雨排水管網(wǎng)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)及優(yōu)化方案

雨排水管網(wǎng)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)及優(yōu)化方案摘要：城市化進(jìn)程不斷的發(fā)展背景下，其建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)大大提高。其對(duì)建筑配套設(shè)置配置提出了新的要求。具體建設(shè)項(xiàng)目當(dāng)中，為確保雨水可迅速排除，不殘留，設(shè)置完善化、科學(xué)化的雨水管網(wǎng)成為其基礎(chǔ)保障。文章針對(duì)場(chǎng)地中雨排水設(shè)計(jì)易出現(xiàn)的設(shè)計(jì)不合理現(xiàn)象問(wèn)題，提出管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的要點(diǎn)及方案。關(guān)鍵詞：雨排水；管網(wǎng)；設(shè)計(jì)；優(yōu)化；建設(shè)雨排水管網(wǎng)系統(tǒng)屬于城市建筑物基礎(chǔ)配置，良好的排水管網(wǎng)能夠及時(shí)確保雨水直接排除，避免雨水積聚導(dǎo)致建筑物受潮，影響建筑物使用壽命，對(duì)后期維護(hù)維修造成嚴(yán)重威脅，確保居民居住安全。雨排水管網(wǎng)屬于城市排水系統(tǒng)重要組成部分，且管網(wǎng)設(shè)計(jì)施工需要大量資金投入，只有合理設(shè)計(jì)雨排水管網(wǎng)，將先進(jìn)技術(shù)融入到系統(tǒng)中，才能夠確保城市環(huán)境得到大大改善，提高管理效率［1］。1.雨排水管網(wǎng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)管材選擇不同管材性質(zhì)不同，實(shí)際使用效果也不同。常見(jiàn)的雨排水管道管材分為塑料管、預(yù)應(yīng)力混凝土管、復(fù)合管、預(yù)應(yīng)力鋼銅混凝土管、承插式積水鑄鐵管等。塑料管優(yōu)勢(shì)在于密封、防腐蝕、柔韌衛(wèi)生上，在雨排水管道設(shè)計(jì)上應(yīng)用廣泛；預(yù)應(yīng)力混凝土在制作中對(duì)受拉區(qū)加商應(yīng)壓力，形成應(yīng)力，可避免一些裂縫產(chǎn)生；復(fù)合管將塑料瓶和鋼管優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，既具有塑料優(yōu)點(diǎn)，又克服鋼管缺陷。預(yù)應(yīng)力鋼銅混凝土管采用鋼絲、鋼板、混凝土構(gòu)成，自身抗拉和抗壓性能較好，使用壽命較長(zhǎng)；承插式積水鑄鐵管強(qiáng)度高、承壓強(qiáng)、易于施工，但其材質(zhì)脆弱，負(fù)荷量較?。?］。1.2管渠雨排水管渠設(shè)計(jì)上要確定城市的實(shí)際集水范圍及雨排水分區(qū)數(shù)量，在此基礎(chǔ)上分析排水系統(tǒng)管線的合理布置形式，確定管線實(shí)際布置形式后再對(duì)管網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，構(gòu)建出對(duì)應(yīng)城市的雨水徑流模型。在污水管網(wǎng)設(shè)計(jì)中，要對(duì)管線平面圖進(jìn)行優(yōu)化，確定管線平面圖后優(yōu)化管線的管徑及埋深，優(yōu)化具體參數(shù)。雨排水官網(wǎng)設(shè)計(jì)中，需要確保平面布置方案的有效性，優(yōu)化管道實(shí)際埋深及管徑。2.雨排水管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)思路當(dāng)下相關(guān)部門(mén)對(duì)城市雨排水管道系統(tǒng)優(yōu)化重視開(kāi)發(fā)一系列水利計(jì)算及優(yōu)化的算法，可以在現(xiàn)代化先進(jìn)技術(shù)的支持下對(duì)與排水管道進(jìn)行優(yōu)化，以下提出雨排水管網(wǎng)優(yōu)化思路。2.1直接優(yōu)化設(shè)計(jì)管線平面布置確定后，對(duì)各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。直接優(yōu)化是分析雨排水管道的系統(tǒng)性指標(biāo)變化，對(duì)不同方案計(jì)算比較，得到滿(mǎn)意設(shè)計(jì)方案。直接優(yōu)化設(shè)計(jì)具有直觀性的特點(diǎn)，主要以電子表格和兩相優(yōu)化法為表現(xiàn)形式。電子表格是采用計(jì)算機(jī)表格方式，對(duì)雨排水管網(wǎng)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)并分析，實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)優(yōu)化設(shè)計(jì)［3］。