供水模型介绍
给水管网水力模型的建立及应用
10 ％ ～ 20 ％；最大迭代次数 150 次；种子数 100 个；加速度 c1=1.5，加速度c2=2.5；惯性系数的最大值取1.4，最小值取0.4。 当连续25次迭代中函数的梯度之后数值仍然没有变化，则退出 迭代，终止计算。实测漏损系数值与校核值的比较如表2，从表 2可以看出最大误差为2.10%，可以满足计算要求。
表１ 算例管网参数
节点号 ２ ３ ４ ６ ７ ８ ９ １０ 水源 水池 基本流量／ （Ｌ／ｓ） １５ １５ １０ １５ ２０ １０ １０ １５ ０ ０ 地面标高／ｍ 时段 ７１０ ７００ ７００ ７００ ６９５ ７１０ ６９５ ６９０ ８００ ８５０ ０-１ １-２ ２-３ ３-４ ４-５ ５-６ 节点流量 变化系数 １．０ １．２ １．４ １．６ １．４ １．２ 管段 管径／ｍｍ １ ２ ３ ４ ５ ６ ７ ８ ９ １０ １１ １２ ８００ ４５０ ４５０ ５００ ３５０ ４００ ４００ ４００ ４００ ４００ ４００ ３５０
２ 挡土墙断面设计
由于挡土墙位于高边坡上，常规挡土墙结构形式无法满足 稳定要求，挡墙采用悬臂式钢筋混凝土+抗滑桩结构型式，顶部 宽度为85 cm，外坡比垂直，内坡比为1.00：0.05，墙高10.53 m， 底板厚2.00 m，宽4.00 m，如图1所示。
３ 基础处理
为保证挡墙基础不发生局部沉陷，便于应力扩散，在现有 开挖基础面上抗滑桩施工完毕后布置C20混凝土垫层扩大基础。
结合国内的给水管网实际情况推荐的模型校核标准如100测压点水压的实测记录值与计算值80测压点水压的实测值与计算值之50测压点水压的实测值与计算值之差对于管段流量占管网总供水量1以上的管段误差5以上的管段误差计算出的各节点水压分布情况与实测值吻合水压过低区域与实测值吻合各水源供水量供水压力与实测记录吻合
给水排水管网模型课件
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
供水水力模型epanet
供水水力模型epanet标题：探索供水水力模型EPANET引言：供水是人类生活中不可或缺的基础设施之一，而供水系统的设计和运行对于保障人们的日常生活至关重要。
在这方面，供水水力模型EPANET是一个非常有用的工具，可以帮助工程师们更好地理解和优化供水系统。
本文将探讨EPANET的工作原理以及其在供水系统设计中的应用。
1. EPANET的背景和功能EPANET是由美国环境保护署（EPA）开发的一种供水水力模型软件，它能够模拟供水系统中的管道流动、水压分布、水质传输等过程。
EPANET可以帮助工程师们预测供水系统的运行情况，评估不同设计方案的性能，并优化供水系统的运行效率。
2. EPANET的工作原理EPANET基于一系列数学模型和算法，通过对供水系统进行建模、分析和优化。
它将供水系统划分为节点和管道，节点代表供水系统中的各个关键位置，如水源、水箱和用户终端；管道则代表连接节点的管道，通过管道将水从源头输送到用户终端。
EPANET使用基本的物理方程和数值方法来模拟水流、水压和水质的分布。
3. EPANET的应用领域EPANET在供水系统的设计、规划和管理中有广泛的应用。
首先，EPANET可以帮助工程师们评估不同供水系统设计方案的性能，包括管道布局、管径选择和水箱容量等。
其次，EPANET可以预测供水系统在不同负荷条件下的运行情况，从而优化供水系统的操作策略。
此外，EPANET还可以模拟水质传输，帮助工程师们评估水质改善措施的效果。
4. EPANET的优势和局限性EPANET作为供水水力模型软件的优势在于其功能强大、灵活性高和易于使用。
它可以为工程师们提供详细的供水系统分析结果，并支持多种操作系统和数据格式。
然而，EPANET也存在一些局限性，例如对于复杂的供水系统模型，计算时间可能较长；同时，EPANET在处理特定问题时可能需要进行一些简化和假设。
结论：EPANET作为一种供水水力模型软件，在供水系统的设计、规划和管理中发挥着重要的作用。
供水系统水力模型建设路径探讨
供水系统水力模型建设路径探讨摘要：随着供水企业管理水平的日益提高，供水系统水力模型作为管网深度管理的一项综合型技术也越来越受到供水企业的高度重视。
供水系统水力模型建设是一项系统工程，本文就建设路径进行初步探讨，为企业进行水力模型建设提供思路。
关键词：供水企业；供水系统；水力模型；建设路径在供水企业传统的厂站、管网规划中，常采用水力计算结果为科学决策提供依据。
“水力模型”不等于“水力计算”，水力计算是水力模型的基础，是一种静态的运算，具有一定的局限性。
水力模型属于数学模型的一种，通过对客观事物和实际问题进行分析并建立相应的数学表达式，可反应客观事物运动规律和判断实际变化形式。
一、水力模型能够解决的问题管网水力模型根据其应用的目的，大致可以分为以下五类：1、管网设计：供水管网的中长期规划，新供水系统的设计，新水厂、水库、增压泵站的安排；2、管网评估：分析现存管网系统的工况，并给出相应供水特性的评估，根据评估结果提出管网改造的方案；3、工程管理：确诊管网中的异常情况，处理供水系统中的突发事故，分析工程或者事故对管网的影响；4、供水调度：指导日常管网供水调度，优化运行成本，制作节假日、时故时的调度预案；5、水质分析：管网中余氯消耗过程分布，污染物扩散过程模拟，管网水质的总体评估。
上述是五类模型，也是水力模型的五种功能，是一种梯度以及从后向前的包含关系，他们之间的分类是模糊的、非严格的，对管网模型的精度要求不同，资金和资源的投入也不同。
