市政排水管网是城市基础设施的重要组成部分，一个城市排水管网的布局与使用状况也是这个城市发展潜力的重要体现。本文结合当前我国市政排水管网建设实践中存在的问题进行分析,提出了在城市建设中优化排水管网的 有关方法和措施，以达到使市政排水管网布局更加合理高效的目的。 

 

【关键词】：排水管网；优化设计；设计方法

 

城市市政建设中一个重要的组成部分就是排水管网，排水管网建设投资比例 占整个排水系统的一大半。因此要对城市污水进行收集和集中处理，需要耗费大 量的财力，为了实现这一目标，必须对排水管网进行优化设计，才能减少工程的 投资，具有重要的经济意义。对市政排水管网进行优化设计，重点是在对已定平 面布置方案的基础上，对埋深、提升泵站、管径的优化设计，从而实现排水管网 平面布置的优化。 

 

1、我国市政排水管网的现状 

 

1.1 规划设计问题 

 

当前排水规划整体而言, 存在不合理的状况十分常见。排水管网的规划设计，要与城市整体规划相协调，而管网建设有其自己的特点，一般管网建成后的 使用年限都在五十年以上，而城市的发展不可能五十年不变，几乎天天在变，城 市的扩大、人口的增多、排污量的增加，都对排水管网造成巨大的压力，因此， 很多地方排水管网的使用情况已经很难适应城市发展的需求，迫切的需要重新规 划设计。 

 

1.2排水体制问题 

 

排水体制主要分为两大类：合流制与分流制,当然混合制在城市中也是常见 的管网系统之一，是在合流制排水管网的城市需要扩大及优化排水系统的情况下 出现的。而在规模较大的城市中，由于各区域的具体情况不同，存在一定的差异， 所以要因地制宜的采取适合地区发展的排水体制。在老城区的排水管网中，一般 采用截流式的合流制，需要在河岸两边各敷设一条截流干管，并在各雨污水混排 口处设置溢流井。天气晴好的时候，所有的污水都送到污水处理厂进行处理，处 理后的水直接排放到河流之中，而遇到雨天的时候，随着雨量的增加，可以允许 部分雨污混合水溢流到河道中，其余水输送到污水处理厂，但溢流的雨污混合水 对河水造成一定程度的污染。随着经济的发展，对老城区的改造工程日益增多， 雨污分流改造工程的不断深入，这种污水收集系统对河道的污染正逐渐减轻。分 流制就是雨水和污水完全分流的体制，也就是对雨水和污水各自设置独立的管网 系统，雨水直接排放到河流之中，而污水直接进入污水处理厂进行处理。排水体 制的设置，要根据城市实际的情况来确定。 

 

2、已定平面布置下的管道系统优化设计

 

排水管道的优化设计针对的主要是某一管段的设计, 在设计流量得到确定 后，还要满足设计规范要求坡度与管径等多种因素的融合，得到管材与铺设管材 费用的平衡值。排水管线平面在布置已定的时候，对管道的优化设计和埋深等问 题国内外都已经做了大量的研究工作。主要可以体现在以下几个方面： 

 

2.1线性规划法与非线性规划法 

 

2.1.1线性规划法 

 

所谓的线性规划法是对排水管网设计计算过程中，其目标函数与制约条件的 非线性，用泰勒公式的展开式来替代，然后把线性规划的解作为问题的近似解， 如此反复迭代后与非线性规划的最终解越来越接近，从而找出最优解。这种算法 虽然可以找出最优解，但存在不足，其缺点在于把管径作为连续的变量进行处理， 造成实际管径与计算管径出现偏差的问题，而且需要大量的前期准备。继线性规 划法之后出现的整数规划法，弥补了线性规划的缺陷，其整型变量较多的原因， 也导致求解的过程较为复杂。 2.1.2非线性规划法 所谓的非线性规划法主要是适应计算模型中目标函数与变量的非线性特点， 对管道的埋深与直径进行优化选择，不足之处在与限制了约束条件和目标函数的 形式。 

 

2.2 动态规划法 

 

