直接優(yōu)化法優(yōu)化設(shè)計城市污水管道系統(tǒng)郭迎慶王文標提要污水管道在城市排水系統(tǒng)的總投資中占有較大的比例因此如何在滿足規(guī)定的各種約束條件下合理設(shè)計城市污水管道系統(tǒng)是設(shè)計中必須重視的問題。介紹了直接優(yōu)化法的程序優(yōu)化思想對于污水管道的設(shè)計具有-定的實用意義。關(guān)鍵詞污水管道系統(tǒng) 約束條件直接優(yōu)化法0引言礎(chǔ)上通過最優(yōu)化計算求出最優(yōu)解,但是由于管徑的作為現(xiàn)代化城市重要的基礎(chǔ)設(shè)施污水管道系可選擇尺寸不是連續(xù)變化的不能任意選擇管徑,最統(tǒng)是城市水污染防治的骨干工程,在整個排水系統(tǒng)大充滿度的限制又與管徑大小有關(guān)關(guān)于最小設(shè)計投資中占有相當大的比例。因此，設(shè)計時如何在滿流速、流速變化及其與管徑之間的約束條件等都很足規(guī)定的各種約束條件下盡量降低污水管網(wǎng)系統(tǒng)復(fù)雜，也不能用數(shù)學公式來描述故很難建立一個完的費用是設(shè)計工作必須重視的問題。污水管道的優(yōu)整的求解最優(yōu)化問題的數(shù)學模型。直接優(yōu)化法是根化設(shè)計包括兩方面內(nèi)容:①管線平面布置的優(yōu)化選.據(jù)性能指標的變化,確定- - 個目標函數(shù)以給各方案擇②在管線平面布置已定情況下進行管段、管徑及提供一個統(tǒng)-標準作比較,通過直接對各種方案或埋深的優(yōu)化設(shè)計。對于后者前人多采用線性規(guī)劃可調(diào)參數(shù)的選擇、計算和比較來得到最優(yōu)解或滿意法、非線性規(guī)劃法、動態(tài)規(guī)劃法、遺傳算法等間接優(yōu)解3]。由于污水管網(wǎng)是一個相對獨立又比較完整的化的方法并編制了相應(yīng)的程序1] ,針對污水管道忽工程系統(tǒng)管網(wǎng)中的各條管道以及管道中的各個管略和簡化了某些約束條件和控制變量,因而往往得段的設(shè)計計算是相互聯(lián)系和相互制約的。因此在不到最優(yōu)解。設(shè)計計算優(yōu)化選擇的程序設(shè)計中既要盡量減少每1優(yōu)化設(shè)計 方法的擬定-管段的工程造價更要有全局觀點，,以減少整個管依據(jù)現(xiàn)行的《室外排水設(shè)計規(guī)范》污水管道可網(wǎng)的工程造價為總目標。為此在對各管段的設(shè)計采用均勻流公式來計算，且應(yīng)滿足管徑、流速、充滿參數(shù)進行優(yōu)化選擇的同時為了全局的利益增加人度、埋深、銜接方式等方面的約束條件。具體參見文機對話功能,以加強設(shè)計人員對管網(wǎng)計算的宏觀控獻2]此外考慮到管道之間的連接增加了一個制與局部干預(yù),使各管段設(shè)計參數(shù)優(yōu)化選擇服從盡約束條件即管道管內(nèi)底標高應(yīng)小于(接納支管時)可能降低整個管網(wǎng)工程總造價這個全局目標。本程或大于(接至干管時)謀-設(shè)定標高值。序?qū)⑽鬯艿赖馁M用函數(shù)作為目標函數(shù)其函數(shù)形污水管道的優(yōu)化設(shè)計是指在滿足上述約束條件式如下:的前提“下在確定排水體制及管網(wǎng)定線后以充滿度和流速為決策性變量，以降低工程造價為最終目標,M = 2}(D; I; L; ,Jo; ,Ho;) (1)來進行管徑、坡度等-系列數(shù)據(jù)的計算。其基本算式中M--污水管道總費用;法與人工計算基本相同即按污水流動方向先計算D;一 第i管段設(shè)計管徑;支管后計算干管和主干管通過從上游至下游依次中國煤化工重;對各設(shè)計管段進行計算繼而完成一條管道 以及整MHCNMH庋;個管網(wǎng)的計算。最優(yōu)化方法-般分為兩種:間接優(yōu)化法和直接Io;-第i管段地面坡度;優(yōu)化法。