【摘要】市政給排水管網(wǎng)的優(yōu)化配置工作整體比較復雜，既要保證技術(shù)可行，又要保證經(jīng)濟可行，重視工作開展質(zhì)效的同時，也要注重成本和進度的控制。文中針對當前市政給排水管網(wǎng)存在的問題進行分析，以問題為導向，針對性地提出了相應的優(yōu)化配置策略。旨在制定切實可行的市政給排水管網(wǎng)優(yōu)化配置方案，顯著改善給排水管網(wǎng)運行工況，保證市政給排水工程的社會效益、經(jīng)濟效益與環(huán)境效益。

【關(guān)鍵詞】市政工程；給排水管網(wǎng)；優(yōu)化配置

【中圖分類號】TU991" " " "【文獻標志碼】A" " " "【文章編號】1673-6028（2023）24-0187-03

0 引言

現(xiàn)階段，我國城市化進程仍處于高速發(fā)展階段，城市規(guī)模逐年擴大，給排水管網(wǎng)作為重要的市政基礎(chǔ)設(shè)施，給排水服務質(zhì)量直接關(guān)乎人居環(huán)境質(zhì)量與城市發(fā)展?jié)摿ΑＤ壳?，在市政給排水管網(wǎng)投運使用期間，面臨著一系列問題，部分管網(wǎng)運行工況穩(wěn)定性較差，管道內(nèi)雨污水反涌、管道滲漏等情況時有發(fā)生。為此，需重視市政給排水管網(wǎng)的優(yōu)化配置，賦能城市高質(zhì)量發(fā)展。

1 當前市政給排水管網(wǎng)存在的問題

1.1 建設(shè)方案缺乏前瞻性

由于我國城市化發(fā)展速度較快，早期市政給排水工程在規(guī)劃設(shè)計階段，無法準確預測到城市供排水系統(tǒng)服務人口、用戶供排水需求等在給排水管網(wǎng)全壽命周期內(nèi)的變化情況，所建成市政給排水管網(wǎng)存在服務范圍不足、供水壓力低、排水能力不足等多項問題，逐漸無法滿足實際使用需求。從服務范圍角度來看，早期市政給排水管網(wǎng)僅覆蓋老城區(qū)及周邊區(qū)域，對于后續(xù)建成的新城區(qū)，一般通過后期完善給排水系統(tǒng)來滿足供水排水需求，但前后期市政給排水管網(wǎng)較難做到無縫銜接，由此引發(fā)排水能力不足、管網(wǎng)故障率多等連鎖問題出現(xiàn)。而從供水壓力角度來看，早期城市建筑的樓層較低，普遍為5～8層建筑，隨著城市高層建筑、超高層建筑數(shù)量的增加，現(xiàn)有市政給排水管網(wǎng)很難滿足高層建筑的供水需要，而是通過建筑給排水系統(tǒng)進行二次加壓，在供水環(huán)節(jié)產(chǎn)生額外運行能耗[1]。

1.2 管線嚴重老化

早期的市政給排水管網(wǎng)項目建設(shè)受到成本、材料性能等因素影響，配置的給排水管道的強度較低，在管網(wǎng)投運使用期間，受到外部環(huán)境影響、水流侵蝕等因素影響，管道出現(xiàn)一定程度的老化現(xiàn)象，實際工作性能明顯下滑，且管道流量、壓力有所提升，已無法滿足實際使用需求，管道變形、滲漏、破裂等質(zhì)量通病時有發(fā)生。此外，早期市政給水管網(wǎng)主要采用金屬材質(zhì)管道，管道在使用期間逐漸出現(xiàn)銹蝕現(xiàn)象，對供水水質(zhì)造成影響，也進一步縮短了管道的實際使用壽命。

1.3 基礎(chǔ)設(shè)施承載能力不足

在市政給排水管網(wǎng)系統(tǒng)中，基礎(chǔ)設(shè)施包括給排水管道、雨水口、檢查井、提升泵站、倒虹管等，可以起到完善管網(wǎng)使用功能、支撐管網(wǎng)平穩(wěn)運行的重要作用。近年來，隨著我國城市化進程加快，市政給排水管網(wǎng)的運行負荷持續(xù)提升，早期所建設(shè)給排水基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)標準偏低、數(shù)量有限、空間分布不合理，實際承載能力不足，無法服務超出極限承載能力的城市體量與人口，最終引發(fā)城市內(nèi)澇、城市生態(tài)環(huán)境惡化等一系列問題出現(xiàn)。以雨水口為例，部分城市主干道兩側(cè)等局部分散布置少量雨水口，隨著城市硬化率提高，城市降雨量及地表徑流量日益增加，現(xiàn)有雨水口很難實現(xiàn)對雨水的有效收集，會產(chǎn)生局部路面積水，路面積水一方面增加交通事故出現(xiàn)率，且城市積水隨時間推移逐漸會出現(xiàn)污染現(xiàn)象，變成黑臭水體，黑臭水體內(nèi)的細菌、微生物在水岸100m范圍內(nèi)傳播。

