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'毕业设计论文摘要随着城市和工业的飞速发展，污、废水的排放量与日剧增。据统计资料，我国城市污水的年排放量已达400多亿立方米，但在我国680多个城市中，仅有200多座在建和建成的污水处理厂，并且集中在近100个城市中。污水的大量排放，导致了水环境的污染和水资源可利用性的降低。城市排水工程对于保护环境，促进工农业生产，保障人民健康具有十分重要的意义。我国水资源短缺已经是一个不争的事实，也引起了国家对污水治理的重视，并相应的出台了一系列的政策，必须向建设节水型工农业、节水型城市、节水型社会的方向发展。这也在一定程度上促进了一些先进的处理工艺的诞生，可以实现污水的再利用，实现水体的循环利用，水的循环利用不仅能减少向天然水体取水的数量，缓解水资源短缺，并且也减少了向天然水体排放污水的数量，减少了对水环境的污染。排水系统根据对生活污水、工业废水和雨水的不同排除方式所形成的排水系统称作排水体制。排水体制一般可分为两种类型：合流制和分流制。本设计根据当地地形特点和经济状况，采用雨水、污水分流制。设计步骤：分别对污水和雨水系统进行管网定线；然后根据各自汇水面积计算管段流量；确定管径、坡度及埋深，最后根据计算结果绘制污水管道纵断面图。关键词：设计流量，排水系统，雨水系统，管网定线34 AbstractWiththerapiddevelopmentofurbanandindustrialsludge,wastewateremissionstoswell.Accordingtostatistics,China"surbansewageemissionshasamountedtomorethan400cubicmeters,butinmorethan680citiesinChina,only200areunderconstructionandcompletedthesewagetreatmentplant,andconcentratedinnearly100cities.Largeamountsofsewageemission,resultinginthepollutionofwaterenvironmentandwaterresourcesavailabilityisreduced.Urbandrainageengineeringtoprotecttheenvironment,promotetheindustrialandagriculturalproduction,isofgreatsignificancetosafeguardpeople"shealth.ShortageofwaterresourceinChinaisalreadyanindisputablefact,alsocausedthecountrytotheattentionofthesewagedisposal,andthecorrespondingintroducedaseriesofpolicy,mustbetobuildwater-savingagricultureandindustry,water-savingcitiesandwater-savingsociety.Tosomeextent,thisalsopromotedthebirthofsomeadvancedtreatmentprocess,canrealizethewastewaterreuse,waterrecycling,waterrecyclingcannotonlyreducethenaturalwaterbodyforwaterquantity,easetheshortageofwaterresources,andalsoreducedthenumberofdischargeofsewageintothenaturalwaterbody,reducethepollutionofwaterenvironment.Drainagesystembasedonthelifesewage,industrialwastewaterandrainwaterdrainagesystemwhichisformedbythedifferentwaysoutcalledthedrainagesystem.Drainagesystemingeneralcanbedividedintotwotypes:theconfluencesystemanddistributionsystem.Thisdesignaccordingtothelocalterraincharacteristicsandeconomicconditions,withrainandsewagediversionsystem.Separatethesewageandrainwatersystemdesignsteps:networkrouting;Thenaccordingtotheirrespectivecatchmentareacalculationsectionflow;Determinethepipediameter,slopeandburieddepth,accordingtothecalculationresultsmapsewagepipeprofile.Keyword:Designflow,Drainagesystem,Stormwatersystem,Pipenetworkfixed-line.34 前言现代城市规划中,给水排水的设计是一项十分重要的工作内容,它直接关系着居民的基本生活和城市的经济发展,对其起直接决定作用,也是城市建设水平的重要表征。在城市建设步伐日益加快的今天,为城市配置一套科学的给排水系统,实现水资源的可持续保障,无疑会增强城市的硬性投资条件,从而促进城市经济的可持续发展。因此,必须做好城市的排水工作,全方面促进可持续发展,进而促进社会的可持续发展。 如今水资源短缺已由原先的地区性开始向全国范围内蔓延,必须引起我们的高度重视。城市是人口高度密集的地区,城市用水量巨大,对城市水的管理显得尤为重要，所以必须加强对城市排水的建设与管理。在本设计中，将根据所提供的基础设计资料和图纸，完成XX市排水管道系统（包括污水管道系统和雨水管道系统）的定线，排水管道计算和图纸的绘制以及进行污水处理厂厂址的选择。其中，污水管道系统是由收集和输送城市污水的管道及其附属构筑物组成的。它的设计是依据批准的当地城镇（地区）总体规划及排水工程总体规划进行。设计的主要内容和深度应按照基本建设程序及有关的设计规定、规程确定。通常，污水管道系统的主要设计内容包括：设计基础数据（包括设计地区的面积、设计人口数、污水定额）的确定；污水管道系统的平面布置；污水管道系统设计流量计算和水力计算；污水管道系统上某些附属构筑物；污水管道在接到横断面上位置的确定；绘制污水管道系统平面图和纵断面图等。雨水管渠系统是由雨水口、雨水管渠、检查井、出水口等构筑物所组成的一整套工程设施。雨水管渠系统的任务是及时的汇集并排除暴雨形成的地面径流，防止城市居住区与工业企业受淹，以保障城市人民的生命安全和生活生产的正常秩序。在雨水管渠系统设计中，管渠是主要的主成部分。所以合理而又经济的进行雨水管渠的设计具有很重要的意义。雨水管渠设计的主要内容包括：确定当地暴雨强度公式；划分排水流域，进行雨水管渠的定线，确定可能设置的调节池、泵站位置；根据当地气象与地理条件，工程要求等确定设计参数；计算设计流量和进行水力计算，确定每一设计管段的断面尺寸、坡度、管底标高及埋深；绘制管渠平面图和纵剖面图。34 1概述1.1设计任务1.1.1排水管网系统设计方案的选择（1）排水系统体制的比较和选择；（2）污水厂位置的选择；（3）确定排水管网的走向及位置布置污水管、雨水管（或雨污合流管）；1.1.2排水管网系统的设计计算（1）污水量预测；（2）污水管网平面布置；（3）污水管道水力计算；（4）污水管道纵剖面设计；（5）雨水排水流域划分；（6）雨水量计算；（7）雨水管网布置；（8）雨水管网水力计算；1.1.3工程设计图纸的绘制（1）排水管网工程总平面布置图；（2）污水主干管、雨水管渠、纵断面图。1.2主要设计资料（1）XX市总体规划平面图一张，比例为1:20000；（2）城市建设规划（城市人口分布，房屋层数等）；按《城市总体规划》近期为2010年，远期为2020，各建设年限的建设面积按图纸情况自己确定，并在图纸上表示出来。表1.1规划城市情况规划年人口毛密度（人/）工业用水情况2010年2000～3000占综合生活用水量的40～60％2020年2000～3000占综合生活用水量的40～60％建筑物高度为6层，经济因素f=0.8（3）工业企业位置、用水量及其规律、水质；位置：在规划的工业用地中选择；企业用水量及其规律见表1.2。34 表1.2企业用水量表企业名称生产用水量(吨/日)排放污水量（L/s）职工人数企业A160001746000企业B120001163000水质：同生活饮用水。（4）来源、编制单位：郑州大学毕业设计教学资料（5）日期：2013年3月34 2城镇概况与自然条件2.1城镇概况及社会经济发展规划2.1.1概况十二五期间，XX市在党中央提出的科学发展观的指引下，解放思想、与时俱进，大力发展教育，经济，坚持可持续发展战略，经济社会保持了持续快速健康发展的势头，综合经济实力显著提高，经济结构不断优化，发展活力明显增强。2.1.2社会经济发展规划为实现“十二五”时期富民强市的中心任务，我市将努力打造“一极两区三中心”，并在实现这一发展战略上取得突破性进展，成为我市支撑中原经济区的重要组成部分。   一极即打造中原经济区豫东南区域增长极；两区是指现代农业示范区、承接产业转移重点区；三中心即农产品精深加工产业中心、豫东南商贸物流中心、人力资源开发中心。加快产业集聚化发展。加快产业集聚区建设，到2015年全市11个省产业集聚区建成区面积达到109平方公里，累计完成投资1193亿元，实现销售收入 1873亿元，实现利税84亿元；着力打造制鞋业基地，到“十二五”末，总生产线达到1125条，年生产能力5亿双，年出口4亿双，产值达到300亿元， 提供就业岗位57万人。加快发展新兴服务业。大力发展现代物流业，以我市高速公路、铁路、港口物流园区为平台，以中原国际商贸城、荷花市场、黄淮农产品大市场、建材大市场、大宗粮食批发交易中心以及冷链、农产品批发市场等为依托，把本市打造成豫东南商贸物流中心，培育3至5家具有较高知名度和较强市场竞争力的现代物流企业。 2015年实现港口物流园区工业总产值50亿元，货物吞吐量300万吨。规划建设大型粮食批发交易中心，到2015年完成粮食物流资源整合。扩建 刘湾港码头，打造和提升沙颍河航运豫东门户形象。到“十二五”末，实现物流业增加值200亿元。2.2自然条件2.2.1地理位置地处黄河中下游豫东平原，南北长6.6km，东西宽14.7km，总面积97.02km2。 该市位于河南省东南部，东临安徽阜阳，西接河南漯河市、许昌市，南与驻马店市相连，北与开封、商丘市接壤；辖淮阳、鹿邑、扶沟、沈丘、太康、郸城、西华、商水和川汇区、项城市八县一市一区2.2.2地形地貌受黄河泛滥冲积的影响，成为自孟津向东黄河南泛冲积而成的黄淮平原的一部分。地势西高东低，南北向中间倾斜。地面高程在44.1至53.1m之间，相对高差9m左右。坡度较小，一般为自然坡降为1/5000-1/7000，宏观地势平坦。2.2.3地质构成自第三世纪以来，通许一直处于不断整体下沉的构造运动中。沉积层为厚达1000至34 5000m的湖相红色岩系（第三系）和河流冲积、洪积相（第四系）地层。因此，地质构造形迹大多数隐伏在巨原的沉积层下，地表形迹不明显，故通许地质构造较为单一。2.2.4水文与水资源2.2.4.1水系该市属淮河支流沙颍河水系。沙颍河是淮河的最大支流。发源于河南省伏牛山区，流经平顶山、漯河、周口、阜阳等四十个市县，于安徽省颍上县沫河口汇入淮河，河道全长620km。沙颍河周口以上流域面积25800平方公里，分沙河、颍河、贾鲁河。颍河流域面积7300平方公里，上游山区已建有白沙水库控制，下游平原河道排涝标准已达三年一遇。贾鲁河流域面积约5900平方公里，由于上游引黄灌溉退水等原因，河道淤塞严重，有待整治恢复排洪排涝能力。沙河在漯河以上分为沙河、澧河、北汝河，流域面积12500平方公里，山区占75%，常为暴雨中心所在，是沙颍河洪水的主要源地。沙河上游已建昭平台、白龟山、孤石滩三座大型水库和泥河洼滞洪区，总防洪库容11亿立方米，只能防御中小洪水。北汝河流域面积6080平方公里，尚无控制工程，洪水常威胁襄城、漯河和京广铁路安全。北汝河何口以下的沙河和周口以下沙颍河干流河道长400多公里，排洪能力全是3000立方米每秒，防洪标准不到二十年一遇。周口以下流域面积14000平方公里为平原区，主要排水支流有汾泉河、黑茨河、新蔡河和新运河。沙颍河防洪保护面积大，其右堤是豫、皖两省数百万亩耕地和几百万人口的防洪屏障，阜阳以下左堤是淮北大堤堤圈的重要组成部份，关系到京广、京九、阜合铁路和漯河、周口、阜阳等城市的防洪安全。近期拟按二十年一遇洪水培修加固干流堤防。2.2.4.2地表水地表水有地面径流、入（过）境水。地面径流和入境水主要来自天然降水，因集中于汛期，除部分入渗外，绝大部分则成为汛期弃水。水资源较为丰富，地下水质良好，无污染。据1998年周口水文勘测局资料计算，水资源总量为29.81亿立方米，人均293.3立方米，亩均254.8立方米。地表水年均约44.88亿立方米。合理利用这些水资源，基本能够满足全市工、农业生产和人、畜生活用水，为全市经济发展提供了水资源保证。2.2.5气候条件属暖温带大陆季风气候，气候特点是：春暖干旱蒸发大，夏季湿热雨集中，秋凉晴和日照长，冬少雨雪气于冷，四季分明，冷暖适中。2.2.5.1光照全市年平均日照时数为2025—2269小时，全年太阳辐射总量为122.04千卡/平方厘米，其中，能被植物利用的光合有效辐射量为59千卡/平方厘米。分季度看，4—9月份的作物生长旺盛季节，正是降雨量最多、日照时数接近200小时的良好时段，这些气象要素对周口农业生产十分有利。2.2.5.2气温年平均气温在14.5℃—15.8℃之间。四季平均气温分别为14.5℃、26℃、15℃、1.634 ℃。极端最高气温达43.2℃(1966年7月19日周口镇)，极端最低气温为零下21℃(1955年1月淮阳县)。年平均气温变差为27℃左右，年周期变化在0℃—28℃之间。近年来，气温略有升高，在1℃—2℃之间。2.2.5.3无霜期初霜日平均出现在10月28日，全市平均霜期为146天，无霜期219天。2.2.5.4降水全市历年降水量为689—816毫米，85%以上的降水多在农作物生长季节，基本能满足农作物生长的需要。夏季降水集中，平均降水量为371.9毫米，占全年降水量的50.2%，且时空分布不均，多暴雨、大雨，雨量从周口东南至西北呈递减趋势；冬季降雪较稀少，降雪深度平均为12厘米2.2.5.5气压、风向、风速风向、风速周口历年最多风向是北至东北，以东北偏北为主，4—7月多吹东南至西南偏南风，以南风为主；其他月多在西北至东北之间，以东北偏北为主。历年平均风向频率是北至东北最多，南至西南次之，东南再次之，西至西北最少。风速平均每秒2.7—3.4米，最大每秒40米以上。据历年资料分析，风速呈明显减弱趋势。2.3城市供水、排水现状与规划2.3.1供水现状及存在问题和供水规划工业区有供水站一座，现有20km地下水供水管网，主管道直径310mm，供水压力0.25－0.35Mpa（恒压供水），供水量200－2000t/h。供水方式为多点变频恒压供水，以后随着需水量的增加，再逐渐增加深井和供水装置数量，保证用水量。供水硬度小于等于2.0mg·N/L，PH=7－8。城市规模不断扩大，居民区、商业区、工业区大量兴建，管网的线路设计和铺设数量都缺乏相应的规划，重复设计、重复施工的现象时有发生。2.3.2排水现状与规划沿路排水管网18km，其中Φ1000mm有7km，Φ800mm有11km，污水检查井间距为50m。2.4工程建设的必要性（1）减轻水环境污染，改善环境质量的需要中小城市鉴于经济发展的需要，往往对企业工业污水管理缺乏力度，出现部分企业的工业废水未经过处理就直接向河道排放。企业工业污水中不仅仅含有高浓度的有机质的污染物质，而且含有大量的重金属等有毒物质，这些成分很大部分没有得到充分的处理就直接被排放到河涌、水塘和江河湖海之中，造成城内及周边合流的水质恶化污染。此外由于小城镇污水管网的普及程度不够高，导致污水的排放系统不够完善，再加上污水处理厂的处理能力有限，导致污水未经过处理即被排放的现象众多。34 （2）提高人民生活质量，促进社会经济发展的需要排水管网的建设起到的直接作用就是改善县城内的水环境质量，完善后的排水系统可以彻底解决污水直排现象，清除环境死角，改善自然景观，提升县城整体环境卫生质量。为县城中心的开发和环境治理提供有利条件；盘活土地资产，加速城市现代化进程，并为发展第三产业，改善产业经济结构创造有利条件。由此可见，工程的建成将会直接改善县城的环境卫生状况，改善后的县城环境可以促进经济的进一步发展。从而可以起到改善和提高人民生活状况和水平、丰富人民生活的作用，为广大的人民群众带来经济与实惠。（3）解决污水系统建设存在的问题的需要1）部分老城区部分排水管道老旧、偏小；同时各排水区域主干管间缺乏相应的连接管，无法对流量进行合理的调节。2）旧的城镇排水管道已经很难适应经济发展的排水要求，更严重的是很多违章建筑还挤占排水工程的空间。由于排水工程的地位和作用特点，排水系统规划设计中出现了很多不规范的地方。大部分排水规划设计没有考虑可持续发展的概念要求，很多都仅仅为了排水的作用要求，不考虑自然资源和环保的观念。3）大多数的排水系统规划设计为雨水同污水合流的方式，这一方式严重污染了城镇内河水系统，大量的雨水同污水合流形式的排水管道中污水直接的被排放到城市周边的自然河流内，造成严重的水体和环境污染。因此，必须尽快完善城市排水系统的建设，抓住机遇，促进城市的社会、经济发展。34 3建设规模、项目构成与工程目标3.1城镇功能布局规划与服务区确定3.1.1城镇功能布局规划城镇发展呈整体向东南扩充趋势，发展用地集中中在城镇东南近郊，工业区在西部，居住区和商业区主要在老城区3.1.2污水处理工程收水服务区确定收水服务区是污水排水系统设置的界限。凡是采用完善卫生设备的建筑区都应设置污水管道。它是根据城镇总体规划的设计规模决定的。在服务区内，根据地形及城镇的竖向规划，划分排水流域。一般在丘陵及地形起伏的地区，可按等高线划出分水线，通常分水线与流域分界线基本一致。在地形平坦无显著分水线的地区，可根据面积大小划分，使各相邻流域的管道系统合理分担排水面积，使干管在最大合理埋深情况下，流域内绝大部分污水能自流接入。3.2城市污水量预测与建设规模3.2.1城市需水量预测（1）生活综合用水定额（平均日）查《给水排水工程常用数据速查手册》，人均综合生活用水量190—350L/(cap·d),取350L/(cap·d)规划区面积为51.94km2，由表1.1，人口毛密度取3000cap/km2，则综合生活用水量为54064.5m3/d。3.2.2城市污水量预测城市污水量按用水量的80%计，则污水产生系数取0.8综合生活污水定额为350×0.8=280L/cap·d综合生活污水量为54064.5×0.8=43251m3/d，取Kz=1.0974,则综合生活污水量为43251×1.0974=47464,比流量为0.10576L/(s·ha)两家企业位置见02—规划图，其中A企业废水流量为173.61L/s,B企业废水流量均为115.74L/s。3.2.3工程建设规模确定总污水量为54064.5+25000=79064.5m3/d，约为7.9万吨。3.3工程建设方案与项目构成3.3.1工程建设方案（1）排水去向1）污水：排入污水处理厂，处理达标后排入河流；2）雨水：直接排入河流。（2）排水体制方案分流制排水、合流制排水的选择34 （3）厂址方案根据排水管网的布置形式，结合地形气候等特点，拟定方案（4）排水管网布置方案采用截流式，因只设一个污水厂，原则上只需一条主干管。3.3.2项目构成污水管网及其构筑物，雨水管网及其构筑物。34 4污水处理厂厂址方案选择4.1选择原则与依据4.1.1选择原则污水处理厂的厂址应根据城市总体规划，结合污水厂规模和城市地形等因素综合考虑。在一个城市中，如果地形条件允许，应尽可能将污水集中，减少污水厂个数。选择污水厂厂址时，通常应考虑以下因素：（1）厂址与规划居住或公共建筑群的卫生防护距离应根据当地具体情况，与有关部门协商确定，一般不小于300m。（2）污水厂厂址应在城镇集中供水水源的下游，至少500m；或在城市较低处，以避免管网中过多设置中途泵站。（3）污水厂应尽可能少占农田或不占良田，且便于农田灌溉和消纳污泥。（4）厂址应尽可能设在城镇和工厂夏季主导风向的下方，并与居住区之间有一定间距。厂址区周围有充分的绿化空间，以保护周边环境。（5）厂址设在地形有适当坡度的城镇下游地区，使污水有自流的可能，以节约动力消耗。（6）厂区应考虑汛期不受洪水的威胁。（7）厂址的选择应考虑交通运输、水电供应地质、水文地质等条件。（8）厂址的选择应结合城镇总体规划，考虑远景发展，留有充分的扩建余地。4.1.2选择依据（1）室外排水设计规范（GB50014-2006）及其规范条文说明（2）污水综合排放标准（GB8978-1996）（3）污水排入城市下水道水质标准（GJ18-86）（4）给水排水设计手册第1、3、5册（均为第二版）4.2拟选厂址与特点本区地势南北高，中间低，西高东低，但相差较小。规划区内有东西一条河流，厂址都应选在河流下游，即东南方向。4.3厂址方案确定污水厂选址在规划区东南部河流（下游）附近，既有充分的扩建余地，交通又方便。管网布置采用截流式，根据地势、气候特点，污水厂布置在地势较低，夏季盛行风下风向，靠近河流的位置，详见WS-01—污水管道平面布置图。34 5污水管网建设方案与设计5.1设计原则（1）排水系统规划应符合城市和工业企业的总体规划，并应与城市工业企业中期他单项工程建设密切配合，相互协调，该现成的道路规划、建筑界限、设计规模对排水系统的设计有很大的影响。（2）排水系统设计要与邻近区域的污水和污泥处理和处置协调。（3）考虑污水的集中处理与分散处理。（4）设计排水区域内需考虑污水排水问题与给水工程的协调，以节省总投资。（5）排水工程的设计应全面规划，按近期设计考虑远期发展。（6）排水工程设计师考虑原有管道系统的使用可能。（7）在规划设计排水工程时必须认真观测执行国家和地方有关部门制定的现行有关标准、规范和规定。5.2设计规模、服务年限及服务区范围5.2.1设计规模与规划年限近期5年，污水厂规模8万吨左右；远期10年。5.2.2设计规划服务范围服务范围是污水排水系统设置的收水区域。凡是采用完善卫生设备的建筑区都应设置污水管道。它是根据城镇总体规划的设计规模决定的。在服务区内，根据地形及城镇的竖向规划，划分排水流域。一般在丘陵及地形起伏的地区，可按等高线划出分水线，通常分水线与流域分界线基本一致。在地形平坦无显著分水线的地区，可根据面积大小划分，使各相邻流域的管道系统合理分担排水面积，使干管在最大合理埋深情况下，流域内绝大部分污水能自流接入。排水流域划分详见附图3、4。5.3排水系统的体制在城市和工业企业中通常有生活污水、工业废水和降水。这些污水是采用一个管渠系统来排除，或是采用两个或两个以上各自独立的管渠系统来排除。污水的这种不同排除方式所形成的排水系统，称作排水系统的体制（简称排水体制）。