二、水力模型建模所需条件理论上来说，一个管网模型应该可以模拟管网中的任何一种工况。
但实际应用中发现模型并不是万能的。
特定的模型在解决特定问题时可以得到满意的方案，而在超出模型本身的能力去解决问题时却难以得到预想的结果。
这是在建模时，管网结构资料及配套数据的完整性和准确性等因素决定了模型所能达到的精度，而这些问题又都受制于公司当时管理、科技、信息的发展程度。
要进行管网建模，就要有充足的资料、细致的工作与科学的方法，同时还要由一整套工程管理的规范与标准，要有工程实施的组织与控制能力，才能保证建模工程的最终质量。
(精选)供水模型介绍
1.1 EPANET(版本2.0)EPANET是由美国环保署开发的免费软件，最初是作为评价配水系统水质的工具。
EPANET运行在Windows 环境下，结果显示与操作都基于Windows 环境。
尽管EPANET仅能进行延时模拟，但是它能模拟诸如水体反应和管壁反应这样的管网水质变化。
这个软件的求解过程非常快。
通过混合算法，初步解决了因节点法引起的低流量收敛问题。
与商业的建模软件相比，EPANET最主要的缺陷在于使用文本编辑进行数据输入。
尽管EPANET缺乏图形输入能力，但是它能提供吸引人的、彩色显示的输出图形。
如果不考虑这些缺陷，EPANET作为建模软件，在预测配水管网水头损失、水压和水质方面做得非常好。
EPANETH 软件是美国环保局软件EPANET 的汉化版本，是一个可以执行有压管网水力和水质特性延时模拟的计算机程序。
管网包括管道、节点（管道连接节点）、水泵、阀门和蓄水池（或者水库）等组件。
EPANETH 可跟踪延时阶段管道水流、节点压力、水池水位高度以及整个管网中化学物质的浓度。
除了模拟延时阶段的化学成分，也可以模拟水龄和进行源头跟踪。
EPANETH 开发的目的是为了改善对配水系统中物质迁移转化规律的理解。
它可以实现许多不同类型的配水系统分析。
采样程序设计、水力模型校验、余氯分析以及用户暴露评价就是一些例子。
EPANETH 有助于评价整个系统水质改善的不同管理策略。
EPANET 还有助于在一系统中提高水质的总多方案中选择最优方案。
·多水源系统的调度；·水泵及水塔的调度时间表；·使用附加处理，如水塔内二次加氯；·管道的清理和更换。
1.2 WaterCAD（版本8.0）WaterCAD供水管网优化管理软件由世界上最著名的Bentley美国奔特力-海思德工程软件公司设计开发。
主要包括供水系统基础数据管理、模型建立、运行模拟、优化管理及优化设计等功能。
▪AutoCAD、MicroStation、ArcGIS或者独立运行界面▪供水地理信息GIS图层管理▪WaterSAFE—供水系统隐患评估系统▪管网漏水模拟和基于水压的节点流量计算▪调速泵优化管理APEX系统▪Skelebrator—智能管网简化工具▪详细造价和能耗分析▪先进的数据库和GIS地理信息系统连接▪实时SCADA实测数据连接▪WaterObjects—完全自定义二次开发工具▪GeoGrapher—创建引人入胜的演示图表▪Darwin Calibrator—达尔文自动误差矫正器▪先进的水质分析模型▪Darwin Designer—达尔文管网优化改造规划▪全系统多节点的消防校核系统▪SELECT—客户关怀服务，保护您的投资新功能：支持 ProjectWise V8i：使用 ProjectWise 项目团队协同工作系统管理WaterCAD 文件。
城市智慧供水的模型与算法设计
城市智慧供水的模型与算法设计随着城市化进程的不断加快，城市规模越来越大，城市化水平越来越高，城市的供水问题也日益突出。
为了更好地解决城市供水问题，城市智慧供水技术应运而生。
本文将介绍城市智慧供水的模型与算法设计。
一、城市智慧供水的概述城市智慧供水是集合了先进传感与监测技术、智能计算与控制技术、水资源利用与节约技术、管理与服务技术等多个方面知识的一种高端供水方式。
它的特点是信息化、智能化、高效节能、系统周密、服务贴心等，能够满足城市不同供水水位、水质、供水量、水压等方面的需求，实现水资源的高效利用。
城市智慧供水技术主要包括供水需求预测、供水配额控制、水质在线监测、泵站运行优化、泄漏检测预警等多项内容。
这些都需要借助智能计算、大数据、云计算等先进技术来实现。
二、城市智慧供水的模型设计城市智慧供水的模型包括供水需求预测模型、供水配额控制模型、泵站运行优化模型等。
1.供水需求预测模型供水需求预测模型是根据历史数据、天气预报和推算算法等构建的。
其中历史数据包括近几年的供水量、天气情况、节假日等；天气预报包括当天和未来几天的气象情况；推算算法包括自回归模型(Auto Regression Model，ARM)和季节性自回归模型(Seasonal Auto Regression Model，SARM)等，以预测未来一定时期的供水需求。
通过提前预测供水需求，可以为后续的供水系统规划及供应计算提供数据支持。
2.供水配额控制模型供水配额控制模型是将预测的水量分配到各个供水单位的模型。
其原理是基于各个供水单位的历史供水量、人口密度、工业需求、特殊应急事件等因素，通过先进的水资源配置算法来进行的。
通过对各项参数进行加权比较，将获取到的未来供水需求按比例分配到各个供水单位中，保障单位用水的合理分配与操控。
3.泵站运行优化模型泵站运行优化模型是针对供水泵站的流量、电流等参数的控制、优化与计算。
该模型基于泵站运行的观察和数据分析，逐步学习和优化泵站运行参数，最大化效率并确保供水稳定性。
05.微积分模型-水塔供水
