1、浅谈城市给排水管网的现状及优化摘要：市政排水管网是市政工程建设项目的基础组成部分，城市给排水管网的设计与施工建设，不仅体现着一个城市的现代化发展水平，更影响着未来城市建设的发展与城市区域的划分，因此加强对城市给排水管网的设计与施工工作将直接作用于城市本身，和该城市居民的生产生活活动的开展。下面本文将以城市给水排水管网优化方法为重点，进行全文的展开。 关键词：城市；给排水；管网；优化 中图分类号：TL353+.2 文献标识码：A 文章编号： 引言 目前，随着我国城市化建设规模和建设水平的不断提升，以及城区布局环境调整和老城区改造项目的不断推进，不仅对城市基础设施的建设水平和建设步伐提出了严峻考验
2、，更在很大的程度上体现着未来的城市发展规划和延展空间。在这一过程中，作为城市基础设施建设项目的给排水管道网的规划设计问题便被摆在了首要的位置之上。近年来，全国多地出现暴雨，对城市的交通运输和供水供电造成了极大的破坏，严重干扰了城市的各项运转以及市民的日常生活。城市排水管网进行优化不仅能够提高排水管网的经济性与合理性，而且更为重要的是能够促进城市水系统的步入良性循环的轨道。但是，排水管网的优化，必须要遵循一定的程序，使用一定的方法，只有这样，才能使管网的优化达到既定的目标。市政排水管网作为一个城市的循环系统，对于整个城市的运行以及市民的生活具有极为重要的现实意义。下面本文将从现阶段给水排水管网现
3、状和给水排水管网优化方法两方面对此进行全面的论述。 1 给水排水管网现状 1.1 规划设计问题。给排水管道网的规划要以城市建设发展布局规划为主，其规划目标不仅需要满足现阶段的实际需要，更要适应于未来城市改造建设需求，因此在实际的规划过程中需要将各项设计标准进行综合性的全面考虑。 1.2 排水体制问题。合流制和分流制作为目前我国排水系统中的的两个主要体制，都具有其各自独特的特征性。混合制常出现于城市排水系统中，在需要扩建的合流制的城市排水系统时常出现的。在中小城市中，因各区域的自然条什以及修建情况相差较大，因此要因地制宜地在各区域采用不同的排水体制。 2 城市排水管网优化方法 排水管网的优化内容
4、主要包括管线平面布局以及管道参数（包括管径及埋深）的优化设计。两方面优化的目的，采用的方法也不同。 2.1 平面布局的优化设计 排水管网平面布局的优化以管线短、管道工程量小、水流通畅且节省能量为目的。正确的定线是经济合理设计排水管网的基础。定线要尽可能利用地势，干管支管要尽可能走直线，设计时要减少管道埋深，中途要减少提升泵站的设置。具体到某种排水管道的平面布置方案是否最优，取决于定线埋深优化设计计算的结果。 目前，排水管网的平面优化方法主要有决策图法、优化树法以及简约梯度法，每种方法都能够有效提高排水管网的科学性。以决策图法为例，决策图是一种常用于系统优化的数学方法,它将方案决策问题用决策图加
5、以解决，以最短路算法来简化计算，这样，方案决策的问题实际上就是求从 A 到 B 的最短路问题。 在市政排水管网平面布局的优化设计中，采用决策图法建立决策图模型就是假定所有流量都汇集于规定的若干节点，用决策网络表示排水管网的方案集，寻找节点流量导入出水口的最短路而找出最经济的管道布置方案。采用这种方法，可以提高设计的经济性，并且采用决策图网络模型，考虑了水力因素以及地形因素，简化了计算工程，减少了优化设计的工作量。 2.2 管道参数的优化设计 当管道的平面布局优化之后，为了使得排水管道进一步优化，还需要对管道的管径、埋深以及不同管段之间的设计参数等进行进一步的优化。通常，管径与管材费用成正比、与
