培训 供水管网水力模型课件.ppt

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1、供水管网水力模型,Tel：139 5531 6938 Email：,主要内容 1、管网水力模型建立背景 2、管网系统组成及各部分流量关系 3、管网模型化 4、管网水力学基本方程 5、管网水力特性的计算机模型,存在问题：供水管网中实际水流状态，复杂和多变，难以分析预测。建立作用：有助于管理人员详细了解管网，在各种情况下的运行状态。基本原理：通过点线组成的网络模拟真实管网，求解管网基本方程组确定管网每一个组成部分的参数。 建立有效的供水管网水力模型非常重要。,1 供水管网水力模型建立背景,计算机建立的水力模型,2 供水管网系统组成,给水系统：保证用水对象获得所需水质、水压和水量的一整套构筑物、设备

2、和管路系统的总和。由取水工程、净水工程和输配水工程所组成。用水对象：生产设备、生活设施、消防设备构筑物：取水头部、絮凝池、沉淀池、滤池、清水池、水泵房、水塔设备：加压设备、控制设备、计量设备管路系统：输水管、配水管网,给水管网系统,排水管网系统,城镇给排水系统示意图,水 源,供水管网系统组成,取水：管井、取水头部、取水构筑物； 能够获得足够的水量；净水：絮凝池、沉淀池、滤池； 保证水量、去除影响使用的杂质；加压：深井泵站、一泵站、二泵站、中途泵站； 保证水量、提供适当的压力；输送：输水管、配水管网、明渠； 形成水流通道，维持合理的流速；调节：清水池、水塔、高地水池、屋顶水箱； 调节取水、净水与

3、用水之间的数量差异， 储备事故及消防用水。,供水管网系统各组成部分的作用,供水管网系统各部分的流量关系,清水池用于调节给水处理厂处理水量与二级泵站供水量之差,水塔用于调节二级泵站供水量与用户用水量之差,水厂自用水量一般是用户总用水量的5%10%,主要包括管网系统布置形式管网拓扑结构模型化管网模型元素概化管段中流量的分配,3 供水管网系统模型化,3.1 管网系统布置形式 根据管网的布置形式，可分为树状管网和环状管网。 树状管网投资较省，但供水安全性较差； 环状管网投资明显高于树状管网，但增加了供水的可靠性。 一般在城镇建设的初期采用树状管网，随着城镇的发展逐渐连成环状管网。在城市的中心布置成环状

4、管网，郊区布置成树状管网。,泵站,树 状 管 网,泵站,环 状 管 网,供水管网的布置要求 1按照城市规划平面图布置管网，布置时应考虑给水系统分期建设的可能，并留有充分的发展余地； 2管网布置必须保证供水安全可靠，当局部管网发生事故时，断水范围应减到最小； 3管线遍布在整个给水区内，保证用户有足够的水量和水压； 4力求以最短距离敷设管线，以降低管网造价和供水能量费用。,3.2 管网拓扑结构模型化,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、

5、水质特性。模型理论基础：数学、水力学、化学、生物学。,管网图简化,某市管网全图管网局部图管网简化图,管网图形及简化 管网图形：根据图论的基本原理，图由“弧”和“顶点”两部分组成。给水管网的几何图形可以抽象地认为是由管段和节点构成的有向图，如将管段看成“弧”，节点看成“顶点”，则管网本身也是一种“图”。 管网图形中每个节点通过一条或多条管段和其他节点相连接。如果舍去后，会破坏“图”的连续性的管段，称为联系管段。去除后会破坏“图”的连续性的节点，称为铰点。,节点：有集中流量进出、管道合并或分叉以及边界条件发生变化的地点 管段：两个相邻节点之间的管道 管线：顺序相连的若干管段 环：起点与终点重合的管

6、线 基环：不包含其它环的环 大环：包含两个或两个以上基环的环,管网简化原则与方法,（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。,管网简化图例,在保证计算结果接近实际情况的前提下，为方便计算可对管线进行适度简化。 分解：只有一条管段连接的两个管网可分解成两个管网进行计算；管网末端水

