城市给水管网

2024-06-30

城市给水管网（精选十篇）

城市给水管网篇1

制约城市给水管网可靠性的因素主要有机械故障和水力条件变化,目前针对给水管网可靠性的研究却往往仅从其中一个方面进行考虑,因次所建立的管网可靠度模型具有片面性,难以对实际管网的可靠性做出全面评价[2]。现阶段,将管网发生的机械故障与水力条件变化相结合,综合分析城市给水管网可靠性已成为管网可靠性的研究热点。

1 管段组件可靠性指标的确定

在分析给水管网可靠性之前需做如下假设[3]。

(1)在管网系统的所有组件中,只考虑管段发生故障对系统可靠性的影响。

(2)管网组件只有正常和失效两种状态。介于失效与正常之间的状态折算为正常状态,视为供水节点部分满足规定的功能要求。

(3)管网组件的状态转移率,即故障率λ和修复率µ均为常数,且组件或系统的故障和修复是相互独立的。

管段属于给水管网中的恢复性组件,本文将管段的故障率λ、修复率?及稳态可用度A作为管段组件的可靠性指标。

1.1 管段故障率λ

管段故障率λ一般取为管段在单位时间内单位长度发生故障的次数ξ(1/a·km)与管长L(km)的乘积[4]。由于基础沉陷、外部荷载作用及内部水压冲击等外部因素的改变,城市给水管网的管道故障率会随之发生改变,且管材或管径的差异导致管道抗压强度和抗腐蚀能力等内部因素也会不同,其λ值也不一样。

1.2 管道修复率µ

管道修复率µ一般取为管段在单位时间内完成修复的次数(a-1)[5]。修复率数值的大小主要与维修类型,故障管道所处的位置、修复工作的实际条件、工人的操作熟练程度等因素有关,上述因素均受到各地区实际条件的影响,因此对于µ值的计算也就难以形成统一的数学模型,一般只能通过对当地的维修数据进行数理统计得出。

1.3 管段可用度A

在给水管网实际运行过程中,各种故障时有发生,将维修后仍可正常投入使用的管段称为可维修组件。在规定的条件下,管段可用度A指组件正常运行的概率。

在规定的条件下,组件任意时刻正常工作的概率称为组件瞬时可用度A(t);与其相对应的是瞬时不可用度,表示组件使用时任意时刻发生故障的概率,用Q(t)表示。采用组件瞬时可用度公式:

将组件可用度A定义为管段从开始到使用寿命T这一时间段内的平均可用度,即求A(t)的数学期望E[A(t)]。由函数的数学期望公式得:

又因为f(t)在[0,T]时间段内服从均匀分布,f(t)=T1,t∈[0T],故组件可用度的数学式表示为:

2 给水管网可靠性指标及计算

2.1 管网节点可靠度iR

在城市给水系统运行中,管网处于某网络结构形式k与其处于某供水量区间l是相互独立的,忽略两个及两个以上组件同时发生故障的情况,可以得出:若管段数为N、流量划分区间数为L,可有L(N+1)种不同的水力状态,即只需在管段故障状态下进行L(N+1)次水力分析便可完成管网节点可靠度分析。管网各节点发生故障的概率可表示为:

其中,

式中:

Him为节点i要求的最低供水压力;

PDl,Pk为管网处于供水量区间l时发生的概率、管网处于网络结构形式k时发生的概率、管网处于供水量区间l和网络结构形式k时节点i的节点水压Hi低于Him的概率;

T,Tl为设定时间年限,设定时间年限T内流量处于供水量区间l时所占的总时间;

{i1,j1}为处于正常工作状态的管段集合和处于故障状态的管段集合。

节点水压Hi的变化服从正态分布,即,所以利用概率论理论把转化为标准正态分布函数:

将上式代入:

得到:

于是,管网节点的可靠度为:

2.2 管网系统可靠度sR

通过对各用水节点进行可靠度分析,便可求解整个系统的网络结构可靠度,目前常用的计算方法有算数平均法、几何平均法及权重因子法[6]。

当某个节点的流量比较大时,该节点可靠性占据整个系统可靠性的地位应比流量小的节点重,然而,算术平均法与几何平均法的计算都忽略了这一点,因此无法真正反映节点的重要程度,权重因子法中却可以很好的反映出这一特性。其计算公式为为[7]:

3 给水管网可靠性评估方法

在给水管网运行过程中,若某一管段出现故障,需要采用关闸的方式进行检修,此时可认为该段管线已从管网中除去。接下来,利用水力分析法模拟当该管段处于故障状态下的管网运行水力情况,若得出此时管网中某节点水压、水量不能满足用户使用要求的下限值,则认为该节点发生故障。

综上所述,本文所采用的给水管网可靠性评估过程为。

(1)搜集原始数据,获得管网可靠性平差基本数据,结构图,组件故障率、修复率等。

(2)利用管段修复率、故障率等数据计算其组件的可用度。

(3)列出全部可能的系统状态,计算每种状态出现的概率。

(4)对处于各种状态下的管网进行水力分析,获得计算可靠性指标所需的数据。

(5)计算可靠性评估指标。

4 结论及建议

通过对给水管网可靠性模型的分析,笔者认为:采用抗高压、耐腐蚀的材质,加大对管道的维护力度,利用多水源、分区供水,采用恒压供水等等措施,可有效提高城市给水系统的供水可靠性。此外,可通过强化系统中主要用水节点的可靠度来提高整个系统的可靠度。一般离水源越远、地面标高越高的用水节点,其可靠性指标及权重因子也就越小。若管网末端部分节点可靠性指标很小,可考虑通过增加水源的方式提高其供水可靠性。

文中可靠度模型的建立主要是基于管段的可靠性对整个系统可靠性的影响,而管段的可靠性分析主要考虑的是节点水量、水压的变化,尚未考虑水泵、阀门等附属构筑物的可靠性对整个系统的影响以及水质变化等因素,笔者将会在进一步研究中要注重对这一方面的研究。

摘要：在分析管段组件可靠度的基础上,得出节点可靠度,进而由权重因子法计算得到将城市给水管网发生机械故障与水力条件变化相结合时的管网可靠度模型,通过该模型的建立总结出给水管网可靠性评估方法,最后就模型分析给出结论及建议。

关键词：给水管网,可靠度,权重因子法,可靠性评估

参考文献

[1]严煦世,刘遂庆.给水排水管网系统[M].1版.中国建筑工业出版社,2002.

[2]王圃,龙腾锐,王力,等.城市给水管网可靠性分析与应用[J].给水排水,2005,31(6):107.

[3]刘丽霞.城市给水管网系统的可靠性分析于研究[D].重庆大学,2007.

[4]Cullinane MJ,Lansey KE,Mays LW.Optimisation-avail-ability based design of water distribution networks.J.HydraulE ng,1992,118(3):420-441.

[5]姜兴渭,宋政吉,王晓晨.可靠性工程技术[M].哈尔滨工业大学出版社,2005.

