城市給排水管網(wǎng)規(guī)劃及優(yōu)化探析

摘要：隨著我國城市化進程步伐的加快，城市給排水管網(wǎng)建設(shè)對整個城市的生態(tài)環(huán)境起著越來越重要的作用，它在提高居民生活質(zhì)量及改善當?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境方面意義重大。文章圍繞城市給排水管網(wǎng)規(guī)劃及優(yōu)化展開了研究，首先分析了給水管網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計任務(wù)及原則，接著就城市供水管網(wǎng)和城市道路排水管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計進行了探討。

關(guān)鍵詞：城市給排水；管網(wǎng)規(guī)劃；給水管網(wǎng)規(guī)劃；供水管網(wǎng)規(guī)劃；道路排水設(shè)計 文獻標識碼：A

中圖分類號：TU821 文章編號：1009-2374（2015）27-0035-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.27.019

近年來，我國的城市化建設(shè)得到了空前的發(fā)展，隨著用水人口和用水量的不斷增多，原有給水系統(tǒng)不堪重負，有些地區(qū)已經(jīng)出現(xiàn)水量欠缺的現(xiàn)象，低壓區(qū)也在不斷增多。供水企業(yè)在確定管線走線和管徑時通常是依據(jù)經(jīng)驗來進行的，由于實際管網(wǎng)較為復(fù)雜，工作量較大，管網(wǎng)的設(shè)計具有變量多、約束條件復(fù)雜的特點，進行城市給水管網(wǎng)系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計對于解決城市供水問題具有十分重要的意義。

1 給水管網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計任務(wù)

城市給水管網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計通常是在一定的條件下，在確定的水廠規(guī)模和位置背景下，對管網(wǎng)的模型進行建立和對運行工況進行計算，找到一個投資少、低能耗、安全可靠性高的管網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計方案。具體而言，進行城市給水管網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計的任務(wù)體現(xiàn)在以下兩個方面：首先是管網(wǎng)的優(yōu)化布置。作為給水管網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計的基礎(chǔ)，管網(wǎng)的優(yōu)化布置是否科學合理對于給水系統(tǒng)的安全可靠及經(jīng)濟性而言意義重大。此外還要注意供水分區(qū)及供水方式的優(yōu)化，正確選擇串聯(lián)供水或并聯(lián)加壓的供水方式，加壓站的設(shè)置要科學合理，保證供水系統(tǒng)的運行費用最低。其次是管徑的優(yōu)化設(shè)計。在給水管網(wǎng)中，管徑的大小關(guān)系著系統(tǒng)的布局，受管段在管網(wǎng)系統(tǒng)中所承擔的責任影響；在管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計上，要基于管網(wǎng)的最優(yōu)布置，通過優(yōu)化模型進行求解。

2 給水管網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計原則

作為一項系統(tǒng)而復(fù)雜的工程，城市給水工程設(shè)計需要遵循一定的原則，主要有以下三點：（1）要對城市的未來發(fā)展有科學的把握。給水系統(tǒng)的建設(shè)受城市未來發(fā)展所導(dǎo)向，在進行規(guī)劃設(shè)計時要結(jié)合城市的總體規(guī)劃、合理確定近期和遠期的供水量。（2）規(guī)劃設(shè)計要具有一定的針對性。要對當前的城市給水管網(wǎng)系統(tǒng)存在的問題進行研究并給出應(yīng)對措施，結(jié)合給水調(diào)查報告深入分析運行中存在的問題，給出解決措施。（3）在規(guī)劃設(shè)計完成后，要基于供水需求和管網(wǎng)安全可靠運行的要求，盡可能地節(jié)省投資和降低能源消耗，保證可操

作性。

3 供水管網(wǎng)設(shè)計問題及優(yōu)化

3.1 管線設(shè)計

在管線的確定過程中，由于會受到定線圖與實測圖之間比例大的影響，為了保證設(shè)計的準確性，相關(guān)設(shè)計人員應(yīng)該到實際現(xiàn)場進行調(diào)查，對不合理的定線圖進行實時修正。如果是改造工程，理想管位與老管位之間的凈距應(yīng)該在1.5米以上。當下，隨著管材質(zhì)量的不斷提高，在實際設(shè)計中，如果管道之間的相互影響較小，也可以視具體情況減小凈距。在管線設(shè)計時，要注意預(yù)留和預(yù)埋，設(shè)計人員要重點標注和說明管徑、管道基礎(chǔ)以及標高等參數(shù)。從節(jié)約成本、減少損失的角度出發(fā)，應(yīng)該盡量多畫標準圖以及詳細圖。在豎向設(shè)計時，要遵守以下三個布置原則：（1）合理布置管線，當管線受到荷載時，要保證其不會被外力壓壞；（2）在氣候寒冷的地方，要保證管網(wǎng)不會被凍結(jié)，管道之間的垂直距離要滿足相關(guān)要求；（3）在外力作用下，不同的管線材料所承受的力度也各不相同，在最小覆土的設(shè)計上，需要與給排水的管材實際相結(jié)合。

