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城市排水管道系统设计计算的进展

城市排水管道系统设计计算的进展
城市排水管道系统设计计算的进展

城市排水管道系统设计计算的进展

0引言

排水系统是现代化城市不可缺少的重要基础设施,也是城市水污染防治和城市排渍防涝、防洪的骨干工程。其中,生活住宅区和工矿企业的雨水和污水管道系统投资一般占整个排水系统的投资70%左右。因此,设计时如何在满足规定的各种技术条件下,尽量降低管道系统的基建费用是设计工作中的一个重要课题。

传统排水管道系统的设计计算方法是:设计人员在掌握了较为完整可靠的设计基础资料后,按照管道定线和平面布置的原则,确定出一种较为合理的污水管道平面布置图。然后计算出各设计管段的设计流量,以水力计算图或水力计算表及有关的设计规定作为控制条件,从上游到下游依次进行各设计管段的水力计算,求出各管段的管径、坡度以及在检查井处的管底标高和埋设深度。计算中,一般只是凭经验对管段的管径和坡度等进行适当的调整,以求达到经济合理的目的,但其合理程度受到设计人员个人能力的限制;另一方面,大多数计算采用反复查阅图和表的方法进行,工作效率低,时间长,不利于设计方案的优化。

自20世纪60年代开始,国际上在经验总结和数理分析的基础上,逐步建立起了各种给水排水工程系统或过程的数学模型,从而发展到了以定量和半定量为标志的给水排水工程“合理设计和管理”的阶段。与此同时,对于各种类型的给水排水系统,开展了最优化的研究和实践。为了探求排水管道系统的最优设计计算方法,国内外许多科研、设计、教学单位和个人进行了不少的工作,发表了大量的文章。从研究成果来看,应用计算机进行排水管道的设计计算,不仅把设计人员从查阅图表的繁重劳动中解脱出来,加快了设计进度,而且整个排水管道系统得到了优化,提高了设计质量。所确定的最优方案与传统方法相比,可降低10%以上的工程造价。

排水管道系统是一个庞大而复杂的系统,从已有的研究成果来看,其设计计算主要涉及到3方面的内容:

(1)在管线平面布置已定情况下进行管段管径-埋深的优化设计;

(2)管线平面布置的优化选择;

(3)雨水径流模型的建立。合流制排水管道系统通常具备溢流设施,用以限制输送至当地污水处理厂的水量。由于溢流出来的雨水也就近排入河道,因此从水量角度而言,合流制排水系统对于排水区域的影响与分流制雨水系统实际上是相同的。

1已定管线下的管道系统优化设计

对于在管线平面布置已定情况下进行管段管径-埋深的优化设计问题,国内外做了大量开拓性工作,取得了丰硕成果。最优化方法一般分为两种:间接优化法和直接优化法。间接优化法也称解析最优化,它是在建立最优化数学模型的基础上,通过最优化计算求出最优解;而直接最优化方法是根据性能指标的变化,通过直接对各种方案或可调参数的选择、计算和比较,来得到最优解或满意解。

1.1直接优化法

在排水管道优化设计中,应用直接优化方法者认为:虽然排水管道计算采用的水力计算公式很简单,但是由于管径的可选择尺寸不是连续变化的,不能任意选择管径;最大充满度的限制又与管径大小有关;关于最小设计流速、流速变化(随设计流量增加而增大)及其与管径之间关系的约束条件等都很复杂,也不能用数学公式来描述。因此,很难建立一个完整的求解最优化问题的数学模型来用间接最优化方法求解。相对而言,用直接最优化方法来解决这个问题具有直接、直观和容易验证等优点。

1.2间接优化法

应用间接优化方法者认为:随着优化技术的发展,尽管排水管道系统设计计算中存在着关系错综复杂的约束条件,只要对其中的某些条件适当取舍,合理地应用数学工具,就可以把它简化、抽象为容易解决的数学模型,通过计算得出最优解。根据出现的时间和使用的数学方法,间接优化方法主要分以下几类:

1.2.1线性规划法

线性规划法是最优化方法中最常用的一种算法,它可以解决排水管道设计中的许多问题,同时也可对已建成的排水管道进行敏感性分析。它的缺点是把管径当作连续变量来处理,这就存在计算管径与市售规格管径相矛盾的问题。而且将所有目标函数和约束条件均化为线性函数,其预处理工作量大,精度难以得到保证。

1.2.2非线性规划法

为了适应排水管道系统优化设计中目标函数和约束条件的非线性特征,1972年Dajani和Gemmell建立了非线性规划模型。该方法基于求导原则,即目标函数的导数为零的点,就是所求的最优解。它可以处理市售规格管径,但当无法证明排水管道费用函数是一个单峰值函数时,得到的计算结果可能是局部最优解,而非全局最优解。

1.2.3动态规划法

1975年,由Mays和Yen首先把动态规划法引入到排水管道系统优化设计中,目前该方法在国内外仍得到广泛的应用。它在应用中分为两支:一支是以各节点埋深作为状态变量,通过坡度决策进行全方位搜索,其优点是直接利用标准管径,优化约束与初始解无关,却能控制计算精度,但要求状态点的埋深间隔很小,使存储量和计算时间大为增加。为了节省运算时间,1976年由Mays和Yen引入了拟差动态规划法。拟差动态规划法是在动态规划法的基础上引入了缩小范围的迭代过程,可以显著地减少计算时间和存储量,但在迭代过程中有可能遗漏最优解,而且在复杂地形条件下处理跌水、缓坡情况时受到限制。另一支是以管径为状态变量,通过流速和充满度决策进行搜索。由于标准管径的数目有限,较以节点埋深为决策变量方法在计算机存储和计算时间上有显著优势。最初的动态规划对每一管段管径选取的一组标准管径中有些管径并不一定是可行管径。因此发展出可行管径法,该方法通过数学分析,对每一管段的管径采用满足约束条件的最大和最小管径及其之间的标准管径,构成可行管径集合,进而应用动态规划计算。可行管径法使得优化计算精度得以提高,并显著减少了计算工作量和计算机内存储量。

动态规划法是解决多阶段决策问题最优化的一种有效方法,无论是利用节点埋深还是利用管段管径作为状态变量,并没有充足的证据能够证明阶段状态的“无后效性”(“无后效性”是指当给定某一阶段的状态时,在以后各阶段的行进要不受以前各阶段状态的影响)。因此,用动态规划法求出的污水管道系统优化设计方案并不一定是真正的最优方案。