7、流方向确定的部分可分开计算；环状网上接出的树状网分开计算。 忽略：管网中主要起联络作用的管段，由于正常运行时流量很小，对水力条件的影响很小，计算时可以忽略。 节点合并：距离很近的两个节点计算时可视为一个节点。,管段合并：长度近似相等、彼此几乎平行且相距很近的两条管段计算时可合并。 等效管段的比阻：,等效管段的长度：,管网简化原则与方法,3.3 供水管网模型元素概化,所谓抽象，就是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。经过简化的供水管网进一步抽象成为仅由管段和节点两类元素组成的管网模型。,管段和节点,管段：管线和泵站等简化后的抽象形式，只输

8、送水量，不允许改变水量，但可以改变水的能量。 当管线中间有较大的集中流量时，应在集中流量点处划分管段，设置节点。 泵站、减压阀、跌水井、非全开阀门等应设于管段上。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。,管段和节点流量的概化,比流量：为简化计算而将除去大用户集中流量以外的用水量均匀地分配在全部有效干管长度上，由此计算出的单位长度干管承担的供水量。,城镇中用水量标准不同的区域应分别计算比流量。,沿线流量：干管有效长度与比流量的乘积。,按管道长度计算的比流量不能反映供水人数和用水量的差别，可采用按面积计算比流量的方法。,管段和节点流量的概化,经过简化，管

9、网中除最末端的管段外，其他任一管段的流量都由两部分组成，一部分是本管段沿程配水产生的流量，即沿线流量，另一部分是通过该管段输送到下游管段的流量，称为转输流量。,节点流量：沿线流量只有概念上的意义，在水力计算时应将沿线流量按适当比例分配到两各节点，成为节点流量。沿线流量转换成节点流量的原则是管段的水头损失相同。,管段和节点流量的概化,集中流量处理：,概化后管段和节点的属性,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。 节点属性 构造属性：高程、位置。 拓扑属性：与节点关联的管段及其方向、节点的度；水力属性：节点流量、节点水头、自

10、由水头。,管网的流量分配就是确定管网中各管段的流量，通过的流量即管段流量(计算流量)。节点流量求出后，就可进行管网的流量分配，依此确定各管段的流量和管径。计算流量(即流量分配)，实际包括该管段两侧的沿线流量和通过该管段输送到以后管段的转输流量。,3.4 管段流量的分配,树状管网的管段流量具有唯一性。,8,6,14,27,33,77,5,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。(经济性、可靠性）,环状网流量分配步骤 1、按照管网的主要供水方向，初步拟定各管段的水流方向，并选定整个管网的控制点。 2、为了可靠供水，从二级泵站到控制点之间选定几条主要的平行干管线，这些平衡干管中尽可能均匀

11、地分配流量，并且符合水流连续性，即节点流量平衡。 3、和干管线垂直的连接管，可分配较少的流量。原因：主要作用是沟通平行干管之间的流量，有时起部分输水作用,有时仅就近供水到用户，平时流量一般不大，只有在干管损坏时才能转输较大的流量。,主要包括管段直径与水头损失计算管网计算基础方程管网计算方法分类管网水力计算,4 供水管网系统水力学基本方程,4.1 管径计算 管道直径、管段计算流量和水流速度之间满足以下关系：,在确定的计算流量下，管道直径是流速的函数：,从技术上考虑，水流的最大速度应不超过2.53.0米/秒（防止水锤），最小速度不得小于0.6米/秒（防止沉积）。 从经济上考虑，较大的水流速度可减小

12、管道直径，降低工程造价；但由于水流速度大而会导致水头损失增加，从而加大运行的动力费用。合理的流速应该使得在一定年限（投资偿还期）内管网造价与运行费用之和最小。,4.1 管径计算,设Wt为总费用，C为管网造价，M1为年度运行电费，M2为年折旧费用，t为投资偿还年限。则有：,投资偿还期内的年度总费用为：,因M2与管网造价有关，以管网造价的百分数计，,可表示为M2= C,经济流速: Q一定,在资金偿还期内,管网的造价和管理费用之和为最小时相应流速为经济流速.,经济管径: 如果Q一定,由经济流速制定的管径叫经济管径.,经济流量:如果DN一定,由经济流速决定的管段通过的流量叫经济流量.,在重力条件下,

