[導讀] 水是萬物之源，人們日常生活中不可缺少的資源之一，而誰在經過人們使用之后就成為了污水，既有生活污水也有工業污水等。隨著人口增加，城市化進程的發展，污水的排放量急劇增加，考驗著城市污水管網系統的排水能力，建立一個經濟，有效的污水處理系統是當前城市發展的重要任務之一。本文就污水管網系統優化的意義以及優化的方法和優化的步驟進行分析，以其對污水管網的施工工程降低成本，提高排水能力有所幫助。
污水管網是由污水管道以及污水檢查井等組成的管網系統，其主要承載在及時收集，安全輸送污水到設定的污水處理設施當中，避免污水對自然環境造成污染，保護人民正常的生活而后健康的任務;待污水經過一定的凈化處理之后再次利用，保障人民日常生活和工業所需。科學有效完善的污水管理是衡量一個城市管理能力的重要因素之一，更是現代化城市的重要標志之一。
當期我國城市化進程加快，城市人口不斷增加考驗著城市的承載能力的同時也對城市的污水管網提出嚴峻考驗，而實際中我國多數城市污水管網普遍存在不完善的情況，諸如隨意排放污水，借道街道以及河道進行排水的現象比比皆是;即使鋪設有污水管道的城市卻也存在排水能力弱，污水易泄露的問題;污水管網設計不科學，施工不合理，造價高，效果差也是當前需要加強解決的難題。這些問題匯聚在一起，對城市現代化的發展造成了極大的影響，基礎設施建設不完善，對人民的生活、生產帶來很大的影響。雖然不少城市在污水管網建設上加大了資金的投入，提升了污水管理系統，但與歐美等發達國家相比不僅在處理能力存在著巨大差距，而且在資金的投入上以及后期的維護上也是難以望其項背。因而，如何設計出既能滿足于城市污水收集和排放的需求，又能降低施工成本的科學高效的污水管網，縮小我國和發達國家的差距，為城市的發展提供完善的基礎設施，這正是優化污水管網的意義所在。
二、污水管網系統的主要組成部分
(一)室內污水管道系統及設備：
室內污水管道系統和設備的作用是收集生活污水并在安全狀態下排放到室內污水管道之中，承擔著部分環保的功效。在民用住宅以及公共建筑內，污水管道系統即使人們污水收集和處理的容器，也是人們用水的容器，生活污水經過污水管道的輸送到室外污水處理系統是污水管網的重要組成部分和施工中的必不可少的環節。
(二)室外污水管道系統
室外污水管道系統是室內污水管道系統的延伸，更是城市污水管網設計和施工中的重要環節，在設計和施工不僅要考慮地形和建筑物的限制更要綜合考慮成本因素。通常室污水管道系統修建在地面以下依托于重力流的作用將污水運輸到污水處理或污水處理廠等進行污水的凈化處理。一般分為：街道管理系統以及小區管道系統，兩者既有相同之處也有著彼此區別。首先都是建立在居住區附近;其次，前者是鋪設在街道之下，用以運輸小區管理輸送而來的污水，而后者則是鋪設在居民小區內，承擔的是收集和運輸小區范圍內的污水，再經過街道管道運輸到污水處理地。
(三)污水泵站及壓力管道
污水泵是污水運輸和處理系統中重要組成部分，由于生活污水中夾雜有其他物質容易造成污水泵的堵塞甚至是導致污水泵電機的燒毀，因此污水泵站就承擔著維護和及時調換污水泵確保污水及時安全的運輸的重任。污水泵站通常有兩種類型：其一，設置于污水管道系統中用于提升污水的高程;其二，設置于污水處理廠用于提升污水的污水泵站后續污水處理工藝提供水流動力。
(四)污水處理廠
污水處理廠是污水收集和運輸的最終環節也是污水凈化后再利用的起點之處。污水廠是污水管網設計中最重要的組成部分之一，尤其是工業污水只有經過污水處理廠的處理之后達到國家規定的標準才能允許排放。當前我國工業處于發展期，在污水處理上還需要不斷加強技術研究和資金的投入以確保污水得到有效治理。處理污水、污泥的一系列構筑物及附屬構筑物的綜合體稱污水處理廠。
(五)出水口及事故排除口
