排水管网排布优化方法和终端设备技术

本发明专利技术适用于管网排布优化技术领域，提供了一种排水管网排布优化方法和终端设备，所述方法包括，根据预设的最大设计充满度、设置的水面与排水管中心夹角的最小值、排水管的流量值和排水管的管径值确定排水管的坡度范围，进而确定排水管的水流速度的范围；再调整所述水面与排水管中心夹角，直至确定的排水管的水流速度满足预设水流速度约束条件，与所述水面与排水管中心夹角范围对应的坡度范围即为排水管网排布优化的坡度取值范围。上述排水管网排布优化方法通过对管道在排布优化设计过程中可取管径范围的探讨，缩小了排布优化过程中的搜索范围，极大地减少了排水管网排布优化过程中的计算量。

Optimization method and terminal equipment for drainage pipe network arrangement

The invention is applicable to the technical field of network layout optimization, provides a drainage pipe network layout optimization method and terminal device, the method includes full degree, water and drainage pipes arranged in the center angle is minimum, the drainage pipe and drain pipe diameter flow value according to the preset value to determine the maximum design drainage slope the scope, then determine the scope of flow velocity in pipe; and then adjust the center angle and the water drainage pipe, the drainage pipe flow velocity to determine the flow velocity meets the preset constraint condition, and the angle range of the heart surface and the drainage pipe in the corresponding range is the range of slope slope drainage arrangement optimization. The above mentioned drainage network layout optimization method is based on the discussion of the pipe diameter range in pipe layout optimization design, which reduces the search range in the layout optimization process, and greatly reduces the amount of calculation in the optimization process of drainage network layout.