排水系统的体制，一般分为合流制和分流制两种。（1）合流制排水系统合流制排水系统是将生活污水、工业废水和降水在同一个管渠内排除的系统。根据污水、废水、雨水混合汇集后的处置方式不同，可分为下列三种情况：1）直泄式合流制：这种方式体制下，管网系统分若干排出口，混合的污水收集后不经处理直接就近泄入水体。很多老城区的排水方式大多是这种系统，它造价低，施工方便，但是，随着现代化工业与城市的发展，污水量不断增加，水质日趋复杂，所造成的污染危害很大。因此，这种直泄式合流制排水系统不能适应社会发展的需要，目前不宜采用。34 2）全处理合流制：污水、废水、雨水混合汇集后全部输送到污水厂，经处理达标后再排放。这对防止水体污染，保障环境卫生方面当然是最理想的，但需要主干管的尺寸很大，污水处理厂的容量也会增加很多，基建费用相应增高，很不经济。因此，这种方式在实际情况下也很少采用。3）截流式合流制：在街道管渠中合流的生活污水、工业废水和雨水，一起排向沿河的截流干管，在截流干管处设置溢流井，并在干管下游设污水厂。晴天和初降雨时所有污水都排送到污水厂，经处理后排入水体，随着降雨量的增加，雨水径流也增加，当混合污水的流量超过截流干管的设计输水能力后，一部分混合污水经溢流井溢出直接排入水体，另一部分混合污水经截流干管送至污水厂，经处理后排入水体。国内外在改造老城市的合流制作水系统时，通常采用这种方式。(2)分流制排水系统分流制排水系统是将生活污水、工业废水和雨水分别在两个或两个以上各种独立的管渠系统内排除的排水系统。通常将生活污水和工业废水采用一套排水系统，称污水排水系统；雨水采用一套系统，称雨水排水系统。城市污水全部输入污水处理厂处理后排入水体，雨水可就近排入水体。该系统的最大优点是：全部城市污水可得到处理后排放，对保护环境有利。分离制排水系统由于雨水排除的方式不同而分为完全分流制排水系统和不完全分流制排水系统。1）全分流制：分别设置污水和雨水两个完整的管渠系统，前者用于汇集生活污水和部分工业废水，并输送到污水处理厂，经处理后再排放；后者汇集雨水和部分工业废水，就近直接排入水体。2）不完全分流制：城市中只有完整的污水管道系统而没有或没有完整的雨水管渠系统。污水输入污水处理厂处理后排入水体，雨水则通过地面漫流进入不成系统的明沟、明渠或小河，然后进入较大的水体，或者为了补充原有的渠道系统输水能力的不足而修建部分雨水道，待城市进一步发展再修建雨水排水系统而转变为完全分流制排水系统。这种体制初期投资最少，而且工期短，生效快。5.4排水系统体制的确定合理地选择排水系统的体制，是城市和工业企业排水系统规划和设计的重要问题。它不仅从根本上影响排水系统的设计、施工、维护管理，而且对城市和工业企业的规划和环境保护影响深远，同时也影响排水系统工程的总投资、初期投资以及维护管理费用。一般以环境保护、工程造价、维护管理和施工四个方面为原则，选择排水体制。通常，排水系统体制的选择应满足环境保护的需要，根据当地条件，通过技术经济比较确定。而环境保护应是选择排水体制时所考虑的主要问题。下面就从这四个方面进一步分析比较各种体制的适用情况。（1）环境保护方面34 如果采用合流制将城市生活污水、工业废水和雨水全部截流送往污水厂进行处理，然后再排放，从控制和防止水体的污染来看，是较理想的；但这时截流主干管尺寸很大，污水厂容量也要增加很多，建设费用相应地提高。采用截流式合流制时，在暴雨径流之初，原沉淀在合流管渠的污泥被大量冲起，经溢流井送人水体。同时雨天时有部分混合污水溢入水体。实践证明，采用截流式合流制的城市，水体污染日益严重。应考虑将雨天时溢流出的混合污水予以储存，待晴天时再将储存的混合污水全部送至污水厂进行处理，或者将合流制改建成分流制排水系统等。分流制是将城市污水全部送至污水厂处理，但初期雨水未加处理就直接排入水体，对城市水体也会造成污染，这是它的缺点。近年来，国内外对雨水径流水质的研究发现，雨水径流特别是初期雨水径流对水体的污染相当严重。分流制虽然具有这一缺点，但它比较灵活，比较容易适应社会发展的需要，一般又能符合城市卫生的要求，所以在国内外获得了广泛的应用，而且也是城市排水体制的发展方向。（2）工程造价方面由于合流制排水系统只敷设一套管道系统，国外有的经验认为，合流制排水管道的造价比完全分流制一般要低20％—40％，但合流制的泵站和污水厂的造价却比分流制高。从总造价来看完全分流制比合流制可能要高。从初期投资来看，不完全分流制初期只建污水排水系统，因而既可节省初期投资费用，又可缩短工期，发挥工程效益也快。合流制和完全分流制的初期投资均大于不完全分流制。（3）维护管理方面晴天时污水在合流制管道中只是部分流，雨天时才接近满管流，因而晴天时合流制管内流速较低，易于产生沉淀。但据经验，管中的沉淀物易被暴雨水流冲走，这样，合流管道的维护管理费用可以降低。但是，晴天和雨天时流入污水厂的水量变化很大，增加了合流制排水系统污水厂运行管理中的复杂性。而分流制系统的管道部分由于设计时可以保证自清流速，管中一般不致发生沉淀，管理简单；同时，污水处理厂因晴天和雨天流入的污水水质水量变化较小，管理比较简单，污水厂的运行也易于控制。（4）施工方面合流制管线单一，减少与其他地下管线、构筑物的交叉，管渠施工较简单。但在建筑物有地下室情况下采用合流制，遇暴雨时有可能倒流入地下室内，合流制安全性不如分流制。若分流制中污水管道与雨水管道规划一致，也能减少施工工程量。混合制排水系统的优缺点，介于合流制和分流制排水系统两者之间。排水系统体制的选择是一项既复杂又很重要的工作。应根据城镇及工业企业的规划、环境保护的要求、污水利用情况、原有排水设施、水量、水质、地形、气候和水体状况等条件，在满足环境保护的前提下，通过技术经济比较综合确定。新建地区一般应采用分流制排水系统，但在特定情况下采用合流制可能更为有利。综上所述，本设计采用完全分流制排水系统。34 5.5污水管道型式与材质5.5.1管渠横断面的形式（1）污水管渠的断面形式需满足的要求：1）在静力学方面，管道必须有较大的稳定性，在承受各种荷载时是稳定和坚固的；2）在水力学方面，管道断面应有最大的排水能力，并在一定的流速下不产生沉淀物；3）在经济方面，管道单长造价应该是最低的；4）在养护方面，管道断面应便于冲洗和清通淤积。（2）常见形式：圆形、半椭圆形、马蹄形、拱顶矩形、蛋形、矩形、弧形流槽的矩形、带低流槽的矩形、梯形等，断面依次如图5.1所示：图5.1常用管渠断面（3）常见断面特点1）圆形断面：有较好的水力性能，在一定的坡度下，指定的断面面积具有最大的水力半径，因此流速大，流量也大。此外，圆形管便于预制，使用材料经济，对外压力的抵抗力较强，若挖土的形式与管道相称时，能获得较高的稳定性，在运输和施工养护方面也较方便。因此是最常用的一种断面形式。2）半椭圆形断面：在土压力和活荷载较大时，可以更好地分配管壁压力，因而可减小管壁厚度。在污水流量无大变化及管渠直径大于2m时，采用此种形式的断面较为合适。3）马蹄形断面：其高度小于宽度。在地质条件较差或地形平坦，受受纳水体水位限制时，需要尽量减少管道埋深以降低造价，可采用此种形式的断面。又由于马蹄形断面的下部较大，对于排除流量无大变化的大流量污水，较为适宜。但马蹄形管的稳定性，需依靠还土的坚实度，要求还土坚实稳定度大，若还土松软，两侧底部的管壁易产生裂缝。4）蛋形断面：由于底部较小，从理论上看，在小流量时可以维持较大的流速，因而可减少淤积，适用于污水流量变化较大的情况、但实际养护经验证明，这种断面的冲洗和清通工作比较困难。加以制作和施工较复杂，现已很少使用。34 5）矩形断面：可以就地浇制或砌筑，并按需要将深度增加，以增大排水量。6）梯形断面：适用于明渠，它的边坡决定于土壤性质和铺砌材料。5.5.2管道材质管道材料有以下要求：（1）管道必须不漏水，不能渗入或渗出。（2）管道应能抵抗污水和地下水的冲刷和侵蚀。（3）管道的内壁面应整齐光滑。（4）管道应有足够的强度。通常，管道是预制的圆形管子。在我国，城市和工厂中最常用的管道是混凝土管、钢筋混凝土管和陶土管。混凝土管适用于排除雨水、污水，混凝土管的原料较易获得，设备、制造工艺简单，被广泛采用；钢筋混凝土管适用于排除雨水、污水等；陶土管适用于排除酸性废水。5.5.3结论综上所述，本工程采用钢筋混凝土圆管，其断面面积具有最大的水力半径，流速大，流量也大；原料较易获得，设备、制造工艺简单，运输和施工养护方便，满足使用要求。5.6管网系统总体方案与布置5.6.1定线原则和影响因素定线应遵循的主要原则是：管道定线应尽可能地在管线较短和埋深较小的情况下，让最大区域的污水能自流排出。一般情况下，地形是管道定线的主要影响因素。定线时应充分利用地形，使管道的走向符合地形趋势，一般宜顺坡排水。在整个排水区域较低的地方敷设主干管和干管，这样便于支管的污水能自流接入，而横管的坡度尽可能与地面坡度一致。在地形平坦地区，应避免小流量的横支管长距离平行于等高线敷设，让其尽早接入干管，宜使干管与等高线垂直，主干管与等高线平行。在坡度较大的时候应设置跌水井，以改善水力条件。污水主干管的走向和数目取决于污水厂和出水口的位置和数目。小城市通常只设一个污水厂，只需一条主干管。大流量的集中污水直接接入污水干管起端，可以增大上游干管的管径，减少敷设坡度，减小整个管道系统的埋深。5.6.2管网系统的布置形式城镇、居住区或工业企业的排水系统在平面上的布置，随着地形、竖向规划、污水厂的位置、土壤条件、河流情况，以及污水的种类和污染程度等因素而定。在实际情况下，单独采用一种布置形式较少，通常根据当地条件，因地制宜采用综合布置形式。常见的布置形式有以下几种：（1）正交式：在地势向水体适当倾斜的地区，各排水流域的干管可以最短距离沿与水体垂直相交的方向布置，称正交布置。正交布置的干管长度短，、管径小，因而经济，污水排出也迅速。但此时的污水未经处理便直接排放，污染水体，一般仅用于排除雨水。34 （2）截流式：在正交布置中，沿河岸再敷设一条主干管，将个干管的污水截流送至污水厂，称截流布置。（3）平行式：在地势向河流方向有较大倾斜的地区，为了避免因干管坡度及管内流速过大，使管道受到严重冲刷，可使干管与等高线及河道基本平行、主干管与等高线及河道成一定斜角敷设，称平行布置。（4）分区式：在地势相差较大的地区，当污水不能靠重力流流至污水厂时，可采用分区布置。（5）分散式：当城市周围有河流，或城市中央部分地势高、地势向周围倾斜的地区，各排水流域的干管常采用辐射状分散布置，各排水区域有独立的排水系统。5.6.3排水管网布置方案的拟定方案：截流式布置截流布置的干管长度较短，、管径较小，因而相对比较经济；其次截流布置适用于分流制排水系统，将生活污水及工业废水经处理后排入水体，对减轻水体污水、改善和保护环境有重大作用。5.7水力计算、管道参数确定及其附属构筑物设计5.7.1污水设计流量的确定（1）设计管段及其划分两个检查井之间的管段采用的设计流量不变，且采用相同的管径和坡度，称它为设计管段。为简化计算，根据管道平面布置图，凡有集中流量进入，有旁侧管道接入的检查井均可作为设计管段的起迄点。这几管段的起迄点应编上号码。（2）每一设计管段的污水设计流量可能包括以下几种流量：1）本段流量q1——是从管段沿线街坊流来的污水量；2）转输流量q2——是从上游管段和旁侧管段流来的污水量；3）集中流量q3——是从工业企业或其他大型公共建筑物流来的污水量。对于某一设计管段而言，本段流量沿线是变化的，即从管段起点的零增加到终点的全部流量，但为了计算的方便，通常假定本段流量集中在起点进入设计管段。它接受本段服务地区的全部污水流量。本段流量可用下式计算：（5.1）式中q1——设计管段的本段流量（L/s）；F——设计管段服务的街区面积（ha）；q0——单位面积的本段平均流量，即比流量（L/(s·ha)）。（5.2）34 式中n——居住区生活污水定额（L/(cap·d)）；P——人口密度（cap/ha）。本段设计流量可用下式计算：（5.3）式中Q1——设计管段的本段流量（L/s）；F——设计管段服务的街区面积（ha）；Kz——生活污水量总变化系数；q0——单位面积的本段平均流量，即比流量（L/(s·ha)）。（3）计算设计流量管道布置及两家企业位置见WS-01—污水管道平面布置图，其中A企业废水集中流量为173.61L/s,B企业废水集中流量均为115.74L/s。本设计中，居住区人口密度为3000人/km2，居民生活污水定额为280（L/(cap·d)），则，由公式（5.2），每ha街区面积的生活污水平均流量（比流量）为0.10576(L/(s·ha))本设计中有2个集中流量，在检查井W1进入管道，相应流量为173.61、115.74L/s。设计管段W1—W2为干管起始管段，包括本段流量q1和集中流量q3，该管段接纳街区,9、11的污水，其面积为151.97ha，由公式（5.1），本段流量16.07为L/s。由公式（5.3），该管段设计流量为318.28L/s。设计管段W2—W3有本段流量q1和转输流量q2，该管段缉拿街区10、12的污水，其面积为161.10ha，由公式（5.1），故本段流量17.04L/s；该管段转输流量q2是从管段W1—W2流来的生活污水平均流量，q2=16.07L/s。合流平均流量q1+q2=33.11L/s。Kz=2.7/Q0.11（5.4）式中Q——平均日平均时污水流量（L/s）。当Q<5L/s时，Kz=2.3；>1000L/s时，Kz=1.3。由公式（5.3），该管段设计流量为344.64L/s其余管段的这几流量计算方法相同，计算结果见附表1。5.7.2有关规定（1）设计充满度在设计流量下，管道中的水深h和管道直径D的比值称为设计充满度（或水深比）。我国的污水管道按非满流（h/D<1）进行设计，这样规定的原因是：1）保留一部分管道断面，为未预见水量的增长留有余地，避免污水溢出。2）留出适当空间，以利管道的通风，排出有害气体。最大设计充满度的规定见表5.1所示：34 表5.1最大设计充满度管径（D）或暗渠高（H）（mm）最大设计充满度（h/D）200～3000.55350～4500.65500～9000.70≥10000.753）在计算污水管道充满度时，不包括淋浴或短时间内突然增加的污水量，但当管径小于或等于300mm时，应按满流复核。（2）设计流速和设计流量、设计充满度相应的水流平均速度叫做设计流速。为了防止管道中产生於积或冲刷，设计流速不宜过小或过大，应在最大和最小设计流速范围之内。最小设计流速是保证管道内不致发生淤积的流速。《室外排水设计规范》规定污水管道在设计充满度下的最小设计流速定为0.6m/s。含有金属、矿物固体或重油杂质的生产污水管道，其最小设计流速宜适当加大，其值要根据试验或调查研究决定。最大设计流速是保证管道不被冲刷损坏的流速。该值与管道材料有关，通常，金属管道的最大设计流速为10m/s。非金属管道的最大设计流速为5m/s。（3）最小管径在污水管道系统的上游部分，设计污水流量很小，若根据流量计算，则管径会很小，而管径过小极易堵塞；此外，采用较大的管径，可选用较小的坡度，使管道埋深减小。因此，为了养护工作的方便，常规定一个允许的最小管径。在街区和厂区内污水管道最小管径为200mm，街道下为300mm。在污水管道系统上游管段，由于管段服务的排水面积较小，因而设计流量小，按此流量计算得出的管径小于最小管径时，应采用最小管径值。一般可根据最小管径在最小设计流速和最大充满度情况下能通过的最大流量值，计算出设计管段服务的排水面积。若设计管段服务的排水面积小于此值，即直接采用最小管径而不再进行水力计算。这种管段称为不计算管段。在这些管段中，当有适当的冲洗水源时，可考虑设置跌水井。（4）最小设计坡度不同管径的污水管道有不同的最小坡度。管径相同的管道，因充满度不同，其最小坡度也不同。在给定设计充满度条件下，管径越大，相应的最小设计坡度值越小。通常对同一直径的管道只规定一个最小坡度，以满流或半满流时的最小坡度作为最小设计坡度。我国《室外排水设计规范》只规定最小管径对应的最小设计坡度，街坊内污水管道的最小管径为200mm，相应的最小设计坡度为0.004mm；街道下为300mm，相应的最小设计坡度为0.003。若管径增大，相应于该管径的最小坡度由最小设计流速保证。34 （5）污水管道埋设深度污水管道的埋设深度是指管道的内壁底到地面的距离。管道外壁顶部到地面的距离称为覆土厚度。管道埋深是影响管道造价的重要因素，是污水管道的重要设计参数。管道埋设深度愈深，则造价愈贵，施工期愈长。所以，管道的埋设深度小些好，并有一个最大值，这个限值称做最大埋深。管道的最大埋深需要根据技术经济指标及施工方法决定。在干燥土壤中，管道最大埋深一般不超过7～8m；在多水、流沙、石岩地层中。一般不超过5m。为了降低造价，缩短施工期，管道埋设深度愈小愈好。但覆土厚度应有一个最小的限值，否则就不能满足技术上的要求，这个最小限值称为最小覆土厚度。污水管道的最小覆土厚度，一般应满足下述三个因素的要求。1）必须防止管道内污水冰冻和因土壤冻胀而损坏管道；2）必须防止管壁因地面荷载而受到破坏；3）必须满足街区污水连接管衔接的要求。5.7.3污水管道的水力计算在确定流量后，从上游管段开始依次进行干管、主干管各设计管段的水力计算。一般列表进行计算，结果见附表2，水力计算步骤如下：（1）从管道平面布置图上量出每一设计管段的长度。（2）将各设计管段的设计流量、设计管段起迄点检查井处的地面标高列入表中。（3）计算每一设计管段的地面坡度（），作为确定管道坡度时参考。（4）确定起始管段的管径以及设计流速v，设计坡度I，设计充满度h/D。首先拟采用最小管径300mm查《排水工程》附录2—2附图3，在这张计算图中，管径D和管段粗糙系数n为已知，其余四个水力因素只要知道2个就能求出另外2个。（5）确定其它管段的管径D、设计流速v、设计充满度h/D和管道坡度I。通常随着设计流量的增加，下一个管段的管径一般会增大一级或两级（50mm为一级），或者保持不变，这样便可根据流量的变化情况确定管径。然后可根据设计流速随着设计流量的增大而逐段增大或保持不变的规律设定设计流速。根据Q和v即可在确定D那张水力计算图中查出相应的h/D和I值，若h/D和I值，若h/D和I值符合设计规范的要求，说明水力计算合理，将计算结果填入表中相应的项中。在水力计算中，由于Q、v、h/D、I、D各水力因素之间存在相互制约的关系，因此在查水力计算图时实际存在一个试算过程。（6）计算各管段上端、下端的水面、管底标高及其埋设深度：1）根据设计管段长度和管道坡度求降落量。如管段W2—W3的降落量为I·L=0.81m。2）根据管径和充满度求管段的水深。如管段W1—W2的水深为h=0.56m。3）确定管网系统的控制点，各干管控制点均为离主干管最远点，控制点埋深2.7m。（7）求设计管段上、下端的管内底标高，水面标高及其埋设深度。34 W1点管内底标高等于W1的地面标高减W1点的埋深，为47.2-2.7=44.5m.W2的管内底标高等于W1管内底标高减降落量，44.5-0.81=43.7m。W2的埋设深度等于W2地面标高减W2管内底标高，为47.0-43.7=3.3m。管段上下端水面标高等于相应点的管内底标高加水深。W1点水面标高为44.5+0.56=45.06m；W2点水面标高为43.7+0.56=44.26m。管段衔接采用管顶平接，。即W1—W2中的W2点与W2—W3中的W2点管顶标高相同，所以W2—W3中的W2点管内底标高为43.7+0.8-0.9=43.6m，按上面方法求出W3管内底标高。详细计算结果见附表2。5.7.4附属构筑物（1）检查井1）检查井通常设在管渠交汇、转弯、管渠尺寸或坡度改变、跌水等处以及相隔一定距离直线管渠段上。检查井在直线管渠段上的最大间距，一般可按表5.2采用。表5.2检查井的最大间距管径或暗渠净高（mm）最大间距（m）污水管道雨水（合流）管道200～4004050500～7006070800～100080901100～15001001201600～20001201202）检查井各部尺寸，应符合下列要求：A.井口、井筒和井室的尺寸应便于养护和检修，爬梯和脚窝的尺寸、位置应便于检修和上下安全；B.检修室高度在管道埋深许可时一般为1.8m，污水检查井由流槽顶起算，雨水（合流）检查井由管底起算。C.检查井井底宜设流槽。污水检查井流槽顶可与0.85倍大管管径处相平，雨水（合流）检查井流槽顶可与0.5倍大管管径处相平。流槽顶部宽度宜满足检修要求。D.在管道转弯处，检查井内流槽中心线的弯曲半径应按转角大小和管径大小确定，但不宜小于大管管径。E.位于车行道的检查井，应采用具有足够承载力和稳定性良好的井盖与井座。F.检查井宜采用具有防盗功能的井盖。位于路面上的井盖，宜与路面持平；位于绿化带内井盖，不应低于地面。G.在污水干管每隔适当距离的检查井内，需要时可设置闸槽。H.接入检查井的支管（接户管或连接管）管径大于300mm时,支管数不宜超过3条。34 I.检查井与管渠接口处，应采取防止不均匀沉降的措施。J.在排水管道每隔适当距离的检查井内和泵站前一检查井内，宜设置沉泥槽，深度宜为0.3～0.5m。K.在压力管道上应设置压力检查井。（2）水封井1）当工业废水能产生引起爆炸或火灾的气体时，其管道系统中必须设置水封井。水封井位置应设在产生上述废水的排出口处及其干管上每隔适当距离处。2）水封深度不应小于0.25m，井上宜设通风设施，井底应设沉泥槽。3）水封井及同一管道系统中的其他检查井，均不应设在车行道和行人众多的地段，并应适当远离产生明火的场地。5.7.5污水管道纵剖面设计图中应标出沿线旁侧支管接入处的位置、管径、标高；与其它地下管线、构筑物或障碍物交叉点的位置和高程；沿线地质钻孔位置和地质情况等。在剖面图下方用细实线画一个表格，表中注明检查井编号、管段长度、设计管径、设计坡度、地面标高、管内底标高、埋设深度、管道材料、接口形式、基础类型等。采用的比例尺，一般横向比例与平面图一致；纵向比例为1：50～1：200，并与平面图的比例相适应，确保纵剖面图纵、横两个方向的比例相协调。5.8管道接口、基础及越障5.8.1管道接口污水管道系统中的检查井是清通维护管道的设施，也是管道的衔接设施。一般在管道管径、坡度、方向发生变化及管道交汇时，都需要设置检查井。检查井内上下游管段必须有较好的衔接，以保证管道顺利运行。检查井内上下游管道在衔接时应遵循下述原则：（1）尽可能提高下游管段的高程，以减少埋深，从而降低造价，在平坦地区这点尤其重要；（2）避免在上游管道中形成回水而造成淤积；管道的衔接方法有管底平接、管顶平接和水面平接三种，无论采用哪种衔接方法，下游管段起端的水面和管底标高都不得高于上游管段终端的水面和管底标高。在本设计中，所有管段的连接方式均采用管顶平接。5.8.2管道基础管道基础采用采用混凝土带形基础，按管座的形式的不同分为90°、135°、180°三种管座基础，当管顶覆土厚度在0.7～2.5m时采用90°基础；管顶覆土厚度在2.6～4.0时采用135°基础；管顶覆土厚度在4.1～6.0时采用180°基础。沟槽回填采用砂砾石和原土回填，若遇地下水，加设砂砾石垫层。5.8.3越障34 排水管渠遇到河流、山涧、洼地或地下构筑物等障碍物时，不能按原有的坡度埋设，而是按下凹的折线方式从障碍物下通过，这种管道称为倒虹管。倒虹管由进水井、下行管、平行管、上行管河出水井等组成。确定倒虹管的线路时，应尽可能与障碍物正交通过，以缩短倒虹管的长度，并选择在河床河河岸较稳定不易被水冲刷的地段及埋深较小的部位敷设。穿过河道的倒虹管管顶与河床的垂直距离一般不小于0.4米，其工作管线一般不少于两条。当排水量不大，不能达到设计流量时，其中一条可作为备用。