城市給排水管網規劃及優化探析

摘要：隨著我國城市化進程步伐的加快，城市給排水管網建設對整個城市的生態環境起著越來越重要的作用，它在提高居民生活質量及改善當地生態環境方面意義重大。文章圍繞城市給排水管網規劃及優化展開了研究，首先分析了給水管網規劃設計任務及原則，接著就城市供水管網和城市道路排水管網優化設計進行了探討。

關鍵詞：城市給排水；管網規劃；給水管網規劃；供水管網規劃；道路排水設計 文獻標識碼：A

中圖分類號：TU821 文章編號：1009-2374（2015）27-0035-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.27.019

近年來，我國的城市化建設得到了空前的發展，隨著用水人口和用水量的不斷增多，原有給水系統不堪重負，有些地區已經出現水量欠缺的現象，低壓區也在不斷增多。供水企業在確定管線走線和管徑時通常是依據經驗來進行的，由于實際管網較為復雜，工作量較大，管網的設計具有變量多、約束條件復雜的特點，進行城市給水管網系統的規劃設計對于解決城市供水問題具有十分重要的意義。

1 給水管網規劃設計任務

城市給水管網規劃設計通常是在一定的條件下，在確定的水廠規模和位置背景下，對管網的模型進行建立和對運行工況進行計算，找到一個投資少、低能耗、安全可靠性高的管網系統設計方案。具體而言，進行城市給水管網規劃設計的任務體現在以下兩個方面：首先是管網的優化布置。作為給水管網規劃設計的基礎，管網的優化布置是否科學合理對于給水系統的安全可靠及經濟性而言意義重大。此外還要注意供水分區及供水方式的優化，正確選擇串聯供水或并聯加壓的供水方式，加壓站的設置要科學合理，保證供水系統的運行費用最低。其次是管徑的優化設計。在給水管網中，管徑的大小關系著系統的布局，受管段在管網系統中所承擔的責任影響；在管網優化設計上，要基于管網的最優布置，通過優化模型進行求解。

2 給水管網規劃設計原則

作為一項系統而復雜的工程，城市給水工程設計需要遵循一定的原則，主要有以下三點：（1）要對城市的未來發展有科學的把握。給水系統的建設受城市未來發展所導向，在進行規劃設計時要結合城市的總體規劃、合理確定近期和遠期的供水量。（2）規劃設計要具有一定的針對性。要對當前的城市給水管網系統存在的問題進行研究并給出應對措施，結合給水調查報告深入分析運行中存在的問題，給出解決措施。（3）在規劃設計完成后，要基于供水需求和管網安全可靠運行的要求，盡可能地節省投資和降低能源消耗，保證可操

作性。

3 供水管網設計問題及優化

3.1 管線設計

在管線的確定過程中，由于會受到定線圖與實測圖之間比例大的影響，為了保證設計的準確性，相關設計人員應該到實際現場進行調查，對不合理的定線圖進行實時修正。如果是改造工程，理想管位與老管位之間的凈距應該在1.5米以上。當下，隨著管材質量的不斷提高，在實際設計中，如果管道之間的相互影響較小，也可以視具體情況減小凈距。在管線設計時，要注意預留和預埋，設計人員要重點標注和說明管徑、管道基礎以及標高等參數。從節約成本、減少損失的角度出發，應該盡量多畫標準圖以及詳細圖。在豎向設計時，要遵守以下三個布置原則：（1）合理布置管線，當管線受到荷載時，要保證其不會被外力壓壞；（2）在氣候寒冷的地方，要保證管網不會被凍結，管道之間的垂直距離要滿足相關要求；（3）在外力作用下，不同的管線材料所承受的力度也各不相同，在最小覆土的設計上，需要與給排水的管材實際相結合。

