市政给排水基础设施增量优化研究

李尉毓

（湛江市规划勘测设计院，广东 湛江 524002）

尽管市政给排水工程的实施满足了城市大部分的给排水需求，实现了给排水基础设施的完备与保障，但随着城市的快速扩张，基础设施供应量不足的问题开始凸显。为实现对给排水基础设施建设的全面优化，本文以某市政给排水工程项目为例，开展基础设施增量优化方法的设计。

1 市政给排水基础设施建设现存问题

为明确市政工程实施中的给排水基础设施建设方向，本文将以某试点地区为例，进行给排水基础设施建设现存问题的分析。

通过对该地区的大量走访与调查，明确了从居民群体需求量与供应量角度分析，该地区现有的给排水基础设施建设可以满足未来时间内的使用需求，但相关设施的应用并没有缓解该地区实际用水、排水需求的局面。同时，此城区内现有的基础设施已在使用中出现了严重的老化问题，在对城市居民进行水资源供应、雨污水收集时，已出现了输水管道泄露等问题，此种现象使部分地区出现水资源严重浪费、污水泄漏污染环境等情况。因此，在进行市政给排水基础设施的优化建设中，应将提高水质安全、保障城市供水连续性、减少内涝、杜绝黑臭作为核心目标，基于此角度，对地区供水系统中的基础设施建设存在问题进行阐述。

2 市政给排水基础设施增量优化方法

2.1 给排水基础设施工程措施

通过上述论述，明确当前市政给排水建设项目当中各类基础设施存在的问题后，从给排水基础设施增量角度进行优化。针对城市中存在较高内涝风险的区域，对其基础设施进行优化，其中最简单且直接的方式是提升对排水管线设计的标准。由于当前大多数城市中的给排水设施建设时间较长，并且在不同年限当中针对排水体系的建立和设计观念也均不相同。针对这一问题，首先明确不同阶段对给排水基础设施建设的标准。对于市政给排水设施建设时间较早的路段，周围道路以及桥梁的设计标准为1～3 年一遇，针对部分重点区域，其等级为5～10 年一遇。给排水基础设施建设中，管道结构的坡度设计决定着管道水流的速度，但坡度通常受到施工深度的影响。若施工量越大，则需要消耗的资金越多。早期给排水基础设施设计时，对于坡度的选用通常是千分之四，最大坡度为千分之六。在明确现有市政给排水基础设施建设标准及条件的基础上，尝试通过图1 所示的内容实现对其优化。

图1 市政给排水基础设施优化思路

将图1 所示内容作为基础，在具体增量优化时，首先考虑新建雨水管线是否具备所需的水资源采集能力。例如，在对管线管径选择时，首先，应当选择能够承担更强降水径流量的管线，并适当增加雨水箅子在内涝区域当中的分布，以此使收集径流水资源的工作分开，从而弱化低洼地势所在区域的积水程度，提升市政给排水整体采集雨水的能力。其次，从提升泵抽升能力的角度出发，通过对泵的优化选型，增加泵的数量等，确保在积水淹没时排水泵能够顺利完成排水任务。除此之外，还可将部分区域的排水泵替换为潜水泵，以此提升泵站排水的能力。最后，针对仍然具备一定建设空间条件的内涝区域，可以结合实际情况，在地表或地下完成对调蓄池的建设，并将降雨径流的峰值暂时存储在调蓄池当中，在最大降雨量时间段结束后，实现错峰排除雨水的目的。通过上述优化，既能够降低内涝程度，缓解市政给排水基础设施的运行压力，同时又能够减少降雨对河湖的污染，储存的水资源也可以被二次利用，提升市政给排水基础设施的环保性。

2.2 给排水基础设施非工程措施

除上述工程措施外，还可以通过非工程措施实现对市政给排水基础设施的优化。非工程措施不会涉及物理层面的设施建设，而是通过政策、经济等方面实现对减少雨水径流风险和影响，例如通过规范设计、土地利用规划、信息资源规划等。上述工程措施在实际应用中可能会受到降雨随机性以及技术层面的因素影响，造成在实际实施中局限性较大，但非工程措施在应用的过程中不会直接作用于雨水径流上，只是通过合理控制的方式实现优化，并且能够为工程措施提供充分发挥作用的条件。具体实施内容为：在暴雨前提前做好气象同时以及排水部门通知，将上述工程措施在中建设的调蓄池或污水处理设施等各类市政给排水基础设施的水量排空，以此提升暴雨来临时市政给排水基础设施的存储和处理能力。