當工程管線發(fā)生豎向之間的矛盾時，要注意以下五個問題：（1）當支管的規(guī)劃與設(shè)計和干管的規(guī)劃與設(shè)計相矛盾時，應(yīng)該以干管為主，盡量妥協(xié)于干管；（2）當可彎曲的管道在走線時與不能彎曲的管道相矛盾時，應(yīng)該以不能彎曲的管道為主；（3）當壓力管道與重力管道之間存在矛盾時，應(yīng)該以重力管道為主；（4）在管線規(guī)劃時，對于當前已有的管道應(yīng)該盡量以現(xiàn)有的管線；（5）大小管線在規(guī)劃設(shè)計時，要以大管線為主。盡管如此，但是在實際工程中，還應(yīng)該視具體情況而定，以上原則并不是固定不變的，只有做到了科學合理布置，才能有效降低成本，提高設(shè)計的含金量。

對于住宅區(qū)的給水管線，在設(shè)計中要注意以下四個問題：（1）要與物業(yè)相結(jié)合，從整體上把握設(shè)計的系統(tǒng)性；（2）要與當?shù)氐氖┕に较嘟Y(jié)合，設(shè)計要符合實際情況；（3）要對新產(chǎn)品有所了解，對其原理和優(yōu)缺點有充分的認識；（4）要與住宅的設(shè)計相結(jié)合，滿足住宅的設(shè)計要求，保證管線與建設(shè)風格相協(xié)調(diào)。

3.2 管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計

管網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計對于整個給排水的規(guī)劃而言意義重大，它是在管線確定之后，對管徑和水力等參數(shù)進行優(yōu)化的過程，從而實現(xiàn)管網(wǎng)流量的合理分配；在優(yōu)化過程中，要與城市的實際情況相結(jié)合，對客觀條件有充分的認識。對相關(guān)布局進行優(yōu)化，保證不同壓力范圍內(nèi)的給水都能夠順利實施，從而降低整體費用。一般來說，遺傳算法是優(yōu)化設(shè)計中常用的方法，可以對中小型管線的設(shè)計方案進行評估。如果一座城市的水量充足，能夠保證充足的供水管網(wǎng)系統(tǒng)，供水壓力較為穩(wěn)定，則可以選擇無負壓管網(wǎng)設(shè)備；如果城市的瞬間用水量較大并且十分集中，可以采用直接式管網(wǎng)。

4 道路排水設(shè)計問題與優(yōu)化

4.1 雨水排水設(shè)計

在城市的道路排水設(shè)計中，雨水管渠設(shè)計是重要組成部分，在設(shè)計過程中，要準確計算雨量，因此，要與當?shù)氐膶嶋H氣候等相結(jié)合。通常情況下，傳統(tǒng)的方法對于暴雨強度中的相關(guān)參數(shù)沒有經(jīng)過充分的考量。作者認為，遺傳算法具有全局隨機搜索的功能，能夠?qū)δ繕诉M行直接的操作，并且能夠有效提高公式的準確度。從城市的實際情況出發(fā)，由于建筑物十分密集，交通量較大，進行管線設(shè)計時一般是采用暗管。在地形較為平坦的道路上，采用的是蓋板，用于將雨水排除掉，它具有經(jīng)濟有效的優(yōu)點，以后進行維護時也十分方便。

4.2 污水排水設(shè)計

一般來說，在污水干管的布置上，是在小區(qū)規(guī)劃完全確定之前就要確定好的，而這種方式會導(dǎo)致排水點不明確。因此，排水干管與支管的銜接無法完全確定。為了同時滿足排水的要求和降低施工的成本，一般是這樣做的：在排水干管上，每相隔一定的長度接出一根連接管，將其延伸到人行道上，這對于一些無法預(yù)計的規(guī)劃具有較好的規(guī)避性，可以防止由此造成的破損。遵照就近排水的原則，在確定連接管之間距離時要從實際出發(fā)，合理確定。在設(shè)計污水排水管線時，要盡量與其他管線發(fā)生沖突。在排水管線方式的選擇上，可以采用跌水井調(diào)節(jié)和局部增大斷面的方式，從而保證足夠的水斷面。在保證排水順利的前提下，可以采用倒吸虹管。如果污水管線的流速超出了規(guī)定的范圍，應(yīng)該依據(jù)相關(guān)規(guī)范進行修改。就街道而言，污水管道的管徑最小為300毫米，坡度的最小值為0.0003。如果管道的坡度無法滿足相關(guān)要求，也可以適當減小。為了盡量降低工程的造價，在管道的設(shè)計上，要在滿足規(guī)范的前提下盡量減小管道的埋深。

5 結(jié)語

本文針對城市給排水管網(wǎng)規(guī)劃及優(yōu)化進行研究，分析了給水管網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計的任務(wù)及原則，就城市供水管網(wǎng)和城市道路排水管網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計進行了分析。近年來，我國的給排水設(shè)計人員在城市管網(wǎng)的設(shè)計中積累了越來越多的經(jīng)驗，在促進給排水管網(wǎng)的發(fā)展中做出了巨大貢獻；給水管網(wǎng)的優(yōu)化方法得到了不斷豐富，所涉及的問題也在不斷深入。總而言之，面對復(fù)雜的管網(wǎng)設(shè)計和工況，要進行綜合考慮，采用最合適的方法進行計算。

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作者簡介：吳正高（1980-），男，安徽樅陽人，供職于安徽省城建設(shè)計研究院，碩士，研究方向：市政工程。

（責任編輯：周 瓊）