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市政排水管网规划和优化设计分析

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  摘要:主文主要通过分析我国市区排水管的发展和分布,结果实例来分析,以研究出通过优化管径和埋深,对坡度的设计做相应的改进,使之可以适应不同的地形。这样,达到在整个管网造价费用最低的情况下,达到最价的污水排放效果。
  关键词:优化设计;污水管网;规划
  近些年,由于经济的不断发展,加上人口密度的不断以及工业的飞速发展,城市中的污水废水越来越多。为了保持环境卫生和人民的健康安全,必须将这些通过排水管网进行收集,输送到城市污水处理厂,处理之后才能够流入自然水体中。因此,如何建立起经济高效的排水管网便成了一个巨大的挑战。
  1我国排水管网现状
  1.1城市排水设施的发展过程
  沟渠工程:组成(沟和渠);目的(除雨、污水);性质(排水设施);特点(以排水为目的的土木工程);背景(商品生产兴起,人口向城镇流动,但小城镇水资源开发量小于可开发量,污染负荷小于环境容量)。
  卫生工程:组成(地下暗管道和处理厂);目的(排水和一般消除有机物及病源体污染);性质(排水设施);特点(以排水为目的土木工程);背景(商品生产兴起,人口向城镇流动,但小城镇水资源开发量小于可开发量,污染负荷小于环境容量)。
  环境工程:组成(污染源控制设施、管道、处理厂);目的(排水和消除各种化学物质、有机物及病原体的污染);性质(环境设施);特点(以水质控制为目标的流域性水体环境系统工程);背景(现代工业出现,工业与人口在大城市高度密集,水资源开发量大于可开发量,污染负荷远大于环境容量)。
  城市生态工程:组成(污染源控制设施、管道、污水、污泥净化利用设施);目的(排水和清除各种化学物质、有机物及病原体的污染,实现污水、污泥资源化);性质(生态设施);特点(以维护城乡生态平衡为目标的区域性生态工程);背景(由于新技术革命及中小城市发展,人口向中小城市反向迁移,水资源开发量与可开发量相当,污染负荷与环境容量相当)。
  1.2排水管网中存在的问题
  第一,现有的城市排水管网的负担越来越重,已经不能满足越来越大的城市排污的需求;第二,排管网建设的投资资金不足,而且投资资金的分配和管理不够科学和合理,浪费现象时有发生,有些项目的效果不能尽如人意;第三,城市建设的管理不够规范,不是严格按照“先地下、后地上”的程序来进行建设的;第四,在排水管网的规划和设计过程中,没有过充分利用计算机的技术,所以工程设计效率较低。
  1.3排水管网规划和优化的意义
  排水工程承担着城市水污染的防治,排涝和防洪的功能,不但保护了人民生命财产,也保护着人民的健康安全,还能美化城市的景观,保持良好的卫生环境,提高了城市的形象。
  2不同排水体制的对比
  在进行排水管网的规划时,所要考试的首要问题就是选择怎样合理的排水体制。选择适当的排水体制,不但影响到整个排水系统的设计,施工,维护和管理,而且对于城市的规划和环境保护的影响也是深远的,并且这也会影响到排水工程的投资以及运行维护管理。所以在选择排水体制时,要综合考虑城市原有的排水设施、气候条件下、水环境容量、环境保护的要求,还要就是一定要根据城市的总体规划来考虑。要坚持保护环境、减少工程投资的原则上,要将社会效益、经济效益和环境效益统一起来。
  2.1排水系统的规划原则