5.9初步选泵和电机由设计资料可知，污水厂处理规模为79000m3/d，泵站采用均匀供水方式向水厂供水，泵站的设计流量按最高日平均时用水量计算。泵站设计流量Q为2208m3/h。泵站设计扬程初步估算为10m。选泵主要依据是泵站设计扬程和设计流量，结合选泵原则，初选水泵500TSW-690IA，二用一备。初选电机：根据500TSW-690IA型水泵的要求，选用配套三相交流异步电动机。电动机型号为Y315S-4。5.10主要管道工程量干管、主干管中管径300mm管共计154m，350mm管共计441m，400mm管共计614m，450mm管共计589m，500mm管共计817m，600管共计128m，800mm管共计318m，900mm管共计345m，1100mm管共计2067m，1200mm管共计641m，1300mm管共计1597m，1400mm管共计4046m。支管较短，流量较小均为不计算管段。34 6雨水管网建设方案与设计6.1雨水管布置原则（1）充分利用地形排水雨水管渠应尽量利用自然地形坡度以最短的距离靠重力流排入附近的池塘、河流、湖泊等水体中。一般情况下，当地形坡度变化较大时，雨水干管宜布置在地形较低处；当地形平坦时，雨水干管宜布置在排水流域的中间，以便于支管接入，尽可能扩大重力流排除雨水的范围。当管道排入池塘或小河时，由于出水口的构造比较简单，造价不高，雨水管渠系统宜采用分散出水口的管道布置形式。当地形平坦，且地面平均标高低于河流常年的洪水位标高时，需将管道出口适当集中，在出水口前设置雨水泵站，暴雨期间雨水经抽升后排入水体，这时，宜在雨水进泵站前的适当地点设置调节池，以节省泵站的工程造价和运转费用。（2）雨水管渠布置应与城镇规划相协调应根据建筑物的分布，道路布置及街区内部的地形、出水口位置等布置雨水管道，使雨水以最短距离排入街道低侧的雨水管道。雨水管道应平行道路布设，且宜布置在人行道或草地带下，而不宜布置在快车道下，以免积水时影响交通或维修管道时破环路面，若道路宽度大于40m时，可考虑在道路两侧分别设置雨水管道。（3）雨水口的布置原则为便于行人穿过街道和机动车辆识别运行路线，雨水不能漫过路口。因此一般在街道交叉路口的汇水点、低洼处应设置雨水口。此外，在道路上一定距离处也应设置雨水口，其距离一般为30～80m，容易产生积水的区域应加密和增加雨水口的数量。（4）根据具体条件合理采用明渠或暗管在城市郊区等建筑密度较低、交通量较小的地方，可考虑采用明渠，以节省工程费用，降低造价。在地形平坦地区，埋设深度或出水口深度受限制地区，也可采用盖板渠排除雨水。在每条雨水干管的起端，应尽可能采用道路边沟排除路面雨水。这样通常可以减少约100～150m暗管长度。这对降低整个管渠工程造价是很有意义的。6.2设计方案利用地形排水。该地区地形平坦，雨水管布置在排水流域的中间，以便尽可能的扩大重力流排除雨水的范围。雨水干管的平面布置采用分散出口式雨水管布置，这种布置形式在管道排入池塘或小河时，由于出水口的构造简单，造价不高；就近排放，管线较短，管径较小，埋深也小，造价较低、施工方便。6.3雨水管渠采用的材料、基础处理、接口型式6.3.1管道材质管道材料有以下要求：（1）管道必须不漏水，不能渗入或渗出。34 （2）管道应能抵抗污水和地下水的冲刷和侵蚀。（3）管道的内壁面应整齐光滑。（4）管道应有足够的强度。通常，管道是预制的圆管。在我国，城市中最常用的管道是混凝土管、钢筋混凝土管和陶土管。混凝土管适用于排除雨水、污水，混凝土管的原料较易获得，设备、制造工艺简单，被广泛采用；钢筋混凝土管适用于排除雨水、污水等；陶土管适用于排除酸性废水。本工程采用钢筋混凝土圆管，其断面面积具有最大的水力半径，流速大，流量也大；原料较易获得，设备、制造工艺简单，运输和施工养护方便，满足使用要求。6.3.2基础处理管道基础采用采用混凝土带形基础，按管座的形式的不同分为90°、135°、180°三种管座基础，当管顶覆土厚度在0.7～2.5m时采用90°基础；管顶覆土厚度在2.6～4.0时采用135°基础；管顶覆土厚度在4.1～6.0时采用180°基础。沟槽回填采用砂砾石和原土回填，若遇地下水，加设砂砾石垫层。6.3.3管道接口污水管道系统中的检查井是清通维护管道的设施，也是管道的衔接设施。一般在管道管径、坡度、方向发生变化及管道交汇时，都需要设置检查井。检查井内上下游管段必须有较好的衔接，以保证管道顺利运行。检查井内上下游管道在衔接时应遵循下述原则：（1）尽可能提高下游管段高程，以减少埋深，降低造价，在平坦地区这点尤其重要；（2）避免在上游管道中形成回水而造成淤积；管道的衔接方法有管底平接、管顶平接和水面平接三种，无论采用哪种衔接方法，下游管段起端的水面和管底标高都不得高于上游管段终端的水面和管底标高。在本设计中，所有管段的连接方式均采用管顶平接。6.4雨水管渠设计流量计算（1）划分排水流域和管道定线根据总平面图，按实际地形划分排水流域。如附图3—雨水平面图，该城市紧邻一条较大河流，两条较小河流，由于地形对排除雨水有利，拟采用分散出水口的雨水管道布置形式。雨水干管基本垂直于等高线，布置在排水流域地势较低一侧，这样雨水能以最短距离靠重力流排入就近水体。（2）划分设计管段根据管段的具体位置，在管道转弯处、管径或坡度改变处，有支管接入处或两条以上管道交汇处以及超过一定距离的直线管段上都应设置检查井。把两个检查井之间流量没有变化且预计管径和坡度也没有变化的管段定为设计管段，并从管段上游往下游按顺序进行检查井的编号。（3）划分并计算各设计管段的汇水面积34 设计管段汇水面积的划分应结合地形坡度、汇水面积的大小以及雨水管道的布置等情况而定。地形较平坦时，可按就近排入附近雨水管道的原则划分汇水面积；并将每块面积进行编号，计算其面积的数值。详见附表3—汇水面积计算表。（4）雨水管渠设计流量计算公式雨水降落到地面，由于地表覆盖情况的不同，一部分渗透到地下，一部分蒸发，一部分滞留在地面低洼处，剩下的雨水则沿地面的自然坡度形成地面径流进入附近的雨水口，并在管渠内继续流行，通过出水口排入附近的水体。我国《室外排水设计规范》规定，采用推理公式法（也称极限强度法）计算设计流量：（6.1）式中——雨水设计流量（L/s）；——径流系数，其数值小于1；——设计暴雨强度（L/(s·ha)）；——汇水面积（ha）。式公式（6.1）是根据一定的假设条件，由雨水径流成因加以推导而得出的，是半经验半理论公式，适用于小流域面积暴雨设计流量的计算。其假设条件为：当汇水面积上最远点的雨水流达集流点时，全面积产生汇流，设计降雨历时等于汇水面积上最远点的雨水流达集流点的集水时间时，雨水管渠的设计流量最大。（5）径流系数的确定降落在地面上的雨水，只有一部分形成径流并沿地面流入雨水管渠，这一径流量与降雨量的比值称为径流系数，其值常小于1。影响径流系数值的因素包括汇水面积的地面覆盖情况、地面坡度、地貌、建筑密度的分布、路面铺砌、降雨历时和暴雨雨型等，主要因素是地面覆盖种类的透水性。根据《建筑给水排水设计规范》GB50015-2009(2009版)中4.9.6规定，给排水设计中雨水设计径流系数取值可按表6.134 表6.1雨水设计径流系数取值屋面、地面种类径流系数Ψ屋面0.90~1.00混凝土和沥青路面0.90块石路面0.60级配碎石路面0.45干砖及碎石路面0.40非铺砌路面0.30公园绿地0.15在本设计中，各种汇水面积的综合径流系数应加权平均计算，即各个种类地面面积乘以相应的径流系数，再除以总的面积，本设计均取0.5。（6）设计重现期P的确定暴雨强度随着重现期的不同而不同，而雨水管渠设计重现期的选用，应根据汇水面积的地区建设性质（广场、干道、厂区、居住区）、地形特点、汇水面积和气象特点等因数确定，一般选用0.5—3a，对于重要干道，立交道路的重要部分，重要地区或短期积水即能引起较严重损失的地区，宜采用较高的设计重现期，一般选用2—5a。在本设计中，设计重现期P为0.5—2a，取P=1a。（7）集水时间（设计降雨历时）的确定如前所述，只有当降雨历时等于集水时间时，雨水流量为最大。因此，计算雨水设计流量时，通常用汇水面积最远点的雨水流达设计断面的时间作为设计降雨历时。对管道的某一设计断面来说，集水时间t由从汇水面积最远点流到第一个雨水口的地面集水时间t1和从雨水口流到设计断面的管内雨水流行时间t2两部分组成：（6.2）1)集水时间t1的确定已知本设计取t1=15min。2)内雨水流行时间t2的确定（6.3）式中：L——各管段的长度，m；v——各管段满流时的水流速度，m/s；60——单位换算系数，1min=60s。3)折减系数m的确定我国《室外排水设计规范》建议折减系数采用为：管道采用2，明渠采用1.2，陡坡地区管道采用1.2—2，本设计取m=2。（3）暴雨强度公式34 查《排水工程》附录3-2，该地区暴雨强度公式为（6.4）P=1a，t1=15min，m=2，由公式（6.4）得：（6.5）6.5雨水管水力计算水力计算的方法以及计算结果分析。6.5.1有关规定（1）设计充满度雨水中主要含有泥砂等无机物质，不同于污水的性质，加以暴雨径流量大，而相应较高设计重现期的暴雨强度的降雨历时一般不会很长，故管道设计充满度按满流考虑。（2）设计流速为避免雨水所夹带的泥砂等无机物质在管渠内沉淀下来而堵塞管道。《室外排水设计规范》规定：满流时管道内最小流速应等于或大于0.75m/s。为防止管壁受到冲刷而损坏，影响及时排放，对雨水管渠的最大设计流速规定为：金属管最大流速为10m/s，非金属管最大流速为5m/s。（3）最小管径和最小设计坡度雨水管道的最小管径为300mm，相应的最小坡度为0.003，雨水口连接管最小管径为200mm，最小坡度为0.01。（4）设计埋设深度要求同污水管道。6.5.2雨水管道水力计算在确定流量后，从上游管段开始依次进行干管各设计管段的水力计算。一般列表进行计算，结果见附表4，水力计算步骤如下：（1）附表4中第1项为需要计算的设计管段，从上游至下游依次写出。管长、汇水面积、设计地面标高为已知，其余各项经计算后得到。（2）计算中假定管段的设计流量均从管段的起点进入，即各管段的起点为设计断面。在计算个设计管段的暴雨强度时，用的t2值应按上游各管段的管内雨水流行时间之和∑t2=∑（L/60v）求得。如管段0-1，是起始段，故∑t2=0。（3）根据确定的设计参数，求单位面积径流量（6.6）由表6.1和公式（6.6）知，只要有各设计管段内雨水的流行时间∑t234 ，即可求出该设计管段的单位面积径流量q0。如管段0-1的∑t2=0，带入公式（6.6）得q0=33.25L/(s·ha)。（4）用各设计管段单位面积径流量乘以该管段的汇水总面积得设计流量。如管段0-1的设计流量Q=139.33×33.25=4632.70L/s。（5）在求得设计流量后，即可进行水力计算，求管径，管段坡度和流速。在查水力计算表时，Q、v、I、D四个水力因素可以相互适当调整，使计算结果既要符合水力计算设计数据的规定，又应经济合理。本设计中，地面坡度较小，为不使管道埋深增加过多，管道坡度易取小值。但所取坡度应能使管内水流速不小于最小设计流速。计算采用钢筋混凝土圆管（满流，n=0.013）水力计算表。（6）根据设计管段的设计流速求本管段的管内雨水流行时间。例如管段0-1的管内流行时间，由公式（6.3）得，t2=4.8min，此值便是下一个管段的∑t2的值。（7）管段长度乘以管道坡度得到该管段起点与终点之间的高差，即降落量。如管段0-1的降落量IL=1.084m。（8）根据冰冻情况，雨水管街道衔接要求及承受荷载的要求，确定管道起点的埋深或管底标高。本设计起点埋深按规范要求设定，用起点标高减去该点管道埋深得到该点的管内底标高；用该值减去0、1两点的降落量得到终点1的管底标高。用1的地面标高减去该点的管内底标高得该点的埋深。6.5.3水力计算注意事项（1）在划分各管段汇水面积时，应尽可能使各设计管段的汇水面积均匀增加，否则会出现下游管段的设计流量小于上一设计管段流量的情况。如出现这种情况，应该取上一设计管段的设计流量作为下游管段的设计流量。（2）本设计只进行干管的水力计算，实际上在设计中，干管与支管是同时进行计算的。在支管与干管相接的检查井处，必然会有两个∑t2值和两个管底标高值。再继续计算相交后的下一个管段时，应采用大的那个∑t2值和小的那个管底标高值。6.6主要工程量雨水管网中，管径900mm管道共计181m，1000mm管道共计531m，1100mm管道共计1625mm，1200mm管道共计1774m，1250mm管道共计491m，1350mm管道共计1945m，1400mm管道共计1075m，1500mm管道共计3904m,1600mm管道共计2883m，1750mm管道共计3694mm，1800mm管道共计3061m，1900mm管道共计3744m，2000mm管道共计2010m，,2100mm管道共计3547mm，,2200mm管道共计2831m，2300mm管道共计2125m，2400mm管道共计1146m，,2500mm管道共计3182m。34 7存在的问题与建议7.1问题在进行毕业设计期间，由于在设计经验的不足，在设计中难免会遇到很多的问题，如：比如管道埋深的问题，在城市排水管网设计中，需要保证排水管道尽量跟地面管道一致，这有利于管道的施工与安装，需要保证管道的最小埋深，雨水管道在污水管道的上方；在进行布管前，先认真观察等高线。当管线布置发生矛盾时，处理的原则是，新建让已建的，临时让永久的，小管让大管，压力管让重力流管，可弯让不可弯的，检修次数少的让检修次数多的。对我个人而言，通过本次设计，收获最大的是找出了自己知识薄弱的环节，并且很好的弥补了这些环节，还有那些分析和解决问题的能力。在整个毕业设计的过程中，我发现一个好的设计方案需要考虑的问题有很多，不仅需要理论知识，设计经验也尤为重要。总体来说，我觉得像毕业设计这种类型的作业对我们的帮助很大，它需要我们将学过的相关知识系统地联系起来，从中暴露出自身的不足，以弥补自己的不足。7.2建议目前我国的城市基础建设发展很快，排水系统在迅速建立、排水管网在迅速延伸。因此，在城市新区的建立、城市道路的修建、旧城区的改建扩建过程中，所涉及到的排水管网设计需要经过科学的规划与思考。首先，要用发展的眼光进行排水规划，在经济合理的前提下保证排水管网在若干年后仍然能够担负起城市污水的收集、运输与排放；其次，需要合理选择排水体制，一般的新建区位完全分流制排水系统，在条件适合的情况下向半分流制排水系统发展；再次，排水管网与污水厂的建设应同步，保证能完全排除污水和处理污水；最后，在设计排水管网时应充分考虑管网的维护与清疏，兼顾考虑与其他管线的交叉等情况，加强排水管网的管理措施，保证排水管网的正常、持久运行。34 8主要结论本设计对XX市的排水管网系统做了较为完善的设计，本设计分为了三大部分，满足了该市排水的要求。首先，对污水厂厂址进行选定，确保污水得以及时、有效的得到处理。然后，对XX市的污水管网进行设计，使得污水得以在最优条件下收集、排放。最后，对XX市的雨水管网进行设计，使得雨水尽可能利用自然地形坡度以最短的距离靠重力流排入附近水体。该设计相对来说，是满足节省、有利及优化的条件34 致谢本设计到此进入尾声！大学生活也即将结束。在此特要谢谢吴老师的悉心指导和所有老师的谆谆教诲，让我能够顺利地完成XX市排水管网工程设计。首先，通过毕业设计，能够独立完成城市给排水管网的规划设计和计算。使所学知识得到进一步巩固、提高和扩展，同时更加了解了管网设计的全过程，掌握专业工程设计的内容、方法、步骤和技巧。其次，在本次设计中学到了许多知识，不只是课本上的理论知识，还有更多的课外知识与经验。学会了正确使用现行规范、手册及有关工具书，参考资料提高了运算、绘图、文字语言组织表达的技能，为毕业后从事排水专业工程奠定必要的基础。这不仅锻炼了我们的独立思考问题的能力，更多的是培养了我们发现问题、解决问题的能力。同时在设计过程中更加了解了管网设计的全过程，掌握专业工程设计的内容、方法、步骤和技巧，我的大学生活随着这一毕业设计的完成，也将划上句号。不管以前的成绩如何，都已经过去，以后等待我的是社会，一定尽最大努力用大学期间所学到的知识来回馈社会。在未来的日子里，大学四年来的良师益友都将继续激励我前行！最后，再次感谢吴老师的谆谆教导和在设计中给予的指导与帮助；衷心的向帮助我完成本次设计的人们致以最崇高敬意！34 参考文献[1]给水排水工程常用数据速查手册编委会，给水排水工程常用数据速查手册.北京：中国建材工业出版社，2006.1-365页[2]严眴世，范瑾初.给水工程﹙第四版）.北京：中国建筑工业出版社，1999.1-526页[3]孙慧修，排水工程﹙第四版）﹙上册﹚.北京：中国建筑工业出版社，1999.1-190页[4]王继明，给水排水管道工程（第一版）.北京：清华大学出版社，1989.1-423页[5]谢水波，余建.现代给水排水工程设计.长沙：湖南大学出版社，1999.1-421页[6]周玉文，赵洪宾.排水管网理论与计算.北京：中国建筑工业出版社，2000.1-320页[7]北京市政工程设计研究总院，给水排水设计手册（第二版），第5册﹙城镇排水﹚.北京：中国建筑工业出版社出版，2004.1-70页[8]赵新华，刘洪波，输配水工程.北京：化学工业出版社，2006.1-380页[9]中国市政工程西南设计研究院，给水排水设计手册（第二版），第1册﹙常用资料﹚.北京：中国建筑工业出版社出版，2000.1-480页[10]冯学安，市政排水管道快速设计与实例.北京：中国建筑工业出版社出版，2012.1-525页[11]马立艳，给水排水管网系统.北京：化学工业出版社，2011.1-245页[12]姜乃昌，水泵及泵站﹙第四版）.北京：中国建筑工业出版社，2006.1-128页[13]室外排水设计规范GB50014—2006.北京：中国计划出版社，2006.[14]城市排水工程规划规范GB50318—2000.北京：中国建筑工业出版社，2001.[15]城市工程管线综合规划规范GB50268—2008.北京：中国建筑工业出版社，2010.34 附表1街区面积及污水量表设计规模79064.50m3/d　　　　　　　设计流量47464.00m3/d　　　　　　　占地面积51.94km2　　　　　　　生活0.11l/s.ha　　　　　　　　　　　　　　　　　管段编号街区面积本段流量本段转输　编号(ha)　　Q平均流量　总变化系数　污水流量集中本段流量转输设计流量1－2151.9716.070.0016.071.8028.93289.350.00318.282－3161.1017.0416.0733.111.6755.290.00289.35344.6415-1829.903.1633.1136.271.8265.970.000.0065.9716-1717.431.840.001.842.304.240.000.004.2417-1814.961.581.843.432.368.080.000.008.0818-200.000.0016.2716.271.9932.300.000.0032.3019-2055.565.880.005.882.2213.060.000.0013.0620-21103.7310.9722.1533.121.8460.840.000.0060.8421-2232.763.4633.1236.581.8266.480.000.0066.4822-326.512.8036.5839.391.8070.990.000.0070.9928-2928.343.000.003.002.306.890.000.006.8929-3043.044.553.007.552.1616.320.000.0016.3232-3348.105.090.005.092.2611.490.000.0011.5033-3057.916.125.0911.212.0723.210.000.0023.2130-2722.172.3418.7621.111.9340.750.000.0040.7527-2638.814.1021.1125.211.8947.730.000.0047.7326-2580.928.5625.2133.771.8361.910.000.0061.9125-355.585.8833.7739.651.8071.410.000.0071.4175 续表1管段街区面积本段流量本段转输平均流量总变化系数污水流量集中本段流量转输设计流量　编号(ha)　　Q　　3-40.000.00112.14112.141.61180.160.00289.35469.5134-445.464.810.004.812.3011.060.000.0011.064-50.000.00116.95116.951.57183.620.00289.35472.9736-3910.701.130.001.132.302.600.000.002.6037-3821.902.320.002.322.305.330.000.005.3338-396.080.642.322.962.306.800.000.006.8039-4218.581.974.096.062.2113.420.000.0013.4240-428.460.890.000.892.302.060.000.002.0642-440.000.006.956.952.1815.170.000.0015.1743-446.510.690.000.692.301.590.000.001.5944-539.864.227.6411.862.0624.440.000.0024.4454-53112.8211.930.0011.932.0624.580.000.0024.5856-5383.008.780.008.782.1318.660.000.0018.6653-4528.883.0520.7123.771.9145.290.000.0045.2945-5170.817.4923.7731.261.8557.790.000.0057.7949-5167.467.140.007.142.1815.520.000.0015.5251-480.000.0038.3938.391.8169.390.000.0069.3946-4870.807.490.007.492.1616.200.000.0016.2048-519.302.0445.8847.921.7684.530.000.0084.535-60.000.00176.73176.731.53270.070.00289.35559.4247-636.913.900.003.902.308.980.000.008.986-70.000.00180.64180.641.52275.370.00289.35564.7257-5812.711.340.001.342.303.090.000.003.0959-6215.191.610.001.612.303.700.000.003.7075 续表1管段街区面积本段流量本段转输平均流量总变化系数污水流量集中本段流量转输设计流量　编号(ha)　　Q　　