城市給排水管網(wǎng)規(guī)劃及改進(jìn)探討

俞立紅

（中國電建集團(tuán)中南勘測設(shè)計研究院有限公司）

1 引言

隨著我國的城市化進(jìn)程不斷加快，對于城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)提出了越發(fā)嚴(yán)格的要求，伴隨著城市用水人口和用水量的增長，現(xiàn)有的給排水系統(tǒng)暴露出不少問題，部分區(qū)域出現(xiàn)了供水量欠缺或者水壓不足、城市內(nèi)澇頻發(fā)、污水溢流污染河道等問題，從滿足城市居民生產(chǎn)生活用水以及雨污水排放需求的角度，有關(guān)部門應(yīng)該做好城市給排水管網(wǎng)的規(guī)劃設(shè)計工作，解決城市中存在的供水和排水問題。

2 城市給排水管網(wǎng)規(guī)劃原則和內(nèi)容

2.1 城市給排水管網(wǎng)規(guī)劃原則

1）清晰性

在優(yōu)化改造前，設(shè)計人員需要深入了解給排水管網(wǎng)的實際情況，明確管網(wǎng)材質(zhì)類型、豎向標(biāo)高、整體布局等，對照城市本身的需水量、降水量和最大排水量，針對給排水管網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。以清晰性原則為基礎(chǔ)，對給排水管網(wǎng)進(jìn)行規(guī)劃和改造，切實保證給排水系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和可靠性。

2）超前性

目前，我國的城市給排水管網(wǎng)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)普遍偏低，在建設(shè)中要有超前理念，根據(jù)當(dāng)?shù)厍闆r適當(dāng)提高標(biāo)準(zhǔn)。傳統(tǒng)的城市給排水管網(wǎng)規(guī)劃中對現(xiàn)狀的了解往往不夠全面，規(guī)劃方式單一，難實現(xiàn)多方案必選，規(guī)劃模型分析缺少實際數(shù)據(jù)的支撐，難實現(xiàn)動態(tài)分析。對于有條件的城市，應(yīng)加快對城市給排水管網(wǎng)的數(shù)字化、智能化建設(shè)，通過對管網(wǎng)的實時在線監(jiān)測，為城市給排水管網(wǎng)規(guī)劃提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，實現(xiàn)城市給排水管網(wǎng)規(guī)劃由粗放到精確的轉(zhuǎn)變，為規(guī)劃的方式提供新的可能。

2.2 城市給排水管網(wǎng)規(guī)劃內(nèi)容

城市給排水管網(wǎng)規(guī)劃指在一定條件下，針對水廠和污水處理廠的位置及規(guī)模進(jìn)行明確，建立相應(yīng)的管網(wǎng)模型并且對其運行工況進(jìn)行計算，找出低能耗、小投資、高可靠性的管網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計方案。

1）管網(wǎng)優(yōu)化布置

管網(wǎng)優(yōu)化布置是城市給排水管網(wǎng)規(guī)劃的基礎(chǔ)和前提，其合理性會對給排水系統(tǒng)運行的經(jīng)濟(jì)性和可靠性產(chǎn)生直接影響。在對管網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化布置的過程中，應(yīng)該做好供水分區(qū)、供水方式以及排水方式的優(yōu)化，對加壓站的位置進(jìn)行合理設(shè)置，在保證給排水效果的同時，降低系統(tǒng)運行過程中的成本消耗。

2）管徑優(yōu)化設(shè)計

無論是給水管網(wǎng)還是排水管網(wǎng)，管徑都會對系統(tǒng)整體布局產(chǎn)生直接影響，如果給水管網(wǎng)管徑過小，增加水泵揚程，管道在加壓過程中可能出現(xiàn)破裂問題、同時增加供水能耗。如果給水管網(wǎng)管徑過大，則增加管網(wǎng)建設(shè)投資。如果排水管網(wǎng)管徑過小，會影響雨污水排放，形成內(nèi)澇和污水溢流?；诖?，在對給排水管網(wǎng)管徑進(jìn)行設(shè)計的過程中，應(yīng)該借助相應(yīng)的模型進(jìn)行分析計算[1]。

3 城市給排水管網(wǎng)規(guī)劃改進(jìn)對策

3.1 構(gòu)建城市數(shù)字化管網(wǎng)

在大數(shù)據(jù)、云平臺等技術(shù)的支持下，數(shù)字管網(wǎng)對城市的支持，逐漸成為當(dāng)今世界各國城市建設(shè)的發(fā)展趨勢和選擇。以往的傳統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)，從人工記錄到電子化的進(jìn)程中，城市對數(shù)據(jù)的分析一直在不斷進(jìn)步，而進(jìn)入到大數(shù)據(jù)時代之后，對于數(shù)據(jù)的完全收集和整理成為可能。在不斷發(fā)展的城鎮(zhèn)化進(jìn)程中，大數(shù)據(jù)化能有效進(jìn)行城市管理，通過對數(shù)據(jù)的收集分析，可以很好的了解城市居民的需求、喜好、所作所為以及遷徙。以時空信息為基礎(chǔ)，利用物聯(lián)網(wǎng)、云計算、移動互聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)控制和水力模型等新一代信息技術(shù)，全方位感知市政給排水設(shè)施的運行工況，通過 “一張圖”可視化管理模式，形成整體性的城市管網(wǎng)數(shù)字化信息管理系統(tǒng)，實現(xiàn)對城市管網(wǎng)從規(guī)劃策劃、勘察設(shè)計、建設(shè)管理、運維管控等全生命周期的應(yīng)用與管理。

