给水排水管网系统.ppt

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1、v教材：教材：严煦世、刘遂庆主编。严煦世、刘遂庆主编。中国建筑工业中国建筑工业出版社，出版社，2002。v主要参考教材：主要参考教材：v1.许保玖著。给水处理理论。中国建筑工业许保玖著。给水处理理论。中国建筑工业出版社，出版社，2000。v2.周玉文、赵洪宾著。排水管网理论与计算。周玉文、赵洪宾著。排水管网理论与计算。中国建筑工业出版社，中国建筑工业出版社，2000。v3.唐受印、戴友芝等编唐受印、戴友芝等编。水处理工程师手册。水处理工程师手册。化工出版社，化工出版社，2000，629-663。3/3/202313/3/202323/3/202333/3/202343/3/202353/3/2

2、02363/3/202373/3/202383/3/202393/3/2023103/3/2023113/3/2023123/3/2023133/3/202314v给水排水工程分为给水工程和排水工程两大部份。v 给水工程的任务；v 排水工程的任务。v给水排水工程专业课内容主要包括水资源规划与保护、取水工程、水处理工程和管网系统工程。v本课程为给水排水专业的主干课，教材中主要讲述的内容为给水的输送和分配以及废水的收集和输送管道系统网络的理论、工程设计与管网的管理维护和运行调度的基础理论与工程技术。3/3/202315第一章 概述1.给水排水系统的主要功能：（1）水量保证水量保证（2）水质保证）水

3、质保证（3）水压保证）水压保证2.给水排水系统的组成：（1）取水系统）取水系统（2）给水处理系统）给水处理系统（3）给水管网系统）给水管网系统（4）排水管网系统）排水管网系统（5）废水处理系统）废水处理系统（6）排放和复用系统）排放和复用系统3/3/202316第一章 概述3.给水排水系统工作原理（1）流量平衡流量平衡（2）水质关系）水质关系（3）水压关系）水压关系4.给水排水管网系统的功能与特点功能：水量输送、水量调节、水压调节功能：水量输送、水量调节、水压调节特点：分散性、连通性、传输性、扩展性特点：分散性、连通性、传输性、扩展性3/3/202317思考题思考题v（水源地）为何取水口一般布

4、置在河流较窄（水源地）为何取水口一般布置在河流较窄的地方？的地方？v（水质）为何取水口位于城市河流的上游？（水质）为何取水口位于城市河流的上游？v（水压）为何给水处理厂一般建筑在城市地（水压）为何给水处理厂一般建筑在城市地势较高处而污水处理厂却建设在较低处？反势较高处而污水处理厂却建设在较低处？反之有何问题？之有何问题？3/3/202318第一章 概述5.给水管网系统的组成给水管（渠）、配水管网、水压调节设施、给水管（渠）、配水管网、水压调节设施、水量调节设施等。水量调节设施等。6.排水管网系统的组成废水收集设施、排水管网、水量调节池、废水收集设施、排水管网、水量调节池、提升泵站、废水输水管（

5、渠）、排放口等提升泵站、废水输水管（渠）、排放口等。3/3/202319第一章 概述7.给水管网系统类型（1）按水源的数目分类）按水源的数目分类（2）按系统构成方式分类（分压、分质）按系统构成方式分类（分压、分质）（3）按输水方式分类）按输水方式分类8.排水管网系统的体制合流制排水系统（直排式、截流式）合流制排水系统（直排式、截流式）分流制排水系统分流制排水系统3/3/202320本章重点本章重点v给排水系统的流量关系。给排水系统的流量关系。v水质变化过程。水质变化过程。v为何对于某些管网要实行分区供水？为何对于某些管网要实行分区供水？v应该采用何方式来保证供水的安全性？应该采用何方式来保证供

6、水的安全性？v应该采用何方式保证排水系统的运转安全性应该采用何方式保证排水系统的运转安全性？v如何进行排水体制的选择？如何进行排水体制的选择？3/3/202321第二章 管网工程规划1.工程规划的主要任务确定给排水系统的服务范围和建设规模确定给排水系统的服务范围和建设规模 确定系统的组成与体系结构确定系统的组成与体系结构 确定水处理工艺流程与水质保证措施确定水处理工艺流程与水质保证措施 管网规划与定线管网规划与定线2.给水排水工程规划原则贯彻执行国家和地方的相关政策与法规贯彻执行国家和地方的相关政策与法规 城镇及工矿企业规划时兼顾给水排水工程城镇及工矿企业规划时兼顾给水排水工程 给水排水工程规