1.2.4遗传算法

遗传算法是近几年迅速发展起来的一项优化技术,它是模拟生物学中的自然遗传而提出的随机优化算法。它仍采用规格管径作为状态变量,可以同时搜索可行解空间内的许多点,通过选择、杂交和变异等迭代操作因子,最终求得满意解。一般在解决中小型管道系统优化设计时,可以求得最优设计方案;尽管搜索方法具有一定的随机性,当解决大型管道系统问题时,遗传算法仍可以求得趋近于最优解的可行方案。

总之,在排水管道系统优化设计技术的发展过程中,间接优化法和直接优化法同时在应用着,都在不断地改进和完善。这两种方法的共同点是都以设计规范要求及管径、流速、坡度、充满度间的水力关系为约束条件,以达到费用最小为目标。

2管线的平面优化布置

研究人员在解决已定管线下的排水管道系统优化问题的同时就已经指出,对不同定线方案的优化选择更具有适用价值。但由于已定管线下的设计是管线平面布置的基础,加上目前已定管线下的优化设计计算并不成熟,造成了系统平面优化布置的进展甚微。

最早着手这方面研究的是J.C.Liebman(1976)。在他的研究中,撇开水力因素,假定每一管段管径相同,以挖方费用为优选依据,选择一初始布置方案,然后用试算法逐步进行调整。此后Argaman(1973)和Mays(1976)在平面布置方案中引入排水线(DrainageLine)的概念,将排水区域内与最终出水口节点(即检查井)相距同样可行管段数的节点用一根排水线连接起来。对任一排水线,上游的流量在该排水线流向下游。这样,管线平面布置方案的优选问题转化为最短路问题,可用动态规划法求解。此模型已经考虑到水力因素,但由于排水线的引入,寻优过程的搜索范围被限制在平面布置方案可行域中的很小一部分,即使是具有丰富设计经验的人员亦有可能把最优的方案排除在外。再加上其所需存储最大和计算时间长的特点,此法仍是无法实现。1982年,Walters对该方法进行了改进,曾应用于公路排水系统的设计。

随着时间的推移,研究人员发现,城市排水系统平面布置能够抽象为由点和线构成的决策图,于是转向从图论中寻找平面优化布置的方法。1983年,P.R.Bhave 和J.F.Borlow将网络图论中的最小生成数算法应用于排水管道系统平面布置方案的优选。假定系统中的每一管段具有相同的权重(Weight),避开水力因素,用定权方法来求解。

1986年,S.Tekel和H.Belkaya又应用了3种权值来解决:

(1)各管段地面坡度的倒数;

(2)各管段的管长;

(3)各管段在满足最小覆土条件下,按最小坡度设计时的挖方量。分别对这3种权值运用最短路生成树算法求管线平面布置方案,再进行管径、埋深和提升泵站的优化设计,最后取投资费用最小的平面方案作为最优设计方案。

对于排水管道系统所有可行的管线敷设路径构成的图,各管段的实际权值只有在方案确定以后才能计算出来,因此属于图论中的变权问题,可是到目前为止,图论中的变权问题尚无有效的解决方法。在国内,李贵义(1986)提出了简约梯度法,陈森发(1988)提出了递阶优化设计法,这些方法也得不到令人满意的结果。

最近,遗传算法的出现为排水管道系统平面优化布置提供了可能条件,因为遗传算法的运算机制对目标函数和约束条件没有特殊要求。G.A.Walters已经应用遗传算法在城市给水排水、农田灌溉、电缆和煤气管线方面进行研究。

3雨水径流模型方面的研究

我国雨水管渠的设计一直沿用推理公式法,1974年试行、1987年修订的室外排水设计规范都是如此规定。推理公式法的计算方法是假定管渠中水流为均匀流,求得水流在管道中的流行时间;再假定雨水在地面的水流流速等于管渠中的水流流速,降雨历时等于地面集水时间,由暴雨公式求得下一管段的最大设计流量。选择一可行管径作为设计管径,由水力公式求得所需的水力坡度(或选择一可行的水力坡度,来求出所需的可行管径)。

推理公式法应用明渠均匀流公式进行水力计算,其最大优点是简单迅速。由于使用了历史最大降雨资料,能够得到偏于安全的设计。但是,已有的许多研究表明,推理公式法中基于推导公式的假定不尽合理,存在一些不够完善的地方,主要表现在以下几个方面:

(1)没有考虑降雨的空间变化。由于实际暴雨强度在受雨面积上的分布不均匀,当汇水面积较大时,所取的降雨历时较长,按公式计算得出的下游管段的设计流量会出现较大的偏差。

(2)理论上作了过分简单的假设,使用者可能会不经检验地就借用其它地区公布的参数和常数,以便节省时间。设计因缺乏充分的实例资料,存在一定的盲目性。

(3)只能计算洪峰流量,无法推求完整的径流过程,对雨水调节池设计、合流制排水管道溢流流量计算无法适应要求。

(4)将直接来自设计暴雨的设计重现期,转化成排水管渠的设计重现期,这一假设并没有被充分证实。Marsalek(1978)、Wenzel和Vookes(1978,1979)指出,降雨历时、时程分配和前期土壤含水量的选择,对洪峰流量~频率关系有很大影响,这些参数之间也存在着某种函数关系。

(5)不能满足对雨水径流水质方面的计算要求。因为高污染浓度的降雨并不一定发生在高洪峰过程线内。即使对于合流制管道,从系统溢流出的合流污水中仍然存在有大量污染物。

近20年来,随着城市径流污染问题的日益突出,各种精度较高的城市水文、水力计算模型的建立显得越来越重要。国外在这方面取得很大进展,许多模型已广泛应用于雨水管道系统的规划、设计和管理。当前西方最著名的程序有:英国环境部及全国水资源委员会的沃林福特程序、美国陆军工程师兵团水文学中心的“暴雨”模型、美国环保局的雨水管理模型等。这些模型可对整个城市降雨、径流过程进行较为准确的量(降雨与径流量)和质(降雨与径流水的水质和接受水体的水质)的模拟,它们的开发与工程项目紧密结合,经过一段时期的经验积累后,政府主管部门便组织协调,推出定型软件供设计和管理人员选用。

