给水排水管网模型
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《给水管道系统》
第4章 给水排水管网模型
给水排水管网模型
第4章 给水排水管网模型
4.1 给水排水管网的模型化
➢ 给排水管网模型:给水排水管网是大规模复杂多变
的网络系统，为便于规划、设计和运行管理，应将其 简化和抽象为便于用图形和数据表达和分析的系统
➢ 这种模型主要表达系统中各组成部分的拓扑关系和水 力特性，将管网简化和抽象为管段和节点两类元素， 并赋予工程属性，以便用水力学、图论和数学分析理 论等进行表达和分析计算
2)起端节点，简称起点； 3)终端节点，简称终点。 管段的水力属性有： 1）管段流量，是一个带符号值，正值表示流向
与管段方向相同，负值表示相反，单位常用m3/s 或L/s； 2）管段流速，也是一个带符号值，其方向与管 段流量相同，单位常用m/s； 3）管段扬程，即管段上泵站传递给水流的能量， 也是一个带符号值，正值表示泵站加压方向与管 段方向相同，负值则相反，单位用m；
给水排水管网模型
4.1.2 给水排水管网的抽象
经过简化的给水排水管网需进一步抽象，使 之成为仅由管段和节点两类元素组成的管网 模型
（1）管段 ➢ 管段是管线和泵站等简化后的抽象形式，
它只能输送水量，而不允许改变水量，即管 段中间不允许有流量的输入和输出，但管段 中可以改变水的能量，如具有水头损失、可 以加压和降压等。
4）如管线包括不同的管材和规格，应采用水 力等效原则将其等效为单一管材和规格。
给水排水管网模型
5）并联管线可简化为单管线，以水力等 效原则确定其管径。
6）在可能的情况下，将大系统拆分为多 个小系统，再分别进行计算。
给水管网简化示意见P67图4.1。请阅。
水塔
合并
合并 删除
分解
分解
图4.1 简给化水排后水管给网模型水管网
给水排水管网模型
2）小误差原则：简化产生误差，但要控制 在允许范围内，一般要满足工程上的要求
（2）管线简化的一般方法 简化措施： 1）删除次要管线（如管径较小的支管、配 水管、出户管等），保留主干管和干管线
➢ 次要管线、干管线和主干管线是相对的
给水排水管网模型
2）当管线交叉点很近时，可合并为一个交叉 点。如给水管网中在管线交叉处常用两个三通 代替四通(实际工程中很少用四通），但仍将两 个三通简化为四通，使 图中少了一个交叉点。 3）将全开的阀门去掉，将管线从闭阀门处切 断。全开和全关的阀门都不必在简化的管网中 出现。只有调节阀、减压阀等要给予保留
给水排水管网模型
管段的构造属性有：
1）管长，以m为单位； 2）管径，以m或m m为单位； 3）粗糙系数，与管道材料有关，以n、e、
CW等来衡量。 管段的拓扑属性有： 1）管段方向。是一个设定的固定方向
（不是流向，也不是泵站的加压方向， 但当泵站加压方向确定时一般取其方 向）;
给水排水管网模型
给水排水管网模型
4）管段摩阻：表示管段对水流阻力的大小；
5）管段压降：表示水流从管段起点输送到终点
后，其机械能的减少量，因为忽略流速水头， 所以称为压降，意为压力水头的降低量，常用 单位为m 。 节点的构造属性有：
1）节点高程：即节点所在地点附近的平均地面
给水排水管网模型
简化：从实际系统中去掉一些较次要的给水排
水设施，使分析与计算集中于主要对象;简化包 括管线的简化和附属设施的简化
抽象：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 扑关系和水力特征
拓扑学：数学的分支学科，研究几何图形在连
续改变形状时还能保留不变的一些物性
给水排水管网模型
泵站、减压阀、跌水井、非全开阀门等 只通过流量而不改变流量，且具有水头 损失，其属性与管段相同，所以它们必 须设于管段上，而不能当作节点。
(2)节点 节点是管线交叉点、端点或大流量的出
入点的抽象形式。节点只能传递能量， 不能改变水的能量，即节点上的能量 （水头值）是唯一的，但节点可以有流 量的输入和输出。如用水的输入、排水 的收集或水量的调节等。
给水排水管网模型