兩相優(yōu)化是先確定實(shí)際流量，確保約束條件滿(mǎn)足，以最小流速及最大充滿(mǎn)度確定最小的雨水管徑及最小坡度，降低管道實(shí)際埋深。采用人工計(jì)算方式，根據(jù)水流動(dòng)方向計(jì)算支管相關(guān)參數(shù)，之后計(jì)算干管和主干管內(nèi)容，以上游至下游對(duì)各個(gè)管段進(jìn)行設(shè)計(jì)，完成管道及管網(wǎng)計(jì)算。間接優(yōu)化間接優(yōu)化是將雨排水管網(wǎng)中的一些條件進(jìn)行分析，適當(dāng)放棄一些條件，將具體的設(shè)計(jì)問(wèn)題簡(jiǎn)化，以數(shù)學(xué)模型計(jì)算得到最優(yōu)方案設(shè)計(jì)。其對(duì)雨水管道設(shè)計(jì)中的模型約束條件和目標(biāo)函數(shù)非線性，以一級(jí)泰勒展開(kāi)代替，將其轉(zhuǎn)化為線性規(guī)劃問(wèn)題，解出線性規(guī)劃內(nèi)容后得到最優(yōu)解。但是這種方式將管徑以持續(xù)變量處理，其管徑計(jì)算和市場(chǎng)銷(xiāo)售管徑存在一定差異性，設(shè)計(jì)施工需要較大的前期準(zhǔn)備，不能夠確保計(jì)算結(jié)果準(zhǔn)確性。2.2.1非線性規(guī)劃非線性規(guī)劃使用雨排水管網(wǎng)設(shè)計(jì)模型中目標(biāo)函數(shù)及約束調(diào)節(jié)非線性特征相關(guān)設(shè)計(jì)，可計(jì)算排水管道直徑、埋深等。若管徑為離散，則可對(duì)目標(biāo)函數(shù)及約束條件開(kāi)展敏感性分析。罰函數(shù)離散罰函數(shù)離散將排水特點(diǎn)及罰函數(shù)離散相結(jié)合，避免不合理設(shè)計(jì)方案，以管道末端管底標(biāo)高為實(shí)際控制因素建立目標(biāo)函數(shù)可行解對(duì)應(yīng)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)整體控制及局部水力計(jì)算，遍歷目標(biāo)函數(shù)可行解及最優(yōu)解，得到管網(wǎng)設(shè)計(jì)優(yōu)化方案［4］。2.2.3動(dòng)態(tài)規(guī)劃動(dòng)態(tài)規(guī)劃屬于多階段決策內(nèi)容，其將設(shè)計(jì)工作分階段，尋找優(yōu)化路線進(jìn)行設(shè)計(jì)，應(yīng)用中一方面以各節(jié)點(diǎn)為狀態(tài)變量，以坡度決策進(jìn)行搜索，利用管徑標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算，計(jì)算精度有保障，但是儲(chǔ)存量及計(jì)算時(shí)間增加?？杉尤肽娌顒?dòng)態(tài)規(guī)劃，減少計(jì)算時(shí)間，縮小范圍迭代過(guò)程，減小時(shí)間及儲(chǔ)存量。另一方面以的管徑為狀態(tài)變量，判斷管徑及充滿(mǎn)度開(kāi)展動(dòng)態(tài)規(guī)劃，受標(biāo)準(zhǔn)管徑數(shù)量限制，以節(jié)點(diǎn)深埋為變量，在計(jì)算機(jī)儲(chǔ)存計(jì)算時(shí)間上有一定優(yōu)越性，可行管徑以數(shù)學(xué)分析對(duì)管段管徑滿(mǎn)足約束條件最大、最小管徑及標(biāo)準(zhǔn)管徑，構(gòu)成幾何，以動(dòng)態(tài)規(guī)劃提高精度，減少計(jì)算負(fù)擔(dān)及儲(chǔ)存負(fù)擔(dān)。3.優(yōu)化方式3.1參數(shù)選擇以計(jì)算實(shí)際雨水流量。其中，為雨水設(shè)計(jì)流量，單位L/s；q為暴雨強(qiáng)流量單位［L/(s?hm2)］；為徑流系數(shù)；F為匯水面積，單位hm2。在公式當(dāng)中，雨水實(shí)際流量和暴雨強(qiáng)度、徑流系數(shù)、匯水面積等取值存在正比關(guān)系。在設(shè)計(jì)指標(biāo)上，遵循GB50014《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》及《給排水設(shè)計(jì)手冊(cè)》相關(guān)要求進(jìn)行合理建設(shè)，但是，雨排水管網(wǎng)設(shè)計(jì)要考慮到不同區(qū)域不同設(shè)計(jì)施工管網(wǎng)的特性，結(jié)合實(shí)際情況，對(duì)于一些降雨頻繁或防水防淹地區(qū)應(yīng)加強(qiáng)雨排水覆蓋程度及排水效率。徑流系數(shù)要根據(jù)實(shí)際規(guī)范，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)排水需求選擇，復(fù)雜場(chǎng)地按照GB50014《室外排水設(shè)計(jì)規(guī)范》中不同類(lèi)型地面徑流要求確定。