EPANET管网平差教程
管网平差新法课件
水、气管网输配计算计算机在专业中应用蔡建安安徽工业大学2012年5月◆ 节点数量：J 个； 环数量： L 个 管段数量：P 个 ； P=J-1+L ◆自变量：P 个管段流量 q i ； q ˊ=(q 1，q 2， …，q p ) 因变量：P 个水头损失h i ；h ˊ=(h 1，h 2， …，h p ) 由管段 性质和自变量流量确定◆①连续性（节点）方程 J-1 个： qi+Σqij=0 ②能量（环）方程 L 个： Σh ij =0管网系统的节点、管段和环 任意管网系统数量关系 变量 独立方程数管网不平差新法•衔接矩阵 连续方程•水损计算 •闭合差 能量方程 规划求解新算法不预分，不平差Excel 平台 应用技法某树状网最高用水时流量分配图对节点、管段编号，进行几何关系认定预判流向和标记1.登录原始资料 “节点编号”， “节点流量(L/s)”， “管段编号”； “管段长度（m ）”2.建立和选择DN 管径清单 建立DN 管径清单，位于“C3：Q3”区域，使用下拉箭头在提供的清单内选择适当数值的DN 管径（mm ）；位于“B101：R101”输入函数“=SUMIF(C3:Q3,D100:R100,C2:Q2) ”，可以在选择DN 管径的同时完成对应DN 管径 “累计长度”的统计。
给水管网模板建设“节点编号”和“节点流量” 以节点进行“管段编号”和“管段次序编号”“下拉箭头”和“管径选择” 自动统计给水管网模板建设 流速(m/s)管段的摩擦比阻 管段水头损失(m) 自变量：P 个管段流量 q i ；变量水力计算 3.5001736.0d =α4/2d q A q u π==2lq h α=“C4” 公式“=10*C7/(0.25*PI()*(C3/10)^2)” “C5”键入公式“=0.001736/((C3/1000)^5.3)”“C6”键入公式“= SIGN(C7)*C5*C2*C7^2/1000000”给水管网模板建设___衔接矩阵 •具有J 个节点J 个连续方程，但其中只有J-1个方程是相互独立的。
给水管网平差程序设计
双水源的环状给水管网平差1.设计背景及设计原理1.1设计背景随着供水事业的发展，给水管网的规模不断增大，管段数和环数不断增多。
众所周知，传统的解环方程法是在手算的基础上发展而成的，计算前前需要初分管段流量。
对于大型复杂管网，初分流量相当繁琐，人工工作量较大，且初分值不合理导致迭代算法不收敛。
这给设计计算造成极大的困难，要为管网的优化调度运行提供参数就不现实啦。
随着计算机技术的发展和普及，计算机在给水工程中的应用也日益普遍。
应用计算机进行管网平差计算，代替复杂的手工劳动，提高了计算的精度和速度，已经成为管网的规划、设计、改造、调度管理的有力工具。
1.2设计原理（管网平差计算应准备的数据和计算结果）给水管网水力计算是以解管段方程（求解每个管段的流量）、解环方程（求解每环的校正流量）和解节点方程（求解管网的节点水压）为基础，对连续性方程、能量方程和压降方程应用近似优化处理方法和数值计算方法进行计算，旨在求解管段流量或节点水压，为管网设计、改扩建及运行管理提供依据。
不管是哪一种方法，都必须既满足连续性方程：Q i+Sq ij=0（1）式中Q i——i节点的节点流量；q ij ——与i节点连接的管段流量。
又满足能量方程∑h ij=0（2）式中∑h ij——环内各管段水头损失之和。
要进行现状管网水力分析核算，首先要画出管网的简化图（即计算简图），并将管网的节点和管段分别排序编号，以使数据中的序号与计算简图中的编号一一对应。
通过计算比流量，沿程流量，从而得到节点流量。
除了节点流量之外，还需要准备管段的管径（m）、管段长度（m）、管材等基本数据。
经计算机进行水力平差计算，可得到：管段的流量（m3/h或L/s）、流速（m/s）、水头损失（m）。
以上的这些计算结果，可合理调度整个城市管网水源水泵机组提供科学依据。
对于节约能耗、降低漏失率、管网的扩建工程有重要意义。
2.初分流量2.1计算简图X计算简图如上图所示，图中标示了环与管段号及节点流量。
管网平差——精选推荐
摘要：给水管网力计算是以解管段方程、解环方程和解节点方程为基础，对连续性方程、能量方程和压降方程应用近似优化处理方法和数值计算方法进行计算，旨在求解管段流量或节点水压，为管网设计，改扩建及运行管理提供依据。
