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1、市政给排水管道设计相关论述 - 市政给排水论文 市政给排水管道设计相关论述摘要：市政排水管道工程是我国各个城市整体规划的基础项 目之一，也是人们在日常生活中是不可缺少的重要组成部分。本文 主要分析了市政给排水管道的优化设计，以促进市政给排水的健康 发展。关键词：市政给排水；管道设计；优化设计引言城市普遍存在水质污染的问题，致使城市水环境遭受到严重 破坏，水质型缺水的区域不断扩大，水资源供需失衡，这一问题已 对城市中居民的生活，健康及城市现代化进程构成了危害，严重威 胁到城市的水系统以及城市的可持续发展。随着城市化进程的发展， 城市市政自来水给排水工程是城市举出设施的重要组成部分之一， 如何降低
2、市政自来水管道减少爆管漏水等问题带来的水资源的浪费， 有效提高城市自来水供排水管道的效率和输水能力，为城市居民日 常生活和城市建设提供经济实惠、安全可靠的水资源保障，如何改 善市政自来水给排水管道的设计是必要的。1.市政给排水工程的结构设计1.1 市政给排水工程的结构设计在市政给排水工程中，根据工程的埋设深度。工程管道规格、 材质以及地下水位和试验压力等综合指标，对管道的强度和刚度进 行计算及复核，提供给排水的管道等级、壁厚以及结构配筋图。通常采用的加固措施有混凝土、管廊包管等，对于一些必须要满足刚 度和强度要求的管道应该及时采取加固方法来进行加固，而且在施 工过程中根据计算采用具体的加强加固
3、措施，加固的具体方法和方 式应根据经济指标和实际情况来确定。1.2 市政给排水工程的结构形式在市政给排水工程中，排水专业确定管道的结构形式，一般 来说，结构专业应根据管道的工作环境。结构用途以及水文地质情 况等经济指标等从专业角度提出参考意见。特殊地段以及特殊情况 的非承压管也采用钢管等形式当污水管道；而对于口径较大时应采 用现浇钢筋混凝土箱涵，或采用盾构结构形式。2.市政给排水管道对于城市的意义在市政基础设施建设和完善中，给排水管道的铺设和维修护 养对城市有着极其重要的影响。给水管道关系整个城市的生活和工 业用水的供给，而排水管道则关系城市污水的排出和雨水等可能造 成市内积水的多余水量及时排
4、空。在这样一种背景下，市政给排水 工程的完善程度和施工质量对城市居民生活将会产生重要的影响。另外，市政管道的铺设有些是在城市生活区和工业区划定建 成后或者建设过程中开始施工，在不破坏原有市政建筑的前提下完 成新的给排水管道的铺设，便对施工技术提出了一定的要求。同时， 给排水工程质量的要求也必然要求我们加强对施工技术的严格控制。 只有在高质量标准要求下完成的工程才能减少使用过程中的一些问 题，从而减少给排水工程维修护养的经济成本。 3.市政排水管网优化设计3.1 管线的平面优化布置排水管网的布置原则是既要使工程量最小，又要使水流畅通、 节省能量。正确的定线是合理经济的设计管网的先决条件。定线的
5、基本原则是：干管支管的设计尽量采用直线布局，不要拐弯；定线 应尽量利用地势，使污水在重力作用下流入污水厂；设计时应尽量 减少管道埋深；在管道的中途尽量减少提升泵站的设置。在早期的 研究中，设计方法为假定每一段管径相同，以挖方费用为优选依据， 选择一初始布置方案，然后通过算法逐步进行调整。后来又引入了 排水线的概念，将排水区域内与最终出水口节点相距同样可行管数 的节点用一根排水线连接起来。这样把问题转化为最短路问题，可 用动态规划法求解。但此方法把寻优的范围被限制，使人们在设计 过程中很容易把最优方案排除。后来，人们把城市排水系统排水布 置抽象为由点和线构成的决策图，从图论中寻找方法。1986
