市政排水管网布置及其优化

市政排水管网布置及其优化

发表时间：2018-10-25T11:06:13.867Z 来源：《建筑学研究前沿》2018年第18期作者：杨丽芳

[导读] 随着中国城市基础设施建设经验的不断积累，人们对城市排水管网布局越来越关注。

中国公路工程咨询集团有限公司北京市 100089

摘要：市政工程在我国的城市建设中起着非常重要的作用，在进行市政工程的设计过程中，做好市政排水管网的布置和优化对城市的发展非常有利，本文就针对市政排水管网布置和相关的优化活动进行探究。

关键词：市政排水；管网布置；优化设计

引言

随着中国城市基础设施建设经验的不断积累，人们对城市排水管网布局越来越关注。城市排水管网的建设可以在一定程度上缓解城市的环境污染，为城市的可持续发展做出重要的贡献。通过对城市排水管网的优化设计，能够使城市的排水系统更加顺畅，工程投资及运营费用更经济，使人民的日常生活变得更加的便利。因此，有必要加强城市排水管网设计的优化。

一、市政排水管网优化的重要性

城市排水管网的优化对城市的发展有着直接的经济效益和社会效益。首先，优化相应的排水系统可以产生直接的经济效益。就目前城市发展而言，排水管网在城市的建设过程中起着有非常重要的作用，在整个工程中，管网的建设费用就占城市建设成本的比例较大。对于城市排水管网的优化，可以在一定程度上减少管道的埋设深度，减少在施工过程中的人力和物力的成本，节省大部分的资金。第二，进行城市管网的优化，对于城市的发展有直接的社会效益。排水管网在城市发展和人民生产生活中发挥着非常重要的作用。对于城市的排水管网进行优化，能够减少城市污水的排放，避免出现下雨天路面积水的情况，是社会效益变得凸显。

二、市政排水管网布置中存在的主要问题

2.1排水体制选择不合理

随着城市化进程的加快，目前很多城市在设计排水管网时，都采用分流制系统，而不是根据城市的实际情况进行设计，导致无法达到预期的效果。这种设计是盲目的，对降雨量较少或是部分老城区，采用合流制更为有效、合理。在设计一个城市的排水管网时，应充分考虑设计项目的特点，并选择合适的排水系统。

2.2 未考虑雨水的综合利用

在进行城市的排水管道的设计时，考虑问题比较单一，一直考虑怎么将水收集、排放，但是忽略了对于雨水的再次利用。如果充分的考虑雨水的渗透、调蓄、利用，在一定程度上能保护资源，还可降低排水系统的压力，减小排水管管径，节省投资。

2.3 排水设施布置不完全

以往的设计中，仅考虑污水的排放，认为雨水相对较干净，一般直接排至水体、沟渠，而未考虑初期雨水的截流或低影响开发等设施的设置。对某地初期雨水径流、合流制污水及分流制污水分别取样，主要水质分析数据如下表：

造成此结果的主要原因是，雨水收集过程中，携带了一部分空气中的酸性气体、灰尘及道路或屋顶上的污泥、垃圾等，如果这部分雨水直接排入水体，将会对环境造成严重污染。

图1 雨水径流污染

2.4 市政排水系统信息预测不到位

从中国城市排水管网的重要性来看，许多城市对于城市排水系统的建设并不太重视。在进行城市排水管网的设计时，还存在着只要将

水排出就好，没有对未来可能出现的突发情况进行预测。随着电子信息技术的不断发展，许多城市在进行排水管网的建设过程中采用气象分析技术。对于极端天气条件下的降雨预测，根据预测的结果，进行城市排水管网的设计。但目前各个部门都不太重视气象条件的预测，导致后期城市排水管网运行中存在诸多问题。

2.5市政排水管网设计参数选择不合理

在排水管网设计计算中，降雨历时t及暴雨重现期P的选择是较为重要的。以武汉为例，暴雨重现期公式为：

通过计算，我们得出不同t及P值条件下暴雨强度值如下表：

从上表可以看出，选择不同的设计参数对计算结果有很大的影响。设计时，必须根据项目所在地的具体情况，选择合理的参数。

三、市政排水管网的优化设计

3.1排水管网优化的基本原则

城市的排水管网设计是一项非常复杂的项目，设计时应该充分的考虑设计区域的实际情况，并遵循以下原则。首先，在设计一个城市的排水管网时，有必要预测城市的未来发展，判断未来城市的发展规模，根据城市未来一段时间内的需要，来进行排水管网的设计。其次，在设计城市排水管网时，应考虑目前排水管网的问题。这些问题的目标设计将使城市的排水网络朝着优化的方向发展。第三，在城市排水网络设计中，在满足城市排水需求的情况下，排水管网总投资减少。

