論市政排水管網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

伍洋

摘 要：開(kāi)篇從2012北京城排水隱患的熱點(diǎn)事件出發(fā)，論述我國(guó)目前市政排水管網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和政策存在的質(zhì)量問(wèn)題，對(duì)引起排水隱患的幾點(diǎn)因素進(jìn)行分析，并結(jié)合世界著名城市地下排水系統(tǒng)優(yōu)秀案例，對(duì)市政排水系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)給出相關(guān)的對(duì)策和建議。

關(guān)鍵詞：市政排水 系統(tǒng) 管網(wǎng) 優(yōu)化設(shè)計(jì)

中圖分類(lèi)號(hào)：TU992 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）05（a）-0046-02

市政排水管網(wǎng)系統(tǒng)是我國(guó)市政工程建設(shè)的一部分，也是城市建設(shè)的基礎(chǔ)性工程。2011年和2012年的北京連續(xù)兩年特大洪災(zāi)造成的市區(qū)積水和人員傷亡，反映了我國(guó)多年來(lái)城市排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)存在嚴(yán)重的設(shè)計(jì)與質(zhì)量問(wèn)題，對(duì)于大城市的排水設(shè)計(jì)所隱藏的巨大隱患將對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和城市建設(shè)造成無(wú)法估量的損失，對(duì)市政排水管網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)與質(zhì)量控制勢(shì)在必行，如圖1所示。

1 我國(guó)市政排水管網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題

1.1 對(duì)地下排水工程的重視欠缺，設(shè)計(jì)缺乏宏觀整體規(guī)劃

長(zhǎng)期以來(lái)城市建設(shè)注重地面工程而忽視了地下排水工程的系統(tǒng)設(shè)計(jì)與規(guī)劃。在城市規(guī)劃初期應(yīng)將市政排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)作為一個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)去規(guī)劃與設(shè)計(jì)，并配備足夠的資源才能保證在特殊情況下城市的應(yīng)急排水能夠高效和有序的進(jìn)行。而目前諸多城市的做法往往只是在道路系統(tǒng)設(shè)計(jì)中考慮地下排水和地表排水，且片區(qū)的排水設(shè)計(jì)無(wú)相關(guān)性，當(dāng)放到城市一個(gè)整體中時(shí)，排水缺陷問(wèn)題就會(huì)暴露。

1.2 行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)不健全

目前，城市道路排水系統(tǒng)上下游管道直徑參數(shù)取值不當(dāng)，在城市化進(jìn)程加快的今天，如今的城市排水能效受到諸多因素的影響，有氣候的因素，有經(jīng)濟(jì)發(fā)展不平衡因素和道路工程自身因素等，如今的市政排水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)沒(méi)有能夠適應(yīng)現(xiàn)在的城市路面系統(tǒng)，排水管網(wǎng)直徑參數(shù)或大或小，排水專用管道與市政其他管道的管線讓線沖突與高程出現(xiàn)誤差，造成排水性能的降低都是規(guī)范要具體規(guī)定和嚴(yán)格實(shí)施的具體內(nèi)容。

1.3 排水設(shè)計(jì)無(wú)分層設(shè)計(jì)，混合排流現(xiàn)象造成排水負(fù)擔(dān)

城市排水來(lái)源有天然雨水和城市生活污水，而目前城市排水系統(tǒng)一般都是污水與雨水混合排水，這會(huì)給排水管道造成過(guò)重的排水負(fù)擔(dān)。在發(fā)生特大降水時(shí)，這種負(fù)擔(dān)將會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)榕潘畨毫?，使得降水無(wú)法排離城市路面，造成道路大面積或者片區(qū)大面積積水，行車(chē)在比較低的地段時(shí)候由于積水較厚將會(huì)淹沒(méi)行車(chē)和行人，同樣的現(xiàn)象在北京洪災(zāi)中出現(xiàn)過(guò)。

