提升市政排水及降低透水水文影響

余獻(xiàn)敬

重慶銘揚建設(shè)有限公司 重慶 404700

摘要：近年來隨著重慶乃至西南城市市政工程逐步加大建設(shè)，工程規(guī)模也在擴(kuò)大，氣候季節(jié)多變性陡增，夏季雨水顯著增多，如何讓市政工程更好的服務(wù)出行需求在細(xì)微的構(gòu)造方面越來越重要。利用市政用地范圍內(nèi)的可用空間，提出更好的雨水控制和排水措施，是本文探討的首要內(nèi)容。

關(guān)鍵詞：市政道路；市政排水；市政管網(wǎng)；雨水控制

不透水覆蓋層已被證明會增加徑流量、峰值排放量和河流的污染物負(fù)荷，從而導(dǎo)致水質(zhì)和生物完整性下降。 制定了雨水控制措施 (scm) 以減輕城市地區(qū)和ic的水文和水質(zhì)影響。 這項配對研究評估了scm改造對小型城市流域水文的影響。 2017年9月，在石船鎮(zhèn)關(guān)興場鎮(zhèn)綜合市政基礎(chǔ)設(shè)施工程中實施了生物滯留單元街道改造、四個可滲透路面停車位和一個樹木過濾裝置，以控制和處理街道徑流。在集水區(qū)，52%的直連不透水區(qū)和69%的總排水區(qū)都經(jīng)過改造，以用于潛在的水文緩解。

1、分析雨水控制措施對不透水面積滯后的影響

在實施前已經(jīng)分析出施工區(qū)域的下伏土壤為城市砂土。洪峰流量顯著減少了28%，而集水區(qū)的滯后時間保持不變。徑流深顯著減少52%。與對照集水區(qū)相比，scm改造集水區(qū)的徑流深度在小時降雨強(qiáng)度較低（<2.7mm/h）的情況下顯著減小，但在小時降雨強(qiáng)度較高（>7.4mm/h）的情況下顯著增大。在改造后的監(jiān)測中，scm改造和控制集水區(qū)的徑流閾值分別為5.2 mm和3.5mm。scm改造徑流系數(shù)從0.38降至0.18，大大低于傳統(tǒng)開發(fā)文獻(xiàn)中報告的其他徑流系數(shù)。這說明了在公共用地范圍內(nèi)安裝的有限數(shù)量的scm改造可以減輕部分水文影響。

2、市政排水或污水管網(wǎng)改造的多目標(biāo)優(yōu)化

排水管網(wǎng)是市政工程中常見的組成部分，一般不會引起注意。然而至關(guān)重要。當(dāng)市政面臨洪水造成廣泛而昂貴的損失時，就可以看到這一點。氣候變化導(dǎo)致的降雨強(qiáng)度增加可能會導(dǎo)致為某些特定流量建立的排水網(wǎng)絡(luò)存在缺陷，無法應(yīng)對突然增加的流量，從而導(dǎo)致積水。這個問題可以使用不同的策略來解決。

一是通過提升管網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)。適應(yīng)傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)方法的一種方法是用一些管道替換其他直徑更大的管道。近年來，雨水箱的安裝使得暫時儲存多余的水量成為可能。這些解決方案中的任何一個都可能很昂貴，并且必須進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分析。最近的研究將洪水與破壞成本聯(lián)系起來。基于nsga-ii的多目標(biāo)優(yōu)化算法，通過更換管道和安裝儲罐來修復(fù)城市排水管網(wǎng)。安裝成本將被與洪水相關(guān)的損壞成本抵消。因此，可以根據(jù)實際情況要實現(xiàn)的目標(biāo)制定一組最佳解決方案。

3、通過可持續(xù)排水系統(tǒng)實現(xiàn)市政適應(yīng)力

為了成功過渡到可持續(xù)性，兼具韌性和成本效益，人們越來越關(guān)注將基于自然的解決方案與其他組成部分進(jìn)行更有效的整合。suds與發(fā)達(dá)城市的城市規(guī)劃整合的經(jīng)驗已被證明是一種有效的策略，具有廣泛的優(yōu)勢和較低的成本。suds的有效設(shè)計和實施需要采取多目標(biāo)方法，通過該方法，應(yīng)將suds設(shè)計的所有四個支柱（即水質(zhì)，水量，舒適性和生物多樣性）與其他城市，社會，經(jīng)濟(jì)方面和制約因素。研究確定了合適的suds選項：雨桶，綠色屋頂，生物保留池，植被草叢和可滲透的人行道。最具彈性的解決方案成本很高，但這不能保證更高的iqol值。生物滯留池在提高水質(zhì)適應(yīng)力方面發(fā)揮了有效作用，但這會大大增加成本。優(yōu)先考慮抗洪能力時，滲透性路面和綠色屋頂是有效的。雨桶是首選解決方案，并且該選項的成本較低。

4、不同地表坡度可持續(xù)排水系統(tǒng)的多目標(biāo)優(yōu)化

可持續(xù)市政排水系統(tǒng)是基于自然的多功能解決方案，可以促進(jìn)市政集水區(qū)的洪水管理，同時提高雨水徑流質(zhì)量。傳統(tǒng)上，可持續(xù)排水基礎(chǔ)設(shè)施的性能評估僅限于一組狹窄的設(shè)計目標(biāo)，以簡化其實施和決策過程。在研究中，考慮五個目標(biāo)函數(shù)優(yōu)化可持續(xù)城市排水系統(tǒng)的空間設(shè)計，包括最小化洪水量、洪水持續(xù)時間、平均峰值徑流、總懸浮固體和資本成本。

