市政排水管网规划和优化设计研究

张乾坤

摘 要 在市政工程建设过程中，排水管网的设计与规划是重要组成部分，其规划设计的合理性直接影响人们的生活和工作，因此，为最大限度保障居民的正常生活，必須不断对排水管网的规划和设计进行优化，以使市政排水管网系统具备较强的科学合理性，减少自然灾害破坏城市基本设施的概率。

关键词 市政;排水;管网;规划;设计

1市政排水管网布局与设计中存在的问题

1.1 排水系统缺乏科学合理性。

目前，多数城市在规划和重建市政排水工程时，多数还是使用分流排水系统，一些地区还存在盲目选择分流排水系统的问题，而没有充分将城市实际情况考虑在内，导致排水系统与实际不相符，无法凸显排水系统的作用;

1.2 排水管网设计缺乏科学合理性

由于在某些道路的排水管网设计中，部分设计人员未结合实际排水系统进行设计，导致排水管直径和坡度较小，以至于设计的排水管无法正常与排水系统连接[1]。

2市政排水管网规划与优化设计措施

2.1 优化布置管线平面

在对市政排水管网进行布设时，必须遵守最小工程量、水流畅通无阻、节约能源的设计原则，准确无误地完成定线工作，这是保障排水管网设计合理的前提。定线的原则有以下几点，即在对主管和支管进行设计时，应通过直线布设的方式，尽量减少拐弯设计;其次，在定线时，可以充分对地理优势进行利用，以便在重力作用使污水畅通无阻的流入污水处理厂;在埋设管道时，减少深埋;在对管道进行布设时，尽量减少提升泵站的设置数量。

2.2 优化已定平面布置管道系统设计

优化排水管道设计的内容：在设计特定的管段时，对设计流量进行确定时，需要在满足设计标准管径与坡度等基础上，尽量使管材成本与铺设成本达到一致。在确定排水管道的平面布局后，许多部门在优化设计管道直径和埋深设计方面做了多项研究分析工作，并取得了相应的成就，具体如下：

（1）线性与非线性规划法。①线性规划法。线性规划指的是在设计计算排水管网时，一些制约条件和目标函数都具备非线性特点，一般会使用一级泰特表达公式和展开式进行替代，并且把线性规划解作为相应问题近似解，通过多次迭代，从而使迭代序列与非线性规划的最优解更加接近，此方法在实际应用中也有缺点，即经常会出现将管径视为连续量的问题，导致实际计算管径与市场管径存在误差，且其算法前期工作量较大，虽然此方式可以弥补线性规划的不足之处，但是由于它具有许多整数变量，因此难以求解。②非线性规划法。非线性规划法可以适应计算模型目标函数和变量本身的非线性特性，可以优化所选管径和埋入深度，但是却会对目标函数和约束条件形式的发展造成影响。

（2）直接优化法。直接优化法主要是根据不同方案或可调参数完成设计计算工作，并进行比较，寻求最优解，其具备较强直观性和验证简单的优点，在两个主要方面揭示了此方法：①将电子表格法作为启发式费用估算法。用户可以通过最低费用完成设计，并可以保证设计具备较强科学合理性，且达到相关设计规定标准。②两相优化法。该方法多用于确定设计流量之后，并且将约束条件作为前提条件，通过选择经济流速和充满度最优的方式，以获得最佳管道直径和坡度，同时还可以降低管道埋设深度，这种直接优化法与人工算法几乎相同，由于每个设计人员的专业能力不同，计算的最终结果也有所不同，最优解也不一样，因此在运用此算法时要求设计人员具备较强的专业能力和经验，以获取最优解。③遗传算法。遗传算法是进化算法的一部分，主要是通过对生物学中自然遗传变异机制进行模拟，提出的随机优化算法。该算法可以对小型管道系统优化设计问题进行有效解决，以获得最佳设计方案。但是，在对大型管道系统优化设计进行解决时，在获取接近最佳解决优化设计方案时，只能获取一个，因此在对排水管道优化设计时，无论使用哪种算法，都必须把设计规范视为基本要求，同时，需要最小化成本[2]。

3市政排水管网规划和优化设计应注意问题

3.1 管线间距达不到规范要求

改造市政排水管网工程时，通常许多因素都会影响其正常改造，常在改造中存在管线平面和垂直净距、管线、建筑物和树木等净距达不到施工规定要求的问题，为使各类管线可以正常使用，必须采取保护措施进行保护，常用的措施有布设套管、包封混凝土、对管沟进行设置等。如果燃气管线穿越路口时，则也要采取措施进行保护，如在拓宽某路段时，由于燃气管道与树木净距无法达到施工要求，则可以通过设置套管的保护方式加以保护。

3.2 管线的竖向标高发生冲突

如果在市政排水管网规划和优化设计中，给水、通信、燃气管道、电力管道的垂直高度与其他管道发生冲突，则可以设置弯头并增加电力和通信井进行躲避。由于雨水和污水管道流力较重，管道弯曲难度大，如果某些因素导致竖向标高出现冲突，唯一可以避免这种冲突的方法是使用反向虹吸管或设置交汇井。在正常情况下，反虹吸设计必须满足以下条件：最小管道直径应为200毫米，管道流速应为大于0.9m/s或更高。此外，可以通过设置事故出口或双反虹吸管;闸槽或闸门安装在进水井和出水井里面;在倒虹吸管井前的检查井内规划设计一道沉泥槽。如果排污管道的直径小于雨水管道直径时，则应将交汇井设置在交汇处，将排污管道用生铁管道代替，直接穿过交叉井，并在井内断开雨水管。通常，给水管道需穿越排水管道上方，但如果需要穿过排水管道下方，则需要在供水管道上增加钢管或钢套，以防止污染给水管道中的水质。

4结束语

在城市基础设施建设中，市政排水管网系统是不可缺少的组成部分，必须科学对排水管网进行规划和优化设计，以提高排水管网的排水能力，减少水淹没城市的现象，为推动城市经济的发展奠定基础。

参考文献

[1] 季选豪.城市供水和下水管道的设计问题分析及对策[J].水能经济学，2018（1）：136.

[2] 王文静.城市给排水设计中管道优化的相关措施探讨[J].建筑工程技术与设计，2016（11）：1685.