7、划与城镇和谐发展给水排水工程规划与城镇和谐发展 合理确定近远期规划与建设范围合理确定近远期规划与建设范围 合理利用水资源与保护环境合理利用水资源与保护环境 规划方案尽可能经济高效规划方案尽可能经济高效3/3/202322可研相关法规可研相关法规v中华人民共和国环境保护法中华人民共和国环境保护法（1989年年12月）月）v中华人民共和国水污染防治法中华人民共和国水污染防治法（1984年年5月）月）v中华人民共和国水污染防治法实施细则中华人民共和国水污染防治法实施细则（2002国务院第国务院第284号令）号令）v国务院关于环境保护若干问题的决定国务院关于环境保护若干问题的决定v建设项目环境保护管理

8、办法建设项目环境保护管理办法（1986年年3月）月）v建设项目环境保护设计规定建设项目环境保护设计规定（1987年年3月）月）v污染排放许可证管理暂行办法污染排放许可证管理暂行办法（1986年年3月）月）v污水处理设施环境保护、监督管理办法污水处理设施环境保护、监督管理办法（1989年年5月）月）v饮用水源保护区污染防治管理规定饮用水源保护区污染防治管理规定（1989年年11月）月）v排污费征收标准及计算方法排污费征收标准及计算方法（2003年国家发展计划委员会、财政部、年国家发展计划委员会、财政部、国家环保总局、国家经济贸易委员会第国家环保总局、国家经济贸易委员会第31号令）号令）v排污费征

9、收使用管理条例排污费征收使用管理条例（2003中华人民共和国国务院令第中华人民共和国国务院令第369号）号）3/3/202323v建筑结构设计统一标准：建筑结构设计统一标准：GBJ68-84v工业建筑防腐设计规范：工业建筑防腐设计规范：GBJ46-82v建筑结构荷载规范：建筑结构荷载规范：GBJ9-87v建筑防震设计规范：建筑防震设计规范：GB50011-2001v给排水工程结构设计规范：给排水工程结构设计规范：GB50069-2002v混凝土结构设计规范：混凝土结构设计规范：GB50010-2002v地下工程防水技术规范：地下工程防水技术规范：GB50108-2001v建筑地基基础设计规范：

10、建筑地基基础设计规范：GB50007-2002v砌体结构设计规范：砌体结构设计规范：GB50003-2001v劳动部劳动部1998年颁发的年颁发的48号文号文关于生产性建设项目职业安全卫生检察的关于生产性建设项目职业安全卫生检察的暂行规定暂行规定v卫生部卫生部1994年发布的年发布的工业企业建设项目卫生预评价规范工业企业建设项目卫生预评价规范可研相关法规可研相关法规3/3/202324可研相关法规可研相关法规工业企业设计卫生标准TG36-79工业企业噪声控制设计规范GBJ87-85建筑设计防火规范GBJ16-87建筑灭火器配置设计规范GBJ140-90地表水环境质量标准GB3838-2002污

11、水排入城市下水道水质标准CJ3080-1999污水综合排放标准GB8978-1996农田灌溉水质标准GB5084-92农用污泥中污染物控制标准GB4284-84污水再生利用设计规范GB/T50335-2002室外排水设计规范GBJ14-87室外给水设计规范GBJ13-86工业企业噪音控制设计规范GBJ87-85工业企业厂界噪声标准GB12348-90建筑电气设计技术规范JGJ16-83建筑给水排水设计规范GBJ15-883/3/202325可研一般包括内容可研一般包括内容1）项目建设的必要性。2）根据城市（企业）的实际情况确定项目建设内容。3）确定给（废）水处理规模及处理程度。4）对给（废）水

12、处理工艺进行技术论证。5）确定给（废）水处理建设用地及地址。6）给（废）水处理工程方案。7）环境和社会影响分析、环境保护、劳动保护、安全运行和节能措施。8）项目运行管理。9）项目实施计划与进度预测。10）投资估算与融资方案。11）财务评价。12）社会效益评价。3/3/202326第二章 管网工程规划3.给排水工程规划工作程序（自学）4.给水排水工程技术经济分析方法 数学分析法、方案比较法a.静态法静态法年计算费用年计算费用缺点：投资偿还期确定困难、不能反映资金的缺点：投资偿还期确定困难、不能反映资金的时间价值。3/3/202327第二章 管网工程规划资金的资金的时间价值时间价值指资金在生产和流

13、通过程中随着时间推移而产生的价值。指资金在生产和流通过程中随着时间推移而产生的价值。参考书籍：给水排水工程技术经济实例分析与应用第二章参考书籍：给水排水工程技术经济实例分析与应用第二章引起资金引起资金时间价值的原因时间价值的原因1.社会再生产角度而言，货币转化为资产后，经历一定时社会再生产角度而言，货币转化为资产后，经历一定时间生产和流通中产生的利润。间生产和流通中产生的利润。2.从流通角度而言，消费者或出资者将资金用于投资致使从流通角度而言，消费者或出资者将资金用于投资致使消费推迟而应得到的必要补偿。消费推迟而应得到的必要补偿。资金资金时间价值的衡量尺度？时间价值的衡量尺度？利息和利润；通常

