淺論污水管網(wǎng)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)張利平寧波市北侖區(qū)建設(shè)設(shè)計(jì)研究院浙江寧波 31 5800,摘要: 本文就污水管網(wǎng)系統(tǒng)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(duì)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(tǒng);優(yōu)化設(shè)計(jì)Abstract: Sewer System to optimize the significance of optimizat ion methods andoptimization steps to help its sewage pipe network construction project to reducecosts and improve the drainage capacity.Key words: sewage pipe network; system; optimization design中圖分類號(hào): TU823.3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A文章編號(hào): 2095 - 2104(2012)當(dāng)期我國(guó)城市化進(jìn)程加快，城市人口不斷增加考驗(yàn)著城市的承載能力的同時(shí)也對(duì)城市的污水管網(wǎng)提出嚴(yán)峻考驗(yàn)，而實(shí)際中我國(guó)多數(shù)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(xiàn)象比比皆是;即使鋪設(shè)有污水管道的城市卻也存在排水能力弱，污水易泄露的問題;污水管網(wǎng)設(shè)計(jì)不科學(xué)，施工不合理，造價(jià)高，效果差也是當(dāng)前需要加強(qiáng)解決的難題。這些問題匯聚在-起，對(duì)城市現(xiàn)代化的發(fā)展造成了極大的影響，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)不完善，對(duì)人民的生活、生產(chǎn)帶來很大的影響。雖然不少城市在污水管網(wǎng)建設(shè)上加大了資金的投入，提升了污水管理系統(tǒng)，但與歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家相比不僅在處理能力存在著巨大差距，而且在資金的投入上以及后期的維護(hù)上也是難以望其項(xiàng)背。因而，如何設(shè)計(jì)出既能滿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(guó)和發(fā)達(dá)國(guó)家的差距,為城市的發(fā)展提供完善的基礎(chǔ)設(shè)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(tǒng)的主要組成部分(一)室內(nèi)污水管道系統(tǒng)及設(shè)備室內(nèi)污水管道系統(tǒng)和設(shè)備的作用是收集生活污水并在安全狀態(tài)下排放到室內(nèi)污水管道之中，承擔(dān)著部分環(huán)保的功效。在民用住宅以及公共建筑內(nèi)，污水管道系統(tǒng)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)過污水管道的輸送到室外污水處理系統(tǒng)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(jié)。(二)室外污水管道系統(tǒng)室外污水管道系統(tǒng)是室內(nèi)污水管道系統(tǒng)的延伸,更是城市污水管網(wǎng)設(shè)計(jì)和施工中的重要環(huán)節(jié)，在設(shè)計(jì)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(tǒng)修建在地面以下依托于重力流的作用將污水運(yùn)輸?shù)轿鬯幚砘蛭鬯幚韽S等進(jìn)行污水的凈化處理。一般分為:街道管理系統(tǒng)以及小區(qū)管道系統(tǒng)，兩者既有相同之處也有著彼此區(qū)別。首先都是建立在居住區(qū)附近;其次，前者是鋪設(shè)在街道之下，用以運(yùn)輸小區(qū)管理輸送而來的污水，而后者則是鋪設(shè)在居民小區(qū)內(nèi)，承擔(dān)的是收集和運(yùn)輸小區(qū)范圍內(nèi)的污水，再經(jīng)過街道管道運(yùn)輸?shù)轿鬯幚淼亍?三)污水泵站及壓力管道污水泵是污水運(yùn)輸和處理系統(tǒng)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(dǎo)致污水泵電機(jī)的燒毀，因此污水泵站就承擔(dān)著維護(hù)和及時(shí)調(diào)換污水泵確保污水及時(shí)安全的運(yùn)輸?shù)闹厝?。污水泵站通常有兩種類型:其一一，設(shè)置于污水管道系統(tǒng)中用于提升污水的高程;其二，設(shè)置于污水處理廠用于提升污水的污水泵站后續(xù)污水處理工-1-藝提供水流動(dòng)力。(四)污水處理廠污水處理廠是污水收集和運(yùn)輸?shù)淖罱K環(huán)節(jié)也是污水凈化后再利用的起點(diǎn)之處。污水廠是污水管網(wǎng)設(shè)計(jì)中最重要的組成部分之一,尤其是工業(yè)污水只有經(jīng)過污水處理廠的處理之后達(dá)到國(guó)家規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)才能允許排放。當(dāng)前我國(guó)工業(yè)處于發(fā)展期，在污水處理上還需要不斷加強(qiáng)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(gòu)筑物及附屬構(gòu)筑物的綜合體稱污水處理廠。(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(shè)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(shè)備，是確保污水安全排放的重要設(shè)施，更是污水管網(wǎng)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)中重要環(huán)節(jié)。三、污水管網(wǎng)系統(tǒng)優(yōu)化的步驟(一)明確目標(biāo)在污水管網(wǎng)系統(tǒng)的優(yōu)化中首先就是要確定優(yōu)化的目標(biāo)，包括預(yù)算指標(biāo)、功能指標(biāo)、使用年限指標(biāo)等。