污水管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計研究吳杰成都市雙流縣水務(wù)局四川成都610200摘要:污水管網(wǎng)系統(tǒng)是居民的生命線工程,它是保證該地區(qū)其他工程設(shè)施能夠正常使用的重要設(shè)施之一。本文分析了污水管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計的重要意義,重點研究了污水管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計的主要內(nèi)容和步驟,希望可以提高和改善我國污水管網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計水平關(guān)鍵詞:污水管網(wǎng);優(yōu)化設(shè)計Abstract: the sewage pipe network system is the lifeline of residents, it is to ensure that thearea of other engineering facilities can be normal use one of the important facilities. This paperanalyzes the significance of the sewage pipe network optimization design mainly studies themain content and steps of the sewage pipe network optimization design the hope can enhanceand improve the sewage pipe network optimization design level in our countryKey words: sewage pipe network The optimization design中圖分類號:U664.9+2文獻標(biāo)識碼:A文章編號:2095-2104(2013)1.污水管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計的意義對于傳統(tǒng)的污水管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計而言,首先,在設(shè)計人員掌握了系統(tǒng)、全面完整的設(shè)計基礎(chǔ)資料的前提下,遵照系統(tǒng)布置和管道定線的原則,憑借設(shè)計人員長期積累的設(shè)計經(jīng)驗,參照工程實際確定一種比較合理的管網(wǎng)系統(tǒng)布置圖;其次,根據(jù)工程實際選擇合適的方法,計算污水管道各管段的設(shè)計流量和水對管壁的壓力,并求出各管段的坡度和管徑;最后,組織多位專家及設(shè)計人員,根據(jù)他們的工作經(jīng)驗,對設(shè)計的管徑和坡度進行檢驗和修正,通過不斷調(diào)整設(shè)計方案使之滿足設(shè)計要求。傳統(tǒng)的污水管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計存在很多問題,其一,污水管網(wǎng)優(yōu)化方案的質(zhì)量直接受限于設(shè)計人員的工作經(jīng)驗和個人能力;其二,傳統(tǒng)設(shè)計方法的工作效率低,耗費時間長,不利于優(yōu)化設(shè)計方案;其三,傳統(tǒng)設(shè)計方法可能導(dǎo)致不必要的資金浪費,還可能對污水管道的后期管理與維護帶來困難。隨著科學(xué)技術(shù)的大力發(fā)展和計算機技術(shù)的不斷進步,計算機對各行各業(yè)的發(fā)展起到了巨大的推動作用,并且提高了工作效率,降低了投入成本。由于計算機技術(shù)、最優(yōu)化理論以及系統(tǒng)分析方法的逐步成熟與完善,為污水管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計研究提供了必要的理論基礎(chǔ),并為污水管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計的實現(xiàn)提供了保證,逐漸使污水管網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計工作向著智能化方向發(fā)展。在污水管網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計過程中,通過對各種理論、技術(shù)、工具的整合與利用在一定的條件下使污水管網(wǎng)趨于最優(yōu)化,最大限度的降低工程造價。污水管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計研究具有明顯的經(jīng)濟效益、社會效益、實用效益和現(xiàn)實意義。2.污水管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計的內(nèi)容水管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計的內(nèi)容主要有兩方面;一方面是管線平面布置的優(yōu)化選擇;另一方面是在確定了管線平面布置的前提下對管道參數(shù)進行優(yōu)化設(shè)計。1)污水管線平面布局的優(yōu)化設(shè)計。正確的定線是污水管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計的先決條件,對不同定線方案的優(yōu)化選擇更具有實用價值。已定管線下的優(yōu)化設(shè)計是平面優(yōu)化布置的基礎(chǔ)。污水管線平面布置優(yōu)化設(shè)計的原則是:管道工程量趨于最小化,管線趨于最短化,水流通暢且節(jié)省能量;2)管道參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計。管道參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計是指已定管線下污水管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計計算,主要是埋深、坡度和管徑以及不同管段間的設(shè)計參數(shù)優(yōu)化問題。設(shè)計一段污水管道,確定流量后,可能有多種管徑和埋深組合符合設(shè)計要求,這時我們要選擇投資最小的組合。