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        市政排水管網(wǎng)優(yōu)化與維護(hù)方法分析

        2010-01-01 10:20:02鄒世華
        中國新技術(shù)新產(chǎn)品 2010年14期
        關(guān)鍵詞:規(guī)劃法城市排水道工序

        鄒世華

        (武漢地鐵集團(tuán)有限公司建設(shè)事業(yè)總部,湖北 武漢430030)

        1 前言

        城市排水管網(wǎng)系統(tǒng)的建立是隨著城市發(fā)展而逐漸形成的。隨著城市的發(fā)展,經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)的不斷調(diào)整,新開發(fā)區(qū)的建立,城市道路不斷修建,舊城區(qū)的改擴(kuò)建等,排水系統(tǒng)也在迅速建立,排水管網(wǎng)的普及率在逐年提高。但是還存在很多問題,如污水直接排人河道造成水體污染;排水體制的不確定導(dǎo)致雨污水合流,使污水得不到有效處理;規(guī)劃設(shè)計與發(fā)展建設(shè)不協(xié)調(diào)導(dǎo)致污水技術(shù)條件差,滿足不了使用要求;排水管網(wǎng)建設(shè)與污水處理廠建設(shè)不配合,導(dǎo)致二次污染等。這些問題均制約了城市排水設(shè)施的發(fā)展。市政排水管網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計主要是解決在已定平面布置方案下。排水管徑、埋深及提升泵站的優(yōu)化設(shè)計以及排水管網(wǎng)平面布置方案的優(yōu)化研究。

        2 市政排水管網(wǎng)現(xiàn)狀

        2.1 規(guī)劃設(shè)計問題

        當(dāng)前的排水規(guī)劃一般來講,普遍比較不合理。排水規(guī)劃設(shè)計要以總體規(guī)劃為前提,但管網(wǎng)建設(shè)有其自身的特點(diǎn),它建設(shè)完成后使用期限要長達(dá)四五十年以上,如果嚴(yán)格以總體規(guī)劃的年限、污水量標(biāo)準(zhǔn)、居住人口密度、土地服務(wù)范圍等為依據(jù),有時很難適應(yīng)城市發(fā)展的需要。

        2.2 排水體制問題

        排水體制關(guān)乎整個排水設(shè)計,當(dāng)前的大部分排水體制均需改制。排水系統(tǒng)的體制一般分為合流制和分流制,混合制也是城市中常有的系統(tǒng),是具有合流制的城市需要擴(kuò)建排水系統(tǒng)時出現(xiàn)的。在大城市中,因各區(qū)域的自然條件以及修建情況相差較大,因此要因地制宜地在各區(qū)域采用不同的排水體制。

        3 已定平面布置下的管道系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計

        排水管道優(yōu)化設(shè)計主要是指:對于某一設(shè)計管段,當(dāng)設(shè)計流量確定后,在滿足設(shè)計規(guī)范要求的管徑和坡度的多種組合中,取得管材費(fèi)用與敷設(shè)費(fèi)用的平衡,在排水管線平面布置已定情況下,對于管段管徑一埋深的優(yōu)化設(shè)計,國內(nèi)外做了大量研究工作。

        3.1 線性規(guī)劃法和非線性規(guī)劃法

        1)線性規(guī)劃法.是針對排水管網(wǎng)設(shè)計計算中的約束條件和目標(biāo)函數(shù)的非線性,分別用其一級泰勒公式展開式代替,用線性規(guī)劃的解作為問題的近似解。反復(fù)迭代,使迭代序列逼近非線性規(guī)劃的最優(yōu)解,缺點(diǎn)是把管徑當(dāng)作連續(xù)變量來處理。存在計算管徑與市售管徑不一致的矛盾,且前期準(zhǔn)備工作量大,以后發(fā)展的整數(shù)規(guī)劃法,雖然在一定程度上解決了線性規(guī)劃的缺點(diǎn),但是其整型變量比較多,難以求解。

        2)非線性規(guī)劃法適應(yīng)了計算模型中目標(biāo)函數(shù)和變量的非線性特征??梢詢?yōu)化選擇管道的直徑和埋深,但極大限制了目標(biāo)函數(shù)和約束條件的形式。