13、把H用完所得管径为经济管径.,D-V-Q,以靠近为原则,流量和水头损失的关系：,均匀流基本公式：,4.1 水头损失计算,舍维列夫公式（适用于旧铸铁管和旧钢管）,巴甫洛夫斯基公式（适用于混凝土管、钢筋混凝土管和渠道）,对于混凝土管和钢筋混凝土给水管，当0.01n0.04时，y值可采用1/6。,海曾威廉公式,柯尔勃洛克公式,目的：确定各水源节点的供水量、各管段的流量和管径、全部节点的水压。,多水源环状管网的管段数、节点数、基环数和水源数满足列关系： +-,单水源环状管网： +-1,树状管网： -1,4.2 管网计算基础方程,管网水力计算时，节点流量、管段长度为已知，需要确定管道的直径和流量，有2P

14、个未知数，利用经济流速确定流量与直径的关系，实际上只要求解个未知数。,管网中的水流必须符合质量守恒和能量守恒原理，即满足连续方程和能量方程。独立的连续性方程数为个，独立的能量方程数为个，共计个。,4.2 管网计算基础方程,个节点连续性方程：,qi为节点流量，qij为管段流量，离开节点为正，流向节点为负。,4.2 管网计算基础方程,个基环能量方程：,hij为管段水头损失，顺时针方向为正，逆时针方向为负。,4.2 管网计算基础方程,在管网水力计算时，根据求解的未知数是管段流量还是节点水压，可以分为解环方程、解节点方程和解管段方程三类。 解环方程：管网经流量分配后，各节点已满足连续性方程，可是由该流

15、量求出的管段水头损失， 并不同时满足L个环的能量方程，为此必须多次将各管段的流量反复调整，直到满足能量方程，从而得出各管段的流量和水头损失。,4.3 管网计算方法分类,解节点方程：在假定每一节点水压的条件下，应用连续性方程以及管段压降方程，通过计算求出每一节点的水压。节点水压已知后，即可以从任一管段两端节点的水压差得出该管段的水头损失，进一步从流量和水头损失之间的关系算出管段流量。 解管段方程：应用连续性方程和能量方程，求得各管段流量和水头损失，再根据已知节点水压求出其余各节点水压。,4.3 管网计算方法分类,4.4 树状管网水力计算,计算步骤：确定各管段的流量；根据经济流速选取标准管径；计算

16、各管段的水头损失；确定控制点；计算控制线路的总水头损失，确定水泵扬程或水塔高度；确定各支管可利用的剩余水头；计算各支管的平均水力坡度，选定管径。,某镇供水区用水人口5万人，最高日用水量定额为150/(人)，要求最小服务水头为16。节点接某工厂，工业用水量为4003/，两班制，均匀使用。城市地形平坦，地面标高为5.OO。,1总用水量设计最高日生活用水量： 500000.157500m3/d86.81L/s工业用水量： 4001625m3/h6.94L/s总水量为： Q86.816.9493.75L/s2管线总长度：L2425m，其中水塔到节点0的管段两侧无用户不计入。3比流量： (93.756.

17、94)24250.0358L/s,4沿线流量：,5节点流量：,6干管水力计算：,选定节点8为控制点，按经济流速确定管径。,7支管水力计算,8确定水塔高度和水泵扬程,水泵扬程需要根据水塔的水深、吸水井最低水位标高、水泵吸水管路和压水管水头损失计算确定。,树状网中，当管网节点流量算出后，利用节点流量平衡关系就可把每个管段流量直接算出来，同时也确定了水流方向。树状网各管段均为串联管路，当个别管的管径改变时，为了供给要求的水量，只须改变管网始点的水压，而各管段的流量仍旧不变。 环状网不同，当环状网已定，节点流量的数值也已知时，为满足供水要求，通过管网各管段的流量可以有许多流量分配的方案，这因为管网各环