1.4 能耗過高

市政給排水管網(wǎng)配備大量耗能設(shè)施，持續(xù)消耗電能來帶動設(shè)施運轉(zhuǎn)，從而完成取水、配水、污水收集、污水處理、雨污管理等任務。根據(jù)投運使用情況來看，在早期市政給排水管網(wǎng)規(guī)劃、建造期間，受到設(shè)計觀念、技術(shù)手段、設(shè)備性能等因素限制，節(jié)能效果不夠理想，給排水管網(wǎng)的總體能耗水平超過正常水準，這無疑會產(chǎn)生高昂的管網(wǎng)運行成本，也違背了可持續(xù)發(fā)展原則。例如，在取水環(huán)節(jié)，多數(shù)城市以本地地表水、地下水作為水源，少數(shù)城市以高品質(zhì)再生水、外調(diào)水作為水源，除去本地地表水外，其他水源的取水能耗偏高，取水泵站在供水系統(tǒng)能耗結(jié)構(gòu)中的占比最高，普遍在30%～35%[2]。在配水環(huán)節(jié)，原水處理達標后，利用水泵設(shè)備，將清水從給水處理廠遠距離輸送給終端用戶，為確保各點水壓滿足使用需求、預防管道腐蝕，往往選擇配備高壓水泵設(shè)備，此類水泵的能耗水平較高，在配水系統(tǒng)總體能耗結(jié)構(gòu)中的占比高達80%。而在污水收集環(huán)節(jié)，當前部分市政給排水管網(wǎng)受地形限制，無法采取重力排水方式，需要在管網(wǎng)中設(shè)置多座排水泵站進行排水，泵站數(shù)量越多、污水收集管網(wǎng)長度越大，能耗水平越高。

2 市政給排水管網(wǎng)優(yōu)化配置的可行策略

2.1 管網(wǎng)布局優(yōu)化

為徹底解決早期市政給排水管網(wǎng)在規(guī)劃設(shè)計層面遺留的各項問題，必須做好前期調(diào)研工作，分析總結(jié)給排水管網(wǎng)投運使用情況，根據(jù)所收集人居環(huán)境密度、地形地勢等資料信息，準確掌握用戶供水排水需求，在其基礎(chǔ)上對管網(wǎng)布局結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化調(diào)整。第一，在給水管網(wǎng)敷設(shè)形式優(yōu)化環(huán)節(jié)，具體可采取環(huán)狀管網(wǎng)、枝狀管網(wǎng)兩種形式。其中，環(huán)狀給水管網(wǎng)是在城區(qū)范圍內(nèi)把各條給水管路按照縱橫格局布置，各項縱橫管路相互連通，管道交接處設(shè)置閥門，最終組成環(huán)狀管網(wǎng)結(jié)構(gòu)。環(huán)狀管網(wǎng)有著運行可靠的優(yōu)勢，如果局部出現(xiàn)管道變形、滲漏等故障問題，工作人員關(guān)閉故障管路和相鄰管路交接處閥門，確保市政給水管網(wǎng)總體工況處于平穩(wěn)可控狀態(tài)，但環(huán)狀管網(wǎng)的建設(shè)成本較為高昂，多用于大型市政給排水工程。而枝狀管網(wǎng)是把給水管網(wǎng)按照樹枝形狀布置，沿直線布置配水干管，兩側(cè)延伸布置各條配水干管和接戶管，要求干管管徑大于配水支管與接戶管管徑。根據(jù)實際給水情況來看，枝狀給水管網(wǎng)適用于供水量較少、場地地形狹長、用戶分散分布的市政給排水工程，建造成本較為低廉，但也存在末端水質(zhì)低、供水穩(wěn)定性不足的缺點，如果配水干管出現(xiàn)破裂滲漏情況，對配水支管和接戶管造成明顯影響。第二，在供排水方式優(yōu)化環(huán)節(jié)，搭配采取重力供排水、加壓供排水兩種方式。重力供排水是利用地形高差，水流憑借自重力來迅速流動，在管網(wǎng)沿途布置多處無壓管渠，把控各節(jié)管道坡度，要求地勢高差處在管道水頭損失承受范圍以內(nèi)。對于不具備重力供排水條件的區(qū)域，則采取加壓供排水方式，保留原有給水泵站、排水泵站，在供排水期間持續(xù)向管道施加壓力，提升清水至用水點或是提升污水至污水處理廠，需要對管道承壓能力進行檢驗，必要時額外采取水錘防護措施。

