排水管网优化设计及实践

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1、插图清单图3．1管道过水断面⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．17图3．2管顶平接⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2l图3．3水面平接⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯21图3．4跌水井衔接⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2l图3．5泵站衔接⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯21图4．1改进两相优化法流程图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯30图4．2《排水工程》例题⋯⋯⋯：⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．33图4．3枚举动态剪枝图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯34图5．1污水分区图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．42图5．2污水管

2、网布置图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯43图5．3优化算法水力成果图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．50图5．4一般水力计算成果图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．51表格清单表1．1城市排水设施的发展过程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1表2．1排水体制优缺点比较⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9表2．2综合生活污水量总变化系数⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．12表3．1最大设计充满度⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯19表3．2不同管径的最小、最大设计坡度⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．20表4．1各种路径水力计算及经济比较⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯35．

3、表5．1生活污水量预测⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯41表5．2污水服务分区⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．42表5．3街区汇水面积⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．43表5．4污水干管设计流量计算表⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．44表5．5安徽省污水管网概算指标计算表⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．45表5-6优化算法水力计算结果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯46表5．7一般水力计算结果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．48第一章绪论1．1研究背景及意义1．1．1城市排水工程发展人类社会在创造文明的同时产生了城市。近年来，由于经济的高速发展

4、，我国的城镇建设进入了一个新的局面，不断涌现出一批城镇新区和经济开发区。随着城市化进程的发展和大都市的出现，人口密度不断增加，城市开发规划范围不断扩大，树木、农作物、草地等面积逐步减小，工业区、商业区和居民区规模、面积不断增加。大量污废水的存在也是城市化的结果，这些废水需要通过排水管网收集，然后输送到城市处理厂处理后才可返回到自然水体【l】。由于各种废水中含有大量有毒有害物质和致病微生物，严重影响环境卫生和人民健康安全，因此需要达标排放。为了让人民在生产和生活中拥有一个舒适安全的环境，使城市生态系统物质和能量能够正常循环，

5、维持生态平衡，保证城市可持续发展，就需要在规定的时间和空间里，将城市生活污水、工业废水和降水及时可靠地收集、排除和处理，避免人类遭受污水和暴雨积水的威胁【¨。从人类城市出现至今，城市排水工程的发展过程大致如表1．1所示。表1-1城市排水设施的发展过程名称沟渠工程卫生工程环境工程城市生态工程组沟和渠地下暗管道和处理污染源控制设施、污染源控制设施、管管道、处理(或回道、污水、污泥净化成厂用水)厂利用设施排水和一般消除有排水和消除各种化排水和清除各种化学目排除雨、污水机物及病源体污学物质、有机物及物质、有机物及病原的体的污染，实

6、现污水、染。病原体的污染污泥资源化性质排水设施市政设施环境设施生态设施特以排水为目的土以市容为目标的城以水质控制为目标以维护城乡生态平衡的流域性水体环境为目标的区域性生态点木工程市卫生工程系统工程工程商品生产兴起，人工业革命出现中小现代工业出现，工由于新技术革命及中口向城镇流动，但城市，工业与人口业与人口在大城市小城市发展，人口向背小城镇水资源开在城市密集，水资高度密集，水资源中小城市反向迁移，景发量小于可开发源开发量接近于可开发量大于可开发水资源开发量与可开量，污染负荷小于开发量，污染负荷量，污染负荷远大发量相当，污染负

7、荷环境容量大于环境容量于环境容量。与环境容量相当人类进入二十一世纪，可持续发展己成为一个全新的理论体系，在排水方面，必须根据城市水资源的总体规划综合考虑资源节约和环境保护。由于社会财富不断向城市集中，城市生产力不断增大，人类在世界上正在创造一种新的生态系统一人工城市生态系统，从而建立新的能量流动和物质循环体系口l。对于排水工程技术人员，在变化的条件下，寻找具有低的用水量、能量和维护可持续发展要求的经济可行的方案是一个巨大的挑战。1．1．2排水管网建设存在的问题排水管网是一个城市基础建设的重要设施，其基本功能主要是收集各种生

8、活、工业污水，安全及时地将其输送至排放口或污水处理厂。排水管网的耗资巨大，通常要占到整个排水工程总投资的70％左右，而且涉及庞大的能耗和运行管理费用，在人民生活和经济建设方面占有重要的意义【”。由于各种原因，我国排水管网建设起步较晚，基础建设严重不足，并且日益老化，有些地方甚至尚未建设排水管渠，如果不妥