排水管道优化设计
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过水断面面积:wi=Di2(θi—sinθi )/8 (m2) Ii=Vi/(C2Ri)=N2Vi2/Ri1.334
水力半径:
管中水深: 式中:
Ri=Di(1一sinθi/θi) /4 (m)
hli=Di(1一cosθi/2)/2 (m)
(17)
(18)
Q 生活 i , Q 生产 i , Q 浴产 i— 生活,生产和淋浴污水量 (L / s) ; θi——过水断面构成的圆心角(弧度)。
式中:Z j——泵站电能变化系数。 t j——泵站年运行时间(h/年);
σj——电度电价(元/Kw.h); ηj ——泵的效率;
K3——常数,换算系数;
(D)现值系数模型:若需将每年付出的经营费折算到基建时第
一年的费用,可用现值系数K计算:
式中:φ—年利率;T—雨(污)水管道系统服务年限(年)。
水力学参数数学模型
②Dmin和D——现行出产的最小和最大管道管径。对污水管Dmin=0.2m, D max =1.0m,对于雨水管Dmin=0.25m,D max =2.0m。
(2) 数学模型: 为了确定目标函数中各参数,需对系统
的经济学数学模型和水力学数学模型进行分析。 经济学参数数学模型 (A) 管段单价模型: 根据我国现行价格数据进行回归分析,得
出下述较为简单的管段单价模型,即单价只与管径和埋深两变量有关:
(B)泵站单价模型:一般泵站的单价Cpj与提升的雨(污)水流量
2、系统优化分析
雨(污)水管道系统的优化一般应包括: (1)管道系统平面定线布置的规划优化; (2)在平面定线布置已确定的前提下,对管径、 坡度、埋深及泵站配置的优化。 这里讨论第二类优化问题,即包括管道和提升 泵站的雨(污)水管道系统管线平面定线位置已定, 各管段的汇水面积或负担的排水量已知的情况下, 研究管道系统的优化问题。对雨(污)水管道系统的 构成及其目标函数和经济学、水力学数学模型等进 行讨论;并介绍动态规划优化方法。
Qj(m3/s)和提升的高度Hj (m)有关,但对Hj的相关较弱,其模型:
式中:K2——系数; ω,γ一指数,对某一地区是固定不变的。如中南 地区,经分析K2=16.2869,γ =0.3914,ω =0.056。
(C)泵站经营费 (电费)模型: 根据雨(污)水泵的能耗计算式,
可得出泵站的电费模型为:
第5讲
•
排水管道优化设计
随着计算机的普及和优化理论的不断完善,在排水 管渠系统设计中应用优化设计方法已成为重要课题。 传统的设计方法根据经验进行初步的优化选择,尽量 达到技术先进经济合理,其技术经济分析一般都只考 虑几个不同布置形式的方案比较,而不考虑同一布置 形式下不同设计参数组合的方案比较。这就造成排水 系统设计因设计者而异, 投资也不尽相同。通过计算 机进行优化设计,一般可节省投资5~20%左右,因此 优化设计很有必要。 • 排水管渠的优化设计一般涉及三方面的内容: (1)最佳排水分区数量和集水范围的确定; (2)最佳管线布置形式的确定; (3)管线布置形式给定条件下,不同管径、坡度组合 的优化。
(5)管顶覆土约束:hmin≤(h—D)≤hmax
(6)雨(污)水泵站深度约束:Hmin≤H≤Hmax 一般认为H=h+D+1(取泵的扬程近似代表泵站深度)。 (7)充满度约束:h1/D≤(h1/D) max
上述各式中:
① Vmin 和 V max — 规 范 规 定 的 管 中 最 小 和 最 大 流 速 。 对 于 污 水 管 Vmin=0.7m/s,对于雨水管Vmin=0.75m/s,V max 均为5 m/s(钢筋混凝土管)。
管段末端顶部标高和平均埋深同雨水管道系统.
(3)约束条件:
(1)流速约束:Vmin≤V ≤Vmax (2)管径约束:Dmin≤D≤Dmax (3)坡度约束:I≥Imin (4)管道变径约束:
当D≤ 0.3(m)时,下游管径只许比上游管径小一级;
当D≥0.35(m)时,下游管径只许比上游管径小二级。
, ,
Fi—管段i的汇水面积(km)2; A,C1,E, b—地区性系数;
D—管道直径(m);
EGL—管道起止点的地面标高(m); E百度文库 —管道起止点管内顶标高(m).
(B)污水管道系统
污水流量: Qi=Q生活i +Q生产iI+Q淋浴i 管内流速: Vi=Qi/1000wi 管段坡度: (m) (L/s) (13) (14) (15) (16)
一 排水管道系统的优化分析
1、概述 2、系统优化分析 3、优化方法和步骤 4、附:重力流雨水管道动态规划系统分析
1、概述
城市雨污水管道系统占有较大的投资比例。 雨(污)水管道系统的传统设计方法是一种凭经验进行的方法, 可能是一组可行设计参数的组合,不可能满足费用最低的优 化设计要求。 雨(污)水管道系统是一个多级串联系统。对单管段,是选择 较大管径、减少坡度和埋深, 或是相反,存在一个优化选择的 问题; 对整个系统,各管段之间互相联系互相影响,不同管径 和坡度有多种组合, 只有前后协调,统筹兼顾,使满足各技术 约束条件下的总体造价最少, 才可获得最大的经济效益。从本 质上来看,优化设计与传统设计不同之处在于 优化设计是一 组经济最优的设计参数的组合。
(A)雨水管道系统
迳流量:
降雨强度:
管内流行时间:
管中流速(满流):
管段坡度:
管段末端管顶标高: 管段平均埋深 上述各式中:
ψi—地面迳流系数; P—设计重现期, 一般P=1(年); t1—地面集水时间,一般t1=10(min); C—管道谢才系数; N一管道曼宁粗糙系数,对混凝土管 N=0.013: R—管道水力半径,满流时R=D/4(m); EGf Ef
(1)目标函数:考虑雨(污)水管道系统的特点,目标
函数确定为在其整个服务年限内基建投资和经营费 现 值的总和最小作为优化目标,即有下述目标函数
式中:CT——整个雨(污)水管道系统总费用的现值 (元); Ci,Cpj——各管段单价(元/m)和各泵站单价 (元/座); Li——各管段长度(m); Qpj—泵站经营费(元/座· 年),可取其主要部分(电费)代替; m和n——系统中管段数和泵站数; K——经营费折算成现值的现值系数。