摘 要：在建設(shè)城市整個排水系統(tǒng)的投資當(dāng)中，市政排水管網(wǎng)的投資占據(jù)十分關(guān)鍵的地位。因此，市政排水管網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計具備重大的意義。

關(guān)鍵詞：市政排水；管網(wǎng)；優(yōu)化設(shè)計

1 我國市政排水管網(wǎng)的現(xiàn)狀分析

1.1 規(guī)劃設(shè)計出現(xiàn)問題。制定排水管網(wǎng)規(guī)劃時要結(jié)合城市的總體規(guī)劃與區(qū)域規(guī)劃，并且要和城市其它單項工程建設(shè)緊密配合在一起，例如城市各項功能分區(qū)的布局、建筑的界限、道路的規(guī)劃以及地下其它各項設(shè)施的規(guī)劃等，都要縱觀全局采取合理的措施進(jìn)行解決，這樣才能將其構(gòu)成一個有機(jī)整體。

1.2 排水體制尚不完善。排水管網(wǎng)設(shè)計與排水體制有著直接關(guān)系，然而當(dāng)前大部分排水體制都要進(jìn)行改制。排水系統(tǒng)體制主要有兩種，一種為合流制，另一種則為分流制。當(dāng)然混合制也屬于城市運(yùn)轉(zhuǎn)中常見的系統(tǒng)，是很多合流制城市在擴(kuò)建排水系統(tǒng)時常會采用的。大城市里常會受各個區(qū)域自然條件和修建情況較差的影響，所以要針對不同區(qū)域采取相應(yīng)的排水體制。

2 市政排水管網(wǎng)設(shè)計中存在的主要問題

2.1 重視程度不夠，缺乏合理的系統(tǒng)規(guī)劃。通常在城市建設(shè)規(guī)劃過程中，管理者往往只重視地面以上的建設(shè)情況，而對于地下排水系統(tǒng)沒有予以充分地重視，在路網(wǎng)規(guī)劃過程中沒有充分地分析片區(qū)排水情況，導(dǎo)致排水規(guī)劃不合理，有的只考慮道路兩側(cè)局部范圍內(nèi)的排水，而忽略了上游的轉(zhuǎn)輸流量。甚至還有的片區(qū)根本沒有做整體排水規(guī)劃，只是在市政道路設(shè)計時才進(jìn)行排水管網(wǎng)設(shè)計，各條道路的管網(wǎng)孤立進(jìn)行設(shè)計，最后路網(wǎng)成型后發(fā)現(xiàn)有的道路的管網(wǎng)在高程及管徑方面無法很好地與上下游管線銜接。

2.2 設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)偏低。目前我國的很多城市市政排水系統(tǒng)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)一直采用的是一年一遇或三年一遇，并且這種設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)沿用了許多年，但近年來我國城市化不斷發(fā)展，市政道路兩側(cè)地塊迅速的硬化并被利用，這對原有雨水系統(tǒng)的排放方式造成較大影響，使得地表徑流系數(shù)不斷提高，雨水難于滲透到地下，大量的地表水積聚于路面，雨水系統(tǒng)排放壓力大大增加，形成“水浸街”等內(nèi)澇問題。特別是近年來一到暴雨季節(jié)，我國很多城市便出現(xiàn)內(nèi)澇，嚴(yán)重影響了車輛的正常通行和行車安全。這種城市內(nèi)澇現(xiàn)象很大程度上與排水設(shè)計參數(shù)取值偏低有關(guān)。

2.3 雨水綜合利用程度不高。在當(dāng)前的市政排水設(shè)計中，往往過分依賴于雨水管網(wǎng)系統(tǒng)的排水能力，而忽略了大的城市水循環(huán)系統(tǒng)的形成，在雨水管道設(shè)計時沒有考慮充足的雨水蓄存空間，沒有為雨水留足排泄的通道，從而大大增加了管網(wǎng)系統(tǒng)的負(fù)荷，尤其是在暴雨季節(jié)可能會出現(xiàn)超負(fù)荷而形成內(nèi)澇現(xiàn)象。

2.4 排水管網(wǎng)細(xì)節(jié)設(shè)計不合理。在排水管網(wǎng)的具體設(shè)計過程中，因人為因素造成很多不合理的地方，如因資料不齊而導(dǎo)致設(shè)計參數(shù)選擇錯誤，造成管徑偏小或偏大，管道坡度控制不合理而影響排水性能，沒有進(jìn)行管線過街預(yù)留或預(yù)留不合理，排水管網(wǎng)與其他管線在高程上存在沖突等問題。這些設(shè)計不合理之處會給管網(wǎng)系統(tǒng)的施工和后期正常運(yùn)營帶來不利影響。

2.5 計算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)等先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用水平不高。由于我國還沒有對城市排水予以足夠的重視，因而在管網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計、維護(hù)管理、調(diào)度運(yùn)行等方面還沒有開發(fā)和運(yùn)用一些先進(jìn)的計算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，造成管網(wǎng)設(shè)計水平低下，也不利于后期維護(hù)和管理的開展。

