城市污水管网的优化设计探讨

城市污水管网的优化设计探讨

朱梦然

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摘要：由于污水管网是城市污水处理系统的主要组成部分，因此针对城市污水管网进行优化设计，不但能够在一定程度上降低工程造价的成本，还能够提升污水传输的效果。在设计城市污水管网上，首先要满足相应的规范制度，然后结合不同地区的实际情况，做到因地制宜。本文基于目前城市污水管网普遍存在的问题，结合其优化设计原则，提出了相应的改进策略。

关键词：城市；污水管网；优化设计

城市污水管网作为一种管网系统，能够及时有效的收集城市污水，并且将污水输送到相应的处理设施中，在一定程度上影响着人民的健康生活，也是社会经济发展的一个重要保障。伴随着社会的飞速发展，城市污水管网的设计要求也越来越高，基于目前污水管网的设计不合理等问题，本文有针对性地提出了相应的优化途径，以此来提升城市污水管网的质量和工作效率。

一、城市污水管网存在的问题

1.1污水管网设计不合理

一般情况下，城市污水管网设计会参照当地的用水指标和综合情况，并依据相应的规范文件进行设计施工。但是这种设计方式，往往会导致水量预测过高，造成城市污水处理厂的设计预测值也变得相应的偏高，最终使得城市污水排放值失去了一定的科学性和可靠性。此外，再加上城市污水处理厂的设计规模有限，污水排水系统功能单一，使得在具体的排放污水过程中，质量和效率也具有局限性。目前，在我国绝大部分的城市中，仍然采用的是雨污合流这种排水体系，其设计水力的坡度值较小，且携带运移能力较差，常常会导致污水中的沉淀物堵塞管道，进而造成污染多发。

1.2现行截流井存在问题

城市污水的截流井建设综合考虑了地形位置、合流管渠位置以及排放水体水位等多方面因素，一般情况下建立在合流管道入河口前，并在合流系统的污水管网中增加了一个流量控制部件。通过将污水和早期雨水排放到污水截流器中，截流井的施工可以降低城市水体污染水平。当前在我国大部分城市中最常采用的就是溢流式的截流井，这种截流井在雨季雨水增多的时候，会造成污水处理厂收集到的污水浓度偏低，进而导致污水处理运行困难。如果遇到汛期洪水等情况，雨水将倒入进城市污水管道系统，汛期洪水过后，混合的雨污水流入自然水体中，导致水体受到污染。

1.3排污管理力度不够

污水处理管理力度不够，主要是在分流的时候不按要求分流，在截流的时候不按要求截流。再加上市政雨管与污水管的断层，排水用户与市政雨管的污水管错接，以及社区内雨管与污水管的互连，造成了分离系统失效，污水量不断提升，污水浓度相应降低。此外，污水管网不能够及时地对其进行疏通，进而降低了原本设计的输水能力。

1.4管道材料问题

在选择材料时，城市污水管网必须考虑到材料的耐压性能和抗腐蚀能力。如果运用较差的材料就会在一定程度上制约污水管网的排水系统功能。在以往的城市排水材料上面，主要选择的是混凝土管等，这种管道会在使用一定年限之后，出现各种问题，如渗漏，导致地下水污染。因此，在设计污水管网时，设计人员必须根据管道的物理性能和化学腐蚀防护能力，对管道材料進行综合分析，选择适合的材料进行施工建设。否则就会造成排水管道受到挤压、塌陷甚至断裂等问题。

