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论管网平差理论与其在市政给水管网建设中的应用


论管网平差理论与其在市政给水管网建设中的应用 摘要排水管道是市政工程建设中重要的基础设施。 管网平差是给水规划确定 管径的理论依据,平差对管网的改造、规划都有指导性的意义,如果节点流量分配 合理,结合测压,有助于发现故障管道。 关键词市政工程;排水管道;管网平差 管网平差是指在按初步分配流量确定管径的基础上,重新分配各管段的流量, 反复计算,直到同时满足连续性(节点)方程组和能量(环)方程组的环状管网水力计 算过程。管网平差的计算适应于枝状管网、环状管网和混合管网,水源点可以是 单个或多个的给水管网在不同计算工况、 水头损失及节点方程算法等条件下的平 差计算。及时进行管网建模,及时监控和调整水压、规划管网,可以节省投资和运 行成本。 1 管网平差的基本原理、方法与意义 管网是由看成节点的配水源和用水户及看成管段的管线组成的有向图,这些 节点和管段均可用变量—流量 qi 和水头损失 hi 表示,即 qi 和 hi(i=1,2,…,p)构成两 个 p 维向量: q’=(q1,q2,…,qp) h’=(h1,h2,…,hp) 管网中的实际水流情况应服从克契霍夫定律 : 克契霍夫第一定律 ( 即连续性 (节点)方程组):管网内任一节点的进、出流量的代数和为零。即 qi+∑qij=0。克契 霍夫第二定律(即能量(环)方程组):在任一环内,各管段的水头损失代数和为零。 即 ∑hij=0。 目 前 , 常用的管网平差方法有 : 哈代 · 克罗斯法 (Hardy-cross), 牛顿 · 菜福逊 (Newton-Raphson)法,线性理论法(Linear Theroy),有限元法(Finite-Element)和图论 法。 管网平差计算可以自动简化管网 ,分配流量,计算水头损失,计算各节点水压, 生成等水压线图和水压三维立体图,辅助决策,优化管径选择及日常调度。 管网管理方面,管网平差可以模拟管网的运行工况,制定更为科学、经济合理 的调度方案并寻找季节性阀门经济开度 ; 提供工况及事故预案 , 分析管网工程施 工、阀门关闭方案, 找出管网发生爆管、大漏水等事故发生位置 ,提出处理意见, 分析工程及事故对用户用水的影响程度,提高供水服务业务水平;分析及诊断管网 异常情况、开关阀门,摩阻突变和大规模给水系统中水打回笼等现象,提出解决办 法;帮助指导检漏工作,通过模拟给水管网运行工况,与正常工况对比,找出漏水点; 供水水质管理,通过模拟化学药品在管网中的扩散情况,实时反映管网水质情况并 提供最佳处理方案,控制管网水质;规划、设计和改、扩建管网方面管网平差还可 以为供水管网系统提供近、中、远期规划和各类小区规划;为供水管网系统设计 提供最佳设计方案; 分析现有管网的运行负荷 ,找出异常管段, 在短时间内提供多 种管网改、扩建方案并迅速将模拟状况显示出来,直观地反映各种方案的综合性 价比,以利于找出最佳方案。 2 市政给水管网平差的计算与软件 管网平差技术的发展与应用大致经历这样一个过程 ,1960-1980, 管网平差计 算技术用于管网设计、运行状况计算和校核 ,提高设计和管理水平;1980-1990,管 网运行与优化调度计算和管理用于优化设计、优化调度及数据库技术,提高了运 行效率和资料管理水平,管网建模技术开始应用;1990 至今,优化自动化运行和管 理,开始建立系统模拟建立和软件开发(系统分析管网建模、GIS、数据库、软件 连接和接口)、信息监测和监控系统(SCADA)、程序逻辑监控(PLC)。 平差计算的方法主要有三种:求解管段流量法、环方法和节点法。求解


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