匯水面積按照項(xiàng)目用地規(guī)范決定，建筑自身處于低洼處或周?chē)襟w較多，則需要考慮周邊匯水區(qū)域，考慮雨水實(shí)際流量的同時(shí)，分析區(qū)外匯入水量的排出。由此可見(jiàn)，式中不同變量都會(huì)影響系統(tǒng)設(shè)計(jì)，應(yīng)選擇合適參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。排水分區(qū)大范圍場(chǎng)地雨排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，要注重雨排水分區(qū)的設(shè)置，單個(gè)分區(qū)匯水面積過(guò)大，則會(huì)導(dǎo)致：系統(tǒng)主管長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)，影響排水效果；出水口管徑過(guò)大，管道敷設(shè)過(guò)深；資金投入過(guò)大；施工及后期運(yùn)行維護(hù)難度較大。其中，雨水系統(tǒng)主線長(zhǎng)度越長(zhǎng)，導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)損壞缺陷，導(dǎo)致管道存在堵塞風(fēng)險(xiǎn)，管道管徑及敷設(shè)過(guò)深，則系統(tǒng)成本增加，施工時(shí)需要較高施工技術(shù)的支持，在后期維護(hù)和檢修工作中，敷設(shè)過(guò)深也會(huì)給檢修帶來(lái)不便。以某地區(qū)雨排水管道設(shè)計(jì)為例，該雨排水管道設(shè)計(jì)區(qū)域?yàn)槠降?，無(wú)不良環(huán)境因素限制，場(chǎng)地四周有向外排水管道。其匯水面1000mx500m，設(shè)計(jì)重現(xiàn)時(shí)間10a，降雨20min,地表徑流0.65，管道坡度2%-3%,雨水主管以鋼筋混凝土材料設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)思路一：如圖所示，設(shè)置1匯水分區(qū)，1套雨排水官網(wǎng)，向單側(cè)排水。圖1設(shè)計(jì)思路一示意圖設(shè)計(jì)思路二：如圖2所示，設(shè)置2匯水分區(qū)，設(shè)置2室外雨排水管網(wǎng)，向兩側(cè)排出。圖2設(shè)計(jì)思路二示意圖設(shè)計(jì)思路三：如圖3所示，設(shè)置4匯水分區(qū)，設(shè)置4室外雨排水管網(wǎng)，向四周排水。圖3設(shè)計(jì)思路三示意圖通過(guò)分析主管管徑、開(kāi)挖土方、實(shí)際成本投入等進(jìn)行綜合分析，具體分析如下表。通過(guò)分析可得，該場(chǎng)地雨排水管網(wǎng)設(shè)計(jì)應(yīng)盡量降低主管管徑及敷設(shè)深度，盡可能減少設(shè)計(jì)施工投資。在管徑及敷設(shè)深度參數(shù)上，應(yīng)盡量降低參數(shù)設(shè)置，為后期維護(hù)檢修提供方便。管網(wǎng)布置管網(wǎng)系統(tǒng)布置對(duì)雨排水效果具有較大影響，應(yīng)確管道布置的高效性和簡(jiǎn)便性，減低成本投入的同時(shí)，減少雨排水管道和其他管線的接觸。系統(tǒng)布線受地域、坡度等影響會(huì)增加實(shí)際埋深，應(yīng)確保管網(wǎng)布置滿(mǎn)足坡度要求，按照小管徑管道選擇大坡度配置，大管徑管道選擇小坡度組合，以重力流為主要形式排水。雨水主管布置在匯水中心，確保管線順直。4.結(jié)束語(yǔ)綜上所述，與排水的官網(wǎng)是建設(shè)項(xiàng)目當(dāng)中基礎(chǔ)性設(shè)施，其設(shè)計(jì)要考慮到總體投資、施工技術(shù)、施工時(shí)間可持續(xù)發(fā)展。對(duì)雨排水管網(wǎng)的設(shè)計(jì)要考慮到項(xiàng)目實(shí)際需求，參數(shù)設(shè)計(jì)、管網(wǎng)布置、排水分區(qū)等注重可行性和合理性。對(duì)雨排水管網(wǎng)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)及優(yōu)化方案分析，先分析其設(shè)計(jì)要點(diǎn)，提出優(yōu)化設(shè)計(jì)思路，以具體優(yōu)化方式實(shí)現(xiàn)對(duì)管網(wǎng)的合理優(yōu)化，促進(jìn)其可持續(xù)發(fā)展。參考文獻(xiàn)：張揚(yáng).探究市政雨水管網(wǎng)工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)要點(diǎn)[J].門(mén)窗，2017（1）：128-128.向帆，蔣文崗