根據(jù)實(shí)際情況科學(xué)合理的預(yù)測(cè)優(yōu)化過程中可能會(huì)遇到的困難，并建立目標(biāo)基本變量變化的函數(shù)關(guān)系，綜合現(xiàn)有物力、財(cái)力、人力等綜合因素，尋求最優(yōu)以、最經(jīng)濟(jì)、最科學(xué)的優(yōu)化方案。(二)細(xì)化構(gòu)成要件由于污水管網(wǎng)系統(tǒng)從設(shè)計(jì)到施工設(shè)計(jì)到眾多環(huán)節(jié)，面臨著眾多的多變量、多目標(biāo)、多層次的復(fù)雜系統(tǒng)，因此在污水管網(wǎng)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)中就需要對(duì)其中各個(gè)構(gòu)成要件進(jìn)行細(xì)化、組合、簡(jiǎn)化。也即把--個(gè)較為復(fù)雜的排水系統(tǒng)，通過細(xì)化構(gòu)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(dá)和模擬優(yōu)化的替代系統(tǒng)。(三)確立數(shù)學(xué)模型隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展,污水管網(wǎng)的設(shè)計(jì)優(yōu)化可以通過在計(jì)算機(jī)軟件來模擬現(xiàn)實(shí)，通過抽象化的數(shù)學(xué)形式反映出設(shè)計(jì)中存在的問題以達(dá)到前期優(yōu)化的目的。數(shù)學(xué)模型的建立需要綜合考量設(shè)計(jì)變量、目標(biāo)函數(shù)、約束條件，使三者相互作用，達(dá)到一一個(gè)理想的狀態(tài)。其一一、在設(shè)計(jì)變量中參數(shù)的選取應(yīng)根據(jù)實(shí)際中的工藝以及使用要求進(jìn)行設(shè)定;其二、在確定設(shè)計(jì)變量之后，就可以通過一定的公式形成設(shè)計(jì)變量的函數(shù)，即F (X) =F (X， ，X2AA) 以指導(dǎo)后期工程優(yōu)化設(shè)計(jì);其三、設(shè)定約束條件，由于所有設(shè)計(jì)方案并不是工程實(shí)際都能接受的。因此.在優(yōu)化設(shè)計(jì)中.必須根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)要求.對(duì)設(shè)計(jì)變量的取值加以種種的限制。設(shè)計(jì)約束一-般表達(dá)為設(shè)計(jì)變量的不等式約束函數(shù)和等式約束函數(shù)。(四)模型的檢驗(yàn)和優(yōu)化確立模型之后需要對(duì)其進(jìn)行檢驗(yàn)和在優(yōu)化以達(dá)到最終實(shí)際施工的最優(yōu)的目的。在檢驗(yàn)中可運(yùn)用多目標(biāo)最優(yōu)化方法進(jìn)而作出相應(yīng)的程序設(shè)計(jì)，并通過現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)分析和計(jì)算出最優(yōu)值。當(dāng)前結(jié)合實(shí)際問題進(jìn)行分析時(shí)，還難以達(dá)到十分理想的狀態(tài)，對(duì)污水管網(wǎng)系統(tǒng)的優(yōu)化還處于“滿意解”的程度，“最優(yōu)解”還屬于未來探索階段。因此，在模型的檢驗(yàn)和優(yōu)化過程中在確定影響求解的關(guān)鍵要素和參數(shù)的基礎(chǔ)上找到-一個(gè)較為合乎理想的滿意解。四、污水管網(wǎng)系統(tǒng)的方法(一)直接優(yōu)化得出滿意解直接優(yōu)化法即通過收集排水管道各項(xiàng)性能指標(biāo)的變化，直接進(jìn)行方案和參數(shù)的修改,以達(dá)到最優(yōu)解或者滿意解，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意解。具體是運(yùn)用“電子表格”統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和分析數(shù)據(jù)的功能進(jìn)行污水管網(wǎng)優(yōu)化的，由于不需要設(shè)計(jì)到過于復(fù)雜的運(yùn)算可以快捷的得出最小費(fèi)用的設(shè)計(jì)。(二)合理利用線性規(guī)劃-2-線性規(guī)劃法是污水管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)中最為常用的方法之一一，通過一級(jí)泰勒展開式代替，使迭代點(diǎn)序列逼近非線性規(guī)劃的最優(yōu)解。雖然可以接近非線性規(guī)劃的最優(yōu)解但是線性規(guī)劃依舊存在著計(jì)算管徑與市售規(guī)格管徑相矛盾的問題，因此當(dāng)前推出了混合整數(shù)規(guī)劃法，很好的解決了線性規(guī)劃的部分缺點(diǎn)。(三)科學(xué)運(yùn)用非線性規(guī)劃它可以優(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，的形式。罰函數(shù)離散優(yōu)化法將排水工程的特點(diǎn)與罰函數(shù)離散思想相聯(lián)系，可以排除不合理的設(shè)計(jì)方案，以管系末端管底標(biāo)高為全局控制因素，建立與目標(biāo)甬?dāng)?shù)的可行解對(duì)應(yīng)關(guān)系。并通過同時(shí)進(jìn)行整體控制與局部控制的水力計(jì)算方法。遍歷目標(biāo)函數(shù)的可行解及局部最優(yōu)解,從而得到管系的全局最優(yōu)設(shè)計(jì)方案。五、結(jié)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(chǔ)設(shè)施之---,在城市的發(fā)展中起著舉足輕重的作用。隨著國(guó)內(nèi)眾多研究人員對(duì)污水管網(wǎng)的研究，當(dāng)今在污水管網(wǎng)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)上也因此在未來發(fā)展中，還需要加大研究和資金投入的力度，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)得出最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案，達(dá)到有效處理污水，降低工程造價(jià)的目標(biāo)。[參考文獻(xiàn)][1]卜秋平.城市污水管網(wǎng)的建設(shè)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(shè)計(jì)[M]，中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2011年-3-