城市排水溝道設(shè)計(jì)

文獻(xiàn)綜述——城市排水溝道設(shè)計(jì)一、前言城市排水是指城市生活污水、工業(yè)廢水、大氣降水〔含雨、雪水〕徑流和其他棄水的收集、輸送、凈化、利用和排放。含污染物的生活污水和工業(yè)廢水，通稱城市污水。城市污水，一或排入水體。城市排水設(shè)施，是保證城市地面水排解，防治城市水污染，并使城市水資源保護(hù)得以良性循環(huán)的必不行少的根底設(shè)施化力量，造成水環(huán)境的污染。城市排水是一項(xiàng)進(jìn)展比較緩慢的根底設(shè)施[1]。和工業(yè)廢水中生產(chǎn)污水的系統(tǒng)稱為污水排解系統(tǒng)業(yè)廢水和降水用一個(gè)管道系統(tǒng)集合輸送的稱為合流制排水系統(tǒng)送至當(dāng)?shù)匚鬯幚韽S的水量。由于溢流出來的雨水也就近排入河道，因此從水量角度而言，截流式合流制排水系統(tǒng)對于排水區(qū)域的影響與分流制雨水系統(tǒng)實(shí)際上是一樣的[2]。從造價(jià)行本錢高；分流制排水系統(tǒng)，雖然設(shè)置兩套管道系統(tǒng)，但一般雨水可就近排入河流，泵站一般僅提升污水，故泵站和污水廠的規(guī)模大大削減，運(yùn)行本錢也較低[3]。城市仍在應(yīng)用。二、城市排水工程規(guī)劃城市排水來源及其特點(diǎn)城市中排解的水依據(jù)其來源和性質(zhì)分為三類，即生活污水、工業(yè)廢水和降水。生活污水生活污水指人們?nèi)粘Ｉ钪兴a(chǎn)生的污水，譬如來自住宅、機(jī)關(guān)、學(xué)校、醫(yī)院、商店、公共場所及工廠的廁所、浴室、廚房、洗衣房等處排出的水。這類污水中含有較多的有機(jī)雜質(zhì)，并帶有病原微生物和寄生蟲卵等。工業(yè)廢水工業(yè)廢水是指工業(yè)生產(chǎn)過程中所產(chǎn)生的廢水，主要來自工廠車間。依據(jù)它的污染程度不同，有可分為生產(chǎn)廢水和生產(chǎn)污水兩種。直接排放的廢水，如機(jī)械設(shè)備的冷卻水等。生產(chǎn)污水：是指在生產(chǎn)過程中，水質(zhì)受到較嚴(yán)峻的污染，需要經(jīng)過處理前方可排放的廢水如石油工業(yè)廢水、化學(xué)工業(yè)廢水等。降水徑流地外表狀況有關(guān)。一般較為清潔，但初期雨水徑流卻比較臟。雨水徑流時(shí)間集中、量大，以時(shí)，為防止水塘中藻類泛濫，專家在水塘中放養(yǎng)金魚，金魚以藻類為食，從而保持了水塘的清潔[4]。以上三種水，均需準(zhǔn)時(shí)妥當(dāng)?shù)奶幹谩Ｈ缃鉀Q不當(dāng)，將會阻礙環(huán)境衛(wèi)生、污染水體，影響工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及人民的生活，并對人們身體安康帶來嚴(yán)峻的危害。城市排水工程規(guī)劃原則〔1〕與城市整體功能相匹配。排水工程是城市建設(shè)的組成局部，排水工程規(guī)劃是城市規(guī)理布局，并和其他單項(xiàng)工程建設(shè)嚴(yán)密協(xié)作、相互協(xié)調(diào)，是其成為整個(gè)城市有機(jī)的組成局部。(2)符合環(huán)境保護(hù)的需求。全面規(guī)劃，合理布局，綜合利用完可能的削減污染源。充分發(fā)揮排水系統(tǒng)的功能，滿足使用要求。充分發(fā)揮原有排水設(shè)施的作用。規(guī)劃時(shí)要從實(shí)際動身，認(rèn)真分析爭辯存在的主要問題及改造利用的可能途徑，使規(guī)劃系統(tǒng)與原有系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合?？紤]工程建設(shè)的經(jīng)濟(jì)性。在排水工程規(guī)劃中，應(yīng)盡可能降低工程總造價(jià)與經(jīng)常性運(yùn)行治理費(fèi)用，節(jié)約投資。處理好遠(yuǎn)近期關(guān)系。規(guī)劃中應(yīng)以近期為主，考慮遠(yuǎn)期進(jìn)展可能，作好分期建設(shè)安排[5]。與其他單項(xiàng)工程規(guī)劃的關(guān)系排水工程規(guī)劃是城市單項(xiàng)工程規(guī)劃之一,此外,還有道路工程規(guī)劃、交通系統(tǒng)規(guī)劃、用地工程避開沖突，使整個(gè)城市各組成局部之間構(gòu)成有機(jī)的整體。切的關(guān)系，處置不當(dāng)，將會造成相互沖突，增加修理費(fèi)用。街道的寬度直接影響到連接支管太大或太小都不利于管道的布置，特別是反坡，將會大大增加管道的填埋深度。