淺論污水管網(wǎng)系統優(yōu)化設計

淺論污水管網(wǎng)系統優(yōu)化設計張利平寧波市北侖區建設設計研究院浙江寧波 315800,摘要: 本文就污水管網(wǎng)系統優(yōu)化的意義以及優(yōu)化的方法和優(yōu)化的步驟進(jìn)行分析，以其對污水管網(wǎng)的施工工程降低成本，提高排水能力有所幫助。關(guān)鍵詞:污水管網(wǎng);系統;優(yōu)化設計Abstract: Sewer System to optimize the significance of opt imization methods and .optimization steps to help its sewage pipe network construction project to reducecosts and improve the drainage capacity.Key words: sewage pipe network; system; optimization design中圖分類(lèi)號: TU823.3文獻標識碼: A文章編號: 2095- 2104(2012)當期我國城市化進(jìn)程加快,城市人口不斷增加考驗著(zhù)城市的承載能力的同時(shí)也對城市的污水管網(wǎng)提出嚴峻考驗，而實(shí)際中我國多數城市污水管網(wǎng)普遍存在不完善的情況，諸如隨意排放污水，借道街道以及河道進(jìn)行排水的現象比比皆是;即使鋪設有污水管道的城市卻也存在排水能力弱，污水易泄露的問(wèn)題;污水管網(wǎng)設計不科學(xué)，施工不合理，造價(jià)高，效果差也是當前需要加強解決的難題。這些問(wèn)題匯聚在一起，對城市現代化的發(fā)展造成了極大的影響，基礎設施建設不完善，對人民的生活、生產(chǎn)帶來(lái)很大的影響。雖然不少城市在污水管網(wǎng)建設上加大了資金的投入，提升了污水管理系統，但與歐美等發(fā)達國家相比不僅在處理能力存在著(zhù)巨大差距，而且在資金的投入上以及后期的維護上也是難以望其項背。因而，如何設計出既能滿(mǎn)足于城市污水收集和排放的需求，又能降低施工成本的科學(xué)高效的污水管網(wǎng)，縮小我國和發(fā)達國家的差距,為城市的發(fā)展提供完善的基礎設施,這正是優(yōu)化污水管網(wǎng)的意義所在。二、污水管網(wǎng)系統的主要組成部分(一)室內污水管道系統及設備室內污水管道系統和設備的作用是收集生活污水并在安全狀態(tài)下排放到室內污水管道之中，承擔著(zhù)部分環(huán)保的功效。在民用住宅以及公共建筑內，污水管道系統即使人們污水收集和處理的容器，也是人們用水的容器，生活污水經(jīng)過(guò)污水管道的輸送到室外污水處理系統是污水管網(wǎng)的重要組成部分和施工中的必不可少的環(huán)節。(二)室外污水管道系統室外污水管道系統是室內污水管道系統的延伸,更是城市污水管網(wǎng)設計和施工中的重要環(huán)節，在設計和施工不僅要考慮地形和建筑物的限制更要綜合考慮成本因素。通常室污水管道系統修建在地面以下依托于重力流的作用將污水運輸到污水處理或污水處理廠(chǎng)等進(jìn)行污水的凈化處理。-般分為:街道管理系統以及小區管道系統，兩者既有相同之處也有著(zhù)彼此區別。首先都是建立在居住區附近;其次，前者是鋪設在街道之下，用以運輸小區管理輸送而來(lái)的污水，而后者則是鋪設在居民小區內，承擔的是收集和運輸小區范圍內的污水，再經(jīng)過(guò)街道管道運輸到污水處理地。(三)污水泵站及壓力管道污水泵是污水運輸和處理系統中重要組成部分,由于生活污水中夾雜有其他物質(zhì)容易造成污水泵的堵塞甚至是導致污水泵電機的燒毀，,因此污水泵站就承擔著(zhù)維護和及時(shí)調換污水泵確保污水及時(shí)安全的運輸的重任。污水泵站通常有兩種類(lèi)型其設罷干法nk管道系統中用于提升污水的高程;其二，設置于污水處理廠(chǎng)用于提升污中國煤化工理工MYHCNMH G .-1-藝提供水流動(dòng)力。(四)污水處理廠(chǎng)污水處理廠(chǎng)是污水收集和運輸的最終環(huán)節也是污水凈化后再利用的起點(diǎn)之處。污水廠(chǎng)是污水管網(wǎng)設計中最重要的組成部分之一- ,尤其是工業(yè)污水只有經(jīng)過(guò)污水處理廠(chǎng)的處理之后達到國家規定的標準才能允許排放。當前我國工業(yè)處于發(fā)展期，在污水處理上還需要不斷加強技術(shù)研究和資金的投入以確保污水得到有效治理。處理污水、污泥的一-系列構筑物及附屬構筑物的綜合體稱(chēng)污水處理廠(chǎng)。(五)出水口及事故排除口出水口及事故排除口是污水管網(wǎng)中終點(diǎn)設備，是城市污水排放的出口地更是污水收集或處理中緊急情況或事故的必不可少的輔助設備，是確保污水安全排放的重要設施，更是污水管網(wǎng)系統優(yōu)化設計中重要環(huán)節。三、污水管網(wǎng)系統優(yōu)化的步驟(一)明確目標在污水管網(wǎng)系統的優(yōu)化中首先就是要確定優(yōu)化的目標，包括預算指標、功能指標、使用年限指標等。