市政排水管網規劃和優化設計研究

張乾坤

摘 要 在市政工程建設過程中，排水管網的設計與規劃是重要組成部分，其規劃設計的合理性直接影響人們的生活和工作，因此，為最大限度保障居民的正常生活，必須不斷對排水管網的規劃和設計進行優化，以使市政排水管網系統具備較強的科學合理性，減少自然災害破壞城市基本設施的概率。

關鍵詞 市政;排水;管網;規劃;設計

1市政排水管網布局與設計中存在的問題

1.1 排水系統缺乏科學合理性。

目前，多數城市在規劃和重建市政排水工程時，多數還是使用分流排水系統，一些地區還存在盲目選擇分流排水系統的問題，而沒有充分將城市實際情況考慮在內，導致排水系統與實際不相符，無法凸顯排水系統的作用;

1.2 排水管網設計缺乏科學合理性

由于在某些道路的排水管網設計中，部分設計人員未結合實際排水系統進行設計，導致排水管直徑和坡度較小，以至于設計的排水管無法正常與排水系統連接[1]。

2市政排水管網規劃與優化設計措施

2.1 優化布置管線平面

在對市政排水管網進行布設時，必須遵守最小工程量、水流暢通無阻、節約能源的設計原則，準確無誤地完成定線工作，這是保障排水管網設計合理的前提。定線的原則有以下幾點，即在對主管和支管進行設計時，應通過直線布設的方式，盡量減少拐彎設計;其次，在定線時，可以充分對地理優勢進行利用，以便在重力作用使污水暢通無阻的流入污水處理廠;在埋設管道時，減少深埋;在對管道進行布設時，盡量減少提升泵站的設置數量。

2.2 優化已定平面布置管道系統設計

優化排水管道設計的內容：在設計特定的管段時，對設計流量進行確定時，需要在滿足設計標準管徑與坡度等基礎上，盡量使管材成本與鋪設成本達到一致。在確定排水管道的平面布局后，許多部門在優化設計管道直徑和埋深設計方面做了多項研究分析工作，并取得了相應的成就，具體如下：

（1）線性與非線性規劃法。①線性規劃法。線性規劃指的是在設計計算排水管網時，一些制約條件和目標函數都具備非線性特點，一般會使用一級泰特表達公式和展開式進行替代，并且把線性規劃解作為相應問題近似解，通過多次迭代，從而使迭代序列與非線性規劃的最優解更加接近，此方法在實際應用中也有缺點，即經常會出現將管徑視為連續量的問題，導致實際計算管徑與市場管徑存在誤差，且其算法前期工作量較大，雖然此方式可以彌補線性規劃的不足之處，但是由于它具有許多整數變量，因此難以求解。②非線性規劃法。非線性規劃法可以適應計算模型目標函數和變量本身的非線性特性，可以優化所選管徑和埋入深度，但是卻會對目標函數和約束條件形式的發展造成影響。

（2）直接優化法。直接優化法主要是根據不同方案或可調參數完成設計計算工作，并進行比較，尋求最優解，其具備較強直觀性和驗證簡單的優點，在兩個主要方面揭示了此方法：①將電子表格法作為啟發式費用估算法。用戶可以通過最低費用完成設計，并可以保證設計具備較強科學合理性，且達到相關設計規定標準。②兩相優化法。該方法多用于確定設計流量之后，并且將約束條件作為前提條件，通過選擇經濟流速和充滿度最優的方式，以獲得最佳管道直徑和坡度，同時還可以降低管道埋設深度，這種直接優化法與人工算法幾乎相同，由于每個設計人員的專業能力不同，計算的最終結果也有所不同，最優解也不一樣，因此在運用此算法時要求設計人員具備較強的專業能力和經驗，以獲取最優解。③遺傳算法。遺傳算法是進化算法的一部分，主要是通過對生物學中自然遺傳變異機制進行模擬，提出的隨機優化算法。該算法可以對小型管道系統優化設計問題進行有效解決，以獲得最佳設計方案。但是，在對大型管道系統優化設計進行解決時，在獲取接近最佳解決優化設計方案時，只能獲取一個，因此在對排水管道優化設計時，無論使用哪種算法，都必須把設計規范視為基本要求，同時，需要最小化成本[2]。

3市政排水管網規劃和優化設計應注意問題

3.1 管線間距達不到規范要求

改造市政排水管網工程時，通常許多因素都會影響其正常改造，常在改造中存在管線平面和垂直凈距、管線、建筑物和樹木等凈距達不到施工規定要求的問題，為使各類管線可以正常使用，必須采取保護措施進行保護，常用的措施有布設套管、包封混凝土、對管溝進行設置等。如果燃氣管線穿越路口時，則也要采取措施進行保護，如在拓寬某路段時，由于燃氣管道與樹木凈距無法達到施工要求，則可以通過設置套管的保護方式加以保護。

3.2 管線的豎向標高發生沖突

如果在市政排水管網規劃和優化設計中，給水、通信、燃氣管道、電力管道的垂直高度與其他管道發生沖突，則可以設置彎頭并增加電力和通信井進行躲避。由于雨水和污水管道流力較重，管道彎曲難度大，如果某些因素導致豎向標高出現沖突，唯一可以避免這種沖突的方法是使用反向虹吸管或設置交匯井。在正常情況下，反虹吸設計必須滿足以下條件：最小管道直徑應為200毫米，管道流速應為大于0.9m/s或更高。此外，可以通過設置事故出口或雙反虹吸管;閘槽或閘門安裝在進水井和出水井里面;在倒虹吸管井前的檢查井內規劃設計一道沉泥槽。如果排污管道的直徑小于雨水管道直徑時，則應將交匯井設置在交匯處，將排污管道用生鐵管道代替，直接穿過交叉井，并在井內斷開雨水管。通常，給水管道需穿越排水管道上方，但如果需要穿過排水管道下方，則需要在供水管道上增加鋼管或鋼套，以防止污染給水管道中的水質。

4結束語

在城市基礎設施建設中，市政排水管網系統是不可缺少的組成部分，必須科學對排水管網進行規劃和優化設計，以提高排水管網的排水能力，減少水淹沒城市的現象，為推動城市經濟的發展奠定基礎。

參考文獻

[1] 季選豪.城市供水和下水管道的設計問題分析及對策[J].水能經濟學，2018（1）：136.

[2] 王文靜.城市給排水設計中管道優化的相關措施探討[J].建筑工程技術與設計，2016（11）：1685.