[6]郝红海.城市供水管网可靠性研究[D].天津大学,2007.

浅析城市给水管网系统方案技术篇2

浅析城市给水管网系统方案技术

随着生活水平不断提高,我国城镇供水管网建设上还很薄弱,本文对于城市给水管网系统相关技术进行分析,即从给水模式的.选择、管网的合理布置、供水是否分区及分区形式的选择、管道选材、施工等情况进行相关技术分析.

作者：韦培佳刘兴秀李昊作者单位：济宁供水集团总公司,山东济宁,272100刊名：中国科技博览英文刊名：CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY REVIEW年，卷(期)：“”(25)分类号：P33关键词：给水管网优化布置管材选择管道施工

城市给水管网篇3

1.城市给水管网系统建模所面临的机遇

1.1给水管网微观动态建模

随着遥测远传设备价格的下降，SCADA系统和优化调度系统进入了实用化阶段；计算机技术的发展也使GPS、GIS、MIS及OA等系统走向成熟；信息技术，传感器、电动执行机构、控制等技术的进步，促进了大型系统的控制和管理水平提高；优化技术、模拟技术与计算机技术的发展，为模拟大型的动态变化的给水管网系统提供了条件。

1.2管网优化运行具有巨大潜力

由于我国经济发展迅速、城市化发展快、自来水普及率提高迅速而导致供水系统布局和规划欠缺科学性，忽略了供水系统是一个多目标问题，致使管线连接复杂、铺设冗余，出现了管理困难、停留时间长、事故影响范围大等问题，故应在所建管网模型的基础上逐步改善管网布局以实现管网的优化运行。

1.3供水效益亟待提高

在满足用户用水需求的前提下，必须尽量降低供水成本。电费在供水成本中所占比例一般为30％～40％，故降低电耗始终是贯彻节能方针、提高供水企业经济效益的重要环节。管网漏失水量在计算供水成本时往往被忽视，2003年供水企业的漏损率为20．5％，因此管网水漏失率也应是影响供水企业经济效益的最重要因素，一般采用供水产销差代替漏失量进行统计分析。供水产销差过大是长期困扰我国供水行业的一个“老大难”问题。近年来随着劳动力价格的提高，劳动力成本成为供水成本中一个不可忽视的因素。因此，在管网动态水力模型基础上建立给水管网的优化调度、优化运行和漏损控制能有效提高供水效益。

1.4国家政策的支持

我国政府十分重视城市基础设施建设，“十二五”期间对水务的总投资将超过18000亿元，主要用于四个方面的水利建设，包括农田水利建设、防洪工程建设、水资源保障和城乡供水能力提高的工程建设以及水土保持和生态建设。水利部总规划师周学文说，中国政府一直鼓励水利建设积极利用外资，“十一五”期间，积极利用世界银行的贷款、亚洲开发银行的贷款用于一些水利工程的建设，如农田节水的建设、水土保持的建设，“十二五”期间还将积极地利用外资。据《中国统计年鉴2005》统计，2004年我国县级以上城市(包括县级市)共有661个，其中百万人口以上的城市有49个。据《中国城市发展问题观察》报告分析，预计到2010年，中国百万人口以上的城市将达到125个左右，其中人口在200万以上的特大城市将达到50个左右，这些大城市急需管网建模来提高城市供水的生产、管理和服务水平，对于那些中小城市也有同样的需求。

2.我国给水管网系统建模所面对的挑战

2.1模型的动态模拟缺乏长效性

由于我国城市发展迅速，给水管网不断扩展，用水量布局不断变化，管网的拓扑结构、节点流量不断更新。而目前所建的模型还不能适应主要参数不断变化的状态，模型的动态模拟缺乏长效性，对其推广应用造成一定影响，同时这也是国外管网建模软件未在我国大规模推广应用的重要原因。因此笔者提出建立“自适应”管网模型的新概念，即模型在一定范围内可以适应管网拓扑结构和主要参数的变化。供水管网水力模拟的过程，也是节点流量等不确定参数的估计过程。将人工智能理论、模糊推理、机器学习算法引入其中，通过自适应改变权值实现对原管网参数估计值的修正，在自适应参数估计的基础上使管网模型体现出自适应特点。

另一种方法是对管网进行适当简化。一般情况下，给水管网GIS可以精细到入户管，但是建模需要对管网作一定程度的简化。从目前来讲，DN200以上(包括DN200)的管段参与建模是较合适的，模型维护相对容易，也可精细到包括DN100的管道。如果模型精细到DN50或更小的管道，考虑到口径较小管道的变化较频繁，将导致模型维护的工作量很大，可能造成模型由于不能及时得到更新维护而失效。

2.2模型指导城市供水区块化亟待研究

实行区块化供水是降低电耗、降低漏耗、提高供水效益的重要途径，这已被国内外少数城市的实践所验证。对于如何使用给水管网模型指导城市供水区块化的问题，还需进行深入研究。随着城市的不断扩张，城市供水范围不断增大，可能出现相邻城市间管网相互连通的长距离输水的局面，但管网水质安全在长距离输配时难以得到保障。建立以配水管网水质在线监测为前提的管网区块化管理模式是保障管网水质的有效方法，通过动态水力计算，确定区块规模与边界，利用水质模型提出不同供水条件下的管网区块化管理方案，以保障水质的安全输配。

2.3管网水质分析的复杂性

我国建设部对36个重点城市的调查发现，从管网到水龙头的水质合格率降低了10％。目前对管网水质的分析及事故追踪还未得到很好的解决，管网水质模型是水力模型的延伸，这是一个非常复杂的课题，也未得到较好的解决。尤其是大规模供水管网水质模型的校核，采用遗传算法的自动校核寻优时间较长，往往达不到实用要求。尽管目前国外已经对管网内微生物生长的模型进行了一定研究，但相关的动力学参数仍缺乏试验数据支持，应用中应采用相关试验方法进行测定和修正。

当然，我县给水管网系统建模同样具有巨大的潜在的需求，这种需求给了科研工作者强大的动力和机遇。虽然已认识到给水管网系统建模是实现给水管网科学管理的重要工具，是实现数字化、信息化的基础，但是模型的动态模拟缺乏长效性，管网水质分析的复杂性和城市给水管网区块化供水过程中的分区还缺乏科学性，是给水管网建模亟待解决的重大问题。這些问题是对建模工程的挑战，需作大量、深入的工作。

城市给水管网篇4

1 PE给水管道的优越性

1) 耐腐蚀、不结垢:PE给水管材是一种具有非极性结构的高分子材料, 具有较好的耐化学性。对水中和土地中的所有离子和建筑物内的化学物质均不起化学作用, 具有抗酸碱腐蚀能力、不生锈、不结垢、耐老化、不滋生微生物、不产生异味。符合卫生规定, 是饮用水输送的理想管材。

