水力学在排水管道设计计算中的应用

环境工程专业培养方案中,基础课和专业基础课学科范围广、课程门数多,受教学学时限制,学生很难做到基础课与专业课融会贯通,学习难度大,因此,基础课-专业课融合教学,对提升学生专业能力具有重要意义。排水管道设计计算是《给排水管道工程》课程中重要的学习内容,在现有的主流教材中,主要介绍了水力学算图法,不满足实际工程需要,也不利于学生对排水管设计计算原理的理解。本文从排水管道水力学基本公式,在水流断面分析的基础上,剖析参数之间的关系,推导出可用于Excel软件计算的数学公式,并举例说明了简洁的计算路径。同时,通过Excel计算,获得了流速、流量-充满度关系图,有助于认识雨水管道运行特征。本文中水力学基本理论在排水管道设计计算中的应用,在基础课和专业课之间架起了桥梁,不仅有利于降低专业学习难度,还有利于提高学生的排水管道设计计算能力,同时有利于夯实学生的水力学基本理论基础,增强学生的专业创新能力。

城市地下排水管道中燃气爆炸及气-液两相耦合作用规律

为研究城市地下排水管道中燃气爆炸传播特性和气-液两相耦合作用规律,基于气-液两相流理论和计算流体力学方法,对不同水深率下的天然气/空气混合物的爆炸-加速-衰减过程进行了数值模拟。研究结果表明:当水深率小于0.7时,随着水深率的增加,气相空间的长径比增大,燃料燃烧加剧,火焰的加速现象逐渐显著,导致峰值超压逐渐增大,超压峰值显现时间逐渐缩短,且峰值超压沿轴向的提升效果更加显著;当水深率达到0.7时,火焰在管道内的传播明显受阻,水震荡产生的波动及细水柱迅速占据了有限的气相空间,阻断了火焰的自维持传播,使得爆炸超压仅在点火源附近显现。不同水深率条件下,管道中相同区域内,同一时刻水面被扬起的高度和气相区域的速度场不同,被卷扬起的低温液体对其相邻区域的高温火焰形成降温和阻断,之后由于气体的宏观流动,与液面相邻的低温气体流动至管道内高温区域,进而造成管道内火焰温度降低,同时,水的震荡和细水柱的飞扬大大降低了爆炸超压风险。

基于改进YOLOv8的城市排水管道缺陷检测算法研究

排水管道系统在城市管理中起着关键作用,为了实现排水管道缺陷的自动化检测,提出了一种基于改进YOLOv8的排水管道缺陷检测算法。首先针对管道图像亮度不均和网络泛化能力差的问题,采用Zero-DCE亮度增强和图像对比度调整相结合的方法进行数据增强处理。然后通过对YOLOv8算法添加Coordinate Attention注意力机制,增强算法对缺陷位置信息的感知和捕捉能力,以便于算法能够更好的识别排水管道细小缺陷。试验结果表明,相较于原始YOLOv8算法,改进后的算法精确度和召回率分别提升5%和7.9%。与其他三种网络相比,精确度和召回率分别提高了5.5%、7.6%、2.2%和7.9%、4.2%、2%。

基于深度学习的排水管道缺陷检测算法对比研究

管道的缺陷检测是城镇排水管道检修和维护的前提,通过准确的缺陷检测技术有利于推动城市管道的建设工程质量。相较于传统的缺陷检测方法,深度学习算法能提高缺陷检测的准确性和可靠性。研究基于管道实测缺陷数据,使用面向排水管道缺陷检测的图像语义分割算法和基于异常检测和半监督学习的排水管道缺陷多分类算法,以检测准确率、精确率和召回率为评估指标,分别检测错口、破裂和支管暗接三类管道缺陷,对比分析两种算法对管道缺陷的检测性能。研究发现,面向排水管道缺陷检测的图像语义分割算法是较为理想的管道缺陷检测模型。