关键词：节点方程管网平差开发与应用1 引言给水管网力计算是以解管段方程、解环方程和解节点方程为基础，对连续性方程、能量方程和压降方程应用近似优化处理方法和数值计算方法进行计算，旨在求解管段流量或节点水压，为管网设计，改扩建及运行管理提供依据。
随着供水事业的发展，给水管网的规模不断增大，管段数和环数不断增多。
众所周知，传统的解环方程法是在手算基础上发展而成的，计算前需要初分管段流量。
对于大型复杂管网，初分流量相当繁琐，人工工作量较大，且初分值不合理会导致迭代算法不收敛。
为此，本文基于解节点方程的算法原理及管网数据结构的特征，研究了正定稀疏矩隈的变带宽紧缩贮存技术，运用FORTRAN语言编制了程序，并结合实例进行了应用和验算。
2 解节点方程的有理与方法2.1节点方程根据管段压降方程，Hi-Hj=Sijq2ij,将管段流量用水压表示，q ij=sign(H i-H j)(│H i-H j│÷S ij）1/2，代入连续性方程，即得出节点方程，Q+Σsign(H i-H j)(│H i-H j│÷S ij）1/2=0式中Q i—i节点的耗水量或水源供水量（即节点流量）；H i H j——i,j节点的水压；S ij——i,j管段的摩阻。
若管网节点数为M，则独立的节点方程数为M-1。
2.2节点方程的线性化节点方程是以节点压力未知量的非线性方程组，令C ij=1/(S ij│q ij│),q ij的初值可用程序中所示的经验公式确定，则节点方程可化为，Q+ΣC ij(H i-H j)=0，这是一个线性方程组，可用迭代法或牛顿法求解，程序中采用的迭代法。
2.3线性方程系数矩阵的存贮根据管网图形拓扑结构可知，以上线性方程的系数矩阵为对称正定稀疏矩阵，矩阵元素中大部分为0，节点数越多，稀疏性越明显。
管网平差全过程计算机自动化实践——从数据收集到成果完成
管网平差全过程计算机自动化实践——从数据收集到成果完成摘要：本文结合实例，论述了计算机自动实现管网平差从数据收集到成果完成。
大大提高了设计效率和质量，优化了管网规划方案。
同时也探索下一阶段结合人工智能设计、大数据应用，使管网规划在城市发展建设中具有更强的适应性和指导性。
关键词：管网平差软件实践一、前言管网平差是管网计算中较复杂、工作量较大的一项工作，是给排水工程师进行管网规划设计中必须进行的一项重要工作。
其主要内容是对城市或者区域的管网进行优化计算，从而使管网的布置建设最合理、经济、安全。
二、管网平差的基本计算方法目前管网平差基本计算方法有：哈代·克罗斯法（Hardy-cross），牛顿·菜福逊（Newton -Raphson）法，线性理论法（Linear Theroy），有限元法（Finite- Element）和图论法等。
哈代·克罗斯法应用的时间比较长，有大量开放代码的计算程序可以选用，本文中在计算阶段也采用了该方法。
三、存在问题及分析1、工作量大的问题管网平差是基于试算，通过不断优化管径、平衡管网水头损失，最终到达合理布置泵房、管道以及选择管径、管材等。
这一过程中，随着计算机的在设计计算里的应用，管网平差计算软件也越来越多，计算方面的工作量有所减轻。
但在实际工作中，管网平差需要大量管道数据的整理输入，并不断修改管径数据以及调整泵站位置，然后再进行管网平差计算，不断重复这一过程，最终得到合理、经济、安全的管网、泵站布置方案。
除了计算方面的工作量外，其它数据整理、输入以及绘图、修改等工作量也很大。
按照经验，这些工作占到整个管网平差工作的80%以上。
并且在调整修改数据过程中容易出错，一旦出现错误，检查和调整的工作量也比较大，直接影响平差计算及其成果输出的质量。
2、管网设计不合理的问题目前在管网设计的实际工作中，很少进行详细的管网平差计算和方案比较，一般是根据预测流量的情况，依经验确定管径分布。
第五章管网平差
• 定压节点：已知节点水头而未知节点流量的节点 称为定压节点。管网中定压节点总数为R； • 定流节点:已知节点流量而未知节点水头的节点 称为定流节点，管网中的定流节点总数为N-R. • 水塔问题： 1)当水塔高度未知时，应给定水塔供水流量，即 已知节点流量，该节点为定流节点，通过水力分 析可以求解出节点水头，从而确定水塔高度 2)当水塔高度已确定时，即已知该节点水头，该 节点为定压节点，通过水力分析可以求解出节点 流量，从而可以确定水塔的供水量。
