直接優(yōu)化法優(yōu)化設(shè)計(jì)城市污水管道系統(tǒng)郭迎慶王文標(biāo)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(mǎn)足規(guī)定的各種約束條件下合理設(shè)計(jì)城市污水管道系統(tǒng)是設(shè)計(jì)中必須重視的問(wèn)題。介紹了直接優(yōu)化法的程序優(yōu)化思想對(duì)于污水管道的設(shè)計(jì)具有-定的實(shí)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(guò)最優(yōu)化計(jì)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(gè)排水系統(tǒng)大充滿(mǎn)度的限制又與管徑大小有關(guān)關(guān)于最小設(shè)計(jì)投資中占有相當(dāng)大的比例。因此，設(shè)計(jì)時(shí)如何在滿(mǎn)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(xué)公式來(lái)描述故很難建立一個(gè)完的費(fèi)用是設(shè)計(jì)工作必須重視的問(wèn)題。污水管道的優(yōu)整的求解最優(yōu)化問(wèn)題的數(shù)學(xué)模型。直接優(yōu)化法是根化設(shè)計(jì)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(biāo)的變化,確定- - 個(gè)目標(biāo)函數(shù)以給各方案擇②在管線平面布置已定情況下進(jìn)行管段、管徑及提供一個(gè)統(tǒng)-標(biāo)準(zhǔn)作比較,通過(guò)直接對(duì)各種方案或埋深的優(yōu)化設(shè)計(jì)。對(duì)于后者前人多采用線性規(guī)劃可調(diào)參數(shù)的選擇、計(jì)算和比較來(lái)得到最優(yōu)解或滿(mǎn)意法、非線性規(guī)劃法、動(dòng)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(gè)相對(duì)獨(dú)立又比較完整的化的方法并編制了相應(yīng)的程序1] ,針對(duì)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(gè)管略和簡(jiǎn)化了某些約束條件和控制變量,因而往往得段的設(shè)計(jì)計(jì)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(jì)計(jì)算優(yōu)化選擇的程序設(shè)計(jì)中既要盡量減少每1優(yōu)化設(shè)計(jì) 方法的擬定-管段的工程造價(jià)更要有全局觀點(diǎn)，,以減少整個(gè)管依據(jù)現(xiàn)行的《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》污水管道可網(wǎng)的工程造價(jià)為總目標(biāo)。為此在對(duì)各管段的設(shè)計(jì)采用均勻流公式來(lái)計(jì)算，且應(yīng)滿(mǎn)足管徑、流速、充滿(mǎn)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化選擇的同時(shí)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(jiàn)文機(jī)對(duì)話功能,以加強(qiáng)設(shè)計(jì)人員對(duì)管網(wǎng)計(jì)算的宏觀控獻(xiàn)2]此外考慮到管道之間的連接增加了一個(gè)制與局部干預(yù),使各管段設(shè)計(jì)參數(shù)優(yōu)化選擇服從盡約束條件即管道管內(nèi)底標(biāo)高應(yīng)小于(接納支管時(shí))可能降低整個(gè)管網(wǎng)工程總造價(jià)這個(gè)全局目標(biāo)。本程或大于(接至干管時(shí))謀-設(shè)定標(biāo)高值。序?qū)⑽鬯艿赖馁M(fèi)用函數(shù)作為目標(biāo)函數(shù)其函數(shù)形污水管道的優(yōu)化設(shè)計(jì)是指在滿(mǎn)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(mǎn)度和流速為決策性變量，以降低工程造價(jià)為最終目標(biāo),M = 2}(D; I; L; ,Jo; ,Ho;) (1)來(lái)進(jìn)行管徑、坡度等-系列數(shù)據(jù)的計(jì)算。其基本算式中M--污水管道總費(fèi)用;法與人工計(jì)算基本相同即按污水流動(dòng)方向先計(jì)算D;一 第i管段設(shè)計(jì)管徑;支管后計(jì)算干管和主干管通過(guò)從上游至下游依次中國(guó)煤化工重;對(duì)各設(shè)計(jì)管段進(jìn)行計(jì)算繼而完成一條管道 以及整MHCNMH庋;個(gè)管網(wǎng)的計(jì)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(xué)模型的基Ho;一第i 管段起點(diǎn)埋深;給水排水Vol.28 No.2 2002 37設(shè)計(jì)管段數(shù)。2.3優(yōu)化設(shè)計(jì)對(duì)污水管道的優(yōu)化就是求1成的最小值Mnino為了滿(mǎn)足整個(gè)工程系統(tǒng)為最優(yōu)這個(gè)全局利益,2優(yōu)化程序的設(shè)計(jì) 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(jìn)行優(yōu)化程序的設(shè)計(jì)時(shí)著重從以下幾方面出-定的犧牲例如對(duì)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(duì)所計(jì)算管2.1設(shè)計(jì)流速段的幾個(gè)設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化選擇而不考慮該管段由于污水管道的埋深對(duì)工程造價(jià)具有最重要的的流速和坡度對(duì)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(jià)大大增加,此時(shí)需要設(shè)計(jì)者根因素是管道坡度,而從污水管道計(jì)算所采用的均勻據(jù)特殊的地形特點(diǎn)、整體的管網(wǎng)布局對(duì)流速、坡度、流基本公式( 2 )成和( 3 )成來(lái)看,當(dāng)水力半徑不變管埋深、是否需要跌水、是否需要設(shè)計(jì)泵站等參數(shù)進(jìn)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(gè)對(duì)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(chǎng)合下的作用-是提供用戶(hù)的操作界面二是迅速對(duì)用戶(hù)所作的決定進(jìn)行計(jì)算，并將計(jì)算結(jié)果v =--R2/3q/2(2)反饋給用戶(hù)，讓用戶(hù)進(jìn)-步判斷。