市政排水管網是城市基礎設施的重要組成部分，一個城市排水管網的布局與使用狀況也是這個城市發展潛力的重要體現。本文結合當前我國市政排水管網建設實踐中存在的問題進行分析,提出了在城市建設中優化排水管網的 有關方法和措施，以達到使市政排水管網布局更加合理高效的目的。 

 

【關鍵詞】：排水管網；優化設計；設計方法

 

城市市政建設中一個重要的組成部分就是排水管網，排水管網建設投資比例 占整個排水系統的一大半。因此要對城市污水進行收集和集中處理，需要耗費大 量的財力，為了實現這一目標，必須對排水管網進行優化設計，才能減少工程的 投資，具有重要的經濟意義。對市政排水管網進行優化設計，重點是在對已定平 面布置方案的基礎上，對埋深、提升泵站、管徑的優化設計，從而實現排水管網 平面布置的優化。 

 

1、我國市政排水管網的現狀 

 

1.1 規劃設計問題 

 

當前排水規劃整體而言, 存在不合理的狀況十分常見。排水管網的規劃設計，要與城市整體規劃相協調，而管網建設有其自己的特點，一般管網建成后的 使用年限都在五十年以上，而城市的發展不可能五十年不變，幾乎天天在變，城 市的擴大、人口的增多、排污量的增加，都對排水管網造成巨大的壓力，因此， 很多地方排水管網的使用情況已經很難適應城市發展的需求，迫切的需要重新規 劃設計。 

 

1.2排水體制問題 

 

排水體制主要分為兩大類：合流制與分流制,當然混合制在城市中也是常見 的管網系統之一，是在合流制排水管網的城市需要擴大及優化排水系統的情況下 出現的。而在規模較大的城市中，由于各區域的具體情況不同，存在一定的差異， 所以要因地制宜的采取適合地區發展的排水體制。在老城區的排水管網中，一般 采用截流式的合流制，需要在河岸兩邊各敷設一條截流干管，并在各雨污水混排 口處設置溢流井。天氣晴好的時候，所有的污水都送到污水處理廠進行處理，處 理后的水直接排放到河流之中，而遇到雨天的時候，隨著雨量的增加，可以允許 部分雨污混合水溢流到河道中，其余水輸送到污水處理廠，但溢流的雨污混合水 對河水造成一定程度的污染。隨著經濟的發展，對老城區的改造工程日益增多， 雨污分流改造工程的不斷深入，這種污水收集系統對河道的污染正逐漸減輕。分 流制就是雨水和污水完全分流的體制，也就是對雨水和污水各自設置獨立的管網 系統，雨水直接排放到河流之中，而污水直接進入污水處理廠進行處理。排水體 制的設置，要根據城市實際的情況來確定。 

 

2、已定平面布置下的管道系統優化設計

 

排水管道的優化設計針對的主要是某一管段的設計, 在設計流量得到確定 后，還要滿足設計規范要求坡度與管徑等多種因素的融合，得到管材與鋪設管材 費用的平衡值。排水管線平面在布置已定的時候，對管道的優化設計和埋深等問 題國內外都已經做了大量的研究工作。主要可以體現在以下幾個方面： 

 

2.1線性規劃法與非線性規劃法 

 

2.1.1線性規劃法 

 

所謂的線性規劃法是對排水管網設計計算過程中，其目標函數與制約條件的 非線性，用泰勒公式的展開式來替代，然后把線性規劃的解作為問題的近似解， 如此反復迭代后與非線性規劃的最終解越來越接近，從而找出最優解。這種算法 雖然可以找出最優解，但存在不足，其缺點在于把管徑作為連續的變量進行處理， 造成實際管徑與計算管徑出現偏差的問題，而且需要大量的前期準備。繼線性規 劃法之后出現的整數規劃法，彌補了線性規劃的缺陷，其整型變量較多的原因， 也導致求解的過程較為復雜。 2.1.2非線性規劃法 所謂的非線性規劃法主要是適應計算模型中目標函數與變量的非線性特點， 對管道的埋深與直徑進行優化選擇，不足之處在與限制了約束條件和目標函數的 形式。 

 

2.2 動態規劃法 

 

