城市污水管網優化設計及計算方法的思考

高揚

摘要：污水管網的建設對于城市的發展具有著十分重要的作用，而在城市中建設污水管網的過程中，必須要保證管網設計的合理性，因此本文針對城市污水管網優化設計及計算方法進行全面的分析。本文能從四個方面具體分析城市污水管網優化設計及計算方法提出了相應的對策，包括設計思想、約束條件、管徑優化方法，以期為城市污水管網的工作人員提供參考。

關鍵詞：設計思想;約束條件;管徑優化

引言：隨著科學技術的不斷進步，城市排水管網的優化設計方法逐漸增加，但是不同的優化方法之間的經濟效益不同，引用方式也各不相同，因此，想要提高優化設計的工作效率的同時，保證設計質量，就要對排水管網的約束條件和水力條件進行全面的計算分析，以此建立起相應的計算模型，保證排水管網得到真正的優化和設計，繼而更好的展開排水工作，以此實現城市污水管網的經濟效益和社會效益。

1、優化設計思想

1.1設計流速

想要對排水管網進行優化設計，首先就要對改變傳統的設計思想，針對新時期的城市的發展情況，形成科學合理的設計思想，繼而保證優化設計工作得到全面的發展。首先在設計流速時，必須要選擇小的流速，這因為在實際的設計流速的過程中需要考慮的條件有很多的，因此要在滿足相關條件的基礎上，讓流速盡可能小，流速的設計極為重要，直接關系到污水排放的工作效率。而流速設計時，要考慮三個方面，分別為：水力半徑、管底坡度、埋深，假設水力半徑不變，流速的平方和官底坡度之間存在正比例關系，此時，如果減小流速就能夠改變管底坡度和埋深，讓這兩者的數值發生大幅度的降低，這兩種數值的降低，能夠保證排放工作的穩定發展。具體的設計公式如下，

1.2設計充滿度

和流速相反，在設計充滿度時，要盡可能地讓充滿度數值較大，這是因為隨著充滿度的數值的增加，排水管網中的耗材量就會相對減少，此外隨著充滿度的數值的增加，管底坡度和埋深的數值也會發生變化，會在原有基礎上進一步減小。具體的設計公式如下：

1.3具體分析

上述兩個式子，分別為流速和充滿度的設計公式，公式一為：，其中字母v表示為設計流速，單位是：m/s，公式二為：，其中字母Q代表的是設計充滿度，ω為過水斷面面積，單位：m2。此外，在兩個式子中共有的R、I、n分別為代表著水力半徑（單位：m）、水力坡度也就是官底坡度、管壁粗糙系數，其中n為常數，取值0.014。

通過公式一的具體內容可知，當設計流速v盡可能小后，n作為管壁粗糙系數常數不變，此時，水力半徑R的數值就會逐漸增加，而I作為管底坡度素質就會逐漸變小，根據水力學中的理論中明確指出水力半徑和充滿度的關系屬于正相關關系，因此可以進一步得出當水力充滿度Q的數值為0.81時，水力半徑就會隨著充滿度的增大而不斷增大，但是在實際工作的過程中，城市污水管網的設計，中不論何種管網設計，其半徑都不能夠超過0.75，因此，要盡可能地設計最大的水力半徑，以此達到降低管道坡度和埋深數值的根本目的。

2、設計約束條件

2.1管徑

管徑的大小直接約束了污水管道水力計算，影響范圍可以換分為兩個方面，首先最小管徑的數值，其次是最小管徑的遞增遞減方式，不同管道規格的限制下，管徑的遞增遞減方式并不是連續和均勻的。

2.2流量

由上述內容可知，當在確定管徑大小的過程中，需要選擇數值最大的管徑，從而確定不同管徑下的最小流速和最小充滿度，以此明確不同管徑下的流量，以此確定管徑的最小流量。當管段設計過程中，如管段設計的流量數值小于該管徑的最小流量數值，那么需要更換更小一級的管徑，但是不能夠小于最小的管徑數值。

2.3充滿度

在污水管道的設計過程中，部分污水管道是按照滿流所計算的，因此每個管徑的充滿度不同，其中以最大和最小充滿度為例，通過設計充滿度，可以確定管徑大小，繼而確定流速大小，達到最終優化設計的目的。

2.4流速

在管段設計的過程中，設計的流速要介于最小最大流速之間，其中最小流速應該為0.6m/s，而最大流速還要根據不同材質的管段進行判斷，其中金屬管的最大流速應該為10m/s，而非金屬管應該為5m/s。因此可知，在不同管徑大小下管體材質為圓形鋼筋混凝土的最大流速是不同的[1]。

3、管徑優化方法的計算

在實際的設計工作中，傳統的水力計算可以采用公式一和公式二，但是在約束條件下，為了保證管徑設計合理，并不能夠直接的求出管道坡度和埋深數值，因此還需要利用計算機技術進行解決，也就是要求出管道過水斷面ω的夾角θ中的中間變量，繼而求出管道計算中的未知參數，繼而得到管道過水斷面ω的具體計算表達是，求出惟一的夾角θ數值，并且將數值帶入到公式中去，得到具體的設計充滿度，在不斷地的重復上述計算過程，直到所得到的計算內容最優，后，將一直的公式參數帶入到相應管道過水斷面ω的公式中，求出具體的管道坡度和埋深數值繼而得到夾角θ的非線性方程，采用二分法得到為惟一的夾角θ數值，繼而求出最終的充滿度，如果充滿度較大，可以對管徑進行縮小，但是需要注意的是在，在這個過程中，還需要重新進行計算，通過重新展開上述計算后得到的數值進行設計，直到充滿度的數值較大[3]。

總結：綜上所述，污水管網的建設是城市污染治理工作中的關鍵，因此必須要引起政府相關人員的重視，以此保證國家城市污水治理的工作穩定發展。通過對城市污水管網的優化設計，提高污水管網工程質量，為污水管網的后期使用奠定質量基礎。污水管網是城市中的基礎水利設施，必須要保證其本身的工作效率和工作質量，因此要采用科學合理的計算方法完成工程的優化設計。

參考文獻：

[1]吳博. 城市污：水管網優化設計思考[J]. 中國科技投資， 2016（7）.

[2]曾更維. 城市污水管網優化設計及計算方法[J]. 科技與創新， 2016（3）：67-68.