摘要:城市污水管道作为城市给排水工程很重要的一部分,对城市卫生有十分重大的意义,在现代建筑的各种规约性条件下如何科学、合理的设计城市污水管段,十分重要,本文详细介绍了城市管段设计的基本方法,据此给出了优化方案并进行了科学的分析。
关键词:城市污水管道;管段设计;优化方案
中图分类号:TU99 文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)24-0089-01
1优化设计方法的基本思想
依据现行的《城市排水设计规范》和城市污水排放工程建设操作的基本要求,在污水管道的管径施工中,要充分考虑到精确性,准确确定管径的应用要求和基本设计规范。通常我们可以采用常用的均匀流公式来计算,但是这一公式的应用应满足污水管道管径、流速、充满度、埋深、衔接方式等方面的相关约束条件。同时,在施工中,还应充分考虑到管道之间的连接,管径的长度和宽度等。同时还要增加了一个管径设计的约束条件,即管道管内的底标高要做适量调整。污水管道管径的优化设计方法的基本思想是指在满足给排水工程约束条件和城市污水工程管道设计的应用要求的前提下,首先确定排水体制及管网定线,然后以管道管径的充满度和流速为主要变量,最大限度的降低工程造价的前提下,来使用均匀流公式进行管径、坡度等一系列基本数据的计算。在依次对上游下游各设计管段的计算后,完成一条管道以及整个管网的计算。
2城市污水管道管径设计的优化方案
一般而言,最优化方案的确定要考虑到诸多因素,包括天气、地质地貌、铺设条件等因素都可能对管道管径的设计方案产生影响。然而由于管道管径的可选择尺寸在实际施工中可能变化,因此在此基础上,通过最优化计算得出最优解往往不能与实际施工情况相符,这样就造成了施工的困难,不能任意的选择管径,对最大充满度的限制一般又与管径大小有关。所以对最小设计流速、流速变化的计算及其与管径之间的各种约束条件的估计等都是很复杂的工作,对这些变量的估计不可能用一个简单的数学公式来描述和确定,这样也就很难建立一个完整的以最优化问题为目标的数学模型。
直接优化法与后者相比,有着不同的特点。它是根据管道管径性能的指标的变化,确定目标函数,这个目标函数可以用来为各方案提供一个统一的可操作的标准,通过直接优化法对各种方案或可调参数的选择、计算和比较,来得到最优解或满意解。因此,在优化城市污水管道管段设计的计算方案中,既要尽量减少每一设计管段管径的工程造价,更要有全局观,通过最优解来降低工程设计成本以减少整个管网的工程造价为总目标。为此,在对各管段的设计参数进行优化选择的同时,为了全局的利益,增加人机对话功能,以加强设计人员对管网计算的宏观控制与局部干预,使各管段设计参数优化选择服从尽可能降低整个管网工程总造价这个全局目标。以下笔者将介绍城市污水管道管径设计中的一些注意事项,并对优化方案进行分析。
3城市污水管道管段设计方案的拟定和分析
在城市污水管道的设计中有如下几个因素应该引起设计者和施工人员的注意,这几个因素对城市污水管道管径设计和应用有着重要的影响,下面笔者做逐一分析:
3.1 城市污水管道管段流速的设计由于污水管道的埋深对工程造价具有最重要的影响,因此管道铺设深度和管径尺寸的选择十分重要,在一定的规约条件下,决定管道埋深大小的唯一直接因素是铺设管道的确定坡度,这一参量的确定对管道埋深有重要的影响。而从城市污水管道计算经常采用的均匀流计算公式来看,当水力半径不变,管底坡度与流速的平方成正比,即管底坡度越低,流速越慢。为此减小流速能更大幅度地减小管底坡度和埋深。另一方面,在前面的约束条件中除了对最小管径的管底坡度规定以外,尚没有对管底坡度大小做出任何的具体规定,因而无法以管底坡度作为优化方案选择的主要变量。而关于设计城市污水管道的流速,约束条件也很多,只有在满足所有设计流速的约束条件的前提下,通过科学计算选择一个尽可能最小的设计流速,才能对各项参数作出正确的优化选择,这在优化施工程序的设计方案中也很容易实现。
3.2 城市污水管道管段充满度的设计在城市污水管道设计中,减小管径也能减小管材与给排水工程造价。从上述阐述中,我们发现尽可能选择一个较小的污水管道管径在工程施工中也是十分必要的。但是,在具体的约束条件下,除了最小管径外,并没有对管径大小的具体要求,而对设计充满度却有严格的规定,因而无法直接选取一个最优管径来满足有关约束条件。如果在已知设计流量并初步确定了流速的情况下,选择一个尽可能接近最大设计充满度的管径,则该管径就是该条件下可以选择的最小管径。
3.3 城市污水管道设计中的南北差异城市污水管道的设计是一项全面而又细致的工作,除了要充分、准确的对影响施工的技术因素如充满度、埋深、流速等进行计算和评估外,还要考虑施工所在地的管道铺设的地理条件和气候条件,尤其是气候条件,不得不引起管道管段设计人员和施工者的注意,南方的气候温暖湿润,地质条件较好,土壤季节温差小,这些气候条件都有利于管道的铺设,若在北方则不然,北方大多数地区昼夜温差大,土壤冬季干燥,在管道的设计和施工中要更多的考虑到气候的因素,因此在城市污水管道的施工中要对北方城市管道的防冻能力做出评估,在非恒温条件下保证管道管段的顺利畅通和使用。而南方的气候条件和地理条件相比北方,对管道铺设有着得天独厚的优势,温差小,地表温度常年恒定,因此设计和铺设城市污水管道对气候因素和环境条件的要求相对较低。因此对管道管段施工中的南北差异要认真分析,才能更好的优化设计方案。
总之,城市污水管道管段设计是给排水工程中的重大课题,要充分考虑到管道管段设计中的各类因素,进行精密和科学的计算和统筹,才能更好的优化设计方案,解决管道管段施工中的可能遇到的实际问题。
参考文献:
[1]叶雄鹰.浅谈城市污水管道施工中的非开挖技术[J].建筑与装饰,2007(10).
[2]沈耀良.城市污水管道设计的一种简化方法[J].中国给水排水,2005(5).
[3]周心培.直接优化法优化设计城市污水管道系统[J].中国给水排水,2005(2).