目前國內外用的較為廣泛的方法叫做動態規劃法，是指把排水管道設計當作 一個多階段的過程來看待的思想方法，設計過程的階段性劃分的手段成為管道優 化設計的又一方法。這種方法在實際應用中有兩方面需要注意的問題：其一，狀 態變量設置為節點的埋深，全方位搜索坡度的范圍。其主要的優勢在于采用的是 標準管徑，結果與初始管徑沒有聯系，而且可以對計算的深度進行控制，不足的 是對狀態點的要求很苛刻，必須埋深間隔很小，使時間間隔與存儲量大為增加。 所以在這個前提下采用動態規劃法，然后在動態規劃法的前提下又對迭代過程不 斷把范圍縮小，但是實際操作中還是會有一些不足之處。其二，狀態變量設置為 管徑，通過對流速和充滿度進行決策。原因在于對標準管徑使用的數目是一定的， 因此在計算速度和存儲量上方便很多，隨后又產生了可行管徑法。這種方法使計 算的精度大為提高，并且使計算的存儲量和計算的工作量大大減少。雖然動態規 劃法是有效解決多階段決策問題的較好的方法，但是在排水管網設計中，第一階 段的設計結果會對后續階段的設計參數有直接的影響，所以，用動態規劃法對污 水管道進行優化設計還是存在一定的缺陷。 

 

2.3 直接優化法

 

對可調參數與各種方案的選擇進行比較和計算，得到最優解的方法，稱之為 直接優化法，直接優化法最大的特點在于容易驗證和比較直觀。主要操作分為： 第一，兩相優化法。在設計流量確定之后，選取最大充滿度和最經濟流速的最優 管徑和最小坡度，管道的埋深最大限度的進行降低。這種算類似于人工算法，但 受設計者個人素質和能力的限制，算得的結果會出現偏差，因此，該算法所得的 結果并非最優解。第二，電子表格法。電子表格最大的特點是清晰明了、便于計 算，用電子表格作為估算費用的方法，可以使用戶對最低費用的設計便捷的尋找 出來，得到比動態規劃法更好的結果，這就更加符合設計的要求。 

 

2.4 遺傳算法

 

作為進化算法的一個分支的遺傳算法，其方法出現的原理是對自然遺傳變異 機制的模擬而產生的隨機優化算法。遺傳算法解決了中小型管道的設計優化難 題，可以得到最佳的設計方案，但是其缺點在于無法對大型管道進行最優計算， 在計算時，只能得到與最優解的設計方案接近的結果，在排水管道設計優化中， 采用何種算法要根據具體情況而定，但相同的一點在于一定要以規范設計作為基 本要求，并且把費用控制在最低程度。 

 

3、管線的平面優化布置 

 

排水管網在布置時，首先要考慮水流暢通、節省能量，還要考慮工程量的大 小。所以正確的定線是合理控制投資的首要條件。定線原則：盡量采用直線對干 管支管進行設計布局，少拐彎；根據地勢進行定線，污水可以在重力作用下自流 到污水處理廠；管道中途盡量取消或減少提升泵站的設置；盡量減少管道埋深。 在早期的研究中，設計方法為假定每一段管徑相同，以挖方費用為優選依據，選 擇一初始布置方案，然后通過算法逐步進行調整，后來又引人了排水線的概念， 將排水區域內與最終出水口節點相距同樣可行管數的節點用一根排水線連接起 來，這樣把問題轉化為最短路問題，可用動態規劃法求解，但此方法把尋優的范 圍被限制，使人們在設計過程中很容易把最優方案排除。再到1986年有了更大 的發展，利用三種權值來解決問題，通過地面坡度倒數、各管段管長及各管段滿 足的最小覆土條件，從而找出最優的設計方案。 

 

結束語 

 

綜上所述，市政排水管網優化設計是一個實踐經驗與能動性相結合的過程， 在具體實踐操作中，應對具體問題具體分析，采用科學合理的方法，對市政排水管網進行各方面統籌兼顧的優化，才能使排水管網發揮出最大功能和效用。只有 這樣才能使得城市更生態宜居，沒有污染，排水順暢，逢雨不澇，提升城市的整體環境形象。