目前国内外用的较为广泛的方法叫做动态规划法，是指把排水管道设计当作 一个多阶段的过程来看待的思想方法，设计过程的阶段性划分的手段成为管道优 化设计的又一方法。这种方法在实际应用中有两方面需要注意的问题：其一，状 态变量设置为节点的埋深，全方位搜索坡度的范围。其主要的优势在于采用的是 标准管径，结果与初始管径没有联系，而且可以对计算的深度进行控制，不足的 是对状态点的要求很苛刻，必须埋深间隔很小，使时间间隔与存储量大为增加。 所以在这个前提下采用动态规划法，然后在动态规划法的前提下又对迭代过程不 断把范围缩小，但是实际操作中还是会有一些不足之处。其二，状态变量设置为 管径，通过对流速和充满度进行决策。原因在于对标准管径使用的数目是一定的， 因此在计算速度和存储量上方便很多，随后又产生了可行管径法。这种方法使计 算的精度大为提高，并且使计算的存储量和计算的工作量大大减少。虽然动态规 划法是有效解决多阶段决策问题的较好的方法，但是在排水管网设计中，第一阶 段的设计结果会对后续阶段的设计参数有直接的影响，所以，用动态规划法对污 水管道进行优化设计还是存在一定的缺陷。 

 

2.3 直接优化法

 

对可调参数与各种方案的选择进行比较和计算，得到最优解的方法，称之为 直接优化法，直接优化法最大的特点在于容易验证和比较直观。主要操作分为： 第一，两相优化法。在设计流量确定之后，选取最大充满度和最经济流速的最优 管径和最小坡度，管道的埋深最大限度的进行降低。这种算类似于人工算法，但 受设计者个人素质和能力的限制，算得的结果会出现偏差，因此，该算法所得的 结果并非最优解。第二，电子表格法。电子表格最大的特点是清晰明了、便于计 算，用电子表格作为估算费用的方法，可以使用户对最低费用的设计便捷的寻找 出来，得到比动态规划法更好的结果，这就更加符合设计的要求。 

 

2.4 遗传算法

 

作为进化算法的一个分支的遗传算法，其方法出现的原理是对自然遗传变异 机制的模拟而产生的随机优化算法。遗传算法解决了中小型管道的设计优化难 题，可以得到最佳的设计方案，但是其缺点在于无法对大型管道进行最优计算， 在计算时，只能得到与最优解的设计方案接近的结果，在排水管道设计优化中， 采用何种算法要根据具体情况而定，但相同的一点在于一定要以规范设计作为基 本要求，并且把费用控制在最低程度。 

 

3、管线的平面优化布置 

 

排水管网在布置时，首先要考虑水流畅通、节省能量，还要考虑工程量的大 小。所以正确的定线是合理控制投资的首要条件。定线原则：尽量采用直线对干 管支管进行设计布局，少拐弯；根据地势进行定线，污水可以在重力作用下自流 到污水处理厂；管道中途尽量取消或减少提升泵站的设置；尽量减少管道埋深。 在早期的研究中，设计方法为假定每一段管径相同，以挖方费用为优选依据，选 择一初始布置方案，然后通过算法逐步进行调整，后来又引人了排水线的概念， 将排水区域内与最终出水口节点相距同样可行管数的节点用一根排水线连接起 来，这样把问题转化为最短路问题，可用动态规划法求解，但此方法把寻优的范 围被限制，使人们在设计过程中很容易把最优方案排除。再到1986年有了更大 的发展，利用三种权值来解决问题，通过地面坡度倒数、各管段管长及各管段满 足的最小覆土条件，从而找出最优的设计方案。 

 

结束语 

 

综上所述，市政排水管网优化设计是一个实践经验与能动性相结合的过程， 在具体实践操作中，应对具体问题具体分析，采用科学合理的方法，对市政排水管网进行各方面统筹兼顾的优化，才能使排水管网发挥出最大功能和效用。只有 这样才能使得城市更生态宜居，没有污染，排水顺畅，逢雨不涝，提升城市的整体环境形象。