市政排水管網經常會出現各種各樣的問題，比如污水直接排到河道中促使水體被污染；排水體制不完善促使雨水和污水合流；規劃設計和發展建設的不協調促使污水技術條件比較差，根本滿足不了使用所需；排水管網建設和污水處理廠建設不能有效配合在一起，造成二次污染等。以上所說這些問題都嚴重制約了整個城市各項排水設施的發展。所以相關部門要對市排水管網進行優化設計，這樣才能解決好已定平面布置方案中常見的排水管徑和埋深等各種問題。 

　　【關鍵詞】市政排水；管網；優化設計 

　　一、前言 

　　近幾年政府部門一直是整個城市市政排水工程建設、管理和服務的主角。隨著城市排水事業等市政公用事業市場化改革進程的加快，城市排水管理將會面臨各種問題，這些僅僅依靠政府職能進行處理根本難以達到預期目的。城市排水屬于整個市政工程最為關鍵的基礎設施，不僅關系到城市排水的有效控制，還涉及到水污染的控制、環境保護及改善等問題。加強對城市排水的管理，才能確保城市排水各項設施得以安全正常運行下去，也才可降低城市水環境污染，確保環境和經濟社會的可持續發展，進而保證人民的生命健康，總的來說具有非常強大的現實意義及深遠影響。然而從當前理論研究與實踐改革來看，一些市政排水管網主要局限在污水處理領域，一些側重排水管網技術性問題上，卻沒有形成一套完善的多元責任主體管網管理模式。所以加強對市政排水管網的優化設計非常重要，這樣才能確保排水管網平面布置得以優化。 

　　二、影響市政排水管網改造工程設計的主要因素

　　1、城市用地和工程專項規劃 

　　城市規劃人員在設計管網時，需要收集齊關于工程所在區域的最新用地和工程專項規劃資料，并且要摸清本次設計所涉及到的各類管線與片區內部的管線使用基本情況以及存在的問題，例如水源、電源、氣源以及排水體制和污水出路等，另外還要熟悉掌握各種設計管線的直徑、孔數以及尺寸等。 

　　2、現狀的管線資料 

　　優化管網設計前要將本次所需設計范圍里的所有現狀管線資料收集齊全，對于缺少該類資料的建設單位要重新勘測一下工程所在區域的現狀管線。假如設計人員對現狀管線的實際情況不夠了解，會直接造成管線設計本身合理性受到影響，嚴重時還會導致管位發生重合、管線的標高發生沖突等各種問題，進而給整個管線的施工作業造成不小的麻煩。 

　　3、和有關管線主管部門溝通與協調 

　　因為城市生活所需，市政管線的種類非常多，并且每種管線的主管部門也不一樣，例如給水管線主要由水務部門或者自來水公司進行管理；污水和雨水管線主要由相關水務部門或者一些排水管理部門進行管理；電力管線主要由相關供電部門進行管理，所以設計市政管網時，一定要充分征求各管線的主管部門關于管線設計意見和要求，并且針對一些較為合理的意見與要求也要納入優化設計過程中，從而達到日后管線管理與使用所需。 

　　三、我國市政排水管網的現狀分析

　　1、規劃設計出現問題 

　　制定排水管網規劃時要結合城市的總體規劃與區域規劃，并且要和城市其它單項工程建設緊密配合在一起，例如城市各項功能分區的布局、建筑的界限、道路的規劃以及地下其它各項設施的規劃等，都要縱觀全局采取合理的措施進行解決，這樣才能將其構成一個有機整體。與此同時由于排水系統的規劃設計屬于動態的，當排水體制、排水主干管頂線以及排水量標準等方面的工作結束后，要結合實際情況對局部情況進行調整，這樣才便于工程項目各個環節工作的開展。另外由于排水管網建設具有自身特點，即其建設完成后的使用期限有時候會長達四五十年以上。所以城市排水管網的規劃設計要比整個城市的整體規劃年限要長一些，另外計算排水量時要從多個方面進行預測并留有充足的發展余地。 

　　2、排水體制尚不完善 

　　排水管網設計與排水體制有著直接關系，然而當前大部分排水體制都要進行改制。排水系統體制主要有兩種，一種為合流制，另一種則為分流制。當然混合制也屬于城市運轉中常見的系統，是很多合流制城市在擴建排水系統時常會采用的。大城市里常會受各個區域自然條件和修建情況較差的影響，所以要針對不同區域采取相應的排水體制。 

　　四、市政排水管網的優化設計措施 

　　1、優化布置管線平面 

　　布置排水管網時應堅持工程量最小、水流暢通以及最大限度上節省能量的原則，準確進行定線，這也是合理設計管網的前提基礎。定線基本原則主要表現在以下幾個方面：設計干管支管時要采取直線布局，切忌拐彎；定線時要充分利用地理優勢，促使污水能在重力作用下可以順利流到污水廠里面；設計過程中要盡可能的減少管道的埋深；布置管道過程中要盡量少設置一些提升泵站。 

