市政给水排水管网优化方案探讨

　　摘要：分析我国当前在城市建设中市政给水排水网道在建设中存在的问题，并对在城市建设中如何做好给水排水网的建设进行探讨，以达到建设美好城市的目的。
　　关键词：给水排水；优化
　　
　　近几年，随着城市化的迅猛发展，城市基础建设也在不断的发展起来，由于市民生活的需要，给水排水管网也随之被迅速的延伸开来。目前，如何科学的设计给水排水管网的问题在许多建设中都被涉及到，如：城市道路的修建、旧城区的改建以及新城区的建设等。因而，在进行给水排水的规划时，我们需用发展的眼光去看待，同时在选择给水排水体系时需根据城市的实际情况出发，坚持污水厂与给水排水管网同时设计、施工和投产。此外，还需做好小区污水的处理、给水排水管网的维护与管理。
　　1市政给水排水管网现状
　　1.1给水排水管网的规划设计问题给水排水的总体规划是规划设计的前提，管网的建设一般在其完成后需达到50年以上的使用期限，假如按照总体规划的年限、人口密度、服务范围及污水量标准等为依据，则城市发展的需要将很难被适应。
　　1.2排水体制的问题排水体制与整个排水设计相关，如今有大量的排水体制都需重新改制。分流制与合流制这两种体制是排水系统的组成部分；在城市中，混合制也是常见的系统，它通常是为了满足合流制城市的需要而出现的。由于在不同的城市中，其自然条件和修建情况也不同，所以在各城市要采用不同的排水体制。在我市区内，由于干渠纵横交错，水系发达，所以居民的生活污水和工厂生产废水大部分都是直接排入附近的干渠；而在我市的一些新建区，则因地制宜的采用了不同的体制。旧城区通常是采用合流制系统，在干渠的两岸边建一条截流干管，并在其旁设置污水厂。在晴天将污水处理后直接排入渠水中，而在雨天由于雨量的增加会有部分污水直接流入渠中。
　　2市政给水排水管网的优化措施
　　对于排水管道的优化设计而言，其主要内容一般为：在某一管段设计中，当设计流量确定后，在满足设计规范要求的管径和坡度的各种组合下，所取得的管材费用和数设费用的平衡。然而在整个市政给水排水管网中，其优化设计的措施必须做到多层次、多角度的优化。
　　2.1改进优化设计的算法事实上，以污水厂为根节点的最小费用生成树就是给水排水管网的优化设计，而构造最小生成树的有效方法是Dijkstra算法。由于在给水排水管网的优化过程中，生成树的权值会随管段的长度、流量以及埋深的变化而变化，所以，在实际应用中变权值Dijkstra算法是最为常用的方法。有向图是指在优化前指定网络中各边的流水方向，它通常被用于管网平面布局的优化中；而在最初的情况下，管网中流水的方向是不确定的，同时生成树生长的方向也可能与流水的方向相反，所以，采用无向图优化更是与管网最初水流方向的不确定情况相符合。根据以上原因，在无向图的变权值Dijkstra算法下对给水排水管网进行优化分析。最小费用树的深度优先算法是Dijkstra算法的实质，同时又被称作瞎子爬山法。Dijkstra算法的速度较快、需处理的信息量较小，且对单极值、单因素的情况极为有效。
　　2.2管线平面的优化设计工程量小、流水畅通、能量节省是给水排水管网的布置原则。正确的定线决定着设计管网的合理性，定线的基本原则是：在设计干管支管时应尽量做到直线布局；同时，定线应尽量借助地理优势使污水在重力的作用下流入污水厂；在设计管道时应尽量减小其埋深，并在管道的中途减少提升泵站的设置。在以往的研究中，通常假定管径的每一段都相同，依据挖方的费用来对初始布置的方案进行选择，然后依据算法对其进行不断的调整；之后又引出了排水线的概念，在排水区域内与最终出水口节点相距同样可行管数的节点处用一根排水线连接起来，使问题变为最短路问题，并用动态规划法对其进行求解，然而此法限制了寻优的范围，使得在设计过程中人们很容易排除最优方案。而后，人们为了方便，把城市排水系统抽象为由点和线组成的决策图，在图中可以寻找到合理的方法。后来在1986年间又开始利用三种权值来解决问题，这三种权值分别是各管段的管长、各管段地面坡度的倒数以及在满足各管段最小覆土的条件下按最小坡度设计时的挖方量，对这三种权值分别进行管径、埋深和提升泵站的优化设计，运用最短路生成树算法求管线平面布置方案，最后取投资费用最小的平面布置方案作为最优设计方案。
　　2.3环刚度的优化选择环刚度是水泥埋地排水管抗外压负载能力的综合参数，为了确保在外压负载下水泥埋地排水管能够安全工作，则在设计中环刚度的选择是极为重要的。通常出现形变过大或压屈失稳破坏的管材都是由管材的环刚度过小引起的。相反，造成用材太多、成本过高的原因是环刚度的选择太高，从而使得截面惯性矩的采用量过大。外压负载相对而言比较复杂，它主要包括静负载和动负载，其中静负载是由地面和土壤重量产生的，而重负载是运输车辆在经过时所产生的。由于环刚度属于柔性管，它在外压的负载下会和周围的土壤产生共同作用，一起承受外压负载，致使水泥埋地排水管需承受较为复杂的负载机理。负载、管材和土壤三者之间相互影响着，并且对水泥埋地排水管铺设后能否正常工作起决定性的作用。所以，外压负载的情况和铺设后管道周围土壤的情况共同决定了环刚度的选择。
　　按照各国的建设经验来看，铺设情况是水泥埋地排水管在外压负载下是否能够安全使用的因素中起主要的作用。一般在铺设较好的情况下，即使环刚度较低，其管材也不会有很大的变形；相反，如果铺设的情况不好，则环刚度再高，其管材也容易变形或出现压屈失稳。要想保证良好的铺设情况，同时还需要有一定的成本，按照一般生产厂家的生产规格来看，4kN/mZ和skN/mZ是两种可供选择的水泥埋地排水管环刚度规格。根据以往的设计经验来看，选择较高的环刚度在设计水泥埋地排水管时所取得的效果更佳。水泥埋地排水管的直径在500mm以下时，环刚度的规格一般选则skN/mZ，只有当地质条件好而且又没有运输车辆负载的情况下则采用环刚度4kN/m2；当水泥埋地排水管的直径在500—1200mm之间时，环刚度的规格应尽量选择skN/mZ，如果环刚度的规格选择在skN/mZ以下的，则要严格控制铺设施工的质量，同时经过结构设计计算；当水泥埋地排水管的直径在800mm以上时，则推荐使用环刚度较高的金属增强复合缠绕管和玻璃钢夹砂管。如果要使用较低规格的环刚度热塑性水泥管，则必须要经过变形验算和压屈失稳等设计计算，以控制铺设施工的质量。
　　3 结语
　　如今，市政工程所关注的重点是市政给水排水管网的优化设计，依目前的形势来看，要
　　想使给水排水管网做到更好，则必须要充分利用排水体制，合理使用新型材料，并在管网上进行优化设计。
　　参考文献
　　[1]刘海涛,李莉.市政排水管网优化设计的方法研讨[J].西南给排水,2009,(04).
　　[2]吴天蒙.给水管网管线优化布置研究[J].住宅产业,2009,(09).
　　[3]林向明.城市排水管网的规划设计[J].科技资讯,2005,(25).
　　[4]林向明.城市排水管网的规划设计[J].科技咨询导报,2006,(08).
　　[5]陈敏.浅谈城市排水管道系统优化设计探索[J].华章,2009年13期.