Q= Av=1AR2/31/2(3)3應(yīng)用實(shí)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(jì)流速m/s;點(diǎn)、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(chēng)管道(段)(2 )起端最小埋深道路下管道- 1.00 m(相對(duì)坡度;于路面)河床下管道-0.90m(相對(duì)于河床)Q一設(shè)計(jì)流量 m'/s;(3 )最大埋深:埋深≤3 m不提示;3 m≤埋深A(yù)-過(guò)水?dāng)嗝?面積m2。≤5 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(duì)最小管深值并詢(xún)問(wèn)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(méi)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(wú)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(jì)流速的約束條件很多在滿(mǎn)足> 1 100 mm ,7=0.90 m/s。所有設(shè)計(jì)流速的約束條件的前提下選擇一個(gè)盡可(5)充滿(mǎn)度: 300 mm~500 mm 0.25≤能小的設(shè)計(jì)流速是對(duì)設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)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(jì)中也很容易實(shí)現(xiàn)。.≤0.75 ;> 1 100 mm 0.35≤h/d≤0.80。2.2設(shè)計(jì)充滿(mǎn)度(6 )總變化系數(shù):K,=2.7/Q0.11 ,Q為集污流在管道設(shè)計(jì)中,減小管徑也能減小管材與工程量單位L/s。造價(jià)。由此可見(jiàn)盡可能選擇一個(gè)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(méi)有對(duì)管徑大小的具體要求，而對(duì)設(shè)計(jì)充滿(mǎn)度(8)日平均排水量超過(guò)1000m3的單位作為排卻有嚴(yán)格的規(guī)定,因而無(wú)法直接選取一個(gè)最優(yōu)管徑污大戶(hù)甘泫導(dǎo)古培坡是十孫流量計(jì)算。中國(guó)煤化工來(lái)滿(mǎn)足有關(guān)約束條件。如果在已知設(shè)計(jì)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(gè)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(jì)充滿(mǎn)度的管徑,則該管徑就是該條件下可以選擇程序經(jīng)過(guò)反復(fù)迭代計(jì)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(jìn)邵迎提要在杭州市九溪水廠 試運(yùn)行期間發(fā)現(xiàn)濾前水余氯過(guò)低、出廠水余氯不穩(wěn)、耗氯量高等問(wèn)題,通過(guò)試驗(yàn)分析對(duì)加氨、加氯工藝作了改進(jìn)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(guò)低,有時(shí)夜間余氯只達(dá)到杭州九溪水廠緊靠錢(qián)塘江,設(shè)計(jì)能力為60萬(wàn)0.1 mg/L。m2/d是目前浙江省規(guī)模最大的自來(lái)水廠,水廠 自( 2 )根據(jù)化驗(yàn)室每2 h隨機(jī)取樣化驗(yàn)分析發(fā)現(xiàn)即2000年6月正式投產(chǎn)以來(lái)-直運(yùn)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(xiàng)指標(biāo)達(dá)到了建設(shè)部2000年科技進(jìn)步規(guī)劃中要左右但出廠水余氯卻極不穩(wěn)定,有時(shí)甚至比濾前水求一類(lèi)水司標(biāo)準(zhǔn)。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(yùn)行期間所發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題及改進(jìn)做-介紹。以上問(wèn)題無(wú)論是通過(guò)加大加氯量還是調(diào)整氯、九溪水廠制水工藝流程見(jiàn)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(yán)重影響用氯和氨前加氯投加點(diǎn)為原水流量計(jì)出口10 m處了出廠水水質(zhì)氯的消耗量也非常大達(dá)7.5 mg/L加氯井內(nèi)后加氯投加點(diǎn)為濾池出水渠堰口處原后之多。加氨投加點(diǎn)為出水機(jī)房吸水井內(nèi)。2問(wèn)題分析氯的消耗分成殺滅水中藻類(lèi)、細(xì)菌、有機(jī)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(guò)低可能與揮發(fā)過(guò)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(jiàn)表1 )試運(yùn)行后發(fā)現(xiàn)存在以下問(wèn)題:由于該廠沉淀池長(zhǎng)110 m ,以進(jìn)水流量0.87萬(wàn)泵站污水進(jìn)處理廠再集中提升的管網(wǎng)費(fèi)用為最低參考文獻(xiàn)的設(shè)計(jì)方案。1李樹(shù)平劉遂慶.城市排水管道系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算的進(jìn)展.給水排水,4結(jié)語(yǔ)1999 25 10)9~ 12應(yīng)用直接優(yōu)化法進(jìn)行污水管道的優(yōu)化設(shè)計(jì),在2 孫慧修主編.排水工程(上).第四版.北京中國(guó)建筑工業(yè)出版社,1999滿(mǎn)足規(guī)范限定的約束條件的同時(shí)，,對(duì)管內(nèi)底標(biāo)高也3彭永臻崔福義.給水排水工程計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì).北京:中國(guó)建筑做了約束在對(duì)各管段的設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化選擇的工業(yè)出版社,1994同時(shí)增加了人機(jī)對(duì)話功能加強(qiáng)了設(shè)計(jì)人員對(duì)管網(wǎng)計(jì)算的宏觀控制與局部干預(yù)使污水管網(wǎng)的設(shè)計(jì)得:O作者通訊處213016常州市江蘇石油化工學(xué)院中國(guó)煤化工以進(jìn)-步優(yōu)化。相對(duì)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(diǎn)。其程序設(shè)計(jì)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(biāo)200092 上海同濟(jì)規(guī)劃建筑設(shè)計(jì)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