【技术实现步骤摘要】
排水管网排布优化方法和终端设备
本专利技术属于管网排布优化
，尤其涉及一种排水管网排布优化方法和终端设备。
技术介绍
随着我国城市化进程的不断加快，作为城市基础设施的排水管网也显得尤为重要。在排水管的流量确定以后，排水管的管径与坡度具有多种满足条件的组合方式，对于不同管径值和坡度值的选取直接影响管材费用和施工费用。因此，排水管网排布优化设计方法合理与否直接影响排水管网的造价和后期维护费用。专利技术人在实现本专利技术的过程中，发现现有的排水管网排布优化方法，如线性规划法、非线性规划法和动态规划法，具有如下缺陷：(1)需要将所有的目标函数和约束条件严格线性化，无法完全排除不可行方案；(2)计算时间较长，且易陷入局部最优解；(3)参数设置复杂，计算量较大。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术实施例提供了一种排水管网排布优化方法和终端设备，以解决现有技术中排水管网排布优化过程中的计算量较大，计算时间较长的问题。本专利技术实施例的第一方面提供了一种排水管网排布优化方法，包括：根据预设最大设计充满度得到水面与排水管中心夹角的最大值，并设置水面与排水管中心夹角的最小值，以得到水面与排水管中心夹角的范围；根据排水管的流量值、排水管的管径值和水面与排水管中心夹角的范围确定排水管的坡度范围；根据排水管网的管径值、水面与排水管中心夹角的范围和排水管的坡度范围确定排水管的水流速度的范围；在所述水流速度的范围满足预设水流速度约束条件时，所述排水管的坡度范围即为所述排水管网设计的坡度范围；在所述水流速度的范围不满足所述预设水流速度约束条件时，调整所述水面与排水管中心夹角，直至确定出的排水管的水流速度满足所述预设水流速度约束条件，将调整后的排水管坡度的范围作为排水管网设计的坡度范围。可选的，所述根据预设最大设计充满度得到水面与排水管中心夹角的最大值的过程为：根据公式：得到水面与排水管中心夹角的最大值；其中，h表示水面高度，D表示管径，θ表示水面和管中心夹角。可选的，所述根据预设最大设计充满度得到水面与排水管中心夹角的最大值的过程，还包括，根据所述充满度对水面与排水管中心夹角的导数公式：得到充满度为水面与排水管中心夹角的单调增长函数，根据预设最大设计充满度得到水面与管中心夹角的最大值。可选的，所述根据排水管的流量值、排水管的管径值和水面与排水管中心夹角的范围确定排水管的坡度范围的过程为：根据公式：得到排水管的坡度公式：其中，Q表示排水管的流量值，i表示排水管的坡度，n表示管壁粗糙系数。可选的，所述根据排水管的流量值、排水管的管径值和水面与排水管中心夹角的范围确定排水管的坡度范围的过程，还包括，排水管的坡度为水面与排水管中心夹角的单调下降函数，根据所述水面与排水管中心夹角的最大值和最小值得到所述排水管网坡度的最小值和最大值。可选的，所述根据排水管网的管径值、水面与排水管中心夹角的范围和排水管的坡度范围确定排水管的水流速度范围的过程为：将排水管的坡度公式(4)中的代替排水管的水流速度公式中的得到排水管的水流速度与排水管的流量、排水管的管径、水面与排水管中心夹角之间的关系式为：可选的，所述根据排水管网的管径值、水面与排水管中心夹角的范围和排水管的坡度范围确定排水管的水流速度范围的过程，还包括，排水管网的水流速度为水面与排水管中心夹角的单调下降函数，根据所述水面与排水管中心夹角的最大值和最小值得到所述排水管的水流速度的最小值和最大值。可选的，在获得所述排水管网设计的坡度范围之后，还包括，根据所述坡度流量关系获得不同管径允许通过的最小流量和最大流量。本专利技术实施例的第二方面提供了一种排水管网排布优化终端设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述任一项所排水管网排布优化方法的步骤。本专利技术实施例的第三方面提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任一项所述排水管网排布优化方法的步骤。本专利技术实施例与现有技术相比存在的有益效果是：本专利技术实施例，通过预设最大设计充满度、设置的水面与排水管中心夹角的最小值、排水管的流量值和排水管的管径值确定排水管的坡度范围，进而确定排水管的水流速度范围；再调整所述水面与排水管中心夹角，直至确定的排水管的水流速度满足所述预设水流速度约束条件，与所述夹角范围对应的坡度范围即为排水管网排布优化的坡度取值范围。通过对管道在排布优化设计过程中可取管径范围的探讨，从而缩小了排布优化过程中的搜索范围，以减小排水管网排布优化过程中的计算复杂度。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术实施例提供的排水管网排布优化方法的实现流程示意图；图2是本专利技术实施例提供的排水管网排布优化方法的另一个实现流程示意图；图3是管径从0.3至2.0同时流量为0至5000升/秒流量范围内的最小坡度示意图；图4是管径为0.30、0.35、0.40同时流量为0至100升/秒范围内的最小坡度示意图；图5是本专利技术实施例提供的排水管网排布优化终端设备的示意图。具体实施方式以下结合附图，对本专利技术作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。为了说明本专利技术所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。实施例一图1示出了排水管网排布优化方法的一个实施例的流程示意图，详述如下：步骤S101，根据预设最大设计充满度得到水面与排水管中心夹角的最大值，并设置水面与排水管中心夹角的最小值，以得到水面与排水管中心夹角的范围。可选的，根据预设最大设计充满度得到水面与排水管中心夹角的最大值的过程为：根据公式：得到水面与排水管中心夹角的最大值；其中，h表示水面高度，D表示管径，θ表示水面和管中心夹角。可选的，根据预设最大设计充满度得到水面与排水管中心夹角的最大值的过程，还包括，根据所述充满度对水面与排水管中心夹角的导数公式：得到充满度为水面与排水管中心夹角的单调增长函数，根据预设最大设计充满度得到水面与排水管中心夹角的最大值。其中，为避免管道发生堵塞，不同管径值都会预设一个最大设计充满度，进而根据最大设计充满度确定水面与排水管中心夹角的最大值。通过设置一个很小值作为水面与管中心夹角最小值，使得排水管的坡度值和水流速度值很大，使得水流速度的最大值超过预设水流速度约束条件中的最大值。经过计算，在不同管径下，最大的水面与排水管中心的夹角范围为3.34弧度至4.19弧度。步骤S102，根据排水管的流量值、排水管的管径值和水面与排水管中心夹角的范围确定排水管的坡度范围。可选的，所述根据排水管的流量值、排水管的管径值和水面与排水管中心夹角的范围确定排水管的坡度范围的过程为：根据公式：得到排水管的坡度公式：其中，Q表示排水管的流量值，i表示排水管的坡度，n表示管壁粗糙系数。可选的，所述根据排水管的流量值、排水管的管径值和水面与排水管中心夹角的范围确定排水管的坡度范围的过程，还包括，排水管的坡度为水面与排水本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种排水管网排布优化方法，其特征在于，包括，根据预设最大设计充满度得到水面与排水管中心夹角的最大值，并设置水面与排水管中心夹角的最小值，以得到水面与排水管中心夹角的范围；根据排水管的流量值、排水管的管径值和水面与排水管中心夹角的范围确定排水管的坡度范围；根据排水管网的管径值、水面与排水管中心夹角的范围和排水管的坡度范围确定排水管的水流速度的范围；在所述水流速度的范围满足预设水流速度约束条件时，所述排水管的坡度范围即为所述排水管网设计的坡度范围；在所述水流速度的范围不满足所述预设水流速度约束条件时，调整所述水面与排水管中心夹角，直至确定出的排水管的水流速度满足所述预设水流速度约束条件，将调整后的排水管坡度的范围作为排水管网设计的坡度范围。

