给水排水管网模型共27页
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给水排水管网模型课件
采用先进的测量和监测技术，获取更准确、全面的数据，提高模 型参数的精度。
参数敏感性分析
分析模型参数对模拟结果的影响程度，确定关键参数并进行精确 标定。
参数校准与验证
建立有效的校准和验证方法，确保模型参数的准确性和可靠性。
模型应用的拓展
跨领域应用
将给水排水管网模型应用于其他领域，如环境工程、交通工程等。
模型的应用领域
城市供水
雨水排放
用于模拟城市供水系统的运行状态， 优化调度，提高供水水质和降低运行 成本。
用于模拟城市雨水排放系统的运行状 态，预测暴雨时洪峰流量，优化调度 和控制策略，降低城市内涝风险。
污水处理
用于模拟污水处理厂的运行状态，优 化处理工艺和控制策略，提高污水处 理效率和降低能耗。
给水排水管网模型的建立
模型建立的方法和步 骤
01
02
03
04
确定建模目标
数据收集与处理
明确模型用于解决的具体问题， 如水量预测、水质模拟等。
收集给水排水管网的相关数据， 如管道长度、管径、流量等，
并进行预处理。
模型建立
根据收集的数据，选择合适的 数学模型，如线性回归模型、
神经网络模型等。
模型参数估计
利用已知数据对模型参数进行 估计。
复供水计划，降低事故影响。
给水排水管网模型的局限 性
数据获取的局限性
模型数据不完整
01
由于管网数据的采集和整理存在困难，导致模型所需的数据可
能不完整，影响模型的精度和可靠性。
数据更新不及时
02
给水排水管网数据的变化较快，但数据的更新往往滞后，导致
模型不能反映实际情况。
数据质量参差不齐
03
参数敏感性分析
分析模型参数对模拟结果的影响程度，确定关键参数并进行精确 标定。
参数校准与验证
建立有效的校准和验证方法，确保模型参数的准确性和可靠性。
模型应用的拓展
跨领域应用
将给水排水管网模型应用于其他领域，如环境工程、交通工程等。
模型的应用领域
城市供水
雨水排放
用于模拟城市供水系统的运行状态， 优化调度，提高供水水质和降低运行 成本。
用于模拟城市雨水排放系统的运行状 态，预测暴雨时洪峰流量，优化调度 和控制策略，降低城市内涝风险。
污水处理
用于模拟污水处理厂的运行状态，优 化处理工艺和控制策略，提高污水处 理效率和降低能耗。
给水排水管网模型的建立
模型建立的方法和步 骤
01
02
03
04
确定建模目标
数据收集与处理
明确模型用于解决的具体问题， 如水量预测、水质模拟等。
收集给水排水管网的相关数据， 如管道长度、管径、流量等，
并进行预处理。
模型建立
根据收集的数据，选择合适的 数学模型，如线性回归模型、
神经网络模型等。
模型参数估计
利用已知数据对模型参数进行 估计。
复供水计划，降低事故影响。
给水排水管网模型的局限 性
数据获取的局限性
模型数据不完整
01
由于管网数据的采集和整理存在困难，导致模型所需的数据可
能不完整，影响模型的精度和可靠性。
数据更新不及时
02
给水排水管网数据的变化较快，但数据的更新往往滞后，导致
模型不能反映实际情况。
数据质量参差不齐
03
给水排水管道系统给水排水管网系统PPT课件
第17页/共61页
1.2 给水排水系统工作原理
• 给水排水系统流量关系
各子系统的流量在同一时间内并不一定相等，且
随时变化。
第18页/共61页
• 给水排水系统的水质关系
四种水质：
原水水质
给水水质
污、废水水质
排放水质
三个过程：
给水处理（给水管网二次污染）
用户用水
污水处理
第19页/共61页
• 给水排水系统的水压关系
第32页/共61页
第33页/共61页
第34页/共61页
1.4 给水排水管网系统的类型与体制
给水管网系统的类型
分类方法：
水源种类
水源数量
系统构成方式
输水方式
第35页/共61页
水源种类： 地表水源、地下水源给水系统
第36页/共61页
水源数量： 单水源、多水源给水系统
• 单水源给水系统：规模较小
和工业企业生活用水。
居民生活用水――居民家庭生活中饮用、烹饪、洗
浴、冲洗等用水，保障居民身体健康、家庭清洁卫生和
生活舒适。
公共设施用水――机关、学校、医院、宾馆、车
站、公共浴场等公共建筑用水，用水量大，地点集中，
成为“大用户”。
