给水排水第四章 给水排水管网模型.ppt

第4章 给水排水管网模型 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。 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）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。 * 简化前 简化后 4.1.2 给水排水管网模型元素 模型基本元素：管段和节点 （1）管段：两节点之间的管线。 管道只输送水量，中间不允许有流量输入或输出，但因有管道阻力，所以有能量改变。 沿线流量： 指供给（收集）该管段两侧用户所需（排放）的流量。应用水力等效原则折算到管道两端的节点上。 节点流量：从沿线流量折算得出的并且假设是在节点集中流出的流量。给水管网将沿线流量平均分到管道两端节点上。排水管网则将沿线收集水量折算到端点上。 当管线中间有较大的集中流量（工业企业、医院、学校等）时，应在集中流量点处划分管段，设置节点。 （2）节点：管网中端点、有分支的点或大流量出入点。 节点只传递能量，但有流量的改变（有流量输入、输出） （3）管段和节点的属性 管段的构造属性：管段长度、直径、粗糙系数 管段的拓扑属性：管段方向、起端节点、终端节点 管段的水力属性：流量、流速、扬程、摩阻、压降 节点的构造属性：高程、位置 节点的拓扑属性：关联管段及方向、节点的度 节点的水力属性：流量、水头、自由水头 其他一些基本概念： 管网的环：起点和终点重合的管线。 基环：不含其它环的环。 大环：含有基环的环。 * * （2）管段方向的设定：总是从起点指向终点 设定方向不一定等于管段中的水流方向，因为有些管段中的水流方向是可能变化的，且计算前有些管段无法确定流向。 （3）节点流量 的方向设定 流出节点：流量为正 流入节点：流量为负 * 4.2 管网模型拓扑特性 * 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 4.2.1 管网图的基本概念 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。 * 1、管网图的几种表示方法 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),(6,7) ,(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。 管网图的关联集 （1）节点的度 图G(V,E)中，与某节点v关联的管段的数目称为该节点的度，记为d(v)，简记为dv。各节点度之和等于其管段数的两倍。 （2）关联集 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。 图4.5中，各节点关联集为：S1={1}、S2={1,2,