(精选)供水模型介绍
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
供水模型介绍
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。
给水排水管道系统给水排水管网模型
4.2 管网模型的拓扑特性
四，路径与回路 1，路径 在管网图中，从节点V0到Vk的一个节点与管段交替的有限非零序 列V0 E1 V1 E2… VkEk称为行走，如果行走不包含重复的节点，则 行走所经过的管段集称为路径。路径所包含的管段称为路径的长 度。 V0和Vk称为路径的起点和终点。 2，回路 在管网图中，起点和终点重合的路径称为回路。 3，基环 当环中不包括其他环时，称此环为基环。
hij Hi H j Sij qinj
式中
H
i
,
H
为管段两端点的水压高程；
j
hij为管段的水头损失；
Sij为管段摩阻；
qij为管段流量。
回路方程
即管网中每一个环中各管段的水头损失总和等于零。这里 采用水流顺时针方向的管段水头损失为正，逆时针的方向 为负。即：
( hij )L 0 L 1，2，3 ，N
管网静态信息
管段号
管网静态信息管段信息管管管节段段长点阻的、号力两管系端径数节、点管材、铺设年代等
节点信息节地点理埋坐深标
用户所需水头
管网动态信息
管段管网总供水量、各水厂供水量分配以及供水压力 管网动态信息监 控测 制点 阀信 门息 开启度
用户用水量
4.2 管网模型的拓扑特性
管网模型的拓扑特性：即管网模型中节点和管段的关 联关系，其分析方法采用数学的图论理论。
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。
(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。
给水排水第四章给水排水管网模型详解
树的性质：
定义：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。
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。
13
3、管网图的连通性 管网图G(V,E)中，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， 经过一系列相关联的边和顶点，可以到达 其余任一顶点，则称G为连通图，否则为非 连通图。
14
4.2.2 路径与回路（环）
（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v0e1v1e1…ekvk, ，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。
Байду номын сангаас
简化前
简化后
3
4.1.2 给水排水管网模型元素
模型基本元素：管段和节点
（1）管段：两节点之间的管线。
管道只输送水量，中间不允许有流量输入或输出，但因 有管道阻力，所以有能量改变。
沿线流量： 指供给（收集）该管段两侧用户所需（排放） 的流量。应用水力等效原则折算到管道两端的节点上。
节点流量：从沿线流量折算得出的并且假设是在节点集 中流出的流量。给水管网将沿线流量平均分到管道两端节点 上。排水管网则将沿线收集水量折算到端点上。
管网模型：模拟或表达给水排水管网的拓扑特 性和水力特性。表达水流的路径和运动状态。
培训-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
1 供水管网水力模型建立背景
➢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。
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。
qs
Qq l
城镇中用水量标准不同的区域应分别计算 比流量。
节点合并：距离很近的 两个节点计算时可视为一个 节点。
管网简化原则与方法
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：
Sd
S1S2
2
S1 S2
等效管段的长度：
ll1 或ll2
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。
城市供水量模型的建立及应用
城市供水量模型的建立及应用李辰晨【期刊名称】《《净水技术》》【年(卷),期】2019(038)010【总页数】4页(P112-115)【关键词】供水量; 建模; 供水管理指数; 漏损控制【作者】李辰晨【作者单位】上海浦东威立雅自来水有限公司上海200120【正文语种】中文【中图分类】TU991供水量是供水管理的重要指示参数。
供水量分析能够指导供水企业的水量管理策略的制定，并帮助企业确定漏损控制措施的实行效果和侧重方向。
而供水量模型是实现供水量分析的基础[1]。
鉴于供水量分析的重要意义，国内外的研究者在建立供水量模型方面已经做了诸多尝试。
Rathnayaka等[2]从居民用水的动态需求出发建立了多层级的供水量预测模型。
Koutiva等[3]基于多元代理人系统建立了供水量预测模型。
曾正等[4]利用阻滞差分模型和神经网络模型建立了基于时间、温度、水价的供水量预测模型。
孙晓婷等[5]则采用了混沌局域法与神经网络组合建立供水量预测模型。
方志坚等[6]提出了基于混沌时间序列的供水量预测模型。
班福忱等[7]基于自适应过滤与BP神经网络提出了短期供水量预测模型。
尽管这些供水量模型在一定程度上都能够较好地描述城市供水量的变化规律。
然而，这些供水量模型大多用来预测供水量在未来一段时间内的变化趋势。
除了少数供水量预测模型的建立和应用是围绕着优化水量调度这一目的以外，其他预测模型大多缺乏足够的目的性和导向性，难以直接用来指导企业的供水量控制。
本文确立供水量控制为供水量模型建立的根本目标，通过多元非线性拟合建立城市供水量的数学模型，并将此模型应用于分析漏损控制措施的施行效果，从而直接指导供水企业的生产实践。