61-623.670.390.000.392.300.890.000.000.8962-580.000.001.991.992.304.590.000.004.5958-666.130.653.343.992.309.170.000.009.1763-6614.271.510.001.512.303.470.000.003.4766-690.000.005.505.502.2412.300.000.0012.3067-6926.822.840.002.842.306.520.000.006.5269-720.000.008.338.332.1417.820.000.0017.8270-7211.751.240.001.242.302.860.000.002.8672-740.000.009.589.582.1120.170.000.0020.1774-727.882.959.5812.532.0425.620.000.0025.6291-8635.383.740.003.742.308.610.000.008.6189-9017.651.870.001.872.304.290.000.004.2987-9022.422.370.002.372.305.450.000.005.4590-8626.782.834.247.072.1815.390.000.0015.3986-8120.362.1510.8112.972.0426.410.000.0026.4182-8180.098.470.008.472.1318.080.000.0018.0884-8159.746.320.006.322.2013.930.000.0013.9381-7956.876.0127.7633.771.8361.910.000.0061.9179-7540.664.3033.7738.071.8168.880.000.0068.8876-7543.934.650.004.652.2810.590.000.0010.5975-716.311.7342.7244.441.7879.050.000.0079.057-80.000.00237.61237.611.48351.460.00289.35640.8192-9433.393.530.003.532.308.120.000.008.1294-9636.183.833.537.362.1715.950.000.0015.9575 续表1管段街区面积本段流量本段转输平均流量总变化系数污水流量集中本段流量转输设计流量编号(ha)　　Q　　97-9629.893.160.003.162.307.270.000.007.2796-89.611.0210.5211.532.0623.800.000.0023.80122-11682.338.710.008.712.1318.530.000.0018.53117-120100.1510.590.0010.592.0822.060.000.0022.06119-12037.063.920.003.922.309.020.000.009.02120-11631.193.3014.5117.811.9735.030.000.0035.03116-11475.367.9726.5234.491.8363.080.000.0063.08112-114139.1714.720.0014.722.0129.570.000.0029.57114-11139.234.1549.2153.361.7493.020.000.0093.02111-11087.139.2253.3662.581.71107.190.000.00107.19108-11030.183.190.003.192.307.340.000.007.34110-1050.000.0065.7765.771.70112.050.000.00112.05106-10531.273.310.003.312.307.610.000.007.61105-1046.730.7169.0769.791.69118.120.000.00118.12102-10428.333.000.003.002.306.890.000.006.89104-1010.000.0072.7872.781.68122.620.000.00122.6299-10132.543.440.003.442.307.920.000.007.92101-80.000.0076.2276.221.68127.770.000.00127.778-90.000.00345.14345.141.42489.990.00289.35779.34124-12650.565.350.005.352.2512.010.000.0012.01126-13040.644.305.359.652.1020.300.000.0020.30128-13059.376.280.006.282.2113.850.000.0013.85130-932.383.4215.9319.351.9537.720.000.0037.72131-9105.4611.150.0011.152.0723.100.000.0023.1075 续表1管段街区面积本段流量本段转输平均流量总变化系数污水流量集中本段流量转输设计流量　编号(ha)　　Q　　9-100.000.00375.65375.651.41528.350.00289.35817.70134-13666.447.030.007.032.1815.310.000.0015.31136-13737.553.977.0311.002.0722.820.000.0022.82138-13765.756.950.006.952.1815.170.000.0015.17137-1023.202.4517.9620.411.9439.550.000.0039.55153-15263.006.660.006.662.1914.600.000.0014.60152-15062.806.646.6613.302.0327.020.000.0027.02148-15072.687.690.007.692.1616.580.000.0016.58150-14662.976.6620.9927.651.8751.820.000.0051.82144-14683.228.800.008.802.1318.710.000.0018.71146-14267.677.1636.4543.611.7877.730.000.0077.73142-14194.5110.0043.6153.611.7493.400.000.0093.40141-14047.935.0753.6158.681.73101.230.000.00101.23140-1068.687.2658.6865.941.70112.310.000.00112.3110-110.000.00462.00462.001.37635.180.00289.35924.53155-15839.954.230.004.232.309.740.000.009.74156-158112.5211.900.0011.902.0624.470.000.0024.47158-16134.143.6116.1319.741.9438.390.000.0038.39159-16163.346.700.006.702.1914.670.000.0014.67161-1137.233.9426.4430.371.8556.340.000.0056.34177-17629.413.110.003.112.307.150.000.007.15174-17627.992.960.002.962.306.810.000.006.81176-17315.121.606.077.672.1616.550.000.0016.55171-17357.846.120.006.122.2113.530.000.0013.5375 续表1管段街区面积本段流量本段转输平均流量总变化系数污水流量集中本段流量转输设计流量　编号(ha)　　Q　　173-16931.613.3413.7917.131.9833.840.000.0033.84167-16960.386.390.006.392.2014.060.000.0014.06169-163117.6112.4423.5235.961.8265.460.000.0065.46164-16365.596.940.006.942.1815.140.000.0015.14163-1117.751.8842.8944.771.7879.570.000.0079.5711-120.000.00537.15537.151.35726.350.00289.351015.70178-18071.457.560.007.562.1616.330.000.0016.33180-1269.397.347.5614.902.0129.890.000.0029.8912-130.000.00552.05552.051.35744.260.00289.351033.61189-19168.877.280.007.282.1715.810.000.0015.81191-18613.681.457.288.732.1318.570.000.0018.57187-18681.408.610.008.612.1318.340.000.0018.34186-18459.376.2817.3423.621.9145.030.000.0045.03184-18121.392.2623.6225.881.8948.860.000.0048.86182-18149.615.250.005.252.2511.810.000.0011.81181-130.000.0031.1331.131.8557.580.000.0057.5813-140.000.00583.18583.181.34781.490.00289.351070.8475 附表2污水管道水力计算表管段管长设计管径糙率充满地面高程坡度流速降落管底标高(m)埋深(m)水面标高编号(m)流量(mm)　度起端终端（‰）　(m/s)值(m)起端终端起端终端起端终端1--2844318.2828000.0140.7047.247.00.960.850.8144.5043.692.703.3145.144.22－31275344.6429000.0140.6547.046.80.740.790.9443.5942.653.414.1544.243.23--4729469.5111000.0140.7546.846.60.370.660.2742.4542.184.354.4243.343.04--5874472.9711000.0140.7546.646.30.380.670.3342.1841.844.424.4643.042.75--6700559.4211000.0140.7546.346.20.510.770.3641.8441.494.464.7142.742.36--7590564.7211000.0140.7546.247.70.520.780.3141.5041.194.706.5142.342.07--8837640.8112000.0140.7547.747.30.410.730.3441.0940.756.616.5542.041.78--91207779.3413000.0140.7547.346.70.390.760.4740.6540.186.656.5241.641.29--101502817.713000.0140.7546.747.30.430.790.6540.1839.536.527.7741.240.510--111387924.5314000.0140.7547.346.30.370.770.5139.4338.927.877.3840.540.011--1210711015.714000.0140.7546.345.50.440.840.4738.9238.457.387.0540.039.512--134771033.6114000.0140.7545.545.40.450.850.2138.4538.237.057.1739.539.313--142451070.8414000.0140.7545.445.20.490.890.1238.2338.117.177.0939.339.222--356870.994000.0140.6547.046.82.400.831.3644.5043.102.503.7044.843.421--2241666.484000.0140.6548.347.02.100.780.8745.3744.502.932.5045.644.820--2136660.844000.0140.6549.248.31.700.700.6246.0045.403.202.9046.345.725--375071.414000.0140.6547.246.82.400.831.8044.9043.102.303.7045.243.426--2588661.914000.0140.6547.847.21.800.721.5946.4944.901.312.3046.845.227--2680647.734000.0140.5549.047.81.800.681.4548.0046.501.001.3048.246.730--2753740.754000.0140.5049.749.01.800.650.9749.0048.000.701.0049.248.244--556624.443000.0140.5046.846.33.000.701.7044.3042.602.503.7044.542.848--529984.494000.0140.6546.846.33.300.970.9943.5042.503.303.8043.842.851--4856369.353500.0140.6547.846.84.601.052.5946.1943.601.613.2046.443.845--5153657.793500.0140.6549.047.83.200.881.7247.9046.201.101.6048.146.475 续表2管段管长设计管径糙率充满地面高程坡度流速降落管底标高(m)埋深(m)水面标高编号(m)流量(mm)　度起端终端（‰）　(m/s)值(m)起端终端起端终端起端终端53--45143045.293500.0140.6551.649.02.000.692.8650.8047.900.801.1051.048.174--728025.623000.0140.5247.947.73.000.710.8442.8442.005.065.7043.042.272--7435920.173000.0140.4748.247.93.000.681.0843.8842.804.325.1044.042.969--723417.823000.0140.4248.248.23.000.640.1044.0043.904.204.3044.144.075--747679.054500.0140.6547.947.71.600.730.7642.6041.905.305.8042.942.279--7553968.884500.0140.6548.347.91.200.630.6543.3042.605.005.3043.642.981--79122261.914500.0140.5548.748.31.600.701.9645.3043.303.405.0045.543.586--81104026.413000.0140.5549.348.73.000.723.1248.4045.300.903.4048.645.596--825523.83000.0140.5047.547.33.000.700.7742.5041.705.005.6042.741.994--9651915.953000.0140.4047.847.53.000.631.5644.1042.503.705.0044.242.6101--8199127.776000.0140.7047.447.30.720.610.1441.5041.405.905.9041.941.8104-10119122.625000.0140.6547.447.42.100.900.0441.7041.605.705.8042.041.9105-104404118.125000.0140.7047.647.41.600.800.6542.3541.705.255.7042.742.1110-105287112.055000.0140.7047.747.61.500.770.4342.8042.404.905.2043.242.8111-110628107.194500.0140.6548.147.72.900.991.8244.7042.903.404.8045.043.2114-11151293.024500.0140.6548.648.12.200.861.1345.8044.702.803.4046.145.0116-11493663.084000.0140.6548.948.61.900.741.7847.7045.901.202.7048.046.2130--950237.724000.0140.4046.946.73.300.801.6642.8041.104.105.6043.041.3126-13051220.33500.0140.3547.246.93.200.671.6444.5042.902.704.0044.643.0137-1050339.554000.0140.4047.547.33.700.841.8642.3040.405.206.9042.540.6136-13765722.823500.0140.4047.847.52.500.641.6444.0042.403.805.1044.142.5140-10682112.315000.0140.7047.447.31.500.771.0241.3040.306.107.0041.740.7141-140324101.235000.0140.7047.547.41.200.690.3941.7041.305.806.1042.141.7142-14163493.45000.0140.7047.847.51.000.630.6342.3041.705.505.8042.742.175 续表2管段管长设计管径糙率充满地面高程坡度流速降落管底标高(m)埋深(m)水面标高编号(m)流量(mm)　度起端终端（‰）　(m/s)值(m)起端终端起端终端起端终端146-14299577.735000.0140.5048.147.82.000.801.9944.3042.303.805.5044.642.6150-14687851.824000.0140.6548.648.11.300.611.1445.5044.403.103.7045.844.7152-15082627.023500.0140.4549.148.62.300.641.9047.5045.601.603.0047.745.8161-1161856.344500.0140.5046.646.31.800.711.1141.0039.905.606.4041.240.1158-16151838.393500.0140.5547.146.62.300.701.1942.3041.104.805.5042.541.3163-1180579.575000.0140.5046.546.32.100.821.6941.5039.805.006.5041.840.1169-16396665.464500.0140.6546.846.51.100.611.0642.7041.604.104.9043.041.9173-16983933.843500.0140.5047.246.82.500.702.1044.9042.802.304.0045.143.0176-17339816.553500.0140.3047.647.23.900.681.5546.5044.901.102.3046.645.0180-1265229.893500.0140.5045.645.52.000.631.3040.7039.404.906.1040.939.6178-18055516.333500.0140.3046.045.63.800.672.1142.8040.703.204.9042.940.8181-1356757.584500.0140.5545.745.41.400.650.7940.0039.205.706.2040.239.4184-18199448.864000.0140.6046.245.71.400.621.3941.5040.104.705.6041.740.3186-18486745.033500.0140.6546.746.21.900.671.6543.3041.603.404.6043.541.8191-18639418.573500.0140.3547.246.72.700.621.0644.4043.302.803.4044.543.475 附表3雨水汇流面积表分区设计管段编号本段汇水面积（ha）转输汇水面积（ha）总汇水面积（ha）径流系数一区0--1139.330.00139.330.5　1--2174.73139.33314.060.5　2--30.00314.06314.060.5　3--450.58314.06364.640.5　4--542.85364.64407.490.5　5--654.63407.49462.120.5二区7--828.970.0028.970.5　8--9105.9828.97134.950.5　9--1056.68134.95191.630.5　10--1148.18191.63239.810.5　11--12150.15239.81389.960.5　12--13111.22389.96501.180.5三区14--1593.800.0093.800.5　15--1675.6393.80169.430.5四区17--1856.490.0056.490.5　18--1940.5156.4997.000.575 续表3分区设计管段编号本段汇水面积（ha）转输汇水面积（ha）总汇水面积（ha）径流系数　19--2022.5797.00119.570.5　20--2140.92119.57160.490.5　21--2258.22160.49218.710.5　22--2394.57218.71313.280.5　23--2439.31313.28352.590.5五区25--2625.580.0025.580.5　26--2713.6425.5839.220.5　27--2845.5139.2284.730.5　28--2917.3784.73102.100.5　29--3018.85102.10120.950.5　30--317.90120.95128.850.5　31--323.67128.85132.520.5　32--3311.44132.52143.960.5六区35--36128.300.00128.300.5　36--3726.17128.30154.470.5　37--3815.99154.47170.460.5　38--3942.64170.46213.100.575 续表3分区设计管段编号本段汇水面积（ha）转输汇水面积（ha）总汇水面积（ha）径流系数　39--4044.06213.10257.160.5　40--4111.74257.16268.900.5七区42--4328.600.0028.600.5　