水塔流量的估计 轮船搁浅问题
本 讲 内 容
一、问题的提出 二、问题的分析 三、模型假设 四、估计流量 五、算法设计与编程 六、计算结果 七、分析与改进
问题一 水塔流量的估计
一、问题的提出
某居民区有一供居民用水的圆柱形水塔，一般可以通 过测量其水位来估计其流量。但面临的困难是，当水塔水 位下降到设定的最低水位时，水泵自动启动向水塔供水， 到设定的最高水位时停止供水，这段时间无法测量水塔的 水位和水泵的供水量。通常水泵每天供水一两次，每次约 2h(小时)。
2. 确定流量~时间函数
对于第1、2用水时段，只需将水位函数hi=hi(t), i=1,2 求导数即可，对于两个供水时段的流量，则用供水时段 前后（水泵不工作时段）的流量拟合得到，并且将拟合 得到的第2供水时段流量外推，将第3用水时段流量包含 在第2供水时段内，需要拟合四个流量函数。
3. 一天总用水量的估计
二是先用表中数据拟合水位~时间函数，求导数即可得 到连续时间的流量。
一般说来数值微分的精度不高，何况测量记录还是 不等距的，数值微分的计算尤其麻烦。下面我们用第二 种方法处理。 有了任何时刻的流量，就不难计算一天的总用水量。 其实，水泵不工作时段的用水量可以由测量记录直 接得到，如表1可知从t=0到t=8.97(h)水位下降了968 – 822=146(cm)，乘以水塔的截面积就是这一时段的用水量。 这个数值可以用来检查拟合的结果。
用程序shuitagongshui3.m进行计算，求得在[9,11]内 各时刻的流量值(水位变化率)如下表：
ti h1’ 9 11
16.738 31.298
第一供水时段 流量(水位变化 率)曲线图。
4. 拟合第2供水时段[20.8,24]的流量
第四章给水排水管网模型资料
1）管段的属性 ❖ 构造属性： ①管段长度； ②管段直径； ③管段粗糙系数 ❖ 拓扑属性： ①管段方向； ②起端节点（起点）； ③终端节点（终点） ❖ 水力属性： ①管段流量；②管段流速； ③管段扬程；④管段摩阻；⑤管段压降
2）节点的属性 ❖ 构造属性：
①节点高程（节点所在地点附近的平均地面标高）； ②节点位置（可用平面坐标（x,y）表示）。 ❖ 拓扑属性： ①与节点关联的管段及其方向； ②节点的度（与节点关联的管段数）。 ❖ 水力属性：
每一树枝均为桥或割集； 2)在树 中，任意两个节点之间必然存在
a
g
c
f
8
4
且仅存在一条路径； 3）在树的
2
7
任意两个不相同的节点间加上一
b 3
条管段，则出现一个回路； 4)由
于不含回路，树的节点数N与树
图4.9 树
枝数M关系为：M=N-1
四、树
❖ 2. 生成树
1
d
5 e
从连通的管网图G（V，
6
E）中删除若干条管段后， a 使之称为树，则该树称为原
第四章给水排水管网模型资 料
给水排水管网的模型化
❖ 为便于规划、设计和运行管理，将规模大且复杂多变的给水 排水管网系统和抽象为便于用数据和图形表达和分析的系统， 称为给水排水管网模型。
❖ 给水排水管网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。
4
c
g
8
f
点，可以到达其余任一顶点， b
7
则称图G为连通图，否则称
城市供水管网优化模型研究综述
供水管网优化 设计 应该 考虑 四个 方面 ， 即保 证供 水量 ） 和经济性 。由于水 质安 全性不 容易 定量地进 行 评价 ， 常时和损坏时用水 量会发生 变化 、 正 二级泵房 的
使 。后 来 研究人 水所需的水量和水 压 、 质安 全、 水 可靠性 （ 保证 事故时 联 系起来 ， 管 网优化设 计成 为 可能 Ｊ 有一定参考价 值和 指导 意义 的大概 有下 面几个 模型 ： 它 们 分 别 由 Ａｐ ｍ ｉ 等 人 Ｍ ｒａ 等 人 及 ｌｅ ｖｔ ｓ ｏｇｎ
Ａｐｒｖ ｓ Ｓ ａ ｉ 提 出一 个 基 于 线 性 规 划 公 式 的 ｌｅｏｉ Ｌ 和 ｈｍ ｒ ｔ６
型进行 分析探讨 ， 并对各种模型 的优化方法进行 比较研究。 关键词 ： 城市供水管 网
１ 引 言
供水 工程包 括取 水 工程 、 净水 工程 和管 网工程 三 大部分 ， 其中 ， 网工程造价约 占整个 给水 工程 总投资 管 的 ５ ％ 一 ０ ｌ ， 中了 国家大量社会财富． ０ ８ ％【】集 如何使其
江
西
化
工
２０ ０９年第 ４期
城 市供 水 管 网优 化 模 型 研 究综 述
刘 丽 刘 桂 海 周 博
（ 江西师范大学城市建设学院 ， 昌 南 摘 ３０ ２ ） ３ ０２ 要： 在研究 国内外城市供水管网优化模型发展 的基础 上 ， 对具 有代表性 的优 化模 优化模型 综述 的， 例如 Ｋ ｒ ｉ １６ ） Ｓ ｈａｅａｄｈｉ １ ６ ） 这些模 ａｅ （９ ８ ，ｃａｋ ｎ （９ ９ ， ｌ 型可 以寻求最优解 ， 然而 由于其 仅仅适 用于树状 管 网， 因而对城 市环 状管 网设 计并 无 太 大价 值 Ｊ ９ ７年 。１７
供水管网建模知识讲座
三.管网模型的应用
5.供水调度
假设沿江水厂二级泵站因故停产，仅由沿江二水厂向城市及其周围附近地区供水。设计调度方案，使压力控制点的最低服务压力满足15m要求。
沿江水厂
沿江二水厂
三.管网模型的应用
5.供水调度
假设在高峰用水时段增开沿江二水厂的另外两台水泵，服务压力得到了普遍的提高，基本能满足最低服务压力15m要求。但如果服务压力要达到20m要求，则难以满足。
二.管网建模的步骤
1.管网建模的总流程
二.管网建模的步骤
2.数据收集
