淺論污水管網(wǎng)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計張利平寧波市北侖區(qū)建設(shè)設(shè)計研究院浙江寧波 315800,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(tǒng);優(yōu)化設(shè)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中圖分類號: TU823.3文獻標識碼: A文章編號: 2095- 2104(2012)當期我國城市化進程加快,城市人口不斷增加考驗著城市的承載能力的同時也對城市的污水管網(wǎng)提出嚴峻考驗，而實際中我國多數(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)計不科學，施工不合理，造價高，效果差也是當前需要加強解決的難題。這些問題匯聚在一起，對城市現(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)達國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上也是難以望其項背。因而，如何設(shè)計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(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)計和施工中的重要環(huán)節(jié)，在設(shè)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(tǒng)修建在地面以下依托于重力流的作用將污水運輸?shù)轿鬯幚砘蛭鬯幚韽S等進行污水的凈化處理。-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)，承擔的是收集和運輸小區(qū)范圍內(nèi)的污水，再經(jīng)過街道管道運輸?shù)轿鬯幚淼亍?三)污水泵站及壓力管道污水泵是污水運輸和處理系統(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致污水泵電機的燒毀，,因此污水泵站就承擔著維護和及時調(diào)換污水泵確保污水及時安全的運輸?shù)闹厝?。污水泵站通常有兩種類型其設(shè)罷干法nk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中國煤化工理工MYHCNMH G .-1-藝提供水流動力。(四)污水處理廠污水處理廠是污水收集和運輸?shù)淖罱K環(huán)節(jié)也是污水凈化后再利用的起點之處。污水廠是污水管網(wǎng)設(shè)計中最重要的組成部分之一- ,尤其是工業(yè)污水只有經(jīng)過污水處理廠的處理之后達到國家規(guī)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(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，包括預算指標、功能指標、使用年限指標等。根據(jù)實際情況科學合理的預測優(yōu)化過程中可能會遇到的困難，并建立目標基本變量變化的函數(shù)關(guān)系，綜合現(xiàn)有物力、財力、人力等綜合因素，尋求最優(yōu)以、最經(jīng)濟、最科學的優(yōu)化方案。(二)細化構(gòu)成要件由于污水管網(wǎng)系統(tǒng)從設(shè)計到施工設(shè)計到眾多環(huán)節(jié)，面臨著眾多的多變量、多目標、多層次的復雜系統(tǒng)，因此在污水管網(wǎng)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計中就需要對其中各個構(gòu)成要件進行細化、組合、簡化。也即把一一個較為復雜的排水系統(tǒng)，通過細化構(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和模擬優(yōu)化的替代系統(tǒng)。(三)確立數(shù)學模型隨著計算機技術(shù)發(fā)展，污水管網(wǎng)的設(shè)計優(yōu)化可以通過在計算機軟件來模擬現(xiàn)實，通過抽象化的數(shù)學形式反映出設(shè)計中存在的問題以達到前期優(yōu)化的目的。數(shù)學模型的建立需要綜合考量設(shè)計變量、目標函數(shù)、約束條件，使三者相互作用，達到一個理想的狀態(tài)。其一、在設(shè).計變量中參數(shù)的選取應(yīng)根據(jù)實際中的工藝以及使用要求進行設(shè)定;其二、在確定設(shè)計變量之后，就可以通過一-定的公式形成設(shè)計變量的函數(shù)，即F (X) =F (X，，X2AA)以指導后期工程優(yōu)化設(shè)計;其三、設(shè)定約束條件，由于所有設(shè)計方案并不是工程實際都能接受的。因此.在優(yōu)化設(shè)計中.必須根據(jù)實際設(shè)計要求.對設(shè)計變量的取值加以種種的限制。設(shè)計約束一-般表達為設(shè)計變量的不等式約束函數(shù)和等式約束函數(shù)。(四)模型的檢驗和優(yōu)化確立模型之后需要對其進行檢驗和在優(yōu)化以達到最終實際施工的最優(yōu)的目的。在檢驗中可運用多目標最優(yōu)化方法進而作出相應(yīng)的程序設(shè)計,并通過現(xiàn)代計算機技術(shù)分析和計算出最優(yōu)值。當前結(jié)合實際問題進行分析時，還難以達到十分理想的狀態(tài)，對污水管網(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性能指標的變化，直接進行方案和參數(shù)的修改,以達到最優(yōu)解或者滿意解，但從實際優(yōu)化情況中可以得出直接優(yōu)化法取得的大都是滿意解。具體是運用“電子表格”統(tǒng)計數(shù)據(jù)和分析數(shù)據(jù)的功能進行污水管網(wǎng)優(yōu)化的，由于不需要設(shè)計到過于復雜的運算可以快捷的得出最小費用的設(shè)計。中國煤化工(二)合理利用線性規(guī)劃MHCNMH G-2-線性規(guī)劃法是污水管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計中最為常用的方法之-一，通過一級泰勒展開式代替,使迭代點序列逼近非線性規(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)劃依舊存在著計算管徑與市售規(guī)格管徑相矛盾的問題，因此當前推出了混合整數(shù)規(guī)劃法，很好的解決了線性規(guī)劃的部分缺點。(三)科學運用非線性規(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，易于對目標函數(shù)和約束條件進行敏感性分析。但是該方法極大地限制了目標函數(shù)和約束條件的形式。罰函數(shù)離散優(yōu)化法將排水工程的特點與罰函數(shù)離散思想相聯(lián)系，可以排除不合理的設(shè)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(shù)的可行解對應(yīng)關(guān)系。并通過同時進行整體控制與局部控制的水力計算方法。遍歷目標函數(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)計方案。五、結(jié)語污水管網(wǎng)是保障人們生活和城市健康發(fā)展的基礎(chǔ)設(shè)施之一,在城市的發(fā)展中起著舉足輕重的作用。隨著國內(nèi)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(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計上也取得了眾多方法，為城市的可持續(xù)化發(fā)展提供了良好保障,但與發(fā)達國家相比還存在著差距。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)驗得出最優(yōu)的設(shè)計方案，達到有效處理污水，降低工程造價的目標。[參考文獻][1]卜秋平.城市污水管網(wǎng)的建設(shè)與管理[M]，化學工業(yè)出版社，2006年[2]未碧貴，張洪偉.給水排水管網(wǎng)設(shè)計[M]，中國建筑工業(yè)出版社，2011年中國煤化工YHCNMH G-3-