14、采用利率表示。利息和利润；通常采用利率表示。利息的计算分为单利法和复利法。利息的计算分为单利法和复利法。3/3/202328第二章 管网工程规划资金的时间价值计算实例。资金的时间价值计算实例。有一笔有一笔5万元的借款，借期万元的借款，借期3年，年利率为年，年利率为8%，试分别，试分别按照单利法和复利法计算到期的本利和。按照单利法和复利法计算到期的本利和。单利法：单利法：F=P（1+ni）=5（1+38%）=6.2万万复利法：复利法：F=P（1+i）n=5（1+8%）n=6.2986万万3/3/202329第二章 管网工程规划现值（现值（P）：表示在建设初期即）：表示在建设初期即0点上的资金价值

15、。点上的资金价值。终值（终值（F）：表示投资偿还期期末的资金价值。）：表示投资偿还期期末的资金价值。复利法计算公式复利法计算公式1）当资金现值为）当资金现值为P，年利率为，年利率为i%，则，则n年后的终值为年后的终值为F=P（1+i%）n2）当资金终值为）当资金终值为F，年利率为，年利率为i%，投资偿还期为，投资偿还期为n年；现值为年；现值为3/3/202330第二章 管网工程规划3）当资金现值为）当资金现值为P，年利率为，年利率为i%，投资偿还期为，投资偿还期为n年内各年年内各年分摊资金现金为分摊资金现金为A，则各年分摊资金现值为，则各年分摊资金现值为AA123/3/202331第二章 管网

16、工程规划为保证资金现值为保证资金现值P得到回收，则有得到回收，则有即即3/3/202332第二章 管网工程规划b.动态法动态法年计算费用年计算费用3/3/202333第二章 管网工程规划计算实例计算实例v某给水项目建设投资5800万元，年运行费用为245万元/年，求1）投资偿还期为20年的静态年计算费用值；2）利率为5.5%，还款期为20年的动态年计算费用值。3/3/202334第二章 管网工程规划计算实例计算实例v某废水处理项目工程建设总投资800万元，年运行费用为-43.8万元/年，求1）投资偿还期为10年的静态年计算费用值；2）利率为5.5%，还款期为10年的动态年计算费用值。v1）静态

17、年计算费用值v2）动态年计算费用值3/3/202335第二章 管网工程规划5.城市用水量预测（1）城市用水量包括项目）城市用水量包括项目（2）用水量变化的表示方法）用水量变化的表示方法平均日用水量平均日用水量最高日用水量最高日用水量最高日平均时用水量最高日平均时用水量最高时用水量最高时用水量3/3/202336v日变化系数日变化系数v时变化系数时变化系数v年变化系数？年变化系数？第二章 管网工程规划3/3/202337第二章 管网工程规划用水量变化曲线用水量变化曲线2.021.952.092.092.643.15.365.515.214.544.74.775.194.794.474.484.9

18、25.135.835.475.414.633.32.393/3/202338第二章 管网工程规划v时变化系数的计算时变化系数的计算Kh=5.83*24/100=1.403/3/202339第二章 管网工程规划6.用水量预测计算（城市）用水量预测计算（城市）（1）分类估算法）分类估算法（2）单位面积法）单位面积法（3）人均综合指标法）人均综合指标法3/3/202340第二章 管网工程规划（4）年递增率法）年递增率法Qa=Q0(1+)t3/3/202341第二章 管网工程规划（5）线性回归法）线性回归法Qa=Q0+Qt3/3/202342第二章 管网工程规划（6）生长曲线法）生长曲线法3/3/20

19、2343第二章 管网工程规划城市用水量日变化系数城市用水量日变化系数特大城市特大城市大城市大城市中等城市中等城市小城镇小城镇1.1-1.31.2-1.41.3-1.51.4-1.83/3/202344第二章 管网工程规划7.给水管网系统规划布置给水管网布置形式给水管网布置形式图图2.2树状网树状网图图2.3环状网环状网3/3/202345124图图2.4压力与重力相结合输水方式压力与重力相结合输水方式3第二章 管网工程规划输水管渠定线输水管渠定线3/3/2023468.排水管网系统规划布置排水管网系统规划布置污水管网布置基本形式污水管网布置基本形式第二章 管网工程规划9124678404142