二.管网建模的步骤
3.现场测试测试内容
二.管网建模的步骤
1.供水格局分析1.4.管网压力的分布
三.管网模型的应用
2.管网水力性能评估2.1 管段流速评估
三.管网模型的应用
2.管网水力性能评估类似地，可以通过建立各个水力参数的惩罚函数对管网进行评估：2.2 水力坡度评估2.3 节点压力评估2.3 节点压力波动评估2.4 节点水龄评估
三.管网模型的应用
一.什么是管网模型
3.管网模型的分类3.1 静态模型（稳态模型） 以日平均水量作为模型计算的初始值建立的一个管网模型，适合做管网规划、管网评估，精度较低其作用有限。
一.什么是管网模型
3.管网模型的分类3.2 动态模型（拟稳态、扩展周期模型） 以时段平均水量建立一组模型，可以细节地反映一日中每一个时段管网不同的工况，可以更加深入地了解管网的运行状态。可以用于管网规划、评估、改造、调度、水质分析。 时段的间隔长度称为步长。
3.现场测试3.2 测试目的1）压力、流量测试测试压力作为模型计算的对照值，以验证模型的准确性。
压力校验 流量校验
二.管网建模的步骤
3.现场测试3.2 测试目的2）水泵、阀门测试水泵特性曲线包括：流量-扬程曲线（Q-H），流量-效率曲线（Q-η），流量-功率曲线（Q-N），流量-汽蚀余量曲线（Q-（NPSH）r）水泵出口压力（H）流量（Q）是管网水力计算的源头，将影响整个管网的计算精度；水泵的Q-H是非线性曲线；水泵在安装、使用、改造后其 H-Q曲线会有较大的变化。
4给水排水管网模型
2)图的集合表示:
设有节点集合V=｛v1,v2,v3,---,vn｝和管段集 合E=｛e1,e2,e3,---,en｝，且任一管段ek=(vi,vj) ∈E与节点vi ∈V 和vj∈V关联，则集合V和E 构成一个管网图，记为G(V,E) 。 N=| V |管网
图中的节点数， M=|E|为管网图的管段数，
4.2.1 管网图的基本概念
图论:数学理论的一个分支，研究事物之间的关 联关系
管网图论:图论的概念和理论引入到给水排水管 网模型的分析和计算中
管网图论的概念和理论与数学图论是一致的，但为了 易于理解，有些名词采用了本专业习惯的叫法
（1）图的定义 对于给排水管网模型，当略去其构造和水力特征后，
(11,12),(12,10)} 管网图的节点数N(G)=12 ，管段数M(G)=11 。 (2) 有向图 在管网G(V,E)中，关联任意管段ek=(vi,vj) ∈E
的两个节点vi ∈V 和vj∈V是有序的即ek=(vi,vj) ≠(vj,vi) ，所以管网图G为有向图，为表明管段 的方向，记ek=(vi→vj) ，节点vi称为起点，节点 vj称为终点。
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。
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）;
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
恒压供水系统的数学模型
恒压供水系统的数学模型恒压供水系统是一种常见的供水系统，它能够保证供水压力恒定不变。
为了设计和优化这样的供水系统，我们需要建立一个数学模型来描述其中的关系和特性。
让我们来了解一下恒压供水系统的基本原理。
该系统由水泵、储水罐、压力传感器和控制器等组成。
水泵负责将水从储水罐中抽出，并通过管道输送到用户端。
压力传感器用于监测供水压力，并将其信息传递给控制器。
控制器根据压力传感器的反馈信号，调节水泵的工作状态，以保持供水压力恒定。
接下来，我们将建立一个简化的数学模型来描述恒压供水系统。
假设系统中只有一个用户，并且用户的用水需求是恒定的。
我们用以下变量来表示系统的状态和参数：- P：供水压力（单位：帕斯卡）- Qp：水泵的流量（单位：立方米/秒）- Qs：用户的用水流量（单位：立方米/秒）- H：水泵的扬程（单位：米）- ΔP：水泵的压升（单位：帕斯卡）- ρ：水的密度（单位：千克/立方米）- g：重力加速度（单位：米/秒²）根据流体力学的基本原理，我们可以得到以下几个重要的方程：1. 质量守恒方程根据质量守恒原理，进入水泵的流量必须等于出去的流量，即Qp = Qs。
这个方程描述了供水系统中水的流动情况。
2. 压力守恒方程根据压力守恒原理，水泵的压升必须等于供水压力与用户端压力之差，即ΔP = P - Ps。
这个方程描述了水泵对水进行压升的能力。
3. 水泵性能方程根据水泵性能曲线，水泵的流量与压升之间存在一定的关系。
通常，水泵的性能可以用以下公式表示：ΔP = HρgQp。
这个方程描述了水泵在不同流量下的压升能力。
通过联立以上方程，我们可以解得供水压力P和水泵流量Qp之间的关系。
这个关系是恒压供水系统的数学模型。
除了建立数学模型，我们还可以利用该模型进行系统的优化设计。
例如，我们可以通过调节水泵的扬程H来控制供水压力的大小。
通过优化水泵的性能参数，我们可以使系统在满足用户需求的同时，尽量节约能源和降低成本。
给水管网模型知识点
给水管网模型知识点一、引言给水管网是城市水务系统中至关重要的组成部分，它负责供水管道的布局、水流传输、消防安全等重要功能。
为了更好地设计和管理给水管网，需要建立相应的模型来模拟和预测水流行为。
本文将介绍给水管网模型的相关知识点，包括模型类型、模型要素和模型应用等。
二、给水管网模型类型1. 简化模型简化模型是给水管网模型中最基本的形式，它通常使用几何图形来代表管道和节点，并将流量和压力等参数简化为一维变量。
