第4章給水排水管網(wǎng)模型

1、第四章第四章 給水排水管網(wǎng)模型給水排水管網(wǎng)模型目錄 4.1 給水排水給水排水管網(wǎng)模型化管網(wǎng)模型化 4.2 管網(wǎng)模型管網(wǎng)模型拓?fù)涮匦酝負(fù)涮匦?4.3 管網(wǎng)模型的管網(wǎng)模型的水力特性水力特性 4.1 給水排水管網(wǎng)模型化給水排水管網(wǎng)模型化 管網(wǎng)模型：管網(wǎng)模型： 將給水排水管網(wǎng)工程實體簡化和抽象簡化和抽象為用管段管段和節(jié)點節(jié)點兩類元素圖形和數(shù)據(jù)圖形和數(shù)據(jù)表達(dá)的系統(tǒng)，稱為給水排水管網(wǎng)模型 管網(wǎng)模型分類：管網(wǎng)模型分類：拓?fù)淠Ｐ屯負(fù)淠Ｐ?、水力模型水力模型、水質(zhì)模型水質(zhì)模型、運行管理運行管理模型模型 管網(wǎng)模型內(nèi)容：管網(wǎng)模型內(nèi)容：管網(wǎng)拓?fù)潢P(guān)系管網(wǎng)拓?fù)潢P(guān)系和和水力水力、水質(zhì)特性水質(zhì)特性給水排水管網(wǎng)的簡化給水排水管網(wǎng)

2、的簡化簡化簡化: :指從指從實際系統(tǒng)實際系統(tǒng)中去掉一些中去掉一些比較次要比較次要的的給水給水排水設(shè)施排水設(shè)施，使，使分析和計算分析和計算集中于集中于主要對象主要對象。宏觀等效原則宏觀等效原則最小誤差原則最小誤差原則簡化原則簡化原則簡化模型與實際系統(tǒng)的誤差在允許范圍，滿足工程上的要求。保持其功能，各元素之間的關(guān)系不變簡化方法簡化方法：1）刪除）刪除次要次要管線，保留管線，保留主管線主管線；2）交叉點近交叉點近可合并為同一交叉點；可合并為同一交叉點；3）將）將全開全開閥門閥門去掉去掉，將管線從，將管線從全閉全閉閥門處閥門處切斷切斷；4）采用）采用水力等效原則水力等效原則將將不同管材不同管材和和規(guī)格

3、規(guī)格等效為等效為單一單一管材和規(guī)格；管材和規(guī)格；5）并聯(lián)管線并聯(lián)管線可簡化為可簡化為單管線單管線；6）大系統(tǒng)可拆分為多個小系統(tǒng)。）大系統(tǒng)可拆分為多個小系統(tǒng)。附屬設(shè)施簡化附屬設(shè)施簡化：1）刪除）刪除不影響不影響全局水力特性的設(shè)施；全局水力特性的設(shè)施；2）將）將同一處同一處的的多個相同設(shè)施多個相同設(shè)施合并。合并。管網(wǎng)簡化圖例給水排水管網(wǎng)的抽象給水排水管網(wǎng)的抽象 所謂所謂抽象抽象，就是，就是忽略忽略所分析和處理對象的一所分析和處理對象的一些些具體特征具體特征，而將它們視為模型中的元素，而將它們視為模型中的元素，只考慮它們的只考慮它們的拓?fù)潢P(guān)系拓?fù)潢P(guān)系和和水力特性水力特性。 經(jīng)過簡化的給水排水管網(wǎng)經(jīng)過

4、簡化的給水排水管網(wǎng)進(jìn)一步抽象進(jìn)一步抽象成為僅成為僅由由管段管段和和節(jié)點節(jié)點兩類元素組成的管網(wǎng)模型。兩類元素組成的管網(wǎng)模型。管段和節(jié)點管段和節(jié)點 管段管段：管線和泵站等簡化后的抽象形式，：管線和泵站等簡化后的抽象形式，只輸送水只輸送水量，不允許改變水量，但可以改變水的能量。量，不允許改變水量，但可以改變水的能量。 當(dāng)管線中間當(dāng)管線中間有較大有較大的的集中流量集中流量時，應(yīng)在時，應(yīng)在集中流量點集中流量點處處劃分管段，設(shè)置節(jié)點。劃分管段，設(shè)置節(jié)點。 沿線流量：沿線流量： 指供給（收集）該管段兩側(cè)用戶所需（排放）的流量。指供給（收集）該管段兩側(cè)用戶所需（排放）的流量。應(yīng)用水力等效原則折算到管道兩端的節(jié)