2.2 管道升級改造

在管道升級改造環(huán)節(jié)，重點做好工況調(diào)查、管材選型、調(diào)整管道埋設(shè)三項工作，根據(jù)市政給排水管網(wǎng)實際情況來專項制定改造方案。第一，工況調(diào)查。深入工程現(xiàn)場，對現(xiàn)狀給排水管道的使用工況進行深入調(diào)查，調(diào)查內(nèi)容包括管道材質(zhì)、管道流量壓力、管道老化程度，根據(jù)所掌握資料信息，對管道健康狀態(tài)進行評價打分，將其作為選擇管道升級方式的重要依據(jù)。例如，對于健康狀態(tài)較佳的給排水管道，局部缺陷部位進行修補處理即可。而對于健康狀態(tài)較差、不堪使用的管道，則需要拆除原有管道，在原位或是其他位置重新鋪設(shè)給排水管道，再把新鋪管道順利接入市政給排水管網(wǎng)。第二，管材選型。從技術(shù)可操作性、工作性能、使用壽命、采購成本等維度出發(fā)，對各類管材進行評價打分，選擇綜合評分最高的管材。以給水管道為例，可采取PE管、球墨鑄鐵管或是鋼管材質(zhì)的管道。其中，PE管全稱為聚乙烯管，作為一種塑料材質(zhì)管道，有著重量輕、水流阻力小和耐腐蝕的優(yōu)點，多用作配水管道，管徑一般控制在DN400mm以內(nèi)。球墨鑄鐵管有著良好機械性能，在抗拉、耐震動、抗彎等方面的應用表現(xiàn)遠超其他材質(zhì)管道，并在接口部位設(shè)置橡膠圈來改善管道密封效果，球墨鑄鐵管管徑宜控制在DN1200mm以內(nèi)，不宜配備大口徑球墨鑄鐵管，避免市政給排水管網(wǎng)改造成本失控。鋼管有著機械強度高、環(huán)境適應能力強、具備快速搶修條件的優(yōu)勢，包括鋼板螺旋焊管和鋼板直縫焊管，適用于市政給排水管網(wǎng)穿越河流、公路、鐵路等特殊節(jié)段，管道敷設(shè)期間，必須對鋼管外壁、內(nèi)壁進行防腐處理。第三，調(diào)整管道埋深。綜合分析管道材質(zhì)、現(xiàn)場環(huán)境條件、當?shù)貧夂驐l件等因素，判斷原有管道埋深值是否合理，必要時調(diào)整埋深值[3]。例如，配備PE管或是球墨鑄鐵管時，管道埋深值必須低于當?shù)赝寥辣鶅鼍€，管徑超出DN100mm時把管道埋深值控制在1.0m以上，管徑不足DN80mm時把管道埋深值控制在0.8m即可，且管道埋深值和土壤冰凍線的高差不得小于15cm。

2.3 基礎(chǔ)設(shè)施優(yōu)化

在市政給排水管網(wǎng)設(shè)施優(yōu)化配置環(huán)節(jié)，設(shè)計人員需提前做好承載力計算評估工作，掌握基礎(chǔ)設(shè)施配置情況，在其基礎(chǔ)上采取工程措施、非工程措施進行優(yōu)化配置。第一，承載力計算評估。設(shè)立多項評估指標，給水系統(tǒng)評估指標包括人均水資源量、供水設(shè)施利用率、漏損率、每萬人供水管長度、人均日供水生產(chǎn)能力，排水系統(tǒng)評估指標包括每萬人排水管長度、污水處理率、再生水利用率、建成區(qū)雨污水管密度、污水設(shè)施利用率等，確定各項指標的計算標準、權(quán)重分值。隨后，根據(jù)所掌握工程資料信息，對現(xiàn)有市政給排水管網(wǎng)的綜合承載能力進行評價打分，繪制曲線圖，直觀反映當?shù)亟o排水承載力、全國平均給排水承載力、給排水壓力度。第二，工程舉措。新建雨水管線，根據(jù)城市內(nèi)澇區(qū)域分布情況來確定管線建設(shè)位置，在經(jīng)濟合理范圍內(nèi)加大雨水管管徑，確保管網(wǎng)可以承擔更強雨水徑流量，預防城市內(nèi)澇災害發(fā)生[4]。對現(xiàn)狀泵站進行升級改造，以強化泵機抽升能力作為改造方向，增加泵機數(shù)量，配備新型潛水泵，提高泵站排水能力以應對設(shè)計重現(xiàn)期內(nèi)的設(shè)計降雨量。此外，對于低洼易澇等高危區(qū)域，專項布置排澇管線或是排澇泵站，迅速抽升退去積水。第三，非工程舉措。重點強化市政給排水管網(wǎng)運維管理能力，健全管理制度、完善管理手段、搭建信息化管理系統(tǒng)，并建立應急管理機制。以應急管理為例，提前制定面向各類典型問題和突發(fā)狀況的應急處置預案，包括管道滲漏現(xiàn)場搶修預案、城市內(nèi)澇災害應急搶險預案、管道堵塞搶修預案，通過合理的預案快速解決問題。