18、不仅包括串联管路，而且也有并联管路。如改变一条管段的管径，则所有管段的流量皆为未知数，但树网中仅管径为未知数。为求出这些未知数，就要作出必要数目的方程式。,4.4 环状管网水力计算,A、特点:(与树枝网比较)1、水力条件：枝：节点,环：,2、通过每管段的流量无穷多解答,环状网水力计算：Qi，Di（每一管段）设管段数为P，未知数为2P，L个环，J个节点须2P个方程式：P=L+J-1 由水力条件可列P个方程式,引入P个方程式：经济条件 得P个方程式,数学上证明:1)解2P个方程式不可能求出经济流量分配和经济管径,只有在流量已知时才可能求出经济管径;2)只有把环状网改为树枝网,才会最经济;3)在环状

19、网计算前,必须先进行人为流量分配.,B、流量分配从经济安全的角度1、输水线路，选择最短的输水线路，决定每一管段的水流方向；2、干管间的流量分配尽可能接近，便于干管管径相接近；3、连接干管流量分配，当某一干管损坏时，经它转输时不致引起过大的水头损失。,对置水塔给水管网:1)最大用水小时流量分配,要考虑泵站、水塔供水范围；2）流量平衡：,（1）每一个节点：,（2）整个管网：,分界线上各点，一般由水塔、泵站同时供给。,3）最大用水小时，最大转输小时都要进行流量分配,C、步骤1、准备工作，求Qd、Qh，定线，ql、qj；2、决定每一管段流量，人为流量分配；3、由已知的人为分配流量Qi选择经济流速求Di

20、,5、求水塔高度，水泵扬程，及每一节点的水压高度,6、根据每一节点的水压绘制等水压线,4、平差计算,D、管径的决定：1、一般由Qh分配流量决定；2、对置水塔应以最大用水小时为主，同时最大转输小时分配流量，选大的决定管径；3、连接干管管径一般大于100mm（通过消防流量）连接干管（BC）管径小于对应同节点的干管（AB）管径小23级（500-450-400-300）,根据环网水流的运动规律，能得到环网计算的两个基本条件，用以作出求解这些未知数的方程式。 1、流入任一节点的各管段流量之和等于该节点流出的各管段流量之和再加上节点流量。即：Qi+qij=0。 2、在环网的任一闭合环内各管段水头损失的代数

21、和等于零。,环方程组解法（逐步近似法） 原理：在初步分配流量确定的管径基础上，逐步调整管段流量以满足能量方程。,L个非线形的能量方程：,初步分配的流量一般不满足能量方程：,初步分配流量与实际流量的的差额为q，实际流量应满足能量方程：,将函数在分配流量上展开，并忽略高阶微量：,方程组的第一部分称为闭合差：,将闭合差项移到方程组的左边，得到关于流量误差（校正流量）的线性方程组：,利用线性代数的多种方法可求解出校正流量。因为忽略了高阶项，得到的解仍然不能满足能量方程，需要反复迭代求解，直到误差小于允许误差值。,环方程组解法（平差法，又称哈代-克罗斯法）,忽略相邻环校正流量和二阶微量的影响：,校正流量

22、的符号与水头损失闭合差的符号相反,步骤：根据连续性条件初步分配管段流量；计算各管段的水头损失；以顺时针方向为正，逆时针方向为负，计算各环的水头损失闭合差；计算各管段的Sijqij和每一环的Sijqij；计算各环的校正流量；将管段流量加上校正流量重新计算水头损失，直到最大闭合差小于允许误差为止。,手工计算时:每环闭合差0.5m，大环闭合差1.0m；电算时：0.010.05m,节点方程组解法 原理：在初步拟订压力的基础上，逐步调整节点水压以满足连续性方程。 节点流量应该满足连续性方程：,个连续性方程：,一般表达式：,初步拟定的水压一般不满足连续性方程：,初步拟定水压与实际水压的差额为，实际水压应满