20、平行式布置平行式布置3/3/202347第二章 管网工程规划正交式正交式污水管网布置基本形式污水管网布置基本形式3/3/202348支管布置与定线支管布置与定线第二章 管网工程规划低边式布置低边式布置3/3/202349支管布置与定线支管布置与定线第二章 管网工程规划围坊式围坊式穿坊式穿坊式3/3/202350经济分析方法经济分析方法水量变化表示方法水量变化表示方法用水量预测计算方法用水量预测计算方法本章重点3/3/202351第三章 管网水力学1.管网水流特征 流态特征（层流、紊流、过渡流）紊流流态分为阻力平方区、过渡区以及水力光滑区。管径大小和管壁粗糙度。水流基本处于紊流过渡区和阻力平方区

21、，故取值在1.75-2之间。3/3/202352恒定流与非恒定流 给排水管网中水的流态不可能为恒定流；但是设计中按照恒定流进行计算。第三章 管网水力学3/3/202353均匀流与非均匀流 管网中水的流态也不可能为均匀流；但当管道截面在一定距离内不发生变化和转弯时可认为是均匀流；当管道局部出现三通、转弯或变径时则为非均匀流。第三章 管网水力学3/3/202354压力流与重力流（断面形状）水头（位置水头、压力水头、流速水头组成势能和动能）水头损失（沿程阻力、沿程水头损失、局部阻力、局部水头损失）第三章 管网水力学3/3/202355第三章 管网水力学2.管渠水头损失计算 分为沿程水头损失和局部水头

22、损失 计算沿程水头损失可采用谢才公式或采用达西公式。局部水头损失计算采用公式3/3/202356第三章 管网水力学3.谢才公式与达西公式比较谢才公式谢才公式达西公式达西公式注意谢才公式与达西公式的应用范围。注意谢才公式与达西公式的应用范围。3/3/202357第三章 管网水力学4.谢才系数或沿程阻力系数的求解谢才系数或沿程阻力系数的求解可选择谢才系数或沿程阻力系数的求解可选择舍维列夫公式（原苏联）、海曾舍维列夫公式（原苏联）、海曾-威廉公式威廉公式（德国）、科尔波洛克（德国）、科尔波洛克-怀特公式（英国）、怀特公式（英国）、巴甫洛夫斯基公式（原苏联）或曼宁公式巴甫洛夫斯基公式（原苏联）或曼宁公

23、式（英国）。（英国）。3/3/202358第三章 管网水力学5.局阻与沿程水头损失的指数形式 沿程水头损失的指数形式 局阻水头损失公式的指数形式 管道水头损失的指数形式3/3/202359第三章 管网水力学v6.局阻与沿程阻力的关系v局阻一般只占沿程阻力的5%以内，可以忽略不计。3/3/202360例题例题v某管道直径为700mm，长度为800m，海曾-威廉姆粗糙系数为105，管道上有90度弯头2个、直流三通6个、全开闸阀2个，输水流量为480L/s。计算沿程水头损失和局部水头损失并计算局阻与沿程阻力之比。3/3/202361分析分析v本题已知流量可以确定流速（？）。v已知粗糙系数可求沿程阻力

24、系数（？）v已知上述两项可求沿程水头损失v局阻系数已知可求局阻水头损失3/3/202362计算过程计算过程v1.q=480L/s，D=700mm=0.7m，则，则v=1.248m/s。v2.v3.=0.9*2+0.1*6+0.19*2=2.78v4.v5.0.22/2.25=0.103/3/202363第三章 管网水力学7.非满管流管渠水力计算公式非满管流管渠水力计算公式7.1采用数学分析方法求解非满管流的过水断面采用数学分析方法求解非满管流的过水断面积积A；然后求解水力半径然后求解水力半径R。7.2谢才公式与曼宁公式的组合谢才公式与曼宁公式的组合流速公式流速公式流量公式流量公式3/3/202

25、364第三章 管网水力学8.非满管流计算公式的简化与水力计算方法8.1计算公式的简化计算公式的简化水力计算图表水力计算图表等比例简化等比例简化8.2计算方法计算方法已知公式中的三项求解其余两项已知公式中的三项求解其余两项3/3/202365第三章 管网水力学v9.水力等效简化水力等效简化v原则：原则：等效后管网与原系统具有相同的水力等效后管网与原系统具有相同的水力特性。特性。v9.1串联管道的简化串联管道的简化Ll1d1l2d2lNdN串联管道串联管道3/3/202366第三章 管网水力学v9.1串联管道的简化串联管道的简化当串联管段管径相同时呢？当串联管段管径相同时呢？3/3/202367第

