论市政排水管网的优化设计

伍洋

摘 要：开篇从2012北京城排水隐患的热点事件出发，论述我国目前市政排水管网系统设计和政策存在的质量问题，对引起排水隐患的几点因素进行分析，并结合世界著名城市地下排水系统优秀案例，对市政排水系统的优化设计给出相关的对策和建议。

关键词：市政排水 系统 管网 优化设计

中图分类号：TU992 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）05（a）-0046-02

市政排水管网系统是我国市政工程建设的一部分，也是城市建设的基础性工程。2011年和2012年的北京连续两年特大洪灾造成的市区积水和人员伤亡，反映了我国多年来城市排水系统设计存在严重的设计与质量问题，对于大城市的排水设计所隐藏的巨大隐患将对国民经济和城市建设造成无法估量的损失，对市政排水管网的优化设计与质量控制势在必行，如图1所示。

1 我国市政排水管网系统设计存在的问题

1.1 对地下排水工程的重视欠缺，设计缺乏宏观整体规划

长期以来城市建设注重地面工程而忽视了地下排水工程的系统设计与规划。在城市规划初期应将市政排水系统设计作为一个独立的系统去规划与设计，并配备足够的资源才能保证在特殊情况下城市的应急排水能够高效和有序的进行。而目前诸多城市的做法往往只是在道路系统设计中考虑地下排水和地表排水，且片区的排水设计无相关性，当放到城市一个整体中时，排水缺陷问题就会暴露。

1.2 行业相关标准不健全

目前，城市道路排水系统上下游管道直径参数取值不当，在城市化进程加快的今天，如今的城市排水能效受到诸多因素的影响，有气候的因素，有经济发展不平衡因素和道路工程自身因素等，如今的市政排水设计标准没有能够适应现在的城市路面系统，排水管网直径参数或大或小，排水专用管道与市政其他管道的管线让线冲突与高程出现误差，造成排水性能的降低都是规范要具体规定和严格实施的具体内容。

1.3 排水设计无分层设计，混合排流现象造成排水负担

城市排水来源有天然雨水和城市生活污水，而目前城市排水系统一般都是污水与雨水混合排水，这会给排水管道造成过重的排水负担。在发生特大降水时，这种负担将会转变为排水压力，使得降水无法排离城市路面，造成道路大面积或者片区大面积积水，行车在比较低的地段时候由于积水较厚将会淹没行车和行人，同样的现象在北京洪灾中出现过。

1.4 排水系统设计思维固化，排水渠道单一

城市排水思路固化的表现是将积水排到地面下或者排出去，而如果能合理循环利用降水可以缓解城市排水管网的排水压力，并且给需要水的地方供水，不需要水的地方排水，这就是雨水排水循环系统的工作原理。目前排水循环系统不仅体现在城市排水设计中，也存在于市政建筑排水设计中，如现在建筑中水回用技术将生活污水和自然用水循环，一方面可以节约用水，一方面可以缓解市政排水负担。

1.5 排水应急措施不当，信息预测不准确

现在是互联网时代，对一些市政应急措施的预测应及时、有效、快捷、方便。如在一些降水多发城市和社区应分区进行降水的实现预测，在城市建设和规划初期就可以确定该片区的排水能力和应采取的排水措施，这将得益于如今高速发展的互联网技术和计算机技术，从目前情况来看，由于多数城市对市政排水系统设计的不够重视，很难在计算机技术和信息技术方面采取有效的控制和预测方案，在排水管网的设计与规划、运行、调度、后期维护管理环节存在诸多弊端。

2 世界著名城市排水系统设计案例

日本是台风多发国家，东京地下排水系统设计就是为了避免城市遭受台风和雨水的寝室而设计和修建的。东京地下排水系统92年开工，06年竣工，历时14年工程堪称世界最先进的地下排水系统。其排水标准5～10年一遇，地下开挖一系列的混凝土立坑，极大提高了雨水的蓄存能力，东京地下排水系统的河道深度高达60m。东京设有降雨信息系统，通过对雨水的数据的收集与统计，合理进行排水调度。