1.4 排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)思維固化，排水渠道單一

城市排水思路固化的表現(xiàn)是將積水排到地面下或者排出去，而如果能合理循環(huán)利用降水可以緩解城市排水管網(wǎng)的排水壓力，并且給需要水的地方供水，不需要水的地方排水，這就是雨水排水循環(huán)系統(tǒng)的工作原理。目前排水循環(huán)系統(tǒng)不僅體現(xiàn)在城市排水設(shè)計(jì)中，也存在于市政建筑排水設(shè)計(jì)中，如現(xiàn)在建筑中水回用技術(shù)將生活污水和自然用水循環(huán)，一方面可以節(jié)約用水，一方面可以緩解市政排水負(fù)擔(dān)。

1.5 排水應(yīng)急措施不當(dāng)，信息預(yù)測(cè)不準(zhǔn)確

現(xiàn)在是互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，對(duì)一些市政應(yīng)急措施的預(yù)測(cè)應(yīng)及時(shí)、有效、快捷、方便。如在一些降水多發(fā)城市和社區(qū)應(yīng)分區(qū)進(jìn)行降水的實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)，在城市建設(shè)和規(guī)劃初期就可以確定該片區(qū)的排水能力和應(yīng)采取的排水措施，這將得益于如今高速發(fā)展的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)，從目前情況來(lái)看，由于多數(shù)城市對(duì)市政排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)的不夠重視，很難在計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息技術(shù)方面采取有效的控制和預(yù)測(cè)方案，在排水管網(wǎng)的設(shè)計(jì)與規(guī)劃、運(yùn)行、調(diào)度、后期維護(hù)管理環(huán)節(jié)存在諸多弊端。

2 世界著名城市排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)案例

日本是臺(tái)風(fēng)多發(fā)國(guó)家，東京地下排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)就是為了避免城市遭受臺(tái)風(fēng)和雨水的寢室而設(shè)計(jì)和修建的。東京地下排水系統(tǒng)92年開(kāi)工，06年竣工，歷時(shí)14年工程堪稱世界最先進(jìn)的地下排水系統(tǒng)。其排水標(biāo)準(zhǔn)5～10年一遇，地下開(kāi)挖一系列的混凝土立坑，極大提高了雨水的蓄存能力，東京地下排水系統(tǒng)的河道深度高達(dá)60m。東京設(shè)有降雨信息系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)雨水的數(shù)據(jù)的收集與統(tǒng)計(jì)，合理進(jìn)行排水調(diào)度。

古羅馬下水道建設(shè)2500年至今仍在使用，渠道系統(tǒng)巖石砌筑，將暴雨造成的河流從羅馬城排除，渠道系統(tǒng)最大達(dá)3×4 m的截面尺寸，從古羅馬城廣場(chǎng)直通臺(tái)伯河。

巴黎的下水道設(shè)置了地面上的標(biāo)路牌，因此可以看出巴黎對(duì)地下排水工程的重視程度。巴黎降水頻繁，但據(jù)報(bào)道并沒(méi)有出現(xiàn)城市因降水而導(dǎo)致的交通堵塞和積水現(xiàn)象。巴黎下水道處于地面以下50 m，水道縱橫交織，總廠2347 km，規(guī)模遠(yuǎn)超巴黎地鐵，因此足以可見(jiàn)排水的速度與能效。

3 市政排水管網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)優(yōu)化對(duì)策

3.1 平面管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)

已定平面管徑與埋深的確定優(yōu)化方法分為直接與間接優(yōu)化。直接優(yōu)化是指對(duì)各種參數(shù)的調(diào)節(jié)與對(duì)比來(lái)求得最優(yōu)化的解決方案。間接優(yōu)化是指建立數(shù)學(xué)模型，選擇最優(yōu)化的管徑與埋深組合方案。如常用的遺傳算法、線性與非線性規(guī)劃法、動(dòng)態(tài)規(guī)劃法。

管線的優(yōu)化設(shè)計(jì)要遵循滿足排水功能和效能的前提下，使排水的工程量小。管線的布置和管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的重要部分。布線原則如下。

（1）排水的干管和支管盡量直線型布局不要有彎曲現(xiàn)象。

（2）布線利用地形與地勢(shì)的因素，結(jié)合污水廠的設(shè)置和重力系統(tǒng)將污水排出。

（3）合理的管線埋深

（4）管線的長(zhǎng)度最優(yōu)化與挖方的最優(yōu)化可采用動(dòng)態(tài)優(yōu)化的方法進(jìn)行最優(yōu)方案的選擇。例如排水線的引入。