工业企业生活用水――工业企业内的饮用、烹饪、
洗浴、冲洗等生活用水，根据工业企业的生产工艺、生
• 重力给水：水流通过重力自流输水到水厂处理，
然后又通过重力输水管和管网送至用户使用，最
经济的给水方式。当原水位能有富余时可以通过
阀门调节供水压力。
• 一级加压给水：从水源取水到水厂采用一级提升，
处理后直接重力输水给用户。
• 二级加压给水：取水时经过第一级加压，水厂清
1.2 给水排水系统工作原理
• 给水排水系统流量关系
各子系统的流量在同一时间内并不一定相等，且
随时变化。
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• 给水排水系统的水质关系
四种水质：
原水水质
给水水质
污、废水水质
排放水质
三个过程：
给水处理（给水管网二次污染）
用户用水
污水处理
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• 给水排水系统的水压关系
第32页/共61页
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1.4 给水排水管网系统的类型与体制
给水管网系统的类型
分类方法：
水源种类
水源数量
系统构成方式
输水方式
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水源种类： 地表水源、地下水源给水系统
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水源数量： 单水源、多水源给水系统
• 单水源给水系统：规模较小
和工业企业生活用水。
居民生活用水――居民家庭生活中饮用、烹饪、洗
浴、冲洗等用水，保障居民身体健康、家庭清洁卫生和
生活舒适。
公共设施用水――机关、学校、医院、宾馆、车
站、公共浴场等公共建筑用水，用水量大，地点集中，
成为“大用户”。
工业企业生活用水――工业企业内的饮用、烹饪、
洗浴、冲洗等生活用水，根据工业企业的生产工艺、生
• 重力给水：水流通过重力自流输水到水厂处理，
然后又通过重力输水管和管网送至用户使用，最
经济的给水方式。当原水位能有富余时可以通过
阀门调节供水压力。
• 一级加压给水：从水源取水到水厂采用一级提升，
处理后直接重力输水给用户。
• 二级加压给水：取水时经过第一级加压，水厂清
给水排水管网模型
树状管网的管段流量具有唯一性。
泵站 77
8
5
27 4 33
8 5 14
6
35
6 6
34 6 26
2 2
2
7
7
3
3
5
17
12
5 4
4
环状管网满足连续性条件的流量分 配方案可以有无数多种。
134
17
58 60
59 57 14
12 13
33 30 19
14 11
12 27 24
19 24 18
59
8 10 16
▪ 节点：管线交叉点、端点或大流量出入点的抽象形式。 水的能量唯一，但有流量的输入或输出。 泵站，减压阀，跌水井及阀门等改变水流能量的或具 有阻力的设施不能置于节点上。
管段和节点的属性
管段属性 ▪ 构造属性：管长、直径、粗糙系数。 ▪ 拓扑属性：管段方向、起点、终点。 ▪ 水力属性：流量、流速、扬程、摩阻，压降。
给水排水管网的简化
所谓简化，就是从实际系统中去掉一些比较 次要的给水排水设施，使分析和计算集中于 主要对象。
简化原则：宏观等效原则；最小误差原则。
局部简化后，要保持 功能，各元素之间关系不变
简化必然由误差， 但要控制在一定范围内
简化方法：
1）删除次要管线，保留主管线； 2）交叉点近可合并为同一交叉点； 3）将全开阀门去掉，将管线从全闭阀门处切断； 4）采用水力等效原则将不同管材和规格等效为单一
管网模型的标识
（7）
Q7
[1]
（1）节点和管段编号 q1,h1 （1） [2] （2） [3]
节点（1）,（2）… Q1
q2,h2 Q2
q3,h3
第4章给水排水管网模型
第4章给水排水管网模型☞ 4.1 给水排水管网的模型化☞ 4.2 管网模型的拓扑特性☞ 4.3 管网模型的水力特性要求掌握：给水排水管网简化和抽象的原则；管网图的基本概念；恒定流基本方程组。
（便于用图形和数据表达和分析的系统）给水排水管网模型（管段、节点）管线附属设施忽略具体特征4.1给水排水管网的模型化给水排水管网模型——给排水管网简化和抽象为便于用图形和数据表达和分析的系统。