简化模型的优点是计算速度快，适用于较小规模的管网系统。
然而，由于其对网络复杂性的简化，精度相对较低。
2. 节点分析模型节点分析模型是一种基于节点的方法，通过将管路系统中每个节点看作一个独立的元素，以节点为中心进行分析。
该模型考虑到了管道的流量平衡、流向和压力损失等因素，能够提供较为准确的结果。
然而，节点分析模型无法考虑管线之间的相互作用，对于大规模管网系统的分析存在一定的局限性。
3. 辐射模型辐射模型是一种以出水口或泵站为中心，向四周辐射出管道的模型。
通过模拟给水管网中的水流扩散过程，辐射模型能够更准确地预测管道的压力和流量分布情况。
该模型适用于具有较复杂供水结构的大型管网系统。
4. 落差模型落差模型是一种基于垂直高差的模型，通过考虑管道的高度差来模拟水流的压力变化。
该模型适用于山区地区或存在高差巨大的供水系统。
落差模型能够更精确地预测管道的水力特性，但对于水平管道的分析相对较弱。
三、给水管网模型要素1. 管道参数管道参数是给水管网模型中非常重要的要素，包括管道的直径、长度、材质和摩阻系数等。
这些参数直接影响水流的阻力和压力损失，对于模型的准确性至关重要。
2. 边界条件边界条件是指给水管网模型中确定的边界情况，比如供水压力、出水口位置和流量等。
正确设置边界条件可以更准确地模拟实际情况，并对管道网络进行优化和调整。
3. 节点属性节点属性是给水管网模型中的节点信息，包括节点的水力特性、水质状况和消防需求等。
(精选)供水模型介绍
1.1 EPANET(版本2.0)EPANET是由美国环保署开发的免费软件，最初是作为评价配水系统水质的工具。
EPANET运行在Windows 环境下，结果显示与操作都基于Windows 环境。
尽管EPANET仅能进行延时模拟，但是它能模拟诸如水体反应和管壁反应这样的管网水质变化。
这个软件的求解过程非常快。
通过混合算法，初步解决了因节点法引起的低流量收敛问题。
与商业的建模软件相比，EPANET最主要的缺陷在于使用文本编辑进行数据输入。
尽管EPANET缺乏图形输入能力，但是它能提供吸引人的、彩色显示的输出图形。
如果不考虑这些缺陷，EPANET作为建模软件，在预测配水管网水头损失、水压和水质方面做得非常好。
EPANETH 软件是美国环保局软件EPANET 的汉化版本，是一个可以执行有压管网水力和水质特性延时模拟的计算机程序。
管网包括管道、节点（管道连接节点）、水泵、阀门和蓄水池（或者水库）等组件。
EPANETH 可跟踪延时阶段管道水流、节点压力、水池水位高度以及整个管网中化学物质的浓度。
除了模拟延时阶段的化学成分，也可以模拟水龄和进行源头跟踪。
EPANETH 开发的目的是为了改善对配水系统中物质迁移转化规律的理解。
它可以实现许多不同类型的配水系统分析。
采样程序设计、水力模型校验、余氯分析以及用户暴露评价就是一些例子。
EPANETH 有助于评价整个系统水质改善的不同管理策略。
EPANET 还有助于在一系统中提高水质的总多方案中选择最优方案。
·多水源系统的调度；·水泵及水塔的调度时间表；·使用附加处理，如水塔内二次加氯；·管道的清理和更换。
1.2 WaterCAD（版本8.0）WaterCAD供水管网优化管理软件由世界上最著名的Bentley美国奔特力-海思德工程软件公司设计开发。
主要包括供水系统基础数据管理、模型建立、运行模拟、优化管理及优化设计等功能。
▪AutoCAD、MicroStation、ArcGIS或者独立运行界面▪供水地理信息GIS图层管理▪WaterSAFE—供水系统隐患评估系统▪管网漏水模拟和基于水压的节点流量计算▪调速泵优化管理APEX系统▪Skelebrator—智能管网简化工具▪详细造价和能耗分析▪先进的数据库和GIS地理信息系统连接▪实时SCADA实测数据连接▪WaterObjects—完全自定义二次开发工具▪GeoGrapher—创建引人入胜的演示图表▪Darwin Calibrator—达尔文自动误差矫正器▪先进的水质分析模型▪Darwin Designer—达尔文管网优化改造规划▪全系统多节点的消防校核系统▪SELECT—客户关怀服务，保护您的投资新功能：支持 ProjectWise V8i：使用 ProjectWise 项目团队协同工作系统管理WaterCAD 文件。
水力模型在智慧供水系统中的应用
水力模型在智慧供水系统中的应用智慧供水系统是指通过信息技术手段对城市供水进行智能化管理和控制的系统，旨在提高供水效率、降低供水成本、维护供水安全和保护水资源。
其中，水力模型是智慧供水系统中的重要组成部分之一，主要用于优化水管网的设计和运行，提高供水质量和效率。
一、水力模型的基本原理水力模型是指对城市水管网进行三维建模，并结合水动力学方程求解水流运动状态，进而模拟供水系统的水压、水流、水位等水力参数变化的技术手段。
其基本原理是利用数学模型代替实际水管网，通过运用各种水力学公式和数值解法计算出由水源供水到终端用户的水压、流速、管道流量、水位、消防水力压力等各种参数，从而进行供水系统的优化设计和运行管控。
1. 优化设计：通过建立水力模型，可以对供水网络进行三维建模和优化设计，包括管网选址、管径计算、管段敷设角度、管线连接等方面。
优化设计可以使供水系统达到最佳的效率、控制成本和保证供水质量的目标。
2. 运行控制：采用水力模型可以帮助智慧供水系统对供水网络进行实时监测，随时了解管道的运行状态，并通过模型的预测和实际相结合来改善管网的运行质量。
同时，水力模型还能够对供水系统进行管道破裂、漏损、压力失控等突发事件的处理，加强供水管网的紧急应急能力。
