污水管網承擔著排放污水、保護環境的職能，是一個重要的基礎設施，合理的設計污水管網，對基礎設施的發展和功能完善有著重要的影響作用。本文分析了污水管網計算中的幾種約束條件和以全局優化的思想。
關鍵詞：污水管網；優化設計；計算方法
        0 引言
        污水管網的基本任務就是及時、安全、通暢地收集、輸送污水到污水處理設施。污水管網系統是給水排水工程的一個重要組成部分，在整個排水系統投資中占有相當大的比例。污水管網系統同時是現代化城市重要的基礎設施，是城市水污染防治的骨干工程。因此，設計時如何在滿足規定的各種約束條件下，優選污水管網的管徑、埋深等各個組成部分，盡量降低污水管網的投資費用，是污水管網優化設計的最終目的。
        1 優化思想
        1.1 選取盡可能小的設計流速
        當水力半徑不變，管底坡度與流速的平方成正比，即減小流速能更大幅度地減小管底坡度和埋深。關于設計流速的約束條件很多，在滿足所有設計流速的約束條件的前提下，選擇一個盡可能小的設計流速是對設計參數進行最優化選擇的重要內容，在程序設計中很容易實現。
        1.2 選取盡可能大的設計充滿度
        優化選擇接近最大設計充滿度的方法，不僅可以減少管材耗量，而且還可以在一定程度上減小管底坡度和埋深，首先確定了一個盡可能小的設計流速v后，n為常數，水力半徑R越大管底坡度I越小。根據水力學中水力半徑和充滿度之間的關系可知，充滿度為0.81左右以下時，水力半徑隨著充滿度增大而增大。由于各種管徑的最大設計充滿度也不大于0.75，所以選擇盡可能大的設計充滿度也就是選擇了盡可能大的水力半徑，其結果是減小了管道坡度和埋深
     1.3 檢查井內管段銜接時盡可能減小下游管段埋深 在滿足管段在檢查井內銜接的約束條件的前提下，根據相銜接兩管段的管徑與管段中的污水深度等具體情況，來選擇水面平接、管頂平接和管底平接等三種不同的銜接方式。
        1.4 以全局優化的思想指導設計的選擇
        為了使整個工程系統為最優這個全局利益，往往要求工程系統中的某些局部（或子系統）利益做出一定的犧牲。盡可能減小所計算管段的坡度、埋深和管徑等，這不僅能減小該管段的工程造價，而且還對減小其下游各管段的坡度和埋深也做出了貢獻、也是對排水管網設計計算的全局優化做出了貢獻。
        2 污水管網設計計算的約束條件
        2.1 管徑
        管徑對污水管道水力計算的約束反映在兩個方面，其一是規定了最小管徑；其二是管徑的遞增或遞減方式，由于管道規格的限制，在計算過程中，管徑的遞增或遞減是非連續均勻的。
        2.2 流量
        設計中確定管徑時，應避免小流量選大管徑，故應明確各種管徑對應的最小流速（最小充滿度）時所通過的流量為最小流量。當管段設計流量小于某一管徑的最小流量時，只能選小一級的管徑。但不能小于其最小管徑。
        2.3 充滿度
        污水管道按部分滿流計算。每種管徑都有相應的充滿度上限值。以最大和最小充滿度為約束條件，選用設計充滿度，可以最佳的確定管徑，達到優化目的。
        2.4 流速
        管段的設計流速介于最小流速（0.6m/s）和最大流速（金屬管10m/s，非金屬管5m/s）之間。不同管徑的圓形鋼筋混凝土管，在相應的最大充滿度下的最大流速是不同的。
        2.5 坡度
        規范中規定了最小管徑的最小設計坡度。各種管徑都有相應的最小設計坡度。為保證管道的運行和維護管理，也應考慮確定各種管徑的最大設計坡度。在平坦地區污水管道的水力坡度應用最小設計坡度約束，而地形坡度大的地區則應用最大設計坡度約束。
        2.6 埋深
        管道起點的最小埋深，根據管道通過地區的地質條件設定；當管道坡度小于地面坡度時，為保證下游管段的最小覆土厚度和減少上游管段的埋深，應采用跌水連接。
        2.7 管段銜接方式
        污水管道在檢查井處的連接方式，一般有水面平接和管頂平接兩種方式。不管哪種方式連接，均不應出現下游管段上端的水面高于上游管段下端的水面、管端標高，且應盡量減少下游管段的埋深，
        3 管徑優化計算方法
        排水管網水力計算采用傳統的均勻流基本公式。但是，在約束下，為了選擇具有最大設計充滿度的管徑，也不能直接求出管段坡度和埋深。為了便于用計算機解決有關計算問題，用以下計算方法：通過一個叫做管道過水斷面夾角θ的中間變量來求出管道計算中的未知設計參數
        4 結語
        綜上所述，通過分析優化設計的相關約束條件，進而提出了以選取滿足最大充滿度的污水管管徑為優化核心約束條件，不僅簡化了優化思想，而且該計算方式數據輸入少，可以應用到其他任何規模的污水管網工程設計中，所以其在今后的污水管網的設計與優化計算中大有潛力。
參考文獻
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