《给水排水管道系统 第四章 给水排水管网模型课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《给水排水管道系统 第四章 给水排水管网模型课件（24页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第四章 给水排水管网模型,4.1 给水排水管网的模型化 4.2 管网模型的拓扑特性 4.3 管网模型的水力特性 4.4 管网模型的矩阵表示,4.1 给水排水管网的模型化,1，概念： 管网是一个拓扑结构复杂、规模庞大、用水随机性强、 运行控制为多目标的网络系统。以往对埋在地下的给水 管网多属经验性的管理，不能直接进行实验和大量的测 试，实现科学化现代化管理非常困难，在计算机技术的 飞速发展的促动下，英国在管网建模与应用方面做了大 量的工作，并提出了建模的标准。,4.1 给水排水管网的模型化,2，模拟内容 管网建模是为模拟管网系统建立数学模型的过程， 模拟内容包括三个方面： A，图形模拟。将复杂的
2、管网拓扑结构，拼成一个能实现模拟的管网图形，包括水源管段、管长、节点、阀们、消火栓等附件。 B，状态模拟。包括随时间变化的管网节点流量，受水压及管道敷设年限影响的管道漏损量，阀们开启度对通水量的影响，这些是管网的动态数据。 C，参数模拟。对不随时间变化的参数进行计算和模拟。例如管道阻力系数C值，新旧管道不同，不同敷设年限的管道C值也不尽相同。各管段余氯衰减系数K也不完全相同，所以应该对C值和K值进行模拟。,4.1 给水排水管网的模型化,3，建模的作用 A，制定规划，调度的设计方案并优化； B，制定水泵、管道的更新改造方案； C，实施管网系统的科学管理。 建立模型可以解决以往难以解决的问题，显著
3、提高管理水平 和经济效益。,4.1 给水排水管网的模型化,4，模型的类型 A，宏观模型； B，微观模型； C，简化模型；,宏观模型,管网宏观模型是在管网流量服从“比例负荷”的前提下，应用黑箱理论的基本思想，直接建立给水系统的“输入量”和“输出量”间的相互关系，通常采用水厂的供水厂的供水压力和供水流量作为输入量，压力监测点作为输出量，这样就避免了研究给水系统细微内部结构所带来的困难和不确定因素，同时避免了求解高阶非线性方程组的困难，大大提高了计算速度。宏观模型是以水厂的供水压力和供水流量以及水塔水位与管网监测点压力的大量实测数据为基础，应用统计数学的方法所建立的经验数学表达式。宏观模型不能求得管
4、段和节点的工况参数，多用于给水系统的调度建模，不适用于给水系统新建、改建和扩建建模。,微观模型,按管网实际情况，包括管网所有元素(管段、阀门、水泵等)，不做任何简化所建立的模型，相对于宏观模型来水，称为微观模型。其最明显的优点是直接应用完整详细的管网信息数据库的资料，包括管网的全部信息建模。对其求解可得所有节点和管段的全部信息，缺点是计算工作量大，计算时间较长，占用计算机内存多。,简化模型,1，概念：由于给水管线很多，特别是大城市如果所有管 线一律加以计算，实际上是没有必要的，有时甚至是不可 能的，为此建立管网简化模型，所谓简化就是从实际系统 中去掉一些比较次要的给水排水设施。 2，简化原则：
5、宏观等效原则；小误差原则。 3，管线简化方法：管线省略；平行管线的合并；管网分解；并联串联管段的简化。 4，附属设施简化的方法：删除不影响全局水力特性的设施；将同一处的多个相同的设施合并。,管段和节点的属性,管段定义：是管线和泵站等简化后的抽象形式。 节点定义：节点是管线交叉处、端点或大流量出入点的抽象形式。,4.1 给水排水管网的模型化,5，建模的过程,4.1 给水排水管网的模型化,6，建模所需信息 A，管网静态信息 B，管网动态信息,管网静态信息,管网动态信息,4.2 管网模型的拓扑特性,管网模型的拓扑特性：即管网模型中节点和管段的关联关系，其分析方法采用数学的图论理论。 管网模型的水力特
6、性：指管网模型中节点和管段传递、输送流量和能量的特性。 管网图：对于给水排水管网模型，当略去其构造和水力特征后，仅仅考虑节点和管段之间的关联关系时，称为管网图。,4.2 管网模型的拓扑特性,一，管网图的表示方法 1，几何表示法 2，集合表示法,4.2 管网模型的拓扑特性,二，管网图的特性 1，有向性 2，连通性 若管网图中任意两个顶点均通过一系列边及顶点相连通， 即从一个顶点出发，经过一系列的边和顶点，可以达到其 余任意顶点，称此管网图为连通图。 3，可平面图性 图中任意两条边均不相交，称为可平面图。,4.2 管网模型的拓扑特性,三，管网图的关联集与割集 1，节点的度 于节点v相连接的管段的数
7、目，记为d(v)。 2，关联集 与节点v相关联的管段的集合，记为S(v)。 3，割集 在连通的管网图G(V,E)中有若干个相互关联的节点集，若 将它们与原图分离，需要切断的管段组成集合，称为G的 一个隔集。被分离的节点集称为割节点集。,4.2 管网模型的拓扑特性,四，路径与回路 1，路径 在管网图中，从节点V0到Vk的一个节点与管段交替的有限非零序 列V0 E1 V1 E2 VkEk称为行走，如果行走不包含重复的节点，则 行走所经过的管段集称为路径。路径所包含的管段称为路径的长 度。 V0和Vk称为路径的起点和终点。 2，回路 在管网图中，起点和终点重合的路径称为回路。 3，基环 当环中不包括
8、其他环时，称此环为基环。,4.2 管网模型的拓扑特性,五，树 1，树的定义： 无回路并且连通的管网图G(V,E)定义为树，用符号 T(V,G)表示，组成树的管段称为树枝。 2，树的性质 3，生成树 从连通的管网图G(V,E)中删除若干条管段后，使之成 为树，则该树称为原管网图的生成树。,4.3 管网模型的水力特性,1，节点流量方程 2，管段能量方程 3，回路方程 4，虚环方程,节点流量方程,管段能量方程,管网计算时，一般不计局部阻力损失，必要时可适当增大摩阻系数或者当量长度而将局部损失估计在内。压降方程表示为：,回路方程,即管网中每一个环中各管段的水头损失总和等于零。这里采用水流顺时针方向的管段水头损失为正，逆时针的方向为负。即：,4.4 管网图的矩阵表示,一，衔接矩阵 衔接矩阵的行数为节点数，列数为管段数 二，回路矩阵 回路矩阵表示每一环内各管段的有关信息，行为环数， 列数为管段数,