3.2排水管网优化设计的方向

在城市的排水管网的优化设计过程中，排水管网优化的主要任务有如下：（1）合理选择排水体制。在城市排水管网的设计时，首先应调查当地的地形条件和水文条件、调查城市排水管网的基本情况和污水处理能力。在排水管网的设计时，不同地区可以采用不同的排水体制。如果所在地区对水体的保护要求比较高的情况下，可对雨水进行相应的收集，然后进行处理。在缺水地区的排水设计中，可适当增加城市雨水的收集，处理和综合利用。在老城区，尤其是街道比较狭窄的地区，如地下设施很多，同时建设雨水和污水管网比较困难，或者在年降雨量小于300毫米的地区，可考虑采取合流制的排水系统。（2）加强信息化技术的应用。根据多年的观测和记录，建立有效数据库，根据各地实际情况，确定重现期、径流系数等参数，为管网的优化设计提供更为准确、合理的数据。（3）污水处理厂的选址。污水处理厂的选址直接影响基建投资、管理费用和环境效益等，应通过多方案比选，合理确定其位置，以使排水管网的设计更加优化。（4）管网优化布置。管网布局对管网运行起着非常重要的作用，应尽量采用直线布置管道，避免拐弯。在进行管网的布置过程中，应该做好就势设置，减少管道埋深，减少对于泵站的安置，降低运行的成本。（5）管径优化设计。在城市排水管网的设计中，应根据城市的实际情况选择合理的设计参数，按需要设置管径。因为管径的大小直接影响着管道的排水能力。因此，在城市排水管网设计中，应优化管径，优化排水系统设计。（6）排水系统完整性优化。要充分考虑初期雨水的污染情况，重视初期雨水的收集及处理。完善排水网络及相关处理设施，使雨水及污水均能达标排放。

3.3工程规划设计

市政排水管网的建设基于区域排水规划。规划设计是一项系统而又复杂的工程，需要相关的设计人员在熟悉区域用地规划、总体规划的基础上，通过方案的比选以及严谨的计算，才有可能有合理的成果。尤其应注意以下几点：（1）在市政工程排水管网建设过程中，有必要对所设计的城市的情况进行实地的调查，了解当地的人口用水的结构和室内的水资源的设置情况，在进行管网的设计时，以相关的规范、标准为设计依据，根据前期的调查情况进行设计，使设计的方案更加的合理，能够更好的服务于城市的排水系统。（2）在进行城市的排水管网设计时，同时进行排水管网的网络数据系统的建立，用科学的手段分析和监控城市排水管网的状况。通过对数据的分析，找出管网的不足之处，为排水管网的优化提供了理论依据。（3）在进行排水管道计算时，先选定排水设计参数，确定设计流量。在满足流量及流速要求的情况下，对管段进行坡度和管径的设计，并进行多方案的比选。选出其中总投资费用较为经济的方案。

四、市政排水管网的优化方法

计算机技术的飞速发展，为市政排水管网的优化提供了极大的便利。管网优化的主要计算方法如下：遗传算法、两阶段优化法、动态规划法以及非线性规划与线性规划法等新的算法。相关研究人员不断探索和开发各种可视化技术，集成GIS和优化算法等管网优化软件。管网优化领域不断扩大。管道运行可靠性和经济优化大大优化。近年来，我国管网技术的优化技术一直伴随着城镇化进程不断的推进，管网优化设计也采用多种方式相结合的方法。

在排水管网的规划建设中，在取得排水管网数据后，建立排水管网模型，设定排水管网模型的目标函数和约束条件。根据排水管网整体布局优化，运用现代科学技术，通过静态结构分析及动态模拟分析，不断优化调整管网布局，并进行相应的模拟，如结果满足管网运行要求，则布局优化完成。