7第七章给水管网优化设计

当
t时，
i1
8760q p hp
❖ 能量变化系数可以根据泵站扬水量和扬程的变 化曲线进行计算。假设：
▪ a)泵站扬水量与管网用水量同比例变化； ▪ b)在最高日最高时管网用水量和最低日最低
时用水量之间变化范围内，各种用水量出现 的几率相等。
于是可以推导出以下公式：
❖ 1)若泵站扬水至近处水塔或高位水池，扬程基 本不变(hpt≈hp)，即全部扬程为静扬程，则：
(hp0 / hp ) ' (1 hp0 / hp ) ''
泵站总扬程hp中用于满足地形高差和 用户用水压力需要的部分压力。
[例7.2]
❖ 某给水管网用水量日变化系数为Kd＝1.35，时 变化系数为Kh＝1.82，其供水泵站从清水池吸 水，清水池最低水位为76.20m。设计考虑两 种供水方案：方案一泵站供水到前置水塔，估 计水塔高度35.60m，水塔最大水深3.00m， 水塔所在点地面高程79.50m，估计泵站设计 扬程48.40m；方案二不设水塔，供水压力最 不利点地面高程为82.20m，用户最高居住建 筑5层，需要供水压力24mmH2O，最大供水 时的泵站设计扬程47.50m。试分别求两方案 的泵站能量变化系数。
❖ 所以，可得泵站能量变化系数：
24365
24365
24365
qpthpt
q
3 pt
qh3av[(2
Kz
)3
13
K
3 z
]
''
i 1
8760q p hp
i 1
8760q
3 p
i 1
8760K
q3 3
z hav(KzΒιβλιοθήκη 1)2K3 z
1
❖ 在实际情况中，既要考虑地形高差和用户水压 的要求，又要考虑管网水头损失，可采用加权 平均法近似计算能量变化系数：
❖ 设最小日最小时的用水量为qhmin，平均日平均 时用水量为qhav，则有：
qhmin 2qhav qh 2qhav K zqhav (2 K z )qhav
❖ 则全年中各小时用水量qpt可表示成等差数列：
q pt (2 K z )qhav ,, qhav ,, K zqhav
❖ 但和长距离的管道相比，泵站和水塔等设施的 造价占比例较小，同时为简化计算，在管网优 化设计计算中，仅考虑管道系统和与之直接配 套的管道配件及阀门等的综合造价，称为管网 造价。
❖ 管道的造价按管道单位长度造价乘以管段长度 计算。
❖ 管道单位长度造价是指单位长度管道的建设费 用，包括管材、配件与附件等的材料费和施工 费。
第七章 给水管网优化设计
本章概述
❖ 一、给水管网造价计算 ❖ 二、给水管网优化设计数学模型 ❖ 三、环状管网管段流量近似优化分配计算 ❖ 四、输水管优化设计 ❖ 五、已定设计流量下的环状管网优化设计与计
算 ❖ 六、管网近似优化计算
第一节 给水管网造价计算
一、管网造价的定义
❖ 管网造价为管网中所有管网设施的建设费用之 和，其中包括管道、阀门、泵站、水塔等造价。
一、给水管网优化设计目标函数
❖ 给水管网优化设计的目标是降低管网年费用折
算值，即在一定投资偿还期内的管网建设投资
费用和运行管理费用之和的年平均值。可用下
式表示：
W
C T
Y 1Y2
❖ Y1——管网年折旧和大修费，可表示为：
Y
1
p 100
C
一般取p 2.5 ~ 3.0
❖ Y2——管网年运行费用，主要为泵站年运行总 电费
二、管道单位长度造价公式
❖ 其与管道直径有关，可表示为：
c a bD
式中 c——管道单位长度造价，元/m； D——管道直径，m；
a、b、α——管道单位长度造价公式统计参数。 可用作图法或最小二乘法两种方法求得。
[例7.1]
❖ 根据上表数据，试确定各种管材管道单位长度 造价公式统计参数a，b，α。
❖ 所以，承插球墨铸铁管单位长度造价公式为：
c 112.9 3135D1.5
❖ 同样，可采用任两种方法可求得预应力钢筋混 凝土管单位长度造价公式为：
c 142.5 2105D1.02
❖ 所以，给水管网的造价可表示为：
M
M
C Cili (a bDi )li
i 1
i 1
第二节 给水管网优化设计数学模型
承插铸铁管： c 100 3072 D1.53
❖ 2、采用黄金分割最小二乘法求承插球墨铸铁管 参数
❖ 按最小二乘线形拟合原理，假设α已知，则有：
a
ci Di2 ci Di Di N Di2 ( Di )2
b
ci aN Di
a bDi ci 2
N
❖ 由于α取值一般在1.0~2.0之间，在此区间采 用黄金分割法取不同的α值，并代入到上3式中 计算a，b，σ，搜索最小方差σ，直到α步距小 于要求值为止。
管网动力 费用系数
❖ 式中γ为电费变化系数，即泵站全年平均时电费 与最大时电费的比值，即：
24365
gqpthpt Et /t
i1 8760gqphpE /
❖ 显然γ≤1，且全年各小时数据变化越大，γ值越小
24365
qpthpt /t
当E
E t时，
i 1
8760q p hp
/
24365
qpthpt
[解]
❖ 1、作图法求承插铸铁管 参数
❖ 1）以D为纵坐标，c为横 坐标，绘制数据点，以光 滑曲线连接各点，将曲线 延长与纵轴相交的截距值 即为a。
❖ 2）将公式两边取对数 得：
lg(c a) lg b lg D
以D为横坐标，(ca)为纵坐标，在双对数 坐标上绘制数据点，并 拟和为一条直线，该直 线与D=1相交点所对应 的C-a值即为b，直线斜 率即为α。
二、泵站年运行电费和能量变化系数
❖ 管网中泵站年运行电费为管网中所有泵站年运 行电费之和，可按全年各小时运行电费累计计 算，可用下式表示：
Y2
24365 gqpt hpt Et
i1
t
86000E
q
p
hp
Pqphp
全年各小时能量综合效 率，为变压器、电机和 机械传动效率之积。
最大时综 合效率
24365
24365
'
qpt hpt
i1
q pt
i 1
qa
1
1
8760qphp 8760qp qp Kd Kh Kz
❖ 2)若泵站扬水至较远处且无地势高差，其扬程 全部用于克服管道水头损失(hpt∝qpt2)。
▪ 在最高日最高时管网用水量和最低日最低时 用水量之间变化范围内，近似假定小时用水 量呈线性变化。