【技术特征摘要】
1.一种排水管网排布优化方法，其特征在于，包括，根据预设最大设计充满度得到水面与排水管中心夹角的最大值，并设置水面与排水管中心夹角的最小值，以得到水面与排水管中心夹角的范围；根据排水管的流量值、排水管的管径值和水面与排水管中心夹角的范围确定排水管的坡度范围；根据排水管网的管径值、水面与排水管中心夹角的范围和排水管的坡度范围确定排水管的水流速度的范围；在所述水流速度的范围满足预设水流速度约束条件时，所述排水管的坡度范围即为所述排水管网设计的坡度范围；在所述水流速度的范围不满足所述预设水流速度约束条件时，调整所述水面与排水管中心夹角，直至确定出的排水管的水流速度满足所述预设水流速度约束条件，将调整后的排水管坡度的范围作为排水管网设计的坡度范围。2.如权利要求1所述的排水管网排布优化方法，其特征在于，所述根据预设最大设计充满度得到水面与排水管中心夹角的最大值的过程为：根据公式：得到水面与排水管中心夹角的最大值；其中，h表示水面高度，D表示管径，θ表示水面与排水管中心夹角。3.如权利要求2所述的排水管网排布优化方法，其特征在于，所述根据预设最大设计充满度得到水面与排水管中心夹角的最大值的过程，还包括，根据所述充满度对水面与排水管中心夹角的导数公式：得到充满度为水面与排水管中心夹角的单调增长函数，根据预设最大设计充满度得到水面与排水管中心夹角的最大值。4.如权利要求2所述的排水管网排布优化方法，其特征在于，所述根据排水管的流量值、排水管的管径值和水面与排水管中心夹角的范围确定排水管的坡度范围的过程为：根据公式：得到排水管的坡度公式：其中，Q表示排水管的流量值，i表示排水管的设计坡度，n表示管壁粗糙系数。5....

【专利技术属性】
技术研发人员：郝桂珍，王利民，甄玉飞，徐利，
申请(专利权)人：河北建筑工程学院，
类型：发明
国别省市：河北,13