        3.2 動態(tài)規(guī)劃法

        動態(tài)規(guī)劃法是目前國內(nèi)外比較常用的一種方法。基本思想是把排水管道設(shè)計看作一個多階段的過程,通過對設(shè)計過程進(jìn)行階段劃分來對管道進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。其應(yīng)用主要分為兩方面:

        1)以節(jié)點(diǎn)埋深為狀態(tài)變量。通過坡度決策進(jìn)行全方位搜索,其優(yōu)點(diǎn)是直接采用標(biāo)準(zhǔn)管徑,結(jié)果與初始管徑無關(guān)。且能控制計算深度。但要求狀態(tài)點(diǎn)之間的埋深間隔很小,使存儲量和時間間隔大為增加。因此在此基礎(chǔ)上引入了擬差動態(tài)規(guī)劃法,在動態(tài)規(guī)劃法的基礎(chǔ)上引入了縮小范圍的迭代過程,但應(yīng)用有一定的局限性。

        2)以管徑為狀態(tài)變量,通過流速和充滿度決策。由于可使用的標(biāo)準(zhǔn)管徑數(shù)目有限,因此在計算速度和存儲量上都有很大優(yōu)勢。以后又發(fā)展出了可行管徑法,此法使優(yōu)化計算精度得以提高,并顯著減少了計算工作量和計算機(jī)存儲量。盡管動態(tài)規(guī)劃法是解決多階段決策問題的一種有效方法,但在排水管道系統(tǒng)設(shè)計計算時,前一段的設(shè)計結(jié)果將直接影響到后續(xù)管段設(shè)計參數(shù)的選用,因此利用動態(tài)規(guī)劃法求出的污水管道優(yōu)化設(shè)計方案,也并不一定是真正的最優(yōu)方案。

        3.3 直接優(yōu)化法

        直接優(yōu)化法是直接對各種方案或可調(diào)參數(shù)的選擇設(shè)計計算和比較來得到最優(yōu)解,具有直觀和容易驗證的優(yōu)點(diǎn)。主要方法有:

        1)電子表格法是一種啟發(fā)式的費(fèi)用估算方法,允許用戶尋找最小費(fèi)用設(shè)計,能得出比動態(tài)規(guī)劃法要好的結(jié)果而且更符合設(shè)計規(guī)范的要求。

        2)兩相優(yōu)化法是設(shè)計流量確定后,在滿足約束條件的前提下,選取最經(jīng)濟(jì)流速和最大充滿度進(jìn)而得到最優(yōu)管徑和最小坡度。最大限度地降低管道埋深。直接優(yōu)化法的算法與人工算法基本相同,但受設(shè)計人員的能力所限,所得結(jié)果不盡相同,所以所求結(jié)果不一定是最優(yōu)解。

        3.4 遺傳算法

        遺傳算法是進(jìn)化算法一個分支,是模擬生物學(xué)中的自然遺傳變異機(jī)制而提出的隨機(jī)優(yōu)化算法,遺傳算法在解決中小型管道系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計問題時可以求得最優(yōu)設(shè)計方案,但解決大型管道系統(tǒng)問題時,只能求得趨近于最優(yōu)解的設(shè)計方案,在排水管道系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計中,不論采用何種方法,都以設(shè)計規(guī)范為基本要求,同時使費(fèi)用達(dá)到最小。

