污水管網(wǎng)承擔著排放污水、保護環(huán)境的職能，是一個重要的基礎(chǔ)設(shè)施，合理的設(shè)計污水管網(wǎng)，對基礎(chǔ)設(shè)施的發(fā)展和功能完善有著重要的影響作用。本文分析了污水管網(wǎng)計算中的幾種約束條件和以全局優(yōu)化的思想。
關(guān)鍵詞：污水管網(wǎng)；優(yōu)化設(shè)計；計算方法
        0 引言
        污水管網(wǎng)的基本任務(wù)就是及時、安全、通暢地收集、輸送污水到污水處理設(shè)施。污水管網(wǎng)系統(tǒng)是給水排水工程的一個重要組成部分，在整個排水系統(tǒng)投資中占有相當大的比例。污水管網(wǎng)系統(tǒng)同時是現(xiàn)代化城市重要的基礎(chǔ)設(shè)施，是城市水污染防治的骨干工程。因此，設(shè)計時如何在滿足規(guī)定的各種約束條件下，優(yōu)選污水管網(wǎng)的管徑、埋深等各個組成部分，盡量降低污水管網(wǎng)的投資費用，是污水管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計的最終目的。
        1 優(yōu)化思想
        1.1 選取盡可能小的設(shè)計流速
        當水力半徑不變，管底坡度與流速的平方成正比，即減小流速能更大幅度地減小管底坡度和埋深。關(guān)于設(shè)計流速的約束條件很多，在滿足所有設(shè)計流速的約束條件的前提下，選擇一個盡可能小的設(shè)計流速是對設(shè)計參數(shù)進行最優(yōu)化選擇的重要內(nèi)容，在程序設(shè)計中很容易實現(xiàn)。
        1.2 選取盡可能大的設(shè)計充滿度
        優(yōu)化選擇接近最大設(shè)計充滿度的方法，不僅可以減少管材耗量，而且還可以在一定程度上減小管底坡度和埋深，首先確定了一個盡可能小的設(shè)計流速v后，n為常數(shù)，水力半徑R越大管底坡度I越小。根據(jù)水力學中水力半徑和充滿度之間的關(guān)系可知，充滿度為0.81左右以下時，水力半徑隨著充滿度增大而增大。由于各種管徑的最大設(shè)計充滿度也不大于0.75，所以選擇盡可能大的設(shè)計充滿度也就是選擇了盡可能大的水力半徑，其結(jié)果是減小了管道坡度和埋深
     1.3 檢查井內(nèi)管段銜接時盡可能減小下游管段埋深 在滿足管段在檢查井內(nèi)銜接的約束條件的前提下，根據(jù)相銜接兩管段的管徑與管段中的污水深度等具體情況，來選擇水面平接、管頂平接和管底平接等三種不同的銜接方式。
        1.4 以全局優(yōu)化的思想指導設(shè)計的選擇
        為了使整個工程系統(tǒng)為最優(yōu)這個全局利益，往往要求工程系統(tǒng)中的某些局部（或子系統(tǒng)）利益做出一定的犧牲。盡可能減小所計算管段的坡度、埋深和管徑等，這不僅能減小該管段的工程造價，而且還對減小其下游各管段的坡度和埋深也做出了貢獻、也是對排水管網(wǎng)設(shè)計計算的全局優(yōu)化做出了貢獻。
        2 污水管網(wǎng)設(shè)計計算的約束條件
        2.1 管徑
        管徑對污水管道水力計算的約束反映在兩個方面，其一是規(guī)定了最小管徑；其二是管徑的遞增或遞減方式，由于管道規(guī)格的限制，在計算過程中，管徑的遞增或遞減是非連續(xù)均勻的。
        2.2 流量
        設(shè)計中確定管徑時，應(yīng)避免小流量選大管徑，故應(yīng)明確各種管徑對應(yīng)的最小流速（最小充滿度）時所通過的流量為最小流量。當管段設(shè)計流量小于某一管徑的最小流量時，只能選小一級的管徑。但不能小于其最小管徑。
        2.3 充滿度
        污水管道按部分滿流計算。每種管徑都有相應(yīng)的充滿度上限值。以最大和最小充滿度為約束條件，選用設(shè)計充滿度，可以最佳的確定管徑，達到優(yōu)化目的。
        2.4 流速
        管段的設(shè)計流速介于最小流速（0.6m/s）和最大流速（金屬管10m/s，非金屬管5m/s）之間。不同管徑的圓形鋼筋混凝土管，在相應(yīng)的最大充滿度下的最大流速是不同的。
        2.5 坡度
        規(guī)范中規(guī)定了最小管徑的最小設(shè)計坡度。各種管徑都有相應(yīng)的最小設(shè)計坡度。為保證管道的運行和維護管理，也應(yīng)考慮確定各種管徑的最大設(shè)計坡度。在平坦地區(qū)污水管道的水力坡度應(yīng)用最小設(shè)計坡度約束，而地形坡度大的地區(qū)則應(yīng)用最大設(shè)計坡度約束。
        2.6 埋深
        管道起點的最小埋深，根據(jù)管道通過地區(qū)的地質(zhì)條件設(shè)定；當管道坡度小于地面坡度時，為保證下游管段的最小覆土厚度和減少上游管段的埋深，應(yīng)采用跌水連接。
        2.7 管段銜接方式
        污水管道在檢查井處的連接方式，一般有水面平接和管頂平接兩種方式。不管哪種方式連接，均不應(yīng)出現(xiàn)下游管段上端的水面高于上游管段下端的水面、管端標高，且應(yīng)盡量減少下游管段的埋深，
        3 管徑優(yōu)化計算方法
        排水管網(wǎng)水力計算采用傳統(tǒng)的均勻流基本公式。但是，在約束下，為了選擇具有最大設(shè)計充滿度的管徑，也不能直接求出管段坡度和埋深。為了便于用計算機解決有關(guān)計算問題，用以下計算方法：通過一個叫做管道過水斷面夾角θ的中間變量來求出管道計算中的未知設(shè)計參數(shù)
        4 結(jié)語
        綜上所述，通過分析優(yōu)化設(shè)計的相關(guān)約束條件，進而提出了以選取滿足最大充滿度的污水管管徑為優(yōu)化核心約束條件，不僅簡化了優(yōu)化思想，而且該計算方式數(shù)據(jù)輸入少，可以應(yīng)用到其他任何規(guī)模的污水管網(wǎng)工程設(shè)計中，所以其在今后的污水管網(wǎng)的設(shè)計與優(yōu)化計算中大有潛力。
參考文獻
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