鄒世華

（武漢地鐵集團(tuán)有限公司建設(shè)事業(yè)總部，湖北 武漢430030）

1 前言

城市排水管網(wǎng)系統(tǒng)的建立是隨著城市發(fā)展而逐漸形成的。隨著城市的發(fā)展，經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)的不斷調(diào)整，新開發(fā)區(qū)的建立，城市道路不斷修建，舊城區(qū)的改擴(kuò)建等，排水系統(tǒng)也在迅速建立，排水管網(wǎng)的普及率在逐年提高。但是還存在很多問題，如污水直接排人河道造成水體污染；排水體制的不確定導(dǎo)致雨污水合流，使污水得不到有效處理；規(guī)劃設(shè)計(jì)與發(fā)展建設(shè)不協(xié)調(diào)導(dǎo)致污水技術(shù)條件差，滿足不了使用要求；排水管網(wǎng)建設(shè)與污水處理廠建設(shè)不配合，導(dǎo)致二次污染等。這些問題均制約了城市排水設(shè)施的發(fā)展。市政排水管網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)主要是解決在已定平面布置方案下。排水管徑、埋深及提升泵站的優(yōu)化設(shè)計(jì)以及排水管網(wǎng)平面布置方案的優(yōu)化研究。

2 市政排水管網(wǎng)現(xiàn)狀

2.1 規(guī)劃設(shè)計(jì)問題

當(dāng)前的排水規(guī)劃一般來(lái)講，普遍比較不合理。排水規(guī)劃設(shè)計(jì)要以總體規(guī)劃為前提，但管網(wǎng)建設(shè)有其自身的特點(diǎn)，它建設(shè)完成后使用期限要長(zhǎng)達(dá)四五十年以上，如果嚴(yán)格以總體規(guī)劃的年限、污水量標(biāo)準(zhǔn)、居住人口密度、土地服務(wù)范圍等為依據(jù)，有時(shí)很難適應(yīng)城市發(fā)展的需要。

2.2 排水體制問題

排水體制關(guān)乎整個(gè)排水設(shè)計(jì)，當(dāng)前的大部分排水體制均需改制。排水系統(tǒng)的體制一般分為合流制和分流制，混合制也是城市中常有的系統(tǒng)，是具有合流制的城市需要擴(kuò)建排水系統(tǒng)時(shí)出現(xiàn)的。在大城市中，因各區(qū)域的自然條件以及修建情況相差較大，因此要因地制宜地在各區(qū)域采用不同的排水體制。

3 已定平面布置下的管道系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)

排水管道優(yōu)化設(shè)計(jì)主要是指：對(duì)于某一設(shè)計(jì)管段，當(dāng)設(shè)計(jì)流量確定后，在滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求的管徑和坡度的多種組合中，取得管材費(fèi)用與敷設(shè)費(fèi)用的平衡，在排水管線平面布置已定情況下，對(duì)于管段管徑一埋深的優(yōu)化設(shè)計(jì)，國(guó)內(nèi)外做了大量研究工作。

3.1 線性規(guī)劃法和非線性規(guī)劃法

1)線性規(guī)劃法．是針對(duì)排水管網(wǎng)設(shè)計(jì)計(jì)算中的約束條件和目標(biāo)函數(shù)的非線性，分別用其一級(jí)泰勒公式展開式代替，用線性規(guī)劃的解作為問題的近似解。反復(fù)迭代，使迭代序列逼近非線性規(guī)劃的最優(yōu)解，缺點(diǎn)是把管徑當(dāng)作連續(xù)變量來(lái)處理。存在計(jì)算管徑與市售管徑不一致的矛盾，且前期準(zhǔn)備工作量大，以后發(fā)展的整數(shù)規(guī)劃法，雖然在一定程度上解決了線性規(guī)劃的缺點(diǎn)，但是其整型變量比較多，難以求解。

2)非線性規(guī)劃法適應(yīng)了計(jì)算模型中目標(biāo)函數(shù)和變量的非線性特征?？梢詢?yōu)化選擇管道的直徑和埋深，但極大限制了目標(biāo)函數(shù)和約束條件的形式。