  第一,要从城市的现状出发,以城市的总规划作为依据,将现有的各类排水设施利用起来。统一规划、分期建设,真正从环境保护、利于人民身体健康的角度出来;第二,要根据规划范围内的土地性质,考虑近期的建设和远期的发展,将各项设计参数合理地制定出来;第三,污水量指标的制定要准确而合理,污水量的预测要科学,这样才能够让污水系统建设规模的确定更加合理;第四,排水系统的建立是以控制污染、保护环境为目标的,科学地选择污水出路及污水的处理方案,达到控制污染物排放量的效果;第五,合理地选择污水排放口和污水处理厂的位置;第六,污水排水的服务区时要根据排水现状和地形来划分;第七,通过水力计算来优化排水管道的设计,这样可以死污水管网的布置更加合理,力求达到排水工程的规划方案在在技术上可行,在经济上合理的效果;第八,要结合地形的特点来布置管道和泵站,减少管道的埋深、减少提升泵站的数量及规模。
  2.2排水管网的设计步骤
  第一,根据城市的地形和道路规划,划定排水区域,在平坦的地区可以均分设计服务的面积,在有地形可以利用时,可以根据分水线来划分排水区域;第二,确定管网定线和水流的流向,要让管道的走向符合地形的趋势,最好是顺坡排水;第三,确定控制点;第四,确定设计的相关数据,计算管理需要设计的流量;第五,进行水力设计,将计算机技术和优化理论运用到设计中去。
  3通过实例来论述市政排水管网规划和优化设计
  3.1工程概述
  工程范围:该工程的规范范围是某县城西部的建设用地,约六平方公里。
  规划年限:该次规划的基准年是2009年,目标使用年限是2025年。
  地形地貌:该地趁东南、西北低的地势,总体上起伏比较大,地面高程在65至80米之间。
  该地区的功能定位:为行政经济中心,主要承担该县城的管理职能,至2008年底,会有近四十家机关单位迁至该区。
  3.2污水排水现状
  该项地区的已经有的排水管网建设滞后,城区内的工业废水和生活污水都是直接排入水体的,对受纳水体的污染比较大,而且目前没有污水处理厂,城区水体污染比较严重。
  3.3存在的问题
  随着西区规模的扩大和相关单位的迁入,该区的人口正在增长,污水的排放量也日益变大。同时,该区的工厂越来越多,很多没有经过处理的废水被直接排进水体,这样,肯定会对周围水体产生极其严重的污染。与之相对的,西区的排水管道覆盖率不高,基本没有污水管,而且污水处理能力非常差,污水几乎完全是直接排入城市管道的。
  3.4污水量的预测
  西区目前人口有二点五万人,建成区的面积是一点七六平方公里,规划到2025年,规划用地面积可到六点一平方公里。2015预测用水人口4.3万人,生活用水定额为220 L/cap.d,需水量为0.946万立方米/d,折污系数为0.8,生活污水量为0.757万立方米/d;至2025,预测用水人口9.0万人,生活用水定额为250 L/cap.d,需水量为2.25万立方米/d,折污系数为0.8,生活污水量为1.80万立方米/d;通过上述计算可得:人口密度:90000人/337.69ha=267人/ha;
  比流量:Q0=n*p/86400=267*250*0.8/86400=0.618L/s.ha。
  3.5水力计算结果
  通过运用污水干管优化设计的计算,可以算出整个污水管的费用为156.1247万元,比一般的水力造价170.4523万元节省了百分之八点四,由此可见,优化污水管网的成效是十分显著的。
  结束语
  随着计算机的发展和优化方法的完善,排水管网的设计工作被大大的简化了,并且能够获得更加满意的效果。计算机和最优化技术在排水管网系统设计中的应用,不但帮助设计人员摆脱了繁重的工作,还加快了,工程设计的进度,并且使整个排水管网更加合理、科学、经济高效。
  参考文献:
  [1]彭海琴.基于GIS的城市排水管网动态规划系统的设计与实现[D].华东师范大学,2012.
  [2]汪宏.基于MATLAB的污水管网优化设计研究[D].合肥工业大学,2007.
  [3]张桂彬.基于可靠性的城市雨水管网优化设计研究[D].西南交通大学,2009.
  [4]王磊.基于模型的城市排水管网积水灾害评价与防治研究[D].北京工业大学,2010.
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