2) 质量轻:质量仅为钢材的1/10, 可大大减轻工人的施工强度, 降低了机械的吊装费用, 缩短了工期, 提高了功效。

3) 管件连接牢固, 由于聚乙烯具有良好的热熔性, 能保证接口材质结构与管体本身的同一性, 实现了接头与管材的一体化, 熔接接头泄露率比金属管道显著降低。

4) 管内流体阻力小:管段内壁平滑, 沿程摩阻力比金属管道小, 管件连接不缩径, 局部阻力系数比钢管小。

5) 使用寿命长:镀锌管的使用寿命一般为10年~15年, 实际使用时间往往更短, 而PE管使用寿命可达50年。

6) 对地基的变化有较强的适应性:PE管材是一种高韧性管材, , 其断裂伸长率一般超过50%, 对管基不均匀沉降的适应能力非常强, 对地基沉降和端部荷载具有有效的抵抗能力。

2 PE给水管在供水工程中的应用

2.1 PE给水管道的施工

1) 沟槽断面:在断面选择中, 考虑以下几个因素的影响:管道的直径、埋设深度、土壤类别、地下水情况、施工季节、沟槽是否用支撑、土方的运输、排水方法。

2) 基础处理:开挖中若基础为未扰动槽底原状土, 可直接铺设管道, 对于一般土质, 主要采用铺砂垫层, 厚度为200mm, 管道在铺砂垫层前, 应先夯实平整, 其密度不应低于90%。对于流砂、淤泥层硬土层等, 采用换土、打桩等措施, 确保工程质量。

3) PE管材、管件之间的连接:PE管材、管件之间的连接一般有热熔连接、电熔连接及机械连接。热熔连接又分为热熔承插连接和热熔对接连接, DN65管道以下 (包括DN65) 采用热熔承插连接, DN100以上采用热熔对接连接。热熔连接要采用相应的专用连接工具, 连接时严禁明火。要校直两对立的待连接件, 使其在同一轴线上。

a.热熔承插连接方法:将匹配的内表面和外表面同时加热到粘流态, 拆去加热工具, 将外表面插入内表面形成承插搭接。其连接的界面是柱状面。热熔对接连接关键是要把熔接过程中柱状熔融界面的温度、时间和接缝压力三个参数调到最佳, 把熔融界面材料的特性、柱状界面几何尺寸自身的匹配及界面和加热工具的匹配性、环境温度等因素同时考虑。这种操作大多为手工操作, 因此人为因素是焊接质量的一个重要影响因素。b.热熔对接连接方法:将两相同的连接界面用加热板加热到粘流状态后, 移开热板, 再给连接面施加一定的压力, 并在此压力状态下冷却固化, 形成牢固的连接, 其连接界面是平面。热熔对接连接的关键是要在对接过程中调整好温度、时间、压力三个参数, 要把连接界面材料的性能、应力状况、几何形态以及环境条件等自然因素一起考虑, 才能实现可靠的熔焊。c.不同管径之间的PE管连接采用PE异径管件变径后, 仍采用热熔连接。

4) PE管材与其他的管材、管件及阀门之间的连接。配水主管道的施工管段水压试验及冲洗消毒合格后, 要与用户管、已建管道等其他材质的管材、阀门进行过渡连接, 尤其是对更新改造的主干管更是存在着与其他管道连接的问题。

a.dn63以下的PE给水管与金属管道、小口径阀门的连接, 可采用内 (外) 镶嵌金属螺纹的注塑管件进行过渡。b.dn63以上的PE给水管与其他材质管道、阀门、伸缩器、消火栓等金属管件的连接, 采用相同型号的法兰连接进行过渡, PE管材的过渡法兰由法兰头和钢塑法兰片组成。PE管材与其他材质的管材、管件、阀门等的连接, 其过渡管件的压力等级不得低于管材的公称压力。

5) 热熔连接过程中易出现的操作缺陷及预防措施:熔接强度的确定要考虑材料的性质和接头的质量, 一般控制熔接温度为230℃±10℃, 温度的上限受制于材料结构的变化和焊缝形状的优劣。温度过高, 会出现卷边尺寸增大, 聚合物熔体对工具的粘附。聚合物的热氧化会析出挥发性产物 (一氧化碳、不饱和烃等) , 使接头强度降低。

热熔连接过程中易出现的质量缺陷及预防措施如下:

a.接头处或接头附近的管材上出现裂缝:由于设定的温度过高, 产生管材表面碳化, 相互熔接的两端材料熔体流动的速率不同。b.熔缝出现缺口:熔接压力不足, 吸热时间或冷却时间过短, 管口切削不平行。c.管端错位:由于机具夹具不同轴, 管段没有架设水平, 操作误差大。d.卷边不规范:过窄是熔接压力过大, 过宽是吸热时间不正确。e.熔接不充分产生假焊:连接的管端面有污染, 转换时间过长, 热板温度过低。f.角度变形:由熔接机和管材安装不当产生管端受力不均。g.连接面出现孔洞砂眼:焊接压力不足, 冷却时间不足。h.外来杂质引起的空隙:加热板处理的不干净或加热板上有水溶剂的存在。

2.2 PE管材的水压试验

由于PE管材是一种热塑料材料, 管材本身具有发生蠕变和应力松弛的特性, 与传统性材料 (如球铁、钢等) 管道不同, 水压试验过程中, PE管材发生蠕变会导致一段时间内呈连续下降趋势, 试压时间较长。

3 结语

PE管材作为一种新型管材, 虽然在施工中有其优点, 但应注意以下问题:

1) PE管材为塑料管材, 不易储存, 怕日晒, 必须有封闭较好的仓库保管储存。

2) PE管材的管道基础相对于球墨铸铁管, 要求更严格。

3) PE管道的主管材价格相对便宜, 但管件价格目前与其他管材相比, 相对较高, 如:电熔管件等。虽然PE管材有一定的不足, 但作为一种新型管材, 具有优异的材料性能、广泛的环境适应性及良好的连接、施工性能, PE给水管道会得到更广泛的应用。

摘要：PE管道是以高密度或中密度的聚乙烯原料生产的管道输配水系统, 是供水管材的新产品, 已成为管道领域“以塑代钢”的首选管材, 它克服了镀锌管、铸铁管易锈蚀、结垢、滋生细菌、寿命短的缺点。本论文介绍了PE给水管的优越性及在供水工程中的应用, 阐述了PE给水管安装工艺的参数控制, 提出了施工中易出现的质量缺陷。

二次给水管网安装工程承包合同篇5

安装工程承包合同

发包方：（以下简称甲方）承包方：（以下简称乙方）

根据《中华人民共和国合同法》、《中华人民共和国建筑法》、《建筑工程质量管理条例》及其他有关法律法规，遵循平等、自愿、公平和诚信的原则，双方就盛世豪廷工程施工事项协商一致，订立本合同。

一、工程内容

1、从市政管网开梯接水，安装开梯闸门壹台，并砌好闸门井，办理高层生活用水总水表（DN80）一块、消防水表（DN80）一块、经营水表（DN50）一块。

2、安装“XX”小区总水表表后水管至无负压加压系统，连接管路至水泵（含高低配电屏等控制设备及辅助系统），安装生活水泵，分别实现市网供水，高压、中压区供水及二次供水系统，包括与内水连接处对接的工料机等工作和费用。