城市數(shù)字管網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用對城市給排水管網(wǎng)規(guī)劃有著顯著優(yōu)勢，充分利用在線監(jiān)測設(shè)備，采用前端傳感器，針對管道運行信息加以動態(tài)反饋，給終端計算機提供可靠準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，支持動態(tài)監(jiān)測環(huán)節(jié)有效開展，實現(xiàn)對水體的水質(zhì)、水量及流向進(jìn)行分析計算，為城市水務(wù)信息化、防汛抗旱及河道水環(huán)境治理等工作提供可靠支撐，使得城市給排水管理朝著動態(tài)化、精細(xì)化和定量化的方向轉(zhuǎn)變。

3.2 給水系統(tǒng)

我國城市普遍存在水資源在時間及空間上分布不均和水質(zhì)性缺水現(xiàn)象，水資源能否平衡，制約著城市的發(fā)展。城市給水水源規(guī)劃選擇中，以先地表水后地下水為原則，滿足枯水流量保證率為前提，確保規(guī)劃區(qū)域的用水量及水質(zhì)要求。城市給水管網(wǎng)規(guī)劃中，管網(wǎng)布置的合理性，對給水系統(tǒng)能否科學(xué)合理的運行至關(guān)重要，同時對后期工程投資及運維有著直接的影響[2]。管網(wǎng)布置應(yīng)充分考慮城市地形和環(huán)境因素，確保項目的可實施性及供水的安全性。根據(jù)城市規(guī)劃布置，考慮分期建設(shè)可能，為遠(yuǎn)期留有發(fā)展余地。管網(wǎng)定線主要內(nèi)容是管網(wǎng)的干管以及干管之間的連接管，應(yīng)符合城市整體規(guī)劃布局且確保供水的安全性和合理性。一般按城市規(guī)劃道路定線，盡量避免高級路面和重要道路，盡量避免穿過毒物污染及腐蝕性等地區(qū)，如必須穿過時應(yīng)采取防護(hù)措施。干管定線時其延伸方向應(yīng)和二級泵站輸水到水池、水塔、大用戶的水流方向一致，以最近的距離，將一條或幾條干管平行地布置在用水量較大的街區(qū)。

3.3 雨水系統(tǒng)

在城市排水系統(tǒng)設(shè)計中，雨水系統(tǒng)是一個非常重要的組成部分，要求設(shè)計人員結(jié)合城市所處區(qū)域的氣候條件，對雨量進(jìn)行準(zhǔn)確計算。在傳統(tǒng)計算方法中，很多時候都沒有對暴雨強度的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行充分考量，這也導(dǎo)致不少城市雨水系統(tǒng)設(shè)計不合理，在遭遇暴雨天氣時，很容易因為排水不及時而引發(fā)城市內(nèi)澇問題。對此，設(shè)計人員需要對相應(yīng)的計算方法進(jìn)行優(yōu)化，可以選擇具備全局隨機搜索功能的遺傳算法，針對目標(biāo)進(jìn)行直接操作，以此來提高公式的準(zhǔn)確度。

3.4 污水系統(tǒng)

合理地選擇排水系統(tǒng)的體制。排水系統(tǒng)體制的選擇應(yīng)以滿足環(huán)境保護(hù)的需要為前提，通過對城市污水管網(wǎng)的過流能力、污水廠的處理能力及排放水體的水質(zhì)情況，進(jìn)行廠網(wǎng)河一體化系統(tǒng)性分析，結(jié)合當(dāng)?shù)貤l件，合理確定城市排水體制。

合理選擇污水處理廠的建設(shè)方式。目前，國內(nèi)城市污水處理主要以集中式為主，它具有運行效率高、運營成本低、單位水量投資小等優(yōu)點，同時集中式建設(shè)也存在著排水管網(wǎng)復(fù)雜、建設(shè)成本高、管道埋設(shè)較深增加運營成本及降低污水濃度、中水回用成本高等問題。分散式建設(shè)模式選址容易，有利于污水就地回用，回用投資少，方式靈活，成本低等優(yōu)點。污水處理廠建設(shè)方式的選擇，決定了污水處理廠的收水范圍及處理規(guī)模，而分散式布置更有利于污水的回用。在面對城市水資源匱乏及水環(huán)境污染嚴(yán)重的現(xiàn)狀下，選擇集中和分散相結(jié)合的建設(shè)方式，在環(huán)境效益、經(jīng)濟(jì)效益、社會效益等方面有一定的優(yōu)勢。

4 結(jié)語

近幾年，伴隨著城市化進(jìn)程的加快，城市給排水管網(wǎng)設(shè)計和改造受到了越來越多的關(guān)注，也使得設(shè)計人員積累了豐富的經(jīng)驗，豐富給排水管網(wǎng)優(yōu)化方法的同時，能夠保證給排水系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠運行。面對越發(fā)復(fù)雜的給排水管網(wǎng)規(guī)劃工作，相關(guān)人員應(yīng)該綜合考慮各方面的影響因素，選擇最為恰當(dāng)?shù)姆椒ㄗ龊脭?shù)據(jù)計算分析，保證給排水管網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計的合理性。