　　2、優化已定平面布置管道系統設計 

　　所謂優化排水管道設計主要內容為：針對某一設計管段，在確定好設計流量時，需在達到設計規范標準的管徑與坡度等多種組合里，尋求管材費用和敷設費用之間的平衡。當排水管線的平面布置已經指定好后，關于管段管徑以及埋深的優化設計，很多機構都作了很多研究工作，并取得了一定的成就。 

　　（1）采取線性規劃法與非線性規劃法 

　　A、線性規劃法 

　　所謂線性規劃法主要指排水管網設計在計算過程中經常會受到的一些約束條件以及目標函數本身具有的非線性，通常會采取一級泰特公式及展開式進行代替，并將線性規劃解當作問題近似解，通過反復迭代，促使迭代序列可以靠近非線性規劃里的最優解。當然這種方法也有不足之處，即長把管徑看作連續量進行處理，以致于計算管徑和市場管徑出現不一致沖突，并且前期準備的工作量比較大，雖然今后發展起來的整數規劃法從某種程度上彌補了線性規劃缺點，然而因它的整型變量非常多，所以很難求解。 

　　B、非線性規劃法 

　　非線性規劃法極大的適應了當前計算模型里目標函數以及變量本身具有的非線性特征，對于選擇的管道直徑與埋深也可以起到優化的作用，然而卻極大的阻礙了目標函數以及約束條件形式的發展。 　?。?）采取直接優化法 

　　所謂直接優化法是根據各種方案或者一些可調參數方面的選擇設計進行計算與比較所獲得的最優解，其直觀性與便于驗證便是最大優點。這種方法主要表現在以下兩個方面： 

　　A、采用電子表格法作為啟發式費用估算法，使得用戶可以尋找到最小的費用設計，進而可以拿出更好的結果且能滿足施工設計規范標準。 

　　B、采用兩相優化法，這種方法主要用在設計流量確定好后，并以達到約束條件為前提，選擇最為經濟的流速與最大充滿度從而獲取最優管徑與最小坡度，與此同時也能最大限度的把管道埋深降低。這種直接優化法本身的算法和人工算法差不多一樣，然而設計人員水平有限，所能獲取的結果也不同，這時獲取的結果便不太可能成為最優解。 

　?。?）采取遺傳算法 

　　所謂遺傳算法屬于進化算法中的一個分支，它是通過模擬生物學里面的自然遺傳變異機制所提出的一種隨機優化算法。這種遺傳算法用于解決小型管道里的系統優化設計問題時常會獲取最佳設計方案。然而在解決較大型的管道系統問題時，通常只可以獲得一個接近最佳解的優化設計方案，所以優化設計排水管道過程中，不管采用怎樣的方法都要將設計規范作為最基本的要求，與此同時也要把費用降到最低。 

　　五、市政排水管網優化設計應注意問題 

　　1、管線間距達不到規范要求 

　　市政排水管線的改造工程經常會受到各種因素的影響，有時還會出現管線的平面凈距和垂直凈距以及管線和樹木、建筑物等凈距不能滿足施工規范要求時，為了確保各類管線可以安全使用，必須采取相應的保護措施。一般會采用設置套管、對混凝土進行包封或者設置管溝進行保護。當燃氣管線從路口穿越過時，也要采取必要的保護措施。例如某段拓寬路段因為燃氣管道和樹木的凈距難以滿足施工規范要求，就采套管方式進行保護。 

　　2、管線的豎向標高發生沖突 

　　當給水、電力、通信及燃氣管道和其它管線的豎向標高發生沖突時，可以采取設置彎頭、加設電力以及通信井的措施來避讓，通常雨、污水管線屬于重力流，管道很難彎曲，一旦因為某些因素促使豎向標高發生沖突時，便只能采取倒虹吸或者設置交匯井的方法來避讓。一般情況下倒虹吸設計過程中要達到以下標準：最小管徑應該為200毫米；管里的設計流速應該不小于0.9m/s；另外也要設置一些事故排出口或設置一些雙管倒虹吸；進出水井里面還要設置閘槽或閘門；作為倒虹管進水井前面的檢查井要設置一道沉泥槽。如果污水管的管徑比雨水管的小時，就要在交匯位置設置一座交匯井，并把污水管改成生鐵管使其直接從交叉井穿過，并且雨水管線需在井中斷開。給水管通暢要從排水管上面穿越過去，一旦必須從排水的下方穿越過去時，就要給給水管的管材加設一道鋼管或者增設鋼套管，從而避免水質受到污染。 

　　六、結語 

　　由此可見，城市規劃管理人員對市政管線的改造工程進行綜合設計的目的便是防止平面與豎向空間處的各種工程管線發生沖突或者受到干擾，這對于整個市政工程排水管網的正常運行極為重要?？傊C合各方面因素對管線進行綜合設計才能把各類管線最好的埋設埋深確定下來，以便可以節約有限地下空間，降低工程的投資成本，從而為城市的可持續發展以及資源節約型社會奠定良好基礎。