给水排水管道系统 第四章 给水排水管网模型课件.ppt

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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。将复杂的管网拓扑

2、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

3、决的问题，显著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

4、的经验数学表达式。宏观模型不能求得管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

5、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：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

6、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

7、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V0E1V1E2…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

8、图中，起点和终点重合的路径称为回路。3，基环当环中不包括其他环时，称此环为基环。