城市給排水管網(wǎng)規(guī)劃及優(yōu)化探析

摘要：隨著我國(guó)城市化進(jìn)程步伐的加快，城市給排水管網(wǎng)建設(shè)對(duì)整個(gè)城市的生態(tài)環(huán)境起著越來(lái)越重要的作用，它在提高居民生活質(zhì)量及改善當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境方面意義重大。文章圍繞城市給排水管網(wǎng)規(guī)劃及優(yōu)化展開(kāi)了研究，首先分析了給水管網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)任務(wù)及原則，接著就城市供水管網(wǎng)和城市道路排水管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：城市給排水；管網(wǎng)規(guī)劃；給水管網(wǎng)規(guī)劃；供水管網(wǎng)規(guī)劃；道路排水設(shè)計(jì) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TU821 文章編號(hào)：1009-2374（2015）27-0035-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.27.019

近年來(lái)，我國(guó)的城市化建設(shè)得到了空前的發(fā)展，隨著用水人口和用水量的不斷增多，原有給水系統(tǒng)不堪重負(fù)，有些地區(qū)已經(jīng)出現(xiàn)水量欠缺的現(xiàn)象，低壓區(qū)也在不斷增多。供水企業(yè)在確定管線走線和管徑時(shí)通常是依據(jù)經(jīng)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行的，由于實(shí)際管網(wǎng)較為復(fù)雜，工作量較大，管網(wǎng)的設(shè)計(jì)具有變量多、約束條件復(fù)雜的特點(diǎn)，進(jìn)行城市給水管網(wǎng)系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)對(duì)于解決城市供水問(wèn)題具有十分重要的意義。

1 給水管網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)任務(wù)

城市給水管網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)通常是在一定的條件下，在確定的水廠規(guī)模和位置背景下，對(duì)管網(wǎng)的模型進(jìn)行建立和對(duì)運(yùn)行工況進(jìn)行計(jì)算，找到一個(gè)投資少、低能耗、安全可靠性高的管網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。具體而言，進(jìn)行城市給水管網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)的任務(wù)體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：首先是管網(wǎng)的優(yōu)化布置。作為給水管網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，管網(wǎng)的優(yōu)化布置是否科學(xué)合理對(duì)于給水系統(tǒng)的安全可靠及經(jīng)濟(jì)性而言意義重大。此外還要注意供水分區(qū)及供水方式的優(yōu)化，正確選擇串聯(lián)供水或并聯(lián)加壓的供水方式，加壓站的設(shè)置要科學(xué)合理，保證供水系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用最低。其次是管徑的優(yōu)化設(shè)計(jì)。在給水管網(wǎng)中，管徑的大小關(guān)系著系統(tǒng)的布局，受管段在管網(wǎng)系統(tǒng)中所承擔(dān)的責(zé)任影響；在管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)上，要基于管網(wǎng)的最優(yōu)布置，通過(guò)優(yōu)化模型進(jìn)行求解。

2 給水管網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)原則

作為一項(xiàng)系統(tǒng)而復(fù)雜的工程，城市給水工程設(shè)計(jì)需要遵循一定的原則，主要有以下三點(diǎn)：（1）要對(duì)城市的未來(lái)發(fā)展有科學(xué)的把握。給水系統(tǒng)的建設(shè)受城市未來(lái)發(fā)展所導(dǎo)向，在進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)要結(jié)合城市的總體規(guī)劃、合理確定近期和遠(yuǎn)期的供水量。（2）規(guī)劃設(shè)計(jì)要具有一定的針對(duì)性。要對(duì)當(dāng)前的城市給水管網(wǎng)系統(tǒng)存在的問(wèn)題進(jìn)行研究并給出應(yīng)對(duì)措施，結(jié)合給水調(diào)查報(bào)告深入分析運(yùn)行中存在的問(wèn)題，給出解決措施。（3）在規(guī)劃設(shè)計(jì)完成后，要基于供水需求和管網(wǎng)安全可靠運(yùn)行的要求，盡可能地節(jié)省投資和降低能源消耗，保證可操

作性。

3 供水管網(wǎng)設(shè)計(jì)問(wèn)題及優(yōu)化

3.1 管線設(shè)計(jì)

