提升市政排水及降低透水水文影響

余獻敬

重慶銘揚建設有限公司 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，工程規(guī)模也在擴大，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出行需求在細微的構造方面越來越重要。利用市政用地范圍內的可用空間，提出更好的雨水控制和排水措施，是本文探討的首要內容。

關鍵詞：市政道路；市政排水；市政管網；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荷，從而導致水質和生物完整性下降。 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)關興場鎮(zhèn)綜合市政基礎設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度較低（<2.7mm/h）的情況下顯著減小，但在小時降雨強度較高（>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)文獻中報告的其他徑流系數(shù)。這說明了在公共用地范圍內安裝的有限數(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改造的多目標優(yōu)化

排水管網是市政工程中常見的組成部分，一般不會引起注意。然而至關重要。當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。氣候變化導致的降雨強度增加可能會導致為某些特定流量建立的排水網絡存在缺陷，無法應對突然增加的流量，從而導致積水。這個問題可以使用不同的策略來解決。

一是通過提升管網網絡。適應傳統(tǒng)網絡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，并且必須進行經濟分析。最近的研究將洪水與破壞成本聯(lián)系起來?；?/span>nsga-ii的多目標優(yōu)化算法，通過更換管道和安裝儲罐來修復城市排水管網。安裝成本將被與洪水相關的損壞成本抵消。因此，可以根據實際情況要實現(xiàn)的目標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，人們越來越關注將基于自然的解決方案與其他組成部分進行更有效的整合。suds與發(fā)達城市的城市規(guī)劃整合的經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的有效設計和實施需要采取多目標方法，通過該方法，應將suds設計的所有四個支柱（即水質，水量，舒適性和生物多樣性）與其他城市，社會，經濟方面和制約因素。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適應力方面發(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，可以促進市政集水區(qū)的洪水管理，同時提高雨水徑流質量。傳統(tǒng)上，可持續(xù)排水基礎設施的性能評估僅限于一組狹窄的設計目標，以簡化其實施和決策過程。在研究中，考慮五個目標函數(shù)優(yōu)化可持續(xù)城市排水系統(tǒng)的空間設計，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，以最好地權衡資本成本和其他重要的市政排水服務。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)化設計方案的影響。結果表明，不同的子匯水面積坡度導致可持續(xù)市政排水系統(tǒng)的非均勻分布設計，更高的資本成本和更大的綠色資產表面積與更陡峭的坡度相關。這有兩個含義。首先，具有不同表面坡度的地區(qū)不應有一刀切的設計政策。其次，在將優(yōu)化模型應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設施相關的環(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)多目標優(yōu)化設計的有效性

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。這促使許多研究經常使用多目標進化算法（moea）來優(yōu)化設計uds，因為它們可以探索沖突目標之間的權衡（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域的知識。為解決這兩個問題，提出一種有效的uds設計優(yōu)化框架，該框架開發(fā)了基于工程的設計方法（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。結果表明（1）擬議中的ebdm可有效地產生與最優(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，因為它可以促進找出具有處理未來不確定性（例如降雨多變性）的強大能力的解決方案。

6、在排水管網修復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)中造成水力超負荷，從而導致市政積水。調整現(xiàn)有基礎設施，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，考慮在網絡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絡的水力分析，并使用改進的遺傳算法來優(yōu)化網絡。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設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絡修復的成本并降低洪水位。

7、在市政排水管網設計中整合結構彈性

在市政排水管網設計中整合結構彈性，結構彈性描述了市政排水系統(tǒng)（uds）的能力，可將常見結構問題（例如管道堵塞和開裂）而導致的故障頻率和嚴重程度降至最低。在uds設計中，結構彈性通常被忽略。支持將結構分散化作為結構彈性引入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。簡化的成本和結構彈性指標，可用作優(yōu)化uds布局的啟發(fā)式參數(shù)。簡化目標函數(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。

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