在確定了管線平面布置的前提下對管道參數(shù)進行優(yōu)化設(shè)計時,最優(yōu)化方法主要有兩種:直接優(yōu)化法和間接優(yōu)化法。直接優(yōu)化法根據(jù)性能指標(biāo)的變化,直接對影響參數(shù)或方案進行計算、比較,得到滿意解和最優(yōu)解,該方法比較簡單,但計算量比較大;間接優(yōu)化法又稱為解析優(yōu)化法,它用數(shù)學(xué)模型表示工程實際,通過優(yōu)化計算得到滿意解和最優(yōu)解。3.污水管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計的基本步驟利用數(shù)值方法進行污水管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計的基本步驟如下3.1系統(tǒng)的概念化污水管網(wǎng)是一個復(fù)雜系統(tǒng),在污水管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計過程中,如何科學(xué)、簡單的用一個替代系統(tǒng)來表示復(fù)雜的污水管網(wǎng)系統(tǒng),并且該替代系統(tǒng)能夠反映該污水管網(wǎng)系統(tǒng)的基本特征和關(guān)鍵要素,這是優(yōu)化設(shè)計中最為關(guān)鍵的一步。替代系統(tǒng)的科學(xué)性和合理性對優(yōu)化結(jié)果的有效性影響極大,因此在污水管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計的初期定要重視污水管網(wǎng)系統(tǒng)的概念化。3.2確定目標(biāo)確定目標(biāo)是污水管網(wǎng)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計的評價依據(jù),也是污水管網(wǎng)系統(tǒng)概念化的重要內(nèi)容。確定目標(biāo)主要是探明污水管網(wǎng)系統(tǒng)的綜合目標(biāo)以及各個分目標(biāo),建立替代系統(tǒng)中基本變量(污水管網(wǎng)系統(tǒng)中需要考慮的關(guān)鍵因素)與各目標(biāo)函數(shù)關(guān)系。3.3數(shù)學(xué)模型的建立數(shù)學(xué)建模是將現(xiàn)實問題抽象為數(shù)學(xué)問題的過程,數(shù)學(xué)模型通過數(shù)學(xué)關(guān)系反映設(shè)計問題中各主要因素間的內(nèi)在聯(lián)系。數(shù)學(xué)模型有三要素,分別是設(shè)計變量、約束條件和目標(biāo)函數(shù)。1)設(shè)計變量。通常情況下用一組基本參量的數(shù)值來表示一個設(shè)計方案。在設(shè)計過程中,有些參數(shù)可以根據(jù)設(shè)計要求等預(yù)先給定,還有一部分參數(shù)需要在設(shè)計過程中進行選擇,因此這部分參數(shù)都可以當(dāng)作變量來處理,稱為設(shè)計變量。設(shè)計變量分為離散型設(shè)計變量和連續(xù)型設(shè)計變量,但是在現(xiàn)實條件下,利用離散型設(shè)計變量進行優(yōu)化設(shè)計難度很大,因此,大多數(shù)工程實際問題都是采用連續(xù)型設(shè)計變量進行處理;2)約束條件。在優(yōu)化設(shè)計過程中,我們必須根據(jù)實際設(shè)計要求,限制設(shè)計變量的取值。這種限制稱為約束條件,約束條件一般用等式約束函數(shù)和不等式約束函數(shù)來表示;3)目標(biāo)函數(shù)。選定完設(shè)計變量后,設(shè)計所要達到的指標(biāo)可以用設(shè)計變量的函數(shù)來表示,該設(shè)計函數(shù)稱為目標(biāo)函數(shù),即G(x)=G(x1,x2,,xn)。在污水管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計的過程中,被優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)有兩種表述方式:目標(biāo)函數(shù)的極大化,即G(x)→MAX;目標(biāo)函數(shù)的極小化,即G(x)→MIN。3.4優(yōu)化模型的求解與檢驗在工程實際中求解污水管網(wǎng)的最優(yōu)解可能有以下幾種情況:1)只有一個定量指標(biāo)作為評價目標(biāo),該定量指標(biāo)通常是工程造價,除此而外有很多可變的方案,這時需要通過最優(yōu)設(shè)計方法求得最優(yōu)解2)只有一個定量指標(biāo)作為評價目標(biāo),并且備選方案不多,這時可以對所有方案進行模擬計算,逐一進行比較,擇優(yōu)選擇方案3)有多個評價目標(biāo)且評價目標(biāo)之間有沖突,這時要用多目標(biāo)最優(yōu)化方法,通過在各目標(biāo)函數(shù)之間進行協(xié)調(diào)與權(quán)衡,最終選擇最優(yōu)方案。4.總結(jié)隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和經(jīng)濟水平的提高,我國城市化進行不斷加快,與此同時國家投入了大量的人力、物力和財力設(shè)計并優(yōu)化污水管網(wǎng),使我國污水管網(wǎng)系統(tǒng)得到極大提高和改善,但與西方發(fā)達國家相比仍有很大差距。本文通過對污水管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計的研究,提出了污水管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計的內(nèi)容和步驟,希望可以不斷提高我國污水管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計水平,為居民營造一個美好的居住環(huán)境。參考文獻:[1]田奇有,彭盡暉,龔雯.城市排水系統(tǒng)優(yōu)化的探討.山西建筑,2011,(10):110-112[2]桑源.城市污水管網(wǎng)系統(tǒng)優(yōu)化之我見.中國新技術(shù)新產(chǎn)品,2010,(19):79.[3]趙同宇.淺談城市污水管網(wǎng)系統(tǒng)優(yōu)化.科技致富導(dǎo)向,2010,(7):100-197[4]冷越.污水管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計研究.民營科技,2011,(7):309