26、三章 管网水力学v9.2并联管道的简化并联管道的简化d1q1d2q2dNqNdq并联管道并联管道3/3/202368第三章 管网水力学v9.2并联管道的简化并联管道的简化当并联管段管径相同时呢？当并联管段管径相同时呢？例题例题3/3/202369第三章 管网水力学v9.3沿线均匀出流的简化沿线均匀出流的简化ql+qtqtxlql3/3/202370第三章 管网水力学v简化思路简化思路v假定沿线出水均匀（假定沿线出水均匀（实际呢实际呢？）？）v把沿线流量折算为起端与末端流量（把沿线流量折算为起端与末端流量（与实际是否相与实际是否相符符？）？）v由两项假定推导出如下公式由两项假定推导出如下公式3/

27、3/202371第三章 管网水力学v令令n=2，转输系数，转输系数=q=qt t/q ql l，则，则v对上式进行等价变换，即对上式进行等价变换，即v 0 0时，时，v 时，时，0.53/3/202372第三章 管网水力学v9.4局部水头损失计算的简化局部水头损失计算的简化v说明：简化为需要的计算管径。说明：简化为需要的计算管径。例题例题3/3/202373第三章 管网水力学v10.水泵水泵3/3/202374第三章第三章 管网水力学管网水力学3/3/202375第三章 管网水力学3/3/202376第三章 管网水力学3/3/202377第三章第三章 管网水力学管网水力学v某某S型水泵性能曲线

28、型水泵性能曲线HQP3/3/202378第三章第三章 管网水力学管网水力学v10.1工频泵水力特性公式工频泵水力特性公式v最小二乘法拟合分析最小二乘法拟合分析3/3/202379第三章第三章 管网水力学管网水力学v10.2调速泵水力特性公式调速泵水力特性公式v水泵静扬程与转速有关，而水泵内阻保持不水泵静扬程与转速有关，而水泵内阻保持不变。变。3/3/202380第三章 管网水力学v10.3考虑吸、压水管路的水泵水力特性公式考虑吸、压水管路的水泵水力特性公式Q3/3/202381第三章 管网水力学v10.4泵站水力特性公式泵站水力特性公式v同型号水泵并联水力特性公式v同型号水泵并联，每台泵流量相

29、同；等效为一台泵同型号水泵并联，每台泵流量相同；等效为一台泵即为泵站水力特性曲线。即为泵站水力特性曲线。v假定泵站中有假定泵站中有n台同型号水泵并联，每台泵水力特台同型号水泵并联，每台泵水力特性曲线为性曲线为v当不计管路水头损失时，则有如下流量与扬程对应当不计管路水头损失时，则有如下流量与扬程对应关系，见下表关系，见下表3/3/202382第三章 管网水力学单台单台q单台单台he单台单台sp单台单台hpN台台qN台台heN台台spN台台hpqhesphpNqhe？hp？v得同型号水泵并联水力特性公式得同型号水泵并联水力特性公式3/3/202383第三章 管网水力学v不同型号水泵泵站水力特性曲线

30、不同型号水泵泵站水力特性曲线v由于型号不同，故工作流量不等，采用最小由于型号不同，故工作流量不等，采用最小二乘法进行计算确定二乘法进行计算确定v方法：方法：1）从水泵样本中查出其水力特性曲线）从水泵样本中查出其水力特性曲线公式，确定每台泵高效扬程段进而确定共同公式，确定每台泵高效扬程段进而确定共同高效扬程段。高效扬程段。2）确定若干高效扬程段中的扬）确定若干高效扬程段中的扬程，根据特性曲线求出流量。程，根据特性曲线求出流量。3）根据扬程、）根据扬程、流量采用最小二乘法进行计算流量采用最小二乘法进行计算he、sp。v水泵串联特性曲线？水泵串联特性曲线？3/3/202384作业作业vP65，第，第

31、2、5、6题。题。3/3/202385第三章 管网水力学v问题：问题：v进行管段均匀出流简化时，把管道划分为若进行管段均匀出流简化时，把管道划分为若干较短小管道时，能否减小计算误差？干较短小管道时，能否减小计算误差？v未确定管径时能否进行局阻等效简化？未确定管径时能否进行局阻等效简化？v多台水泵并联工作，泵站静扬程会否受到影多台水泵并联工作，泵站静扬程会否受到影响？响？v求泵站水力特性曲线时，若不按照高效段进求泵站水力特性曲线时，若不按照高效段进行计算将会出现何问题？行计算将会出现何问题？3/3/202386第三章 管网水力学v本节重点本节重点v1.水力等效简化原则、方法（并联、串联）。水力等