2.4 挖掘給排水管網(wǎng)節(jié)能潛力

為降低市政給排水工程實際運行成本，順利實現(xiàn)節(jié)能減排的可持續(xù)發(fā)展目標，需要對現(xiàn)有給排水管網(wǎng)進行節(jié)能改造，具體可采取分區(qū)供水、調(diào)整管道位置、水壓控制、余熱回收四項措施。第一，分區(qū)供水。提前做好實地考察工作，全面掌握供水規(guī)模、供水方式等信息，在管網(wǎng)輻射范圍內(nèi)劃分若干區(qū)域，制定面向各區(qū)域的專項供水方案，選擇合適的供水方式及供水壓力，在滿足用戶用水需求的前提下，提高供水系統(tǒng)節(jié)能效率。例如，對于城市高層建筑，可采取泵組加壓供水方式，額外設(shè)置泵組，向給水管進行二次加壓，在保證全部樓層的用水壓力需求的同時，相對于直接加壓的方式，可以取得顯著節(jié)能效果。同時，在高層建筑周邊市政管網(wǎng)供水壓力周期性不足的情況下，也可選擇采取高位水箱供水方式，在高層建筑屋頂?shù)炔课辉O(shè)置高位水箱，市政管網(wǎng)供水壓力較高時，把生活用水輸送至水箱內(nèi)部，后續(xù)利用水流自重力向用戶供水，以此來取得穩(wěn)定供水效果，但需要結(jié)合用戶用水需求來確定水箱容積，且水箱內(nèi)部水體容易出現(xiàn)污染問題[5]。第二，調(diào)整管道位置。建立數(shù)學分析模型，評估不同管道位置情況下的市政給排水管網(wǎng)總體能耗水平，確定全新管道位置在技術(shù)、經(jīng)濟層面具備可行性的前提下，調(diào)整管道位置，以此來改善管網(wǎng)總體運行工況。以市政道路下方排水管道為例，盡量把排水管道布置在慢車道下方，道路路面較寬時，則把排水管道布置在道路兩側(cè)，不宜布置在路面中央。第三，水壓控制。管網(wǎng)沿途分散布置多臺壓力傳感器，現(xiàn)場控制器聯(lián)通閥件，管網(wǎng)運行期間，持續(xù)檢測主干管、分支管路的實時水壓值，對比檢測值和額定值，如果水壓未達到或是超出標準值，控制器輸出指令，調(diào)整閥門開度，以此來維持給排水管網(wǎng)平穩(wěn)運行工況，避免產(chǎn)生不必要的能量損耗和降低管網(wǎng)服務質(zhì)量。第四，余熱回收。在給排水管網(wǎng)中的取水、污水處理等環(huán)節(jié)，搭建余熱回收系統(tǒng)，該系統(tǒng)由熱交換器、水泵、熱水箱、熱管等部分組成，從城市污水與所取地表水、地下水中回收熱能，再把熱能用于制熱、制冷等場景。例如，通過余熱回收系統(tǒng)持續(xù)回收熱量，把熱量提供給市政集中供暖系統(tǒng)，可以減少煤炭等化石燃料的消耗量，保證節(jié)能減排效果。

3 結(jié)語

綜上所述，對市政給排水管網(wǎng)的優(yōu)化配置，是推動城市社會與經(jīng)濟高質(zhì)量健康發(fā)展的必然路徑。設(shè)計人員要通過實施優(yōu)化設(shè)計方案和強化管理，針對性落實管網(wǎng)布局優(yōu)化、管道升級改造、基礎(chǔ)設(shè)施優(yōu)化、挖掘節(jié)能潛力等策略，科學制定優(yōu)化配置方案，為市政給排水系統(tǒng)高質(zhì)量運行提供保障。

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[作者簡介]黃一敏（1996 —），女，廣西柳州人，本科，研究方向：環(huán)境工程。