2.3 城市内涝区域给排水基础设施改造

通过上述论述从工程措施和非工程措施两方面实现对市政给排水基础设施的优化后，针对城市中具体区域也需要针对性地给出合理改造方案。在确定城市内涝区域时，对以往存在积水的路段进行等高线提取，并以此找出路段积水区域。积水区域一般地势低洼，并且由于早期建设的给排水基础设施标准较低，因此在暴雨到来时无法承受超过设计排量的雨水，这一部分雨水径流会流向四周。结合等高线进行分析，若路段最高点位于中心，则道路的两端低洼点均为易涝点，雨水会从中间流向两侧。针对内涝区域进行优化，可选择在道路两侧加设雨水箱的方式实现。针对区域面积较大的低地势区域，还应当在其周围设置蓄涝区，并将流水线的径流直接导入到蓄涝区域内。在具体实施优化改造时，可在雨水线上增设一个雨水调蓄池，以此能够有效提升给排水基础设施对雨水容纳缓冲能力。针对雨水调蓄泵站的改造，可将道路低洼点雨水抽入到现有雨水管线当中，并使其排向河流。在新建挡水墙结构时，针对其长度的设置应当符合雨水径流的长度，使用挡水墙将雨水径流导入到附近河流当中。

2.4 高风险内涝区域给排水基础设施改造

在具体实施时，首先，根据以往经常发生内涝或发生严重内涝的节点，结合预测模型对其风险程度进行识别，并确定出最容易出现内涝的节点。根据被改造区域内的实际情况，例如周围环境、施工条件等，并对不满足当前排水流量的旧管线进行更换。可以选择新建雨水管线的方式，将出水端引入到周围水体或调蓄池当中，并实现错峰排放。其次，针对部分区域内没有良好地下管线铺设空间的问题，可以选择在高风险内涝点周围建立雨水泵站的形式进行优化，促进泵站的抽升能力提升，从而实现对积水的快速排出。针对较为重要的低洼区域，还可以通过建立挡水墙结构的方式，将雨水以往径流走向改变，以此避免内涝出现时道路被积水中断。

3 对比分析

为证明本文设计的方法可以对城市给排水工程建设提供进一步的指导与帮助，下述将通过对比实验的方式，对本文设计成果进行检验。

实验中，选择湛江某片区给排水工程项目作为实例，获取该片区给排水基础设施建设现状。并按照本文提出的四个方面对策，进行片区给排水基础设施的优化。完成优化后，将增设基础设施的承载力作为评价指标，但承载力指标在此过程中属于模糊性指标，无法通过实地勘察直接获取。因此，需要通过建立基础设施增量评价指标体系的方式，掌握该片区中不同分区基础设施的承载力。设计评价指标体系时，所选的指标应具有下述四个方面的特点，见表1。

表1 片区中不同分区基础设施的承载力评价指标特点

通过上述表1 中内容，建立如表2 所示的基础设施承载力评价指标体系。

表2 基础设施承载力评价指标体系

根据表2 中的计算公式，得到不同评价指标的具体量化数值，根据多个指标的权重，对比基础设施增量前后，给排水工程的承载力能力。将其作为实验结果，见图3。

图3 给排水基础设施增量优化前后的承载力对比（承载力取值在0～1 范围内）

通过上述实验可知，本文设计的增量优化方法在应用后，可以提高市政给排水工程的承载能力，从而实现对城市给水工程与排水工程的全面优化。

4 结语

完善、优化市政工程中的给排水基础设施，不仅可以保障城市居民群体的正常生活，同时也可以为城市中相关产业的发展与建设提供运行支撑。市政给排水工程的功能包括：降低城市暴雨洪涝灾害的发生、调节地区生态水环境平衡、满足地区居民生活用水需求等。为了进一步实现对相关工程的优化与完善，开展给排水工程基础设施增量优化方法的设计。对比实验结果证明了本文设计成果可以提高市政给排水工程的承载能力。