因此能制造條件。設(shè)計(jì)。三、污水溝道系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟在城鎮(zhèn)污水工程總投資中，污水管道系統(tǒng)一般占40%-60%[6]。污水管網(wǎng)的合理布局在城鎮(zhèn)污水工程建設(shè)中具有舉足輕重的作用，把握溝道系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟也顯得由為重要。收集根底資料需要收集的根底資料包括以下幾點(diǎn)：城市總體規(guī)劃、分區(qū)規(guī)劃、給水排水專向規(guī)劃等。有關(guān)工程批文。氣象資料、地質(zhì)資料等。河流現(xiàn)狀與規(guī)劃狀況。包括城市防洪標(biāo)準(zhǔn)、河流的水文資料、河道典型端面、河道通航等級等。城市排水現(xiàn)狀。包括現(xiàn)狀排水體制，現(xiàn)狀污水管道的平面布置、標(biāo)高、排放口等。劃分污水排水區(qū)域依據(jù)工程效勞范圍內(nèi)地形特點(diǎn)、豎向規(guī)劃和地塊開發(fā)時(shí)序，合理劃分污水排水區(qū)域，削減污水主干管道的長度和埋深，以降低污水收集系統(tǒng)的總投資。確定污水主干管走向在規(guī)劃城區(qū)范圍內(nèi)，污水管道一般應(yīng)沿城市道路敷設(shè)，因此污水管道的建設(shè)。確定管位由于污水管道埋深大，坡度要求嚴(yán)格，一般設(shè)在道路慢車道下。對寬度超過40米的道路，可以考慮在道路兩側(cè)設(shè)置污水管道，以便污水的收集，削減橫穿支管的數(shù)量。確定把握點(diǎn)把握點(diǎn)一般消滅在以下位置：本排水區(qū)域內(nèi)，離終點(diǎn)最遠(yuǎn)位置；管道系統(tǒng)的起點(diǎn)；地勢起伏區(qū)，低洼區(qū)的管道起點(diǎn)；排出口深度較大的企業(yè)集中排放口。水力計(jì)算〔1〕設(shè)計(jì)流量。污水管道的設(shè)計(jì)應(yīng)依據(jù)最高設(shè)計(jì)流量計(jì)算。誕生活污水最大秒量。繪制管道平面、縱剖面污水管道平面圖、縱剖面圖是管道設(shè)計(jì)的主要圖紙[7][8][9]。四、管線的平面優(yōu)化布置爭辯人員在解決已定管線下的排水管道系統(tǒng)優(yōu)化問題的同時(shí)就已經(jīng)指出管線下的優(yōu)化設(shè)計(jì)計(jì)算并不成熟，造成了系統(tǒng)平面優(yōu)化布置的進(jìn)展甚微。1976年J.C.Liebman在爭辯中，撇開水力因素，假定每一管段管徑一樣，以挖方費(fèi)用為優(yōu)選依據(jù)，選擇一初始布置方案，然后用試算法逐步進(jìn)展調(diào)整。1973年ArgamanMays在平面布置方案中引入排水線(DrainageLine)的概念，將排水區(qū)域內(nèi)與最終出水口節(jié)點(diǎn)(即檢查井)程的搜尋范圍被限制在平面布置方案可行域中的很小一局部無法實(shí)現(xiàn)。1982年，Walters對該方法進(jìn)展了改進(jìn)，曾應(yīng)用于大路排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。策圖，于是轉(zhuǎn)向從圖論中查找平面優(yōu)化布置的方法。1983年，P.R.Bhave和J.F.Borlow將網(wǎng)絡(luò)圖論中的最小生成數(shù)算法應(yīng)用于排水管道系統(tǒng)平面布置方案的優(yōu)選段具有一樣的權(quán)重(Weight)，避開水力因素，用定權(quán)方法來求解。1986年，S.Tekel和H.Belkaya3種權(quán)值來解決：(1)各管段地面坡度的倒數(shù)；(2)各管段的管長；(3)各管段在滿足最小覆土條件下，按最小坡度設(shè)計(jì)時(shí)的挖方量。分別對這3的變權(quán)問題，可是到目前為止，圖論中的變權(quán)問題尚無有效的解決方法。在國內(nèi)，李貴義(1986)提出了簡約梯度法[10]，陳森發(fā)(1988)提出了遞階優(yōu)化設(shè)計(jì)法[11]，這些方法也得不到令人滿足的結(jié)果。運(yùn)算機(jī)制對目標(biāo)函數(shù)和約束條件沒有特別要求。G.A.Walters已經(jīng)應(yīng)用遺傳算法在城市給水排水、農(nóng)田澆灌、電纜和煤氣管線方面進(jìn)展?fàn)庌q[12]。