雨水管道设计论文

雨水管道设计论文

【摘要】增加城市防洪排涝工程与非工程建设资金投入，国家在考虑防洪排涝工程与非工程建设的资金投入时，不仅要考虑直接经济效益，更需看它的社会效益及其全部功能在社会经济发展中的重要作用。要在安排防洪工程设施建设的同时，充分考虑对管理运行、养护维修和非工程措施的投入。

1、雨水管道优化设计模型

雨水管道系统优化设计的目标是在满足《室外排水设计规范》中对流速、管径、埋深等约束条件下，使整个雨水管道系统的工程总投资最小以雨水管道的总投资最小为优化目标，可建立如下的目标函数[2]：

2、雨水管道遗传优化设计的实现

应用GA进行雨水管网优化设计时，由Lan C【5】，等人提出的遗传群体中的每一个个体都代表一种可能的设计方案.对于每一种设计方案，必须先进行水力计算以验证其是否满足有关约束条件.不满足约束条件的方案，采取增加惩罚项修正其目标函数，使其在竞争中的生存概率较低，逐渐被淘汰.

由于采用流速V作为决策变量，对于流速约束条件式（ 5），可在计算过程中通过修正使其自动满足.管径D的确定可根据式（ 3）计算所得的非标准管径从可用标准管径集合式（6）中选取最接近的标准管径，因而，在水力计算过程中需要重点考虑的是埋深约束式（7）当计算管段的终点埋深小于最小允许埋深H min时，通过在该设计管

段起端设置跌水井来降低管位，满足设计要求；当管段的终点埋深超过最大允许埋深时，通过设置中途雨水提升泵站，提高下游管位至H min，满足设计要求.若需要增设雨水泵站，则在目标函数中增加惩罚项.增加了惩罚项修正后的目标函数称为广义目标函数[6]：（5）

式中：为0～1变量，当计算管段i的终点埋深大于时，Si取1，否则取0； K为惩罚因子，K的选取应足够大，以保证设有雨水提升泵站的管网费用要比不设泵站的管网费用大，为计算管段i的设计流量，m3/ s； HPi为提升水头，广义目标函数的大小直接了反映相应设计方案的最优化程度，即投资越低，方案越优.在GA的寻优过程中，工程投资低的方案将被赋予较高的适应度，在进化过程中有较大的生存和繁殖机会；工程投资高的方案将被赋予较低的适应度，使其在进化过程中的生存繁殖机会较低，并逐渐被淘汰.因此，定义遗传进化过程中每个个体的适应度函数为

（6）

式中：为群体中第i个体的适应度，为可以是一个较大输入值，也可以采用迄今为止进化过程中的最大，但必须要能保证所计算出的满足非负要求.

二城市防洪

2.1 我国的城市防洪排涝现状及存在的主要问题

目前，我国城市防洪排涝虽然取得了很大成就，但仍然存在以下几个方面的主要问题：

2.1.1 多数城市防洪标准偏低

目前，我国661个建制市中，有防洪任务的城市6 39个，其中达到国家防洪标准的只有236个，占全部有防洪任务城市总数的37%；另有440座城市制定了防洪规划，占全部有防洪任务城市的69%。全国还有处于中小河流地段的403座城市低于国家规定的防洪标准，占总数的63%。【7】

2.1.2 城市调蓄雨洪能力衰减，城市内涝问题越来越突出

由于城市地区湖泊、洼地萎缩、面积减少，土地硬化程度提高，而且大量的建筑建造在原来的绿地和水域上，致使城市调蓄雨洪能力锐减。城市雨水得不到调蓄或滞留，导致排涝能力不足，城市内积水排向河道的时间加长，易造成内涝。另外，许多城市的排水管网配套建设滞后，城区原有设计的排水管网很多都是建设年代已久、排放能力不够、排水标准比较低。

2.2 城市防洪排涝安全保障对策

2.2.1 适当提高城市防洪标准

城市防洪标准即城市防洪体系的综合抗洪能力，它既关系到城市安全，又体现国家的经济政策和技术政策，是城市防洪规划、设计、施工和运行管理的一项重要依据。

目前，我国多数城市排涝标准偏低，随着城市规模的不断扩大，城市暴雨内涝灾害日趋严重。城市地下设施和城市网络系统的不断增加，内涝所造成的经济损失必然也不断增加，因此提高城市排涝标准已成为我国城市防洪建设中的紧迫任务【7】。

2.2.2 防洪排涝规则、建设与市政建设同步进行

应处理好城市防洪排涝规划与城市建设发展规划间的关系，在城市发展规划中注意防洪排涝问题，明确城市防洪建设的方向、总体布局、建设规模、防洪标准及主要治理措施，防洪排涝设施与市政建设同步规划、同步实施。

2.2.3 经济调控措施

增加城市防洪排涝工程与非工程建设资金投入，国家在考虑防洪排涝工程与非工程建设的资金投入时，不仅要考虑直接经济效益，更需看它的社会效益及其全部功能在社会经济发展中的重要作用。要在安排防洪工程设施建设的同时，充分考虑对管理运行、养护维修和非工程措施的投入。

【1】李树平，刘遂庆.城市排水管道系统设计计算的进展[J].给水排水，2008， 25（ 10）： 9--12.

【2】Friechnan J H，Turkey J W.Aprojection pursuit algorithm for exploratory data analysis[ J].IEEE Trans. on Computer， 1974，23（ 9）：881一890.

【3】周荣敏，雷延峰.管网最优化理论与技术—遗传算法与人工神经【M】。郑州：黄河水利出版社，2007.

【4】孙慧修.排水工程（上册）[M].第四版.北京：中国建筑工业出版社，2008.

【5】Lan C， John M， AnnaL Re-framing Risk The Changing Context of Disaster Mitiaation and Preparedness【J】.Disasters

2006 25 （3）： 185一198

【6】Bregory B Rendering the world Unsafe' Vulnerability as Western Discourse [J]. Disasrers.2006.25（1）：19-35 【7】李小强.程冬兵.略论城市洪灾与防洪对策【J】.水土保持应用技术，2006，（2）；37--39