3、所采用的无负压加压系统，必须是无蓄水水箱的。确保小区不少于1200户的正常用水。

二、承包方式

1、本工程一切费用采用包工、包料、包报批设计审批手续、包供水验收合格证、包调试、包原基建DN50表转户手续等所有事宜。

2、本工程所需材料、设备均符合建筑施工规范所规定的标准。

3、负责自来水公司手续办理、报告批示、设计审批、原基建DN50表转户手续，住建局二次供水验收合格证，乙方协调并办理好甲方与

市自来水总公司供水合同等。

三、工程造价

本合同工程范围内的总造价为：人民币

（￥：万元）（注：其款项不含预存到自来水总公司的水费）

四、工程工期

工程工期根据甲方施工进度需求，同步跟进，按图施工。

五、付款方式

1、合同签订动工后7内，甲方预付总工程款的给乙方；乙方安装主管及栓表时，甲方付总工程款的%给乙方；工程竣工验收合格并通水后付总工程款的%给乙方，最后待工程全面验收（包括与工程相关的所有批文和手续交给乙方等）合格后一次性付清余款，凭发票与财务结账。

2、乙方按甲方付款额度同期开具正式工程发票。

六、甲方责任

1、在开工前完成工程红线范围内的场地平整工作。

2、向乙方提供项目建设的施工总平面图。

3、积极配合乙方施工，并协调各施工方的关系。

4、甲方委派同志为甲方代表。

七、乙方责任

1、乙方须严格履行国家相关法律、行政法规及国家关于工程质量保修的有关规定，对交付甲方使用的工程质量保修期间承担质量保修责任。

2、乙方须严格按安全操作规定进行作业，以确保工作人员的人身安全；若在施工中发生任何安全事故，乙方承担全部的事故责任和

经济损失，甲方概不负责。

3、乙方必须保证相关单位组织二次供水验收合格。

4、工程竣工验收交付前，由乙方承担本合同内容的损坏、被盗等一切责任和费用。

八、其他

1、甲乙双方必须遵循与自来水总公司签订的供水合同。

2、在不违反设计及施工规范要求情况下，乙方必须服从和接受甲方对工程变更、增加项目的相关要求；隐蔽工程与设计不符时，乙方有权变更施工方案，费用不另计。

3、本合同是双方签订的工程合同，其款项不含甲方应交自来水公司的预付水费等相关费用。

4、如有未尽事宜，双方可友好协商解决。如协商不成，可向辖区内人民法院提请诉讼。

5、本合同一式四份，甲乙双方各执两份。双方签字后，同时具有法律效力。

甲方：乙方：

法定代表人：法定代表人：

委托代理人：委托代理人：

丹东市给水管网布局研究篇6

关键词:丹东给水管网规划研究

中图分类号:TV13文献标识码:A文章编号:1672-3791(2012)04(a)-0131-01

1 引言

至规划远期2030年,丹东市都市区生活需水量为127万m3/d,在结合各区给水管网现状的前提下,应尽快建成覆盖整个都市区域内6个组团(老城组团、新区组团、前阳组团、东港组团、金山组团、外围镇)的生活用水给水管网,实现城市一体化区域供水。

由于一般工业对水质的要求相对较低,可以充分利用污水处理厂提供的再生水,将其作为工业专用水源;而对于水质良好的地表水、水库水,则可作为生活用水的水源。因此,将工业用水管网和生活给水管网分离,这是对有限优质水资源的一种保护。此外,工业用水所要求的服务水压往往要低于生活用水水压,实现分网供水可达到节能降耗的目的。

综上,规划提出丹东市实行分质供水(除老城组团已成现状外,)给水管网由生活用水和工业用水两套独立的管网系统构成。

2 水厂规划

2.1 水源规划

丹东都市区城市供水水源为鸭绿江水、周边水库水和地下水。

鸭绿江上游河段属Ⅱ类水体,水质稳定,水量充沛,取水条件及水质良好,为丹东市规划老城组团的主要供水水源。座落于鸭绿江支流柳林河上游的铁甲水库,总库容2.56亿m3,以灌溉、防洪为主,兼顾发电、供水等。可作为丹东都市区的供水水源之一。

规划在鸭绿江城市段上游建造马市供水水源工程(可研工作已于1992年完成)。设计取水能力为20万m3/d,水源占地面积17hm2。

规划建设三湾水电站,设计取水能力56万m3/d。解决丹东都市区的主要用水。三湾水电站是叆河干流上梯级电站的最末一级,属于河床式电站。距叆河入鴨绿江口6km,丹(东)宽(甸)公路叆河大桥上游500m,距丹东市城市20km,且水质良好。

2.2 水厂布置

由于受到场地及周边环境限制,现有的鸭绿江新水源净水厂、珍珠山净水厂、鸭纸净水厂、元宝山净水厂不宜再扩建,现有供水能力为最终规模。这几个水厂主要服务于老城组团。

在新城组团规划四道沟净水厂、安民净水厂,能力分别为24万m3/d,10万m3/d,为该组团供水。扩建前阳组团现状净水厂,最终能力为5万m3/d,同时规划新建前阳南净水厂,能力10万m3/d。在东港组团规划东西两个水厂,能力分别为11、5万m3/d,保留现状东港净水厂,能力10万m3/d。规划马市净水厂与马市水源合建。

规划期末,为保证丹东都市区实现统一供水,共规划新建及保留现状水厂12座。工业集中用水水源均来自于工业区相邻的污水处理厂。

3 管网布置

3.1 管网布置原则

3.1.1 生活用水管网布置原则

(1)首先应立足于安全可靠供水,主干管形成环网,且要满足包括最大时、事故时及城市消防时的安全供水要求;此外,各供水区域内的给水管网在各自的区域内形成相对独立的供水环网,但是又与相邻区域有机地连为一个整体,保证局部管网事故时可以通过其他区域管网转输给本区域所需的事故时流量。

(2)为满足丹东市周边外围镇与丹东市区形成供水一体化,需从城区主干管环网上接出枝状输水管至纳入城市统一供水范围的各镇区,利用各乡镇原有管道加以适当改造同时新建一些管道后作为配水管网。

(3)给水管网应根据总体规划用地合理的分布于整个供水区,以满足区域内各用户对水量、水压的要求。尽可能缩短给水干管的总长度。近期与远期相结合,合理利用现状供水干管,规划管道随城市道路的改造、建设逐步完成。管道管径按远期流量计算,既要考虑经济性,也要充分保证供水安全性,部分联络管可以适当放大管径以提高供水安全性。