3 市政排水管網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計措施

3.1 優(yōu)化布置管線平面。布置排水管網(wǎng)時應(yīng)堅持工程量最小、水流暢通以及最大限度上節(jié)省能量的原則，準(zhǔn)確進(jìn)行定線，這也是合理設(shè)計管網(wǎng)的前提基礎(chǔ)。定線基本原則主要表現(xiàn)在以下幾個方面：設(shè)計干管支管時要采取直線布局，切忌拐彎；定線時要充分利用地理優(yōu)勢，促使污水能在重力作用下可以順利流到污水廠里面；設(shè)計過程中要盡可能的減少管道的埋深；布置管道過程中要盡量少設(shè)置一些提升泵站。

3.2 優(yōu)化已定平面布置管道系統(tǒng)設(shè)計。所謂優(yōu)化排水管道設(shè)計主要內(nèi)容為：針對某一設(shè)計管段，在確定好設(shè)計流量時，需在達(dá)到設(shè)計規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的管徑與坡度等多種組合里，尋求管材費(fèi)用和敷設(shè)費(fèi)用之間的平衡。當(dāng)排水管線的平面布置已經(jīng)指定好后，關(guān)于管段管徑以及埋深的優(yōu)化設(shè)計，很多機(jī)構(gòu)都作了很多研究工作，并取得了一定的成就。

3.2.1 采取線性規(guī)劃法與非線性規(guī)劃法。（1）線性規(guī)劃法。所謂線性規(guī)劃法主要指排水管網(wǎng)設(shè)計在計算過程中經(jīng)常會受到的一些約束條件以及目標(biāo)函數(shù)本身具有的非線性，通常會采取一級泰特公式及展開式進(jìn)行代替，并將線性規(guī)劃解當(dāng)作問題近似解，通過反復(fù)迭代，促使迭代序列可以靠近非線性規(guī)劃里的最優(yōu)解。當(dāng)然這種方法也有不足之處，即長把管徑看作連續(xù)量進(jìn)行處理，以致于計算管徑和市場管徑出現(xiàn)不一致沖突，并且前期準(zhǔn)備的工作量比較大，雖然今后發(fā)展起來的整數(shù)規(guī)劃法從某種程度上彌補(bǔ)了線性規(guī)劃缺點(diǎn)，然而因它的整型變量非常多，所以很難求解。（2）非線性規(guī)劃法。非線性規(guī)劃法極大的適應(yīng)了當(dāng)前計算模型里目標(biāo)函數(shù)以及變量本身具有的非線性特征，對于選擇的管道直徑與埋深也可以起到優(yōu)化的作用，然而卻極大的阻礙了目標(biāo)函數(shù)以及約束條件形式的發(fā)展。

3.2.2 采取直接優(yōu)化法。所謂直接優(yōu)化法是根據(jù)各種方案或者一些可調(diào)參數(shù)方面的選擇設(shè)計進(jìn)行計算與比較所獲得的最優(yōu)解，其直觀性與便于驗證便是最大優(yōu)點(diǎn)。這種方法主要表現(xiàn)在以下兩個方面：（1）采用電子表格法作為啟發(fā)式費(fèi)用估算法，使得用戶可以尋找到最小的費(fèi)用設(shè)計，進(jìn)而可以拿出更好的結(jié)果且能滿足施工設(shè)計規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。（2）采用兩相優(yōu)化法，這種方法主要用在設(shè)計流量確定好后，并以達(dá)到約束條件為前提，選擇最為經(jīng)濟(jì)的流速與最大充滿度從而獲取最優(yōu)管徑與最小坡度，與此同時也能最大限度的把管道埋深降低。這種直接優(yōu)化法本身的算法和人工算法差不多一樣，然而設(shè)計人員水平有限，所能獲取的結(jié)果也不同，這時獲取的結(jié)果便不太可能成為最優(yōu)解。

3.2.3 采取遺傳算法。所謂遺傳算法屬于進(jìn)化算法中的一個分支，它是通過模擬生物學(xué)里面的自然遺傳變異機(jī)制所提出的一種隨機(jī)優(yōu)化算法。這種遺傳算法用于解決小型管道里的系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計問題時會獲取最佳設(shè)計方案。然而在解決較大型的管道系統(tǒng)問題時，通常只可以獲得一個接近最佳解的優(yōu)化設(shè)計方案，所以優(yōu)化設(shè)計排水管道過程中，不管采用怎樣的方法都要將設(shè)計規(guī)范作為最基本的要求，與此同時也要把費(fèi)用降到最低。

4 結(jié)語

科學(xué)合理的市政管網(wǎng)布局和設(shè)計，對城市排水和水污染的控制及環(huán)境的保護(hù)和改善具有重要的作用。因此，采取科學(xué)、合理和有效的措施和方法來優(yōu)化市政管網(wǎng)的布局和設(shè)計，有利于城市水污染的防治、城市環(huán)境的保護(hù)和改善，是社會和經(jīng)濟(jì)的健康可持續(xù)發(fā)展及人們健康安全的保障，進(jìn)而帶來良好的經(jīng)濟(jì)效益、社會效益和生態(tài)效益。

參考文獻(xiàn)

[1] 王艷.關(guān)于城市排水管網(wǎng)改造專業(yè)規(guī)劃問題的探討[J].中小企業(yè)管理與科技（下旬刊），2013（06）.

[2] 張世澤，袁一星，李玉華.城市供水管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計兩步法[J].哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2013（04）.

作者簡介：張偉成，身份證號碼：440783199102051231。