T/CECS1471—2023《城镇排水管道注浆法修复工程技术规程》关键技术解析

本文重点解析了《城镇排水管道注浆法修复工程技术规程》(T/CECS 1471—2023)中注浆修复设计、施工、质量检验和工程验收等方面的关键技术指标和控制要求,详细剖析了注浆设计的工程技术要点,提出了注浆材料和注浆方式的选择依据和适用范围,明确了注浆修复效果的评估指标建议,创新性发展了适用于排水管道工程修复的注浆材料和管道内部注浆方法,填补了排水管道工程修复中注浆法应用技术标准的空白。该规程的实施应用将对城镇排水管道注浆修复工程的设计、施工、验收具有指导意义。

排水管道热塑成型法修复工程案例分析

原位固化法是在不开挖或少开挖的情况下,利用水(气)压或拉入法将浸渍树脂的内衬管翻转或拉至原管道内,经加热或紫外光照射进行固化,最后与原管道形成高强度复合管道而达到修复目的一种技术。本项目以排水管道工程修复为例,详细介绍了原管道剩余强度评估方法、内衬材料结构设计、裂纹管道复合强度计算方法及工程验收标准,为非开挖管道修复工程设计与应用提供参考依据。

城镇排水管道CIPP紫外光固化修复技术工程应用

CIPP紫外光固化非开挖管道修复技术采用树脂体系和玻璃纤维织物组合的内衬管材料,耐腐蚀性强、强度高、抗冲刷能力强、自动化程度高、全程可视化控制、施工流程简单、效率高、施工风险低,是目前极具发展前景的非开挖修复技术。结合重庆市渝北城区环境综合治理PPP项目排水管道修复工程案例,详细介绍了CIPP紫外光固化技术原理、材料质量控制、施工工艺流程、原管道缺陷预处理、褶皱缺陷分析、施工质量控制及工程造价分析。

排水管道土压力数值分析及非开挖修复内衬管壁厚优化

随着我国地下排水管道系统建设逐渐完善,管道缺陷修复逐渐成为主要工作之一。针对排水管道非开挖修复中的受力分析问题建立了有限元模型,分析了管材、壁厚、管径等因素对管道土压力的影响,并讨论了土柱法和有限元计算结果的差异。结果表明:相比较于土柱法,有限元法直观地反映出管径上不同位置的土压力及对不同地质条件和设计参数的敏感性。在此基础对南宁市某管道非开挖修复项目内衬管壁厚进行优化,土柱法计算的峰值土压力为有限元法计算的1.64倍,采用有限元法计算的土压力设计管道内衬壁厚可节省21.6%。有限元法对管道土压力的计算结果可为管道非开挖修复设计及规范制定提供借鉴和参考。

MR-GA:一种基于实例分割的地下排水管道缺陷评估方法

目前地下排水管道检测后的缺陷评估主要采用人工方式进行,不仅费时、费力,智能化程度低,而且容易受到人工经验与视觉疲劳的影响,导致遗漏与误判,影响结果的准确性。近年来迅速兴起的实例分割技术,具有强大的数据特征学习和描述能力。提出了一种基于Mask R-CNN实例分割网络的管道缺陷评估MR-GA(Mask R-CNN-Grading Assessment)方法。首先,自建样本数据集,对Mask R-CNN进行训练构建模型;其次,利用构建好的模型对输入的管道检测帧进行缺陷分类和实例分割;在此基础上,结合《城镇排水管道检测与评估技术规程》,根据各类管道缺陷特征,制定出缺陷量化分级评估方案;最后,按此方案进行参数计算及分级评估。将MR-GA方法应用于实际工程项目,与人工评估结果相比,缺陷类别识别准确率达到91.34%,缺陷分级准确率达到88.75%。