允許選擇一組可接受的投資組合，以最好地權(quán)衡資本成本和其他重要的市政排水服務(wù)。從可持續(xù)排水類型的空間分布角度討論了市政集水區(qū)平均地表坡度對優(yōu)化設(shè)計方案的影響。結(jié)果表明，不同的子匯水面積坡度導(dǎo)致可持續(xù)市政排水系統(tǒng)的非均勻分布設(shè)計，更高的資本成本和更大的綠色資產(chǎn)表面積與更陡峭的坡度相關(guān)。這有兩個含義。首先，具有不同表面坡度的地區(qū)不應(yīng)有一刀切的設(shè)計政策。其次，在將優(yōu)化模型應(yīng)用于具有不同地表坡度的城市子匯水面積時，必須考慮空間平等，以避免與綠色排水基礎(chǔ)設(shè)施相關(guān)的環(huán)境和人類健康協(xié)同效益分布不均。

5、提高市政排水系統(tǒng)多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計的有效性

市政排水系統(tǒng)（uds）的容量會在很大程度上影響集水區(qū)的洪水特性。這促使許多研究經(jīng)常使用多目標(biāo)進(jìn)化算法（moea）來優(yōu)化設(shè)計uds，因為它們可以探索沖突目標(biāo)之間的權(quán)衡（例如成本與系統(tǒng)可靠性）。但是，基于moea的方法通常需要進(jìn)行計算，并且其解決方案通常在實踐中是不可接受的，因為通常不會明確考慮工程領(lǐng)域的知識。為解決這兩個問題，提出一種有效的uds設(shè)計優(yōu)化框架，該框架開發(fā)了基于工程的設(shè)計方法（ebdm）來生成近似解以初始化moea的搜索，從而大大提高了優(yōu)化效率。為了提高解決方案的實用性，提出的優(yōu)化方法（pm）中已實現(xiàn)了兩種思路：（1）最小化跨管道峰值深度的變異性；（2）引入約束條件以確保下游方向的管道尺寸不小于其相應(yīng)管道的尺寸上游直徑。

使用兩個不同大小的實際uds來演示pm的有效性。結(jié)果表明（1）擬議中的ebdm可有效地產(chǎn)生與最優(yōu)化方法確定的最終解決方案非常接近的初始解決方案；（2）最小化管道中峰深的變化具有實際意義，因為它可以促進(jìn)找出具有處理未來不確定性（例如降雨多變性）的強(qiáng)大能力的解決方案。

6、在排水管網(wǎng)修復(fù)模型中將水力控制納入市政洪水控制

市政排水系統(tǒng)管理人員面臨的一個問題是極端降雨事件的增加，而世界各地的降雨都在增加。它們的出現(xiàn)會在排水系統(tǒng)中造成水力超負(fù)荷，從而導(dǎo)致市政積水。調(diào)整現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施，使其能夠承受暴雨而又不會給市政造成影響已成為一種必要。這是一種以最小的投資成本來改善排水系統(tǒng)的新方法，為此采用一種新穎的方法，考慮在網(wǎng)絡(luò)中包括液壓控制元件，安裝雨水箱和更換管道。提出將雨水管理模型用于網(wǎng)絡(luò)的水力分析，并使用改進(jìn)的遺傳算法來優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)。在這種算法中所謂的“偽遺傳算法”，染色體的編碼是不可或缺的，并且已在以前的水力優(yōu)化研究中使用。這項工作評估了所需基礎(chǔ)設(shè)施的成本以及洪水造成的破壞，以找到最佳解決方案。采用液壓控制可以降低網(wǎng)絡(luò)修復(fù)的成本并降低洪水位。

7、在市政排水管網(wǎng)設(shè)計中整合結(jié)構(gòu)彈性

在市政排水管網(wǎng)設(shè)計中整合結(jié)構(gòu)彈性，結(jié)構(gòu)彈性描述了市政排水系統(tǒng)（uds）的能力，可將常見結(jié)構(gòu)問題（例如管道堵塞和開裂）而導(dǎo)致的故障頻率和嚴(yán)重程度降至最低。在uds設(shè)計中，結(jié)構(gòu)彈性通常被忽略。支持將結(jié)構(gòu)分散化作為結(jié)構(gòu)彈性引入uds的一種方式。盡管存在用于生成和優(yōu)化分散的單獨雨水收集系統(tǒng)的方法，并在非恒定流中合并了水力模擬，但是這些方法有時需要大量的計算工作。簡化的成本和結(jié)構(gòu)彈性指標(biāo)，可用作優(yōu)化uds布局的啟發(fā)式參數(shù)。簡化目標(biāo)函數(shù)的使用大大方便了可行的搜索空間，并通過優(yōu)化減少了盲目搜索。

參考文獻(xiàn)：

[1] 劉建偉,喬二鵬. 市政工程地下管線施工技術(shù)分析[j]. 技術(shù)與市場,2018,25(10):151+153.

[2] 趙曉峰. 市政工程管理中的都市生態(tài)問題分析[j]. 建材與裝飾,2018,(41):123-124.

[3] 袁新清. 市政給排水長距離頂管施工技術(shù)的應(yīng)用[j]. 四川建材,2018,44(10):229+232.