1 供水量的影响因素某水司所在城市日供水规模在1 100万t左右，供水模式为市政直供水和二次供水加压供水。
城市用水结构中，居民用水和工商业及其他用水比例相当。
城镇供水量受城镇人口数量、居民用水习惯、城镇经济结构、供水企业的供水量管理水平等诸多因素的影响[8]。
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
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）。
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。
城市纯净水供水策略数学建模
城市纯净水供水策略数学建模摘要：一、引言1.城市供水问题的重要性2.纯净水供水策略的研究背景3.本文的研究目的和意义二、城市供水现状及挑战1.我国城市供水现状2.面临的主要挑战3.供水问题对城市发展的影响三、数学建模方法在供水策略中的应用1.数学建模方法简介2.供水策略的数学模型构建3.模型求解与分析四、城市纯净水供水策略优化建议1.水源选择与保护2.净水处理技术改进3.输配水系统优化4.用户端节水措施推广五、案例分析1.某城市供水现状简介2.应用数学模型进行供水策略优化3.优化结果与成效分析六、总结与展望1.本文研究成果总结2.研究的局限性与不足3.未来研究方向与前景正文：一、引言随着我国城市化进程的加速推进，城市供水问题日益凸显，如何保障城市居民饮用水的安全与充足，已成为当前亟待解决的问题。
本文以数学建模方法为基础，对城市纯净水供水策略进行研究，旨在为城市供水管理提供科学依据。
二、城市供水现状及挑战我国城市供水主要依赖地下水和地表水，然而随着环境污染的加剧，水质问题日益严重。
供水不足、水质不达标等问题已成为制约城市发展的瓶颈。
解决城市供水问题，对保障居民生活、促进城市可持续发展具有重要意义。
三、数学建模方法在供水策略中的应用数学建模是一种将实际问题抽象为数学问题，并加以求解的方法。
本文通过构建供水策略的数学模型，分析影响供水效果的关键因素，为供水策略优化提供理论支持。
四、城市纯净水供水策略优化建议针对供水存在的问题，本文提出从水源选择与保护、净水处理技术改进、输配水系统优化、用户端节水措施推广等方面进行策略优化，以提高供水质量和效率。
五、案例分析本文选取某城市为案例，运用数学模型对其供水策略进行优化。
结果表明，优化后的供水策略在保障供水质量和效率方面取得了显著成效。
六、总结与展望本文运用数学建模方法对城市纯净水供水策略进行了研究，并提出了优化建议。
虽然研究取得了一定的成果，但仍需进一步完善和拓展。
给水管网模型系统中供水流量的建模与优化
给水管网模型系统中供水流量的建模与优化在给水管网模型系统中，供水流量的建模与优化是一个关键的任务。
通过正确的建模和优化策略，可以有效提高供水系统的运行效率，提供可靠的供水服务。
首先，我们需要建立一个准确的供水流量模型。
供水流量是指供水管网中水流通过的速率，它取决于供水系统中的各个要素以及用户的需求。
为了建立可靠的模型，我们需要收集和分析系统的基本数据，包括供水管网的拓扑结构、管道的材质和尺寸、泵站的特性以及用户的用水情况等。
基于收集到的数据，我们可以使用数学模型来描述供水管网的行为。
常用的模型包括连续方程模型和离散方程模型。
连续方程模型利用流体力学原理，通过偏微分方程来描述供水管网中的水流变化。
离散方程模型则将管道网络离散化为节点和管段的网络结构，利用代数方程描述水流的传输过程。
在建立模型的基础上，我们可以进行供水流量的优化。
优化的目标是在满足用户需求的情况下，最大化供水系统的效率。
为了实现这一目标，我们可以采取以下几种策略。
首先，优化供水管网的拓扑结构。
通过改变管道的布局和连接方式，可以减少管道总长度，降低水流的阻力和泄漏，从而提高供水系统的效率。
拓扑优化可以使用图论和优化算法来实现。
其次，优化管道的尺寸和材质。
管道的尺寸和材质会直接影响水流的速度和阻力。
通过选择适当的管径和材质，可以降低水流的能耗和泄漏风险，提高供水系统的效率。
另外，优化泵站的运行策略也是提高供水系统效率的重要手段。
通过合理控制泵站的启停和流量调节，可以最大化泵站的效率，减少能耗和设备的磨损。
最后，通过智能化的监测和控制系统来实时优化供水流量也是一种有效的策略。
通过安装传感器和数据采集系统，可以实时监测供水系统的运行状态，并根据实际需求进行动态调整，提高供水系统的自适应性和响应能力。
综上所述，给水管网模型系统中供水流量的建模与优化是一个复杂而关键的任务。
通过正确建模和合理优化，可以提高供水系统的效率和可靠性，更好地满足用户的需求。
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。
目前世界上主要的水模型介绍
5.3CE－QUAL－ICM模型及水质富营养化模式5.3.1 CE－QUAL－ICM模型简介CE－QUAL－ICM由美国陆军工程兵团水体试验基地的Carl F.Cerco和Thomas Cole等人开发，ICM代表集成网格模型，该模型的建立最初是为了应用于美国弗吉尼亚的切萨皮克湾（Chesapeake Bay），它能模拟一维、二维、三维水体结构，它能够模拟大量的水质变量，如：不同种类藻、不同形态碳、不同形态氮、不同形态磷、不同形态硅、化学需氧量、溶解氧、盐度、温度、金属等，对于这些状态变量可以根据自己的需求进行开关设置。
但它本身没有水动力模块，所以必须从别的模型中获得流量、扩散系数和蓄水量等信息。
在指定观测资料和子程序的基础上，能够模拟计算底质－水界面的氧和营养盐的转化通量。
如果在计算过程中计算机突然中断或发生其它类似的情况，由于程序中设置了热启文件重新启动计算机后可以继续计算，有效避免了重新计算的发生。
模型对于输入输出文件没有固定时间步长的限制，可以根据自己的实际情况任意设定时间步长，这是该模型的又一大优势。
模型具体结构分布情况见图27[187]，模型由主程序、输入输出文件和子程序组成，在处理大量输入输出文件的时候，主程序和子程序根据各自功能都能够执行读入写出的任务，模型的主程序包括3个基本的功能：⑴对于模型运行的输入输出文件能够制定详细的说明；⑵3维质量平衡方程的解法；⑶处理指定的期望输入输出文件。
