的設(shè)計(jì)是一項(xiàng)全面而又細(xì)致的工作,除了要充分、準(zhǔn)確的對(duì)影響施工的技術(shù)因素如充滿(mǎn)度、埋深、流速等進(jìn)行計(jì)算和評(píng)估外,還要考慮施工所在地的管道鋪設(shè)的地理?xiàng)l件和氣候條件,尤其是氣候條件,不得不引起管道管段設(shè)計(jì)人員和施工者的注意,南方的氣候溫暖濕潤(rùn),地質(zhì)條件較好,土壤季節(jié)溫差小,這些氣候條件都有利于管道的鋪設(shè),若在北方則不然,北方大多數(shù)地區(qū)晝夜溫差大,土壤冬季干燥,在管道的設(shè)計(jì)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(duì)北方城市管道的防凍能力做出評(píng)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?xiàng)l件相比北方,對(duì)管道鋪設(shè)有著得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì),溫差小,地表溫度常年恒定,因此設(shè)計(jì)和鋪設(shè)城市污水管道對(duì)氣候因素和環(huán)境條件的要求相對(duì)較低。因此對(duì)管道管段施工中的南北差異要認(rèn)真分析,才能更好的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。 

總之,城市污水管道管段設(shè)計(jì)是給排水工程中的重大課題,要充分考慮到管道管段設(shè)計(jì)中的各類(lèi)因素,進(jìn)行精密和科學(xué)的計(jì)算和統(tǒng)籌,才能更好的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案,解決管道管段施工中的可能遇到的實(shí)際問(wèn)題。 

參考文獻(xiàn): 

[1]葉雄鷹.淺談城市污水管道施工中的非開(kāi)挖技術(shù)[J].建筑與裝飾,2007(10). 

[2]沈耀良.城市污水管道設(shè)計(jì)的一種簡(jiǎn)化方法[J].中國(guó)給水排水,2005(5). 

[3]周心培.直接優(yōu)化法優(yōu)化設(shè)計(jì)城市污水管道系統(tǒng)[J].中國(guó)給水排水,2005(2).