我国对城市径流模型的研究起步较晚,目前已有一些结合我国实际的研究成果问世。如对雨水管网模拟的扩散波简化和运动波简化,对地表径流系统的模拟技术包括:等流时线法、瞬时单位线法和改进推理法。

4结束语

无论国内还是国外,在排水管道系统设计的理论计算和工程应用上均已取得很大的成果,也仍然存在着许多期待解决的问题。随着计算技术和系统方法的发展,更好地研究开发排水管道系统设计计算软件是必然的发展趋势。

城市排水(雨水)防涝综合规划编制大纲

城市排水(雨水)防涝综合规划编制大纲第一部分规划编制大纲 一、规划背景与现状概况 (一)规划背景 1. 区位条件 2. 地形地貌 3. 地质水文 4. 经济社会概况 5. 上位规划概要 6. 相关专项规划概要 (二)城市排水防涝现状及问题分析 1. 城市排水防涝现状 2. 问题及成因分析 二、城市排水防涝能力与内涝风险评估 (一)降雨规律分析与下垫面解析 (二)城市现状排水系统能力评估 1. 排水系统总体评估 2. 现状排水能力评估 (三)内涝风险评估与区划 三、规划总论 (一)规划依据

(二)规划原则 (三)规划范围 (四)规划期限 (五)规划目标 (六)规划标准 1. 雨水径流控制标准 2. 雨水管渠、泵站及附属设施设计标准 3. 城市内涝防治标准 (七)系统方案 四、城市雨水径流控制与资源化利用(一)径流量控制 (二)径流污染控制 (三)雨水资源化利用 五、城市排水(雨水)管网系统规划(一)排水体制 (二)排水分区 (三)排水管渠 (四)排水泵站及其他附属设施 六、城市防涝系统规划 (一)平面与竖向控制 (二)城市内河水系综合治理

(三)城市防涝设施布局 1. 城市涝水行泄通道 2. 城市雨水调蓄设施 (四)与城市防洪设施的衔接 七、近期建设规划 八、管理规划 (一)体制机制 (二)信息化建设 (三)应急管理 九、保障措施 (一)建设用地 (二)资金筹措 (三)其他 十、附件 (一)近期建设任务与投资列表 (二)规划附图要求 第二部分关于规划编制大纲的说明 一、规划背景与现状概况 (一)规划背景 1. 区位条件

描述城市位置与区位情况。 2. 地形地貌 描述城市地形地貌概况。 3. 地质水文 描述城市气候、降雨、土壤和地质等基本情况。 4. 经济社会概况 描述城市人口、经济社会情况等。 5. 上位规划概要 (1)城市性质、职能、结构、规模等内容。 (2)城市发展战略和用地布局等内容。 (3)城市总体规划中与城市排水防涝相关的绿地系统规划、城市排水工程规划、城市防洪规划等内容。 6. 相关专项规划概要 重点分析城市防洪规划、城市竖向规划、城市绿地系统专项规划、城市道路(交通)系统规划、城市水系规划等与城市排水与内涝防治密切相关的专项规划的内容。 (二)城市排水防涝现状及问题分析 1. 城市排水防涝现状 (1)城市水系 城市内河(不承担流域性防洪功能的河流)、湖泊、坑塘、湿地等水体的几何特征、标高、设计水位及城市雨水排放口分布等基本情况。 城市区域内承担流域防洪功能的受纳水体的几何特征、设计水(潮)位和流量等基本情况。 (2)城市雨水排水分区 城市排水分区情况,每个排水分区的面积,最终排水出路等。 (3)道路竖向 城市主次干道的道路控制点标高。 (4)历史内涝 描述近10年城市积水情况,积水深度、范围等,以及灾害造成的人员伤亡和直接、间接经济损失。 (5)城市排水设施 城市现有排水管渠长度,管材,管径,管内底标高,流向,建设年限,设计标准,雨水管道和合流制管网情况及城市雨水管渠的运行情况。

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③常年主导风向西北风,地下水初见水位为6m ⑶水文及水文地质资料①河流最高洪水位标高:80.0m; ②地质:在整个排水区域内为轻质亚粘土,地耐力为12~14t/m2,地震烈度为6度。 各工业企业生活污水、淋浴污水和生产废水情况见附表 1. 1.2 设计方案根据设计要求,采用污水、雨水分开排放的分流制管道系统。污水管道干管采用截留式布置形式,支管采用围坊市布置形式。此种布置形式可充分利用地面坡度,减少管道埋深,降低造价。雨水沿垂直河流走向以最短距离汇入河流。 第二章污水设计及计算说明2.1设计污水定额我国《室外排水设计规范》规定,居民生活污水定额和综合生活污水定额应根据当地采用的用水定额,结合建筑内部给水排水设施水平和排水系统普及程度等因素确定,可按当地用水定额的80%~90计算,即排放系数为0.8~0.9 ;工业企业内生活污水量、淋雨污水量的确定,应与国家现行规范的有关规定协调;工业企业的工业废水量及其总变化系数应根据工艺特点确定,并与国 家现行的工业用水量有关规定协调。在计算居民生活污水量或综合生活污水量时,采用平均日污水量定额和相应的总变化系数。 在本设计地区,有街坊总面积为346.hm2;