32、效简化原则、方法（并联、串联）。v2.沿线均匀出流的简化计算（方法、系数）。沿线均匀出流的简化计算（方法、系数）。v3.计算泵站水力特性曲线（同型号、不同型号）计算泵站水力特性曲线（同型号、不同型号）。v注意：注意：v最小二乘法公式不一定背过，但等效简化公式最小二乘法公式不一定背过，但等效简化公式一定要记住！一定要记住！3/3/202387第四章 管网模型化v1模型化模型化v手段：简化与抽象。手段：简化与抽象。v简化：忽略比较次要给排水设施，分析与计简化：忽略比较次要给排水设施，分析与计算集中于主要对象；算集中于主要对象；v抽象：忽略分析处理对象的具体水力特性，抽象：忽略分析处理对象的具体水力

33、特性，将其视为模型元素，只考虑拓扑关系与水力将其视为模型元素，只考虑拓扑关系与水力特性。特性。3/3/202388第四章 管网模型化v1.1简化简化v简化原则简化原则:宏观等效与小误差。宏观等效与小误差。v管线简化措施：删除次要管线，保留主要管路；管管线简化措施：删除次要管线，保留主要管路；管线交叉点较近，可合并；可将全开阀门删除，从全线交叉点较近，可合并；可将全开阀门删除，从全闭阀门处断开；管材不同或管线并联，可采用水力闭阀门处断开；管材不同或管线并联，可采用水力等效原则等效为同一管材或单管道；尽量将大系统等效原则等效为同一管材或单管道；尽量将大系统拆分为若干小系统。拆分为若干小系统。v附属

34、设施简化措施：删除对全局水力特性影响小的附属设施简化措施：删除对全局水力特性影响小的设施；合并同一位置的多个相同设施。设施；合并同一位置的多个相同设施。3/3/202389第四章 管网模型化v1.2抽象抽象v抽象的结果：管段与节点。抽象的结果：管段与节点。v管段：只能输送流量而不允许改变流量，但管段：只能输送流量而不允许改变流量，但可改变水的能量。（可改变水的能量。（存在大流量处断开、管存在大流量处断开、管段较长应分成若干管段段较长应分成若干管段）v节点：（管线交叉处、端点或大流量进出点）节点：（管线交叉处、端点或大流量进出点）只能能量不能改变能量，但存在流量的变化。只能能量不能改变能量，但存

35、在流量的变化。3/3/202390第四章 管网模型化v管段与节点属性：构造属性、拓扑属性（管段与节管段与节点属性：构造属性、拓扑属性（管段与节点关联关系）与水力属性（表征管段与节点的水力点关联关系）与水力属性（表征管段与节点的水力特征）。特征）。v管段构造属性（长度即管长、直径即管径、粗糙系管段构造属性（长度即管长、直径即管径、粗糙系数）；管段拓扑属性（管段方向、起端节点即起点、数）；管段拓扑属性（管段方向、起端节点即起点、终端节点即终点）；管段水力属性（管段流量为矢终端节点即终点）；管段水力属性（管段流量为矢量、管段流速为矢量、管段扬程为矢量、管段摩阻、量、管段流速为矢量、管段扬程为矢量、管

36、段摩阻、管段压降）。管段压降）。v节点构造属性（节点高程、节点位置）；节点拓扑节点构造属性（节点高程、节点位置）；节点拓扑属性（与节点关联的管段及其方向、节点的度）；属性（与节点关联的管段及其方向、节点的度）；节点水力属性（节点流量、节点水头、自由水头节点水力属性（节点流量、节点水头、自由水头针针对有压流对有压流）。）。3/3/202391第四章 管网模型化v1.3模型标识模型标识v节点与管段编号：管段可节点与管段编号：管段可1、2等，节点等，节点可可(1)、(2)等。等。v设定管段方向：原因存在矢量。设定管段方向：原因存在矢量。v设定节点流量方向：流入为负、流出为正。设定节点流量方向：流入为

37、负、流出为正。3/3/202392第四章 管网模型化v2管网模型的拓扑特性管网模型的拓扑特性v拓扑特性用于描述节点与管段的关联关系。拓扑特性用于描述节点与管段的关联关系。v2.1图图v管网模型略去构造与水力特性后，仅考虑节点与管管网模型略去构造与水力特性后，仅考虑节点与管段之间的关联关系时即为管网图。图即关系或联系。段之间的关联关系时即为管网图。图即关系或联系。v图的表示方法：几何表示法和集合表示法。图的表示方法：几何表示法和集合表示法。v集合表示时可采用管段集合、节点集合；节点集合集合表示时可采用管段集合、节点集合；节点集合与管段集合构成管网图与管段集合构成管网图G(V，E)；节点数；节点数

