摘要：城市排水管网监测对于排水管网及城市雨洪管理具有重要意义。开展排水管网监测的主要目的，一方面是及时发现运行风险，提高对城市内涝或排水管网溢流的预警预报能力;另一方面是积累排水管网的长期动态运行状况数据，用于城市排水管网运行情况的评估与诊断。通过总结目前有关排水管网监测点优化布置的相关研究，结合给水管网优化选址的方法，将现有研究所用方法分为以统计学理论为基础和以运筹学理论为基础的两种方法，并分析了现有研究存在的不足，提出了今后排水管网监测点优化布置的可行思路，包括使用模型模拟技术、强化自动识别技术、对监测方案进行定量化评估等。
关键词：城市；排水管网；监测点；优化布置
1城市排水管网存在的不足之处
我国很多城市的排水管网都不同程度的存在不足之处，对城市排水系统的稳定可靠运行带来了隐患，经过调查梳理和分析，主要可以概括为以下内容：
1.1城市的发展与排水管道的建设规划不匹配
国内很多城市的发展速度非常快，人口集聚增加，城市规模不断扩大，但是原有的城市排水管网不能跟着城市发展的速度，也没有及时对排水管网重新进行规划和建设，导致城市的发展与排水管网的建设不匹配，不能满足城市排水的需要。
1.2城市排水管网的设备落后
城市的排水能力与城市的基础设备有着直接的关系。国内多数城市还在使用以前的排水设备，没有进行更换或扩建，排水设备非常落后，导致城市排水不能及时排出，出现洪涝灾害的隐患。
1.3排水管网不能进行及时养护
据统计，国内60%的城市都出现过一定程度的内涝，主要是由于政府对城市排水工作不重视，没有足够的经费给予支持，导致城市排水管网不能得到及时的养护。相比国外很多发达城市还有很大的距离，应当加大对排水管网的养护力度，或者更新排水系统，加大排水能力，排出内涝隐患，确保城市排水管网能够稳定排水。
1.4排水管网的管理不够完善
国内一些城市对于排水管网的管理还是使用人工记忆、经验管理、纸质图纸等方式进行管理，不能实现城市排水管网的稳定运行，而且受人为因素影响，对于城市排水管理非常不利。各个城市应当加大对排水管网的信息化管理，通过统计分析，查找不足，及时完善管理漏洞，不断提升城市排水管网的管理水平。
2排水管网监测点优化布置的方法
针对不同的监测目的，所采用的方法与最终的点位选址会有一定差异。目前国内外专门针对排水管网监测点优化布置的研究相对有限，根据理论依据的不同，现有优化方法可大致分为两类:一类是以统计学理论为基础;另一类是以运筹学理论为基础。
2.1以统计学理论为基础进行优化
国内对排水管网监测点优化布置的研究，大多以统计学理论为基础，核心是通过识别节点间相关性进行聚类，从而优化监测点。袁景冬利用模糊聚类和动态贴近度两种方法对排水管网监测点进行了优化布置，并对两种方法所得结果进行了对比。秦礼琦利用模糊聚类分析法优化了GZ市某排水区域的排水干管上的监测点。敖培等同样基于聚类的思想，在模糊C均值(FCM)聚类算法中引入细菌觅食算法(BFO)，通过BFO求得最优解作为FCM算法的初始聚类中心，然后利用FCM算法优化初始聚类中心，从而求得全局最优解。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆虽然在排水管网领域利用统计学思想进行监测点优化布置的研究有限，但聚类分析在给水管网监测点优化布置中已有广泛应用。周书葵等利用聚类分析的思想，结合配水管网拓扑结构图论模型，提出了能够反映城市供水管网中节点流量变化的压力监测点优化选址方法。黄廷林等针对给水管网测压点的优化布置，提出影响系数的概念，并采用模糊聚类法对影响系数进行分析。戴一明基于Kmeans聚类法对给水管网水压监测点进行了优化布置。
利用聚类分析的思想对管网监测点进行优化布置的过程主要是确定衡量节点相关性的指标，然后对节点间该指标的相近程度进行衡量并根据相关性的大小进行聚类，最后根据聚类结果选择每一类中的代表性节点。