注意：管段与节点要根据水力属性来划分 如:排水管网的管渠在流入检查井时如有跌
水，应认为跌水是在管段末端来完成的， 而不能认为在节点上完成的
又如给水或排水泵站，一般都是从水池吸 水，则吸水井处为节点，泵站内的水泵和 连接管道简化后应置于管段上靠近吸水井 节点端（泵站属于管段，不属于节点！）
给水排水管网模型
沿线配水流量一分为二分别转移到 管段两端节 点上，而排水管网将管段沿线收集水量折算到 管段起端节点。相对而言，给水管网的处理
方法误差较小，
而排水管网的处
ql
ql
理更为安全。如 ql/2 给ql/2 ql 排
图所示:
图 沿线流量简化
当管线中有较大的集中流量，应在集中流量处 设置节点，因为大流量移位会造成较大的误差。 沿线出流或入流的管线较长时，也应分成若干 管段，以避免折算节点流量时出现较大的误差。
给水排水管网模型
（3）管段和节点的属性 ➢ 包括:构造属性、拓扑属性和水力属性 ➢ 构造属性是拓扑属性和水力属性的基础 ➢ 拓扑属性是管段与节点间的关联关系 ➢ 水力属性是管段和节点在系统中的水力
特征的表现 ➢ 构造属性通过系统设计确定，拓扑属性
采用数学图论表达，水力属性则运用水 力学理论进行分析和计算。
（3）附属设施简化的一般方法
给排水管网的附属设施包括泵站、调节构筑 物（水池、水塔等）、消火栓、减压阀、跌 水井、雨水口、检查井等，均可进行简化。 具体措施包括：
1）删除不影响全局水力特性的设施，如 全开的闸阀、排气阀、消火栓、检查井等 2）将同一处的多个设施合并，如同一处 的多个水量调节设施（清水池、水塔、均 和调节池等）合并，并联或串联工作的水 泵或泵站合并等。
给水排水管网模型
4.1.1Biblioteka Baidu给排水管网的简化 （1）简化原则
简化后的管网模型，再转化为数学问题，最终 的结果还要应用到实际的系统中去。
1）宏观等效原则 对管网中某些局部简化后，要保持功能，各元 素之间的关系不变
➢ 例：当目标是确定水塔高度和水泵扬程时，两 条并联的输水管可以简化为一条管道，但当目 标是设计输水管直径时，就不能将 其简化为一 条管道了
第4章 给水排水管网模型
给水排水管网模型
第4章 给水排水管网模型
4.1 给水排水管网的模型化
➢ 给排水管网模型:给水排水管网是大规模复杂多变
的网络系统，为便于规划、设计和运行管理，应将其 简化和抽象为便于用图形和数据表达和分析的系统
➢ 这种模型主要表达系统中各组成部分的拓扑关系和水 力特性，将管网简化和抽象为管段和节点两类元素， 并赋予工程属性，以便用水力学、图论和数学分析理 论等进行表达和分析计算
2)起端节点，简称起点； 3)终端节点，简称终点。 管段的水力属性有： 1）管段流量，是一个带符号值，正值表示流向
与管段方向相同，负值表示相反，单位常用m3/s 或L/s； 2）管段流速，也是一个带符号值，其方向与管 段流量相同，单位常用m/s； 3）管段扬程，即管段上泵站传递给水流的能量， 也是一个带符号值，正值表示泵站加压方向与管 段方向相同，负值则相反，单位用m；
给水排水管网模型
4.1.2 给水排水管网的抽象
经过简化的给水排水管网需进一步抽象，使 之成为仅由管段和节点两类元素组成的管网 模型
（1）管段 ➢ 管段是管线和泵站等简化后的抽象形式，
它只能输送水量，而不允许改变水量，即管 段中间不允许有流量的输入和输出，但管段 中可以改变水的能量，如具有水头损失、可 以加压和降压等。
4）如管线包括不同的管材和规格，应采用水 力等效原则将其等效为单一管材和规格。
给水排水管网模型
5）并联管线可简化为单管线，以水力等 效原则确定其管径。
6）在可能的情况下，将大系统拆分为多 个小系统，再分别进行计算。
给水管网简化示意见P67图4.1。请阅。
水塔
合并
合并 删除
分解
分解
图4.1 简给化水排后水管给网模型水管网
给水排水管网模型
2）小误差原则：简化产生误差，但要控制 在允许范围内，一般要满足工程上的要求
（2）管线简化的一般方法 简化措施： 1）删除次要管线（如管径较小的支管、配 水管、出户管等），保留主干管和干管线