3.2 動(dòng)態(tài)規(guī)劃法

動(dòng)態(tài)規(guī)劃法是目前國(guó)內(nèi)外比較常用的一種方法。基本思想是把排水管道設(shè)計(jì)看作一個(gè)多階段的過程，通過對(duì)設(shè)計(jì)過程進(jìn)行階段劃分來(lái)對(duì)管道進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。其應(yīng)用主要分為兩方面：

1)以節(jié)點(diǎn)埋深為狀態(tài)變量。通過坡度決策進(jìn)行全方位搜索，其優(yōu)點(diǎn)是直接采用標(biāo)準(zhǔn)管徑，結(jié)果與初始管徑無(wú)關(guān)。且能控制計(jì)算深度。但要求狀態(tài)點(diǎn)之間的埋深間隔很小，使存儲(chǔ)量和時(shí)間間隔大為增加。因此在此基礎(chǔ)上引入了擬差動(dòng)態(tài)規(guī)劃法，在動(dòng)態(tài)規(guī)劃法的基礎(chǔ)上引入了縮小范圍的迭代過程，但應(yīng)用有一定的局限性。

2)以管徑為狀態(tài)變量，通過流速和充滿度決策。由于可使用的標(biāo)準(zhǔn)管徑數(shù)目有限，因此在計(jì)算速度和存儲(chǔ)量上都有很大優(yōu)勢(shì)。以后又發(fā)展出了可行管徑法，此法使優(yōu)化計(jì)算精度得以提高，并顯著減少了計(jì)算工作量和計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)量。盡管動(dòng)態(tài)規(guī)劃法是解決多階段決策問題的一種有效方法，但在排水管道系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，前一段的設(shè)計(jì)結(jié)果將直接影響到后續(xù)管段設(shè)計(jì)參數(shù)的選用，因此利用動(dòng)態(tài)規(guī)劃法求出的污水管道優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，也并不一定是真正的最優(yōu)方案。

3.3 直接優(yōu)化法

直接優(yōu)化法是直接對(duì)各種方案或可調(diào)參數(shù)的選擇設(shè)計(jì)計(jì)算和比較來(lái)得到最優(yōu)解，具有直觀和容易驗(yàn)證的優(yōu)點(diǎn)。主要方法有：

1)電子表格法是一種啟發(fā)式的費(fèi)用估算方法，允許用戶尋找最小費(fèi)用設(shè)計(jì)，能得出比動(dòng)態(tài)規(guī)劃法要好的結(jié)果而且更符合設(shè)計(jì)規(guī)范的要求。

2)兩相優(yōu)化法是設(shè)計(jì)流量確定后，在滿足約束條件的前提下，選取最經(jīng)濟(jì)流速和最大充滿度進(jìn)而得到最優(yōu)管徑和最小坡度。最大限度地降低管道埋深。直接優(yōu)化法的算法與人工算法基本相同，但受設(shè)計(jì)人員的能力所限，所得結(jié)果不盡相同，所以所求結(jié)果不一定是最優(yōu)解。

3.4 遺傳算法

遺傳算法是進(jìn)化算法一個(gè)分支，是模擬生物學(xué)中的自然遺傳變異機(jī)制而提出的隨機(jī)優(yōu)化算法，遺傳算法在解決中小型管道系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)問題時(shí)可以求得最優(yōu)設(shè)計(jì)方案，但解決大型管道系統(tǒng)問題時(shí)，只能求得趨近于最優(yōu)解的設(shè)計(jì)方案，在排水管道系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)中，不論采用何種方法，都以設(shè)計(jì)規(guī)范為基本要求，同時(shí)使費(fèi)用達(dá)到最小。