市政道路雨污水排水系统设计分析

市政道路雨污水排水系统设计分析 发表时间:2018-12-14T17:42:42.223Z 来源:《防护工程》2018年第27期作者:王爱娟 [导读] 把握工程施工要点,保证施工质量,以满足城市道路的排水要求,营造良好的城市交通环境。 河北省衡水市排水管理处 053000 摘要:为了维护我国城市环境,市政道路雨污水排水系统的建设十分重要,排水系统的良好应用有效地维持城市环境的平衡,进而大部分城市开始建设或者改建市政排水系统。结合实际情况,分析市政道路雨污水排水系统设计,并对市政道路雨污水排水系统的管道排水设计、路基排水设计、路面排水设计等进行了详细阐述。 关键词:市政道路;雨污排水;管道系统;路基排水设计 引言 近年来,我国城市化进程稳步推进,城市规模及人口数量不断增加,给城市各项基础设施建设提出更高要求,其中市政道路排水工程是及时排出雨水,保持道路通畅的关键设施。应结合以往经验以及城市道路实际,做好市政道路排水工程设计,把握工程施工要点,保证施工质量,以满足城市道路的排水要求,营造良好的城市交通环境。 1市政道路雨污水排水系统设计分类分析 1.1明沟系统 明沟系统是市政道路雨污水排水系统设计当中十分常见的一种分类,其主要设置与道路的出口、人行横道等位置,通过涵管、盖板等设备的功能,结合明沟来实现排水。在现代的技术水平上来说,明沟系统又被分为横向明沟、纵向明沟两个种类。此两明沟系统均是具备了独特的功能特点,可以应对不同的实际情况来使用,但无论是哪种明沟系统,明沟的设计都应当保持梯形,底部的高度至少要保持在30cm以上,而如果需要对明沟边坡进行铺砌时,其设计比例应当为1∶0.75-1∶1区间。明沟系统主要包括了干管、检查井、雨水口、街沟、连接管等,在实际使用时道路表面的雨污水会首先通过纵向或横向明沟流入街沟之内,进而通过结构将雨污水引入道路的雨水口,最终通过雨水口雨污水将通过连接管、干管的引流被排入湖泊当中。 1.2暗管系统 暗管系统与明沟系统的应用方式基本相同,但区别在于明沟系统较为适用于空间相对疏松的区域。而暗管系统则适用于空间密集的区域;暗管系统主要通过管道代替街沟,并埋设于地下,只留有稍低于地面水平面的管口来接收雨污水。暗管系统的应用具有较强的隐蔽性,整体大部分的结构都掩埋在地下,因此不容易侵占空间,但是为了保障其接受雨污水的效果,其外留的管口较多,在施工难度上要稍高于明沟系统。 2现代市政道路雨污水排水系统制度分析 2.1分流制排水制度 分流制排水制度是一项较为先进的排水制度,其主要是通过不同的排水系统将雨水与污水分开排放。这种方式在实际的应用当中,主要可以通过两种方法实现,第一将雨水、污水的排水管道按照实际情况分开设置,以此实现雨水、污水分开排放;第二则是只设置污水管道,进而使雨水、污水都进入污水管道后,在之后的蓄水池接收雨污水体,最终通过相关技术将雨污水区分,再将有利用价值的雨污水回收利用,而不可利用的则进行分开排放。分流制排水制度的优点在于可以增加水资源的回收利用,但因为工艺步骤的复杂,其施工成本会相对较高。 2.2合流制排水制度 合流制排水制度是一项十分传统的排水方式,其实际上与上述第二种分流排水制度方法类似,即是通过单一的管道来接受雨污水,但不同的地方在于,雨污水进入管道之后并不会通过蓄水池进行接受,而是直接排放于天然的水体当中,此排水方式施工步骤简便,成本也相对较低,但是因为现代社会的发展导致雨污水的污染程度严重,其直接将雨污水排入天然水体可能会造成重大的影响,所以综合来说合流制排水制度的弊大于利。 3市政道路雨污水排水的优化设计分析 3.1市政道路排水管规模计算 市政道路排水管规模计算,应根据自然地形的分水线正确地勾画出道路排水服务面积和人口,结合相关城市规划和道路最小纵坡,从而准确地计算出该道路排水所需要的管径及规模,这里需重点注意,道路沿线是否有转输过来的排水,如有转输排水,需相应增加转输流量,道路雨水重现期取值可根据道路所在城市规模和区域位置来取2~10a不等的重现期。道路综合径流系数根据道路服务范围规划用地情况各用地指标及所占面积比重按照内插法综合计算。排水管道纵坡设计一般情况下同道路纵坡,最小坡度一般≥3‰,最大设计流速 ≤5m/s,但在云南、贵州、四川、重庆等地势落差较大的城市道路,道路纵坡普遍较大最大可能>10%,管道坡度按照道路坡度设计流速将不符合给排水规范要求,如果全部采用减少坡度跌水处理,则不利于道路地下空间综合管线横穿施工,随着新型复合管材出现并使用,管材各方面的性能均得到较大提高,根据GB 50014—2006《室外排水设计规范》(2016版)中说明,在污水计算流速达到最大设计流速3倍或以上的情况下,部分钢筋混凝土管和HDPE管等非金属管道仍可正常工作。根据塑料管道试验结果,分别采用含7%和14%石英砂、流速为7.0m/s的水对聚乙烯管和钢管进行试验对比,结果显示,聚乙烯管的耐磨性优于钢管。根据以上情况,规定通过试验验证,可适当提高非金属管道的最大设计流速。 3.2路面的排水设计 市政道路排水包括市政道路表面排水与路面内部的排水,前者在设计时要注意设计的方案能快速地实现处理路面积水的效果,防止路面的积水严重影响车辆的行驶。后者要注重路基地下水的疏通,尽量避免路面的水进入路基对其冲刷造成地下空洞地面塌陷,路面塌陷情况近几年各地出现比较多,应引起重视。市政道路排水中要足够重视以下两方面的设计:合理布局排水管线及雨水口,既要考虑道路两侧地块排水的收集方便合理又要考虑道路本身的收水要求。道路两侧地块一般是通过排水管预留支管进行收集,道路实行单侧或双侧布管取决于道路宽度和两侧地块排水需要,综合考虑布置,以达到经济合理的目的。在交叉口和低洼地方,应根据道路交叉口竖向设计来合理布

城市排水管道穿越障碍物的方法

城市排水管道穿越障碍物的方法 城市排水管道一般都是D400mn以上的重力流管道,根据规划及相关的标准、规范要求,市政管线建设一般遵循着小管让大管,有压让无压的原则进行设计与施工,这意味着排水管道施工时城市排水管道一般都是D400mn以上的重力流管道,根据规划及相关的标准、规范要求,市政管线建设一般遵循着“小管让大管,有压让无压” 的原则进行设计与施工,这意味着排水管道施工时,其它管线都应该对它进行避让。《室外排水设计规范》中除了对排水管穿越河涌进行倒虹设计有条款说明外,也没有就排水管穿越其它类型障碍物进行设计条款说明。并且排水管道在施工时对其它管线进行被动的避让也已成为一个不争的事实。这种情况的出现主要有以下原因,当前城市地下管线错综复杂,设计时难以周全考虑地下各管线标高、位置对排水管的影响与实施,导致设计标高与其它管线冲突;在排水管道改造工程中,由于产权归属不同部门,先施工的管线很难全部避让后施工的排水管道;现场条件无法满足其它管线对排水管道进行避让,或者需要更高的造价。所以对排水管道进行设计与施工时,就应主动地、周全地考虑各种避让措施,对相应的养护、清疏要求进行说明。 在我省城区排水改造工程中,排水管道穿越障碍物一般采用以下四种方法。 1 管井合用 管井合用就是将原有障碍物保留在检查井内,将检查井改建后使得井内有充足过水断面满足排水要求,同时井内空间必须满足养护、清疏要求。