6、年发展 到利用三种权值来解决问题。三种权值是各管段地面坡度的倒数； 各管段的管长；各管段在满足最小覆土条件下，按最小坡度设计时 的挖方量。分别对这三种权值运用最短路生成树算法求管线平面布 置方案，再进行管径、埋深和提升泵站的优化设计，最后取投资费 用最小的平面布置方案作为最优设计方案。3.2 已定平面布置下的管道系统优化设计排水管道优化设计主要是指：对于某一设计管段，当设计流 量确定后，在满足设计规范要求的管径和坡度的多种组合中，取得管材费用与敷设费用的平衡。在排水管线平面布置已定情况下，对 于管段管径，埋深的优化设计，国内外做了大量研究工作。（1）线性规划法和非线性规划法。a 线性规划法，是
7、针对排 水管网设计计算中的约束条件和目标函数的非线性，分别用其一级 泰勒公式展开式代替，用线性规划的解作为问题的近似解，反复迭 代，使迭代序列逼近非线性规划的最优解。缺点是把管径当作连续 变量来处理，存在计算管径与市售管径不一致的矛盾，且前期准备 工作量大，以后发展的整数规划法，虽然在一定程度上解决了线性 规划的缺点，但是其整型变量比较多，难以求解。b 非线性规划法 适应了计算模型中目标函数和变量的非线性特征，可以优化选择管 道的直径和埋深，但极大限制了目标函数和约束条件的形式。（2）动态规划法。动态规划法是目前国内外比较常用的一种 方法，基本思想是把排水管道设计看作一个多阶段的过程，通过对
8、设计过程进行阶段划分来对管道进行优化设计。其应用主要分为两 方面。a 以节点埋深为状态变量，通过坡度决策进行全方位搜索。 其优点是直接采用标准管径，结果与初始管径无关，且能控制计算 深度，但要求状态点之间的埋深间隔很小，使存储量和时间间隔大 为增加。因此在此基础上引入了拟差动态规划法，在动态规划法的 基础上引入了缩小范围的迭代过程，但应用有一定的局限性。b 以 管径为状态变量，通过流速和充满度决策。由于可使用的标准管径 数目有限，因此在计算速度和存储量上都有很大优势。以后又发展 出了可行管径法。此法使优化计算精度得以提高，并显著减少了计算工作量和计算机存储量。尽管动态规划法是解决多阶段决策问题
9、 的一种有效方法，但在排水管道系统设计计算时，前一段的设计结 果将直接影响到后续管段设计参数的选用，因此利用动态规划法求 出的污水管道优化设计方案也并不一定是真正的最优方案。（3）直接优化法。直接优化法是直接对各种方案或可调参数 的选择设计计算和比较来得到最优解，具有直观和容易验证的优点。 主要方法有：a 电子表格法是一种启发式的费用估算方法，允许用 户寻找最小费用设计，能得出比动态规划法要好的结果而且更符合 设计规范的要求。b 两相优化法是设计流量确定后，在满足约束条 件的前提下，选取最经济流速和最大充满度进而得到最优管径和最 小坡度，最大限度地降低管道埋深.直接优化法的算法与人工算法基 本
10、相同，但受设计人员的能力所限，所得结果不尽相同，所以所求 结果不一定是最优解。（4）遗传算法。遗传算法是进化算法一个分支，是模拟生物 学中的自然遗传变异机制而提出的随机优化算法。遗传算法在解决 中小型管道系统优化设计问题时可以求得最优设计方案。但解决大 型管道系统问题时，只能求得趋近于最优解的设计方案，在排水管 道系统优化设计中，不论采用何种方法，都以设计规范为基本要求， 同时使费用达到最小。4.结束语在整个市政基础建设工作中，各专业一环扣一环，最重要的 是市政排水管道工程是隐蔽工程，维修起来比较麻烦，有的甚至是无法维修，并且维修费用较大，因此，在设计施工过程中，必须有 效避免这些常见问题，加强对排水管道工程的质量控制，消除工程 质量缺陷，切实保障人民的利益。参考文献：1韦从胜，蒋全华.市政给排水管道设计J.技术与市场， 2011， （7）.2方宏.关于城市市政给排水规划设计的思考J.科技资讯， 2009（3）.3袁波.城市污水管网优化设计探讨J.江西建材， 2011， （02）