38、N(G)，管，管段数段数M(G)。3/3/202393第四章 管网模型化v2.2有向图有向图v在管网图中，关联任意管段的两个节点是有在管网图中，关联任意管段的两个节点是有序的，为表明管段方向，表示管段时由起点序的，为表明管段方向，表示管段时由起点指向终点。指向终点。v也可采用各管段的起点集合和终点集合表示也可采用各管段的起点集合和终点集合表示管网图。管网图。3/3/202394第四章 管网模型化v2.3管网图的连通性管网图的连通性v连通图：从图的任意两个顶点均通过一系列连通图：从图的任意两个顶点均通过一系列边及顶点相连通，即从一个顶点出发，经过边及顶点相连通，即从一个顶点出发，经过相关联的边和

39、顶点可到达其余任一顶点。相关联的边和顶点可到达其余任一顶点。v非连通图可分为若干相互连通部分。非连通图可分为若干相互连通部分。3/3/202395第四章 管网模型化v2.4管网图的可平面图性管网图的可平面图性v一图若可把其画在平面上同时任意两条边均一图若可把其画在平面上同时任意两条边均不相交，图为可平面图。不相交，图为可平面图。v管网图一般均为可平面图；一般在采用几何管网图一般均为可平面图；一般在采用几何表示时，均画成平面图。表示时，均画成平面图。v对于一连通且画在平面上的管网图，管段数、对于一连通且画在平面上的管网图，管段数、节点数、环数遵循下述关系：节点数、环数遵循下述关系：vM=N+L-

40、13/3/202396第四章 管网模型化v2.5节点的度节点的度v关联数，对应管段。关联数，对应管段。v2.6关联集关联集v记为记为S(v)；括号中的数量对应此节点的度。；括号中的数量对应此节点的度。v2.7割集割集v分离管段或节点所需切断的管段的集合。分离管段或节点所需切断的管段的集合。3/3/202397第四章 管网模型化v2.8路径路径v从一节点到达另一节点时通过的不重复的管从一节点到达另一节点时通过的不重复的管段名称的集合。段名称的集合。v2.9回路回路v从一节点出发经过若干不重复的管段后又回从一节点出发经过若干不重复的管段后又回到此节点的管段名称集合。到此节点的管段名称集合。v回路即

41、管网中的环。回路即管网中的环。3/3/202398第四章 管网模型化v2.10树树v定义：无回路且连通。定义：无回路且连通。v性质：唯一性，任意节点之间存在且存在唯性质：唯一性，任意节点之间存在且存在唯一的路径。删除任一管段造成管网图的非连一的路径。删除任一管段造成管网图的非连通性。扩充性，任两个不同节点加上一条管通性。扩充性，任两个不同节点加上一条管段均组成回路。段均组成回路。v树的节点数与树枝数（管段数）之间关系为：树的节点数与树枝数（管段数）之间关系为：N=M+13/3/202399第四章 管网模型化v2.11生成树生成树v对环而言，删除与其环数相对应的管段数量对环而言，删除与其环数相对

42、应的管段数量后组成的图即生成树。后组成的图即生成树。v生成树和树具有相同的性质。生成树和树具有相同的性质。v这也表明树在适当部位添加一定的管段后组这也表明树在适当部位添加一定的管段后组成环，增加的管段数即环数。成环，增加的管段数即环数。3/3/2023100第四章 管网模型化v3管网模型的水力特性管网模型的水力特性v指管网模型中节点和管段传递、输送流量和指管网模型中节点和管段传递、输送流量和能量的特性。能量的特性。v理论依据为质量守恒和能量守恒。理论依据为质量守恒和能量守恒。3/3/2023101第四章 管网模型化v3.1节点流量方程节点流量方程v依据质量守恒得到流入节点流量之和与流出节点的依

43、据质量守恒得到流入节点流量之和与流出节点的流量之和相等；即流量之和相等；即3/3/2023102第四章 管网模型化12345678(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)Q1Q2Q5Q6Q7Q4Q3q1q2q3q4q5q6q7q83/3/2023103第四章 管网模型化v3.2管段能量方程管段能量方程v管段两端节点水头之差应该等于该管段压降管段两端节点水头之差应该等于该管段压降（非水头损失）。（非水头损失）。vHFi-HTi=hii=1，2，3，M3/3/2023104第四章 管网模型化12345678(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)Q1Q2Q5Q6Q7Q4Q3q1q2q3q4q5

44、q6q7q8h1h2h3h4h5h6h7h83/3/2023105第四章 管网模型化v3.3恒定流基本方程组恒定流基本方程组HFi-HTi=hi i=1，2，3，M3/3/2023106第四章 管网模型化v问题：问题：v管段流量与节点流量能否为负值？若为负值管段流量与节点流量能否为负值？若为负值代表什么意义？代表什么意义？v环的能量具有什么特点？流量具有什么特点环的能量具有什么特点？流量具有什么特点？3/3/2023107第四章 管网模型化v本章重点本章重点v管段、节点管段、节点v路径与回路路径与回路v树树v节点流量方程与管段能量方程节点流量方程与管段能量方程3/3/2023108第五章 给水