23、足连续性方程：,将函数在分配流量上展开，并忽略高阶微量：,方程组的第一部分称为闭合差：,将闭合差项移到方程组的右边，得到关于水压误差（校正压力）的线性方程组：,求解步骤：根据已知节点（控制点和泵站）的水压，初步确定其他各节点的水压；根据流量与水头损失的关系求出各管段的流量；计算各节点的不平衡流量；计算各节点的校正压力；重复第24步直到校正压力符合要求为止。,管段方程组解法 原理：直接联立求解 J-S 个连续性方程和 L 个能量方程，求出 PL+J-S 个管段流量。具体步骤：对能量方程进行线性化处理；给定流量初值并计算线性系数；解线性方程求出管段流量；根据所得流量计算线性系数并重新求解管段流量直

24、到误差符合要求。,连续性方程：,能量方程：,5 管网水力特性的计算机模型,首先对所需进行计算的管网加以简化，然后对节点、管段和环进行编号。标明管段流量和节点流量的流向。 节点编号：（1），（2），（3），； 管段编号：1，2，3，。,5.1 管网图的表示方法,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。,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，

25、 节点vi与vj为相邻节点。例：图示管网G(V,E) ， 节点集合： V1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12)； 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。,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=1,2,4、S3=2,3,5、S4=3,6、S5=4,7、S6=5,7,8、S7=6,8。割集将节点与原图分离，需

26、要切断的管段组成集合，称为G的一个割集，记为S(V1)。,环状管网与树状管网的表示方法,（1）路径：图G(V,E)中，从节点v0到vk的一个节点与管段交替的有限非零序列v0e1v1e1ekvk, ，称为行走，如果行走不含重复的节点，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，记为RK，k为回路的编号。显然，环也是回路，它是平面图中回路的特例，环的方向一般设定为顺时针方向。 如图4.7所示图中，R1=2,5,7,4、R2=2,3,6,8,7,4均为回路，其中R1是环。,（3）树状管网,1、树的定义和性质 定义：

27、无回路且连通的图G(V,E)定义为树，用符号T(V,G)表示，组成树的管段称为树枝。 排水管网和小型的给水管网通常采用树状管网，其拓扑特性即为树，如图示。 树的性质：1）任意删除一条管段，将使管网图成为非连通图。2）任意两个节点之间必然存在且仅存在一条路径。3）任意两个节点间加上一条管段，则出现一个回路。4）由于不含回路（L=0），树的节点数N与树枝数M关系为： M=N-1 。,2、生成树 从非树状的连通图G(V,E)中删除若干边后，使之成为树，则该树称为原图G的生成树。生成树包含连通图的全部节点和部分管段。 在构成生成树时，被保留的边称为树枝，被删除的边称为称为连枝。其连枝数等于环数L。满足

28、两个条件：1）保持原管网图的连通性；2）必须破坏所有的环或回路。（4）环状管网设管网图节点数为N，管段数为M，连通分支数为P，内环数为L，则： L+N=M+P 欧拉公式对于一个连通的管网图： M=L+N-1,管网节点数N和管段数M的关系,两大类管网：树状网和环状网树状网：M=N-1环状网：M=L+N-1（L为内环数）,（1）,（2）,（3）,（4）,（5）,（6）,（7）,（8）,1,9,8,7,6,5,4,3,2,Q7,Q3,Q2,Q1,Q4,Q5,Q6,Q8,节点数：N=8管段数：M=2+8-1=9,关联矩阵和回路矩阵,设管网图G(V,E)有N个节点和M条管段，令：,关联矩阵的行数等于独立

29、节点数，列数等于管段数。在行列的交叉位置分别填入0、1和-1，管段与节点不相连时取0，管段中的流量流向节点时取-1，离开节点时取1。因为每一管段只与两个节点相连，故每一列只有两个非零数值，一个为1，另一个为-1。增广矩阵由两部分组成，即管段流量部分和节点流量部分。对于节点流量部分，只有对角线上的元素不为零，且水源节点为-1，非水源节点为1。,建立关联矩阵的方法,回路矩阵的行数等于环数，列数等于管段数。在行和列的交叉位置分别填入0、1或-1，管段与环不相关取0，管段中水流方向为逆时针时取-1，顺时针时取1。每一管段只能与两个环相关，故每一列最多只有两个非零数值，一个为1，另一个为-1。,水头损失