當工程管線發生豎向之間的矛盾時，要注意以下五個問題：（1）當支管的規劃與設計和干管的規劃與設計相矛盾時，應該以干管為主，盡量妥協于干管；（2）當可彎曲的管道在走線時與不能彎曲的管道相矛盾時，應該以不能彎曲的管道為主；（3）當壓力管道與重力管道之間存在矛盾時，應該以重力管道為主；（4）在管線規劃時，對于當前已有的管道應該盡量以現有的管線；（5）大小管線在規劃設計時，要以大管線為主。盡管如此，但是在實際工程中，還應該視具體情況而定，以上原則并不是固定不變的，只有做到了科學合理布置，才能有效降低成本，提高設計的含金量。

對于住宅區的給水管線，在設計中要注意以下四個問題：（1）要與物業相結合，從整體上把握設計的系統性；（2）要與當地的施工水平相結合，設計要符合實際情況；（3）要對新產品有所了解，對其原理和優缺點有充分的認識；（4）要與住宅的設計相結合，滿足住宅的設計要求，保證管線與建設風格相協調。

3.2 管網優化設計

管網的優化設計對于整個給排水的規劃而言意義重大，它是在管線確定之后，對管徑和水力等參數進行優化的過程，從而實現管網流量的合理分配；在優化過程中，要與城市的實際情況相結合，對客觀條件有充分的認識。對相關布局進行優化，保證不同壓力范圍內的給水都能夠順利實施，從而降低整體費用。一般來說，遺傳算法是優化設計中常用的方法，可以對中小型管線的設計方案進行評估。如果一座城市的水量充足，能夠保證充足的供水管網系統，供水壓力較為穩定，則可以選擇無負壓管網設備；如果城市的瞬間用水量較大并且十分集中，可以采用直接式管網。

4 道路排水設計問題與優化

4.1 雨水排水設計

在城市的道路排水設計中，雨水管渠設計是重要組成部分，在設計過程中，要準確計算雨量，因此，要與當地的實際氣候等相結合。通常情況下，傳統的方法對于暴雨強度中的相關參數沒有經過充分的考量。作者認為，遺傳算法具有全局隨機搜索的功能，能夠對目標進行直接的操作，并且能夠有效提高公式的準確度。從城市的實際情況出發，由于建筑物十分密集，交通量較大，進行管線設計時一般是采用暗管。在地形較為平坦的道路上，采用的是蓋板，用于將雨水排除掉，它具有經濟有效的優點，以后進行維護時也十分方便。

4.2 污水排水設計

一般來說，在污水干管的布置上，是在小區規劃完全確定之前就要確定好的，而這種方式會導致排水點不明確。因此，排水干管與支管的銜接無法完全確定。為了同時滿足排水的要求和降低施工的成本，一般是這樣做的：在排水干管上，每相隔一定的長度接出一根連接管，將其延伸到人行道上，這對于一些無法預計的規劃具有較好的規避性，可以防止由此造成的破損。遵照就近排水的原則，在確定連接管之間距離時要從實際出發，合理確定。在設計污水排水管線時，要盡量與其他管線發生沖突。在排水管線方式的選擇上，可以采用跌水井調節和局部增大斷面的方式，從而保證足夠的水斷面。在保證排水順利的前提下，可以采用倒吸虹管。如果污水管線的流速超出了規定的范圍，應該依據相關規范進行修改。就街道而言，污水管道的管徑最小為300毫米，坡度的最小值為0.0003。如果管道的坡度無法滿足相關要求，也可以適當減小。為了盡量降低工程的造價，在管道的設計上，要在滿足規范的前提下盡量減小管道的埋深。

5 結語

本文針對城市給排水管網規劃及優化進行研究，分析了給水管網規劃設計的任務及原則，就城市供水管網和城市道路排水管網的優化設計進行了分析。近年來，我國的給排水設計人員在城市管網的設計中積累了越來越多的經驗，在促進給排水管網的發展中做出了巨大貢獻；給水管網的優化方法得到了不斷豐富，所涉及的問題也在不斷深入?？偠灾?，面對復雜的管網設計和工況，要進行綜合考慮，采用最合適的方法進行計算。

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作者簡介：吳正高（1980-），男，安徽樅陽人，供職于安徽省城建設計研究院，碩士，研究方向：市政工程。

（責任編輯：周 瓊）