市政排水管網優化與維護方法分析

鄒世華

（武漢地鐵集團有限公司建設事業總部，湖北 武漢430030）

1 前言

城市排水管網系統的建立是隨著城市發展而逐漸形成的。隨著城市的發展，經濟產業的不斷調整，新開發區的建立，城市道路不斷修建，舊城區的改擴建等，排水系統也在迅速建立，排水管網的普及率在逐年提高。但是還存在很多問題，如污水直接排人河道造成水體污染；排水體制的不確定導致雨污水合流，使污水得不到有效處理；規劃設計與發展建設不協調導致污水技術條件差，滿足不了使用要求；排水管網建設與污水處理廠建設不配合，導致二次污染等。這些問題均制約了城市排水設施的發展。市政排水管網的優化設計主要是解決在已定平面布置方案下。排水管徑、埋深及提升泵站的優化設計以及排水管網平面布置方案的優化研究。

2 市政排水管網現狀

2.1 規劃設計問題

當前的排水規劃一般來講，普遍比較不合理。排水規劃設計要以總體規劃為前提，但管網建設有其自身的特點，它建設完成后使用期限要長達四五十年以上，如果嚴格以總體規劃的年限、污水量標準、居住人口密度、土地服務范圍等為依據，有時很難適應城市發展的需要。

2.2 排水體制問題

排水體制關乎整個排水設計，當前的大部分排水體制均需改制。排水系統的體制一般分為合流制和分流制，混合制也是城市中常有的系統，是具有合流制的城市需要擴建排水系統時出現的。在大城市中，因各區域的自然條件以及修建情況相差較大，因此要因地制宜地在各區域采用不同的排水體制。

3 已定平面布置下的管道系統優化設計

排水管道優化設計主要是指：對于某一設計管段，當設計流量確定后，在滿足設計規范要求的管徑和坡度的多種組合中，取得管材費用與敷設費用的平衡，在排水管線平面布置已定情況下，對于管段管徑一埋深的優化設計，國內外做了大量研究工作。

3.1 線性規劃法和非線性規劃法

1)線性規劃法．是針對排水管網設計計算中的約束條件和目標函數的非線性，分別用其一級泰勒公式展開式代替，用線性規劃的解作為問題的近似解。反復迭代，使迭代序列逼近非線性規劃的最優解，缺點是把管徑當作連續變量來處理。存在計算管徑與市售管徑不一致的矛盾，且前期準備工作量大，以后發展的整數規劃法，雖然在一定程度上解決了線性規劃的缺點，但是其整型變量比較多，難以求解。

2)非線性規劃法適應了計算模型中目標函數和變量的非線性特征。可以優化選擇管道的直徑和埋深，但極大限制了目標函數和約束條件的形式。

3.2 動態規劃法

動態規劃法是目前國內外比較常用的一種方法。基本思想是把排水管道設計看作一個多階段的過程，通過對設計過程進行階段劃分來對管道進行優化設計。其應用主要分為兩方面：

1)以節點埋深為狀態變量。通過坡度決策進行全方位搜索，其優點是直接采用標準管徑，結果與初始管徑無關。且能控制計算深度。但要求狀態點之間的埋深間隔很小，使存儲量和時間間隔大為增加。因此在此基礎上引入了擬差動態規劃法，在動態規劃法的基礎上引入了縮小范圍的迭代過程，但應用有一定的局限性。

2)以管徑為狀態變量，通過流速和充滿度決策。由于可使用的標準管徑數目有限，因此在計算速度和存儲量上都有很大優勢。以后又發展出了可行管徑法，此法使優化計算精度得以提高，并顯著減少了計算工作量和計算機存儲量。盡管動態規劃法是解決多階段決策問題的一種有效方法，但在排水管道系統設計計算時，前一段的設計結果將直接影響到后續管段設計參數的選用，因此利用動態規劃法求出的污水管道優化設計方案，也并不一定是真正的最優方案。