43--4414.6128.6043.210.5　44-4552.8943.2196.100.5　45--4617.8696.10113.960.5　46--4712.36113.96126.320.5　47--485.23126.32131.550.5　48--499.65131.55141.200.5　49--502.47141.20143.670.5　50--518.04143.67151.710.5　51--523.53151.71155.240.5　52--5313.24155.24168.480.5　53--545.97168.48174.450.5八区55--5628.330.0028.330.5　56--5726.0128.3354.340.5　57--5872.0354.34126.370.575 续表3分区设计管段编号本段汇水面积（ha）转输汇水面积（ha）总汇水面积（ha）径流系数　58--5962.60126.37188.970.5　59--6065.17188.97254.140.5　60--6146.54254.14300.680.5　61--6247.88300.68348.560.5九区63--6416.700.0016.700.5　64--6511.8216.7028.520.5　65--6612.0928.5240.610.5　66--6714.2640.6154.870.5　67--6811.6054.8766.470.5　68--6915.6966.4782.160.5　69--7011.8182.1693.970.5　70--7113.2793.97107.240.5　71--7224.30107.24131.540.5　72--736.99131.54138.530.5十区74--759.680.009.680.5　75--7623.959.6833.630.5　76--7716.0433.6349.670.5　77--7835.0049.6784.670.575 续表3分区设计管段编号本段汇水面积（ha）转输汇水面积（ha）总汇水面积（ha）径流系数　79--8022.90102.64125.540.5　80--814.25125.54129.790.5　81--8235.81129.79165.600.5十一83--8428.450.0028.450.5　84--8574.4128.45102.860.5　85--8656.56102.86159.420.5　86--8765.18159.42224.600.5　87--8862.97224.60287.570.5　88--8967.25287.57354.820.5　89--9028.88354.82383.700.5　90--9113.40383.70397.100.5　91--9217.10397.10414.200.5　92--93114.12414.20528.320.5　93--9418.63528.32546.950.5　94--9534.62546.95581.570.5　95--9623.41581.57604.980.5十二97--9823.820.0023.820.5　98--9933.3523.8257.170.575 续表3分区设计管段编号本段汇水面积（ha）转输汇水面积（ha）总汇水面积（ha）径流系数　99--10034.2457.1791.410.5　100-10132.1091.41123.510.5　101-10236.05123.51159.560.5　102-10341.07159.56200.630.5　103-10450.93200.63251.560.5　104-10560.60251.56312.160.5　105-10657.82312.16369.980.5　106-10728.31369.98398.290.5　107-10827.69398.29425.980.5　109-11030.44425.98456.420.5十三111-11251.140.0051.140.5　112-11340.4751.1491.610.5　113-11441.6591.61133.260.5十四115-11625.320.0025.320.5　116-11727.4125.3252.730.5　117-11827.4852.7380.210.575 续表3分区设计管段编号本段汇水面积（ha）转输汇水面积（ha）总汇水面积（ha）径流系数　118-11940.9780.21121.180.5　119-12043.61121.18164.790.5　120-12114.64164.79179.430.5　121-12247.25179.43226.680.5　122-123151.51226.68378.190.5　123-12464.06378.19442.250.5　124-12570.32442.25512.570.5十五126-127113.900.00113.900.5　127-12835.98113.90149.880.5　128-12929.15149.88179.030.5十六130-13158.800.0058.800.5　131-13293.6458.80152.440.5　132-13369.20152.44221.640.5　133-13463.43221.64285.070.575 附表4雨水管道水力计算表设计管段管长L设计流量Q管径D坡度I流速v坡降设计地面标高（m）设计管内底标高（m)埋深（m）编号（m）（L/s）（mm）（‰）（m/s）I·L（m）起点终点起点终点起点终点1278910121314151617180--15424632.7018002.01.881.0847.847.045.344.22.52.81--28948247.4925001.11.730.9847.046.743.642.63.44.12--33738247.4925001.11.730.4146.746.642.642.24.14.43--43798247.4925001.11.730.4246.646.742.241.84.44.94--53468247.4925001.11.730.3846.747.941.841.44.96.55--66038247.4925001.11.730.6647.948.141.440.86.57.37--8379963.2510001.91.240.7249.549.747.847.11.72.68--94303504.1916002.11.780.9049.749.646.545.63.24.09--106234359.2618001.71.731.0649.649.545.444.34.25.210--111794709.2118002.01.880.3649.549.044.344.05.25.011--122947414.0622001.71.980.5049.049.943.643.15.46.912--135879096.3525001.31.880.7649.950.042.842.07.28.014--154551563.7512002.01.430.9149.048.947.046.12.02.815--164452624.7415001.71.530.7648.949.345.845.03.14.317--182481878.2814001.21.230.3047.046.444.944.62.11.818--193502703.1316001.31.400.4646.446.344.443.92.02.419--201552853.9516001.41.450.2246.346.343.943.72.42.620--212743631.3017501.41.540.3846.346.543.643.22.73.321--222324579.5718001.91.830.4446.546.743.142.73.44.022--234836250.1520002.02.010.9746.747.342.541.54.25.823--241946492.5020002.22.110.4347.347.741.541.15.86.625--26152850.5310001.51.100.2347.346.745.645.41.71.375 26--273141147.8511001.61.210.5046.746.445.344.81.41.6续表4设计管段管长L设计流量Q管径D坡度I流速v坡降设计地面标高（m）设计管内底标高（m)埋深（m）编号（m）（L/s）（mm）（‰）（m/s）I·L（m）起点终点起点终点起点终点27--282672082.9813501.81.470.4846.446.544.544.01.92.528--292302287.9614001.81.510.4146.546.844.043.62.53.229--301002537.6715001.51.440.1546.846.943.543.33.33.630--311892630.7615001.71.530.3246.947.243.343.03.64.231--321002630.7615001.71.530.1747.247.343.042.84.24.532--331412748.5615001.81.580.2547.347.742.842.64.55.135--365464265.9618001.61.680.8748.548.746.045.12.53.636--372074265.9618001.61.680.3348.748.745.144.83.63.937--384484265.9618001.61.680.7248.748.944.844.13.94.838--394584501.3120001.11.490.5048.949.343.943.45.05.939--402224857.8821001.11.540.2449.350.143.343.06.07.140--412384858.2821001.11.540.2650.150.743.042.87.17.942--43144950.9511001.21.050.1748.047.946.246.01.81.943--444651265.2512001.31.150.6047.947.745.945.32.02.444--452152191.8615001.21.290.2647.747.445.044.82.72.645--462722413.5815001.41.390.3847.447.944.844.42.63.546--472182483.4016001.11.290.2447.948.144.344.03.64.147--48752483.4016001.11.290.0848.148.244.044.04.14.248--491362578.0216001.11.290.1548.248.344.043.84.24.449--50532578.0216001.11.290.0648.348.343.843.84.44.550--51812655.2716001.21.340.1048.348.543.843.74.54.851--52852672.8516001.21.340.1048.548.743.743.64.85.175 52--531942852.9817500.91.230.1748.749.643.443.25.36.453--541382852.9817500.91.230.1249.649.943.243.16.46.8续表4设计管段管长L设计流量Q管径D坡度I流速v坡降设计地面标高（m）设计管内底标高（m)埋深（m）编号（m）（L/s）（mm）（‰）（m/s）I·L（m）起点终点起点终点起点终点55--56185941.9711001.11.000.2048.248.346.446.21.82.156--573881533.3213501.01.090.3948.348.545.945.62.42.957--585202883.6217500.91.230.4748.548.645.244.73.33.958--594413639.7419000.91.300.4048.648.844.544.14.14.659--604614417.6321000.81.310.3748.848.943.943.64.85.360--613284789.8121000.91.390.3048.949.343.643.35.36.061--622835278.1022000.91.440.2549.349.543.242.96.16.663--64181555.279001.10.880.2047.647.546.045.81.61.764--65196792.4311000.80.850.1647.547.445.645.41.92.065--66230977.2712000.80.910.1847.447.545.345.22.12.366--672601171.5012500.90.990.2347.547.545.144.92.32.667--682131285.4413500.70.920.1547.547.844.844.62.73.268--692641477.1313500.91.040.2447.848.144.644.43.23.769--701921576.9514000.91.060.1748.148.344.344.23.84.170--712121722.6515000.70.980.1548.348.444.143.94.24.571--723872015.0715001.11.230.4348.449.043.943.54.55.572--73512015.0715001.11.230.0649.050.143.543.45.56.774--75169321.867501.00.740.1747.647.546.145.91.51.675--76230919.3612000.70.850.1647.547.445.545.32.02.076--772311156.9612500.90.990.2147.447.345.345.12.12.277--782491775.8715000.81.050.2047.347.344.844.62.42.775 78--792201973.0115001.01.170.2247.347.544.644.42.73.179--802542274.1716000.91.160.2347.547.844.344.13.23.780--811122274.1716000.91.160.1047.848.044.144.03.74.0续表4设计管段管长L设计流量Q管径D坡度I流速v坡降设计地面标高（m）设计管内底标高（m)埋深（m）编号（m）（L/s）（mm）（‰）（m/s）I·L（m）起点终点起点终点起点终点81--822842754.0718000.71.110.2048.049.343.843.64.25.783--84394945.9612000.70.850.2849.449.247.547.21.92.084--853822439.8017500.71.090.2749.248.946.746.42.52.585--864603238.8019000.71.150.3248.948.846.345.92.62.886--874564002.1520000.91.350.4148.848.445.845.42.93.087--885074691.8221000.91.390.4648.448.045.344.93.13.188--894305344.7922000.91.440.3948.047.744.844.43.23.389--902145461.3122000.91.440.1947.747.544.444.23.33.390--917985507.6223000.81.400.6447.546.844.143.53.43.391--922405507.6223000.81.400.1946.846.743.543.33.33.492--931286554.0424000.91.520.1246.746.843.243.03.53.793--943326709.8124000.91.520.3046.846.943.042.73.74.294--953576938.9024001.01.610.3646.947.142.742.44.24.795--963297028.3324001.01.610.3347.147.642.442.14.75.597--98392792.0111000.80.850.3148.748.546.946.61.81.998--994051357.7213500.80.980.3248.548.546.346.02.22.499--1003841816.1715000.81.050.3148.548.345.945.62.62.7100-1014542184.5116000.81.100.3648.348.145.545.12.83.0101-1024542542.8117500.71.090.3248.148.044.944.63.23.4102-1035022933.2517500.91.230.4548.047.544.644.23.43.375 103-1044103423.6819000.81.230.3347.547.444.043.73.53.7104-1054194035.4320000.91.350.3847.447.243.643.23.84.0105-1064094579.9021000.91.390.3747.247.543.142.74.14.8106-1073394747.6221000.91.390.3147.547.642.742.44.85.2续表4设计管段管长L设计流量Q管径D坡度I流速v坡降设计地面标高（m）设计管内底标高（m)埋深（m）编号（m）（L/s）（mm）（‰）（m/s）I·L（m）起点终点起点终点起点终点107-1083374931.6422000.81.360.2747.647.842.342.15.35.7109-1102745138.5122000.81.360.2247.848.342.141.95.76.4111-1125431700.4015000.70.980.3846.347.044.143.72.23.3112-1133742077.1716000.81.100.3047.047.343.643.33.44.0113-1144822629.1417500.81.160.3947.348.243.242.84.15.4115-116394841.8911000.90.910.3547.647.245.745.31.91.9116-1174081271.2013500.70.920.2947.247.045.144.82.12.2117-1184051592.4914000.91.060.3647.046.844.844.42.22.4118-1191062132.2816000.81.100.0846.846.744.244.12.62.5119-1204442824.7317500.91.230.4046.746.544.043.62.72.9120-1213042824.7317500.91.230.2746.546.543.643.32.93.2121-1228183383.0219000.81.230.6546.546.343.142.53.43.8122-1236155025.4421001.01.470.6246.346.642.341.74.04.9123-1245115530.0823000.81.400.4146.647.141.541.15.16.0124-1255766112.8923000.91.480.5247.147.641.140.56.07.1126-1276513787.1619001.01.380.6545.545.642.942.22.63.4127-1283213787.1619001.01.380.3245.645.842.241.93.43.9128-1292313798.2919001.01.380.2345.846.041.941.73.94.3130-1313961955.0915000.91.110.3647.246.744.744.32.52.475 131-1324123836.6719001.01.380.4146.746.543.943.52.83.0132-1334284800.4221000.91.390.3946.546.243.342.93.23.3133-1349995491.2822001.01.521.0046.245.742.841.83.43.9注：粗糙系数n=0.01375 