市政排水管網(wǎng)規(guī)劃和優(yōu)化設(shè)計(jì)研究

張乾坤

摘 要 在市政工程建設(shè)過程中，排水管網(wǎng)的設(shè)計(jì)與規(guī)劃是重要組成部分，其規(guī)劃設(shè)計(jì)的合理性直接影響人們的生活和工作，因此，為最大限度保障居民的正常生活，必須不斷對(duì)排水管網(wǎng)的規(guī)劃和設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，以使市政排水管網(wǎng)系統(tǒng)具備較強(qiáng)的科學(xué)合理性，減少自然災(zāi)害破壞城市基本設(shè)施的概率。

關(guān)鍵詞 市政;排水;管網(wǎng);規(guī)劃;設(shè)計(jì)

1市政排水管網(wǎng)布局與設(shè)計(jì)中存在的問題

1.1 排水系統(tǒng)缺乏科學(xué)合理性。

目前，多數(shù)城市在規(guī)劃和重建市政排水工程時(shí)，多數(shù)還是使用分流排水系統(tǒng)，一些地區(qū)還存在盲目選擇分流排水系統(tǒng)的問題，而沒有充分將城市實(shí)際情況考慮在內(nèi)，導(dǎo)致排水系統(tǒng)與實(shí)際不相符，無法凸顯排水系統(tǒng)的作用;

1.2 排水管網(wǎng)設(shè)計(jì)缺乏科學(xué)合理性

由于在某些道路的排水管網(wǎng)設(shè)計(jì)中，部分設(shè)計(jì)人員未結(jié)合實(shí)際排水系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，導(dǎo)致排水管直徑和坡度較小，以至于設(shè)計(jì)的排水管無法正常與排水系統(tǒng)連接[1]。

2市政排水管網(wǎng)規(guī)劃與優(yōu)化設(shè)計(jì)措施

2.1 優(yōu)化布置管線平面

在對(duì)市政排水管網(wǎng)進(jìn)行布設(shè)時(shí)，必須遵守最小工程量、水流暢通無阻、節(jié)約能源的設(shè)計(jì)原則，準(zhǔn)確無誤地完成定線工作，這是保障排水管網(wǎng)設(shè)計(jì)合理的前提。定線的原則有以下幾點(diǎn)，即在對(duì)主管和支管進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)通過直線布設(shè)的方式，盡量減少拐彎設(shè)計(jì);其次，在定線時(shí)，可以充分對(duì)地理優(yōu)勢(shì)進(jìn)行利用，以便在重力作用使污水暢通無阻的流入污水處理廠;在埋設(shè)管道時(shí)，減少深埋;在對(duì)管道進(jìn)行布設(shè)時(shí)，盡量減少提升泵站的設(shè)置數(shù)量。

2.2 優(yōu)化已定平面布置管道系統(tǒng)設(shè)計(jì)

優(yōu)化排水管道設(shè)計(jì)的內(nèi)容：在設(shè)計(jì)特定的管段時(shí)，對(duì)設(shè)計(jì)流量進(jìn)行確定時(shí)，需要在滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)管徑與坡度等基礎(chǔ)上，盡量使管材成本與鋪設(shè)成本達(dá)到一致。在確定排水管道的平面布局后，許多部門在優(yōu)化設(shè)計(jì)管道直徑和埋深設(shè)計(jì)方面做了多項(xiàng)研究分析工作，并取得了相應(yīng)的成就，具體如下：

（1）線性與非線性規(guī)劃法。①線性規(guī)劃法。線性規(guī)劃指的是在設(shè)計(jì)計(jì)算排水管網(wǎng)時(shí)，一些制約條件和目標(biāo)函數(shù)都具備非線性特點(diǎn)，一般會(huì)使用一級(jí)泰特表達(dá)公式和展開式進(jìn)行替代，并且把線性規(guī)劃解作為相應(yīng)問題近似解，通過多次迭代，從而使迭代序列與非線性規(guī)劃的最優(yōu)解更加接近，此方法在實(shí)際應(yīng)用中也有缺點(diǎn)，即經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)將管徑視為連續(xù)量的問題，導(dǎo)致實(shí)際計(jì)算管徑與市場(chǎng)管徑存在誤差，且其算法前期工作量較大，雖然此方式可以彌補(bǔ)線性規(guī)劃的不足之處，但是由于它具有許多整數(shù)變量，因此難以求解。②非線性規(guī)劃法。非線性規(guī)劃法可以適應(yīng)計(jì)算模型目標(biāo)函數(shù)和變量本身的非線性特性，可以優(yōu)化所選管徑和埋入深度，但是卻會(huì)對(duì)目標(biāo)函數(shù)和約束條件形式的發(fā)展造成影響。

