摘要：城市化进程不断的发展背景下，其建设标准大大提高。其对建筑配套设置配置提出了新的要求。具体建设项目当中，为确保雨水可迅速排除，不残留，设置完善化、科学化的雨水管网成为其基础保障。文章针对场地中雨排水设计易出现的设计不合理现象问题，提出管网优化设计的要点及方案。
关键词：雨排水；管网；设计；优化；建设
雨排水管网系统属于城市建筑物基础配置，良好的排水管网能够及时确保雨水直接排除，避免雨水积聚导致建筑物受潮，影响建筑物使用寿命，对后期维护维修造成严重威胁，确保居民居住安全。雨排水管网属于城市排水系统重要组成部分，且管网设计施工需要大量资金投入，只有合理设计雨排水管网，将先进技术融入到系统中，才能够确保城市环境得到大大改善，提高管理效率[1]。
1.雨排水管网设计要点
1.1管材选择
不同管材性质不同，实际使用效果也不同。常见的雨排水管道管材分为塑料管、预应力混凝土管、复合管、预应力钢铜混凝土管、承插式积水铸铁管等。塑料管优势在于密封、防腐蚀、柔韧卫生上，在雨排水管道设计上应用广泛；预应力混凝土在制作中对受拉区加商应压力，形成应力，可避免一些裂缝产生；复合管将塑料瓶和钢管优点结合起来，既具有塑料优点，又克服钢管缺陷。预应力钢铜混凝土管采用钢丝、钢板、混凝土构成，自身抗拉和抗压性能较好，使用寿命较长；承插式积水铸铁管强度高、承压强、易于施工，但其材质脆弱，负荷量较小[2]。
1.2管渠
雨排水管渠设计上要确定城市的实际集水范围及雨排水分区数量，在此基础上分析排水系统管线的合理布置形式，确定管线实际布置形式后再对管网进行优化设计，构建出对应城市的雨水径流模型。在污水管网设计中，要对管线平面图进行优化，确定管线平面图后优化管线的管径及埋深，优化具体参数。雨排水官网设计中，需要确保平面布置方案的有效性，优化管道实际埋深及管径。
2.雨排水管网优化设计思路
当下相关部门对城市雨排水管道系统优化重视开发一系列水利计算及优化的算法，可以在现代化先进技术的支持下对与排水管道进行优化，以下提出雨排水管网优化思路。
2.1直接优化设计
管线平面布置确定后，对各项参数进行优化。直接优化是分析雨排水管道的系统性指标变化，对不同方案计算比较，得到满意设计方案。直接优化设计具有直观性的特点，主要以电子表格和两相优化法为表现形式。电子表格是采用计算机表格方式，对雨排水管网的各项数据统计并分析，实现管网优化设计[3]。两相优化是先确定实际流量，确保约束条件满足，以最小流速及最大充满度确定最小的雨水管径及最小坡度，降低管道实际埋深。采用人工计算方式，根据水流动方向计算支管相关参数，之后计算干管和主干管内容，以上游至下游对各个管段进行设计，完成管道及管网计算。
2.2间接优化
间接优化是将雨排水管网中的一些条件进行分析，适当放弃一些条件，将具体的设计问题简化，以数学模型计算得到最优方案设计。其对雨水管道设计中的模型约束条件和目标函数非线性，以一级泰勒展开代替，将其转化为线性规划问题，解出线性规划内容后得到最优解。但是这种方式将管径以持续变量处理，其管径计算和市场销售管径存在一定差异性，设计施工需要较大的前期准备，不能够确保计算结果准确性。
2.2.1非线性规划
非线性规划使用雨排水管网设计模型中目标函数及约束调节非线性特征相关设计，可计算排水管道直径、埋深等。若管径为离散，则可对目标函数及约束条件开展敏感性分析。
2.2.2罚函数离散
罚函数离散将排水特点及罚函数离散相结合，避免不合理设计方案，以管道末端管底标高为实际控制因素建立目标函数可行解对应关系，实现整体控制及局部水力计算，遍历目标函数可行解及最优解，得到管网设计优化方案[4]。
2.2.3动态规划
动态规划属于多阶段决策内容，其将设计工作分阶段，寻找优化路线进行设计，应用中一方面以各节点为状态变量，以坡度决策进行搜索，利用管径标准计算，计算精度有保障，但是储存量及计算时间增加。可加入逆差动态规划，减少计算时间，缩小范围迭代过程，减小时间及储存量。另一方面以的管径为状态变量，判断管径及充满度开展动态规划，受标准管径数量限制，以节点深埋为变量，在计算机储存计算时间上有一定优越性，可行管径以数学分析对管段管径满足约束条件最大、最小管径及标准管径，构成几何，以动态规划提高精度，减少计算负担及储存负担。
