摘要：如今，众多进入雨季的城市很容易出现严重的内涝，影响正常的工作生活秩序。城市内涝对城市防涝与排水管网的设计提出了优化要求。本文首先探讨了内涝形成主因，并理顺防涝与排水管网之间的设计关系，剖析现阶段的城市防涝与排水管网设计缺陷，提出建设性优化措施，以供参考。
关键词：城市防涝；排水管网；设计优化
多年来，我国的城市建设取得了突破性进展，城市化进程持续深化。在规模提升的同时，也带来了诸多负面影响，生态环境遭到一定程度的破坏。各种物理化学有害物质的排放量增多，也影响到全球气候的稳定性，易引发各种极端气候。雨雪降水是人们生活中最为平常的自然天气，如今，很多城市在雨季到来后都显得惶恐不安，往往因降雨量过多，不断为城市排水系统造成巨大的压力，无法发挥有效的防涝排涝作用，出现降雨量超出排水管网承压上限的情况，从而大量积水形成内涝，影响正常的工作生活秩序。如何能够有效提升城市防涝与排水管网的优化设计水平，是摆在人们面前的一道难题。因此，本文以此课题展开研究，具有一定作用性与重要意义。
1 城市内涝的形成主因
第一，内涝与城市建设有关。不断推进的城市化建设，毫无疑问促进了经济的发展，城市涌现大量高楼，同时交通网路日益发达。城市建设持续开展的同时，原有土地的地表性质发生了改变，导致很多土体不再体现强大的渗水性能，也就无法保持原有的水体自然循环系统的正常运转。同时随着地面硬化比例的提升，降雨落在地面后出现径流系数与径流量的变化，这些水体最终会出现在同一处地下排水管网口附近。地下排水管网本为设计收集导排污水而用，但过多水量是管网系统的承载能力无法承受的，导致内涝。
第二，内涝与城市气候有关。城市在规模化扩张的同时，人们的活动空间更加紧凑，原有的城市地貌可能出现阶段性的根本变革，与此同时，城市的气候与生态环境也遭到了更多都随之发生改变，容易形成典型的“热岛效应、雨岛效应、浑浊岛效应”。城市的降雨量在短时间内急剧增长，且难以有效控制和干预停止，将直接导致积水叠加形成内涝。
第三，内揽与城市排水管网设计有关。城市经济的快速发展，同时要求各项基础设施建设要同步提升。然后现阶段与城市发展速度相比，很多城市的排水管网规划和建设并不同步，很多地区受城区改造问题的约束限制。一般上，新城区的排水管网设计目光长远，设计基础量较大，且会实现雨水与污水的分流排放；老城区的规划相对传统，不能有效排放城市污水与自然降水。如此就导致新旧城区的管网系统无法完整对接，若遭遇强降水天气，老城区有很大概率出现内涝。
第四，内涝与排水管网内因有关。一些城市的城市垃圾点设计不合理，在雨天容易被雨水冲入排水管网中，形成大面积的堵塞事故；还有部分排水管网的设计未就地势原因进行综合处理，导致坡度不足，水流无法正常流入从而在排水口形成淤流与垃圾聚集点，十分容易对排水口形成严重的堵塞。当然，若管网口径较小，排水不快，也难以避免内揽的形成。
2 城市防涝与排水管网之间的设计关系
城市排水管网工程，是市政基础设施项目之一，设计初衷在于保护居民正常的生活秩序。通常，排水管网的设计规划中，各种排水设施会与泵站、沟渠相联通，成为城市排水节点或枢纽。在强降水天气，若管网系统出现问题，城市发生内涝概率大增。设计和建设城市排水管网属于十分复杂的系统工程，无论是勘测、规划、设计、验证等不同环节，都要求认真无误。整个工程属地下作业，任务重、规模大、投资多、工期长，因此困难度较高，应确保在设计时要步步为营、全面考虑、一次到位。随着市政建设的不断发展，市政管网工程的投资中管网设计占到整个排水系统工程的一半以上。城市发展加快的同时，排水管网的问题也日益凸显，只有提高排水管网的设计，才能更好地实现城市防涝，降低内涝灾害。
3 现阶段的城市防涝与排水管网设计缺陷
（1）观念陈旧
当前，国内排水管网设计领域对内涝处理的基本观念是坚持设计最短路径与排涝最快速度。如此可见，不少设计人员将城市排涝等同于简单地民居降水排放项目，未充分考虑强降水是否出现下渗等反应，去积极建立有效的自然循环系统，而单纯设计排水管网。同时，有关排水管网的设计标准并不突出，在排污技术方面仍有很大上升空间。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆
（2）运算公式落后
当前，国内城市排水管网设计中所用到的计算理论公式还沿用传统之法，这些公式已经具有一定的局限性，只适合对小面积范围的基础运算，并且还是在水流相对低速平缓的情况下。若遇降雨量大、积水严重、水势迅猛时，运算公式可能存在失效情况，计算误差过大，无法有效掌握洪峰值与降水流量，无法对排水管网防涝能力提到提升作用。
（3）规划标准低
现阶段，国内的排水系统常被设计为一年一遇或三年一遇。但这样的标准已传沿多年，并没有随着城市的变迁而有大得变革，如此状态自然无法与城市化发展相匹配适应。一旦众多市政道路遭遇雨水集聚占用，就会迅速出现水浸城市的灾害，这样的抗灾力是无法用当前系统规划标准来体现防治的。
（4）降水利用率低
对于市政工程而言，市长排水系统中的管网设计一项要考虑承受压力的最大化。若城市整体的水循环系统出现能力减弱的情况，则需要考虑与城市排水管网的设计不无关联，很多城市就存在没有充分考虑对降水进行有效储存雨水的空间，任何一次大降雨过程，就可能因缺少良性设计通道，而产生足够大的压力，使得整个管网处于崩溃疲乏状态，诱发内涝。
4 城市防涝与排水管网设计的建设性优化措施
通常，对城市防涝与排水管网的设计优化，重点考虑加强排水管渠与污水管网两方面的设计。当前，可以着重考虑采用以下优化方式展开设计：
（1）两相优化法
基于水体的流速约束条件，进行最优化流速的设计。一旦流速增快，就需要及时调整步长并实现相应提升，然后根据流速计算流量，得到管网的最佳充满受力、时间及相应的管径取值，最后得到管网坡度的确定。
（2）遗传算法
该方面按编码思路来处理市政排水管网的优化设计。当然在操作中仍要依据相关规范和标准，考虑经济投资的最小化，利用遗传算法可将所有的设计参数进行编码处理，构建数学模型，寻找合适的目标函数后进行运算，并完成拟物化的进化模仿，从而合理算出目标函数。
（3）线性与非线性规划
两种规划方法是截然不同的模式，前者应用一级泰勒公式实现设计中所有参数的线性规划，但往往容易将排水管的管径变成可变量，增加了难度与准备时间。后者应用一定的目标函数与可变量，通过对排水管径与地下埋覆深度的运算取得两个变量的最佳值，实质上形成了对目标函数与约束条件的定性限制，
（4）动态规划法
此法国内运用较为广泛，将整个排水管网的设计作为一个动态化的系统过程，对过程进行不同阶段和程度的划分，然后再开展设计工作。动态规划中强调管网的埋深，并将其作为运算设计变量，结合坡度这一关键点开展整体搜索，可即可选用标准管网的内径取值。当然，由于设计中出现的各状态点容易形成不明显的埋深间隔，使得各种存量间隔以及迭代过程的局限性大增。若将管网的内径取值设置为各种变量，则在存储、计算等速度均具有显著优势，能够进一步提高设计精度。
结束语
如今，城市内涝时有发展，为城市居民生活带来诸多不便，理应加强排水管网设计，根本上解决市政排涝问题。对于现阶段存在的各种设计缺陷，只有坚持通过对不同技术的探讨，进一步优化排水管网的设计，才能更好地实现城市防涝目标，保障居民的工作生活。
参考文献
[1]康丹.城市排水防涝系统规划设计中存在的问题及对策探讨[J].中国给水排水. 中国给水排水, 2014 (20) :51-53.
[2]郝桂珍.排水管网优化设计的方法[J]. 河北建筑工程学院学报, 2011 , 29 (3) :4-6.
[3]黄斌. 浅析城市给排水管网问题及优化设计[J]. 工程建设标准化, 2015 (3):302-302.
论文作者:黎小东
论文发表刊物:《基层建设》2017年第17期
论文发表时间:2017/10/20
标签：管网论文; 城市论文; 内涝论文; 流速论文; 现阶段论文; 变量论文; 公式论文; 《基层建设》2017年第17期论文;