例如,牡丹江市平安街排水改造工程施工时,开始认为平安桥的桥墩侵入到排水渠箱内缩小了过水断面,但根据这个思路经几次整改后效果均不理想。后来对排水系统及地形进行再次勘测,发现该排水系统中间一个检查井内有一条500mm勺自来水管穿过导致上游排水不畅,经常水淹过膝。通过对上游管道的水力条件及现场施工条件勘测后,决定保留该自来水管在检查井内,将圆形检查井改建成方形沉砂井,实施后效果明显,水浸街问题得到根治。 2分级跌水 分级跌水充分利用地面坡度,将相应勺排水井段进行跌水,通过调整排水管道勺流水坡度,使得排水管道有效勺避开障碍物。在绥芬河长江路改造工程设计时,考虑到该路段路面呈“V”字形,路面纵坡介于 1%?2%,水浸点、出水均位于最低点,所以排水管道(D600mm布置时,采用较大勺坡度及少量跌水井。施工前明开挖深管显示,排水管道设计水位标高与一条d150mm煤气管、一条d300mm自来水管及一条d500mm 自来水管正交,后设计调整为管道坡度均采用3%,通过加大跌水深度使管道从障碍物下面穿过,减少跌水深度使管道从障碍物上面通过,覆土不足部分采用C2 0混凝土包封处理,使得调整后勺排水管道有效地避开煤气、自来水管道。 3倒虹 倒虹就是局部降低排水管道使之从障碍物下面穿过,倒虹管两端设置检查井、沉砂井与原管连接,整个穿越障碍物的排水管呈“U”字形。根据雨水、污水管的设计、施工及养护条件不同,通用采用以下单管或多管形式进行倒虹处理。

给水排水管道系统教案

给水排水管道系统(Ⅱ)教案 主讲教师:韩洪军 本课程的主要内容 1. 概论:排水工程概念、内容、作用、排水体制、排水系统的布置形式等 2. 污水管道系统设计:污水管道的设计步骤及注意事项、设计举例 3. 雨水管道系统设计:雨水管道的设计步骤及注意事项、设计举例 4. 合流制管渠系统设计:合流制管道的使用条件、水力计算、改造途径等 5. 排水管渠要求及附属构筑物:排水管渠断面形式、接口、基础、附属构筑物等 第一部分概论 一、排水工程的发展历史 ——河南省淮阳的古城下,发掘出公元前2800年埋下的陶制排水管,比公元前2500年埃及发现的排水沟早300年 ——河北省易县出土了战国后期的圆形陶制排水管 ——陕西西安出土秦代五角形陶制排水渠,在皇宫内出现了明渠和暗渠相结合的排水系统 ——唐代长安建造了较为完整的雨水排水系统 ——在近代我国排水工程发展缓慢,建国前全国103个城市建有排水设施,管线总长6034.8km,全国只有上海、南京建有城市污水处理厂,日处理能力为4万吨。1921年上海北区污水厂,是我国最早的活性污泥法水厂。 二、排水工程的概念与内容 1. 排水工程的概念: 指为保护环境而建设的一整套用于收集、输送、处理和利用污水的工程设施2. 排水工程的内容: 一是污水的收集、输送部分——排水管网 二是污水的处理、利用部分——污水处理 三、排水工程的作用 1. 保护环境免受污染,使城市免受污水之害和洪水之灾 2. 促进工农业生产,保证城市可持续性发展 四、排水系统的体制 1. 污水的定义:在使用过程中受到了不同程度的污染,改变了原来的化学成分和物理性质的水,叫污水。 2.污水的概念与分类: 按来源分可分为:生活污水、工业废水和降水(降雨和降雪)。 3. 污水的最终出路有三:

城市排水(雨水)防涝综合规划编制大纲02359

城市排水(雨水)防涝综合规划编制大纲 第一部分规划编制大纲 一、规划背景与现状概况 (一)规划背景 1. 区位条件 2. 地形地貌 3. 地质水文 4. 经济社会概况 5. 上位规划概要 6. 相关专项规划概要 (二)城市排水防涝现状及问题分析 1. 城市排水防涝现状 2. 问题及成因分析 二、城市排水防涝能力与内涝风险评估 (一)降雨规律分析与下垫面解析 (二)城市现状排水系统能力评估 1. 排水系统总体评估 2. 现状排水能力评估 (三)内涝风险评估与区划

三、规划总论 (一)规划依据 (二)规划原则 (三)规划范围 (四)规划期限 (五)规划目标 (六)规划标准 1. 雨水径流控制标准 2. 雨水管渠、泵站及附属设施设计标准 3. 城市内涝防治标准 (七)系统方案 四、城市雨水径流控制与资源化利用 (一)径流量控制 (二)径流污染控制 (三)雨水资源化利用 五、城市排水(雨水)管网系统规划 (一)排水体制 (二)排水分区 (三)排水管渠 (四)排水泵站及其他附属设施 六、城市防涝系统规划

(一)平面与竖向控制 (二)城市内河水系综合治理(三)城市防涝设施布局 1. 城市涝水行泄通道 2. 城市雨水调蓄设施(四)与城市防洪设施的衔接 七、近期建设规划 八、管理规划 (一)体制机制 (二)信息化建设 (三)应急管理 九、保障措施 (一)建设用地 (二)资金筹措 (三)其他 十、附件 (一)近期建设任务与投资列表(二)规划附图要求

第二部分关于规划编制大纲的说明 一、规划背景与现状概况 (一)规划背景 1.区位条件 描述城市位置与区位情况。 2.地形地貌 描述城市地形地貌概况。 3.地质水文 描述城市气候、降雨、土壤和地质等基本情况。 4.经济社会概况 描述城市人口、经济社会情况等。 5.上位规划概要 (1)城市性质、职能、结构、规模等内容。 (2)城市发展战略和用地布局等内容。 (3)城市总体规划中与城市排水防涝相关的绿地系统规划、城市排水工程规划、城市防洪规划等内容。 6.相关专项规划概要 重点分析城市防洪规划、城市竖向规划、城市绿地系统专项规划、城市道路(交通)系统规划、城市水系规划等与城市排水与内涝防治密切相关的专项规划的内容。 (二)城市排水防涝现状及问题分析