3. 供水安全：水力模型可以帮助智慧供水系统进行安全评估和风险分析，预测供水系统可能出现的故障和灾害，并制定应对策略，提升供水系统的应对能力。
同时，水力模型还可以模拟供水系统的滞留时间和水质变化，为供水系统的水质安全提供重要参考。
4. 节约资源：水力模型可以通过模拟供水系统的水流量、水压等参数，进行管网优化和调整，来达到节约用水的目的。
此外，水力模型还可以结合供水系统的水资源变化情况，制定用水管理政策，减少水资源的浪费和滥用。
三、水力模型的局限性与未来发展趋势水力模型有其自身的局限性，比如其精度受到模型数据质量、研究对象的复杂性和外界干扰等因素的影响；同时，水力模型建设和运维需要大量的数据、人力和物力资源支持，成本较高。
简单给水建模相关
要搞管网建模首先就要弄清建模指的是什么，建模有什么目的、意义，怎么建模，需要准备的材料或数据有哪些供水管网模型的概念：供水管网是比较特殊的城市基础设施，大多埋在地下且属于压力管道。
随管网年限的增长，管道过水能力和水泵运行工况都发生了变化，管道的改扩建也使管网系统结构发生变化，导致系统运行状况与最初设计时偏差较大。
若要通过管网试验来了解管网运行状况实现科学现代化管理不实际费用太高，建模是不通过实际管网实验来解决这一问题的有效办法。
建模可以将整个城市的供水管网系统再现在计算机屏幕上，可以模拟给水管网系统动态工况的最有效办法，能够回答水压、流量是否满足要求，水泵用电是否经济等问题，可以通过其掌握管网运行状态和效率，为管网系统优化改造、辅助调度、水质分析（国内目前大多未涉及水质模型）、漏损控制、安全运行等决策的制定实施提供依据。
给水管网模型化模拟的内容有什么？有以下三方面A 图形模拟：将复杂的管网拼成一个能实现模拟的管网图形，包括水源管段、管长、节点、阀门、消火栓等附件（这一过程需要借助GIS系统）B 状态模拟：包括随时间变化的管网节点流量，受水压及管道敷设年限的管道漏损量，阀门开启度对通水量的影响，以上都是管网动态数据。
状态模拟的目的在于官网静态和动态数据建立并通过求解管网方程（连续性方程、能量方程、水头损失方程）进行管网水力分析。
C 参数模拟：对不随时间变化的参数计算和模拟。
管道阻力系数C值，新旧管道不同，不同辐射年限的管道C值也不同。
各管段余氯衰减系数K也不同（但目前见到的大多未涉及余氯衰减）建模所需信息：A管网静态信息：1 管段信息（包括管段号、管段的两端节点、管长、管径、管材、敷设年代、管段阻力系数）2 节点信息（包括节点号、地理坐标、节点埋深、用户所需水头）B 管网动态信息：控制阀门开启度、监测点信息、用户用水量、管段管网总供水量、各水厂供水量分配及供水压力。
下面先对海曾--威廉系数C值来说明：海曾--威廉公式是运用较广泛的一种用来求管道水头损失的一个公式，关键就在其参数C的确定。
供水系统优化设计中的调度模型比较
供水系统优化设计中的调度模型比较随着城市化进程的加快，供水系统的优化设计变得愈发重要。
供水系统的调度模型是优化设计的关键组成部分之一。
调度模型能够有效地优化供水系统的运行，确保水资源的合理利用和供水的可靠性。
本文将比较几种常见的供水系统调度模型，包括线性规划模型、动态规划模型和遗传算法模型，并分析其优势和适用场景。
一、线性规划模型线性规划模型是一种常用的供水系统调度模型。
该模型将供水系统的优化问题转化为一个线性约束条件下的线性目标函数的最优化问题。
线性规划模型的优势在于数学基础简单、计算速度较快。
它适合于简单的供水系统，其中供应和需求之间的关系是线性的。
线性规划模型常用于水源调度、水厂出水量的优化和管道网络优化等方面。
然而，线性规划模型也存在一些限制。
首先，它只能处理线性约束条件，难以适应复杂供水系统中的非线性关系。
其次，由于线性规划模型忽略了水质和水压等因素，其结果可能与实际情况存在偏差。
因此，在处理复杂供水系统问题时，线性规划模型需要进一步改进或结合其他模型进行。
二、动态规划模型动态规划模型是一种基于时间的供水系统调度模型。
该模型将供水系统的运行过程划分为多个时间片段，并根据各个时间段的供水需求和供水能力进行决策。
动态规划模型的优势在于能够考虑时间的连续性和时序关系，因此适用于需求变化较大的供水系统。
动态规划模型常用于应对突发水源短缺、海水入侵和水污染等风险的供水系统。
然而，动态规划模型也存在一些问题。
首先，其计算过程相对复杂，需要大量运算和数据存储。
其次，动态规划模型只考虑了局部最优解，无法保证全局最优解。
因此，在复杂供水系统中，动态规划模型可能会陷入局部最优解而无法得到最佳调度方案。
三、遗传算法模型遗传算法是一种模拟自然界进化过程的优化算法，常用于供水系统优化设计中的调度问题。
该模型通过模拟遗传、交叉和变异等遗传操作，寻找最优解。
遗传算法模型的优势在于能够处理大规模、复杂的非线性问题，并且能够搜索全局最优解。
地下取水井群的供水宏观模型
（1）地下取水井群的供水模型，存在着许多情况。例如，工业
与民用为一条管线，用水量的变化量很大；春夏两季，灌溉绿化
用水量直接影响压力和流量供给；井群的互阻及摩阻不同等因
素，会对系统造成不同程度的影响。
（2）假设取水井 N 个，自动压力检测点 M 个，假设 t 时刻，
以得出相关变量。建立地下井群供水的宏观模型：
