市政排水管网优化设计的方法研讨

摘要 ：本文分析了市政排水管网的现状， 指出了排水管网优化设计规划中存在的问题，并提出改进方案， 系统阐明排水设计过程中存在的明显问题， 并提出各种排水管网优化设计的方法， 最后通过各种排水管网设计方法的对比进行探讨。

关键词 ： 排水管网； 规划；优化设计

Abstract: the paper analyses the present situation of the municipal drainage pipe network, and points out that the drainage pipelines optimization design planning in the existing problems, and put forward the improvement scheme, system clarifies the drainage design of the existence of the obvious problems and puts forward all kinds of drainage pipe network optimization design method, the last through the various drainage pipelines design contrasts of the methods are discussed.

Keywords: drainage pipelines; Planning; Optimization design

引言

随着我国国民经济的持续快速发展,市政建设的规模也在不断扩大。近年出现了许多新型管材, 新型管材与传统管材相比，在运输、施工安装等方面有着无可比拟的优越性。如何合理布置管道，确定管径，正确选择排水管材,对确保工程质量、缩短工程工期、降低整个工程造价、保证整个工程顺利进行等都具有十分重要的意义。

1 市政排水管网现状

市政排水工程规划涵盖在城市总体规划、控制过程规划和修建规划中， 其作用是要指导下一层次的排水专业规划或排水工程设计。市政排水工程规划的根本任务是： 分析区域现有排水系统情况； 确定排水体制和划分排水区域； 确定排水量预测方法和指标； 进行排水量预测； 进行排水系统布局； 确定排水处理设施种类、数量、位置和用地； 布置排水管道及进行相关计算等。

1.1 市政排水没有以城市的可持续性发展作为其规划的依据， 缺乏超前性

市政排水管网修建完成后， 短的要服务十几二十年， 长则达到三四十年。在这个期限内， 城市居民用水、城镇人口密度、工业用水量标准、土地服务范围等指标都是应该充分考虑和在规划中有所体现的。很多城镇排水工程规划中的排水量预测都缺乏"超前量"， 在初步规划时， 只考虑了当时的需要， 但不久后便发现规划有其发展局限性。好的排水规划是指导排水工程设计的， 应及时进行编制或修编，同时应注意其时效性。

1.2 市政排水体制不能"与时俱进"

排水系统的体制一般分为合流制、分流制以及混合制。改革开放以来， 城镇建设日异月新， 但很多老城区的居民生活污水、工矿生产废水和雨水大部分还是直接排入附近江河， 给生态环境造成严重污染。改进方法有： （a）应在旧城区采用截流式合流制系统， 在两河岸边建造一条截污管（截流干管）， 同时在截流干管处设置溢流井， 并设置氧化沟和污水厂， 污水经过处理后再排入江河；（b）在新城镇区域或开发区， 一开始规划时就应采用完全分流制系统， 将雨水、污水完全分开来设置管道， 雨水排入邻近河流， 污水则进入污水处理厂处理后再排入河流。但是在普遍提倡分流制排水系统的今天， 也不能盲目规划、设计、施工， 否则不但会导致工程造价攀高， 也会给日后的维修和养护工作带来难度。必须要结合当地实际情况， 灵活选择最经济可行、同时也满足城市发展需要的排水体制。

1.3 市政排水管网规划未做到统筹兼顾

市政排水工程规划是动态的， 在排水体制、排水量标准、排水主干管的定线工作完成以后， 可以根据实际情况进行局部调整， 以便工程的具体实施。应做到使排水管网规划同城镇发展总体规划相一致和协调， 同建筑规划、城市路网规划、地上和地下基础设施规划等相配合， 且规划服务年限稍长时， 排水体制、排水量标准预测都应留出富余之地。

2 市政排水管网优化设计的方法

市政排水管网的优化设计主要是解决在已定平面布置方案下， 排水管径、埋深及提升泵站的优化设计以及排水管网平面布置方案的优化研究。

2.1 已定平面布置下的管道系统优化设计

排水管道优化设计主要是指： 对于某一设计管段, 当设计流量确定后， 在满足设计规范要求的管径和坡度的多种组合中， 取得管材费用与敷设费用的平衡。在排水管线平面布置已定情况下， 对于管段管径-埋深的优化设计, 国内外做了大量研究工作。

2.1.1 线性规划法和非线性规划法

（1）线性规划法，是针对排水管网设计计算中的约束条件和目标函数的非线性， 分别用其一级泰勒公式展开式代替， 用线性规划的解作为问题的近似解， 反复迭代， 使迭代序列逼近非线性规划的最优解。缺点是把管径当作连续变量来处理， 存在计算管径与市售管径不一致的矛盾， 且前期准备工作量大。以后发展的整数规划法， 虽然在一定程度上解决了线性规划的缺点， 但是其整型变量比较多， 难以求解。

（2）非线性规划法，适应了计算模型中目标函数和变量的非线性特征， 可以优化选择管道的直径和埋深，但极大限制了目标函数和约束条件的形式。

2.1.2 动态规划法

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