出水口及事故排除口是污水管網中終點設備，是城市污水排放的出口地更是污水收集或處理中緊急情況或事故的必不可少的輔助設備，是確保污水安全排放的重要設施，更是污水管網系統優化設計中重要環節。
三、污水管網系統優化的步驟
(一)明確目標
在污水管網系統的優化中首先就是要確定優化的目標，包括預算指標、功能指標、使用年限指標等。根據實際情況科學合理的預測優化過程中可能會遇到的困難，并建立目標基本變量變化的函數關系，綜合現有物力、財力、人力等綜合因素，尋求最優以、最經濟、最科學的優化方案。
(二)細化構成要件
由于污水管網系統從設計到施工設計到眾多環節，面臨著眾多的多變量、多目標、多層次的復雜系統，因此在污水管網系統的優化設計中就需要對其中各個構成要件進行細化、組合、簡化。也即把一個較為復雜的排水系統，通過細化構成要件使之成為既能有效的反映出污水管網的關鍵要素又能定量表達和模擬優化的替代系統。
(三)確立數學模型
隨著計算機技術發展，污水管網的設計優化可以通過在計算機軟件來模擬現實，通過抽象化的數學形式反映出設計中存在的問題以達到前期優化的目的。數學模型的建立需要綜合考量設計變量、目標函數、約束條件，使三者相互作用，達到一個理想的狀態。其一、在設計變量中參數的選取應根據實際中的工藝以及使用要求進行設定;其二、在確定設計變量之后，就可以通過一定的公式形成設計變量的函數，即F(X)=F(X，，X2AA)以指導后期工程優化設計;其三、設定約束條件，由于所有設計方案并不是工程實際都能接受的。因此.在優化設計中.必須根據實際設計要求.對設計變量的取值加以種種的限制。設計約束一般表達為設計變量的不等式約束函數和等式約束函數。
(四)模型的檢驗和優化
確立模型之后需要對其進行檢驗和在優化以達到最終實際施工的最優的目的。在檢驗中可運用多目標最優化方法進而作出相應的程序設計，并通過現代計算機技術分析和計算出最優值。當前結合實際問題進行分析時，還難以達到十分理想的狀態，對污水管網系統的優化還處于“滿意解”的程度，“最優解”還屬于未來探索階段。因此，在模型的檢驗和優化過程中在確定影響求解的關鍵要素和參數的基礎上找到一個較為合乎理想的滿意解。
四、污水管網系統的方法
(一)直接優化得出滿意解
直接優化法即通過收集排水管道各項性能指標的變化，直接進行方案和參數的修改，以達到最優解或者滿意解，但從實際優化情況中可以得出直接優化法取得的大都是滿意解。具體是運用“電子表格”統計數據和分析數據的功能進行污水管網優化的，由于不需要設計到過于復雜的運算可以快捷的得出最小費用的設計。
(二)合理利用線性規劃
線性規劃法是污水管網優化設計中最為常用的方法之一，通過一級泰勒展開式代替，使迭代點序列逼近非線性規劃的最優解。雖然可以接近非線性規劃的最優解但是線性規劃依舊存在著計算管徑與市售規格管徑相矛盾的問題，因此當前推出了混合整數規劃法，很好的解決了線性規劃的部分缺點。
(三)科學運用非線性規劃
它可以優化選擇排水管道的直徑和埋深，以及中途泵站的位置。其假定管徑是離散的，易于對目標函數和約束條件進行敏感性分析。但是該方法極大地限制了目標函數和約束條件的形式。罰函數離散優化法將排水工程的特點與罰函數離散思想相聯系，可以排除不合理的設計方案，以管系末端管底標高為全局控制因素，建立與目標甬數的可行解對應關系。并通過同時進行整體控制與局部控制的水力計算方法。遍歷目標函數的可行解及局部最優解，從而得到管系的全局最優設計方案
結語
污水管網是保障人們生活和城市健康發展的基礎設施之一，在城市的發展中起著舉足輕重的作用。隨著國內眾多研究人員對污水管網的研究，當今在污水管網系統的優化設計上也取得了眾多方法，為城市的可持續化發展提供了良好保障，但與發達國家相比還存在著差距。因此在未來發展中，還需要加大研究和資金投入的力度，總結經驗得出最優的設計方案，達到有效處理污水，降低工程造價的目標。