以统计学理论为基础进行管网监测点的优化布置，主要是从数据相似性的角度来反映节点间的关系。随着在线监测设备及监测平台的应用，监测所得数据量显著增加，以统计学理论为基础的优化方法更容易与大数据相结合，从数据的角度出发对管网拓扑结构进行认识。
2.2以运筹学理论为基础进行优化
国外一些学者利用运筹学中的多目标规划模型对排水管网监测点的优化布置进行了研究。Fat-toruso等将模型精度最大化和监测成本最小化作为规划目标，对液体比重计的监测位置进行了优化，监测主要针对城市内涝的预警。Banik等针对排水管网中水质监测点的优化进行研究，在多目标规划模型下，利用遗传算法进行求解，确定水质最优监测点。相比于排水管网，给水管网监测点优化布置的研究要系统很多，有不少也综合运用了运筹学优化的思想。刘书明等提出了反映管网节点水量和节点压力变化的节点覆盖水量和节点相关水压的多目标遗传算法，该方法可用于城镇大规模实际管网中，与现有的布设原则有较高的匹配度，可有效消除人为因素的影响，提高监测点优化选址的效率。同样利用多目标规划的方法，刘书明等还以探测到的不同污染事件的时段区间冗余度最小化和污染事件探测概率最大化为目标对水质监测点的优化选址进行了探索。Pinzinger等利用整数规划模型，应用遗传算法进行求解，对给水管网监测点进行了优化布置。与基于统计学方法相比，以运筹学理论为基础对节点进行优化布置，更便于加入对不确定性的考虑与探讨。受降雨强度、场次降雨时间间隔等因素影响，排水管网各节点水量及水质都会有明显差异;而且我国目前多为雨污合流制，污水的排放也会对管网的水量水质产生明显影响。因此，在对排水管网监测点进行优化布置的过程中，需充分考虑不确定性的问题。
3研究与进展
3.1增设排水附属构筑物
城市排水管网建设时，应在合适的位置增设排水附属构筑物。主要附属构筑物有检查井及化粪池。其中，设置检查井是为了便于检修清理，一般设置在道交汇处、转弯处、坡度及管径变化处及跌水处另外，直线管线每隔一定管线应设置。且考虑到良好的水力条件，检查井处的水流转角应该大于等于90°，若水流角度小于90°，可增设检查井使水流转角满足规范要求。而化粪池的增设则需要考虑城区地理位置、管网系统、排水体制、排水水质等。一般而言，南方可不设化粪池，因为南风水系充沛，可在一定程度上稀释污水，而北方由于水系匮乏，故需要增设化粪池以降低水中的氮磷负荷。另外，部分城市的出户端应增设格栅检测井，以防止杂物堵塞排水管网。
3.2加强排水管网的日常管理及维护
市政管理部门应健全排水管网的管理及维护系统。具体可以从以下几点出发：划片管理排水管网设施，责任到人；加强日常巡查，巡查中发现的问题能有效解决；严禁企业偷排事件的发生，已经发现，严肃处理，绝不姑息；加强工作人员的专业素养，定期培训并考核他们的专业技能，采用员工激励制，使员工收入与工作业绩直接挂钩，提高其工作积极性；不断更新污水处理厂设备，紧跟不断提高的排水排放标准及时代发展的需要。
结语：城市排水管网对于城市环境治理和防止内涝具有非常重要的作用，城市规划管理部门和城建部门应当加强城市排水管网的建设，不断增强排水系统的排水能力，同时要与排水系统比较先进的城市进行对标学习，查找本城市管理中的不足之处，对排水系统有针对性的完善。另外，要加强对排水管道养护和检查措施的研究，严格落实各项管理要求，满足国家相关规则标准的要求，加大对排水系统的创新设计，为城市人们创造舒适的生活环境。
参考文献：
[1]赵冬泉，邢薇，佟庆远，等．基于数字排水技术的城市雨洪控制方案设计与评估［J］．中国给水排水，2010，26(16):74－77．
论文作者:张粤
论文发表刊物:《防护工程》2018年第17期
论文发表时间:2018/11/6
标签：管网论文; 城市论文; 节点论文; 方法论文; 内涝论文; 基础论文; 学理论论文; 《防护工程》2018年第17期论文;