中英文翻译OnoptimizedplanelayoutdesignofseweragepipelinenetworkAbstract:Basedonthetheoryoftheminimumspanningtreeusingundirectedgraph,theoptimumplanelayoutoftheseweragepipelinenetworksystemwasstudiedwiththeconsiderationoftheeffectoftheweightchangingonthespanningtree.TheresearchresultswereappliedtochoosingtheoptimaladdressofthewastewatertreatmentplantandoptimizingtheseweragepipelinenetworksystematatowninGuangdongProvince.Theresultsshowedthattheoptimalschemecouldreduceabout8%oftheaverageinvestment,whichhadsignificantinstructiontotherealengineeringdesign.Keywords:Seweragepipelinenetwork;Planelayout;Minimumspanningtree;Optimumalgorithm1IntroductionofdrainageDrainageisthenaturalorartificialremovalofsurfaceandsub-surfacewaterfromanarea.Manyagriculturalsoilsneeddrainagetoimproveproductionortomanagewatersupplies.1.1HistoryTheancientIndussystemsofsewerageanddrainagethatweredevelopedandusedincitiesthroughoutthecivilizationwerefarmoreadvancedthananyfoundincontemporaryurbancitesintheMiddleEastandevenmoreefficientthanthoseinsomeareasofmodernPakistanandIndiatoday.AllhousesinthemajorcitiesofHarappaandMohenjo-darohadaccesstowateranddrainagefacilities.Wastewaterwasdirectedtocovereddrains,whichlinedthemajorstreets.Fromthe1881HouseholdCyclopedia:Thisoperationisalwaysbestperformedinspringorsummer,whenthegroundisdry.Maindrainsoughttobemadeineverypartofthefieldwhereacrosoropendrainwasformerlywanted;theyoughttobecutfourfeet(1.2m)deep,uponanaverage.Thiscompletelysecuresthemfromthepossibilityofbeingdamagedbythetreadingofhorsesorcattle,andbeingsofarbelowthesmalldrains,clearsthewaterfinelyoutofthem.Ineverysituation,pipe-turfsforthemaindrains,iftheycanbehad,arepreferable.Ifgoodstiff,asinglerowofpipe-turf;ifsandy,adoublerow.Whenpipe-turfcannotbegotconveniently,agoodwedgedrainmayanswerwell,whenthesubsoilisastrong,stiffclay;butifthesubsoilbeonlymoderatelyso,athorndrain,withcouplesbelow,willdostillbetter;andifthesubsoilisverysandy,exceptpipescanbehad,itisinvaintoattemptunder-drainingthe75 fieldbyanyothermethod.Itmaybenecessarytomentionherethatthesizeofthemaindrainsoughttoberegulatedaccordingtothelengthanddeclivityoftherun,andteitheritcanbehisquantityofwatertobecarriedoffbythem.Itisalwayssafe,however,tohavethemaindrainslargeandplentyofthem;foreconomyhereseldomturnsoutwell.Havingfinishedthemaindrains,precedenexttomakeasmalldrainineveryfurrowofthefieldiftheridgesformerlyhavenotbeenlessthanfifteenfeet(4.6m)wide.Butifthatshouldbethecase,firstleveltheridges,andmakethedrainsinthebestdirection,andatsuchadistancefromeachotherasmaybethoughtnecessary.Ifthewaterriseswellinthebottomofthedrains,theyoughttobecutthreefeet(1m)deep,andinthiseasewoulddrythefieldsufficientlywell,althoughtheywerefromtwenty-fivetothirtyfeet(8to10m)asunder;butifthewaterdoesnotdrawwelltothebottomofthedrains,twofeet(0.6m)willbeasufficientdeepnessforthepipe-drain,andtwoandahalffeet(1m)forthewedgedrain.Innocaseoughttheytobeshallowerwherethefieldhasbeenpreviouslyleveled.Inthisinstance,however,asthesurfacewateriscarriedoffchieflybythewatersinkingimmediatelyintothetopofthedrains,itwillbenecessarytohavethedrainsmuchnearereachother—sayfromfifteentotwentyfeet(4.6to6m).Iftheridgesaremorethanfifteenfeet(4.6m)wide,howeverbroadandirregulartheymaybe,followinvariablythelineoftheoldfurrows,asthebestdirectionforthedrains;and,wheretheyarehigh-gatheredridges,fromtwentytotwenty-fourincheswillbeasufficientdepthforthepipe-drain,andfromtwenty-fourtothirtyinchesforthewedge-drain.Particularcareshouldbetakeninconnectingthesmallandmaindrainstogether,sothatthewatermayhaveagentledeclivity,withfreeaccessintothemaindrains.Whenthedrainsarefinished,theridgesarecleaveddownuponthedrainsbytheplough;andwheretheyhadbeenveryhighformerly,asecondclearingmaybegiven;butitisbetternottoleveltheridgestoomuch,forbyallowingthemtoretainalittleoftheirformershape,thegroundbeinglowestimmediatelywherethedrainsare,thesurfacewatercollectsuponthetopofthedrains;and,byshrinkingintothem,getsfreelyaway.Afterthefieldisthusfinished,runthenewridgesacrossthesmalldrains,makingthemabouttenfeet(3m)broad,andcontinueafterwardstoploughthefieldinthesamemannerasdryland.Itisevidentfromtheabovemethodofdrainingthattheexpensewillvaryverymuch,accordingtothequantityofmaindrainsnecessaryforthefield,thedistanceofthesmalldrainsfromeachother,andthedistancetheturfistobecarried.Theadvantageresultingfromunder-draining,isverygreat,forbesidesaconsiderablesavingannuallyofwaterfurrowing,crosscutting,etc.,thelandcanoftenbeploughedandsowntoadvantage,bothinthespringandinthefalloftheyear,whenotherwiseitwouldbefound75 quiteimpracticable;everyspeciesofdrilledcrops,suchasbeans,potatoes,turnips,etc.,canbecultivatedsuccessfully;andeveryspecies,bothofgreenandwhitecrops,islessapttofailinwetanduntowardseasons.Whereveraburstofwaterappearsinanyparticularspot,thesureandcertainwayofgettingquitofsuchanevilistodighollowdrainstosuchadepthbelowthesurfaceasisrequiredbythefallorlevelthatcanbegained,andbythequantityofwaterexpectedtoproceedfromtheburstorspring.Havingascertainedtheextentofwatertobecarriedoff,takenthenecessarylevels,andclearedamouthorloadingpassageforthewater,beginthedrainattheextremitynexttothatleader,andgoonwiththeworktillthetopofthespringistouched,whichprobablywillaccomplishtheintendedobject.Butifitshouldnotbecompletelyaccomplished,runofffromthemaindrainwithsuchanumberofbranchesasmayberequiredtointerceptthewater,andinthiswaydisappointmentwillhardlybeexperienced.Drains,tobesubstantiallyuseful,shouldseldombelessthanthreefeet(1m)indepth,twentyortwentyfourinchesthereoftobeclosepackedwithstonesorwood,accordingtocircumstances.Theformerarethebestmaterials,butinmanyplacesarenottobegotinsufficientquantities;recoursetherefore,mustoftenbemadetothelatter,thoughnotsoeffectualordurable.Itisofvastimportancetofillupdrainsasfastastheyaredugout;because,ifleftopenforanylengthoftime,theearthisnotonlyapttofallinbutthesidesgetintoabroken,irregularstate,whichcannotafterwardsbecompletelyrectified.Apropercoveringofstraworsodshouldbeputuponthetopofthematerials,tokeepthesurfaceearthfrommixingwiththem;andwherewoodisthematerialusedforfillingup,adoubledegreeofattentionisnecessary,otherwisetheproposedimprovementmaybeeffectuallyfrustrated.Thepitmethodofdrainingisaveryeffectualone,ifexecutedwithjudgment.Whenitissufficientlyascertainedwherethebedofwaterisdeposited,whichcaneasilybedonebyboringwithanauger,sinkapitintotheplaceofasizewhichwillallowamanfreelytoworkwithinitsbounds.Digthispitofsuchadepthastoreachthebedofthewatermeanttobecarriedoff;andwhenthisdepthisattained,whichiseasilydiscernedbytherisingofthewater,fillupthepitwithgreatland-stonesandcarryoffthewaterbyastoutdraintosomeadjoiningditchormouth,whenceitmayproceedtothenearestriver.1.2Currentpractices1.2.1GeotextilesModerndrainagesystemsincorporategeotextilefiltersthatretainandpreventfinegrainsofsoilfrompassingintoandcloggingthedrain.Geotextilesaresynthetictextilefabricsspeciallymanufacturedforcivilandenvironmentalengineeringapplications.Geotextilesaredesignedto75 retainfinesoilparticleswhileallowingwatertopassthrough.Inatypicaldrainagesystemtheywouldbelaidalongatrenchwhichwouldthenbefilledwithcoarsegranularmaterial:gravel,seashells,stoneorrock.Thegeotextileisthenfoldedoverthetopofthestoneandthetrenchisthencoveredbysoil.Groundwaterseepsthroughthegeotextileandflowswithinthestonetoanoutfall.Inhighgroundwaterconditionsaperforatedplastic(PVCorPE)pipeislaidalongthebaseofthedraintoincreasethevolumeofwatertransportedinthedrain.Alternatively,prefabricatedplasticdrainagesystemsmadeofHDPEcalledSmartDitch,oftenincorporatinggeotextile,cocofibercanbeconsidered.Theuseofthesematerialshasbecomeincreasinglymorecommonduetotheireaseofusewhicheliminatestheneedfortransportingandlayingstonedrainageaggregatewhichisinvariablymoreexpensivethanasyntheticdrainandconcreteliners.Overthepast30yearsgeotextileandPVCfiltershavebecomethemostcommonlyusedsoilfiltermedia.Theyarecheaptoproduceandeasytolay,withfactorycontrolledpropertiesthatensurelongtermfiltrationperformanceeveninfinesillysoilconditions.1.2.221stcenturyalternativesSeattle"sPublicUtilitiescreatedapilotprogramcalledStreetEdgeAlternatives(SEAStreets)Project.Theprojectfocusesondesigningasystem"toprovidedrainagethatmorecloselymimicsthenaturallandscapepriortodevelopmentthantraditionalpipedsystems".Thestreetsarecharacterizedbyditchesalongthesideoftheroadway,withplantingsdesignedthroughoutthearea.Anemphasisonnoncurbedsidewalksallowswatertoflowmorefreelyintotheareasofpermeablesurfaceonthesideofthestreets.Becauseoftheplantingstherunoffwaterfromtheurbanareadoesnotalldirectlygointothegroundbutcanalsobeabsorbedintothesurroundingenvironment.AccordingtothemonitoringbySeattlePublicUtilities,theyreporta99percentreductionofstormwaterleavingthedrainageprojectDrainagehasundergonealarge-scaleenvironmentalreviewintherecentpastintheUnitedKingdom.SustainableUrbanDrainageSystems(SuDS)aredesignedtoencouragecontractorstoinstalldrainagesystemthatmorecloselymimicthenaturalflowofwaterinnature.Since2010localandneighborhoodplanningintheUKisrequiredbylawtofactorSuDSintoanydevelopmentprojectsthattheyareresponsiblefor.DrainagemanufacturersthatareshowingacommitmenttoSuDSinpioneeringimprovedenvironmentaldrainageoptionsintheUnitedKingdomincludeAlumascExteriorBuildingProducts,AcoTechnologiesandPolypore.Slotdrainagehasprovedthemostbreakthroughproductofthelasttwentyyearsintheasadrainageoption.Asachanneldrainagesystemitisdesignedtoeliminatetheneedforfurtherpipeworksystemstobeinstalledinparalleltothedrainage,reducingtheenvironmentalimpact75 ofproductionaswellasimprovingwatercollection.Bothstainlesssteelandconcretechannelslotdrainagehavebecomeindustrystandardsonconstructionprojects.1.2.3DrainageintheconstructionindustryLanesalltheroads,streetgutters,drainage,culvertsandsewersinvolvedinconstructionoperations.Duringtheconstructionprocesshe/shewillsetoutallthenecessarylevelsforeachofthepreviouslymentionedfactors.Civilengineersandconstructionmanagersworkalongsidearchitectsandsupervisors,planners,quantitysurveyors,thegeneralworkforce,aswellassubcontractors.Typically,mostjurisdictionshavesomebodyofdrainagelawtogoverntowhatdegreealandownercanalterthedrainagefromhisparcel.Drainageoptionsfortheconstructionindustryinclude:·Pointdrainage,whichinterceptswateratgullies(points).Gulliesconnecttodrainagepipesbeneaththegroundsurfaceanddeepexcavationisrequiredtofacilitatethissystem.Supportfordeeptrenchesisrequiredintheshapeofplanking,struttingorshoring.