論市政排水管網的優化設計

伍洋

摘 要：開篇從2012北京城排水隱患的熱點事件出發，論述我國目前市政排水管網系統設計和政策存在的質量問題，對引起排水隱患的幾點因素進行分析，并結合世界著名城市地下排水系統優秀案例，對市政排水系統的優化設計給出相關的對策和建議。

關鍵詞：市政排水 系統 管網 優化設計

中圖分類號：TU992 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）05（a）-0046-02

市政排水管網系統是我國市政工程建設的一部分，也是城市建設的基礎性工程。2011年和2012年的北京連續兩年特大洪災造成的市區積水和人員傷亡，反映了我國多年來城市排水系統設計存在嚴重的設計與質量問題，對于大城市的排水設計所隱藏的巨大隱患將對國民經濟和城市建設造成無法估量的損失，對市政排水管網的優化設計與質量控制勢在必行，如圖1所示。

1 我國市政排水管網系統設計存在的問題

1.1 對地下排水工程的重視欠缺，設計缺乏宏觀整體規劃

長期以來城市建設注重地面工程而忽視了地下排水工程的系統設計與規劃。在城市規劃初期應將市政排水系統設計作為一個獨立的系統去規劃與設計，并配備足夠的資源才能保證在特殊情況下城市的應急排水能夠高效和有序的進行。而目前諸多城市的做法往往只是在道路系統設計中考慮地下排水和地表排水，且片區的排水設計無相關性，當放到城市一個整體中時，排水缺陷問題就會暴露。

1.2 行業相關標準不健全

目前，城市道路排水系統上下游管道直徑參數取值不當，在城市化進程加快的今天，如今的城市排水能效受到諸多因素的影響，有氣候的因素，有經濟發展不平衡因素和道路工程自身因素等，如今的市政排水設計標準沒有能夠適應現在的城市路面系統，排水管網直徑參數或大或小，排水專用管道與市政其他管道的管線讓線沖突與高程出現誤差，造成排水性能的降低都是規范要具體規定和嚴格實施的具體內容。

1.3 排水設計無分層設計，混合排流現象造成排水負擔

城市排水來源有天然雨水和城市生活污水，而目前城市排水系統一般都是污水與雨水混合排水，這會給排水管道造成過重的排水負擔。在發生特大降水時，這種負擔將會轉變為排水壓力，使得降水無法排離城市路面，造成道路大面積或者片區大面積積水，行車在比較低的地段時候由于積水較厚將會淹沒行車和行人，同樣的現象在北京洪災中出現過。

1.4 排水系統設計思維固化，排水渠道單一

城市排水思路固化的表現是將積水排到地面下或者排出去，而如果能合理循環利用降水可以緩解城市排水管網的排水壓力，并且給需要水的地方供水，不需要水的地方排水，這就是雨水排水循環系統的工作原理。目前排水循環系統不僅體現在城市排水設計中，也存在于市政建筑排水設計中，如現在建筑中水回用技術將生活污水和自然用水循環，一方面可以節約用水，一方面可以緩解市政排水負擔。

1.5 排水應急措施不當，信息預測不準確

現在是互聯網時代，對一些市政應急措施的預測應及時、有效、快捷、方便。如在一些降水多發城市和社區應分區進行降水的實現預測，在城市建設和規劃初期就可以確定該片區的排水能力和應采取的排水措施，這將得益于如今高速發展的互聯網技術和計算機技術，從目前情況來看，由于多數城市對市政排水系統設計的不夠重視，很難在計算機技術和信息技術方面采取有效的控制和預測方案，在排水管網的設計與規劃、運行、調度、后期維護管理環節存在諸多弊端。

2 世界著名城市排水系統設計案例

日本是臺風多發國家，東京地下排水系統設計就是為了避免城市遭受臺風和雨水的寢室而設計和修建的。東京地下排水系統92年開工，06年竣工，歷時14年工程堪稱世界最先進的地下排水系統。其排水標準5～10年一遇，地下開挖一系列的混凝土立坑，極大提高了雨水的蓄存能力，東京地下排水系統的河道深度高達60m。東京設有降雨信息系統，通過對雨水的數據的收集與統計，合理進行排水調度。

