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供水管网水力模型 张 明 安徽工程大学 Tel：139 5531 6938 Email：zhangming@ahpu.edu.cn 主要内容 1、管网水力模型建立背景 2、管网系统组成及各部分流量关系 3、管网模型化 4、管网水力学基本方程 5、管网水力特性的计算机模型 供水管网系统各部分的流量关系 3.2 管网拓扑结构模型化 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 管网简化原则与方法 （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）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 3.3 供水管网模型元素概化 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。 经过简化的供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。 概化后管段和节点的属性 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、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。 5 管网水力特性的计算机模型 首先对所需进行计算的管网加以简化，然后对节点、管段和 环进行编号。标明管段流量和节点流量的流向。 节点编号：（1），（2），（3），┉； 管段编号：［1］，［2］，［3］，┉。 5.1 管网图的表示方法 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：图示管网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),(6,7) ,(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。 环状管网与树状管网的表示方法 （1）路径： 图G(V,E)中，从节点v0到vk的一个节点与管段交替的有限非零序列v0e1v1e1…ekvk, ，称为行走，如果行走不含重复的节点，称为路径。 管段数k为路径的长度，v0与vk分别为路径的起点和终点。 （2）回路： 图G(V,E)中，起点与终点重合的的路径称为回路，记为RK，k为回路的编号。显然，环也是回路，它是平面图中回路的特例，环的方向一般设定为顺时针方向。 如图4.7所示图中，R1={2,5,7,4}、R2={2,3,6,8,7,4}均为回路，其中R1是环。 （3）树状管网 1、树的定义和性质 定义： 无回路且连通的图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。 排水管网和小型的给水管网通常采用树状管网，其拓扑特性即为树，如图示。 树的性质： 1）任意删除一条管段，将使管网图成为非连通图。 2）任意两个节