45、管网水力分析v1.给水管网水力分析的参数给水管网水力分析的参数v流量与水头。流量与水头。v当管段特性已知且处于恒定流状态时，流量当管段特性已知且处于恒定流状态时，流量与水头关系可通过恒定流方程组解得。与水头关系可通过恒定流方程组解得。HFi-HTi=hi i=1，2，3，M3/3/2023109第五章 给水管网水力分析v2.水力分析的前提条件水力分析的前提条件v2.1已知各管段的水力特性已知各管段的水力特性v即确定管段流量与水头损失之间的关系。即确定管段流量与水头损失之间的关系。3/3/2023110第五章 给水管网水力分析12345678(1)(2)(3)(4)(5)(6)(7)Q1Q2Q5

46、Q6Q7Q4Q3q1q2q3q4q5q6q7q83/3/2023111第五章 给水管网水力分析v2.2节点流量与节点水头必须一个已知一个未节点流量与节点水头必须一个已知一个未知知HFi-HTi=hi i=1，2，3，M3/3/2023112第五章 给水管网水力分析v2.3必须至少存在一个定压节点必须至少存在一个定压节点v方程数和未知量相等只是方程组可解的必要方程数和未知量相等只是方程组可解的必要条件而非充分条件。作为充分条件，要求管条件而非充分条件。作为充分条件，要求管网中必须至少有一个定压节点；若管网中无网中必须至少有一个定压节点；若管网中无定压节点，方程组无确定解。定压节点，方程组无确定解

47、。3/3/2023113第五章 给水管网水力分析v3恒定流基本方程组的线性变换恒定流基本方程组的线性变换v3.1节点流量连续性方程组的变换节点流量连续性方程组的变换v大节点概念（关联）、割集的方式。大节点概念（关联）、割集的方式。v下面例题。下面例题。3/3/2023114第五章 给水管网水力分析(7)(1)(2)(3)(4)(5)(6)(8)Q7Q1Q2Q3Q4Q5Q61234567q1,h1q2,h2q3,h3q4,h4Q8q5,h5q6,h6q7,h7H7H1H2H3H8H4H5H63/3/2023115第五章 给水管网水力分析v针对每个节点可写出节点流量连续性方程针对每个节点可写出节点

48、流量连续性方程3/3/2023116第五章 给水管网水力分析v由大环以及割集概念写出流量连续性方程由大环以及割集概念写出流量连续性方程(7)(1)(2)(3)(4)(5)(6)(8)Q7Q1Q2Q3Q4Q5Q61234567q1,h1q2,h2q3,h3q4,h4Q8q5,h5q6,h6q7,h7H7H1H2H3H8H4H5H63/3/2023117第五章 给水管网水力分析整个管网作为割集整个管网作为割集节点节点8的割集的割集节点节点6的割集的割集节点节点5的割集的割集节点节点4的割集的割集节点节点3，6，8的割集的割集节点节点2，3，5，6，8的割集的割集节点节点1，2，3，4，5，6，8的

49、割集的割集3/3/2023118第五章 给水管网水力分析v写出割集的连续性方程的意义何在？写出割集的连续性方程的意义何在？v方程中只包含一个管段流量与若干个节点流方程中只包含一个管段流量与若干个节点流量；若节点流量已知，可直接求得管段流量。量；若节点流量已知，可直接求得管段流量。v大家分析一下，如下图所示的割集有何意义。大家分析一下，如下图所示的割集有何意义。3/3/2023119第五章 给水管网水力分析(7)(1)(2)(3)(4)(5)(6)(8)Q7Q1Q2Q3Q4Q5Q61234567q1,h1q2,h2q3,h3q4,h4Q8q5,h5q6,h6q7,h7H7H1H2H3H8H4H5

50、H63/3/2023120第五章 给水管网水力分析v问题问题v所举例子为单定压节点（树状网、一个水源供水），所举例子为单定压节点（树状网、一个水源供水），可直接通过流量连续性方程组求解。可直接通过流量连续性方程组求解。v针对多定压节点也能够列出流量连续性方程组，但针对多定压节点也能够列出流量连续性方程组，但很难直接求出定压节点流量（树状网）。很难直接求出定压节点流量（树状网）。v单定压节点环状网，能够得到定压节点流量，但无单定压节点环状网，能够得到定压节点流量，但无法列出直接求解管段流量的连续性方程组。法列出直接求解管段流量的连续性方程组。v多定压节点环状网，既不能直接求出定压节点流量，多定压