        4 提高市政排水管管的施工質(zhì)量措施

        4.1 完善施工隊伍內(nèi)部質(zhì)量管理,健全各項質(zhì)量管理的規(guī)章制度

        市政施工企業(yè)應(yīng)建立以領(lǐng)導(dǎo)為首的質(zhì)量管理機(jī)構(gòu),各級施工隊伍要有質(zhì)安員,從上到下成質(zhì)量控制網(wǎng)絡(luò),健全各項質(zhì)量管理制度。對各級質(zhì)安員的職責(zé)范圍,工程質(zhì)量檢查制度,工程施工資料整編交付辦法都要詳細(xì)規(guī)定,對具體的工程項目各道工序要有明確的內(nèi)檢標(biāo)準(zhǔn)和詳細(xì)的工藝要求。使各級作業(yè)人員有章可循,加強(qiáng)工序檢查,嚴(yán)格工藝紀(jì)律。上道工序為下道工序服務(wù)。上道工序不合格不得進(jìn)入下道工序,下道工序監(jiān)督檢查上道工序,配以自檢、互檢監(jiān)督機(jī)制,并運(yùn)用經(jīng)濟(jì)手段參與質(zhì)量管理,獎優(yōu)罰次,促使企業(yè)全員的質(zhì)量意識得到提高,人人爭創(chuàng)優(yōu)良工程。

        4.2 盡量采用先進(jìn)的施工技術(shù),提高施工技術(shù)水平

        “工欲善其事,必先利其器”。采用先進(jìn)的施工技術(shù),不僅可以加快工期,而且更能保證工程質(zhì)量,比如洋里污水廠廠外管網(wǎng)采用非開挖技術(shù)、頂管技術(shù)、降水技術(shù)等能夠解決施工中較困難的問題,為管網(wǎng)以后充分發(fā)揮排水效能打下堅實(shí)的基礎(chǔ)。

        5 加強(qiáng)管網(wǎng)設(shè)施維護(hù)和管理

        5.1 定期清疏管網(wǎng)設(shè)施和加強(qiáng)泵站管理

        建議定期周期性對市政排水管網(wǎng)檢查井、泵站、進(jìn)水井逐個逐段進(jìn)行巡查、清理、疏通,從業(yè)人員應(yīng)熟悉所管轄排水管線的來龍去脈,努力確保排水管網(wǎng)設(shè)施的完好率達(dá)到規(guī)定要求。

        建議泵站的設(shè)備管理養(yǎng)護(hù)實(shí)行定員制,實(shí)行24小時值班制度,責(zé)任落實(shí)到每個人.分工明確,采用量化考核打分制,增強(qiáng)管理人員的管理意識,出現(xiàn)問題,及時發(fā)現(xiàn)解決,促進(jìn)泵站管理水平整體向上提高。

        5.2 采用先進(jìn)的清掏技術(shù)和修補(bǔ)技術(shù)

        新時代要求改變排水維護(hù)操作落后的工藝,進(jìn)一步提高養(yǎng)管水平,實(shí)現(xiàn)排水科技進(jìn)步,需要采用高效、安全、衛(wèi)生、經(jīng)濟(jì)的清掏技術(shù)和管道修補(bǔ)技術(shù)。譬如采用高壓沖冼水車,吸泥車等清疏管道,可以實(shí)現(xiàn)下水道疏通沖水、吸泥、運(yùn)泥一條龍作業(yè)。排水管道老化是難免的,采用先進(jìn)的內(nèi)襯法、襪筒法等維修是很有效的方法。

        5.3 加大宣傳力度,增強(qiáng)市民對城市排水設(shè)施的自覺愛護(hù)意識

        制定并宣傳市政排水設(shè)施管理辦法,教育市民和近郊的農(nóng)民愛護(hù)市政排水設(shè)施,形成“人民城市人民建、人民城市人民管”的良好局面,使城市排水設(shè)施得到有效的保護(hù)。對故意盜竊市政管網(wǎng)設(shè)施和亂接管道等行為,依法嚴(yán)厲制止和處罰,這些都可以有效減少排水設(shè)施遭到破壞。

        6 結(jié)束語

        總之,正確認(rèn)識城市排水在城市發(fā)展中的重要作用,是解決我國城市排水設(shè)施建設(shè)的基礎(chǔ)。城市市政排水設(shè)施作為城市基礎(chǔ)設(shè)施的一部分,關(guān)系著城市的衛(wèi)生條件,聯(lián)系著每家每戶要確保排水管網(wǎng)良好運(yùn)行,僅靠一兩家的努力是不夠的,只有規(guī)劃、設(shè)計、施工、用戶、管理部門各有關(guān)方面共同努力,才能真正提高市政排水管網(wǎng)的排水效能。

        [1]GB5026897給水排水管道工程施工及驗收規(guī)范

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