市政排水管網(wǎng)設計存在的問題與措施

摘 要：在建設城市整個排水系統(tǒng)的投資當中，市政排水管網(wǎng)的投資占據(jù)十分關鍵的地位。因此，市政排水管網(wǎng)的優(yōu)化設計具備重大的意義。

關鍵詞：市政排水；管網(wǎng)；優(yōu)化設計

1 我國市政排水管網(wǎng)的現(xiàn)狀分析

1.1 規(guī)劃設計出現(xiàn)問題。制定排水管網(wǎng)規(guī)劃時要結合城市的總體規(guī)劃與區(qū)域規(guī)劃，并且要和城市其它單項工程建設緊密配合在一起，例如城市各項功能分區(qū)的布局、建筑的界限、道路的規(guī)劃以及地下其它各項設施的規(guī)劃等，都要縱觀全局采取合理的措施進行解決，這樣才能將其構成一個有機整體。

1.2 排水體制尚不完善。排水管網(wǎng)設計與排水體制有著直接關系，然而當前大部分排水體制都要進行改制。排水系統(tǒng)體制主要有兩種，一種為合流制，另一種則為分流制。當然混合制也屬于城市運轉中常見的系統(tǒng)，是很多合流制城市在擴建排水系統(tǒng)時常會采用的。大城市里常會受各個區(qū)域自然條件和修建情況較差的影響，所以要針對不同區(qū)域采取相應的排水體制。

2 市政排水管網(wǎng)設計中存在的主要問題

2.1 重視程度不夠，缺乏合理的系統(tǒng)規(guī)劃。通常在城市建設規(guī)劃過程中，管理者往往只重視地面以上的建設情況，而對于地下排水系統(tǒng)沒有予以充分地重視，在路網(wǎng)規(guī)劃過程中沒有充分地分析片區(qū)排水情況，導致排水規(guī)劃不合理，有的只考慮道路兩側局部范圍內(nèi)的排水，而忽略了上游的轉輸流量。甚至還有的片區(qū)根本沒有做整體排水規(guī)劃，只是在市政道路設計時才進行排水管網(wǎng)設計，各條道路的管網(wǎng)孤立進行設計，最后路網(wǎng)成型后發(fā)現(xiàn)有的道路的管網(wǎng)在高程及管徑方面無法很好地與上下游管線銜接。

2.2 設計標準偏低。目前我國的很多城市市政排水系統(tǒng)設計標準一直采用的是一年一遇或三年一遇，并且這種設計標準已經(jīng)沿用了許多年，但近年來我國城市化不斷發(fā)展，市政道路兩側地塊迅速的硬化并被利用，這對原有雨水系統(tǒng)的排放方式造成較大影響，使得地表徑流系數(shù)不斷提高，雨水難于滲透到地下，大量的地表水積聚于路面，雨水系統(tǒng)排放壓力大大增加，形成“水浸街”等內(nèi)澇問題。特別是近年來一到暴雨季節(jié)，我國很多城市便出現(xiàn)內(nèi)澇，嚴重影響了車輛的正常通行和行車安全。這種城市內(nèi)澇現(xiàn)象很大程度上與排水設計參數(shù)取值偏低有關。

2.3 雨水綜合利用程度不高。在當前的市政排水設計中，往往過分依賴于雨水管網(wǎng)系統(tǒng)的排水能力，而忽略了大的城市水循環(huán)系統(tǒng)的形成，在雨水管道設計時沒有考慮充足的雨水蓄存空間，沒有為雨水留足排泄的通道，從而大大增加了管網(wǎng)系統(tǒng)的負荷，尤其是在暴雨季節(jié)可能會出現(xiàn)超負荷而形成內(nèi)澇現(xiàn)象。

2.4 排水管網(wǎng)細節(jié)設計不合理。在排水管網(wǎng)的具體設計過程中，因人為因素造成很多不合理的地方，如因資料不齊而導致設計參數(shù)選擇錯誤，造成管徑偏小或偏大，管道坡度控制不合理而影響排水性能，沒有進行管線過街預留或預留不合理，排水管網(wǎng)與其他管線在高程上存在沖突等問題。這些設計不合理之處會給管網(wǎng)系統(tǒng)的施工和后期正常運營帶來不利影響。

2.5 計算機互聯(lián)網(wǎng)等先進技術應用水平不高。由于我國還沒有對城市排水予以足夠的重視，因而在管網(wǎng)規(guī)劃設計、維護管理、調(diào)度運行等方面還沒有開發(fā)和運用一些先進的計算機互聯(lián)網(wǎng)等技術，造成管網(wǎng)設計水平低下，也不利于后期維護和管理的開展。