古羅馬下水道建設2500年至今仍在使用，渠道系統巖石砌筑，將暴雨造成的河流從羅馬城排除，渠道系統最大達3×4 m的截面尺寸，從古羅馬城廣場直通臺伯河。

巴黎的下水道設置了地面上的標路牌，因此可以看出巴黎對地下排水工程的重視程度。巴黎降水頻繁，但據報道并沒有出現城市因降水而導致的交通堵塞和積水現象。巴黎下水道處于地面以下50 m，水道縱橫交織，總廠2347 km，規模遠超巴黎地鐵，因此足以可見排水的速度與能效。

3 市政排水管網系統設計優化對策

3.1 平面管網優化設計

已定平面管徑與埋深的確定優化方法分為直接與間接優化。直接優化是指對各種參數的調節與對比來求得最優化的解決方案。間接優化是指建立數學模型，選擇最優化的管徑與埋深組合方案。如常用的遺傳算法、線性與非線性規劃法、動態規劃法。

管線的優化設計要遵循滿足排水功能和效能的前提下，使排水的工程量小。管線的布置和管網優化設計的重要部分。布線原則如下。

（1）排水的干管和支管盡量直線型布局不要有彎曲現象。

（2）布線利用地形與地勢的因素，結合污水廠的設置和重力系統將污水排出。

（3）合理的管線埋深

（4）管線的長度最優化與挖方的最優化可采用動態優化的方法進行最優方案的選擇。例如排水線的引入。

（5）管線平面布置方案也可以采取不同管段坡度、管道長度、挖方量三種權重計算，最后根據平面布置方案選擇合理的管徑和埋深，造價成本的控制也是此過程中需要注意的。

3.2 管道設計的優化

排水管道的設計可以采用德國對青島地下排水管道的造型，蛋形型管材截面形似鴨蛋，設計上寬下窄，排水管道順暢，污水無法積存與管內，管道的上部分是水泥，下半部分是水泥上貼了層瓷瓦，可以起到防腐蝕的效果。

排水管道設置反水閥，被水沖刷了的贓物只能進入水斗，而不會進入排水管道，不會造成管道堵塞，贓物也便于清理，反水閥同時也可以避免管道臭氣散發到空氣中。

3.3 排水系統設計與計算機信息系統的結合

在市政排水設計中，為了發揮排水的效能，應結合計算機信息技術來改善排水的各個環節。如設置降雨信息系統，收集城市雨水和降雨頻次數據，以便于各片區排水調度。利用信息系統的預測與統計的結果，在一些容易發生積水和浸水的路面和片區設置雨水調整池。

3.4 城市排水與市政基礎建設

提高行業標準以便于采取比較恰當的事前和事中處理。在城市市政建設中，地下工程的排水可以設置雨水蓄存措施，如在地下開挖混凝土立坑，同時在下水道內設置高馬力水泵，提高疏通地下水的能力。

城市路面工程的鋪裝設計中，采用透水性能強的路面鋪裝層，可以加強雨水的地下滲透能力，分擔排水管道的排水壓力，減少地表徑流，還可以大大補充表層地下水資源。

排水基礎設計應考慮修建地下暗渠和地上明渠。并定期和不定期對城市大小河道進行梳理和整治。

3.5 排水系統的后期修養與維護

法國巴黎下水道設計中，排水道兩旁設置寬約1 m的供檢修人員通行的便道。維修人員可以定期對下水道的排水泵房、排水管道和其他排水設施的修理和圍護，保證排水工作能順利進行。對市政排水系統的維護人員應該進行定期和不定期的技術培訓，使他們能夠及時掌握世界排水優秀工程中的新經驗、新做法、新的維護手段。這對保證城市道路和地下排水工程的順暢進行提供了更好的保障。

4 結語

市政排水工程是一個復雜有序的工程。在目前我國城市排水系統并不是完善的今天，不能繼續沿用以往排水的固有模式，應不斷改進和優化目前的排水設計方案，沿用最新的數學模型計算法則，使用好互聯網和計算機技術在排水工程的合理應用，合理確定排水系統中的管徑和埋深的設計參數、結合工程的實際情況精確計算，減小成本，提高城市整體市政排水水平，統籌協調環境效益、經濟效益和社會效益的統一。

參考文獻

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