市政排水管網設計存在的問題與措施

摘 要：在建設城市整個排水系統(tǒng)的投資當中，市政排水管網的投資占據十分關鍵的地位。因此，市政排水管網的優(yōu)化設計具備重大的意義。

關鍵詞：市政排水；管網；優(yōu)化設計

1 我國市政排水管網的現狀分析

1.1 規(guī)劃設計出現問題。制定排水管網規(guī)劃時要結合城市的總體規(guī)劃與區(qū)域規(guī)劃，并且要和城市其它單項工程建設緊密配合在一起，例如城市各項功能分區(qū)的布局、建筑的界限、道路的規(guī)劃以及地下其它各項設施的規(guī)劃等，都要縱觀全局采取合理的措施進行解決，這樣才能將其構成一個有機整體。

1.2 排水體制尚不完善。排水管網設計與排水體制有著直接關系，然而當前大部分排水體制都要進行改制。排水系統(tǒng)體制主要有兩種，一種為合流制，另一種則為分流制。當然混合制也屬于城市運轉中常見的系統(tǒng)，是很多合流制城市在擴建排水系統(tǒng)時常會采用的。大城市里常會受各個區(qū)域自然條件和修建情況較差的影響，所以要針對不同區(qū)域采取相應的排水體制。

2 市政排水管網設計中存在的主要問題

2.1 重視程度不夠，缺乏合理的系統(tǒng)規(guī)劃。通常在城市建設規(guī)劃過程中，管理者往往只重視地面以上的建設情況，而對于地下排水系統(tǒng)沒有予以充分地重視，在路網規(guī)劃過程中沒有充分地分析片區(qū)排水情況，導致排水規(guī)劃不合理，有的只考慮道路兩側局部范圍內的排水，而忽略了上游的轉輸流量。甚至還有的片區(qū)根本沒有做整體排水規(guī)劃，只是在市政道路設計時才進行排水管網設計，各條道路的管網孤立進行設計，最后路網成型后發(fā)現有的道路的管網在高程及管徑方面無法很好地與上下游管線銜接。

2.2 設計標準偏低。目前我國的很多城市市政排水系統(tǒng)設計標準一直采用的是一年一遇或三年一遇，并且這種設計標準已經沿用了許多年，但近年來我國城市化不斷發(fā)展，市政道路兩側地塊迅速的硬化并被利用，這對原有雨水系統(tǒng)的排放方式造成較大影響，使得地表徑流系數不斷提高，雨水難于滲透到地下，大量的地表水積聚于路面，雨水系統(tǒng)排放壓力大大增加，形成“水浸街”等內澇問題。特別是近年來一到暴雨季節(jié)，我國很多城市便出現內澇，嚴重影響了車輛的正常通行和行車安全。這種城市內澇現象很大程度上與排水設計參數取值偏低有關。

2.3 雨水綜合利用程度不高。在當前的市政排水設計中，往往過分依賴于雨水管網系統(tǒng)的排水能力，而忽略了大的城市水循環(huán)系統(tǒng)的形成，在雨水管道設計時沒有考慮充足的雨水蓄存空間，沒有為雨水留足排泄的通道，從而大大增加了管網系統(tǒng)的負荷，尤其是在暴雨季節(jié)可能會出現超負荷而形成內澇現象。

2.4 排水管網細節(jié)設計不合理。在排水管網的具體設計過程中，因人為因素造成很多不合理的地方，如因資料不齊而導致設計參數選擇錯誤，造成管徑偏小或偏大，管道坡度控制不合理而影響排水性能，沒有進行管線過街預留或預留不合理，排水管網與其他管線在高程上存在沖突等問題。這些設計不合理之處會給管網系統(tǒng)的施工和后期正常運營帶來不利影響。

2.5 計算機互聯網等先進技術應用水平不高。由于我國還沒有對城市排水予以足夠的重視，因而在管網規(guī)劃設計、維護管理、調度運行等方面還沒有開發(fā)和運用一些先進的計算機互聯網等技術，造成管網設計水平低下，也不利于后期維護和管理的開展。