3.1.2 工业用水管网布置原则

(1)工业用水供水对象仅为规划新建的工业,目前由城市供水覆盖的工业企业仍由生活用水管网供水。

(2)规划的工业集中区,工业用水量集中、用水量大,且一般情况下水源与用水点分散,距离较远,故考虑铺设长距离,大管径工业输水管线。

3.2 管网布局

对于生活给水管网,根据城市发展要求,实施丹东都市区一体化供水的规划目标,结合规划期内净水厂的规模配置和地理位置分布,丹东市给水管网规划研究中提出了长距离大管径输水主干管和各组团独立供水的管网布局方案。

3.2.1 长距离大管径输水主干管

在规划远期(2030年),丹东都市区的生活用水将由12个水厂供给。其中鸭绿江新水源净水厂、珍珠山净水厂、鸭纸净水厂、元宝山净水厂的服务范围主要为老城组团,马市水厂的服务范围主要为水厂周边的外围镇及金山组团,四道沟及安民水厂主要为新城组团供水,前阳现状水厂、前阳南水厂主要为前阳组团供水,东港现状水厂及东港东、西区水厂的服务范围主要为东港组团。

由于丹东市的水源都来自于鸭绿江及叆河上游,位于城市的东部,故其水量需通过管道远距离转输到中部和西部远离水源的各区域。为了合理地调配如此大规模的水量,必须新建长距离大管径输水主干管,并且两根并行,保证供水灵活性和提高供水安全性。经计算,确定在城市主干路上建设DN1800～DN1200管道,构建输水主干管。

3.2.2 组团独立供水

都市区各组团独立成为一个体系,给水干管将水量输送至组团相应的水厂,合理规划配水干管及支管,以保证各区域的用水量和服务水压。要充分利用已有配水干管,并在周边新建或改造形成若干支管,保证供水。

4 区域加压设施

给水系统区域加压设施的设置主要视管网压力及用户需求而定。对于丹东市来说,根据净水厂的布局和管网的设置情况来看,由于输水管线过长,随着管网沿程水头损失的累积,为使东部的水顺利到达西部净水厂,需要在适当位置设置区域加压设施。同时北部地区地势相对较高,管网末梢供水压力势必相对较低,也需要设置加压设施。

规划期末,将考虑在四道沟净水厂位置处设置区域加压泵站,主干管的水量经此加压后方可达到前阳及东港组团净水厂,保证其负责区域内正常供水。同时在金山组团北部设置区域加压泵站,由于该地区地势较高,个别地方地面标高近50m,整体水压较低,在合适位置设置集中加压泵站,保证低压区的供水压力。

根据两个加压泵站位置来看,四道沟加压泵站用水可靠性要求高,且用地相对紧张,可采用联合加压方式;金山北部加压泵站需要有一定的调蓄能力,可采用清水池吸水加压方式。

5 结语

结合丹东市的用水需求特点,其给水管网应建设工业用水和生活用水两套独立管网系统。以长距离大管径输水主干管和各组团独立供水的管网布局方案,辅以合理布置的配水干管和支管,局部设置区域加压泵站的生活用水管网能满足用水需求且管网供水安全性高。

给水管网的分形篇7

1 管网分形生长的物理机制

1.1 管网生长的动力源

给水管网作为城市功能系统的一种,其产生发展受到环境的刺激和制约。

给水管网同时又是一个复杂系统。其基本组成元素之间具有不可忽视的强相互作用。在给水管网这个复杂系统中,用户的类型、位置和对水量、水压的要求不同,使得个体用户有不同的管段连接形式,这种连接能够强烈影响到其他用户对管网的连接,从而影响用水模式,不同的用水模式对应管网的不同形态布置结构。

因此,管网的生长受到多种因素(x1,x2,x3,…,xn)的共同作用X。x1,x2,x3,…,xn对X的影响比重不同,其中用水量需求xm对管网的生长起决定作用。X为管网带来能量的流动,引起熵的变化,系统才有生长的可能。管网要发生突变生长,系统的能量必须达到一个限定值,这个限定值就是管网生长的阈值。当X引起管网有效能量达到阈值,系统熵居高不下时,管网即生长。

1.2 管网的生长速度

管网发展初期,组元数目较少,外界环境的作用介质较少,且内部组元间相互作用简单。x1,x2,x3,…,xn中约束作用较少,输入系统的负熵流有限,因此,xm对X的作用影响比重较大,输入的有效能量易得到积累,管网易达到一个高熵的状态,系统较活跃,生长速度较快,周期短。

随着管网发展,其宏观状态复杂化,基本组元数目增多,与环境发生作用的介质数目、覆盖面积增大;组元之间的相互作用逐渐复杂,限制作用增强。此时x1,x2,x3,…,xn中起约束作用的因素较多,输入系统的负熵流增加,因此xm对X的作用影响比重减小,外界输入的有效能量易被耗散,系统的富余能量和熵积累速度缓慢,生长速度缓慢。

当系统与环境均趋于成熟,即x1,x2,x3,…,xn趋于稳定化,管网的供水能力与环境的需求相匹配,系统失去生长动力,管网有保持现状的惯性,管网不再生长。

1.3 自组织生长过程

系统论中的“自组织”是指一个系统在内在机制的驱动下,从简单向复杂、从粗糙向细致方向发展,不断地提高自身的复杂度和精细度的过程,管网的生长正是在用水需求增大这个内在机制的驱动下,管段数目不断增多,形态逐渐复杂这样一个自组织生长过程。给水管网的生长是间断的、不连续的多级生长模式。当系统完成一次生长时,x1,x2,x3,…,xn保持稳定,管网的供水能力与环境需求得以暂时匹配,管网中的富余能量较少,系统的熵较低,有保持现状的惯性。但x1,x2,x3,…,xn方向、大小总是随时间变化的,这种变化就叫涨落,为系统带来能量和熵的变化。在管网处于近平衡态时,涨落相对于管网所受的合力很小,即使偶尔有大的涨落也会立即耗散掉,不会对管网的宏观状态产生影响。随着作用时间增加,涨落的作用得到积累,管网中的有效能量积累,系统熵逐渐增加,平衡被打破,此时管网中的富余能量与突变生长的阈值相差逐渐缩小,管网由近平衡线性区走向远离平衡的非线性区。当管网到达临界点附近,此时出现的涨落可能被非线性机制放大为巨涨落,系统的富余能量超过阈值,系统发生突变,达到新的宏观状态。管网中的富余能量耗散,再一次回到平衡状态[3,4]。

1.4 管网形态各异的原因

涨落是导致管网形态各异的根本原因。涨落贯穿于管网生长的始终,管网最终的宏观形态本质上是所有涨落综合作用的结果,但并不是所有涨落都能体现在管网的宏观状态上。在管网生长的临界点处,涨落频繁出现,这些涨落相互竞争,都对应一种可能的生长模式。虽然这些模式都能满足供水需求,但其整体效果是有差异的,复杂系统的自组织生长会主动选择给定约束下代价最小的模式,竞争失败的涨落被耗散掉或仍以微涨落的能量被积累,对应最优模式的涨落则被放大为巨涨落。促成管网突变的涨落是不同的,管网的形态也相应的存在差异[5]。