5、點上。 節(jié)點流量：節(jié)點流量：從沿線流量折算得出的并且假設(shè)是在節(jié)點集中流出的流量。從沿線流量折算得出的并且假設(shè)是在節(jié)點集中流出的流量。給水管網(wǎng)將沿線流量平均平均分到管道兩端節(jié)點管道兩端節(jié)點上。排水管網(wǎng)則將沿線收集水量折算到端點上端點上。 當(dāng)管線中間有較大的集中流量（工業(yè)企業(yè)、醫(yī)院、學(xué)校等）時，應(yīng)在集中流量點處劃分管段，設(shè)置節(jié)點。 節(jié)點節(jié)點：管線交叉點管線交叉點、端點端點或或大流量出入點大流量出入點的抽象形式。的抽象形式。水的能量唯一，但有流量的輸入或輸出水的能量唯一，但有流量的輸入或輸出。管段和節(jié)點的特征管段和節(jié)點的特征管段特征管段特征拓?fù)鋵傩裕汗芏畏较颉⑵瘘c、終點拓?fù)鋵傩裕汗芏畏较颉⑵瘘c、終點

6、水力屬性：流量、流速、揚程、摩阻，壓降水力屬性：流量、流速、揚程、摩阻，壓降構(gòu)造屬性構(gòu)造屬性：管長、直徑、粗糙系數(shù)管長、直徑、粗糙系數(shù)節(jié)點特征節(jié)點特征構(gòu)造屬性：高程、位置構(gòu)造屬性：高程、位置水力屬性：節(jié)點流量、節(jié)點水頭、自由水頭。水力屬性：節(jié)點流量、節(jié)點水頭、自由水頭。 拓?fù)鋵傩裕号c節(jié)點關(guān)聯(lián)的管段及其方向、節(jié)點的度拓?fù)鋵傩裕号c節(jié)點關(guān)聯(lián)的管段及其方向、節(jié)點的度管網(wǎng)模型的標(biāo)識管網(wǎng)模型的標(biāo)識（1）節(jié)點和管段編號）節(jié)點和管段編號 節(jié)點（節(jié)點（1）,（2） 管段管段1,2（2）管段方向的設(shè)定）管段方向的設(shè)定 任意設(shè)定，不一定等于管段中水流的流向。實際流任意設(shè)定，不一定等于管段中水流的流向。實際流向與設(shè)定

7、方向不一致，用負(fù)值表示。向與設(shè)定方向不一致，用負(fù)值表示。（3）節(jié)點流量方向的設(shè)定）節(jié)點流量方向的設(shè)定 流出節(jié)點為正，流入為負(fù)值。流出節(jié)點為正，流入為負(fù)值。（1）（2）（3）（4）（5）（6）（7）（8）198765432Q7Q3Q2Q1Q4Q5Q6Q8q1,h1q6,h6q5,h5q2,h2q3,h3q7,h7q8,h8q9,h9q4,h4管網(wǎng)節(jié)點數(shù)管網(wǎng)節(jié)點數(shù)N和管段數(shù)和管段數(shù)M的關(guān)系的關(guān)系 兩大類管網(wǎng)：樹狀網(wǎng)和環(huán)狀網(wǎng)兩大類管網(wǎng)：樹狀網(wǎng)和環(huán)狀網(wǎng) 樹狀網(wǎng)：樹狀網(wǎng)：M=N-1 環(huán)狀網(wǎng)：環(huán)狀網(wǎng)：M=L+N-1（L為內(nèi)環(huán)數(shù)）為內(nèi)環(huán)數(shù)）（1）（2）（3）（4）（5）（6）（7）（8）198765432Q

