市政給排水基礎(chǔ)設(shè)施增量優(yōu)化研究

李尉毓

（湛江市規(guī)劃勘測設(shè)計院，廣東 湛江 524002）

盡管市政給排水工程的實施滿足了城市大部分的給排水需求，實現(xiàn)了給排水基礎(chǔ)設(shè)施的完備與保障，但隨著城市的快速擴張，基礎(chǔ)設(shè)施供應(yīng)量不足的問題開始凸顯。為實現(xiàn)對給排水基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的全面優(yōu)化，本文以某市政給排水工程項目為例，開展基礎(chǔ)設(shè)施增量優(yōu)化方法的設(shè)計。

1 市政給排水基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)現(xiàn)存問題

為明確市政工程實施中的給排水基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)方向，本文將以某試點地區(qū)為例，進行給排水基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)現(xiàn)存問題的分析。

通過對該地區(qū)的大量走訪與調(diào)查，明確了從居民群體需求量與供應(yīng)量角度分析，該地區(qū)現(xiàn)有的給排水基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)可以滿足未來時間內(nèi)的使用需求，但相關(guān)設(shè)施的應(yīng)用并沒有緩解該地區(qū)實際用水、排水需求的局面。同時，此城區(qū)內(nèi)現(xiàn)有的基礎(chǔ)設(shè)施已在使用中出現(xiàn)了嚴(yán)重的老化問題，在對城市居民進行水資源供應(yīng)、雨污水收集時，已出現(xiàn)了輸水管道泄露等問題，此種現(xiàn)象使部分地區(qū)出現(xiàn)水資源嚴(yán)重浪費、污水泄漏污染環(huán)境等情況。因此，在進行市政給排水基礎(chǔ)設(shè)施的優(yōu)化建設(shè)中，應(yīng)將提高水質(zhì)安全、保障城市供水連續(xù)性、減少內(nèi)澇、杜絕黑臭作為核心目標(biāo)，基于此角度，對地區(qū)供水系統(tǒng)中的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)存在問題進行闡述。

2 市政給排水基礎(chǔ)設(shè)施增量優(yōu)化方法

2.1 給排水基礎(chǔ)設(shè)施工程措施

通過上述論述，明確當(dāng)前市政給排水建設(shè)項目當(dāng)中各類基礎(chǔ)設(shè)施存在的問題后，從給排水基礎(chǔ)設(shè)施增量角度進行優(yōu)化。針對城市中存在較高內(nèi)澇風(fēng)險的區(qū)域，對其基礎(chǔ)設(shè)施進行優(yōu)化，其中最簡單且直接的方式是提升對排水管線設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)。由于當(dāng)前大多數(shù)城市中的給排水設(shè)施建設(shè)時間較長，并且在不同年限當(dāng)中針對排水體系的建立和設(shè)計觀念也均不相同。針對這一問題，首先明確不同階段對給排水基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的標(biāo)準(zhǔn)。對于市政給排水設(shè)施建設(shè)時間較早的路段，周圍道路以及橋梁的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)為1～3 年一遇，針對部分重點區(qū)域，其等級為5～10 年一遇。給排水基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中，管道結(jié)構(gòu)的坡度設(shè)計決定著管道水流的速度，但坡度通常受到施工深度的影響。若施工量越大，則需要消耗的資金越多。早期給排水基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計時，對于坡度的選用通常是千分之四，最大坡度為千分之六。在明確現(xiàn)有市政給排水基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)及條件的基礎(chǔ)上，嘗試通過圖1 所示的內(nèi)容實現(xiàn)對其優(yōu)化。

