市政排水管网设计存在的问题与措施

摘 要：在建设城市整个排水系统的投资当中，市政排水管网的投资占据十分关键的地位。因此，市政排水管网的优化设计具备重大的意义。

关键词：市政排水；管网；优化设计

1 我国市政排水管网的现状分析

1.1 规划设计出现问题。制定排水管网规划时要结合城市的总体规划与区域规划，并且要和城市其它单项工程建设紧密配合在一起，例如城市各项功能分区的布局、建筑的界限、道路的规划以及地下其它各项设施的规划等，都要纵观全局采取合理的措施进行解决，这样才能将其构成一个有机整体。

1.2 排水体制尚不完善。排水管网设计与排水体制有着直接关系，然而当前大部分排水体制都要进行改制。排水系统体制主要有两种，一种为合流制，另一种则为分流制。当然混合制也属于城市运转中常见的系统，是很多合流制城市在扩建排水系统时常会采用的。大城市里常会受各个区域自然条件和修建情况较差的影响，所以要针对不同区域采取相应的排水体制。

2 市政排水管网设计中存在的主要问题

2.1 重视程度不够，缺乏合理的系统规划。通常在城市建设规划过程中，管理者往往只重视地面以上的建设情况，而对于地下排水系统没有予以充分地重视，在路网规划过程中没有充分地分析片区排水情况，导致排水规划不合理，有的只考虑道路两侧局部范围内的排水，而忽略了上游的转输流量。甚至还有的片区根本没有做整体排水规划，只是在市政道路设计时才进行排水管网设计，各条道路的管网孤立进行设计，最后路网成型后发现有的道路的管网在高程及管径方面无法很好地与上下游管线衔接。

2.2 设计标准偏低。目前我国的很多城市市政排水系统设计标准一直采用的是一年一遇或三年一遇，并且这种设计标准已经沿用了许多年，但近年来我国城市化不断发展，市政道路两侧地块迅速的硬化并被利用，这对原有雨水系统的排放方式造成较大影响，使得地表径流系数不断提高，雨水难于渗透到地下，大量的地表水积聚于路面，雨水系统排放压力大大增加，形成“水浸街”等内涝问题。特别是近年来一到暴雨季节，我国很多城市便出现内涝，严重影响了车辆的正常通行和行车安全。这种城市内涝现象很大程度上与排水设计参数取值偏低有关。

2.3 雨水综合利用程度不高。在当前的市政排水设计中，往往过分依赖于雨水管网系统的排水能力，而忽略了大的城市水循环系统的形成，在雨水管道设计时没有考虑充足的雨水蓄存空间，没有为雨水留足排泄的通道，从而大大增加了管网系统的负荷，尤其是在暴雨季节可能会出现超负荷而形成内涝现象。

2.4 排水管网细节设计不合理。在排水管网的具体设计过程中，因人为因素造成很多不合理的地方，如因资料不齐而导致设计参数选择错误，造成管径偏小或偏大，管道坡度控制不合理而影响排水性能，没有进行管线过街预留或预留不合理，排水管网与其他管线在高程上存在冲突等问题。这些设计不合理之处会给管网系统的施工和后期正常运营带来不利影响。

2.5 计算机互联网等先进技术应用水平不高。由于我国还没有对城市排水予以足够的重视，因而在管网规划设计、维护管理、调度运行等方面还没有开发和运用一些先进的计算机互联网等技术，造成管网设计水平低下，也不利于后期维护和管理的开展。

3 市政排水管网的优化设计措施

3.1 优化布置管线平面。布置排水管网时应坚持工程量最小、水流畅通以及最大限度上节省能量的原则，准确进行定线，这也是合理设计管网的前提基础。定线基本原则主要表现在以下几个方面：设计干管支管时要采取直线布局，切忌拐弯；定线时要充分利用地理优势，促使污水能在重力作用下可以顺利流到污水厂里面；设计过程中要尽可能的减少管道的埋深；布置管道过程中要尽量少设置一些提升泵站。

3.2 优化已定平面布置管道系统设计。所谓优化排水管道设计主要内容为：针对某一设计管段，在确定好设计流量时，需在达到设计规范标准的管径与坡度等多种组合里，寻求管材费用和敷设费用之间的平衡。当排水管线的平面布置已经指定好后，关于管段管径以及埋深的优化设计，很多机构都作了很多研究工作，并取得了一定的成就。

3.2.1 采取线性规划法与非线性规划法。（1）线性规划法。所谓线性规划法主要指排水管网设计在计算过程中经常会受到的一些约束条件以及目标函数本身具有的非线性，通常会采取一级泰特公式及展开式进行代替，并将线性规划解当作问题近似解，通过反复迭代，促使迭代序列可以靠近非线性规划里的最优解。当然这种方法也有不足之处，即长把管径看作连续量进行处理，以致于计算管径和市场管径出现不一致冲突，并且前期准备的工作量比较大，虽然今后发展起来的整数规划法从某种程度上弥补了线性规划缺点，然而因它的整型变量非常多，所以很难求解。（2）非线性规划法。非线性规划法极大的适应了当前计算模型里目标函数以及变量本身具有的非线性特征，对于选择的管道直径与埋深也可以起到优化的作用，然而却极大的阻碍了目标函数以及约束条件形式的发展。

3.2.2 采取直接优化法。所谓直接优化法是根据各种方案或者一些可调参数方面的选择设计进行计算与比较所获得的最优解，其直观性与便于验证便是最大优点。这种方法主要表现在以下两个方面：（1）采用电子表格法作为启发式费用估算法，使得用户可以寻找到最小的费用设计，进而可以拿出更好的结果且能满足施工设计规范标准。（2）采用两相优化法，这种方法主要用在设计流量确定好后，并以达到约束条件为前提，选择最为经济的流速与最大充满度从而获取最优管径与最小坡度，与此同时也能最大限度的把管道埋深降低。这种直接优化法本身的算法和人工算法差不多一样，然而设计人员水平有限，所能获取的结果也不同，这时获取的结果便不太可能成为最优解。

3.2.3 采取遗传算法。所谓遗传算法属于进化算法中的一个分支，它是通过模拟生物学里面的自然遗传变异机制所提出的一种随机优化算法。这种遗传算法用于解决小型管道里的系统优化设计问题时会获取最佳设计方案。然而在解决较大型的管道系统问题时，通常只可以获得一个接近最佳解的优化设计方案，所以优化设计排水管道过程中，不管采用怎样的方法都要将设计规范作为最基本的要求，与此同时也要把费用降到最低。

4 结语

科学合理的市政管网布局和设计，对城市排水和水污染的控制及环境的保护和改善具有重要的作用。因此，采取科学、合理和有效的措施和方法来优化市政管网的布局和设计，有利于城市水污染的防治、城市环境的保护和改善，是社会和经济的健康可持续发展及人们健康安全的保障，进而带来良好的经济效益、社会效益和生态效益。

参考文献

[1] 王艳.关于城市排水管网改造专业规划问题的探讨[J].中小企业管理与科技（下旬刊），2013（06）.

[2] 张世泽，袁一星，李玉华.城市供水管网优化设计两步法[J].哈尔滨工业大学学报，2013（04）.

作者简介：张伟成，身份证号码：440783199102051231。