城市污水管网优化设计及计算方法的思考

高扬

摘要：污水管网的建设对于城市的发展具有着十分重要的作用，而在城市中建设污水管网的过程中，必须要保证管网设计的合理性，因此本文针对城市污水管网优化设计及计算方法进行全面的分析。本文能从四个方面具体分析城市污水管网优化设计及计算方法提出了相应的对策，包括设计思想、约束条件、管径优化方法，以期为城市污水管网的工作人员提供参考。

关键词：设计思想;约束条件;管径优化

引言：随着科学技术的不断进步，城市排水管网的优化设计方法逐渐增加，但是不同的优化方法之间的经济效益不同，引用方式也各不相同，因此，想要提高优化设计的工作效率的同时，保证设计质量，就要对排水管网的约束条件和水力条件进行全面的计算分析，以此建立起相应的计算模型，保证排水管网得到真正的优化和设计，继而更好的展开排水工作，以此实现城市污水管网的经济效益和社会效益。

1、优化设计思想

1.1設计流速

想要对排水管网进行优化设计，首先就要对改变传统的设计思想，针对新时期的城市的发展情况，形成科学合理的设计思想，继而保证优化设计工作得到全面的发展。首先在设计流速时，必须要选择小的流速，这因为在实际的设计流速的过程中需要考虑的条件有很多的，因此要在满足相关条件的基础上，让流速尽可能小，流速的设计极为重要，直接关系到污水排放的工作效率。而流速设计时，要考虑三个方面，分别为：水力半径、管底坡度、埋深，假设水力半径不变，流速的平方和官底坡度之间存在正比例关系，此时，如果减小流速就能够改变管底坡度和埋深，让这两者的数值发生大幅度的降低，这两种数值的降低，能够保证排放工作的稳定发展。具体的设计公式如下，

1.2设计充满度

和流速相反，在设计充满度时，要尽可能地让充满度数值较大，这是因为随着充满度的数值的增加，排水管网中的耗材量就会相对减少，此外随着充满度的数值的增加，管底坡度和埋深的数值也会发生变化，会在原有基础上进一步减小。具体的设计公式如下：

1.3具体分析

上述两个式子，分别为流速和充满度的设计公式，公式一为：，其中字母v表示为设计流速，单位是：m/s，公式二为：，其中字母Q代表的是设计充满度，ω为过水断面面积，单位：m2。此外，在两个式子中共有的R、I、n分别为代表着水力半径（单位：m）、水力坡度也就是官底坡度、管壁粗糙系数，其中n为常数，取值0.014。

通过公式一的具体内容可知，当设计流速v尽可能小后，n作为管壁粗糙系数常数不变，此时，水力半径R的数值就会逐渐增加，而I作为管底坡度素质就会逐渐变小，根据水力学中的理论中明确指出水力半径和充满度的关系属于正相关关系，因此可以进一步得出当水力充满度Q的数值为0.81时，水力半径就会随着充满度的增大而不断增大，但是在实际工作的过程中，城市污水管网的设计，中不论何种管网设计，其半径都不能够超过0.75，因此，要尽可能地设计最大的水力半径，以此达到降低管道坡度和埋深数值的根本目的。

2、设计约束条件

2.1管径

管径的大小直接约束了污水管道水力计算，影响范围可以换分为两个方面，首先最小管径的数值，其次是最小管径的递增递减方式，不同管道规格的限制下，管径的递增递减方式并不是连续和均匀的。

2.2流量

由上述内容可知，当在确定管径大小的过程中，需要选择数值最大的管径，从而确定不同管径下的最小流速和最小充满度，以此明确不同管径下的流量，以此确定管径的最小流量。当管段设计过程中，如管段设计的流量数值小于该管径的最小流量数值，那么需要更换更小一级的管径，但是不能够小于最小的管径数值。

2.3充满度

在污水管道的设计过程中，部分污水管道是按照满流所计算的，因此每个管径的充满度不同，其中以最大和最小充满度为例，通过设计充满度，可以确定管径大小，继而确定流速大小，达到最终优化设计的目的。

2.4流速

在管段设计的过程中，设计的流速要介于最小最大流速之间，其中最小流速应该为0.6m/s，而最大流速还要根据不同材质的管段进行判断，其中金属管的最大流速应该为10m/s，而非金属管应该为5m/s。因此可知，在不同管径大小下管体材质为圆形钢筋混凝土的最大流速是不同的[1]。

3、管径优化方法的计算

在实际的设计工作中，传统的水力计算可以采用公式一和公式二，但是在约束条件下，为了保证管径设计合理，并不能够直接的求出管道坡度和埋深数值，因此还需要利用计算机技术进行解决，也就是要求出管道过水断面ω的夹角θ中的中间变量，继而求出管道计算中的未知参数，继而得到管道过水断面ω的具体计算表达是，求出惟一的夹角θ数值，并且将数值带入到公式中去，得到具体的设计充满度，在不断地的重复上述计算过程，直到所得到的计算内容最优，后，将一直的公式参数带入到相应管道过水断面ω的公式中，求出具体的管道坡度和埋深数值继而得到夹角θ的非线性方程，采用二分法得到为惟一的夹角θ数值，继而求出最终的充满度，如果充满度较大，可以对管径进行缩小，但是需要注意的是在，在这个过程中，还需要重新进行计算，通过重新展开上述计算后得到的数值进行设计，直到充满度的数值较大[3]。

总结：综上所述，污水管网的建设是城市污染治理工作中的关键，因此必须要引起政府相关人员的重视，以此保证国家城市污水治理的工作稳定发展。通过对城市污水管网的优化设计，提高污水管网工程质量，为污水管网的后期使用奠定质量基础。污水管网是城市中的基础水利设施，必须要保证其本身的工作效率和工作质量，因此要采用科学合理的计算方法完成工程的优化设计。

参考文献：

[1]吴博. 城市污：水管网优化设计思考[J]. 中国科技投资， 2016（7）.

[2]曾更维. 城市污水管网优化设计及计算方法[J]. 科技与创新， 2016（3）：67-68.