➢ 次要管线、干管线和主干管线是相对的
给水排水管网模型
2）当管线交叉点很近时，可合并为一个交叉 点。如给水管网中在管线交叉处常用两个三通 代替四通(实际工程中很少用四通），但仍将两 个三通简化为四通，使 图中少了一个交叉点。 3）将全开的阀门去掉，将管线从闭阀门处切 断。全开和全关的阀门都不必在简化的管网中 出现。只有调节阀、减压阀等要给予保留
给水排水管网模型
管段的构造属性有：
1）管长，以m为单位； 2）管径，以m或m m为单位； 3）粗糙系数，与管道材料有关，以n、e、
CW等来衡量。 管段的拓扑属性有： 1）管段方向。是一个设定的固定方向
（不是流向，也不是泵站的加压方向， 但当泵站加压方向确定时一般取其方 向）;
给水排水管网模型
给水排水管网模型
4）管段摩阻：表示管段对水流阻力的大小；
5）管段压降：表示水流从管段起点输送到终点
后，其机械能的减少量，因为忽略流速水头， 所以称为压降，意为压力水头的降低量，常用 单位为m 。 节点的构造属性有：
1）节点高程：即节点所在地点附近的平均地面
给水排水管网模型
简化：从实际系统中去掉一些较次要的给水排
水设施，使分析与计算集中于主要对象;简化包 括管线的简化和附属设施的简化
抽象：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 扑关系和水力特征
拓扑学：数学的分支学科，研究几何图形在连
续改变形状时还能保留不变的一些物性
给水排水管网模型
泵站、减压阀、跌水井、非全开阀门等 只通过流量而不改变流量，且具有水头 损失，其属性与管段相同，所以它们必 须设于管段上，而不能当作节点。
(2)节点 节点是管线交叉点、端点或大流量的出
入点的抽象形式。节点只能传递能量， 不能改变水的能量，即节点上的能量 （水头值）是唯一的，但节点可以有流 量的输入和输出。如用水的输入、排水 的收集或水量的调节等。
给水排水管网模型
注意：管段与节点要根据水力属性来划分 如:排水管网的管渠在流入检查井时如有跌
水，应认为跌水是在管段末端来完成的， 而不能认为在节点上完成的
又如给水或排水泵站，一般都是从水池吸 水，则吸水井处为节点，泵站内的水泵和 连接管道简化后应置于管段上靠近吸水井 节点端（泵站属于管段，不属于节点！）
给水排水管网模型
沿线配水流量一分为二分别转移到 管段两端节 点上，而排水管网将管段沿线收集水量折算到 管段起端节点。相对而言，给水管网的处理
方法误差较小，
而排水管网的处
ql
ql
理更为安全。如 ql/2 给ql/2 ql 排
图所示:
图 沿线流量简化
当管线中有较大的集中流量，应在集中流量处 设置节点，因为大流量移位会造成较大的误差。 沿线出流或入流的管线较长时，也应分成若干 管段，以避免折算节点流量时出现较大的误差。
给水排水管网模型
（3）管段和节点的属性 ➢ 包括:构造属性、拓扑属性和水力属性 ➢ 构造属性是拓扑属性和水力属性的基础 ➢ 拓扑属性是管段与节点间的关联关系 ➢ 水力属性是管段和节点在系统中的水力
特征的表现 ➢ 构造属性通过系统设计确定，拓扑属性
采用数学图论表达，水力属性则运用水 力学理论进行分析和计算。
（3）附属设施简化的一般方法
给排水管网的附属设施包括泵站、调节构筑 物（水池、水塔等）、消火栓、减压阀、跌 水井、雨水口、检查井等，均可进行简化。 具体措施包括：
1）删除不影响全局水力特性的设施，如 全开的闸阀、排气阀、消火栓、检查井等 2）将同一处的多个设施合并，如同一处 的多个水量调节设施（清水池、水塔、均 和调节池等）合并，并联或串联工作的水 泵或泵站合并等。
给水排水管网模型
4.1.1Biblioteka Baidu给排水管网的简化 （1）简化原则
简化后的管网模型，再转化为数学问题，最终 的结果还要应用到实际的系统中去。
1）宏观等效原则 对管网中某些局部简化后，要保持功能，各元 素之间的关系不变
➢ 例：当目标是确定水塔高度和水泵扬程时，两 条并联的输水管可以简化为一条管道，但当目 标是设计输水管直径时，就不能将 其简化为一 条管道了