1.5 管网的自仿射性

首先,管网的各级子系统都是在x1,x2,x3,…,xn的综合作用下生长的,有相同的动力源,相似的约束环境;各级子系统的生长过程相同,都是一个由平衡态出发,能量积聚、熵增加,达到阈值,突变生长的过程;生长过程中都受到涨落作用,而选择促使其突变的涨落原则都一样:使系统生成给定约束下代价最小的模式。

其次,管网的各级子系统生长中x1,x2,x3,…,xn不尽相同,其数量、每一因素的作用方向及大小总是变化的,而管网的宏观形态本质上是x1,x2,x3,…,xn作用效果累积的结果,因此,每一级管网在时间、空间维上都存在拉伸变形;管网各级生长的生长速度、突变所需阈值不总是相同,导致各级管网突变的具体涨落是不同的。因此,管网的各级子系统间存在差异性,不是严格的自相似体。

因此,给水管网是自仿射型的分形体,且是统计意义上的分形。

2 分形理论用于管网优化的前景

管网作为一种物质传输系统,其追求的最优模式为既定约束下代价最小,这一原则与自然界在选取河川径流等物质传输系统的生长模式时遵循的原则一致,现有的研究成果已得出管网维数与河川水系维数的相关方程,以后的研究工作也可由自然系统推得管网的最优分形模式,与现有管网比较,从而得到管网的薄弱区域,有针对性的完善现有管网,避免盲目扩张,造成浪费。

城市地理工作者已成功得出人口区位、交通网络的分形模型,给水管网作为城市功能系统的一种,其规模应与人口相匹配,而管网的生长形体既依赖又受制于路网。

3 结语

分形理论是研究复杂系统的有力工具,前人已尝试用其描述管网现状,但已有研究还仅停留于求解现状管网的维数,依赖维数对管网进行评价,这样的评价是孤立的,未考虑到管网的服务人口及地形地貌等因素,合理性尚不够。目前分形理论还未真正用到管网的实际工程中,如何建立一个具有普适性的管网分形体模型,模拟管网的优化生长,为给水管网优化另辟蹊径还有待进一步研究。

摘要：从管网生长的物理机制角度入手,对管网生长的分形特性进行了探讨,介绍了管网生长的动力源、速度、自组织生长过程,分析了管网形态各异的原因及其自仿射性,阐述了分形理论用于管网优化的前景,以期促进分形理论在管网工程中的应用。

关键词：分形理论,物理机制,动力源,给水管网

参考文献

[1]束庆年,吕鑑,郝二成,等.雨水管网的分形研究[J].中国给水排水,2003,19(9):57-59.

[2]赵鹏,张宏伟,田一梅.给水管网的分形特征研究[J].给水排水,2007,33(8):117-121.

[3]Mandelbrot B.B.The Fractal Geometry of Nature.San Francisco:Freeman,1982.

[4]Mandelbrot B.B.Fractal:Form,Chance and Dimension.San Fran-cisco:Freem an,1977.

给水管网管线优化布置研究篇8

给水管网系统是一个有各种管道、泵站、水塔、调节阀等多种设施构成的输送水系统,通过系统的合理设计及运行管理,可以节约大量工程投资、提高水厂的经济效益。但管网问题是很复杂的,管网布置、调节水池容积、泵站工作情况等都会影响技术经济指标。在进行技术经济计算之前,事先必须完成管网布置。

2. 城市给水管网的优化布置

2.1 管网布置

以往在市政给水系统建设中,给水管网建设的随意性较大,随着城市规划的不断完善,道路建设和管理逐步规范,有些等级的道路明文规定:在建成后若干年内不得开挖,这就要求管道敷设一定要有规划,且规划要有一定的准确性。加之企业的效益控制意识增强,管网规划也日益受到重视,且逐渐成为供水规划的重要组成部分。

给水管网规划、定线是管网设计的初始阶段,其布置的合理与否,直接关系到供水运行的合理与否及水泵扬程的设置,对工程投资和管理维护也有很大影响;管网规划与布置是管道系统规划中的关键部分,管网工程投资巨大,一般占管道系统总投资的60%～80%。管线埋藏于地下,从而使资金浪费、供水不合理等问题不易暴露,存在的隐患较多。因此,为了彻底消除这些不合理因素,必须在管网规划和设计阶段进行合理的规划和优化设计,并进行系统的现状、近期和远期的水力模拟校核,以期能达到设计最优化的目的。对城市给水管网布置要满足以下基本要求:①应符合城市总体规划的要求,布置管网时应考虑给水系统分期建设的可能性,并留有充分的发展余地;②管网应布置在整个供水区域内,在技术上要使用户有足够的水量和水压;③管网布置必须保证供水安全可靠,当局部管网发生故障时,断水范围应减到最小;④力求以最短距离敷设管线,以降低管网造价和供水能量费用。

对于地形较为平坦的城市,管网的规划和布置相对来说要简单的多。但是,对于地形高差偏大的城市,若采用统一供水,会使环状网的平差难度增大,由于管网各部分地面标高相差太大,容易造成低区管内压力过高,发生爆管及管件损坏;而高区则会出现管网压力不足,甚至不能将水供至最不利点。若采用分区供水,会涉及到如何制定分区的界限,各区之间水量如何统一协调,平差很难收敛等问题,这也是在进行给水管网布置时所要考虑的。对于供水发展历史较长的城市,考虑编制管网规划时,可将城市管网分成新城区管网和旧城区管网改造两个部分。

2.2 管网定线

管网定线取决于城市平面布置,供水区的地形、水源和调节水池位置,街区和用户特别是大用户的分布,以及河流、铁路、桥梁等的位置。所以,管网定线时需要考虑的要点如下:

(1)输水管定线:①线路简短,保证供水安全,造价经济,尽可能沿公路敷设,少占农田,不占良田;②尽可能避免穿越铁路、公路、河流、沼泽、山谷等障碍物;③输水管的走向应和二级泵站输水到水池、水塔、大用户的水流方向一致;④输水管尽可能充分利用地形条件,优先选择重力流输水;⑤不得间断供水工程,输水管要设两条或两条以上;⑥输水管应有一定的坡度,在输水管的高处要设排气阀,在低的地方设泄水阀;⑦输水管的选择应考虑远近结合,分期结合。

(2)干管定线:①干管的布置要考虑水源、水塔等位置,应符合城市路网规划要求,沿原有道路和规划道路敷设;②干管尽可能地布置在较高的位置,保证对附近用户配水管中有足够压力,增加管道的供水安全性;③干管的间距根据街区情况,采用500～800m,干管隔一定距离设横跨管,其间隔考虑在800～1000m左右。其作用是保证关闭一些阀门时,能够供水;④在干管上充分考虑配水管的设置,留有接口。干管的布置也要考虑未来的发展,分期建设。在管线上要设附属设备,如闸阀(用来调节水量、检修)、消火栓;⑤供水区范围应根据规划原则确定,并将管线合理分布于全供水区,尤其注意高、远、偏等缺水地区。