間接優(yōu)化法是在建立最優(yōu)化數(shù)學模型的基Ho;一第i 管段起點埋深;給水排水Vol.28 No.2 2002 37設(shè)計管段數(shù)。2.3優(yōu)化設(shè)計對污水管道的優(yōu)化就是求1成的最小值Mnino為了滿足整個工程系統(tǒng)為最優(yōu)這個全局利益,2優(yōu)化程序的設(shè)計 思想往往要求工程系統(tǒng)中的某些局部(或子系統(tǒng)利益作在進行優(yōu)化程序的設(shè)計時著重從以下幾方面出-定的犧牲例如對于地面坡度較大、地形局部考慮參數(shù)的選擇。變陡或其它復(fù)雜的地形條件下,如果只對所計算管2.1設(shè)計流速段的幾個設(shè)計參數(shù)進行優(yōu)化選擇而不考慮該管段由于污水管道的埋深對工程造價具有最重要的的流速和坡度對下游所有管道的影響則有可能使影響在一定條件下決定管道埋深大小的唯一直接下游管道的工程造價大大增加,此時需要設(shè)計者根因素是管道坡度,而從污水管道計算所采用的均勻據(jù)特殊的地形特點、整體的管網(wǎng)布局對流速、坡度、流基本公式( 2 )成和( 3 )成來看,當水力半徑不變管埋深、是否需要跌水、是否需要設(shè)計泵站等參數(shù)進行底坡度與流速的平方成正比,即減小流速能更大幅綜合平衡,以作出一個對全局極為有利的判斷程序度地減小管底坡度和埋深。在這種場合下的作用-是提供用戶的操作界面二是迅速對用戶所作的決定進行計算，并將計算結(jié)果v =--R2/3q/2(2)反饋給用戶，讓用戶進-步判斷。Q= Av=1AR2/31/2(3)3應(yīng)用實例依據(jù)上述原則,結(jié)合延安市市區(qū)的地形地貌特式中v設(shè)計流速m/s;點、城市特征、總體規(guī)劃的要求,確定如下控制性參管壁粗糙系數(shù);.數(shù):-水力半徑m;(1皮管最小管徑: 300 mm。.I一-水力坡度 等于管底坡度也稱管道(段)(2 )起端最小埋深道路下管道- 1.00 m(相對坡度;于路面)河床下管道-0.90m(相對于河床)Q一設(shè)計流量 m'/s;(3 )最大埋深:埋深≤3 m不提示;3 m≤埋深A(yù)-過水斷面 面積m2?！? m提示出埋深值;5 m≤埋深≤7 m提示出埋另-方面在前面的約束條件中除了對最小管深值并詢問是否設(shè)泵站埋深=7m必須設(shè)泵站。徑的管底坡度規(guī)定以外沒有關(guān)于管底坡度大小的(4 )最小流速: 300 mm~500 mm ,v=具體規(guī)定,因而無法以管底坡度作為優(yōu)化選擇的決0.70 m/s; 600 mm~ 1 100 mm ,v= 0.80m/s;策變量。而關(guān)于設(shè)計流速的約束條件很多在滿足> 1 100 mm ,7=0.90 m/s。所有設(shè)計流速的約束條件的前提下選擇一個盡可(5)充滿度: 300 mm~500 mm 0.25≤能小的設(shè)計流速是對設(shè)計參數(shù)進行優(yōu)化選擇的重要h/d≤0.70 ; 600 mm~ 1 100 mm 0.30≤h/d內(nèi)容在程序設(shè)計中也很容易實現(xiàn)。.≤0.75 ;> 1 100 mm 0.35≤h/d≤0.80。2.2設(shè)計充滿度(6 )總變化系數(shù):K,=2.7/Q0.11 ,Q為集污流在管道設(shè)計中,減小管徑也能減小管材與工程量單位L/s。造價。由此可見盡可能選擇一個較小的管徑也是(7 )每人每日排污量:400 L人口密度450人/十分必要的。但是,在約束條件下除了最小管徑hm2比流量qn=1.91 L/(s hm2 )外,也沒有對管徑大小的具體要求，而對設(shè)計充滿度(8)日平均排水量超過1000m3的單位作為排卻有嚴格的規(guī)定,因而無法直接選取一個最優(yōu)管徑污大戶甘泫導古培坡是十孫流量計算。中國煤化工來滿足有關(guān)約束條件。