根據實(shí)際情況科學(xué)合理的預測優(yōu)化過(guò)程中可能會(huì )遇到的困難，并建立目標基本變量變化的函數關(guān)系，綜合現有物力、財力、人力等綜合因素，尋求最優(yōu)以、最經(jīng)濟、最科學(xué)的優(yōu)化方案。(二)細化構成要件由于污水管網(wǎng)系統從設計到施工設計到眾多環(huán)節，面臨著(zhù)眾多的多變量、多目標、多層次的復雜系統，因此在污水管網(wǎng)系統的優(yōu)化設計中就需要對其中各個(gè)構成要件進(jìn)行細化、組合、簡(jiǎn)化。也即把一一個(gè)較為復雜的排水系統，通過(guò)細化構成要件使之成為既能有效的反映出污水管網(wǎng)的關(guān)鍵要素又能定量表達和模擬優(yōu)化的替代系統。(三)確立數學(xué)模型隨著(zhù)計算機技術(shù)發(fā)展，污水管網(wǎng)的設計優(yōu)化可以通過(guò)在計算機軟件來(lái)模擬現實(shí)，通過(guò)抽象化的數學(xué)形式反映出設計中存在的問(wèn)題以達到前期優(yōu)化的目的。數學(xué)模型的建立需要綜合考量設計變量、目標函數、約束條件，使三者相互作用，達到一個(gè)理想的狀態(tài)。其一、在設.計變量中參數的選取應根據實(shí)際中的工藝以及使用要求進(jìn)行設定;其二、在確定設計變量之后，就可以通過(guò)一-定的公式形成設計變量的函數，即F (X) =F (X，，X2AA)以指導后期工程優(yōu)化設計;其三、設定約束條件，由于所有設計方案并不是工程實(shí)際都能接受的。因此.在優(yōu)化設計中.必須根據實(shí)際設計要求.對設計變量的取值加以種種的限制。設計約束一-般表達為設計變量的不等式約束函數和等式約束函數。(四)模型的檢驗和優(yōu)化確立模型之后需要對其進(jìn)行檢驗和在優(yōu)化以達到最終實(shí)際施工的最優(yōu)的目的。在檢驗中可運用多目標最優(yōu)化方法進(jìn)而作出相應的程序設計,并通過(guò)現代計算機技術(shù)分析和計算出最優(yōu)值。當前結合實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行分析時(shí)，還難以達到十分理想的狀態(tài)，對污水管網(wǎng)系統的優(yōu)化還處于“滿(mǎn)意解”的程度，“最優(yōu)解”還屬于未來(lái)探索階段。因此，在模型的檢驗和優(yōu)化過(guò)程中在確定影響求解的關(guān)鍵要素和參數的基礎上找到一個(gè)較為合乎理想的滿(mǎn)意解。四、污水管網(wǎng)系統的方法(一)直接優(yōu)化得出滿(mǎn)意解直接優(yōu)化法即通過(guò)收集排水管道各項性能指標的變化，直接進(jìn)行方案和參數的修改,以達到最優(yōu)解或者滿(mǎn)意解，但從實(shí)際優(yōu)化情況中可以得出直接優(yōu)化法取得的大都是滿(mǎn)意解。具體是運用“電子表格”統計數據和分析數據的功能進(jìn)行污水管網(wǎng)優(yōu)化的，由于不需要設計到過(guò)于復雜的運算可以快捷的得出最小費用的設計。中國煤化工(二)合理利用線(xiàn)性規劃M(mǎn)HCNMH G-2-線(xiàn)性規劃法是污水管網(wǎng)優(yōu)化設計中最為常用的方法之-一，通過(guò)一級泰勒展開(kāi)式代替,使迭代點(diǎn)序列逼近非線(xiàn)性規劃的最優(yōu)解。雖然可以接近非線(xiàn)性規劃的最優(yōu)解但是線(xiàn)性規劃依舊存在著(zhù)計算管徑與市售規格管徑相矛盾的問(wèn)題，因此當前推出了混合整數規劃法，很好的解決了線(xiàn)性規劃的部分缺點(diǎn)。(三)科學(xué)運用非線(xiàn)性規劃它可以?xún)?yōu)化選擇排水管道的直徑和埋深，以及中途泵站的位置。其假定管徑是離散的，易于對目標函數和約束條件進(jìn)行敏感性分析。但是該方法極大地限制了目標函數和約束條件的形式。罰函數離散優(yōu)化法將排水工程的特點(diǎn)與罰函數離散思想相聯(lián)系，可以排除不合理的設計方案，以管系末端管底標高為全局控制因素，建立與目標甬數的可行解對應關(guān)系。并通過(guò)同時(shí)進(jìn)行整體控制與局部控制的水力計算方法。遍歷目標函數的可行解及局部最優(yōu)解，從而得到管系的全局最優(yōu)設計方案。五、結語(yǔ)污水管網(wǎng)是保障人們生活和城市健康發(fā)展的基礎設施之一,在城市的發(fā)展中起著(zhù)舉足輕重的作用。隨著(zhù)國內眾多研究人員對污水管網(wǎng)的研究，當今在污水管網(wǎng)系統的優(yōu)化設計上也取得了眾多方法，為城市的可持續化發(fā)展提供了良好保障,但與發(fā)達國家相比還存在著(zhù)差距。因此在未來(lái)發(fā)展中，還需要加大研究和資金投入的力度，總結經(jīng)驗得出最優(yōu)的設計方案，達到有效處理污水，降低工程造價(jià)的目標。[參考文獻][1]卜秋平.城市污水管網(wǎng)的建設與管理[M]，化學(xué)工業(yè)出版社，2006年[2]未碧貴，張洪偉.給水排水管網(wǎng)設計[M]，中國建筑工業(yè)出版社，2011年中國煤化工YHCNMH G-3-