·Channeldrainage,whichinterceptswateralongtheentirerunofthechannel.Channeldrainageistypicallymanufacturedfromconcrete,steel,polymerorcomposites.Theinterceptionrateofchanneldrainageisgreaterthatpointdrainageandtheexcavationrequiredareusuallymuchlessdeep.Thesurfaceopeningofchanneldrainageusuallycomesintheformofgratings(polymer,plastic,steeloriron)orasingleslot(slotdrain)thatrunsalongthegroundsurface(typicallymanufacturedfromsteeloriron).1.2.4ReasonsforartificialdrainageWetlandsoilsmayneeddrainagetobeusedforagriculture.InthenorthernUSAandEurope,glaciationcreatednumeroussmalllakeswhichgraduallyfilledwithhumustomakemarshes.Someoftheseweredrainedusingopenditchesandtrenchestomakemucklands,whichareprimarilyusedforhighvaluecropssuchasvegetables.ThelargestprojectofthistypeintheworldhasbeeninprocessforcenturiesintheNetherlands.TheareabetweenAmsterdam,HaarlemandLeidenwas,inprehistorictime’sswamplandandsmalllakes.Turfcutting(Peatmining),subsidenceandshorelineerosiongraduallycausedtheformationofonelargelake,theHaarlemmermeer,orLakeofHaarlem.Theinventionofwindpoweredpumpingenginesinthe15thcenturypermitteddrainageofsomeofthemarginalland,butthefinaldrainageofthelakehadtoawaitthedesignoflarge,steampoweredpumpsandagreementsbetweenregionalauthorities.Theeliminationofthelakeoccurredbetween1849and1852,creatingthousandsofkm²ofnewland.75 Coastalplainsandriverdeltasmayhaveseasonallyorpermanentlyhighwatertablesandmusthavedrainageimprovementsiftheyaretobeusedforagriculture.AnexampleistheFlatwoodscitrus-growingregionofFlorida.Afterperiodsofhighrainfall,drainagepumpsareemployedtopreventdamagetothecitrusgrovesfromoverlywetsoils.Riceproductionrequirescompletecontrolofwater,asfieldsneedtobefloodedordrainedatdifferentstagesofthecropcycle.TheNetherlandshasalsoledthewayinthistypeofdrainage,notonlytodrainlowlandalongtheshore,butactuallypushingbacktheseauntiltheoriginalnationhasbeengreatlyenlarged.Inmoistclimates,soilsmaybeadequateforcroppingwiththeexceptionthattheybecomewaterloggedforbriefperiodseachyear,fromsnowmeltorfromheavyrains.Soilsthatarepredominantlyclaywillpasswaterveryslowlydownward,meanwhileplantrootssuffocatebecausetheexcessivewateraroundtherootseliminatesairmovementthroughthesoil.Othersoilsmayhaveanimperviouslayerofmineralizedsoil,calledahardpanorrelativelyimperviousrocklayersmayunderlieshallowsoils.Drainageisespeciallyimportantintreefruitproduction.Soilsthatareotherwiseexcellentmaybewaterloggedforaweekoftheyear,whichissufficienttokillfruittreesandcosttheproductivityofthelanduntilreplacementscanbeestablished.Ineachofthesecasesappropriatedrainagecarriesofftemporaryflushesofwatertopreventdamagetoannualorperennialcrops.Drierareasareoftenfarmedbyirrigation,andonewouldnotconsiderdrainagenecessary.However,irrigationwateralwayscontainsmineralsandsalts,whichcanbeconcentratedtotoxiclevelsbyevapotranspiration.Irrigatedlandmayneedperiodicflusheswithexcessiveirrigationwateranddrainagetocontrolsoilsalinity.2DrainagepipelinenetworksystemDrainagepipenetworksystemoflayoutoptimizationforurbandrainagepipenetworkplanningplaysanimportantrole,itdirectlyaffectstherationalityofthewholepipenetworksystemandtheeconomy.Atpresent,theconditionofgivennetworkwiring,thesewagepipelinepipeparameterssuchaspipediameter,burieddepth,gradientoptimizationcarriedoutextensiveresearch,butforthelayoutoptimizationofsewagepipenetworksystemofresearch.PipenetworklayoutoptimizationofexistingUSESthecharttypeformoredirectedgraph,sectionhasaweightofafixedvalue,butinactualproject,duetotheactualflowandspecificationsofthewaterflowoftenhascertaindifference,thesectionweightswithlayingschemeofthechangeandchange,thefinaloptimizationresulthascertainerror.Basedonspanningtreetheory,consideringtheinfluenceoftheweightsofnetworkspanningtree,andadoptsthemethodofundirectedgraphofpipenetworklayoutoptimization.75 2.1sewagetreatmentsystemoptimizationtheoryresearchForaregionalsewagetreatmentsystem,duetothetopography,theregionalplanningfunction,constrainedbythefactorsofsewageemissions,howtosewagetreatmentplantsiteselection,sewagepipenetworklayout,pumpingstationconfigurationandsooncarriesonthereasonableoptimizationisaproblemworthstudying.2.1.1thesewagepipenetworklayoutoptimizationCitydrainagepipelinelayinginmorefreelycrisscrossroads,sewagebyeachbranchpipe,startstoenterthroughthemaincollectionintoZhuGanGuan,eventuallyintothesewagetreatmentplantforprocessing,formedinasewagetreatmentplantfortherootnodeconnectedgraphcontainingnocircle,namelythetree.ThedrainagepipenetworksystemwithNsewagetreatmentplantformNtreewithsewagetreatmentplantforthetreerootnodeisnotconnectedtoeachother.So,canadoptthetheoryofminimumspanningtreeofsewagepipenetworklayoutoptimization.Accordingtothistheory,sewagepipenetworklayoutoptimizationofthestructurecanbesimplifiedasNtreetosewagetreatmentplantfortherootnodeoftheminimumspanningtree,theoptimizationgoalistomakesewagecollectionpipenetworkinvestmentcostoftheprovince.Undertheconditionoffixedweightandgreaterthanzero,theDijkstraalgorithmconstructstheminimumspanningtreeissimpleandeffectivemethod.But,intheprocessofsewagepipelayoutoptimization,networkweightsisnotfixed,butisassociatedwiththeflow,burieddepthandlengthofpipesections,pipelength,whilethesame,buttheflowofsectionandburieddepthchangesasthechangeofpipelinelayout.IsnotuptostandardofDijkstraalgorithmvariableweightvalueforthecalculationofminimumspanningtree.Inordertosolvethisproblem,inthispaper,theimprovedDijkstraalgorithm,theminimumspanningtreeisgeneratedintheprocess,consideringtheintroductionofthenewsectiondownstreamsectioncostofdrainagepipenetworksystem,thesectionhasaweightchangeswithnewnodesareadded,thenewnodeisofsewageflowtoflowtothespanningtreenodesareconnectedtothenewnode.AsNisnotconnectedtothechampiontreeisgenerated,eachservicescopeandscaleofthesewagetreatmentplantisdeterminedaccordingly.2.1.2sewagetreatmentplantnumber,location,andtheoptimizationofthedrainageareaSincethesewagetreatmentplantnumber,location,andthedrainageareaisnotsewagetreatmentprojecttotalinvestmentcostofexplicitfunction,thereisnodirectmethodtooptimize,butthroughtheanalysis(seefigure1),canknowwhentheincreaseinthenumberofsewagetreatmentplant,increasedinvestmentcosts,andsewagecollectionpipenetworkinvestmentcostreduction;Conversely,whenthenumberofsewagetreatmentplanttoreduce,reducethe75 investmentcosts,andsewagecollectionpipenetworkinvestmentcostswillincrease,thereisanoptimalnumberofsewagetreatmentplant,canmakethesewagetreatmentprojectthetotalinvestmentcostoftheprovince.Inviewoftheabovereasons,accordingtothecity"soverallplanning,canpreliminarilydeterminedtochoosesewagetreatmentplantsite,basedontheproposedthroughthepermutationandcombinationonthesiteoffactoryandpipenetworklayoutoptimizationresultsandtheinvestmentestimationvalue.Canassumefirstbuiltasewagetreatmentplant,andthencheckoutthepossibilityofasewagetreatmentplant,builtrespectively1,2,3...IncreasingNsewagetreatmentplant,throughthe"test",accordingtothesewagetreatmentsystematthelowesttotalinvestmentcostprinciple,determinethenumberofthesewagetreatmentplant,location,andthedrainagearea.2.2sewagedisposalsystemoptimizationmethodresearchSewagepipenetworklayoutoptimizationgoalisundertheconditionofconstraints,theresultinginsewagetreatmentplantsforoptimalplacementoftherootnodeoftheminimumspanningtreestructure.Spanningtreeofthecostofeachedgeanditssectionflow,burieddepth,numberofpumpingstation,andwiththeincreaseofspanningtreenodenumberandchange.Therefore,inthispaper,themodificationofDijkstraalgorithmistosolvetheproblemofthevariableweightintheprocessofgrowth.Inspanningtreeoptimizationprocess,accordingtothemaximumdesignfullofdegree,minimumflowrateunderthecontrolofminimumslope,determinethecorrespondingrelationshipbetweenflowandselectionofpipediameter,pipeandburieddepthofrecursivecalculationaccordingtominimumslope,namelywiththeincreaseofpipedistance,rootofpipelineburieddepthincreasesgradually,whenthemaximumburieddepth,increasingthenumberofpumpingstation,thesubsequentpipelineburieddepthfrompumpingstationbegantocontinuerecursivecomputation;Inaddition,thesectionhavewiderivers,alsoincreasingthenumberofpumpingstation.Thewholepipenetworksystemofinvestmentcostcanbeexpressedinformula(1),itisbythepipelinecost,costofpumpingstationandthecostofinspectionWells.Comprehensivefactorsdescribedabove,totheinvestmentcostsofsewagepipenetworksystemastheobjectivefunctionforsystemoptimization,specificoptimizationalgorithmisasfollows:(1)initialize,loadedrivers,nodeflow,andthedistancebetweenthenodesoftheoriginaldata;(2)accordingtothelocationofthesewagetreatmentplant,arootnode,andestablishthe75 spanningtreerootnodecontainsacollectionofU0tonodesoutsideoftherootnodeisnotincludedininitialspanningtreenodecollectionU1;(3)ifU1astheemptyset,thengotothe(6);IfU1isnotfortheemptyset,thencontinuetothenextstep;(4)seekandsetinthesetU1U0allthenodesintheadjacentnodes,accordingtotheformula(1)calculationofthecostofthespanningtree;(5)determinethenodesgenerateminimumcostintheU0U1inthenodeofthetree,andputsthenodeviU0,removethenodefromsetU1atthesametime;(6)determinewhetherU1istheemptyset,iftheemptysetiscalculatedover;IfU1isnotnullset,isreturned(4).Theabovealgorithmcanbeusedforsewagetreatmentplantpipenetworkoptimization,andcanalsobeusedinmanywastewatertreatmentplantpipenetworkoptimizations.Whenusedinsewagepipenetworkoptimization,moreshouldbeU0isdecomposedintoU01,U02...U0x,atthesametime,fromtherootnodeNgenerateminimumtotalcostofNindependentoftree.2.3engineeringexamplesanalysis2.3.1IntroductiontoengineeringbackgroundFlat,riverflood,atowninGuangdongprovincelargerriverfloodhasmorethan30.Insuchacomplexnaturalenvironmentconditions,howtooptimizethedesignofsewagecollectionpipenetworksystemhasbecomeanimportantissueofthisproject.Inaddition,thetown"scentralizedsewagetreatmentprocessadoptingtheprocessingmodeofdispersionwasdecidedtokeyfactorsofprojectinvestment.Inmunicipalconstructionandenvironmentalengineering,urbandrainagepipenetworksystemoftheinvestmentofthedrainagesystemof60%~70%.Athomeoftendependonexperienceforthedesignofdrainagepipenetworksystem,theworkloadisbigger,anditishardtoconcludeoptimizationscheme.Therefore,adoptingtheoptimizationmethodsofreasonablescience,helpstoreducetheoverallinvestment.Accordingtothegeneralplansforthetownandisrestrictedbyenvironmentalconditions,thelocalplanningdepartmentisgivenA,B,Cthreeselectionofsewagetreatmentplantlocation(seefigure2),theoptimizationgoalisthatunderthegivenconditions,determinetheoptimumnetworklayout,optimizationofsewagetreatmentplantofthenumber,locationandscopeofcollection.Figure2ofsewagetreatmentplantinthetown"sadministrativezoneplantochooseA,B,C2.3.2Sewagetreatmentsystemoptimizationanalysisandcomparison75 Accordingtothetownforwardsewagequantityresultsdemonstrate,thesewageflowintonodeflow.Throughoutthetownatotalof181nodes,theadjacentnodesconnectedtoconstituteasection.Consideringthetown"swatersystemisdeveloped,riverflood,thecostofthepipelinecrossingriverfloodismuchhigherthannormalline,soInodesandnodejacrossariverfloodrelationshipmatrixM(I,j):M(I,j)=1,saidsectionacrosstheijriverflood;(2)0,saidsectionijdon"tcrosstheriver.Atthesametimecreate181x1nodetrafficmatrixJDLL(I,j),tableShownintheflowofarbitrarynodesIandj,whenrelationsbetweenthetwonodeswithoutconnection,trafficbetweennodesiszero;Build181x181nodedistancematrixJDJL(I,j),saidanynodeItonodejdistance,whenrelationsbetweenthetwonodesconnectionless,thedistanceofthetwosettoinfinity.Whenthepipelinecrossingriverfloodorburieddepthreaches6mabove,considersettinguppumpingstation.Accordingtothecostofpumpingstation,usingtheleastsquaremethodforfitting,Cp,determinethecostofthepumpingstationfunctionunitoftenthousandYuan.