8、7Q3Q2Q1Q4Q5Q6Q8節(jié)點數(shù)：節(jié)點數(shù)：N=8管段數(shù)：管段數(shù)：M=2+8-1=94.2 管網(wǎng)模型拓?fù)涮匦?研究由點和線構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)圖形變化和其特征13 1）幾何表示法： 在平面上畫上點，表示節(jié)點，在相聯(lián)系的節(jié)點之間畫上直線段或曲線段表示管段，所構(gòu)成的圖形表示一個管網(wǎng)圖。改變點的位置或改變線段的長度與形狀等，均不改變管網(wǎng)圖均不改變管網(wǎng)圖。2）圖的集合表示 節(jié)點集合：V=v1,v2,v3,vn； 管段集合： E=e1,e2,e3,em；記為G(V,E)。 管段ek=(vi,vj)與節(jié)點vi或vj相互關(guān)聯(lián)， 節(jié)點vi與vj為相鄰節(jié)點。 例：圖A所示管網(wǎng)圖G(V,E)，節(jié)點集合：V1,2,3,4,

9、5,6,7,8,9,10,11,12)；管段集合：E=(1,2),(2,3),(3,4),(4,5),(5,6),(6,7) ,(8,3) ,(9,10) ,(10,5) ,(11,12) ,(12,10)。 圖的節(jié)點數(shù)為N(G)=12，管段數(shù)M(G)=11。圖圖A152、有向圖 在管網(wǎng)圖G(V,E)中，管段ek=(vi,vj)E的兩個節(jié)點viV和vjV有序，即ek= (vi,vj) = (vivj) (vj,vi)，圖G為有向圖，節(jié)點vi稱為起點，節(jié)點vj稱為終點。圖4.4中： V1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12； E=(12),(23),(34),(45),(56),(

10、67) ,(83) ,(910) ,(105) ,(1112) ,(1210)。起點集合，記為F：F=1,2,3,4,5,6,8,9,10,11,12；終點集合，記為T：T=2,3,4,5,6,7,3,10,5,12,10。163、管網(wǎng)圖的連通性 管網(wǎng)圖G(V,E)中，任意任意兩個頂點兩個頂點均通過一系列邊及頂點邊及頂點相連通，即從一個頂點一個頂點出發(fā)，經(jīng)過一系列相關(guān)聯(lián)的邊和頂點，可以到達(dá)其余任一頂點其余任一頂點，則稱G為連通圖，否則為非連通圖。（1）節(jié)點的度 圖G(V,E)中，與某節(jié)點v關(guān)聯(lián)的管段的數(shù)目稱為該節(jié)點的度，記為d(v)，簡記為dv。各節(jié)點度之和等于其管段數(shù)的兩倍。（2）關(guān)聯(lián)集 圖

11、G(V,E)，與節(jié)點v相關(guān)聯(lián)的管段集合稱為節(jié)點v的關(guān)聯(lián)集，記為S(v)或Sv。 圖4.5中，各節(jié)點關(guān)聯(lián)集為：S1=1、S2=1,2,4、S3=2,3,5、S4=3,6、S5=4,7、S6=5,7,8、S7=6,8。（3）割集 將節(jié)點與原圖分離，需要切斷的管段組成集合，稱為G的一個割集，記為S(V1)。18（1）路徑：圖G(V,E)中，從節(jié)點v0到vk的一個節(jié)點與管段交替的有限非零序列v0e1v1e1ekvk, ，稱為行走行走，如果行走不含重復(fù)的節(jié)點，稱為路徑。管段數(shù)k為路徑的長度，v0與vk分別為路徑的起點和終點。（2）回路：圖G(V,E)中，起點與終點重合的的路徑稱為回路，記為RK，k為回路的編號。顯然，環(huán)也是回路，它是平面圖中回路的特例，環(huán)的方向一般設(shè)定為順時針方向。如圖4.8所示圖中，R1=2,5,7,4、R2=2,3,6,8,7,4 、R3 =3,6,8,5均為回路，其中R1和R3是內(nèi)環(huán)。204.3.1節(jié)點流量方程 在管網(wǎng)模型中，所有節(jié)點都與若干管段相關(guān)聯(lián)