在管線的確定過(guò)程中，由于會(huì)受到定線圖與實(shí)測(cè)圖之間比例大的影響，為了保證設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性，相關(guān)設(shè)計(jì)人員應(yīng)該到實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行調(diào)查，對(duì)不合理的定線圖進(jìn)行實(shí)時(shí)修正。如果是改造工程，理想管位與老管位之間的凈距應(yīng)該在1.5米以上。當(dāng)下，隨著管材質(zhì)量的不斷提高，在實(shí)際設(shè)計(jì)中，如果管道之間的相互影響較小，也可以視具體情況減小凈距。在管線設(shè)計(jì)時(shí)，要注意預(yù)留和預(yù)埋，設(shè)計(jì)人員要重點(diǎn)標(biāo)注和說(shuō)明管徑、管道基礎(chǔ)以及標(biāo)高等參數(shù)。從節(jié)約成本、減少損失的角度出發(fā)，應(yīng)該盡量多畫(huà)標(biāo)準(zhǔn)圖以及詳細(xì)圖。在豎向設(shè)計(jì)時(shí)，要遵守以下三個(gè)布置原則：（1）合理布置管線，當(dāng)管線受到荷載時(shí)，要保證其不會(huì)被外力壓壞；（2）在氣候寒冷的地方，要保證管網(wǎng)不會(huì)被凍結(jié)，管道之間的垂直距離要滿足相關(guān)要求；（3）在外力作用下，不同的管線材料所承受的力度也各不相同，在最小覆土的設(shè)計(jì)上，需要與給排水的管材實(shí)際相結(jié)合。

當(dāng)工程管線發(fā)生豎向之間的矛盾時(shí)，要注意以下五個(gè)問(wèn)題：（1）當(dāng)支管的規(guī)劃與設(shè)計(jì)和干管的規(guī)劃與設(shè)計(jì)相矛盾時(shí)，應(yīng)該以干管為主，盡量妥協(xié)于干管；（2）當(dāng)可彎曲的管道在走線時(shí)與不能彎曲的管道相矛盾時(shí)，應(yīng)該以不能彎曲的管道為主；（3）當(dāng)壓力管道與重力管道之間存在矛盾時(shí)，應(yīng)該以重力管道為主；（4）在管線規(guī)劃時(shí)，對(duì)于當(dāng)前已有的管道應(yīng)該盡量以現(xiàn)有的管線；（5）大小管線在規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)，要以大管線為主。盡管如此，但是在實(shí)際工程中，還應(yīng)該視具體情況而定，以上原則并不是固定不變的，只有做到了科學(xué)合理布置，才能有效降低成本，提高設(shè)計(jì)的含金量。

對(duì)于住宅區(qū)的給水管線，在設(shè)計(jì)中要注意以下四個(gè)問(wèn)題：（1）要與物業(yè)相結(jié)合，從整體上把握設(shè)計(jì)的系統(tǒng)性；（2）要與當(dāng)?shù)氐氖┕に较嘟Y(jié)合，設(shè)計(jì)要符合實(shí)際情況；（3）要對(duì)新產(chǎn)品有所了解，對(duì)其原理和優(yōu)缺點(diǎn)有充分的認(rèn)識(shí)；（4）要與住宅的設(shè)計(jì)相結(jié)合，滿足住宅的設(shè)計(jì)要求，保證管線與建設(shè)風(fēng)格相協(xié)調(diào)。

3.2 管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)

管網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)對(duì)于整個(gè)給排水的規(guī)劃而言意義重大，它是在管線確定之后，對(duì)管徑和水力等參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化的過(guò)程，從而實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)流量的合理分配；在優(yōu)化過(guò)程中，要與城市的實(shí)際情況相結(jié)合，對(duì)客觀條件有充分的認(rèn)識(shí)。對(duì)相關(guān)布局進(jìn)行優(yōu)化，保證不同壓力范圍內(nèi)的給水都能夠順利實(shí)施，從而降低整體費(fèi)用。一般來(lái)說(shuō)，遺傳算法是優(yōu)化設(shè)計(jì)中常用的方法，可以對(duì)中小型管線的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行評(píng)估。如果一座城市的水量充足，能夠保證充足的供水管網(wǎng)系統(tǒng)，供水壓力較為穩(wěn)定，則可以選擇無(wú)負(fù)壓管網(wǎng)設(shè)備；如果城市的瞬間用水量較大并且十分集中，可以采用直接式管網(wǎng)。

4 道路排水設(shè)計(jì)問(wèn)題與優(yōu)化

4.1 雨水排水設(shè)計(jì)