给水排水管网简化——从实际系统中去掉一些比较次要的给水排水设施，使分析和计算集中于主要对象。
给水排水管网抽象——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性。
4.1.1 给水排水管网的简化一、简化原则（1）宏观等效原则——保持功能，各元素关系不变。
（2）小误差原则——允许误差范围内。
管线的简化；附属设施的简化管线简化的一般方法(1) 删除次要管线，保留主干管线和干管线；(2) 很近的交叉点合并为同一交叉点；(3) 去掉全开阀，管线在全闭阀处切断；(4) 不同的管材简化为单一管材；(5) 并联管线简化合并；(6) 大系统拆分为多个小系统分别计算。
删除次要管线，保留主干管线和干管线；不影响全局水力特性的设施删除，如全开的闸阀、排气阀、泄水阀、消火栓、检查井等。
同一处的多个相同设施合并，如同一处的多个水量调节设施，并联或串联工作的水泵或泵站合并等。
附属设施简化的一般方法4.1.2 给水排水管网的抽象1.管段——管线和泵站等简化后的抽象形式管段只输送流量，不改变流量。
可以改变水的能量。
管段标识——正整数,加中括号。
2.节点——管线交叉点、端点或大流量出入点的抽象形式。
节点只传递能量，不改变能量，可以改变水的流量。
节点标识——正整数,加小括号。
4.2管网模型的拓扑特性一、管网图的基本概念1.图——表示关系或联系管网图的组成——管段、节点拓扑特性——管网模型中节点与管段的关联关系。
{}7,6,5,4,3,2,1=V 7)(=G N {}8,7,6,5,4,3,2,1=E {})7,6(),6,5(),7,4(),6,3(),5,2(),4,3(),3,2(),2,1(=E 8)(=G M 如：集合表示2.有向图在管网图中，关联任意管段的两个节点和是有序的，即管网图为有向图，记，节点称为起点，节点称为终点。
给水排水管网系统图文PPT学习教案
二部分的总水量。
第6页/共117页
居民生活用水定额和综合生活用水定额，应根据当地国民经济和社会发 展规划、城市总体规划和水资源充沛程度，在现有用水定额基础上，结 合给水专业规划，和给水工程发展的条件综合分析确定；在缺乏实际用 水资料情况下可采用下表的规定。
第7页/共117页
居民生活用水定额（L/cap·d）
第25页/共117页
本规范适用于城市总体规划中的给水工程规划。 根据规划法，城市规划分为总体规划、详细规划两阶
段。大中城市在总体规划基础上应编制分区规划。鉴于 现行的各类给水规范其适用对象大都为具体工程设计， 内容虽然详尽，但缺少宏观决策、总体布局等方面的内 容。为此本规范的条文设置尽量避免与其他给水规范内 容重复，为总体规划（含分区规划）的城市给水工程规 划服务，编制城市给水工程详细规划时，可依照本规范 和其他给水规范。
0.7~1.1
0.6~1.0
0.5~0.8 0.35~0.7
0.4~0.7
0.3~0.6
小城市 0.4~0.8 0.3~0.6 0.25~0.5
第28页/共117页
人均综合用水量远高于国外。国家发展改革委员会、科技 部、水利部、建设部和农业部等5部委于2005年4月21日 联合发布 《中国节水技术政策大纲》，提出了要力争在 2005－2010年间实现工业取水量“微增长”，农业用水 量“零增长”，城市人均综合用水量实现逐步下降的节水 目标，以及相关的法律、经济、技术和工程等保障措施。
最大小时用水量：
Qh
1000 Kh Qd 86400
第22页/共117页
相关规范 《城市居民生活用水量标准 》GB/T 50331-2002 标准编制的目的：合理利用水资源，加强城市供水管
给水排水管道系统给水排水管网模型
简化模型
1，概念：由于给水管线很多，特别是大城市如果所有管 线一律加以计算，实际上是没有必要的，有时甚至是不可 能的，为此建立管网简化模型，所谓简化就是从实际系统 中去掉一些比较次要的给水排水设施。 2，简化原则：宏观等效原则；小误差原则。 3，管线简化方法：管线省略；平行管线的合并；管网分
解；并联串联管段的简化。 4，附属设施简化的方法：删除不影响全局水力特性的设