五、已定管線下的管道系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)對于在管線平面布置已定狀況下進(jìn)展管段管徑-埋深的優(yōu)化設(shè)計(jì)問題，國內(nèi)外做了大量開拓最優(yōu)化方法是依據(jù)性能指標(biāo)的變化，通過直接對各種方案或可調(diào)參數(shù)的選擇、計(jì)算和比較，來得到最優(yōu)解或滿足解[13]。直接優(yōu)化法(隨設(shè)計(jì)流量增加而增大)及其與管這個(gè)問題具有直接、直觀和簡潔驗(yàn)證等優(yōu)點(diǎn)[14][15]。間接優(yōu)化法把它簡化、抽象為簡潔解決的數(shù)學(xué)模型，通過計(jì)算得出最優(yōu)解。依據(jù)消滅的時(shí)間和使用的數(shù)學(xué)方法，間接優(yōu)化方法主要分以下幾類：線性規(guī)劃法線性規(guī)劃法是最優(yōu)化方法中最常用的一種算法，它可以解決排水管道設(shè)計(jì)中的很多問這就存在計(jì)算管徑與市售規(guī)格管徑相沖突的問題性函數(shù)，其預(yù)處理工作量大，精度難以得到保證。非線性規(guī)劃法為了適應(yīng)排水管道系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)中目標(biāo)函數(shù)和約束條件的非線性特征，1972年Dajani和Gemmell建立了非線性規(guī)劃模型。該方法基于求導(dǎo)原則，即目標(biāo)函數(shù)的導(dǎo)數(shù)為零的點(diǎn)，值函數(shù)時(shí)，得到的計(jì)算結(jié)果可能是局部最優(yōu)解，而非全局最優(yōu)解。動態(tài)規(guī)劃法1975MaysYen法在國內(nèi)外仍得到廣泛的應(yīng)用。它在應(yīng)用中分為兩支：一支是以各節(jié)點(diǎn)埋深作為狀態(tài)變量，算時(shí)間，1976年由MaysYen決策變量方法在計(jì)算機(jī)存儲和計(jì)算時(shí)間上有顯著優(yōu)勢了計(jì)算工作量和計(jì)算機(jī)內(nèi)存儲量。動態(tài)規(guī)劃法是解決多階段決策問題最優(yōu)化的一種有效方法用管段管徑作為狀態(tài)變量，并沒有充分的證據(jù)能夠證明階段狀態(tài)的“無后效性”(“無后效性”是指當(dāng)給定某一階段的狀態(tài)時(shí)，在以后各階段的行進(jìn)要不受以前各階段狀態(tài)的影響)。因此，用動態(tài)規(guī)劃法求出的污水管道系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方案并不肯定是真正的最優(yōu)方案。遺傳算法遺傳算法是近幾年快速進(jìn)展起來的一項(xiàng)優(yōu)化技術(shù)的隨機(jī)優(yōu)化算法。它仍承受規(guī)格管徑作為狀態(tài)變量，可以同時(shí)搜尋可行解空間內(nèi)的很多點(diǎn)，[16][17]。資。參考文獻(xiàn)孫慧修等．排水工程〔上冊2022:～2周鑫根主編．小城鎮(zhèn)污水處理工程規(guī)劃與設(shè)計(jì)．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2022:103～104詹道江等．城市水文學(xué)．南京：河海大學(xué)出版社，1989：35秋凌．HYPERLINK“:///chinese/huanjing/1015483.htm“:///chinese/huanjing/1015483.htm,2022-3-15劉興昌．市政工程規(guī)劃．北京：中國建筑工業(yè)出版社,2022:65～69國家城市給水排水工程技術(shù)爭辯中心編．給水排水工程概算與經(jīng)濟(jì)評價(jià)手冊．北京：中國建筑工業(yè)出版社，1993榮沾．城市道路設(shè)計(jì)．北京：人民交通出版社，1988瑾．溝渠工程上冊．北京：科學(xué)技術(shù)出版社，1956延耀，顧國維主編．水污染把握工程上冊(其次版)．北京：高等教育出版社，2022:64～83[10]貴義．排水管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì).中國給水排水，1986，2(2)：18～23森發(fā).城市污水管網(wǎng)系統(tǒng)布局的遞階優(yōu)化設(shè)計(jì).中國給水排水，1988，4(3)：6～10WaltersGAandLohbeckTK．Optimallayoutoftreenetworkusinggeneticalgorithms．EngineeringOptimizati