•
H 0 HTi hi HTi
Ti定压节点
（5.13）
21
• 3）定压节点流量改由虚管段供应，其节点流 量变为0，成为已知量，其节点水头设为未知 量（由虚管段能量方程可求解，实际值不变） 因此不再将它们作为定压节点，管网成为单定 压节点管网。 • 若原管网有R个定压节点，通过以上假设，增 加P条虚管段，同时也就产生R-1个虚环。 • 例：图4.12增设一个虚节点（0），两条虚管 段[10] 、[11]构成一个虚环，原管网变成为单 定压节点管网。 • 若原管网有R个节点，通过以上的假定，增加 R条虚管段，同时也就产生R-1个虚环。
24
• 代入管段水力特性公式，式（5.14）所列环能 量方程变为：
H 7 H8 s4q4 q4
n 1
s3q3 q3 s2q2 q2
n 1 n 1
n 1
n 1
s1q1 q1 hel 0
n 1
n 1
s2 q2 q2
•
n 1 n 1
s6 q6 q6 s7 q7 q7
i i
5
• hei—管段扬程，反映管段上泵站提供给水 流的总能量，即泵站静扬程(m) • n —管段内壁的粗糙率，或称管段的阻力 指数应与水头损失计算公式一致。式中考 虑到了水头损失的方向恒与实际流向一致
EPANET模型在再生水管网规划设计中的应用
管段编号端点数量第一端点编号第二端点编号 初始管径 /mm 管长 /m 1 2 3 2 2 2 96 140 111 103 141 112 600 400 600 356 05 1 439 27 1 419 79
。
3 北京市再生水管网 EPANET 模型建立
在构建北京市再生水管网水力计算模型时 , 数据 处理、输入工作量较 大, 单独应用 EPANET 来 完成
3 Schoo l of Env ironm en t Sc ience and Eng ineering , T ong jiU n ive rs ity , Shangha i 200092, Ch ina) Abstrac t : In Be ijing R ec la i m ed W ater U tilization P lanning P roject , the adve rse i m pac ts on the hydraulic ca lculation from the as pects such as mu lti sou rce w ate r supply , la rger reclai m ed a rea and co m plica ted structure w ith m ix ing o f looped branch-shaped p ipeline netw orks etc a re e li m inated through a G IS based EPAN ET hydrau lic model for plann ing the pipe line netwo rk M o reo ver , on the bas is of the ana ly sis on the resu lts o f hydrau lic calculation i e node pressure , p ipe ve loc ity and hydrau lic gradient ( head - loss), so m e o f the initial dia m ete rs of the pipe lines in the network are adjusted and the ne t w ork is div ided into four weak conjunction reg ions according to the topographical distribution o f Be ijing It prov ides a bette r so lution fo r the prob lem o f ove r -h igh pressure in several reg ions o f the netwo rk caused by the large recla i m ed area w ith var ious elevations and most