进行部分负荷测试是确保工业空调冷水机组不同功能区域 均能够达到预期的测试性能要求。负荷测试过程中需要保持机 组在不同的负荷条件下进行运转，一般来说满负荷状态下的 COP 最高，而在部分负荷下则会适当降低。但是，在实际的测试 中会发现，由于多种外界因素的影响，实际上在负荷为 70%左 右时的 COP 值最高，这个时候总换热量降低但是换热面积却增 加，所以整个冷水机组的性能效率也会得到提升。根据上述分析 判断，IPLV 的值会受到多种部分功能构件的性能影响与限制， 包括机组的测试工况条件、压缩机、蒸发器以及电机等等都被包 括在内。除此之外，负荷每降低一定的数值，测试的标准也会发 生变化，评价系统的部分负荷性能都可以得到良好的支撑。其 中，我国冷水机组应用最为广泛的是我国的南部地区，这些区域 的湿度较高且年平均温度较高，所以进行负荷测试时也应该突
2018（16）：108-109. ［4］ 叶伟文，黎天标，叶向荣，等.广州地区冷水机组运行能效测试及节
能效果研究［J］.节能，2018，37（8）：13-15. ［5］ 刘海波.冷水机组板换冻裂原因分析及解决方案［J］.中小企业管
理与科技（中旬刊），2018（8）：135-136. 也 编辑 凌 瑞页
确定系数的值。
（2）利用最小二乘法（OLS）进行回归计算，选取适当的待定
回归系数（A i、Bi、Cij、Diz、Eit、Fik），使得回归残差平方和 Fi 值最小， 式（2）。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
冲洗模拟可帮助公用事业和市政部门制定、分析和优化冲洗方案，以控制和改进配水系统的水质。工程师可以在单次运行中借助多个传统单向冲洗（UDF）事件优化冲洗方案，使用户能够按区域筛选和分析统计数据。
结果说明——能够创建Google Earth (KML)文件用于显示结果
1.1 EPANET(版本2.0)
EPANET是由美国环保署开发的免费软件，最初是作为评价配水系统水质的工具。EPANET运行在Windows环境下，结果显示与操作都基于Windows环境。尽管EPANET仅能进行延时模拟，但是它能模拟诸如水体反应和管壁反应这样的管网水质变化。这个软件的求解过程非常快。通过混合算法，初步解决了因节点法引起的低流量收敛问题。与商业的建模软件相比，EPANET最主要的缺陷在于使用文本编辑进行数据输入。尽管EPANET缺乏图形输入能力，但是它能提供吸引人的、彩色显示的输出图形。如果不考虑这些缺陷，EPANET作为建模软件，在预测配水管网水头损失、水压和水质方面做得非常好。
1.4 H2ONET (版本10.0)
H2ONET是MW软件有限公司的建模软件。与EPANET相比，它以基于Windows的AutoCAD界面为特征。像Cybernet一样，H2ONET使用AutoCAD R14环境并利用其所有功能创建管网图；然而，H2ONET需要与AutoCAD绑定,不能作为一个单独的软件运行。
SynerGEE运行在Windows环境下，有一个独立的图形界面。因为Access是目前SynerGEE唯一接受的数据库格式，所以为了充分利用数据库，SynerGEE需要微软的Access支持。它强大的图形功能包括颜色区分，等压线绘制，抓图，并允许各种各样的光栅图，矢量图（例如AutoCAD、ESRI、Microstation文件）作为背景图。
新功能：
管道设计：新模块提供购买者选择最低费用设计专题。
实时建模：SynerGEE主脚本和数据I/O功能提供综合监测控制和数据采集或遥测系统的实时分析能力，向前或向后跟踪能记录下来分析数据，回答关键性问题，如哪里出现了质量问题、水正在流向何处。
商务过程自动操作：SynerGEE以前需要人工重复记录商务工程，现在可以简单而自动记录下来，可以解放宝贵的人力资源。
H2ONET提供了许多建模功能，包括模拟方案管理、消防流量模拟和消火栓分析与水质分析。H2ONET特有的一些性能包括与SCADA系统能进行连接，它允许从SCADA系统直接提取建模数据用于模型校验和运行应急预案；能量管理模块用于确定能效高、费用低的运行策略。
H2ONET对于管网的变化以颜色变化区分，提供“所见即所得”的注释，包含产生等压线图的功能。H2ONET提供一个报表工具用于定制报表，可通过用户选择变量、期望的单位、列的格式和相应的水力时间段。Maintain EPANET compatibility (import and export all files)
·供水系统投资规划
·分析供水系统的局限性
·管网规划和消防分析
·突发污染事件和应急对策研究
·多水源混合评估
·泵站系统优化
·水质和余氯分析
·管道沉积物分析和管网冲洗计划
·面向小区和单个用户的水力分析
1.8Mike Urban
Mike Urban是丹麦DHI公司经过整合的城市GIS和管网建模软件。其给水管网建模部分的早期软件为Mike Net。城市部分MIKE URBAN包含（MM模型管理器；CS-Pipeflow管流模拟;CS-RR降雨径流;CS-Control控制;CS-PT污染物传输等
·消防模块――这个模块使用户在消防流量工况下能检查每一个消火栓的状况。
AquaCAD对管段数量和节点数量没有限制，使用节点法求解管网方程。
1.7 InfoWorks WS（版本12.0）
InfoWorks WS是英国Wallingford软件公司的产品。它提供了有效的建模方法反映出管网的工作状况。利用InfoWorks WS，可以建立管网水力模型，并能持续维护所建立的模型。可以进行新建区域的管网规划、现状管网局限性分析、生成不同季节的调度方案、应急预案，进行水质分析、寻求较优的工程解决方案。InfoWorks WS为用户提供了一种可靠、安全、易调用的数据结构，简化了数据管理。其完整的开放式数据交换工具提供了一套易用的数据输入、输出和转换功能，保持了数据库的开放性和完整性。InfoWorks WS实现了GIS和水力模型的结合，实现了与GIS的无缝连接，与SCADA系统有较好的连接。与具有前沿水平的GIS产品可共享模型数据，展现和操作模型模拟结果。主要功能有：
