浅析市政排水管网规划和优化设计的方案

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　　 摘要：本文作者根据多年的工作经验在实践中发现的问题看，想要充分发挥市政排水管网的排水效能，必须从排水管网的规划、设计、施工、使用、维护和管理等方面全方位努力，才能最大限度满足城市发展对污水排放能力的要求，保障工业生产和人民生活的发展需要。
　　
　　关键词:市政排水；管网；规划；优化设计
　　
　　一、确定排水系统的体制
　　 合理地选择排水系统的体制，是城市排水管网规划和设计时要面对的重要问题。它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。
　　 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。
　　 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；
　　 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。
　　 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、排水管网的优化设计
　　
　　 排水管网的优化设通常以建设投资费用为目标函数，建立优化设计数学模型，求解目标函数的极小值，即用数值方法解决排水系统优化问题，一般有四个步骤：
　　 （1)建立数学模型多数排水工程，往往是一个多变量、多目标、多层次的复杂系统，它的实际问题包含着许多复杂的因素。首先把实际的排水系统简化，使其只包含反映基本特征的关键因素，然后定量表达这个排水系统，一套给排水优化设计的数学模型也就随之建立。建立数学模型一般需要引入设计变量、约束条件和目标函数三个基本要素。
　　 (2)构造目标函数通常一个设计方案可以用一组基本参数的数值来表示。选取哪些参数，因各设计问题而定。在设计时，有些参数可以根据工艺、运行和使用要求预先给定，而另一些则需要在设计过程中进行选择，这部分参数可看作变量，称为设计变量。这种变量是一种相互独立的基本参数。
　　 (3)确定约束条件在设计空间中，所有设计方案并不是工程实际都能接受的。因此，在优化设计中，必须根据实际设计要求，对设计变量的取值加以种种的限制。这种限制称为约束条件(或约束)。
　　 (4)寻求优化算法求解数学模型时，要根据评价目标与备选方案的多寡来选择不同的优化方法。实际工作中有以下几种情况：1)评价目标只是一个定量指标(通常是费用)，且可变的方案很多又无法简单一一列举时，则要运用最优化方法求出其最优解。2)评价目标只是一个定量指标，而备选的方案不多，对备选方案进行模拟计算，并从中择优选定。3)评价目标不只一个定量指标，多种目标之间彼此又有矛盾，通过各目标之间的权衡和协调加以优选，并做出相应的程序设计，然后利用计算机的快速分析和计算，得出最优值。数学模型的最优解，只是对所有模型来说为最优，而对现实问题来说，还可能不完全合乎理想。因此，采用试算法得到一连串的解，并通过灵敏度分析来确定影响求解的关键要素和参数，以找到一个合乎理想的最优解，从而确定最优方案。
　　
　　总结:
　　 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：
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　　[4]严煦世，刘遂庆.排水管网优化设计[J].给水排水管网系统，2008（08）

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