城市污水管網的優化設計探討
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摘 要 由于污水管網是城市污水處理的主要途徑，因此針對城市污水管網進行優化設計，不但能夠在一定程度上降低工程造價的成本，還能夠提升排放污水的最佳效果。在設計城市污水管網上，首先要滿足相應的規范制度，然后結合不同地區的實際情況，做到因地制宜。本文基于目前城市污水管網普遍存在的問題，結合其優化設計原則，提出了相應的改進策略。
關鍵詞 城市;污水管網;優化設計
城市污水管網作為一種管網系統，能夠及時有效的收集城市污水，并且將污水輸送到相應的處理設施中，在一定程度上影響著人民的健康生活，也是社會經濟發展的一個重要保障。伴隨著社會的飛速發展，城市污水管網的設計要求也越來越高，基于目前污水管網的設計不合理等問題，本文有針對性地提出了相應的優化途徑，以此來提升城市污水管網的質量和工作效率。
1 城市污水管網存在的問題
1.1 污水管網設計不合理
一般情況下，城市污水管網設計會參照當地的用水指標和綜合情況，并依據相應的規章制度進行設計施工。但是這種設計方式，往往會導致水量預測過高，造成城市污水處理廠的設計預測值也變得相應的偏高，最終使得城市污水排放值失去了一定的科學性和可靠性。此外，再加上城市污水處理廠的設計規模有限，污水排水系統功能單一，使得在具體的排放污水過程中，質量和效率也具有局限性。目前，在我國絕大部分的城市中，仍然采用的是雨污合流這種排水體系，其設計水力的坡度值較小，且攜帶運移能力較差，常常會導致污水中的沉淀物堵塞管道，進而造成污染多發。
1.2 現行截流井存在問題
城市污水的截流井建設綜合考慮了地形位置、合流管渠位置以及排放水體水位等多方面因素，一般情況下建立在合流管道入河口前，并在共流系統的污水管網中增加了一個流量控制部件。通過將干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體污染水平。當前在我國大部分城市中最常采用的就是溢流式的截流井，這種截流井在雨季雨水增多的時候，會造成污水處理廠收集到的污水濃度偏低，進而導致污水處理運行困難。如果遇到汛期洪水等情況，污水將被倒入城市污水管道系統，最終大部分的污水流入自然水體中，導致水體受到污染[1]。
1.3 排污管理力度不夠
污水處理管理力度不夠，主要是在分流的時候不按要求分流，在截流的時候不按要求截流。再加上市政雨管與污水管的斷層或連接，排水用戶與市政雨管的污水管錯接，以及社區內雨管與污水管的互連，造成了分離系統失效，污水量不斷提升，污水濃度相應降低。此外，污水管網不能夠及時地對其進行疏通，進而降低了原本設計的輸水能力。
1.4 管道材料問題
在選擇材料時，城市污水管網必須考慮到材料的耐壓性能和抗腐蝕能力。如果運用較差的材料就會在一定程度上制約污水管網的排水系統功能。在以往的城市排水材料上面，主要選擇的是混凝土管等，這種管道會在使用一定年限之后，出現各種問題，如滲漏，導致地下水污染。因此，在設計污水管網時，設計人員必須根據管道的物理性能和化學腐蝕防護能力，對管道材料進行綜合分析，選擇適合的材料進行施工建設。否則就會造成排水管道受到擠壓、塌陷甚至斷裂等問題。
2 城市污水管網優化設計原則
基于目前城市規模逐漸擴大，因此針對污水管網的設計一定要結合各個城市的地質條件。由于城市污水管網都是埋在地下的，且具備一定的復雜性，所以結合不同的地質條件來采取不同的優化方法是其最首要的實施原則。與此同時，在優化城市污水管網的設計中來應該著重遵循以下兩點：①因為城市規模具有一定的跨度，因此在優化污水管網時，首先要滿足城市水用戶的實際需求，確保每家每戶能夠獲取足夠的水流量。在實際的施工過程中，由于管徑的大小直接影響著城市水網的水壓和水流量，因此，設計者應該選擇合適的管徑以此來優化城市污水管網。并基于降低造價成為為目的，使用長直簡單的管道。②項目的實施需要滿足城市供水網絡的總體規劃。在城市污水管網設計中，應立足于長遠發展的目標，結合實際情況和未來可能出現的問題。由于城市污水管網的規模越大，其所需要的維護就越復雜，耗費的資金就更高。所以在設計的時候還應該考慮到在將來更換管材的可能性，為后期施工提供一個便利節省的應對能力[2]。