3 市政排水管網(wǎng)的優(yōu)化設計措施

3.1 優(yōu)化布置管線平面。布置排水管網(wǎng)時應堅持工程量最小、水流暢通以及最大限度上節(jié)省能量的原則，準確進行定線，這也是合理設計管網(wǎng)的前提基礎。定線基本原則主要表現(xiàn)在以下幾個方面：設計干管支管時要采取直線布局，切忌拐彎；定線時要充分利用地理優(yōu)勢，促使污水能在重力作用下可以順利流到污水廠里面；設計過程中要盡可能的減少管道的埋深；布置管道過程中要盡量少設置一些提升泵站。

3.2 優(yōu)化已定平面布置管道系統(tǒng)設計。所謂優(yōu)化排水管道設計主要內(nèi)容為：針對某一設計管段，在確定好設計流量時，需在達到設計規(guī)范標準的管徑與坡度等多種組合里，尋求管材費用和敷設費用之間的平衡。當排水管線的平面布置已經(jīng)指定好后，關于管段管徑以及埋深的優(yōu)化設計，很多機構都作了很多研究工作，并取得了一定的成就。

3.2.1 采取線性規(guī)劃法與非線性規(guī)劃法。（1）線性規(guī)劃法。所謂線性規(guī)劃法主要指排水管網(wǎng)設計在計算過程中經(jīng)常會受到的一些約束條件以及目標函數(shù)本身具有的非線性，通常會采取一級泰特公式及展開式進行代替，并將線性規(guī)劃解當作問題近似解，通過反復迭代，促使迭代序列可以靠近非線性規(guī)劃里的最優(yōu)解。當然這種方法也有不足之處，即長把管徑看作連續(xù)量進行處理，以致于計算管徑和市場管徑出現(xiàn)不一致沖突，并且前期準備的工作量比較大，雖然今后發(fā)展起來的整數(shù)規(guī)劃法從某種程度上彌補了線性規(guī)劃缺點，然而因它的整型變量非常多，所以很難求解。（2）非線性規(guī)劃法。非線性規(guī)劃法極大的適應了當前計算模型里目標函數(shù)以及變量本身具有的非線性特征，對于選擇的管道直徑與埋深也可以起到優(yōu)化的作用，然而卻極大的阻礙了目標函數(shù)以及約束條件形式的發(fā)展。

3.2.2 采取直接優(yōu)化法。所謂直接優(yōu)化法是根據(jù)各種方案或者一些可調(diào)參數(shù)方面的選擇設計進行計算與比較所獲得的最優(yōu)解，其直觀性與便于驗證便是最大優(yōu)點。這種方法主要表現(xiàn)在以下兩個方面：（1）采用電子表格法作為啟發(fā)式費用估算法，使得用戶可以尋找到最小的費用設計，進而可以拿出更好的結果且能滿足施工設計規(guī)范標準。（2）采用兩相優(yōu)化法，這種方法主要用在設計流量確定好后，并以達到約束條件為前提，選擇最為經(jīng)濟的流速與最大充滿度從而獲取最優(yōu)管徑與最小坡度，與此同時也能最大限度的把管道埋深降低。這種直接優(yōu)化法本身的算法和人工算法差不多一樣，然而設計人員水平有限，所能獲取的結果也不同，這時獲取的結果便不太可能成為最優(yōu)解。

3.2.3 采取遺傳算法。所謂遺傳算法屬于進化算法中的一個分支，它是通過模擬生物學里面的自然遺傳變異機制所提出的一種隨機優(yōu)化算法。這種遺傳算法用于解決小型管道里的系統(tǒng)優(yōu)化設計問題時會獲取最佳設計方案。然而在解決較大型的管道系統(tǒng)問題時，通常只可以獲得一個接近最佳解的優(yōu)化設計方案，所以優(yōu)化設計排水管道過程中，不管采用怎樣的方法都要將設計規(guī)范作為最基本的要求，與此同時也要把費用降到最低。

4 結語

科學合理的市政管網(wǎng)布局和設計，對城市排水和水污染的控制及環(huán)境的保護和改善具有重要的作用。因此，采取科學、合理和有效的措施和方法來優(yōu)化市政管網(wǎng)的布局和設計，有利于城市水污染的防治、城市環(huán)境的保護和改善，是社會和經(jīng)濟的健康可持續(xù)發(fā)展及人們健康安全的保障，進而帶來良好的經(jīng)濟效益、社會效益和生態(tài)效益。

參考文獻

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作者簡介：張偉成，身份證號碼：440783199102051231。