宏观模型管网宏观模型是在管网流量服从比例负荷的前提下应用黑箱理论的基本思想直接建立给水系统的输入量和输出量间的相互关系通常采用水厂的供水厂的供水压力和供水流量作为输入量压力监测点作为输出量这样就避免了研究给水系统细微内部结构所带来的困难和不确定因素同时避免了求解高阶非线性方程组的困难大大提高了计算速度
4.2 管网模型的拓扑特性
三，管网图的关联集与割集 1，节点的度 于节点v相连接的管段的数目，记为d(v)。 2，关联集 与节点v相关联的管段的集合，记为S(v)。 3，割集 在连通的管网图G(V,E)中有若干个相互关联的节点集，若 将它们与原图分离，需要切断的管段组成集合，称为G的 一个隔集。被分离的节点集称为割节点集。
水厂1
监测点1
监测点2
水厂2
微观模型
按管网实际情况，包括管网所有元素(管段、阀门、水 泵等)，不做任何简化所建立的模型，相对于宏观模型 来水，称为微观模型。其最明显的优点是直接应用完整 详细的管网信息数据库的资料，包括管网的全部信息建 模。对其求解可得所有节点和管段的全部信息，缺点是 计算工作量大，计算时间较长，占用计算机内存多。
hij Hi H j Sij qinj
式中
H
i
,
H
为管段两端点的水压高程；
j
给水排水管网模型
例1：树状网节点流量方程组
（7） （8） [1] [4] [2] （2） [3] （3）
Q7
q1,h1 Q1
（1）
Q q4,h4 8
q2,h2 Q2
[6] q6,h6 （5）
q3,h3
Q3
[7] q7,h7 （6）
[5] q5,h5 （4）
Q4
Q5
Q6
q1 q2 q5 Q1 0 q2 q3 q6 Q2 0 q3 q4 q7 Q3 0
4）图的矩阵表达－关联矩阵
设管网图G(V,E)有N个节点和M条管段，令：
路径与环
（1）路径：图G(V,E)中，从节点v0到vk的不重复节点与管段 交替的有限非零序列v0e0v1e1…ekvk所经过的管段集称为路 径。管段数k为路径的长度，v0与vk分别为路径的起点和终 点。 （2）回路：图G(V,E)中，起点与终点重合的的路径称为回路 或环，记为RK，k为回路的编号。环的方向一般设定为顺时 针方向。 图中， R1={2,5,7,4} R2={2,3,6,8,7,4} R3={3,6,8,5}
H1 H 4 h5 H 2 H 5 h6 H 3 H 6 h7 H 4 H 5 h8 H 5 H 6 h9
管段能量（压降）方程组矩阵形式
三、管网模型流基本方程组表 示为：
四、环能量方程组
对于任意环状管网，环能量方程的一般形式为：
方程组矩阵形式：
1 0 0 1 1 0 1 0 0 1 0 0 1 1 0 1
h2 h3 = ... h9
0 0
练习题
P85：2、4
思考题
1. 2. 3. 4. 5. 6. 为何要将给水排水管网模型化？通过哪两个步骤进行模 型化？ 模型化的给水排水管网由哪两类元素构成？它们各有何 特点和属性？ 节点流量和管段流量可以是负值吗？如果是负值，代表 什么意义？ 图论中的图与几何图形有何不同？ 构成生成树的方案是惟一的吗？为什么？ 可以将一个割集中的管段均作为连枝吗？为什么？
给水排水管网模型共29页
6、法律的基础有两个，而且只有两个……公平和实用。——伯克 7、有两种和平的暴力，那就是法律和礼节。——歌德
8、法律就是秩序，有好的法律才有好的秩序。——亚里士多德 9、上帝把法律和公平凑合在一起，可是人类却把它拆开。——查·科尔顿 10、一切法律都是无用的，因为好人用不着它们，而坏人又不会因为它们而变得规矩起来。——德谟耶克斯
40、学而不思则罔，思而不学则殆。——孔子
给水排水管网模型
谢谢！
36、自己的鞋子，自己知道紧在哪里。——西班牙
37、我们唯一不会改正的缺点是软弱。——拉罗什福科
xiexie! 38、我这个人走得很慢，但是我力做你应该做的事吧。——美华纳
8、法律就是秩序，有好的法律才有好的秩序。——亚里士多德 9、上帝把法律和公平凑合在一起，可是人类却把它拆开。——查·科尔顿 10、一切法律都是无用的，因为好人用不着它们，而坏人又不会因为它们而变得规矩起来。——德谟耶克斯
40、学而不思则罔，思而不学则殆。——孔子
给水排水管网模型
谢谢！
36、自己的鞋子，自己知道紧在哪里。——西班牙
37、我们唯一不会改正的缺点是软弱。——拉罗什福科
xiexie! 38、我这个人走得很慢，但是我力做你应该做的事吧。——美华纳