（5）管線平面布置方案也可以采取不同管段坡度、管道長(zhǎng)度、挖方量三種權(quán)重計(jì)算，最后根據(jù)平面布置方案選擇合理的管徑和埋深，造價(jià)成本的控制也是此過(guò)程中需要注意的。

3.2 管道設(shè)計(jì)的優(yōu)化

排水管道的設(shè)計(jì)可以采用德國(guó)對(duì)青島地下排水管道的造型，蛋形型管材截面形似鴨蛋，設(shè)計(jì)上寬下窄，排水管道順暢，污水無(wú)法積存與管內(nèi)，管道的上部分是水泥，下半部分是水泥上貼了層瓷瓦，可以起到防腐蝕的效果。

排水管道設(shè)置反水閥，被水沖刷了的贓物只能進(jìn)入水斗，而不會(huì)進(jìn)入排水管道，不會(huì)造成管道堵塞，贓物也便于清理，反水閥同時(shí)也可以避免管道臭氣散發(fā)到空氣中。

3.3 排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)與計(jì)算機(jī)信息系統(tǒng)的結(jié)合

在市政排水設(shè)計(jì)中，為了發(fā)揮排水的效能，應(yīng)結(jié)合計(jì)算機(jī)信息技術(shù)來(lái)改善排水的各個(gè)環(huán)節(jié)。如設(shè)置降雨信息系統(tǒng)，收集城市雨水和降雨頻次數(shù)據(jù)，以便于各片區(qū)排水調(diào)度。利用信息系統(tǒng)的預(yù)測(cè)與統(tǒng)計(jì)的結(jié)果，在一些容易發(fā)生積水和浸水的路面和片區(qū)設(shè)置雨水調(diào)整池。

3.4 城市排水與市政基礎(chǔ)建設(shè)

提高行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)以便于采取比較恰當(dāng)?shù)氖虑昂褪轮刑幚?。在城市市政建設(shè)中，地下工程的排水可以設(shè)置雨水蓄存措施，如在地下開(kāi)挖混凝土立坑，同時(shí)在下水道內(nèi)設(shè)置高馬力水泵，提高疏通地下水的能力。

城市路面工程的鋪裝設(shè)計(jì)中，采用透水性能強(qiáng)的路面鋪裝層，可以加強(qiáng)雨水的地下滲透能力，分擔(dān)排水管道的排水壓力，減少地表徑流，還可以大大補(bǔ)充表層地下水資源。

排水基礎(chǔ)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮修建地下暗渠和地上明渠。并定期和不定期對(duì)城市大小河道進(jìn)行梳理和整治。

3.5 排水系統(tǒng)的后期修養(yǎng)與維護(hù)

法國(guó)巴黎下水道設(shè)計(jì)中，排水道兩旁設(shè)置寬約1 m的供檢修人員通行的便道。維修人員可以定期對(duì)下水道的排水泵房、排水管道和其他排水設(shè)施的修理和圍護(hù)，保證排水工作能順利進(jìn)行。對(duì)市政排水系統(tǒng)的維護(hù)人員應(yīng)該進(jìn)行定期和不定期的技術(shù)培訓(xùn)，使他們能夠及時(shí)掌握世界排水優(yōu)秀工程中的新經(jīng)驗(yàn)、新做法、新的維護(hù)手段。這對(duì)保證城市道路和地下排水工程的順暢進(jìn)行提供了更好的保障。

4 結(jié)語(yǔ)

市政排水工程是一個(gè)復(fù)雜有序的工程。在目前我國(guó)城市排水系統(tǒng)并不是完善的今天，不能繼續(xù)沿用以往排水的固有模式，應(yīng)不斷改進(jìn)和優(yōu)化目前的排水設(shè)計(jì)方案，沿用最新的數(shù)學(xué)模型計(jì)算法則，使用好互聯(lián)網(wǎng)和計(jì)算機(jī)技術(shù)在排水工程的合理應(yīng)用，合理確定排水系統(tǒng)中的管徑和埋深的設(shè)計(jì)參數(shù)、結(jié)合工程的實(shí)際情況精確計(jì)算，減小成本，提高城市整體市政排水水平，統(tǒng)籌協(xié)調(diào)環(huán)境效益、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的統(tǒng)一。

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