（2）直接優(yōu)化法。直接優(yōu)化法主要是根據(jù)不同方案或可調(diào)參數(shù)完成設(shè)計(jì)計(jì)算工作，并進(jìn)行比較，尋求最優(yōu)解，其具備較強(qiáng)直觀性和驗(yàn)證簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，在兩個(gè)主要方面揭示了此方法：①將電子表格法作為啟發(fā)式費(fèi)用估算法。用戶可以通過最低費(fèi)用完成設(shè)計(jì)，并可以保證設(shè)計(jì)具備較強(qiáng)科學(xué)合理性，且達(dá)到相關(guān)設(shè)計(jì)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。②兩相優(yōu)化法。該方法多用于確定設(shè)計(jì)流量之后，并且將約束條件作為前提條件，通過選擇經(jīng)濟(jì)流速和充滿度最優(yōu)的方式，以獲得最佳管道直徑和坡度，同時(shí)還可以降低管道埋設(shè)深度，這種直接優(yōu)化法與人工算法幾乎相同，由于每個(gè)設(shè)計(jì)人員的專業(yè)能力不同，計(jì)算的最終結(jié)果也有所不同，最優(yōu)解也不一樣，因此在運(yùn)用此算法時(shí)要求設(shè)計(jì)人員具備較強(qiáng)的專業(yè)能力和經(jīng)驗(yàn)，以獲取最優(yōu)解。③遺傳算法。遺傳算法是進(jìn)化算法的一部分，主要是通過對(duì)生物學(xué)中自然遺傳變異機(jī)制進(jìn)行模擬，提出的隨機(jī)優(yōu)化算法。該算法可以對(duì)小型管道系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)問題進(jìn)行有效解決，以獲得最佳設(shè)計(jì)方案。但是，在對(duì)大型管道系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行解決時(shí)，在獲取接近最佳解決優(yōu)化設(shè)計(jì)方案時(shí)，只能獲取一個(gè)，因此在對(duì)排水管道優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)，無論使用哪種算法，都必須把設(shè)計(jì)規(guī)范視為基本要求，同時(shí)，需要最小化成本[2]。

3市政排水管網(wǎng)規(guī)劃和優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)注意問題

3.1 管線間距達(dá)不到規(guī)范要求

改造市政排水管網(wǎng)工程時(shí)，通常許多因素都會(huì)影響其正常改造，常在改造中存在管線平面和垂直凈距、管線、建筑物和樹木等凈距達(dá)不到施工規(guī)定要求的問題，為使各類管線可以正常使用，必須采取保護(hù)措施進(jìn)行保護(hù)，常用的措施有布設(shè)套管、包封混凝土、對(duì)管溝進(jìn)行設(shè)置等。如果燃?xì)夤芫€穿越路口時(shí)，則也要采取措施進(jìn)行保護(hù)，如在拓寬某路段時(shí)，由于燃?xì)夤艿琅c樹木凈距無法達(dá)到施工要求，則可以通過設(shè)置套管的保護(hù)方式加以保護(hù)。

3.2 管線的豎向標(biāo)高發(fā)生沖突

如果在市政排水管網(wǎng)規(guī)劃和優(yōu)化設(shè)計(jì)中，給水、通信、燃?xì)夤艿?、電力管道的垂直高度與其他管道發(fā)生沖突，則可以設(shè)置彎頭并增加電力和通信井進(jìn)行躲避。由于雨水和污水管道流力較重，管道彎曲難度大，如果某些因素導(dǎo)致豎向標(biāo)高出現(xiàn)沖突，唯一可以避免這種沖突的方法是使用反向虹吸管或設(shè)置交匯井。在正常情況下，反虹吸設(shè)計(jì)必須滿足以下條件：最小管道直徑應(yīng)為200毫米，管道流速應(yīng)為大于0.9m/s或更高。此外，可以通過設(shè)置事故出口或雙反虹吸管;閘槽或閘門安裝在進(jìn)水井和出水井里面;在倒虹吸管井前的檢查井內(nèi)規(guī)劃設(shè)計(jì)一道沉泥槽。如果排污管道的直徑小于雨水管道直徑時(shí)，則應(yīng)將交匯井設(shè)置在交匯處，將排污管道用生鐵管道代替，直接穿過交叉井，并在井內(nèi)斷開雨水管。通常，給水管道需穿越排水管道上方，但如果需要穿過排水管道下方，則需要在供水管道上增加鋼管或鋼套，以防止污染給水管道中的水質(zhì)。

4結(jié)束語

在城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中，市政排水管網(wǎng)系統(tǒng)是不可缺少的組成部分，必須科學(xué)對(duì)排水管網(wǎng)進(jìn)行規(guī)劃和優(yōu)化設(shè)計(jì)，以提高排水管網(wǎng)的排水能力，減少水淹沒城市的現(xiàn)象，為推動(dòng)城市經(jīng)濟(jì)的發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1] 季選豪.城市供水和下水管道的設(shè)計(jì)問題分析及對(duì)策[J].水能經(jīng)濟(jì)學(xué)，2018（1）：136.

[2] 王文靜.城市給排水設(shè)計(jì)中管道優(yōu)化的相關(guān)措施探討[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì)，2016（11）：1685.