(3)IntheType:-inthepumpingstationpincreaseflow,m3/s;K1,k2,bedeterminedbytheleastsquaresmethod,k1=4.729,k2=0.529,6.Theaboveparametersareusedforpipenetworkoptimization.Accordingtothegivenconstraints,sewagetreatmentplantschemehassetA,B,C,AB,AC,BCandABC7kindsofcombinations,eachofthesevenkindsofschemeUSEStheminimumspanningtreemethodsewagecollectionpipenetworklayoutoptimization.Theoptimizationresultsareshownintable1andtable2.Thedataintable1showthatwiththeincreaseofnumberofsewagetreatmentplants,pipelines,onaverage,thetotallengthisreduced,pipenetworkofwaterconveyancedistanceisreduced;Thenumberofpipelinecrossingriverfloodreduce,reducethesetnumberofpumpingstation;ButthenumberofinspectionWellsdidnotchangesignificantly.Thedataintable2showthatwhentheconstructionofasewagetreatmentplantsiteselectionisC,theprojecttotalinvestmentisminimal,sewagecanbeconcentrated,convenientformanagement,theschemecanbeusedasadesignsolution;Butthedisadvantageisthatbiggerone-timeinvestmentoftheconstructionofthesewagecollectionpipenetwork.When75 twosewagetreatmentplantsiteselectionforconstructionofAandC,theprojecttotalinvestmentislow,lesssewagepumpingstation,reducesthepumpingstationmaintenancecost,thuscanbeconsideredasdesignalternatives;Defectisdecentralizedprocessing,increasethecostsforoperationandmaintenancemanagement.ConstructionofAsewagetreatmentplantandconstructionoftwosewagetreatmentplantAandClayoutoptimizationresultsasshowninfigure3andfigure4.Table1thetotallengthofthepipeundertheconditionsofdifferentoptimizationandpumpingstationsetupFigure4constructiontwosewagetreatmentplantsAandCofthesewagecollectionpipenetworklayoutoptimizationarrangement75 3conclusionsThisarticleadoptsthemethodofvariableweightspanningtree,usingtheundirectedgraphtoatowninGuangdong,andpipenetworklayoutofsiteselectionofsewagetreatmentplantisoptimized,theoptimizationresultsshowthattheoptimizationdesignmethodisusedtodecoratetheaveragecostcanbereducedbynearly8%,showsthatthismethodisadoptedtoimprovethesewagepipenetworkdesigniseffective,economic,engineeringdesignhastheweighttothetowntoguidingsignificance.75 排水管网系统平面布置的优化设计研究摘要　根据最小生成树理论,考虑网络权值变化对生成树的影响,采用无向图对排水管网系统平面布置优化设计方法进行了研究。研究结果用于广东省某镇的污水处理厂选址和管网系统平面布置的优化设计,应用结果表明,该方案可节省约8%的工程总投资,对实际工程设计具有重要的指导意义。关键词　排水管网　平面布置　最小生成树　优化方法1排水简介排水是天然或人工清除表面和次表面的水从一个区域。许多农业土壤需要排水,以提高生产或管理水的供应。1.1历史古印度河污水和排水系统的研发和使用,各个城市的文明更先进的比任何发现在当代城市引用在中东和更有效的比那些在某些领域的现代巴基斯坦和印度今天。所有的房屋主要城市的哈拉帕和摩亨佐—达罗得到水和排水设施。废水直接流到隐藏的排水沟,排列在主要街道。从1881年的家庭百科辞典中得知，排水最好在地面干燥的春季或夏季。主排水管应该在每部分的领域一个横切或明渠曾希望;他们应该停止4英尺(1.2米)深时,平均。这完全保护他们从被损坏的可能性被踹的马或牛,这么远低于小排水沟,清除水中的细。在任何情况下,管草皮的主排水管,如果他们可以有,是可取的。如果好硬粘土,一排管的地盘,如果沙,一个双排。当管的地盘不能得到方便,一个好的楔排水可能回答好,当下层土壤是一个强大的、硬粘土;但如果底土只有适度所以,带刺的排水,夫妻,将做以下仍更好;如果底土非常桑迪,除了管道可以有,这是徒劳的尝试在排水字段由任何另外的方法。可能有必要在这里提及,主排水管的尺寸应该规范根据长度和倾斜的运行和可以他的数量的水被带出的他们。它总是安全的,然而,有主排水管大型和大量的他们,因为这里很少结果是好经济。75 在完成主要的下水道,旁边一个小之前在每个沟的排水领域如果山脊以前没有少于15英尺(4.6米)宽。但如果这应该如此,第一级的山脊,使下水道在最好的方向,在这样的距离从对方可能认为必要的。如果水上升井底部的下水道,他们应该减少3英尺(1米)深,在这种轻松将干燥田野足够,虽然他们从25到30英尺(8到10米)隔开,但如果水不容易拉伸的底部的下水道,两英尺(0.6米)将是一个足够深度的排水管,和两个半英尺(1米)的楔排水。在任何情况下应该他们是浅字段的位置以前已经被夷为平地。然而,在这种情况下,当表面水带走了主要由水下沉立即到顶部的下水道,就有必要有下水道更接近每个其他说从15到20英尺(4.6到6米)。如果山脊是超过15英尺(4.6米)宽,但是广泛的和不规则的他们可能,跟随总是线老沟,因为最好的方向;,他们在下水道是高聚集的山脊,从20到24英寸将是一个足够深度的排水管,从24到30英寸的楔排水。尤其要注意在连接小和主排水管在一起,所以,水可能有一个温和的倾斜度,免费进入主排水管。当排水管完成,山脊是分开倒在下水道的犁,在那里他们已经非常高,第二个结算前可以给出的,但它是最好的水平,因脊太多允许他们保留一点他们以前的形状,地面被立即最低,排水管,表面水收集在顶部的下水道,通过缩小,变得自由了。因此完成领域后,运行新的山脊在小排水沟,使他们大约10英尺(3米)广泛,然后继续执行到耕地以同样的方式作为干燥的土地。排水带来的好处是非常巨大的，因为除了一个相当大的节约水开沟、交叉每年削减等,土地往往是耕地,播种的优势,无论是在春季和秋季的一年,当否则将发现相当行不通的;每一种钻孔作物,如豆类、马铃薯、萝卜等,可以培养成功,每一个物种,无论是绿色和白色的作物,是太容易失败在湿和倔强的季节。无论一个破裂的水出现在任何特定的位置,和确信的办法退出这样的邪恶是挖空心下水道这样的一个深度低于表面所需的秋天或水平,可以获得,通过水的数量将继续从破裂或弹簧。在确定程度的水被带走时,采取必要的水平,和清除嘴或加载通道水,开始排水在绝境下,这样的领导者,和继续工作直到顶部的春天是感动,这很可能将完成预定的目标。但如果它不应该被完全完成,逃跑从主排水和这样一个数量的分支机构可能要求拦截水,和这样的失望几乎不会经历。下水道,明显要有用,应该很少是不到三英尺(1米)的深度,二十或二十4英寸至近挤满了石头或木头,根据情况。前者是最好的材料,但在许多地方并不都能得到足够数量,因此常常需要求助了后者,尽管不是那么有效或耐用。它具有巨大的重要性,尽快填补下水道挖出他们;因为,如果开了一段时间,地球不仅是容易下降但双方进入破碎,不规则状态,不能事后被完全纠正。一个适当的覆盖稻草或草皮应该放在顶部的材料,保持地球的表面从与他们混合,在木材的材料用于填满,一个双学位的关注是必要的,否则提出改进可能有效地沮丧。坑排水法是一个非常有效的一个,如果执行判决。当它是在床上的充分确定水沉积,可以很容易地通过无聊和一个钻、掘坑到地方的大小,将允许一个人自由的界限内工作。挖这个坑这样的深度达到水的床要带走了;当这个深度是获得,这是很容易看见的水的上升,填满坑与伟大的土地石头和携带了一个结实的排水,水,一些邻近的沟或嘴,从那里它可能继续最近的河。1.2当前实践1.2.1土工织物75 现代排水系统结合土工布过滤器,保留和防止细粒土从进入及堵塞下水道。土工织物是纺织面料专门生产合成土木和环境工程应用。土工织物的设计保留细土颗粒同时允许水通过。在一个典型的排水系统会把他们沿着海沟然后将充满粗晶材料:砾石,贝壳,石头或岩石。然后折叠的土工布在顶部的石头和海沟是然后覆盖的土壤。地下水渗过土工布和流在石一个排水口。多孔塑料(聚氯乙烯或聚乙烯)管道铺设沿底部的排水来增加水的体积通过排水。另外,预制塑料排水系统由高密度聚乙烯(HDPE)称为往往融入土工布,可可纤维或可以考虑。对这些材料的使用变得越来越常见，由于其易用性和不需要在运输和铺设石排水。在过去的30年土工布和PVC过滤器已成为最常用的土壤过滤媒体。他们是生产成本低,并且容易躺,工厂控制属性,确保长期的过滤性能即使在细愚蠢的土壤条件。1.2.221世纪的替代物西雅图的公用事业创建一个试点计划称为街道边缘替代(海街道)项目。这个项目的重点是设计一个系统提供排水,更紧密地模仿自然景观发展之前,比传统的管道系统。街道的两侧是巷道。强调非抑制人行道让水更自由地进入领域的渗透表面一侧的街道。因为种植了跑水从市区不都直接进入地面但也可以吸收到周围环境。根据监测的西雅图公共事业,他们报告,减少99%的雨水离开排水项目.英国最近经历了一次大规模环境排水。可持续城市排水系统(肥皂水)旨在鼓励承包商安装排水系统更紧密地模仿自然流动的水在自然。自2010年以来地方和社区规划在英国要求依法因子肥皂水进入任何开发项目,他们负责。排水制造商有了一个承诺,肥皂水在开拓完善的环保排水选项在联合王国包括Alumasc外部建筑产品、技术和Polypipe蚁群算法。槽排水证明最突破产品的最后二十年作为排水选项。作为一个通道排水系统设计,以消除需要进一步管工作系统是安装在平行于排水,减少环境影响的生产以及提高取水。两个不锈钢和混凝土通道槽排水已经成为行业标准的建设项目上。1.2.3建筑业排水道所有的道路、街道排水沟和下水道、排水、涵洞参与。在施工过程中它将所有必要的水平对于前面提到的每个因素。土木工程师和施工经理和主管一起工作建筑师,规划师,测量师,一般劳动力,以及分包商。通常,大多数司法管辖区有一些身体的排水法来管理到什么程度的地主可以改变排水从他的包裹。排水选项建筑行业包括:•点排水,拦截水沟渠(分)。沟渠排水管道连接在地面表面和深基坑是需要推动这一系统。支持需要很深的沟形状的板,支撑或支撑。•通道排水,拦截水沿整个运行的通道。通道排水通常由混凝土、钢铁、聚合物或复合材料。拦截率更大,点通道排水排水和开挖要求通常更深层[3]。表面开放通道排水通常会在形式的光栅(聚合物、塑料、钢或铁)或一个单槽(槽排水),沿着地面表面(通常由钢或铁)。1.2.4人工排水75 湿地土壤如果用于农业则可能需要排水。在美国和欧洲北部,冰川作用创造了大量的小沼泽。其中一些是排水沟渠和开放型战壕,主要用于高价值作物如蔬菜。这种类型的最大的项目在世界几个世纪以来一直在过程在荷兰。阿姆斯特丹之间的地区莱顿在史前时代的沼泽地和小湖泊。泥炭开采、沉陷和海岸线侵蚀逐渐引起一个大的湖的形成或湖的哈勒姆。本发明的风动力泵发动机在15世纪允许排水的一些边际土地,但最后排水的湖不得不等待设计的大型蒸汽动力泵和地方政府之间的协议。消除湖发生在1849年和1852年之间,并创造了成千上万公里的新土地。沿海平原和河流三角洲的可能季节性或永久高水位导致它们必须有排水的改进，如果是将其用于农业。一个例子是低洼树林佛罗里达柑橘日益增长的地区。在多雨的季节,排水泵是用来防止损坏从过度潮湿的土壤柑橘。水稻生产需要完全控制水,作为需要被淹没或排水的不同阶段的作物周期。荷兰还率先使这种类型的排水,不仅流回低地岸边,但实际上将其推回到大海,直到最初的国家领土已经大大扩大。在潮湿的气候条件下,土壤可能适合种植除非发生水涝，例如每年短时间的融雪或暴雨。土壤主要是粘土会通过水慢慢地向下,同时植物根系会窒息,因为过多的水在根部的消除了空气流动通过土壤。其他土壤可能有一个不透水层土壤的矿化,称为粘土层或相对不透水岩层可能会形成浅的土壤。对于水果生产，排水是特别重要的。土壤一年之中发生水涝一星期就会成为足以杀死果树降低成本效率的土地,直到可以建立替代品。适当的排水可以防损坏按年或多年生作物。干燥的地区往往通过灌溉养殖,不会考虑排水必要。然而,灌溉用水总是含有矿物质和盐,排水可以集中有毒水平蒸散。灌溉土地可能需要定期刷新与过度灌溉用水和排水控制土壤盐度。2排水管网系统排水管网系统的平面布置优化对于城市排水管网规划具有重要的作用,它直接影响到整个管网系统的合理性和经济性。目前,国内外对给定的管网布线条件下,污水管线的管径、埋深、坡度等管道参数的优化方面进行了大量的研究,但对于污水管网系统平面布置优化的研究甚少。现有的管网平面布置优化中采用图的类型多为有向图,管段的权值为固定值,但实际工程中,由于水的实际流向和规定流向常有一定的差别,管段权值随着敷设方案的变化而发生变化,造成最终优化结果存在一定的误差。本文结合生成树理论,考虑网络权值变化对生成树的影响,并采用无向图的方法对管网平面布置进行优化。2.1　污水处理系统优化理论研究对于一个区域污水处理系统,由于受到地形地貌、区域规划功能、污水排放量等诸多因素的约束75 ,如何对污水处理厂选址、污水管网布置、提升泵站配置等进行合理优化是一个值得研究的问题。2.1.1污水管网平面布置的优化城市排水管道多敷设于纵横交错的路网之下,污水由各支管的起端进入,经过干管收集汇入主干管,最终进入污水处理厂进行处理,形成了以污水处理厂为根节点的不含圈的连通图,即树。具有N个污水处理厂的排水管网系统形成N棵以污水处理厂为根节点彼此不相连通的树。因此,可采用最小生成树理论对污水管网平面布置进行优化。根据该理论,污水管网平面布置的优化可以简化为构造N棵以污水处理厂为根节点的最小生成树,优化目标是使污水收集管网的投资费用最省。在权值固定且大于零的条件下,Dijkstra算法是构造最小生成树简单而有效的方法。但是,在污水管道平面布置优化过程中,网络的权值不是固定的,而是与管段的流量、埋深和长度有关,管道长度虽然不变,但是管段的流量和埋深随着管道平面布置的变化而变化。标准的Dijkstra算法不能胜任变权值最小生成树的计算。为了解决这一问题,本文对Dijkstra算法进行改进,在最小生成树生成过程中,考虑新管段的引入对排水管网系统下游管段费用的影响,使管段的权值随着新增节点的添加而变化,污水流向总是从新增节点流向生成树与新增节点相连的节点。随着N棵不相连通最优树的生成,每个污水处理厂的服务范围和规模也就相应确定。2.1.2污水处理厂数目、位置及排水区域的优化由于污水处理厂数目、位置及排水区域都不是污水处理工程总投资费用的显函数,没有直接的方法对其进行优化,但是通过分析可以知道(见图1),当污水处理厂的数目增加时,投资费用增加,而污水收集管网的投资费用减少;反之,当污水处理厂数目减少时,投资费用减少,而污水收集管网的投资费用将增加,其中存在一个最优的污水处理厂数目,可以使污水处理工程的总投资费用最省。鉴于上述理由,根据城市的总体规划,可以初步确定拟选污水处理厂厂址,通过对拟选厂址进行排列组合,再结合管网平面布置的优化结果求出投资估算值。可先假定建一个污水处理厂,再检验增建一个污水处理厂的可能性,分别得到建1个、2个、3个……N个污水处理厂可能性,通过“递增检验法”,按照使污水处理系统总投资费用最低的原则,确定污水处理厂的数目、位置及排水区域。2.2　污水处理系统优化方法研究污水管网平面布置优化的目标就是在约束条件下,最终生成以污水处理厂为根节点的最小生成树的优化布置结构。其中生成树每条边的费用与其管段流量、埋深、提升泵站数量有关,并且随着生成树节点数目的增加而发生变化。因此,本文对Dijkstra算法进行修正来解决生长过程中的变权问题。在生成树优化过程中,按照最大设计充满度、最小流速控制下的最小坡度,确定管段流量和选取管径之间的对应关系,并按最小坡度进行埋深的递推计算75 ,即随着管线距离的增加,根部管线的埋深逐渐增加,当达到最大埋深时,增设提升泵站,后续管线的埋深从提升泵站开始继续进行递推运算;另外,管段遇到较宽的河流时,亦增设提升泵站。整个管网系统的投资费可以用公式(1)表示,它是由管道费用、提升泵站费用和检查井费用组成。综合上面所述因素,以整个污水管网系统的投资费用为目标函数进行系统的优化,具体的优化算法如下:(1)初始化,加载河流、节点流量、节点间距离的原始数据;(2)根据污水处理厂的位置,确定根节点,并建立生成树包含根节点的集合U0,根节点外的节点构成不包含于生成树的节点的初始集合U1;(3)若U1为空集,则转到(6);若U1不为空集,则继续进行下一步;(4)在集合U1中寻找与集合U0中的节点相邻的所有节点,按公式(1)计算各种生成树的费用;(5)确定与U0中节点生成最小费用树的U1中的节点,并将该节点vi置于U0中,同时从集合U1中去除该节点;(6)判断U1是否为空集,若为空集则计算结束;若U1不为空集,则返回(4)。上述算法既可以用于单污水处理厂管网的优化,也可以用于多污水处理厂管网的优化。当用于多污水处理厂管网优化时,需将U0分解为U01、U02……U0x,同时从N个根节点生成总费用最小的N棵相互独立的树。2.3　工程实例分析2.3.1工程背景介绍广东省某镇地势平坦、河涌密集,较大的河涌就有30多条。在这种复杂的自然环境条件下,如何优化设计污水收集管网系统便成为本工程的一个重要的问题。此外,该镇污水处理采用集中处理方式还是采用分散处理方式也是决定工程投资高低的关键因素。在市政建设和环境治理工程中,城市排水管网系统的投资占整个排水系统投资的60%～70%。目前国内通常依靠经验进行排水管网系统的设计,工作量较大,又很难得出优化方案。因此,采用合理科学的优化方法,有助于降低工程总体投资。根据该镇总体规划和所受环境条件限制的情况,当地规划部门给出了A、B、C三个可供选择的污水处理厂位置,优化目标就是在给定的条件下,确定最优的管网平面布置,优化污水处理厂的数量、位置以及收集范围。2.3.2污水处理系统优化方案分析与比较根据该镇远期污水量论证结果,将污水流量转化为节点流量。整个镇域共有181个节点,相邻的节点相连构成管段。根据给定的限制条件,污水处理厂设置的可能方案有A、B、C、AB、AC、BC、ABC7种组合方式,分别对这7种方案采用最小生成树方法优化污水收集管网平面布置。75 表1中的数据表明,随着污水处理厂数目的增加,管道的平均总长度降低,管网的输水距离减少;管道穿越河涌的次数减少,降低了提升泵站的设置数目;但是检查井的数目没有发生明显变化。表2中的数据表明,当建设一座污水处理厂选址为C时,工程的总投资最少,污水可集中进行处理,便于管理,该方案可以作为设计首选方案;但缺点是污水收集管网建设的一次性投资较大。当建设两座污水处理厂选址为A和C时,工程总投资次低,污水提升泵站较少,降低了泵站维护费用,因此可考虑作为设计备选方案;缺点是分散处理,增加了运行和维护管理费用。建设一座污水处理厂C与建设两座污水处理厂A和C的平面布置优化结果图4所示。图4　建设两座污水处理厂A和C的污水收集管网平面优化布置75 3　结语本文采用变权值生成树的方法,运用无向图对广东某镇的污水处理厂选址及管网布置进行了优化,优化结果表明,采用优化设计法布置的方案平均费用可以降低近8%,说明采用该方法进行污水管网设计是有效的、经济的,对该镇的工程设计具有重要的指导意义。75'