如果在已知設(shè)計流量并初步二6其它規(guī)范按管網(wǎng)布確定了流速的情況下，選擇-個盡可能接近最大設(shè)MHCNMH(行方案的比較，利用局及是山以是小叫-計充滿度的管徑,則該管徑就是該條件下可以選擇程序經(jīng)過反復(fù)迭代計算確定出污水管網(wǎng)的最小管的最小管徑。徑為300 mm最大管徑為1400 mm管網(wǎng)不設(shè)中途38給水排水 Vo1.28 No.2 2002杭州市九溪水廠加氯加氨工藝的改進邵迎提要在杭州市九溪水廠 試運行期間發(fā)現(xiàn)濾前水余氯過低、出廠水余氯不穩(wěn)、耗氯量高等問題,通過試驗分析對加氨、加氯工藝作了改進不僅保證了出廠水水質(zhì)也降低了氯耗。,關(guān)鍵詞給水廠加氨加氯工藝0前言(1)濾前水余氯過低,有時夜間余氯只達到杭州九溪水廠緊靠錢塘江,設(shè)計能力為60萬0.1 mg/L。m2/d是目前浙江省規(guī)模最大的自來水廠,水廠 自( 2 )根據(jù)化驗室每2 h隨機取樣化驗分析發(fā)現(xiàn)即2000年6月正式投產(chǎn)以來-直運行正常，出廠水質(zhì)使濾前水余氯、氨氮均穩(wěn)定在0.8 mg/L及0.3 mg/L各項指標達到了建設(shè)部2000年科技進步規(guī)劃中要左右但出廠水余氯卻極不穩(wěn)定,有時甚至比濾前水求一類水司標準。下面就1999年6月至2000年6余氯還要低，只有0.3 mg/L左右。月試運行期間所發(fā)現(xiàn)的問題及改進做-介紹。以上問題無論是通過加大加氯量還是調(diào)整氯、九溪水廠制水工藝流程見圖1。該廠消毒劑采氨投加比例均不能有效地從根本上解決嚴重影響用氯和氨前加氯投加點為原水流量計出口10 m處了出廠水水質(zhì)氯的消耗量也非常大達7.5 mg/L加氯井內(nèi)后加氯投加點為濾池出水渠堰口處原后之多。加氨投加點為出水機房吸水井內(nèi)。2問題分析氯的消耗分成殺滅水中藻類、細菌、有機物、還前加氟加礬后加氯后加氨原性物質(zhì)等的消耗揮發(fā)的消耗和剩余氯(即出廠水it|V城余氯等方面。在排除了原水濁度、原水氨氮含量、市盟H網(wǎng)原水pH加氯量的影響后技術(shù)人員初步分析濾前圖1水廠工藝流程水余氯過低可能與揮發(fā)過多有關(guān),為此技術(shù)人員取1產(chǎn)生現(xiàn)象水樣做了分析(見表1 )試運行后發(fā)現(xiàn)存在以下問題:由于該廠沉淀池長110 m ,以進水流量0.87萬泵站污水進處理廠再集中提升的管網(wǎng)費用為最低參考文獻的設(shè)計方案。1李樹平劉遂慶.城市排水管道系統(tǒng)設(shè)計計算的進展.給水排水,4結(jié)語1999 25 10)9~ 12應(yīng)用直接優(yōu)化法進行污水管道的優(yōu)化設(shè)計,在2 孫慧修主編.排水工程(上).第四版.北京中國建筑工業(yè)出版社,1999滿足規(guī)范限定的約束條件的同時，,對管內(nèi)底標高也3彭永臻崔福義.給水排水工程計算機程序設(shè)計.北京:中國建筑做了約束在對各管段的設(shè)計參數(shù)進行優(yōu)化選擇的工業(yè)出版社,1994同時增加了人機對話功能加強了設(shè)計人員對管網(wǎng)計算的宏觀控制與局部干預(yù)使污水管網(wǎng)的設(shè)計得:O作者通訊處213016常州市江蘇石油化工學院中國煤化工以進-步優(yōu)化。相對于間接優(yōu)化法，該法具有直接、直觀、更趨近最優(yōu)解的優(yōu)點。其程序設(shè)計思路可推HY HCNMHG80H)E-mail yingqing@263 . net廣到雨水管道的優(yōu)化，為排水管網(wǎng)的全局優(yōu)化提供王文標200092 上海同濟規(guī)劃建筑設(shè)計研究院了-種有效的方法。修回日期2001-7-2給水排水Vol.28 No.2 2002 39