软土深层调蓄排水管道长期运营累积沉降规律研究

深层调蓄管道因长期承受充放水循环荷载导致运营期产生较大沉降,并可能进一步引起管道泄漏、损坏等,从而影响深隧调蓄系统正常运营与环境安全。针对长期充放水循环荷载导致的软土地层管道沉降问题,采用拟静力有限元模拟得到管道满流荷载导致的地基应力分布,并基于分层总和法与软土塑性应变、孔压随加载循环累积的经验公式,提出了管道下方软土地基长期沉降的计算方法。将该法用于上海苏州河段深层调蓄管道长期沉降预测,分析得到了管底地基未加固条件下管道-地基系统长期沉降演化规律。结果表明因充放水循环荷载具有低频重载的特点,地基沉降的绝大部分由于软土的循环累积塑性应变导致,而由孔压消散引起的固结沉降几乎可以忽略。研究成果可为软土地区深隧排水系统设计和运维安全保障提供有益参考。

电导率作为排水管道水质特征指标的潜力分析

水质在线监测是推进排水管道实时分析与动态管理的重要基础。由于监测便捷、成本较低,电导率已被广泛应用于水环境日常监测与水处理效果分析等领域。文章综述了电导率在指示各类水质污染中的应用情况,发现排水系统中的电导率特征主要受排入的雨水及污水中离子含量变化的影响;综合分析排水管道水质特性与安装条件以及电导率测量原理后发现,以电磁法为测量原理的电导率在线监测设备具有更好的适用性,其测量的稳定性和设备的耐受性也要远高于其他化学指标;基于雨污混合试验,发现电导率可以灵敏地反馈不同的雨污混合比。综上,电导率作为排水管道的水质特征初筛指标具有显著优势,但仍需在属地特征方面做好前期研究工作。

改性环氧树脂喷涂技术在排水管道非开挖修复中的应用研究

城市基础设施更新维护技术不断提升,对于城市生命线的地下管道的修复措施也应遵循“快速、高效、环保、经济”等多项原则,因此排水管道多采用非开挖修复技术。对于排水管道多发的汽蚀、渗漏等问题,提出一种喷涂改性环氧树脂的非开挖修复技术,相对于传统环氧树脂喷涂技术,经改性的环氧树脂可在潮湿界面固化,从而简化施工;喷涂后最快可实现2h通水;与原管壁黏结性能良好,后期运营维护成本低;且树脂是环保型材料,施工过程中无碳排放,契合“双碳”要求。该技术可对排水管道起到非结构性、防腐抗渗的修复作用,同时可实现对异形断面和检查井的喷涂修复从而延长修复构件使用寿命,达到快速环保施工,满足城市快速更新需求。

基于物联网系统与机器学习算法的排水管道堵塞诊断方法

为了简便有效地诊断城市中普遍存在的排水管道堵塞问题,通过设计管道装置并完成堵塞通水试验并,在线监测水位数据,寻优机器学习算法并以Python代码开发基于最优算法的管道堵塞诊断程序。结果表明:排水管道发生堵塞且流量相同时,堵塞越严重,上游水位线抬升越高;堵塞物距上游监测点越近,上游水位线抬升越高;下游水位几乎只与流量相关。通过机器学习算法比选发现,K-最近邻算法对数据集的分类展现出较高的准确率,经过网格交叉法优化后其诊断准确率在98%左右。可见,该诊断方法能够实现对管道堵塞的快速诊断,可以优化派工调度流程,降低管网运维成本。

市政给排水管道布置的设计原则与技术分析

为了提升市政给排水设计水平,总结了给排水管道布置的基本原则和设计目标,分析了排水体制、雨水设计流量、污水设计流量的确定方法,从技术和经济两方面对比了不同给排水管道材料。同时,分析了给排水管道的纵向和横向布局方法,研究成果表明市政给排水管道竖向布局应控制好管道埋置深度和交叉方式,横向布局方式应根据地形和道路条件选择确定。