of the rec la i m ed wa ter plan ts those are distr ibuted in the eastern reg ion o f Beijing , w ith w hich the ra tiona lity of the p lann ing is i m proved w ith the de c rease o f bo th the invest m ent and the ope ra tion cost T he m ethod can be used to ana ly ze the othe r wa ter supply d istribution system and rec la i m ed w ater ne t w ork K ey word s : EPANET; recla i m ed wa ter pipe line net w ork ; G IS; hydraulic m ode;l ne t w ork adjustm ent ca lcu la tion; Be ijing
管网平差新法
以最小二乘法为基础，得到管道系统的误差平方 和最小的优化目标函数。
迭代计算
通过迭代计算，不断调整管道系统的参数，以最 小化目标函数。
数据处理
对测量数据进行处理，消除异常值和噪声数据， 保证平差结果的可靠性。
平差结果的质量评估
残差分析
根据残差的大小和符号，评估平差结果的可靠性。
精度评估
采用平均绝对误差、均方根误差等指标，对平差结果的精度进 行评估。
研究方法和内容
研究方法
采用数学优化方法，结合计算机编程技术，对管网系统进行平差计算。
研究内容
研究管网平差模型的建立，研究管网模型的数值求解方法，研究优化算法在管网 平差中的应用，并编写管网平差软件实现。
02
管网模型的建立
管网模型的概述
系统的组成
管网系统由管道、节点、管件等 组成，其中节点是管道的连接点 ，管件是管道的组成部分。
混合平差算法
将线性与非线性算法结合起来，以解决复杂工程中的平差问题，但算法的实现较为复杂。
平差算法的实现流程
模型建立
根据实际工程问题，建立相应 的数学模型。
数学模型求解
利用平差算法对数学模型进行求 解，得到最优解。
结果分析
对求解结果进行分析，判断其合理 性和可靠性。
04
平差结果的分析
平差结果的基本信息
VS
实验结果
通过对比实际观测数据和平差结果，发现 平差后的结果与实际观测数据非常接近， 证明了该方法的准确性和有效性。
性能分析和比较
性能分析
通过对不同管网系统的平差结果进行分析，发现该方法具有较好的稳定性和泛化性能，能够适用于不同规模的 供水管网系统。
比较
与其他传统的管网平差方法相比，该方法不需要进行繁琐的数学建模和计算，具有更高的计算效率和更准确的 计算结果。
管网平差新法ppt
01
02
03
污水处理系统
某污水处理厂处理水量大 ，管网系统复杂，存在管 道堵塞和污水处理效率低 等问题。
平差方法
采用管网平差新法，通过 优化管道布局、调整污水 处理流程等参数，实现了 污水处理的高效和节能。
应用效果
经过实际应用，该方法有 效提高了污水处理的效率 和质量，减少了管道堵塞 和维护成本。
04
智能应用
将管网平差新法与人工智能、机器学习等技术结 合，可以拓展其应用范围并提高其自主性和智能 化程度。
05
管网平差新法的实际应用与推广建议
管网平差新法的实际应用途径
总结管网平差新法在实践中所应用的领域和途径，如用于城市供水管网、排水管 网、工业管道等的设计、施工、运行管理等领域。
分析在这些领域应用管网平差新法的优缺点，并针对不同领域提出相应的改进措 施和方案。
2023
管网平差新法ppt
contents
目录
• 绪论 • 管网平差新法的基本原理 • 管网平差新法的应用实例 • 管网平差新法的优势与局限性 • 管网平差新法的实际应用与推广建议
01
绪论
管网平差技术的定义与重要性
管网平差技术是指通过数学模型对供水管网进行模拟，求解 管网的水头损失、水力状态、节点流量等参数，以实现供水 管网的优化设计和平稳运行
管网平差新法的局限性
模型限制
计算效率
管网平差新法需要使用数学模型来描述管网 系统的动态特性，模型的精度和适用范围有 限。
虽然管网平差新法可以快速计算，但在处理 大规模复杂系统时，计算效率会受到限制。