圖1 市政給排水基礎(chǔ)設(shè)施優(yōu)化思路

將圖1 所示內(nèi)容作為基礎(chǔ)，在具體增量優(yōu)化時，首先考慮新建雨水管線是否具備所需的水資源采集能力。例如，在對管線管徑選擇時，首先，應(yīng)當(dāng)選擇能夠承擔(dān)更強降水徑流量的管線，并適當(dāng)增加雨水箅子在內(nèi)澇區(qū)域當(dāng)中的分布，以此使收集徑流水資源的工作分開，從而弱化低洼地勢所在區(qū)域的積水程度，提升市政給排水整體采集雨水的能力。其次，從提升泵抽升能力的角度出發(fā)，通過對泵的優(yōu)化選型，增加泵的數(shù)量等，確保在積水淹沒時排水泵能夠順利完成排水任務(wù)。除此之外，還可將部分區(qū)域的排水泵替換為潛水泵，以此提升泵站排水的能力。最后，針對仍然具備一定建設(shè)空間條件的內(nèi)澇區(qū)域，可以結(jié)合實際情況，在地表或地下完成對調(diào)蓄池的建設(shè)，并將降雨徑流的峰值暫時存儲在調(diào)蓄池當(dāng)中，在最大降雨量時間段結(jié)束后，實現(xiàn)錯峰排除雨水的目的。通過上述優(yōu)化，既能夠降低內(nèi)澇程度，緩解市政給排水基礎(chǔ)設(shè)施的運行壓力，同時又能夠減少降雨對河湖的污染，儲存的水資源也可以被二次利用，提升市政給排水基礎(chǔ)設(shè)施的環(huán)保性。

2.2 給排水基礎(chǔ)設(shè)施非工程措施

除上述工程措施外，還可以通過非工程措施實現(xiàn)對市政給排水基礎(chǔ)設(shè)施的優(yōu)化。非工程措施不會涉及物理層面的設(shè)施建設(shè)，而是通過政策、經(jīng)濟等方面實現(xiàn)對減少雨水徑流風(fēng)險和影響，例如通過規(guī)范設(shè)計、土地利用規(guī)劃、信息資源規(guī)劃等。上述工程措施在實際應(yīng)用中可能會受到降雨隨機性以及技術(shù)層面的因素影響，造成在實際實施中局限性較大，但非工程措施在應(yīng)用的過程中不會直接作用于雨水徑流上，只是通過合理控制的方式實現(xiàn)優(yōu)化，并且能夠為工程措施提供充分發(fā)揮作用的條件。具體實施內(nèi)容為：在暴雨前提前做好氣象同時以及排水部門通知，將上述工程措施在中建設(shè)的調(diào)蓄池或污水處理設(shè)施等各類市政給排水基礎(chǔ)設(shè)施的水量排空，以此提升暴雨來臨時市政給排水基礎(chǔ)設(shè)施的存儲和處理能力。

2.3 城市內(nèi)澇區(qū)域給排水基礎(chǔ)設(shè)施改造

通過上述論述從工程措施和非工程措施兩方面實現(xiàn)對市政給排水基礎(chǔ)設(shè)施的優(yōu)化后，針對城市中具體區(qū)域也需要針對性地給出合理改造方案。在確定城市內(nèi)澇區(qū)域時，對以往存在積水的路段進行等高線提取，并以此找出路段積水區(qū)域。積水區(qū)域一般地勢低洼，并且由于早期建設(shè)的給排水基礎(chǔ)設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)較低，因此在暴雨到來時無法承受超過設(shè)計排量的雨水，這一部分雨水徑流會流向四周。結(jié)合等高線進行分析，若路段最高點位于中心，則道路的兩端低洼點均為易澇點，雨水會從中間流向兩側(cè)。針對內(nèi)澇區(qū)域進行優(yōu)化，可選擇在道路兩側(cè)加設(shè)雨水箱的方式實現(xiàn)。針對區(qū)域面積較大的低地勢區(qū)域，還應(yīng)當(dāng)在其周圍設(shè)置蓄澇區(qū)，并將流水線的徑流直接導(dǎo)入到蓄澇區(qū)域內(nèi)。在具體實施優(yōu)化改造時，可在雨水線上增設(shè)一個雨水調(diào)蓄池，以此能夠有效提升給排水基礎(chǔ)設(shè)施對雨水容納緩沖能力。針對雨水調(diào)蓄泵站的改造，可將道路低洼點雨水抽入到現(xiàn)有雨水管線當(dāng)中，并使其排向河流。在新建擋水墻結(jié)構(gòu)時，針對其長度的設(shè)置應(yīng)當(dāng)符合雨水徑流的長度，使用擋水墻將雨水徑流導(dǎo)入到附近河流當(dāng)中。