3.优化方式
3.1参数选择
以 计算实际雨水流量。其中， 为雨水设计流量，单位L/s；q为暴雨强流量，单位[L/（s•hm2）]； 为径流系数；F为汇水面积，单位hm2。在公式当中，雨水实际流量和暴雨强度、径流系数、汇水面积等取值存在正比关系。
在设计指标上，遵循GB50014《室外排水设计规范》及《给排水设计手册》相关要求进行合理建设，但是，雨排水管网设计要考虑到不同区域不同设计施工管网的特性，结合实际情况，对于一些 降雨频繁或防水防淹地区应加强雨排水覆盖程度及排水效率。径流系数要根据实际规范，结合现场排水需求选择，复杂场地按照GB50014《室外排水设计规范》中不同类型地面径流要求确定。汇水面积按照项目用地规范决定，建筑自身处于低洼处或周围山体较多，则需要考虑周边汇水区域，考虑雨水实际流量的同时，分析区外汇入水量的排出。
由此可见，
式中不同变量都会影响系统设计，应选择合适参数进行优化设计。
3.2排水分区
大范围场地雨排水系统设计中，要注重雨排水分区的设置，单个分区汇水面积过大，则会导致：系统主管长度过长，影响排水效果；出水口管径过大，管道敷设过深；资金投入过大；施工及后期运行维护难度较大。其中，雨水系统主线长度越长，导致系统出现损坏缺陷，导致管道存在堵塞风险，管道管径及敷设过深，则系统成本增加，施工时需要较高施工技术的支持，在后期维护和检修工作中，敷设过深也会给检修带来不便。
以某地区雨排水管道设计为例，该雨排水管道设计区域为平地，无不良环境因素限制，场地四周有向外排水管道。其汇水面1000m×500m，设计重现时间10a，降雨20min，地表径流0.65，管道坡度2%-3%，雨水主管以钢筋混凝土材料设计。
设计思路一：
如图所示，设置1汇水分区，1套雨排水官网，向单侧排水。
图1 设计思路一示意图
设计思路二：
如图2所示，设置2汇水分区，设置2室外雨排水管网，向两侧排出。
图2 设计思路二示意图
设计思路三：
如图3所示，设置4汇水分区，设置4室外雨排水管网，向四周排水。
图3 设计思路三示意图
通过分析主管管径、开挖土方、实际成本投入等进行综合分析，具体分析如下表。
通过分析可得，该场地雨排水管网设计应尽量降低主管管径及敷设深度，尽可能减少设计施工投资。在管径及敷设深度参数上，应尽量降低参数设置，为后期维护检修提供方便。
3.3管网布置
管网系统布置对雨排水效果具有较大影响，应确管道布置的高效性和简便性，减低成本投入的同时，减少雨排水管道和其他管线的接触。系统布线受地域、坡度等影响会增加实际埋深，应确保管网布置满足坡度要求，按照小管径管道选择大坡度配置，大管径管道选择小坡度组合，以重力流为主要形式排水。雨水主管布置在汇水中心，确保管线顺直。
4.结束语
综上所述，与排水的官网是建设项目当中基础性设施，其设计要考虑到总体投资、施工技术、施工时间可持续发展。对雨排水管网的设计要考虑到项目实际需求，参数设计、管网布置、排水分区等注重可行性和合理性。对雨排水管网的设计要点及优化方案分析，先分析其设计要点，提出优化设计思路，以具体优化方式实现对管网的合理优化，促进其可持续发展。
参考文献：
[1]张扬.探究市政雨水管网工程项目的设计要点[J].门窗，2017（1）：128-128.
[2]向帆，蒋文岗，杨晓光，等.综合管廊内雨污水管道的管线设计要点[J].中国给水排水，2018（4）：41-46.
[3]李芊，张明媛，袁永博.基于 MOPSO 的雨水管网多目标改建优化[J].给水排水，2016，42（5）：127-131.
[4]郭效琛，李萌，赵冬泉，等.城市排水管网监测点优化布置的研究与进展[J].中国给水排水，2018（4）：26-31.
论文作者:江志勇
论文发表刊物:《基层建设》2018年第35期
论文发表时间:2019/1/3
标签：管网论文; 汇水论文; 管径论文; 雨水论文; 管道论文; 管线论文; 径流论文; 《基层建设》2018年第35期论文;