2.3 改扩建管网的管线布置

做好管线布置的方案比较是进行改扩建管网优化设计的关键。对改扩建管网的布置应尽量利用原有管道,增设新管道,以管网改造为主。抓住对管网改扩建的时机,有步骤地对低压缺水区进行改扩建,增设新管道或增大原有管道的管径,更换年久失修或过水断面明显缩小的管段,达到提高供水效率的目的,以及增强管网运行的安全可靠性。根据规划,结合原管网道路下埋有多种管线的实际情况,对管网进行改扩建时的管线布置要考虑以下几点:将原管道所在道路列入改造规划范围内或其附近平行方向有规划道路,设定沿规划道路敷设管道;原管道所在道路维持不变,但允许增设管道,设定沿原管道所在道路加设管道;既无规划道路,又不允许新增管道,只能考虑将原管道拆除,新建大管径管道;对扩建部分的管网,沿规划道路敷设管道,满足新建管网布置要求。总之,配水管网的改造应按以下原则进行:①摒弃原有的严重老化、漏损严重的管道,采用新管代替之;②管网改造尽可能采用耐压性较好、抗腐蚀性较强的管道,以减少管道事故;③管网改造应有利于降低运行成本,避免对水质造成二次污染;④新管敷设尽量和原管道走向方向一致,以减少勘察和施工费用,并便于和已建管段衔接;⑤新管敷设应和改造的街道走向一致;⑥考虑远、近期管网的有机结合。

2.4 管网图形简化

对新建的给水管网适当加以简化,保留主要的干管,略去一些次要的、水力条件影响较小的管线,使简化后的管网基本上能反映实际用水情况,保证用户的用水量和水压,使城市配水系统能够优化运行。但是对管网的不适当简化,将会使计算结果和实际用水情况差别增大,造成部分供水区域压力过低,部分供水区域压力过高,甚至造成投资和运行的浪费。为了防止城市管网中某个区域压力过高或压力偏低,使整个系统的投资和运行达到最佳状态,必须合理简化管网中的管线。所以管网图形简化是在保证计算结果接近实际情况的前提下,对管线进行的简化。管网简化的方法如下:

(1)管线省略的原则是,通常情况下管径的大小与管线在供配水中的作用和水力条件的影响成正比。根据管网内用水人口和用水标准的分布,逐步去掉不影响管网水力计算的支管或管线,但需要人为地判断管线对管网工作的影响程度(如干线间的小连通管等),且不可避免地产生计算误差,尤其对于构成环的小管径的管线很难省略。在管网中省去一条管线(其不分担流量)后,严格地说会影响整个管网的水力条件,对所省略管线四周的管线水力条件影响最大。管线省略后对水头损失的影响与管线在管网中的位置、管径、管长,将要省略的管线数和四周管线中的流量等因素有关。但是,若布置的支管末端是大用户用水,以及容易发生火灾的地方,特别是在一条支管的末端,则这样的管线不能轻易被省略掉。原因是为了核算所定的管径和水泵能否满足消防时的流量和水压要求。

(2)管线的合并在理论上可以得到精确的计算结果,在大中城市的给管网中,有30%的管线可以做此简化处理。当两条管线距离越近,因合并而产生的水头损失影响越小。此外,平行管线合并和管线省略需要考虑对其四周管线的处理。

(3)可以分解的管网数少且至多由两条管线连接时,如管线的流向和流量易于确定,则可以将连接的管线断开,将一个管网分解为两个独立的管网,对两个管网分别单独计算。而我国大多数管网成环布置,一个供水区域与外部管网多处连接,此方法一般亦难以实现。

(4)对于供水规模较大的城市,许多市政道路下的给水管线都不只一条,通常位于道路的两侧,相互间通过过路管道连接,这些过路管管径通常与主干管管径相同或相近,长度较小,对道路两侧管线的水力条件基本不造成影响,过路管两端的水力参数基本相同,所以可将这种管段作为一个节。

3. 结束语

给水管网可靠性计算方法篇9

一、给水系统可靠性的定义

给水系统的可靠性是指在一定时间内, 在一定的运行条件下给水系统完成预定功能的性质。给水系统的功能是保证用水对象获得所需的水量、水压和水质。如果用水过程中发生恶化, 使这三个指标中任意一个下降到允许的限度以下, 就说系统发生了故障 (本文研究的是水压和水量恶化引起故障的情况) 。

按照系统发生故障的原因, 可以将可靠性分成两大类:机械可靠性 (Mechanic Reliability) 和水力可靠性 (Hydraulic Reliability) 。机械可靠性就是硬件系统的可靠性, 相当于给水系统的“固有可靠性”。配水系统的水力可靠性被定义为系统能提供一定水头和流速的概率。水力可靠性将未来用水作为一个随机事件, 考虑到所需压力和管道摩阻系数的不确定性, 水力可靠性制约于不确定性。Goulter指出, 由于下述原因将导致系统不能满足额定水头的情形, 这些原因是: (1) 硬结构如管道、阀门和泵等的随机性破损、修复; (2) 用水需求的波动。对此, 最重要的问题就是对配水系统的可靠性如何定量表征。正是由于存在着水力可靠性, 所以管网可靠性同一般可靠性问题有着本质的区别, 使得其研究变得比较复杂。

近年来有很多研究者应用不同的方法对给水管网可靠性的计算进行研究, 像基于水力可靠度的最小割集法、基于间接度量的熵指数法以及概率事件的monte-carlo法。这些方法都是根据不同的可靠性定义, 有相应的应用范围。但总体说来, 给水管网可靠性研究目前还没有统一的标准方法, 每种方法都能解决某一特定的问题, 不同的方法有不同的适用范围。

二、网络弹性指数法计算管网可靠

考虑到上述方法的计算量太大, 很难应用于实际城市大规模的管网的缺点, 不少研究者开始寻找一些间接度量可靠性的的指标。以便于在管网优化求解。

对于给水系统, 无论是机械故障或者水量变化导致的系统性能下降, 都会体现在管网内水头损失的增加。如果有足够的系统剩余能力能够弥补这些增加的水头损失, 那么给水系统就能满足用户的需水要求, 也就是说给水管网的可靠性较高。正是基于这一点, 产生了下面的方法度量给水管网可靠度。

1.弹性系数

Todini形管网优化设计问题时提出了弹性指数的概念来度量给水管网可靠性。所谓管网弹性系数就是给水管网供给能力超过用户需求的比例。他基于系统外输入管网的能量 (如水泵、水塔) 等于输送中损失的能量加上用户需要的能量, 如式 (1)

式中Pinp——总能量, J;

Pint——输送中损失的能量, J;

Pout——用户需要的能量, J;

nn——管网的节点数;

nr——水塔的数目;

npu——泵站数目;

我们定义弹性指数Ir如下式:

2.网络弹性指数

由式 (5) 我们知道节点j的剩余能量为Pj如式 (6)