30、向量元素位置要与回路矩阵相对应,建立回路矩阵的方法：,5.2 管网水力学基本方程的计算机表达,1 节点流量方程组在管网模型中，所有节点都与若干管段相关联。对于管网模型中的任意节点，根据质量守恒规律，流入节点的所有流量之和应等于流出节点的所有流量之和，表示为：,式中：qi 管段流量； Qj 节点流量； Sj 节点关联集；N 节点总数； 表示对节点关联管段进行有向求和，方向指向该节点时取负号，否则取正号。,节点流量方程组,节点流量方程组,2 管段压降方程组,在管网模型中，所有管段都与两个节点关联，管段两端节点水头差（管段压降）表示为：,管段能量（压降）方程组,3 环能量方程组,在管网模型中，所有管

31、段都与两个节点关联，管段两端节点水头差（管段压降）表示为：,概况：该建模软件均由Haestad公司推出，后被Bentley公司收购，可单独运行或以插件的形式在AutoCAD和MicroStation平台中运行。,功能：水力分析、消防水耗分析、临界分析、能量分析和投资成本分析。,5.3 常用管网水力计算软件WaterCAD,Infowoks WS,概况： 该软件由英国的Wallingford软件公司开发，使用了WesNet引擎的加强版，能够计算的最大规模为40万节点数，提供了完整的阀门和水泵操作仿真。,功能： 水力计算模块、水质模块、沉积模块、消防流量分析模块、泵站运行费用优化模块、管线重要性分

32、析模块、水锤分析模块、干管冲洗分析模块、压力相关的用水量分析模块和模型自动校验模块。,WaterNetworks,概况： 该软件由美国的BOSS International,Inc.公司研发，以EPANET为计算引擎，利用Access存储管网数据，可以直接集成到AutoCAD Land Destop和Civil 3D中，支持与任意ArcGIS数据库实现管网数据共享，能从AutoCAD、MicroStation、ArcGIS中直接导入管网数据， 可以直接打开已有的EPANET模型并进行编辑和模拟。,功能： 提供高级消火栓流量分析、管网简化、局域管网模拟、方案管理、模型自动校验和优化、节点用水量自

33、动分配、能耗分析、模型校验、SCADA数据在线和离线连接等功能。,WaterSim,概况： WaterSim （给水管网建模与动态仿真系统）是上海敢创信息技术有限公司的水力模型软件，该公司已中标常州市自来水公司建模项目。,功能： 主要包括给水管网系统动态模拟、动态节点流量计算、管网摩阻系数和水泵特性曲线自动校核、供水动力成本计算与分析、制定供水调度方案和在线实时动态仿真模拟功能 。,EPANET水力模型软件,概况：EPANET由美国环境保护总署国家风险管理研究所开发,主要用于有压管网系统水力计算和水质分析。,功能：具有管网平差、运行模拟、信息管理、运行管理等方面的较完整功能。,特点：它基于解节

34、点方程方法, 可对管网不经简化处理直接建模, 并且减少了计算所需时间和存储单元。因其方便性和直观性，现今已经长期用于有压管网系统的平差计算。,EPANET模拟压力管道,(2)水池（Reservoir）代表外部水源，可以是河流、湖泊、地下含水层和与其他供水系统的接口，是管网的边界点，水头和水质不受管网影响；,EPANET各物理部件及作用,(1)节点（Junction）用于连接管道，是自来水进入管网和离开管网的唯一通道；,(3)水塔（Tank）是具有存储能力的节点，其存储水量可以随着时间的变化而改变，但受其最低和最高水位的限制：当其水位处于最低水位时不再向外供水，而当其水位处于最高水位时不再接受来