在城市的道路排水設(shè)計(jì)中，雨水管渠設(shè)計(jì)是重要組成部分，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，要準(zhǔn)確計(jì)算雨量，因此，要與當(dāng)?shù)氐膶?shí)際氣候等相結(jié)合。通常情況下，傳統(tǒng)的方法對(duì)于暴雨強(qiáng)度中的相關(guān)參數(shù)沒(méi)有經(jīng)過(guò)充分的考量。作者認(rèn)為，遺傳算法具有全局隨機(jī)搜索的功能，能夠?qū)δ繕?biāo)進(jìn)行直接的操作，并且能夠有效提高公式的準(zhǔn)確度。從城市的實(shí)際情況出發(fā)，由于建筑物十分密集，交通量較大，進(jìn)行管線設(shè)計(jì)時(shí)一般是采用暗管。在地形較為平坦的道路上，采用的是蓋板，用于將雨水排除掉，它具有經(jīng)濟(jì)有效的優(yōu)點(diǎn)，以后進(jìn)行維護(hù)時(shí)也十分方便。

4.2 污水排水設(shè)計(jì)

一般來(lái)說(shuō)，在污水干管的布置上，是在小區(qū)規(guī)劃完全確定之前就要確定好的，而這種方式會(huì)導(dǎo)致排水點(diǎn)不明確。因此，排水干管與支管的銜接無(wú)法完全確定。為了同時(shí)滿足排水的要求和降低施工的成本，一般是這樣做的：在排水干管上，每相隔一定的長(zhǎng)度接出一根連接管，將其延伸到人行道上，這對(duì)于一些無(wú)法預(yù)計(jì)的規(guī)劃具有較好的規(guī)避性，可以防止由此造成的破損。遵照就近排水的原則，在確定連接管之間距離時(shí)要從實(shí)際出發(fā)，合理確定。在設(shè)計(jì)污水排水管線時(shí)，要盡量與其他管線發(fā)生沖突。在排水管線方式的選擇上，可以采用跌水井調(diào)節(jié)和局部增大斷面的方式，從而保證足夠的水?dāng)嗝妗Ｔ诒ＷC排水順利的前提下，可以采用倒吸虹管。如果污水管線的流速超出了規(guī)定的范圍，應(yīng)該依據(jù)相關(guān)規(guī)范進(jìn)行修改。就街道而言，污水管道的管徑最小為300毫米，坡度的最小值為0.0003。如果管道的坡度無(wú)法滿足相關(guān)要求，也可以適當(dāng)減小。為了盡量降低工程的造價(jià)，在管道的設(shè)計(jì)上，要在滿足規(guī)范的前提下盡量減小管道的埋深。

5 結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)城市給排水管網(wǎng)規(guī)劃及優(yōu)化進(jìn)行研究，分析了給水管網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)的任務(wù)及原則，就城市供水管網(wǎng)和城市道路排水管網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析。近年來(lái)，我國(guó)的給排水設(shè)計(jì)人員在城市管網(wǎng)的設(shè)計(jì)中積累了越來(lái)越多的經(jīng)驗(yàn)，在促進(jìn)給排水管網(wǎng)的發(fā)展中做出了巨大貢獻(xiàn)；給水管網(wǎng)的優(yōu)化方法得到了不斷豐富，所涉及的問(wèn)題也在不斷深入。總而言之，面對(duì)復(fù)雜的管網(wǎng)設(shè)計(jì)和工況，要進(jìn)行綜合考慮，采用最合適的方法進(jìn)行計(jì)算。

參考文獻(xiàn)

[1] 陳建欣.城市給排水管道網(wǎng)技術(shù)設(shè)計(jì)方法分析[J].城市建設(shè)，2010，（2）.

[2] 班文利，郭玉祥，王志成.城市給排水管道安裝與維修探討[J].城市建設(shè)，2009，（31）.

[3] 平以雙.關(guān)于城市給排水管使用特性的探討[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2012，（3）.

[4] 劉永忠.城市重建道路與建筑給排水管網(wǎng)的選擇與施工[J].中國(guó)高新技術(shù)企業(yè)，2010，（8）.

作者簡(jiǎn)介：吳正高（1980-），男，安徽樅陽(yáng)人，供職于安徽省城建設(shè)計(jì)研究院，碩士，研究方向：市政工程。

（責(zé)任編輯：周 瓊）