城市排水管道损坏与修复

城市排水管道损坏与修复 近年来, 随着北京经济的发展, 城市建设的规模越来越大, 然而由于种种原因, 北京的雨、污水管线存在着不同程度的损坏现象, 从而给城市排水、地面交通与通讯带来后患, 严重影响城市的环境与市容。每年北京市用于管道抢修的费用高达上千万之多,面对这一状况, 如何加以控制, 并在技术上、经济上选择更合适的修复方案, 已引起人们的关注。经验表明要解决该问题单靠一般的养护维修手段难以奏效, 往往顾此失彼, 甚至恶性循环, 因此需要展开损坏防治技术的系统研究。本文以北京市排水管道损坏的特点为例, 通过对中心城区的市政排水管道的损坏调查, 研究分析了其损坏机理, 介绍了管道修复的各种施工方法,并提出进行方案优选的方法[3] 。 一、损坏类型及区域分布统计在被调查的北京市城六区范围内, 2013 年全年发生的下水道损坏有101 处之多, 每处损坏的长度、范围、程度各不相同, 有的地区多达几十处, 路面坍塌直径达10m 以上, 深度达 2 m 以上, 由于形成的渗漏不易察觉, 大部分坍塌带有突然性, 不仅造成管道排水受阻, 而且严重影响了地面交通、周围环境和地下管线安全。各区下水道损坏的情况, 按损坏地点、造成原因统计如下: 二、管道损坏的机理分析 由统计结果可看出, 东、西城区发生数量最多,占到43%,海

淀区占26%,朝阳区、丰台区各占14%,石景山发生数量最少,只有4%,可见越是靠近中心城区发生坍塌事件数量越多。 按照损坏原因分析, 管线老化腐蚀造成路面下沉与塌陷是主要的, 占总事件数量的78%,并且大部分发生在老旧城区;其次重车碾压造成路面塌陷的占8%;地铁其他管线施工破坏造成的占6%;违章穿越检查井的占5%;最少的属于私接破坏管线造成路面塌陷的占4%。 1、管线老化腐蚀造成路面塌陷:北京某公司负责运营的排水管线约4700 多公里,其中超出50年老旧管线的有483公里,约占10%;使用年限在30 年~50 年的排水管线有318 公里,约占7%。这部分管道修建于不同的历史时期,有明清时代及解放前修建的旧砖沟,也有解放后由原来明排臭水沟改造而成的雨、污水合流沟,还有五、六十年代修建的合流管道。这些管道设计标准低、已使用年限较长,并存在私接乱接、管线占压问题,造成管网结构变形、损坏严重,塌帮断盖问题较多,容易造成断管塌陷等事故。 污水管线内有毒有害气体主要包括一氧化碳、硫化氢、甲烷等,其中硫化氢是排水管道受腐蚀的主要原因。由于生活污水中含有大量的有机物质,这些有机物在污水输送的过程中,会受到厌氧细菌的作用,出现腐化现象而发出臭味。硫化氢气体从污水中逸出,溶解于污水管道内表面水位上方的冷凝水中,在微生物作用下,硫化氢被氧化生成硫酸,与混凝土的主要成分进行化学反应,使得混凝土管道表面形成豆腐渣一样的水石膏层等物质。伴随着这种

建筑雨水排水系统工程设计案例分析

给水排水 V ol.34 No.1 2008 79 建筑雨水排水系统工程设计案例分析 郭 飞 方玉妹 (江苏省建筑设计研究院有限公司,南京 210029) 摘要 结合某商业步行街、体育中心、南京奥体中心等工程实例,阐述了雨水排水系统设计中常遇到的诸如雨水倒灌室内、屋面雨水泛水、屋面虹吸雨水排水系统大雨时出口井翻水等问题,并介绍了解决问题的方法。 关键词 雨水排水系统 明沟 地面找坡 虹吸雨水排水系统 翻水0 前言 前段时间,中国南方地区普降大雨,主要表现在短时间内雨量集中,降雨强度达到140m m/h,给城市居民造成了较大的损失,很多地方出现人员伤亡,居民财产损失更是难以估量。南京地区多个小区被淹,影响非常大。在市政设施越来越完备的今天,为何一场大暴雨会造成如此大的损失。笔者认为主要原因是:城市硬地越来越多,透水性地面越来越少,土地的储水、保水功能逐步丧失;再加上许多河道被填埋,大自然自身的调节能力也在减弱,这样市政排水就陷入了一种怪圈,下雨时把土壤非常需要的雨 水通过管道收集排放至江河,雨停了还要用自来水 灌溉、浇洒地面,严重违反自然规律。诚然如此,还有一部分原因是因为我们在雨水系统的设计中考虑不周全,造成建筑被淹或屋面漏水。 笔者在工程回访及帮甲方处理问题中,碰见最多的问题是雨水系统,而且造成的影响较大,如店铺、仓库甚至配电房被淹。若这些问题在设计中能考虑周全,并不难处理,但若在建筑已交付后才发现问题,由于各种条件的限制,很难处理好。所以我们在雨水排水系统的设计中,一定要详细计算,精心设计,否则轻则造成建筑漏水、淹水,重则危害屋面结表3 节水与水资源利用增量成本统计 节水与水资源技术措施增量成本/元/m 2建筑面积 中水回用及雨水收集9.08景观水体及水质保障 1.06合计 10.14增量总投资/万元 376.5 0.82元/m 3,当地水价为2.66元/m 3,每年可以节省自来水费36.2万元。不考虑通货膨胀及机会成本等因素,静态投资回收期为10.4a 。 因此,本项目的节水与水资源利用设计在经济上是可行的。3 结论 (1)小区排水采用雨污分流,污水排放采用优质杂排水和粪便污水分流。小区收集优质杂排水和雨水作为非传统水源,经过处理达标后回用于小区内人工湖蒸发损失、人工湖渗漏损失、洗车及道路绿 化浇洒用水。中水处理采用/毛发聚集器+接触氧化池+人工湿地+紫外线消毒0的处理工艺。雨水将渗透、收集和处理结合起来同步进行,实行分散式控制,采用/道路浅草沟+雨水篦子+沉砂检查井0的收集处理工艺后,就近排入人工湖。 (2)小区内住宅建筑和公共建筑100%采用节水器具与设备,直接节水率为23%,中水回用率为37%,非传统水源利用率达37.2%。 (3)采用节水与水资源利用设计后,项目增加总投资376.5万元,年节省自来水36.2万元,静态投资回收期为10.4a 。 x 通讯处:100044北京市西城区车公庄大街19号 电话:(010)68302802E O mail:shiqianjin@163.co m 收稿日期:2007-07-03