智慧城市排水管道综合管理监测平台的设计与实现

本文利用地理信息系统,开发了智慧城市排水管道综合管理监测平台,建设了一个涵盖排水管网的设施管理、健康档案管理、三维一体化展示、工程管理、移动巡检、养护管理、在线监测及防涝应急调度等多个方面的综合管理平台,能够实现排水管网在一个管理平台的可视化管理。构建的智慧城市排水管网实时在线多维度感知体系,可通过全面的信息整合,形成信息准确、直观、实时的排水管控一张图,对排水管道病害检测报告能够进行可视化管理,同时能够实现排水设施数字化、运行状态在线化、运维管理智能化。智慧城市排水管道综合管理监测平台设计的实现可全面提升城市排水系统的智能化管控水平。

关于市政工程道路排水管道施工技术探微

在城市化建设逐步推进的背景下,市政工程的建设规模、体量逐步增长。排水管道施工是市政工程的重要组成部分,同时是市政工程建设质量的重要影响因素之一。市政工程道路排水管道施工时,管理人员、技术人员应该把握排水管道施工技术的要点,这也是提高城市道路工程建设质量的重要保障。排水管道工程质量的好坏决定着市政工程质量的高低。因此,文章结合市政工程道路排水管道施工特点,对市政工程道路排水管道施工技术进行了深入分析和研究。

改进ResNet的地下排水管道缺陷智能识别方法

针对城市排水管道缺陷检测存在自动化程度不高、依赖人工和效率低下的问题,本文在ResNet50图像分类网络的基础上,根据排水管道缺陷的纹理特征对网络进行优化,提出一种改进ResNet50的排水管道缺陷自动识别方法。通过改进基础残差块,增强模型对管道缺陷纹理特征的提取能力,同时嵌入改进的通道和空间注意力机制,让网络自适应地调节特征权重,提升网络的特征表达能力;并提出一种特征保留模块,增强网络的特征提取能力,提升模型分类精度。实验结果表明,本文提出的分类模型对管道病害图像的识别准确率达到96.34%,相比于ResNet50算法,改进后的模型分类准确率提升了1.76%,具有更好的识别效果。

给排水管道压力瞬变数值模拟研究

压力瞬变是给排水管道系统中常见的现象,可能导致管道破裂,高压水流冲击管道末端截留气囊是给排水管道出现极端水力瞬变的诱因。以某给排水管道为研究对象,通过有限元软件建立给排水管道压力瞬变模型,探讨了尾水深度、截留气囊长度、管道总长及截留气囊体积和气囊长度La0等因素对管道压力的影响规律。结果表明,增加尾水深度会减缓液体的运动速度,导致振荡频率降低。较长的上游水柱长度会导致更大的压力峰值和振荡幅度,同时降低振荡频率。研究结果为保障供水安全提供参考。

以高阶性应用型人才培养为目标的“给排水管道工程”课程教学改革实践

为适应新工科背景下社会发展对工程创新人才的需求,围绕城镇给水排水管网建设,以培养出具有工程师素养的高阶性应用型人才为目标,基于“给排水管道工程”课程教学,系统阐述了与该课程教学改革实践相关的内容,剖析了课程教学现状问题,明确了问题解决思路,详细论述了课程建设及应用情况,为全面深化高等学校工科课程教学改革提供借鉴。

市政排水管道水泥裂缝损伤非开挖修复技术

市政排水管道长期使用容易出现外表面水泥裂缝损伤问题,但由于管道埋深较深、覆土层厚度较大等因素的影响,裂缝的位置、大小和形态往往不易直观地获取,影响排水效率和管道稳定性。为解决此类问题,提出注浆法,研究市政排水管道水泥裂缝损伤非开挖修复技术。利用激光测距仪定位排水管道的外表面裂缝,并测量其宽度。使用EP550便携式钻床和Diamond Core Drill Bit(金刚石芯片钻头)在漏水区域周围钻孔,孔径为直径20mm。将聚氨酯浆料从孔洞注入排水管道外表面水泥裂缝中,填充空隙,加固结构,提高管道整体强度和耐久性。注浆法施工相对简便,不需开挖地面或拆除原有管道,减少了对周边环境和交通造成的干扰,同时降低了维修成本,是一种环保、经济的管道维修方案。