3 市政排水管網的優(yōu)化設計措施

3.1 優(yōu)化布置管線平面。布置排水管網時應堅持工程量最小、水流暢通以及最大限度上節(jié)省能量的原則，準確進行定線，這也是合理設計管網的前提基礎。定線基本原則主要表現在以下幾個方面：設計干管支管時要采取直線布局，切忌拐彎；定線時要充分利用地理優(yōu)勢，促使污水能在重力作用下可以順利流到污水廠里面；設計過程中要盡可能的減少管道的埋深；布置管道過程中要盡量少設置一些提升泵站。

3.2 優(yōu)化已定平面布置管道系統(tǒng)設計。所謂優(yōu)化排水管道設計主要內容為：針對某一設計管段，在確定好設計流量時，需在達到設計規(guī)范標準的管徑與坡度等多種組合里，尋求管材費用和敷設費用之間的平衡。當排水管線的平面布置已經指定好后，關于管段管徑以及埋深的優(yōu)化設計，很多機構都作了很多研究工作，并取得了一定的成就。

3.2.1 采取線性規(guī)劃法與非線性規(guī)劃法。（1）線性規(guī)劃法。所謂線性規(guī)劃法主要指排水管網設計在計算過程中經常會受到的一些約束條件以及目標函數本身具有的非線性，通常會采取一級泰特公式及展開式進行代替，并將線性規(guī)劃解當作問題近似解，通過反復迭代，促使迭代序列可以靠近非線性規(guī)劃里的最優(yōu)解。當然這種方法也有不足之處，即長把管徑看作連續(xù)量進行處理，以致于計算管徑和市場管徑出現不一致沖突，并且前期準備的工作量比較大，雖然今后發(fā)展起來的整數規(guī)劃法從某種程度上彌補了線性規(guī)劃缺點，然而因它的整型變量非常多，所以很難求解。（2）非線性規(guī)劃法。非線性規(guī)劃法極大的適應了當前計算模型里目標函數以及變量本身具有的非線性特征，對于選擇的管道直徑與埋深也可以起到優(yōu)化的作用，然而卻極大的阻礙了目標函數以及約束條件形式的發(fā)展。

3.2.2 采取直接優(yōu)化法。所謂直接優(yōu)化法是根據各種方案或者一些可調參數方面的選擇設計進行計算與比較所獲得的最優(yōu)解，其直觀性與便于驗證便是最大優(yōu)點。這種方法主要表現在以下兩個方面：（1）采用電子表格法作為啟發(fā)式費用估算法，使得用戶可以尋找到最小的費用設計，進而可以拿出更好的結果且能滿足施工設計規(guī)范標準。（2）采用兩相優(yōu)化法，這種方法主要用在設計流量確定好后，并以達到約束條件為前提，選擇最為經濟的流速與最大充滿度從而獲取最優(yōu)管徑與最小坡度，與此同時也能最大限度的把管道埋深降低。這種直接優(yōu)化法本身的算法和人工算法差不多一樣，然而設計人員水平有限，所能獲取的結果也不同，這時獲取的結果便不太可能成為最優(yōu)解。

3.2.3 采取遺傳算法。所謂遺傳算法屬于進化算法中的一個分支，它是通過模擬生物學里面的自然遺傳變異機制所提出的一種隨機優(yōu)化算法。這種遺傳算法用于解決小型管道里的系統(tǒng)優(yōu)化設計問題時會獲取最佳設計方案。然而在解決較大型的管道系統(tǒng)問題時，通常只可以獲得一個接近最佳解的優(yōu)化設計方案，所以優(yōu)化設計排水管道過程中，不管采用怎樣的方法都要將設計規(guī)范作為最基本的要求，與此同時也要把費用降到最低。

4 結語

科學合理的市政管網布局和設計，對城市排水和水污染的控制及環(huán)境的保護和改善具有重要的作用。因此，采取科學、合理和有效的措施和方法來優(yōu)化市政管網的布局和設計，有利于城市水污染的防治、城市環(huán)境的保護和改善，是社會和經濟的健康可持續(xù)發(fā)展及人們健康安全的保障，進而帶來良好的經濟效益、社會效益和生態(tài)效益。

參考文獻

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[2] 張世澤，袁一星，李玉華.城市供水管網優(yōu)化設計兩步法[J].哈爾濱工業(yè)大學學報，2013（04）.

作者簡介：張偉成，身份證號碼：440783199102051231。