市政排水管网优化与维护方法分析

邹世华

（武汉地铁集团有限公司建设事业总部，湖北 武汉430030）

1 前言

城市排水管网系统的建立是随着城市发展而逐渐形成的。随着城市的发展，经济产业的不断调整，新开发区的建立，城市道路不断修建，旧城区的改扩建等，排水系统也在迅速建立，排水管网的普及率在逐年提高。但是还存在很多问题，如污水直接排人河道造成水体污染；排水体制的不确定导致雨污水合流，使污水得不到有效处理；规划设计与发展建设不协调导致污水技术条件差，满足不了使用要求；排水管网建设与污水处理厂建设不配合，导致二次污染等。这些问题均制约了城市排水设施的发展。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 市政排水管网现状

2.1 规划设计问题

当前的排水规划一般来讲，普遍比较不合理。排水规划设计要以总体规划为前提，但管网建设有其自身的特点，它建设完成后使用期限要长达四五十年以上，如果严格以总体规划的年限、污水量标准、居住人口密度、土地服务范围等为依据，有时很难适应城市发展的需要。

2.2 排水体制问题

排水体制关乎整个排水设计，当前的大部分排水体制均需改制。排水系统的体制一般分为合流制和分流制，混合制也是城市中常有的系统，是具有合流制的城市需要扩建排水系统时出现的。在大城市中，因各区域的自然条件以及修建情况相差较大，因此要因地制宜地在各区域采用不同的排水体制。

3 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，对于管段管径一埋深的优化设计，国内外做了大量研究工作。

3.1 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。

3.2 动态规划法

动态规划法是目前国内外比较常用的一种方法。基本思想是把排水管道设计看作一个多阶段的过程，通过对设计过程进行阶段划分来对管道进行优化设计。其应用主要分为两方面：

1)以节点埋深为状态变量。通过坡度决策进行全方位搜索，其优点是直接采用标准管径，结果与初始管径无关。且能控制计算深度。但要求状态点之间的埋深间隔很小，使存储量和时间间隔大为增加。因此在此基础上引入了拟差动态规划法，在动态规划法的基础上引入了缩小范围的迭代过程，但应用有一定的局限性。

2)以管径为状态变量，通过流速和充满度决策。由于可使用的标准管径数目有限，因此在计算速度和存储量上都有很大优势。以后又发展出了可行管径法，此法使优化计算精度得以提高，并显著减少了计算工作量和计算机存储量。尽管动态规划法是解决多阶段决策问题的一种有效方法，但在排水管道系统设计计算时，前一段的设计结果将直接影响到后续管段设计参数的选用，因此利用动态规划法求出的污水管道优化设计方案，也并不一定是真正的最优方案。

3.3 直接优化法

直接优化法是直接对各种方案或可调参数的选择设计计算和比较来得到最优解，具有直观和容易验证的优点。主要方法有：

1)电子表格法是一种启发式的费用估算方法，允许用户寻找最小费用设计，能得出比动态规划法要好的结果而且更符合设计规范的要求。

2)两相优化法是设计流量确定后，在满足约束条件的前提下，选取最经济流速和最大充满度进而得到最优管径和最小坡度。最大限度地降低管道埋深。直接优化法的算法与人工算法基本相同，但受设计人员的能力所限，所得结果不尽相同，所以所求结果不一定是最优解。

3.4 遗传算法

遗传算法是进化算法一个分支，是模拟生物学中的自然遗传变异机制而提出的随机优化算法，遗传算法在解决中小型管道系统优化设计问题时可以求得最优设计方案，但解决大型管道系统问题时，只能求得趋近于最优解的设计方案，在排水管道系统优化设计中，不论采用何种方法，都以设计规范为基本要求，同时使费用达到最小。

4 提高市政排水管管的施工质量措施

4.1 完善施工队伍内部质量管理，健全各项质量管理的规章制度

市政施工企业应建立以领导为首的质量管理机构，各级施工队伍要有质安员，从上到下成质量控制网络，健全各项质量管理制度。对各级质安员的职责范围，工程质量检查制度，工程施工资料整编交付办法都要详细规定，对具体的工程项目各道工序要有明确的内检标准和详细的工艺要求。使各级作业人员有章可循，加强工序检查，严格工艺纪律。上道工序为下道工序服务。上道工序不合格不得进入下道工序，下道工序监督检查上道工序，配以自检、互检监督机制，并运用经济手段参与质量管理，奖优罚次，促使企业全员的质量意识得到提高，人人争创优良工程。

4.2 尽量采用先进的施工技术，提高施工技术水平

“工欲善其事，必先利其器”。采用先进的施工技术，不仅可以加快工期，而且更能保证工程质量，比如洋里污水厂厂外管网采用非开挖技术、顶管技术、降水技术等能够解决施工中较困难的问题，为管网以后充分发挥排水效能打下坚实的基础。

5 加强管网设施维护和管理

5.1 定期清疏管网设施和加强泵站管理

建议定期周期性对市政排水管网检查井、泵站、进水井逐个逐段进行巡查、清理、疏通，从业人员应熟悉所管辖排水管线的来龙去脉，努力确保排水管网设施的完好率达到规定要求。

建议泵站的设备管理养护实行定员制，实行24小时值班制度，责任落实到每个人．分工明确，采用量化考核打分制，增强管理人员的管理意识，出现问题，及时发现解决，促进泵站管理水平整体向上提高。

5.2 采用先进的清掏技术和修补技术

新时代要求改变排水维护操作落后的工艺，进一步提高养管水平，实现排水科技进步，需要采用高效、安全、卫生、经济的清掏技术和管道修补技术。譬如采用高压冲冼水车，吸泥车等清疏管道，可以实现下水道疏通冲水、吸泥、运泥一条龙作业。排水管道老化是难免的，采用先进的内衬法、袜筒法等维修是很有效的方法。

5.3 加大宣传力度，增强市民对城市排水设施的自觉爱护意识

制定并宣传市政排水设施管理办法，教育市民和近郊的农民爱护市政排水设施，形成“人民城市人民建、人民城市人民管”的良好局面，使城市排水设施得到有效的保护。对故意盗窃市政管网设施和乱接管道等行为，依法严厉制止和处罚，这些都可以有效减少排水设施遭到破坏。

6 结束语

总之，正确认识城市排水在城市发展中的重要作用，是解决我国城市排水设施建设的基础。城市市政排水设施作为城市基础设施的一部分，关系着城市的卫生条件，联系着每家每户要确保排水管网良好运行，仅靠一两家的努力是不够的，只有规划、设计、施工、用户、管理部门各有关方面共同努力，才能真正提高市政排水管网的排水效能。

[1]GB5026897给水排水管道工程施工及验收规范