2.4 高風(fēng)險內(nèi)澇區(qū)域給排水基礎(chǔ)設(shè)施改造

在具體實施時，首先，根據(jù)以往經(jīng)常發(fā)生內(nèi)澇或發(fā)生嚴(yán)重內(nèi)澇的節(jié)點，結(jié)合預(yù)測模型對其風(fēng)險程度進行識別，并確定出最容易出現(xiàn)內(nèi)澇的節(jié)點。根據(jù)被改造區(qū)域內(nèi)的實際情況，例如周圍環(huán)境、施工條件等，并對不滿足當(dāng)前排水流量的舊管線進行更換。可以選擇新建雨水管線的方式，將出水端引入到周圍水體或調(diào)蓄池當(dāng)中，并實現(xiàn)錯峰排放。其次，針對部分區(qū)域內(nèi)沒有良好地下管線鋪設(shè)空間的問題，可以選擇在高風(fēng)險內(nèi)澇點周圍建立雨水泵站的形式進行優(yōu)化，促進泵站的抽升能力提升，從而實現(xiàn)對積水的快速排出。針對較為重要的低洼區(qū)域，還可以通過建立擋水墻結(jié)構(gòu)的方式，將雨水以往徑流走向改變，以此避免內(nèi)澇出現(xiàn)時道路被積水中斷。

3 對比分析

為證明本文設(shè)計的方法可以對城市給排水工程建設(shè)提供進一步的指導(dǎo)與幫助，下述將通過對比實驗的方式，對本文設(shè)計成果進行檢驗。

實驗中，選擇湛江某片區(qū)給排水工程項目作為實例，獲取該片區(qū)給排水基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)現(xiàn)狀。并按照本文提出的四個方面對策，進行片區(qū)給排水基礎(chǔ)設(shè)施的優(yōu)化。完成優(yōu)化后，將增設(shè)基礎(chǔ)設(shè)施的承載力作為評價指標(biāo)，但承載力指標(biāo)在此過程中屬于模糊性指標(biāo)，無法通過實地勘察直接獲取。因此，需要通過建立基礎(chǔ)設(shè)施增量評價指標(biāo)體系的方式，掌握該片區(qū)中不同分區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施的承載力。設(shè)計評價指標(biāo)體系時，所選的指標(biāo)應(yīng)具有下述四個方面的特點，見表1。

表1 片區(qū)中不同分區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施的承載力評價指標(biāo)特點

通過上述表1 中內(nèi)容，建立如表2 所示的基礎(chǔ)設(shè)施承載力評價指標(biāo)體系。

表2 基礎(chǔ)設(shè)施承載力評價指標(biāo)體系

根據(jù)表2 中的計算公式，得到不同評價指標(biāo)的具體量化數(shù)值，根據(jù)多個指標(biāo)的權(quán)重，對比基礎(chǔ)設(shè)施增量前后，給排水工程的承載力能力。將其作為實驗結(jié)果，見圖3。

圖3 給排水基礎(chǔ)設(shè)施增量優(yōu)化前后的承載力對比（承載力取值在0～1 范圍內(nèi)）

通過上述實驗可知，本文設(shè)計的增量優(yōu)化方法在應(yīng)用后，可以提高市政給排水工程的承載能力，從而實現(xiàn)對城市給水工程與排水工程的全面優(yōu)化。

4 結(jié)語

完善、優(yōu)化市政工程中的給排水基礎(chǔ)設(shè)施，不僅可以保障城市居民群體的正常生活，同時也可以為城市中相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展與建設(shè)提供運行支撐。市政給排水工程的功能包括：降低城市暴雨洪澇災(zāi)害的發(fā)生、調(diào)節(jié)地區(qū)生態(tài)水環(huán)境平衡、滿足地區(qū)居民生活用水需求等。為了進一步實現(xiàn)對相關(guān)工程的優(yōu)化與完善，開展給排水工程基礎(chǔ)設(shè)施增量優(yōu)化方法的設(shè)計。對比實驗結(jié)果證明了本文設(shè)計成果可以提高市政給排水工程的承載能力。