GIS的城市排水管网设施管理系统

GIS的城市排水管网设施管理系统 【摘要】以GIS为技术支持,结合排水管网设施管理的实际需求建立了排水管网设施管理系统。借助ArcGIS平台,充分发挥了GIS 在可视化,查询定位及空间数据管理等方面的优势,实现了普查数据的入库以及设施数据管理功能。并在此基础上构建了排水管网网络模型,借助模型实现了管网流向、连通性、污染源追踪、污染影响范围等网络分析功能。 【关键词】排水管网;地理信息系统;管网分析 前言 近年来,极端天气引起的暴雨多次见诸报道,极大的损害了人民群众财产和人身安全。随着国内经济的腾飞,在极丰富人们的物质生活的同时,也提高了大家对城市排水系统的要求。排水管网是市政设施的重要组成部分,肩负着城市内涝排水的重任,建立基于GIS 的排水管网设施管理系统有助于提高主管部门对排水设施的管理能力,实现了数字化排水设施管理的需求。GIS技术已经成功在城市的多个业务管理部门进行应用,借助GIS,主管部门可以方便快捷地查询定位设施位置分布情况,轻松实现日益复杂的排水管网设施各种档案资料的管理。摸底现有城市排水管网设施,对防汛排涝应急指挥、排水管网改造、雨污管道分流改造、暴雨积水分析等工作有重要的指导意义。

1系统构建及其功能 排水管网设施管理按实体形状主要分为线状和点状设施,其中线状设施包括:排水管道、倒虹吸管道以及河道;点状设施包括:检查井、雨水篦子、排水阀门、提升泵站、闸门井、窨井、排水户等。 排水管道按管径可以分成小型管(小于600mm)、中型管(600-1000)、大型管(1000-1500)及特大型管(大于1500);按排水性质可以分为雨水、污水及雨污合流管道。 系统功能: 数据入库:排水管网设施数据来源比较广泛,目前主流方法是对地下管线进行全面数据普查,优势在于可以科学准确对管网数据进行摸底,为后续业务应用、管网建模提供了可靠的数据质量保证,缺点在于普查工作资金投入比较大,相比较而言,投入和产出比还是非常高,值得主管部门进行投入。 普查数据原则上是不能直接进入系统数据成果图的,原因有2个: 1)数据格式不一致,普查数据格式由普查公司定义,一般是微软提供的mdb数据。 2)数据质量难以达标,数据成图前需要进行业务属性检查,成图后需要进行空间拓扑检查,方可保证达到管网建模的最低要求。 普查数据入库流程如图1-1所示 在线编辑:支持多用户同时在线编辑排水管网设施数据,同时提供了丰富的管网设施编辑工具:精确要素捕捉、撤销及回退、连

城市排水管网安全运行措施

编号:SM-ZD-21255 城市排水管网安全运行措 施 Through the process agreement to achieve a unified action policy for different people, so as to coordinate action, reduce blindness, and make the work orderly. 编制:____________________ 审核:____________________ 批准:____________________ 本文档下载后可任意修改

城市排水管网安全运行措施 简介:该方案资料适用于公司或组织通过合理化地制定计划,达成上下级或不同的人员之间形成统一的行动方针,明确执行目标,工作内容,执行方式,执行进度,从而使整体计划目标统一,行动协调,过程有条不紊。文档可直接下载或修改,使用时请详细阅读内容。 摘要:排水设施是城市水污染防治与防洪排涝的基础设施,排水管网是其重要组成部分,“一丈不通,万丈无功”,因此加强其管理与养护,确保其安全运行,是城市安全,经济发展、居家安乐的保障。 关键词:管网重要性;目前通病;安全运行措施 abstract: the drainage facility is the infrastructure for drainage of urban water pollution control and flood control, drainage network is an important part of the infrastructure, therefore, strengthening the management and conservation, to ensure its safe operation is the protection of urban safety, economic development, and peace at home.key words: pipe network importance; currently a common problem; safe operation of the measures

2020年室外排水管道安装施工工艺

2020 年室外排水管道安装施工工艺

1. 适用范围 本工艺标准适用于民用建筑群( 住宅小区) 及厂区的室外排水管网的硬质聚氯乙烯(UPVC)和排水铸铁管安装工程。 2. 施工准备 2.1 原材料、半成品的检验及验收: 2.1 材料要求: 2.1管材为硬质聚氯乙烯(UPVC)。所用粘接剂应是同一厂家配套产品,并有产品合格证及说明 书。 2.1UPVC管材内外表层应光滑,无气泡、裂纹,管壁薄厚均匀,色泽一致。直管段挠度不大于l%。管件造型应规矩、光滑,无毛刺。承口应有梢度,并与插口配套。 2.13铸铁排水管及管件规格品种应符合设计要求。灰口铸铁的管壁薄厚均匀,内外光滑整洁,无 浮砂、包砂、粘砂,更不允许有砂眼、裂纹、飞刺和疙瘩。承插口的内外径及管件造型规矩,法兰 接口平正光洁严密。 2.14青麻、油麻要整齐,不允许有腐朽现象。沥青漆、防锈漆、调和漆和银粉必须有出厂合格证。 2.15水泥一般采用325 号水泥,必须有出厂合格证或复试证明。 2.16其它材料:UPVC粘接剂、钢丝网(水泥管钢丝网抹带)、螺栓、螺母、肥皂、汽油、机油、 胶皮布、电气焊条、铅丝等。 2.2 主要工机具 2.1机具:砂轮机、手锯、铣口器、钢刮板、活扳手、手锤、水平尺、毛刷、棉布、线坠等。 2.工具:手锤、大锤、手锯、断管器、錾子、捻凿、麻钎、压力案、台虎钳、管锥、倒链、小 车等。 2.3其它:水平尺、钢卷尺、小线等。 2.3 作业条件:

