给水管网扩建工程优化设计方法分析

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1、给水管网扩建I：程优化设计方法研究第一章概述1．4课题的目的和意义本课题的目的在于：在景德镇市给水管网现状资料的基础上，对给水管网扩建工程的优化设计方法进行研究和探讨，并编制实用可行的可视化程序界面。探索可在工程实践中得以应用的优化方法，节省工程投资。本课题不仅具有一定的理论意义，而且有一定的实用价值。竺查笪塑芝壁!j垦垡些堡生查鲨旦塞笙三兰丝坐箜旦芏壁坐垄丛竺塑型堡堡堕第二章给水管网扩建水力计算的理论基础2．1给水管网设计与水力计算的基本理论2．1．1给水管网分析一、进行给水管网水力分析的目的根据图论知识，给水管网系统是由链和

2、节点组成的。链可以是管段，任一链有一个起点和终点。节点是链的端点，节点可以是水源点、水塔点、已知水压点及最普遍的管线交点和管线端点。给水管网水力分析的主要目的就是确定每一节点的水压和每个链的流量。但是对于不同性质的工程，又包含其它不同的意义。l、在设计一个新建立的城市给水系统时，给水管网水力计算的目的，是根据最高日最高时设计用水量，求出各段管道的合理口径和水头损失，然后确定水厂的出厂水压和水塔应有的高度，以满足用户对水量和水压的要求。2、在已有的城市给水系统中，管网水力计算的目的，是利用管网运行过程中测压、测流、逐日逐时供水变化

3、及月用水记载等原始资料，复核管网各种输水状态的运行情况，为加强管网管理，挖掘管道潜力，改善低压区的供水情况，提供可靠的调度数据。3、在城市给水系统扩建时，管网水力计算的目的是根据规划的供水规模及相应的计划用水情况，在充分发挥现有水厂、加压泵站及管网的潜在能力的同时，适当增加或改建部分水厂，加压泵站及输配水管道，使其满足用户对水量和水压的新要求。二、管网系统的特点给水管网系统投资大，约占整个给水系统的70～80％，并且全部埋在地下，其隐蔽性相当强。即使是大口径的管线，只要满足供水要求，也不会被重视或发现，也就是说严重的材料浪费不易

4、暴露出来，不容易引起人们的重视和注意。给水管网系统的另一个特点，是不管设计的合理与否，一旦实施，更改困难。因此要求在设计过程中，尽量多地考虑其使用期限内可能出现的各种供水工况。2．1．2管网系统水力计算随着计算机的出现及其应用软件的发展，给水管网水力计算有了突飞猛进的发展，在理论及算法上日趋完善。管网水力计算的方法有三种，即管段方程、节6给水管jq扩建I程优化设计方法研究第二章给水管网扩建水力讣算的理沧肚础点方程和环方程。这些方程都是从水流的连续性方程和能量方程转变而来。给水管网系统的平差设计计算，在算法上已十分成熟，不论采用哪

5、一种方法，在目前这种计算机硬件水平下，都可以满足用户的要求。如国外应用较多的WatNET、8M、H20等软件系统，已成功地解决了成千上万根管段的管网系统平差计算。一、管网计算的基础方程在确定每～节点水压和每个管段流量的方程中，假设系统中有P个管段，J个节点(包括水源节点)和s个水源，系统存在如下的未知量，即有P个管段流量q．，和水头损失hn，S个水源供水量和J个节点水压Hi，总数为：P+J+s个未知数。这些未知数可以通过如下的方程组进行求解。1、J个节点连续性方程：连续性方程规定，任意节点的流进流量为负值，流出流量为正值。其形式

6、为：Eq，+Q=oiJ，∈{1，2，⋯Jt(2--1)式中：q。：管段流量；Q，：节点流量：U：节点号；J：节点数：2、节点水压高程与管段水头损失的关系式：H，一Hj=hg=s,jqF“(2--2)式中：Hj，Hj：管段两端节点i，j的水压高程hii=管段水头损失；qii：管段流量；so：管段摩阻；一般情况下，方程数等于P—L个，L为环数。3、L个环方程：∑(％)，=o(2—3)式中：t：环号；ij：管段两端的节点号；‰：管段的水头损失；4、S-1个水源的关系式F(Q)厂F(9)Ⅳ=(∑厅)H称为虚环方程，表示水源之间的关系(Q

7、)表示配水源的流量和水压特性。(2—4)两者用有关管线的水头损失相互联系，F给水管M扩建I{翌优化设计方法研究第二章给水管网扩建水力汁算的理论基础方程总数为P+J+S．1个，即比未知量少一。这时全部流量和水头损失可由这些方程组求出，只是管网节点的水压高程Hi值不能确定，但是由于控制点的自由水压一般均有要求，而控制点的水压高程等于自由水压加该点的地面高程，因此可推求出任何节点的水压高程。综上所述，方程组(2—1)为线性方程组，只将管段流量和节点流量联系起来，流量分配时已可以满足。方程组(2—2)和(2—3)为节点水压和环内管段的水

8、头损失关系，FI值由所用的水头损失公式确定，方程组对流量q为非线性。方程组(2—4)为水源的流量和压力关系，一般用实验曲线表示，例如水泵的特性曲线。这些曲线的近似数学表达式为流量的非线性函数t16l。二、管网的计算方法管网水力计算是对给定给水管网运用基本方程求解