改进的模型构建
使用GIS-ID属性简化模型维护：新的GIS-ID属性可用于维持源文件中的记录与模型中的元素之间的关联。
ModelBuilder改进功能（创建新模型或从各个不同的数据源更新现有模型）
Oracle spatial支持ModelBuilder。
能够使用where查询数据导入子集。这允许用户筛选数据以仅导入需要的信息，而无需更改数据的原始格式。
AutoCAD、MicroStation、ArcGIS或者独立运行界面
供水地理信息GIS图层管理
WaterSAFE—供水系统隐患评估系统
管网漏水模拟和基于水压的节点流量计算
调速泵优化管理APEX系统
Skelebrator—智能管网简化工具
详细造价和能耗分析
先进的数据库和GIS地理信息含已添加或更新的模型元素的选择集——更新当前选定的方案或在数据导入过程中创建一个新的子方案。使用子方案，您可以看到上一次模型构建操作时ModelBuilder所做的更改。
简化模型管理——需求控制中心改进使用户能够按区域筛选和分析统计数据。
改进的大型全管道模型性能——通过右键单击工程图中的任意元素，然后选择“创建原型”菜单选项，可以轻松快速地创建新元素的原型。
支持MicroStation V8i平台：在MicroStation V8i平台上运行WaterCAD（需要MicroStation许可证-如果没有MicroStation许可证，您可以选择在独立模式下运行WaterCAD）。
支持AutoCAD 2009平台：在AutoCAD 2009平台上运行WaterCAD for AutoCAD（需要AutoCAD许可证-如果没有AutoCAD许可证，您可以选择在独立模式下运行WaterCAD）。
1.3 Cybernet(版本3.1)
Cybernet也是海思德公司的产品，它如同WaterCAD一样包含水力建模的能力，但是它能运行在AutoCAD环境下。Cybernet基本上是运行在AutoCAD环境下的WaterCAD。这种运行模式给用户提供了能利用AutoCAD R14的所有功能的便利，因此它与其它图形有良好的兼容性。在产生高质量的图形输出和模拟结果方面，AutoCAD环境给了这个软件更多的灵活性。
·水泵及水塔的调度时间表；
·使用附加处理，如水塔内二次加氯；
·管道的清理和更换。
1.2 WaterCAD（版本8.0）
WaterCAD供水管网优化管理软件由世界上最著名的Bentley美国奔特力-海思德工程软件公司设计开发。主要包括供水系统基础数据管理、模型建立、运行模拟、优化管理及优化设计等功能。
AquaCAD是基于Windows的，独立运行的软件。它在自己的图形界面下运行。此外，AquaCAD拥有数字化功能和DXF格式文件作为背景输入的功能。AquaCAD主要的特性包括开放的数据库连接（ODBC）、模拟结果的彩色显示、在线帮助和“孤立节点”（意味着这些节点与管网不相连）特性。AquaCAD与标准的GIS和SCADA系统格式兼容，但是并不能与任何GIS软件进行直接的数据输入连接。为了使GIS和SCADA文件与AquaCAD结合，必须首先将GIS和SCADA文件输入到Access中。
WaterObjects—完全自定义二次开发工具
GeoGrapher—创建引人入胜的演示图表
Darwin Calibrator—达尔文自动误差矫正器
先进的水质分析模型
Darwin Designer—达尔文管网优化改造规划
全系统多节点的消防校核系统
SELECT—客户关怀服务，保护您的投资
新功能：
支持ProjectWise V8i：使用ProjectWise项目团队协同工作系统管理WaterCAD文件。
需求管理：SynerGEE允许更多需求类型的分类，允许用户定义需求是可用或不可用。这种性能支持特殊案例分析，能够使个人载入多需求模型。用户可以建立定制需求集，表示系统内的邻域或区域。然后，需求可以向上和向下分成单独的分解因子，而不需要改变原始的标准需求数据。最后，需求可以进行地域性的调整，用于测量流量和简化需求。
Mike Urban的给水管网水力计算内核为EPANET，并能进行水质模拟；Mike Urban引进了ESRI的地理数据库技术，把GIS与建模环境整合在一起；Mike Urban与SCADA系统、实时控制系统（RTC）和决策支持系统(DSS)能达到较好的连接。主要功能有：
·对配水系统模型进行自动校验
EPANETH开发的目的是为了改善对配水系统中物质迁移转化规律的理解。它可以实现许多不同类型的配水系统分析。采样程序设计、水力模型校验、余氯分析以及用户暴露评价就是一些例子。EPANETH有助于评价整个系统水质改善的不同管理策略。EPANET还有助于在一系统中提高水质的总多方案中选择最优方案。
·多水源系统的调度；
·消防流量分析
EPANETH软件是美国环保局软件EPANET的汉化版本，是一个可以执行有压管网水力和水质特性延时模拟的计算机程序。管网包括管道、节点（管道连接节点）、水泵、阀门和蓄水池（或者水库）等组件。EPANETH可跟踪延时阶段管道水流、节点压力、水池水位高度以及整个管网中化学物质的浓度。除了模拟延时阶段的化学成分，也可以模拟水龄和进行源头跟踪。