6、坡度及埋深成反比。因此，尽管在流量确定的情况下，管径与埋深之间有多种组合，最终选择投资最小、效果最好的最优组合。因此，对管径及埋深等管道参数进行优化，就非常重要。 就目前来说，管道参数的优化方法主要有直接优化法和间接优化法两类。 2.2.1 直接优化法 由于管径的可选尺寸不是连续变化的，最大充满度的限制又与管径大小相关，而设计流速以及流速的变化与管径大小之间的关系又非常复杂，不能用数学公式来描述，这就导致建立完整的求解最优化问题的数学模型往往并不现实、有效，因此需要直接对各种方案或可调参数的选择设计计算和比较来得到最优解。直接优化法具有直观和容易验证的优点，其主要方法有电子表格法及两相优化法，
7、以两相优化法为例，它是确定设计流量后，在满足约束条件的前提下，选取最经济流速和最大充满度，得到最优管径和最小坡度，从而降低管道埋深。由于直接优化法与人工算法基本相同，因此，这种方法受设计人员主观因素影响较大，因此，其所求出的结果不一定是最优解。 2.2.2 间接优化法 尽管排水管道系统设计计算中存在着关系错综复杂的约束条件,但其中的某些条件起着关键的制约作用，因此找出这些关键条件，合理运用数学工具，可以将排水管道系统简化为容易解决的数学模型。就目前来说，间接优化法的具体方法主要有线性规划法、非线性规划法、动态规划法以及遗传算法等多种方法。每一种方法各有优劣，如线性规划法计算相对简单、直观的优点
8、，但是这种方式是纯粹的理论计算方式，计算管径与市场上的规格管径相差甚远，并且把非线性函数转化为线性函数，前期准备工作量大，计算精度难以保证。在这些方法中，笔者认为，动态规划法相对来说更适合于管道参数的优化设计，在实际工程中应用较广泛。其基本思想是认为排水管道是一个多阶段的决策过程，通过对研究课题划分阶段，寻求最优路线来进行优化设计。它在应用中分为两支: 以节点埋深为状态变量。通过坡度决策进行全方位搜索，由于直接利用标准管径，因此，优化计算的结果与初始解无关，并且计算精度也能得到很好的控制。但状态点的埋深间隔小增加了存储量及计算时间，为此，后来又引入了逆差动态规划法，它在动态规划法的基础上引入了
9、缩小范围的迭代过程，可以使得计算时间和存储量显著减少。 以管径为状态变量，通过流速和充满度决策进行搜索。由于可选的标准管径数目有限，因此，以管径为状态变量可以大大降提高计算速度，降低所需存储空间，尤其是后来发展起来的可行管径法，通过对每一管段的管径采用满足约束条件的最大和最小管径及其之间的标准管径的数学分析，构成可行管径集合，进而应用动态规划计算，可显著提高计算精度，减少计算工作量及计算机存储量。 3 结语 随着城市化的发展，城市排水管网系统不断进行完善，现有的排水管网也需要加以改造。城市排水系统的优化设计，目前国内外已经取得很大进展，各种技术及模型也日趋完善。我们在优化设计的时候，要遵循必要
10、的程序，根据现实需要选择恰当的方法，建立完善的排水管网系统，保证系统的正常高效运行。给水排水管网的优化设计，是当前工程关注的重点，在当前形势下，要充分利用排水体制，在管网上进行优化设计，合理应用新型材料，才能使给水排水管网更上一层楼。 参考文献： 1 葛琳,许仕荣;基于遗传算法的给水管网优化设计J;湖南大学学报(自然科学版);2003 年 S1 期 2 周琦;禹华谦;改进的“两相优化法”在排水管网优化设计中的应用J;工业安全与环保;2006 年 03 期 3 彭永臻,王淑莹,张自杰;排水管网水力计算与设计规范兼与张绍园同志商榷J;中国给水排水;1995 年 01 期 4 许振宇;周先雁;预应力混凝土顶推连续梁桥中主梁与导梁优化设计研究A;中国公路学会桥梁和结构工程学会一九九九年桥梁学术讨论会论文集C;1999 年 5 罗怀林;张玲玉;郑自求;带重力平衡器的 BF 型多柔传动的优化设计A;面向制造业的自动化与信息化技术创新设计的基础技术2001 年中国机械工程学会年会暨第九届全国特种加工学术年会论文集C;2001 年
