关于市政排水管网的规划与优化设计的分析

乔霞

摘要：随着城市的发展城市排水管网系统逐渐形成，无论新老城区的建立与修复，排水系统也在迅速的建立，排水管网的普及率在逐年提高。由于其规划的不合理性，造成了诸多问题的存在，制约了城市排水设施的发展。所以说对于市政排水管网的规划与优化设计的分析有着非常重要的现实意义。

关键词：市政工程；排水管网；优化设计

中图分类号：TU99文献标识码：A 文章编号：

随着城市化的迅猛发展，城市基础建设也在不断的发展起来，由于市民生活的需要，给水排水管网也随之被迅速的延伸开来。目前，如何科学的设计给水排水管网的问题在许多建设中都被涉及到，如：城市道路的修建、旧城区的改建以及新城区的建设等。因而，在进行给水排水的规划时，我们需用发展的眼光去看待，同时在选择给水排水体系时需根据城市的实际情况出发，坚持污水厂与给水排水管网同时设计、施工和投产。此外，还需做好小区污水的处理、给水排水管网的维护与管理。

一、合理选择排水系统的体制

排水系统的体制一般分为合流制和分流制，混合制也是城市中常有的系统，是具有合流制的城市需要扩建排水系统时出现的。在一些大城市中，因各区域的自然条件以及修建情况相差较大，因此要因地制宜的在各区域采用不同的排水体制。排水系统的选择不仅从根本上影响排水系统的设计、施工和维护管理，而且影响排水系统工程的总投资和维护管理费。环境保护和保证城市可持续发展则是选择排水体制时所要考虑的主要问题。

（1）从环境保护方面来看，如果采用全处理式合流制，效果较好，但这要求主干管尺寸很大，污水厂容量也增加很多，建设费用也相应地增高。另外一种是采用截流式合流制，雨天有部分混合污水通过溢流井直接排入水体，对环境影响较大。目前国际上对这一部分污水的水质、水量控制和处理途径的研究十分活跃。（2）从控制和防止水体的污染来看，采用分流制可以将城市污水全部送至污水厂进行处理，但初降雨水径流未加处理直接排入水体，这是它的缺点。分流制虽然具有这一缺点，但它比较灵活，比较容易适应社会发展的需要，一般又能符合城市卫生的要求。所以新建的排水系统一般应采用分流制，它是城市排水系统体制发展的方向。（3）从造价方面来看，合流制排水管道的造价比完全分流制一般要低20％一40％：可是，合流制的污水厂却比分流制的造价要高。还有一种不完全分流制，其初期只建污水排水系统。投资均比采用全处理合流制和完全分流制要小，因而可节省初期投资费用，又可缩短施工期，发挥工程效益也快。（4）从维护管理方面来看，晴天时污水在合流制管道中只是部分流，雨天时可达满管流，因而晴天时合流制管内流速较低，易于产生沉淀。晴天和雨天流入污水厂的水量变化很大，增加了合流制排水系统污水厂运行管理中的复杂性。而分流制系统可以保持管内的流速，不致发生沉淀。同时，流入污水厂的水量和水质比合流制变化小得多，污水的运行易于控制。

二、排水管网的规划与布置形式

城市排水管网的主要是指是收集和输送雨、污水的一整套工程设施和构筑物。排水管网的规划是在区域规划以及城市和工业企业的总体规划基础上进行的，排水管网规划与设计的有关基础资料，应以区域规划以及城市和工业企业的规划与设计方案为依据。排水管网的设计规模、设计期限，应根据区域规划以及城市和工业企业规划方案的设计规模和设计期限而定。 排水管网的布置应根据地形、道路建设情况、土质、原有和规划的地下设施，施工条件以及城市污水处理厂的位置等因素进行综合考虑确定。其布置形式可分为平面布置和高程布置。

1．平面布置形式

平面布置形式又可分为：正交式排水系统、分区式排水系统、分散式排水系统和小区排水系统、平行式排水系统。在地势向水体适当倾斜的地区，干管以最短距离沿与水体垂直相交的方向布置，这种布置也称正交布置。正交布置的干管长度短、管径小，因此较为经济。在现代城市中，这种布置形式仅用于排除雨水。在地势高低相差很大的地区，当雨、污水不能靠重力流流至污水厂或出水口时，可采用分区布置形式。可分别在高地区和低地区铺设独立的管道系统。高地区的雨、污水靠重力流直接流入污水厂或出水口，而低地区的污水用水泵抽送至高地区干管或污水厂，低区雨水用泵站排入水体。这种布置只能用于个别阶梯地形或起伏很大的地区，它的优点是能充分利用地形排水，节省能源。