4 提高市政排水管管的施工質(zhì)量措施

4.1 完善施工隊(duì)伍內(nèi)部質(zhì)量管理，健全各項(xiàng)質(zhì)量管理的規(guī)章制度

市政施工企業(yè)應(yīng)建立以領(lǐng)導(dǎo)為首的質(zhì)量管理機(jī)構(gòu)，各級(jí)施工隊(duì)伍要有質(zhì)安員，從上到下成質(zhì)量控制網(wǎng)絡(luò)，健全各項(xiàng)質(zhì)量管理制度。對(duì)各級(jí)質(zhì)安員的職責(zé)范圍，工程質(zhì)量檢查制度，工程施工資料整編交付辦法都要詳細(xì)規(guī)定，對(duì)具體的工程項(xiàng)目各道工序要有明確的內(nèi)檢標(biāo)準(zhǔn)和詳細(xì)的工藝要求。使各級(jí)作業(yè)人員有章可循，加強(qiáng)工序檢查，嚴(yán)格工藝紀(jì)律。上道工序?yàn)橄碌拦ば蚍?wù)。上道工序不合格不得進(jìn)入下道工序，下道工序監(jiān)督檢查上道工序，配以自檢、互檢監(jiān)督機(jī)制，并運(yùn)用經(jīng)濟(jì)手段參與質(zhì)量管理，獎(jiǎng)優(yōu)罰次，促使企業(yè)全員的質(zhì)量意識(shí)得到提高，人人爭(zhēng)創(chuàng)優(yōu)良工程。

4.2 盡量采用先進(jìn)的施工技術(shù)，提高施工技術(shù)水平

“工欲善其事，必先利其器”。采用先進(jìn)的施工技術(shù)，不僅可以加快工期，而且更能保證工程質(zhì)量，比如洋里污水廠廠外管網(wǎng)采用非開挖技術(shù)、頂管技術(shù)、降水技術(shù)等能夠解決施工中較困難的問題，為管網(wǎng)以后充分發(fā)揮排水效能打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

5 加強(qiáng)管網(wǎng)設(shè)施維護(hù)和管理

5.1 定期清疏管網(wǎng)設(shè)施和加強(qiáng)泵站管理

建議定期周期性對(duì)市政排水管網(wǎng)檢查井、泵站、進(jìn)水井逐個(gè)逐段進(jìn)行巡查、清理、疏通，從業(yè)人員應(yīng)熟悉所管轄排水管線的來(lái)龍去脈，努力確保排水管網(wǎng)設(shè)施的完好率達(dá)到規(guī)定要求。

建議泵站的設(shè)備管理養(yǎng)護(hù)實(shí)行定員制，實(shí)行24小時(shí)值班制度，責(zé)任落實(shí)到每個(gè)人．分工明確，采用量化考核打分制，增強(qiáng)管理人員的管理意識(shí)，出現(xiàn)問題，及時(shí)發(fā)現(xiàn)解決，促進(jìn)泵站管理水平整體向上提高。

5.2 采用先進(jìn)的清掏技術(shù)和修補(bǔ)技術(shù)

新時(shí)代要求改變排水維護(hù)操作落后的工藝，進(jìn)一步提高養(yǎng)管水平，實(shí)現(xiàn)排水科技進(jìn)步，需要采用高效、安全、衛(wèi)生、經(jīng)濟(jì)的清掏技術(shù)和管道修補(bǔ)技術(shù)。譬如采用高壓沖冼水車，吸泥車等清疏管道，可以實(shí)現(xiàn)下水道疏通沖水、吸泥、運(yùn)泥一條龍作業(yè)。排水管道老化是難免的，采用先進(jìn)的內(nèi)襯法、襪筒法等維修是很有效的方法。

5.3 加大宣傳力度，增強(qiáng)市民對(duì)城市排水設(shè)施的自覺愛護(hù)意識(shí)

制定并宣傳市政排水設(shè)施管理辦法，教育市民和近郊的農(nóng)民愛護(hù)市政排水設(shè)施，形成“人民城市人民建、人民城市人民管”的良好局面，使城市排水設(shè)施得到有效的保護(hù)。對(duì)故意盜竊市政管網(wǎng)設(shè)施和亂接管道等行為，依法嚴(yán)厲制止和處罰，這些都可以有效減少排水設(shè)施遭到破壞。

6 結(jié)束語(yǔ)

總之，正確認(rèn)識(shí)城市排水在城市發(fā)展中的重要作用，是解決我國(guó)城市排水設(shè)施建設(shè)的基礎(chǔ)。城市市政排水設(shè)施作為城市基礎(chǔ)設(shè)施的一部分，關(guān)系著城市的衛(wèi)生條件，聯(lián)系著每家每戶要確保排水管網(wǎng)良好運(yùn)行，僅靠一兩家的努力是不夠的，只有規(guī)劃、設(shè)計(jì)、施工、用戶、管理部門各有關(guān)方面共同努力，才能真正提高市政排水管網(wǎng)的排水效能。

[1]GB5026897給水排水管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范