上述弹性系数没有考虑到管网布局中一个节点连接多根不同管径的管道其可靠性也不同的因素。我们知道如果一个节点连接多根管道时, 管径大小越相同, 节点的可靠性越高 (任何一条路径断开, 影响最小) 。因此引入一个管径系数Cj来表达。如式 (7) , 节点j连接3根管道, 管径分别为D1、D2和D3, 且D1 D2 D3, 那么管径系数Cj就为:

我们可以把上式写成通用形式

式中npj——节点j连接的管道数目;

由此我们定义权重剩余能量Xj如下式

则管网剩余能量为:

把管网剩余能量和最大可能剩余能量的比值称为网络弹性指数In, 如下:

三、应用实例

下图为一个独立的工业园区大的管网系统图, 区域内的供水由加压泵从节点J1、J2将城区供水管网经过加压供水, 供应水量约2万m3。

要求供水最低满足自由水压28m的要求。供水区域内地面起伏较大, 大多数区域为高程6m的, 上图中左下角区域地面高程为20m。市政管网过来的压力可以保证36米的水头, 但由于有部分高程为20m的节点, 而导致整个供水区域进行了增压供水。为了节省运行费用, 决定改变加压泵的供水范围, 优化运行方案。将大部分地势较低的区域不用加压泵加压, 直接由市政管网供水。将上图中的地势高的区域利用阀门将该区域独立, 由节点J1加压, 减少水泵运行费用。用管网平差软件对管网进行平差计算, 计算出各个节点的自由水压, 根据上面所述原理计算其网络弹性指数, 作为可靠度的评价指标, 对运行方案改变前后的进行费用和可靠性综合评价。

五、结论

环状给水管网计算方法的研究篇10

关键词：环状管网,水力计算,基本矩阵

0 引言

随着我国经济建设的快速发展，城市日新月异，人民生活水平在不断提高。为此，工业用水量和生活用水量也迅猛增加，原有的给水系统已不能满足日益增长的需要，改建和扩建城市给水管网工作在不断地进行中。与此同时，国家建设部又制订了“供水行业2000年规划”，提出了两项提高(安全、效益)和三项降低(电耗、药耗、漏失)的目标，这对我国供水事业加强科学管理、提高服务质量、提高经济效益提出了更新的要求[1,2]。目前的管网多存在水力不平衡现象，有些管网虽然按照环状设计，但实际多按枝状网运行，不但没有发挥环状管网的优势，而且浪费了投资;有些管网按照标准管径进行管网的水力计算，不能满足回路压力平衡方程;还有些环状管网，随着运行的时间越来越长，其水力不平衡现象也越来越严重。其主要原因是我们对环状管网缺乏认识，设计、运行管理水平相对较低，计算环状管网的方法相对较少。因此，针对目前国内给水管网的这一现状，为配合城市建设，更好地对地下水管进行建设和维护，同时也利于自来水公司建设管网管理系统的需要。本论文在目前国内外给水管网水力分析算法的研究基础上，为充分发挥环状管网的优势，对环状管网进行了优化研究。

1 流体管网水力工况数学模型

在流体管网中，流体流动满足基尔霍夫第一、第二定律。

即:

其中，A,Bf分别为管网的基本关联矩阵和基本回路矩阵，若管网支路数为B，节点数为N+1，则A为B×N阶矩阵，Bf为(B-N)×N阶矩阵;G，ΔH分别为支路流量列向量，支路两节点间压降列向量;Z为各管段支路中两节点的位能差列向量(B维);DH为管段支路的能量输入项列向量(B维)，当管段不含能量输入项时，DH=0;S为B×B阶对角矩阵;Sj为各管段支路的阻力特性系数;|G|为B×B阶对角矩阵;|Gj|为各管段支路流量的绝对值。

上述方程组中，共有2B个未知变量(B个Gj,B个ΔHj)，同时也有2B个方程，由A,Bf的性质可知，方程组中没有多余方程，故有唯一解。

2 基本关联矩阵和基本回路矩阵的形成[3]

2.1 基本关联矩阵的形成

以图1为例说明，通过分析发现，图1中管段号与节点号的关系可以用表1的方法表示。

以表1第二行的某个值为行号，以该值的列号为A矩阵列号的值为1(表示起点);以表2，表3第三行的某个值为行号，以该值的列号为A矩阵列号的值为-1(表示终点)，其余为0。

2.2 基本回路矩阵的形成

规定:对于每一条管段，沿着所设流动方向，在管段左边的环路号填入表2第二行相对应的位置，管段右边的环路号填入表2第三行相对应的位置。图1所示管网的管段与环路关系数组用表2表示。

以上两矩阵形成可通过VC语言编程实现。

3 模型计算方法

供水管网的水力平衡计算是供水系统规划设计、经济评价和运行管理的基础，其主要目的就是在确定管径的情况下了解满足连续方程和能量方程的各节点压力水头和各管段的流量，为管网的科学管理提供信息资料，目前求解这些未知量的方法有解环方程法、环流量法，解节点方程法和管段流量法两种。在满足连续方程的条件下，用求解各环校正流量的方法，来间接解出各管段流量的方法叫解环方程法，也就是Hardy Cross法。以节点连续方程为基础，把方程中的管段流量通过管段压降计算公式，转化为用管段两端的节点压力表示，这样连续方程转化为满足能量方程，以节点压力为变量的方程组，通过求解方程组便可得各节点压力，此法称为节点法。管段流量法是将节点连续方程和环能量方程联立形成有p个独立方程的方程组，其个数为管网管段数，将其转化为以管段流量为变量的方程组，由于能量方程为非线性方程，难以直接求解。

经过比较，本文采用节点法计算[4]，对管网进行水力计算，要求满足以下三个方程组:

1)节点流量连续方程组Aq+Q=0;2)管段压力降方程组ATP=Δp;3)管段流量方程组q=C·Δp。

由上述三式可得求解节点压力的方程组:

其中，A为由元素aij组成的节点关联矩阵;C为由元素1/Sj·qj组成的节点对角矩阵;P为节点压力向量;Q为节点流量向量;q为管段流量向量;Δp为管段压降向量;AT为矩阵的转置矩阵。

计算步骤:首先初设管段流量q(0)，形成方程组(4)，求解节点压力p(1)，计算出q(1);q(1)不满足要求进行修正，再形成方程组(4)进行逐次逼近，直到第K+1次的q(K+1)与q(K)差的绝对值满足计算精度要求为止。

4 计算实例

如图2所示，供水管网有6个节点，7个分支，管网总流量为0.3 m3/s，按照节点流量平衡原理和选取的限定流速确定各管段的管径。

各管段的管长、管径和阻抗如表3所示。

取迭代精度为0.000 1，把表3中数据代入程序进行计算，得计算结果见表4。

5 结语

本文提出了目前环状管网运行中普遍存在的一些问题，针对该问题，运用基尔霍夫定律建立数学模型，考虑各种算法的优缺点，选用节点法对环状管网进行了计算机编程计算。

参考文献