城市周围有河流，或城市中央部分地势高、地势向周围倾斜的地区，各排水流域的干管常采用辐射状分散布置、各排水流域具有独立的排水系统。这种布置具有干管长度短、管径小、管道埋深较浅、便于雨水排放等优点，但污水厂和泵站的数量将增多。小区内排水管网的平面布置形式主要与建筑物的分布和道路规划情况有关。应注意把管道敷设在较低的一边，在地势较平时可在小区四周或内部多设管道以便能方便接管。另外管道在相接时最好能锐角接入，以保证良好的水流条件。在地势向河流方向有较大倾斜的地区，为了避免因干管坡度及管内流速过大，使管道受到严重冲刷，可使干管与等高线及河道基本上平行、主干管与等高线及河道成一定斜角敷设，这种布置也称平行式布置。其优点是减少跌水井数量，降低工程总造价。

一个城市的地形是非常复杂的，加之城市竖向规划的限制，在平面布置时很难只用上述某一种形式进行布置，而必须根据实际条件灵活掌握。

2．高程布置形式

排水管网的高程布置应根据城市的竖向规划，保证排水区域内各点的雨水、污水都能够排出，并应留出余地以便有利于以后发展。在确定具体方案时，应保证最小覆土厚度，减少管道的埋深，降低工程造价，并综合考虑环境卫生、地质、电源和施工条件等因素。

三、管线平面的优化设计

对于排水管道的优化设计而言，其主要内容一般为：在某一管段设计中，当设计流量确定后，在满足设计规范要求的管径和坡度的各种组合下，所取得的管材费用和数设费用的平衡。然而在整个市政给水排水管网中，其优化设计的措施必须做到多层次、多角度的优化。

工程量小、流水畅通、能量节省是给水排水管网的布置原则。正确的定线决定着设计管网的合理性，定线的基本原则是：在设计干管支管时应尽量做到直线布局;同时，定线应尽量借助地理优势使污水在重力的作用下流入污水厂;在设计管道时应尽量减小其埋深，并在管道的中途减少提升泵站的设置。在以往的研究中，通常假定管径的每一段都相同，依据挖方的费用来对初始布置的方案进行选择，然后依据算法对其进行不断的调整;之后又引出了排水线的概念，在排水区域内与最终出水口节点相距同样可行管数的节点处用一根排水线连接起来，使问题变为最短路问题，并用动态规划法对其进行求解，然而此法限制了寻优的范围，使得在设计过程中人们很容易排除最优方案。而后，人们为了方便，把城市排水系统抽象为由点和线组成的决策图，在图中可以寻找到合理的方法。后来在1986年间又开始利用三种权值来解决问题，这三种权值分别是各管段的管长、各管段地面坡度的倒数以及在满足各管段最小覆土的条件下按最小坡度设计时的挖方量，对这三种权值分别进行管径、埋深和提升泵站的优化设计，运用最短路生成树算法求管线平面布置方案，最后取投资费用最小的平面布置方案作为最优设计方案。

结束语

市政排水管道因承担着整个城市的雨污水收集和排放功能，是人们生产和高质量生活必不可少的城市基础设施。合理、完善、畅通的排水系统是服务区内其他工程设施得以正常使用的重要前提，它好比人体的排泄系统，一旦发生淤积或堵塞，将对城市环境造成严重的污染和破坏，严重影响城市的市容市貌，给市民的生活和出行带来极大的不便，因此这就要求我们工作人员要科学、合理的规划设计排水管网。

参考文献

[1] 林向明. 城市排水管网的规划设计[J]. 科技资讯, 2005,(25) .

[2] 林向明. 城市排水管网的规划设计[J]. 科技咨询导报, 2006,(08) .

[3] 陈敏. 浅谈城市排水管道系统优化设计探索[J]. 华章, 2009年13期

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。