二、城市污水管网优化设计原则

基于目前城市规模逐渐扩大，因此针对污水管网的设计一定要结合各个城市的地质条件。由于城市污水管网都是埋在地下的，且具备一定的复杂性，所以结合不同的地质条件来采取不同的优化方法是其最首要的实施原则。与此同时，在优化城市污水管网的设计中来应该着重遵循以下两点：①因为城市规模具有一定的跨度，因此在优化污水管网时，首先要满足城市水用户的实际需求，确保每家每户能够获取足够的水流量。在实际的施工过程中，由于管径的大小直接影响着城市水网的水压和水流量，因此，设计者应该选择合适的管径以此来优化城市污水管网。并基于降低造价成为为目的，使用长直简单的管道[1]。②项目的实施需要满足城市污水网络的总体规划。在城市污水管网设计中，应立足于长远发展的目标，结合实际情况和未来可能出现的问题。由于城市污水管网的规模越大，其所需要的维护就越复杂，耗费的资金就更高。所以在设计的时候还应该考虑到在将来更换管材的可能性，为后期施工提供一个便利节省的应对能力[2]。

三、城市污水管网优化设计途径

3.1管径优化设计

城市管网管径最普遍的优化设计方式包含了线性规划方法、分段线性规划法、广义简约梯度法、二次规划法和分支定界法。但是由于这些设计方法的过程都比较烦琐，并且需要结合一定的优化模型。通常情况下，除开管井优化转化为分段管长优化，其他的优化方式得到的管井还需要运用相关的分支定界法。而在实际的过程中，采用的圆整方法则是根据就近圆整规则进行的，这种方式所得出的结果就不再是一个理论最优值。启发式优化方法主要就是依据经验构造的算法，并结合污水管道经济流速的范围以及各个地形，以此来确立各个管段的水流动向，并从最前端开始进行排水管段的流量累积，采用就近圆整规则进行管径圆整，在合适的计算时间和空间下得出最佳值[3]。

3.2管道材料优化设计

通常情况下，城市污水管道材料采用的是混凝土管，轻型钢筋混凝土管和重型钢筋混凝土管三种。混凝土管材具有加压强、寿命长、技术成熟的优势，但同样也重量重、运输费用较高、承插口加工精度较低，管道易渗漏，管内壁容易滋生水生物，清理困难，影响管道过水能力。伴随着科学技术的发展，在城市污水管网中引入了越来越多的新型材料。例如，高密度聚乙烯作为常用的一种材料，其具备重量轻、连接可靠、抗磨损、耐腐蚀、韧性高的特征，但是由于其塑胶管外壁为圆形波纹结构，内壁为光滑的新型塑胶管材，其承载能力较差，并不适合在高强度荷载作用下铺设路面。因此，设计者在管道的选择上应结合工程的实际情况，全面多方位考虑各种管材的特征和性能，进行一个对比和选择。

3.3管道衔接方式优化设计

在城市污水管网设计中，管道接口通常是给排水管道系统的薄弱环节，管道衔接质量检查是当前城市污水管网优化的一个重要途径。为了满足在检查井中连接管段的要求，应根据管段的直径和管段的坡度来减小管段的污水深度。当下游管段直径大于上游管段时。如果是陡坡，下游管段的直径小于上游管段的直径，应使用水面平接。当下游段的污水管道深度大于上游段的污水深度时，采用跌水连接。

3.4加大资金投入

随着城市规模的不断扩大，新时代背景下对于城市污水的排水设计要求也越来越高，相应的也需要投入更大规模的资金和人力。换句话说，资金投入的多少直接制约着城市污水管网建设的进程。所以，各地政府部门应当加大资金投入，给予足够的人力物力支持，并逐步完善相关的排水系统设计和建设，进而有效的保证城市基础建设的实施。同时，在建设污水管网的过程中，还应该针对其进行严密的分期建设计划，列出相应的时间表，并严格的落实到城市污水管网的建设中。

结束语

综上所述，城市污水管网的优化设计应该结合不同地区的实际情况，并预测到未来发展的各种可能性，采取有效的措施来完善改进管网设计。从而在减少不必要的资金投入上，提升人们的生活质量。

参考文献

[1]白杨.浅析城市污水管网优化设计.智能城市2017.23

[2]曾更维.城市污水管网优化设计及计算方法.科技与创新2018.15

[3]魏一伟.城市污水管网优化设计及其决策系统浅析.中国高新技术企业2015.8