35、水；,(6)水泵（Pump）用于将能量传递给流体以提高其水头，只允许单向流动，并按照给定的特性曲线工作，如果系统需要的水头大于其能力，将会关闭，而如果系统需要的流量大于其最大流量，则会将特性曲线外推以获取需要的流量，此时可能产生负水头；,(4)孔口（Emitter）代表喷嘴或孔口出流的节点，可用于模拟喷水和灌溉管网，也可用于模拟管网渗漏和消防栓出流，但并不是独立的管网部件，而是通过相关节点的属性进行设置；,(5)管道（Pipe）用于将水从一个节点输送到另一个点，并假设在任何时候都是满流，水在经过管道时产生一定的水头损失；,(7)阀门（Valve）用于限制管网中某点的压力或流量。,EPANET应

36、用,1.EPANET水力模型在供水管网优化中的应用,2.EPANET 水力模型在片区供水中的运用,6.EPANET在自动喷淋系统设计中的应用,5. EPANET在变频变压供水方式中的模拟,4.EPANET在供水管网平差计算中的应用,3.EPANET在城市多水源供水管网水质计算中的应用,简介：应用EPANET水力平差模型, 并根据管网中存在的主要问题进行优化调整, 得到满足水压要求的供水管网敷设方案。,EPANET在供水管网优化中的应用,步骤：,EPANET在片区供水中的运用,简介：某些城区因为管线布置古老，造成片区内供水量的不足，需要增加新的水源对该片区进行供水。利用EPANET水力模型模拟对

37、水量不足区重新供水。,3.利用EPANET分析流量和水压；,步骤：,1.现状分析；,2.新增管道；,4.验证并调整结果；,EPANET在多水源供水管网水质计算中的应用,简介： EPANET作为给水管网中水质状态仿真的一个计算机程序。EPANET对水的流动轨迹, 每个节点压力,每个水塔水压，及遍布整个管网的某种化学物质浓度的变化模拟。并对化学物质、水龄、多水源调度进行仿真。从而建立管网水质模型。,步骤：,EPANET在供水管网平差计算中的应用,基本步骤：,1.管网拓扑关系的输入；,2.管网基础信息的输入（主要输入水源、节点和管段信息）；,3.管网平差结果的输出；,EPANET在变频变压供水方式中

38、的模拟,简介：通过联合应用EPANET 内的水泵模型和压力破除阀模型, 用来模拟各种工况下的水泵运行，建立了供水系统中变频变压供水方式的模拟方法。,1.EPANET 对水泵的模拟；,步骤：,其中包括节点模型和连接模型。连接模型包含水泵模型和压力破除阀模型，水泵模型主要对水泵的外特性曲线、水泵转速和转速进行模拟，而压力破除阀模型主要用水头损失予以替代。,2. EPANET 对变频变压供水方式进行模拟；,运行期间的水泵启闭及切换通过逻辑控制语句实现。,EPANET在自动喷淋系统设计中的应用,简介：利用EPANET 模拟喷淋系统管线布置图, 依据初选法确定管径, 依据作用面积法确定计算流量, 运行后

39、可直观显示出供水管线上各节点的供水压力, 可提供节流设备的确切位置, 最后达到优化设计的效果。,1.最不利层自喷系统水力计算及校核；,2.喷水强度校核；,3.利用EPANET进行优化；,根据软件界面显示出供水管线上各节点的供水压力, 选择减压装置并确定准确的安装位置, 均衡各层喷头的压力，使系统得到优化。,步骤：,鉴于EPANET软件基于解节点方程的方法,可对管网不经过简化处理而直接建模,减少了计算所需要的时间和存储单元。因此在应用方面非常广泛，如在燃气输送优化、再生水管网规划设计等多处均有其实用的价值。,EPANET预期在其他领域中应用,EPANET与GIS结合应用展望,EPANET水力模型依然是静态的模型，其计算结果还有一定的滞后性，因为它没有直接调用的数据库，而如能将其和GIS平台有效的结合，则可方便的调用其属性数据库、空间数据库。 我们可以将EPANET 中的INP 文件转化为Geodata-base 管网模型数据库，利用表和要素类的形式加以存储。同样也可以将GIS数据转化为INP文件。这样我们可以完全利用Geodatabase 管网数据库在ArcEngine. NET中实现EPANET的大部分功能。,欢迎讨论！,