参数获取
实际应用
管网平差新法需要准确的系统参数，有些参 数的获取和校准需要实验和调试，增加了工 作量。
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• 平差前要求：计算节点流量、初分管段流 量，确定经济管径,已把管网图采用CAD画 出（模拟真实工程项目）；
平差计算举例：管网如图，高日高时流量 219.8L/s。
《给水工程》，P56页(软件平差，只需要节点流量、管段初始 流量、管长、管径等数据即可，上图已含有手工平差结果，可 以与软件平差后比较）
• 注意：EPANET中管网图自动编号与原管网图编号 不一致，注意对应关系
• 4.3管段、节点属性设置
• 管段：管径输入、管长核对（管段初始流量不需 要输入）
• 节点：节点流量输入（“基本需水量”，节点流 量流出则表示需水，为正，流入则为负）
• 节点标高，如没有数据，均可按0，不影响平差
• 水源与输水管：
• 应按照教程，根据教材上的任一例题做一 遍，比较软件平差跟教材上平差结果；
• 手动验算某几个环软件平差的结果（计算 闭合差）；
• 保证确实熟悉操作以后，再针对实际的管 网问题应用EPANET，防止操作不当造成结 果错误。
• 3.1.2流量单位、水头 损失公式设置
• LPS：L/s • H-W：海曾威廉公式
（一般可选之）
• C-M:曼宁公式 • 3.1.3计算精度设置
4.用EPANET平差
• 4.1打开INP文件，并设置地图选项，方便显示 （地图选项设置只针对某一地图）
• 4.2管网图核对
• 转换以后，由于dxf2epa节点识别问题，EPANET中 的节点可能会增多，需要人工调整，保障拓扑结 构与原管网图一致
EPANET给水管网平差简明 教程
天津大学仁爱学院 bobsmile@
步骤：
• 1.CAD图形准备 • 2.文件转换 • 3.设置EPANET常用选项 • 4.EPANET平差 • 5.练习
文件转换过程、平差举例
• CAD文件：*.dwg*.dxf（文本文件） • Dxf2epa:*.dxf*.inp • EPANET:*.inp（EPANET输入文件）*.net
添加节点、管段前缀
• N为节点前缀，P为管段前缀
3.EPANET常用设置
• 3.1缺省设置（（“工程”菜单缺省）
3.1.1管网图元素前缀设置 建议前缀为： 节点（连接点）：N 管段（管道）：P 水池：Pool 水库：reservoir 泵：pump 阀门：valve
一次设置后，以保存缺 省值应用于所有工程
4.5查看结果
• 实际上，在节点标高均为0时，EPANET平差后可以找出控 制点，如图节点n1负压最大，则为控制点
• 运行后，列表显示的管段 流量，如有负号不用管 （原因：表示实际方向跟 最初设定的不一致；最初 设定，见管段属性的起始 节点、终止节点）
运行后，显示的箭头方向就是实际水流方向
5.练习
本例中为了核对方便，每个管径对应的图层设置了不同颜色，实 际可以不采用此种做法（管径多，颜色多，容易眼花缭乱）
2.转换成inp文件
利用dxf2epa软件打开dxf文件（CAD转换成dxf以后 要关闭掉这个dxf文件，再转换，否则不能读入文件， 出现空白）
选择各管线管径对应的图层
节点合并
识别节点时，小于一定Drawing Units的节点(例如5、10）， 合并成一个； 复选框：计算管长
• EPANET必须有水库或水池作水源才能平差，应该 在EPANET删除原来水源处的节点，画水源（水库 或水池）；
• 并补画出输水管（并设置管径、管长，双管也可 以的，只是会重叠）
可以通过界面右侧“浏览器”选择元素（特别是双 输水管重合时），编辑属性
设置节点属性
列表显示、核对属性
4.4点运行平差
1.CAD图形准备
• 1.1按图层分管径： • 针对各种管径建立不同图层（如DN150、DN200……）；
所有管线转换成多段线pl，放置在对应图层上 • CAD管长一般按mm，例如700000mm即为700m（而直接
转换后，如果使用EPANET自动管长功能（根据CAD中 管长自动赋予.net中管段长度），在EPANET中则为 700000m，所以可以先将CAD图形缩小1000倍再转换） • 1.2转换格式为dxf • 保存时选择R12版本，否则不兼容