第4章-给水排水管网模型.ppt

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1、第4章　给水排水管网模型§4.1给水排水管网模型方法§4.2管网模型的拓扑特性§4.3管网水力学基本方程4.1给水排水管网的模型化管网模型：将给水排水管网工程实体简化和抽象为用管段和节点两类元素图形和数据表达的系统，称为给水排水管网模型。管网模型分类：拓扑模型、水力模型、水质模型、运行管理模型。管网模型内容：管网拓扑关系和水力、水质特性。模型理论基础：数学、水力学、化学、生物学。管网图简化某市管网全图管网局部图管网简化图4.1.1给水排水管网简化（1）简化原则1）宏观等效原则。保持其功能，各元素之间的关系不变。2）小误差原则。简化模型与实际系统的误差在一定允许范围，满足工程上的要求。（2）

2、管线简化一般方法1）删除次要管线，保留主干管线和干管线。2）相近交叉点合并，减少管线的数目。3)删除全开阀门，保留调节阀、减压阀等。4）串联、并联管线水力等效合并。5）大系统拆分为多个小系统，分别计算。管网简化图例：节点合并管段合并分解忽略在保证计算结果接近实际情况的前提下，为方便计算可对管线进行适度简化。分解：只有一条管段连接的两个管网可分解成两个管网进行计算；管网末端水流方向确定的部分可分开计算；环状网上接出的树状网分开计算。忽略：管网中主要起联络作用的管段，由于正常运行时流量很小，对水力条件的影响很小，计算时可以忽略。节点合并：距离很近的两个节点计算时可视为一个节点。4.1.2给水排

3、水管网模型元素所谓抽象，就是忽略所分析和处理对象的一些具体特征，而将它们视为模型中的元素，只考虑它们的拓扑关系和水力特性。经过简化的给水排水管网进一步抽象成为仅由管段和节点两类元素组成的管网模型。管段和节点管段：管线和泵站等简化后的抽象形式，只输送水量，不允许改变水量，但可以改变水的能量。当管线中间有较大的集中流量时，应在集中流量点处划分管段，设置节点。泵站、减压阀、跌水井、非全开阀门等应设于管段上。节点：管线交叉点、端点或大流量出入点的抽象形式。水的能量唯一，但有流量的输入或输出。管段和节点的属性管段属性构造属性：管长、直径、粗糙系数。拓扑属性：管段方向、起点、终点。水力属性：流量、流速

4、、扬程、摩阻，压降。节点属性构造属性：高程、位置。拓扑属性：与节点关联的管段及其方向、节点的度；水力属性：节点流量、节点水头、自由水头。4.1.3管网模型的标识（1）节点和管段编号－－节点和管段命名。节点编号：（1），（2），（3），┉；管段编号：［1］，［2］，［3］，┉。拓扑学：数学分支。研究几何图形变化和图形特征。图论：拓扑学中的主要内容。研究由点和线构成的网络图形变化和其特征，亦称为拓扑特征。图表示事物（点、顶点）之间的相互关联关系（线、边），又称拓扑关系。管网模型：模拟或表达给水排水管网的拓扑特性和水力特性。表达水流的路径和运动状态。理论基础：质量守恒定律、能量守恒定律。4.2管

5、网模型拓扑特性管网图的三种表示方法1）几何表示法：在平面上画上点，表示节点，在相联系的节点之间画上直线段或曲线段表示管段，所构成的图形表示一个管网图。改变点的位置或改变线段的长度与形状等，均不改变管网图。2）图的集合表示◈节点集合：V={v1,v2,v3,…vn}；◈管段集合：E={e1,e2,e3,…em}；记为G(V,E)。管段ek=(vi,vj)与节点vi或vj相互关联，节点vi与vj为相邻节点。◈例：图4.4所示管网图G(V,E)，节点集合：V＝{1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12)；管段集合：E={(1,2),(2,3),(3,4),(4,5),(5,6),(6

6、,7),(8,3),(9,10),(10,5),(11,12),(12,10)}。◈图的节点数为N(G)=12，管段数M(G)=11。有向图在管网图G(V,E)中，管段ek=(vi,vj)∈E的两个节点vi∈V和vj∈V有序，即ek=(vi,vj)=(vi→vj)≠(vj,vi)，图G为有向图，节点vi称为起点，节点vj称为终点。图4.5中：V＝{1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12}；E={(1→2),(2→3),(3→4),(4→5),(5→6),(6→7),(8→3),(9→10),(10→5),(11→12),(12→10)}。起点集合，记为F：F={1,2,3,4

7、,5,6,8,9,10,11,12}；终点集合，记为T：T={2,3,4,5,6,7,3,10,5,12,10}。图G(V,E)，与节点v相关联的管段集合称为节点v的关联集，记为S(v)或SV上图中，各节点关联集为：S1={1}、S2={1,2}、S3={2,3,7}、S4={3,4}、S5={4,5,9}、S6={5,6}、S7={6}。3)关联集4.2.2环状管网与树状管网（1）路径：图G(V,E)中，从节点v0到v