在大部分应用中它与美国陆军工程兵团的另一个水动力模型CH3D－WES(曲线网格图27 CE-QUAL-ICM模型结构图Fig.27 Model subroutines and files水动力三维模型)合用。
它是目前世界上发展程度最高的三维模型之一。
CE－QUAL－ICM模型以浮游植物和水生生物的生长动力学为核心，以C:N:P 这三个主要元素的比例反映浮游植物和水生生物与水体环境中营养盐之间的竞争转化关系。
(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。
第4章-给水排水管网模型
如图4.10，可列出环能量方程组：
h2 h5 h6 h8 ( H1 H 2 ) ( H1 H 4 ) ( H 2 H 5 ) ( H 4 H 5 ) 0 h3 h6 h7 h9 ( H 2 H 3 ) ( H 2 H 5 ) ( H 3 H 6 ) ( H 5 H 6 ) 0
（3）附属设施简化方法
给水排水管网附属设施包括泵站、调节构筑物（水池、水塔等）、消火栓、 减压阀、跌水井、雨水口、检查井等，进行简化的具体方法为： 1）删除不影响全局水力特性的设施，如全开的闸阀、排气阀、泄水阀、消 火栓等。 2）将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（清水池、 水塔、均和调节池等）合并，并联或串联工作的水泵或泵站合并等。
（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。
H 7 H1 H1 H 2 H2 H3 H8 H3 H1 H 4 H2 H5
图4.10
h1 h2 h3 h4 h5 h6 H 3 H 6 h7 H 4 H 5 h8 H 5 H 6 h9
（3）树状管网
无回路且连通的管网图G(V,E)定义为树状管 网，用符号T(V,G)表示，组成树状管网的管 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，如图4.8所示。
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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。
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）。
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。
自动创建包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。
功能近似工具中的新合并节点可自动合并重复的节点和重新连接管道。
增强的运营建模——屡获殊荣的 Darwin Calibrator 模块可用于漏损检测（适用 WaterCAD，需要支付额外的费用，并随 WaterGEMS 一起提供）：现在，工程师还可以使用随附的模块，利用流量和压力数据找到要进行详细的漏损探测的位置。
新的空气排放阀元素可更准确地处理高处泵送操作。
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1.3 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。
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。
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)1.5 SynerGEE Water (版本4.5)SynerGEE Water是美国STONER公司新的建模软件。
它没有使用混合法求解管网方程，SynerGEE使用的是牛顿－拉夫森法节点法。
因为SynerGEE有能力求解大规模、复杂的超过100,000根管道的管网，所以它过去主要被拥有大规模配水管网的用户使用。
然而，SynerGEE的高级版本使得它对任何规模的管网都适用。
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。
SynerGEE有多种模块能增强基本的水力建模功能。
这些模块包括：·子系统管理模块――允许用户在大的详细的管网模型或简化的模型下工作。
这个模块能对模型进行提取、整合、简化和削减。
·在线模块－－能自动转换成运行模式或从SCADA系统中引用数据。
·随时间变化的模块――能进行恒定流、延时模拟和水质模拟。
·区域隔离模块――使建模者能快速评价管网中切断某个干管产生的影响。
为隔离某个区域，区域隔离模块可通知建模者，哪些阀门需要关闭。
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。
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。
1.6 AquaCADAquaCAD由位于加拿大魁北克的水力建模咨询公司Aqua数据公司开发和销售。
尽管Aqua数据公司在佛罗里达州开始扩展它的业务，但是这个公司办公地点主要在美国以外。
AquaCAD的建模理论与传统的建模理论不同，因为AquaCAD把消火栓作为管网模型的一部分，这个功能使模型管网能更精确地代表实际管网。
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。
AquaCAD的一些模块包括：·非定向冲洗模块――这个模块根据非定向冲洗先后顺序产生冲洗规划。
冲洗规划是依据对配水管网的诊断和评价建立的，它包括对正在运行的消火栓进行评价，和模型校验中每一个消火栓的水力评价。
冲洗规划产生详细的报告和冲洗先后顺序。
·水龄和供水区域模块――尽管AquaCAD不能进行水质分析，但是水龄和原水影响区域可通过这两个模块计算。
·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。