3.3 直接優化法

直接優化法是直接對各種方案或可調參數的選擇設計計算和比較來得到最優解，具有直觀和容易驗證的優點。主要方法有：

1)電子表格法是一種啟發式的費用估算方法，允許用戶尋找最小費用設計，能得出比動態規劃法要好的結果而且更符合設計規范的要求。

2)兩相優化法是設計流量確定后，在滿足約束條件的前提下，選取最經濟流速和最大充滿度進而得到最優管徑和最小坡度。最大限度地降低管道埋深。直接優化法的算法與人工算法基本相同，但受設計人員的能力所限，所得結果不盡相同，所以所求結果不一定是最優解。

3.4 遺傳算法

遺傳算法是進化算法一個分支，是模擬生物學中的自然遺傳變異機制而提出的隨機優化算法，遺傳算法在解決中小型管道系統優化設計問題時可以求得最優設計方案，但解決大型管道系統問題時，只能求得趨近于最優解的設計方案，在排水管道系統優化設計中，不論采用何種方法，都以設計規范為基本要求，同時使費用達到最小。

4 提高市政排水管管的施工質量措施

4.1 完善施工隊伍內部質量管理，健全各項質量管理的規章制度

市政施工企業應建立以領導為首的質量管理機構，各級施工隊伍要有質安員，從上到下成質量控制網絡，健全各項質量管理制度。對各級質安員的職責范圍，工程質量檢查制度，工程施工資料整編交付辦法都要詳細規定，對具體的工程項目各道工序要有明確的內檢標準和詳細的工藝要求。使各級作業人員有章可循，加強工序檢查，嚴格工藝紀律。上道工序為下道工序服務。上道工序不合格不得進入下道工序，下道工序監督檢查上道工序，配以自檢、互檢監督機制，并運用經濟手段參與質量管理，獎優罰次，促使企業全員的質量意識得到提高，人人爭創優良工程。

4.2 盡量采用先進的施工技術，提高施工技術水平

“工欲善其事，必先利其器”。采用先進的施工技術，不僅可以加快工期，而且更能保證工程質量，比如洋里污水廠廠外管網采用非開挖技術、頂管技術、降水技術等能夠解決施工中較困難的問題，為管網以后充分發揮排水效能打下堅實的基礎。

5 加強管網設施維護和管理

5.1 定期清疏管網設施和加強泵站管理

建議定期周期性對市政排水管網檢查井、泵站、進水井逐個逐段進行巡查、清理、疏通，從業人員應熟悉所管轄排水管線的來龍去脈，努力確保排水管網設施的完好率達到規定要求。

建議泵站的設備管理養護實行定員制，實行24小時值班制度，責任落實到每個人．分工明確，采用量化考核打分制，增強管理人員的管理意識，出現問題，及時發現解決，促進泵站管理水平整體向上提高。

5.2 采用先進的清掏技術和修補技術

新時代要求改變排水維護操作落后的工藝，進一步提高養管水平，實現排水科技進步，需要采用高效、安全、衛生、經濟的清掏技術和管道修補技術。譬如采用高壓沖冼水車，吸泥車等清疏管道，可以實現下水道疏通沖水、吸泥、運泥一條龍作業。排水管道老化是難免的，采用先進的內襯法、襪筒法等維修是很有效的方法。

5.3 加大宣傳力度，增強市民對城市排水設施的自覺愛護意識

制定并宣傳市政排水設施管理辦法，教育市民和近郊的農民愛護市政排水設施，形成“人民城市人民建、人民城市人民管”的良好局面，使城市排水設施得到有效的保護。對故意盜竊市政管網設施和亂接管道等行為，依法嚴厲制止和處罰，這些都可以有效減少排水設施遭到破壞。

6 結束語

總之，正確認識城市排水在城市發展中的重要作用，是解決我國城市排水設施建設的基礎。城市市政排水設施作為城市基礎設施的一部分，關系著城市的衛生條件，聯系著每家每戶要確保排水管網良好運行，僅靠一兩家的努力是不夠的，只有規劃、設計、施工、用戶、管理部門各有關方面共同努力，才能真正提高市政排水管網的排水效能。

[1]GB5026897給水排水管道工程施工及驗收規范