古罗马下水道建设2500年至今仍在使用，渠道系统岩石砌筑，将暴雨造成的河流从罗马城排除，渠道系统最大达3×4 m的截面尺寸，从古罗马城广场直通台伯河。

巴黎的下水道设置了地面上的标路牌，因此可以看出巴黎对地下排水工程的重视程度。巴黎降水频繁，但据报道并没有出现城市因降水而导致的交通堵塞和积水现象。巴黎下水道处于地面以下50 m，水道纵横交织，总厂2347 km，规模远超巴黎地铁，因此足以可见排水的速度与能效。

3 市政排水管网系统设计优化对策

3.1 平面管网优化设计

已定平面管径与埋深的确定优化方法分为直接与间接优化。直接优化是指对各种参数的调节与对比来求得最优化的解决方案。间接优化是指建立数学模型，选择最优化的管径与埋深组合方案。如常用的遗传算法、线性与非线性规划法、动态规划法。

管线的优化设计要遵循满足排水功能和效能的前提下，使排水的工程量小。管线的布置和管网优化设计的重要部分。布线原则如下。

（1）排水的干管和支管尽量直线型布局不要有弯曲现象。

（2）布线利用地形与地势的因素，结合污水厂的设置和重力系统将污水排出。

（3）合理的管线埋深

（4）管线的长度最优化与挖方的最优化可采用动态优化的方法进行最优方案的选择。例如排水线的引入。

（5）管线平面布置方案也可以采取不同管段坡度、管道长度、挖方量三种权重计算，最后根据平面布置方案选择合理的管径和埋深，造价成本的控制也是此过程中需要注意的。

3.2 管道设计的优化

排水管道的设计可以采用德国对青岛地下排水管道的造型，蛋形型管材截面形似鸭蛋，设计上宽下窄，排水管道顺畅，污水无法积存与管内，管道的上部分是水泥，下半部分是水泥上贴了层瓷瓦，可以起到防腐蚀的效果。

排水管道设置反水阀，被水冲刷了的赃物只能进入水斗，而不会进入排水管道，不会造成管道堵塞，赃物也便于清理，反水阀同时也可以避免管道臭气散发到空气中。

3.3 排水系统设计与计算机信息系统的结合

在市政排水设计中，为了发挥排水的效能，应结合计算机信息技术来改善排水的各个环节。如设置降雨信息系统，收集城市雨水和降雨频次数据，以便于各片区排水调度。利用信息系统的预测与统计的结果，在一些容易发生积水和浸水的路面和片区设置雨水调整池。

3.4 城市排水与市政基础建设

提高行业标准以便于采取比较恰当的事前和事中处理。在城市市政建设中，地下工程的排水可以设置雨水蓄存措施，如在地下开挖混凝土立坑，同时在下水道内设置高马力水泵，提高疏通地下水的能力。

城市路面工程的铺装设计中，采用透水性能强的路面铺装层，可以加强雨水的地下渗透能力，分担排水管道的排水压力，减少地表径流，还可以大大补充表层地下水资源。

排水基础设计应考虑修建地下暗渠和地上明渠。并定期和不定期对城市大小河道进行梳理和整治。

3.5 排水系统的后期修养与维护

法国巴黎下水道设计中，排水道两旁设置宽约1 m的供检修人员通行的便道。维修人员可以定期对下水道的排水泵房、排水管道和其他排水设施的修理和围护，保证排水工作能顺利进行。对市政排水系统的维护人员应该进行定期和不定期的技术培训，使他们能够及时掌握世界排水优秀工程中的新经验、新做法、新的维护手段。这对保证城市道路和地下排水工程的顺畅进行提供了更好的保障。

4 结语

市政排水工程是一个复杂有序的工程。在目前我国城市排水系统并不是完善的今天，不能继续沿用以往排水的固有模式，应不断改进和优化目前的排水设计方案，沿用最新的数学模型计算法则，使用好互联网和计算机技术在排水工程的合理应用，合理确定排水系统中的管径和埋深的设计参数、结合工程的实际情况精确计算，减小成本，提高城市整体市政排水水平，统筹协调环境效益、经济效益和社会效益的统一。

参考文献

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