2.31安装相关的设计图纸齐全,并均经过设计交底和图纸会审,相关的施工方案已编制完毕。 2.3技术人员已向施工班组进行了技术交底。 2.3管沟平直,管沟深度、宽度符合要求。 2.34管沟沟底夯实,沟内无障碍物。且应有防塌方措施。 2.35管沟两侧不得堆放施工材料和其它物品。 2.4 作业人员 技术员、施工员、材料员、质检员、管工(水暖工)、电工、起重工、测量工。 3. 操作工艺 3.1 工艺流程 安装准备材料检查定位放线土方开挖 管基施工下管安装标高竣测井位施工 闭水试验土方回填交工验收 3.2 根据施工图检查管沟坐标、深度、平直程度、沟底管基密实度是否符合要求。 3.3 管道承口内部及插口外部飞刺、铸砂等应预先铲掉,沥青漆用喷灯或气焊烤掉,再用钢丝刷除去污物。 3.4 把铸铁管运到管沟沿线沟边,承口朝向来水方向。 3.5 根据铸铁管长度,确定管段工作坑位置,铺管前把工作坑挖好。工作坑尺寸见表 1 表1 工作坑尺寸表 工作坑尺寸(m) 管径(mm) 宽度(m) 长度(m) 承口前承口后 深度(m) 75~250 管径+0.6 0.6 0.2 0.3 250以上管径+1.2 1.0 0.3 0.4

城市雨水排水计算说明书

目录 1.设计任务 (2) 2.排水管网规划概述 (2) 2.1 地区概述 (2) 2.2 水文资料 (2) 2.3 工程地质概述 (2) 2.4 污水管道设计概述 (3) 2.5 雨水管道设计概述 (3) 2.6 设计参数及注意事项 (4) 3.污水管道的设计 (4) 3.1 污水管道布置 (4) 3.2 街区编号及其面积 (5) 3.3 划分设计管段 (5) 3.4 污水设计流量计算 (5) 3. 4 .1设计污水量定额 (5) 3.4.2 污水量的变化 (5) 3.4.3污水设计流量计算 (6) 3.5 管段设计流量计算 (7) 3.5.1设计管段的划分 (7) 3.5.2管段设计流量的确定 (8) 3.6 污水管道设计参数 (11) 3.6.1 设计充满度 (11)

3.6.2 最小管径 (11) 3.6.3 最小设计坡度 (11) 3.6.4 污水管道埋设深度 (12) 3.6.5 污水管道的衔接 (12) 3.7计算步骤 (13) 3.7.1 各管段的水力计算 (13) 3.7.2 设计坡度和设计充满度 (14) 3.8 管道水力计算注意事项: (15) 3.9绘制管道平面图和纵剖面图 (18) 4.雨水管道的设计 (18) 4.1 划分流域和管道定线 (18) 4.2划分设计管段 (19) 4.3划分并计算汇水面积 (19) 4.4确定平均径流系数 (19) 4.5确定设计参数 (19) 4.6求单位面积径流量 q (21) 4.7求设计流量Q (21) 4.8 管渠材料的选择 (21) 4.9 雨水管渠设计参数 (21) 4.10 雨水干管水力计算及说明 (22) 4.11绘制雨水管道平面图和纵剖面图 (23)

城市排水管道系统设计计算方法

城市排水管道系统设计计算 在市政建设和环境治理工程建设中,雨水和污水管道系统常占有较大的投资比例。因此如何在满足规定的各种技术条件下,合理设计城市排水管道系统是设计中的一个重要课题。从已定管线下的优化设计、管线的平面优化布置和雨水径流模型的研究3方面论述了排水 管道系统设计计算发展中出现的方法及需要解决的问题。从中可以看出,今后仍需投入大量精力来研究和完善其设计计算方法。 排水系统是现代化城市不可缺少的重要基础设施,也是城市水污染防治和城市排渍防涝、防洪的骨干工程。其中,生活住宅区和工矿企业的雨水和污水管道系统投资一般占整个排水系统的投资7 0 %左右。因此,设计时如何在满足规定的各种技术条件下,尽量降低管道系统的基建费用是设计工作中的一个重要课题。 传统排水管道系统的设计计算方法是:设计人员在掌握了较为完 整可靠的设计基础资料后,按照管道定线和平面布置的原则,确定出一种较为合理的污水管道平面布置图。然后计算出各设计管段的设计流量,以水力计算图或水力计算表及有关的设计规定作为控制条件,从上游到下游依次进行各设计管段的水力计算,求出各管段的管径、坡度以及在检查井处的管底标高和埋设深度。计算中,一般只是凭经验对管段的管径和坡度等进行适当的调整,以求达到经济合理的目的,但其合理程度受到设计人员个人能力的限制;另一方面,大多数计算采用反复查阅图和表的方法进行,工作效率低,时间长,不利于设计方案的优化。 自20世纪60年代开始,国际上在经验总结和数理分析的基础

上,逐步建立起了各种给水排水工程系统或过程的数学模型,从而发展到了以定量和半定量为标志的给水排水工程合理设计和管理”的 阶段。与此同时,对于各种类型的给水排水系统,开展了最优化的研究和实践。为了探求排水管道系统的最优设计计算方法,国内外许多科研、设计、教学单位和个人进行了不少的工作,发表了大量的文章。从研究成果来看,应用计算机进行排水管道的设计计算,不仅把设计人员从查阅图表的繁重劳动中解脱出来,加快了设计进度,而且整个排水管道系统得到了优化,提高了设计质量。所确定的最优方案与传统方法相比,可降低10 %以上的工程造价。 排水管道系统是一个庞大而复杂的系统,从已有的研究成果来看,其设计计算主要涉及到 3方面的内容:(1)在管线平面布置已定情况下进行管段管径0埋深的优化设计;(2)管线平面布置的优化选择;(3)雨水径流模型的建立。合流制排水管道系统通常具备溢流设施,用以限制输送至当地污水处理厂的水量。由于溢流出来的雨水也就近排入河道,因此从水量角度而言,合流制排水系统对于排水区域的影响与分流制雨水系统实际上是相同的。 已定管线下的管道系统优化设计 对于在管线平面布置已定情况下进行管段管径 -埋深的优化设计问题,国内外做了大量开拓性工作,取得了丰硕成果。最优化方法一般分为两种:间接优化法和直接优化法。间接优化法也称解析最优化,它是在建立最优化数学模型的基础上,通过最优化计算求出最优解;而直接最优化方法是根据性能指标的变化,通过直接对各种方案或可调参数的

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