3 城市污水管網優化設計途徑
3.1 管徑優化設計
城市管網管徑最普遍的優化設計方式包含了線性規劃方法、分段線性規劃法、廣義簡約梯度法、二次規劃法和分支定界法。但是由于這些設計方法的過程都比較煩瑣，并且需要結合一定的優化模型。通常情況下，除開管井優化轉化為分段管長優化，其他的優化方式得到的管井還需要運用相關的分支定界法。而在實際的過程中，采用的圓整方法則是根據就近圓整規則進行的，這種方式所得出的結果就不再是一個理論最優值。啟發式優化方法主要就是依據經驗構造的算法，并結合污水管道經濟流速的范圍以及各個地形，以此來確立各個管段的水流動向，并從最前端開始進行排水管段的流量累積，采用就近圓整規則進行管徑圓整，在合適的計算時間和空間下得出最佳值。
3.2 管道材料優化設計
通常情況下，城市污水管道材料采用的是混凝土管，輕型鋼筋混凝土管和重型鋼筋混凝土管三種。混凝土管材具有加壓強、壽命長、技術成熟的優勢，但同樣也重量重、運輸費用較高、承插口加工精度較低，管道易滲漏，管內壁容易滋生水生物，清理困難，影響管道過水能力。伴隨著科學技術的發展，在城市污水管網中引入了越來越多的新型材料。例如，高密度聚乙烯作為常用的一種材料，其具備重量輕、連接可靠、抗磨損、耐腐蝕、韌性高的特征，但是由于其塑膠管外壁為圓形波紋結構，內壁為光滑的新型塑膠管材，其承載能力較差，并不適合在高強度荷載作用下鋪設路面。因此，設計者在管道的選擇上應結合工程的實際情況，全面多方位考慮各種管材的特征和性能，進行一個對比和選擇。 3.3 管道銜接方式優化設計
在城市污水管網設計中，管道接口通常是慣導系統給排水的薄弱環節，管道銜接質量檢查是當前城市污水管網優化的一個重要途徑。為了滿足在檢測井中連接管段的約束，應根據管段的直徑和管段的污水深度來減小管段的污水深度。當下游管段直徑大于上游管段時，采用管頂。當下游段的污水深度大于或等于上游段的污水深度時，應使用表面連接;如果是陡坡，下游管段的直徑小于上游管段的直徑。
3.4 加大資金投入
隨著城市規模的不斷擴大，新時代背景下對于城市污水的排水設計要求也越來越高，相應的也需要投入更大規模的資金和人力。換句話說，資金投入的多少直接制約著城市污水管網建設的進程。所以，各地政府部門應當加大資金投入，給予足夠的人力物力支持，并逐步完善相關的排水系統設計和建設，進而有效的保證城市基礎建設的實施。同時，在建設污水管網的過程中，還應該針對其進行嚴密的計劃，列出相應的時間表，將要求嚴格的落實到城市污水管網的建設中。
3.5 提升管理水平
為了不斷推進城市污水管網的正常運作，因此各級職能部門應該積極發揮自身職能，做好相關的配套建設以及維護保養等工作。政府部門應該設立專門的監督部門，對污水排放的建設和改造等實施過程，按照相關規章制度進行嚴密的監督，確保違規行為的杜絕，進而有效的保障城市污水管網建設工程的正常運行。在污水排放設施建成之后，質量監督部門和其他部門也必須按照標準完成和驗收排水工程建設。一旦遇到不滿意的現象，應該嚴肅處理相關的負責人員，并及時進行整改。此外，還要運用先進的技術實現對城市污水管網的動態管理，以此來提升管網管理的運行效率[3]。
4 結束語
綜上所述，城市污水管網的優化設計應該結合不同地區的實際情況，并預測到未來發展的各種可能性，采取有效的措施來完善改進管網設計。從而在減少不必要的資金投入上，提升人們的生活質量。
參考文獻
[1] 白楊.淺析城市污水管網優化設計[J].智能城市，2017，3（03）：180，184.
[2] 曾更維.城市污水管網優化設計及計算方法[J].科技與創新，2016，（03）：67-68.
[3] 王胤淇，黎明，魏一偉.城市污水管網優化設計及其決策系統淺析[J].中國高新技術企業，2015，（31）：89-90.
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