给水排水管网模型
给排水管网系统第四章
恒定流基本方程组的矩阵表示
•恒定流基本方程组表示为：
• A • • • •
——管网图的关联矩阵； ——管段流量列向量； ——节点流量列向量； ——节点水头列向量； ——管段压降列向量。
•大环 •环状网与树状网
4.2 管网模型的拓扑特性
环状管网 • 含有一个及以上环的管网。 • 对于一个环状管网图，设节点数为N，管 段数为M，连通分支数为P，内环数为L， 则它们之间存在一个固定的关系，用欧拉 公式表示： L+N=M+P • 对于一个连通的管网图，欧拉公式为： M=L+N-l
4.2 管网模型的拓扑特性
4.1 给水排水管网的模型化
•节点的水力属性有： •1）节点流量，带符号值，正值表示流出节点， 负值表示流入节点，单位常用m3/s或L/s； •2）节点水头，单位为m，对于非满流，节点 水头即管渠内水面高程； •3）自由水头，仅对有压流，单位为m。
4.1 给水排水管网的模型化
管网模型的标识
•（1）节点和管段编号 为了区分节点和管段编号，一般在节点编号两 边加上小括号，如（1），（2），（3），…； 而在管段编号两边加上中括号，如[1]，[2]， [3]，…。 •（2）管段方向的设定 •管段设定方向总是从起点指向终点。 •管段设定方向不一定等于管段中水的流向。
4.2 管网模型的拓扑特性
（3）管网图的连通性
•若图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，可以达到其余任一顶 点，则称图G为连通图，否则称图G为非连通图。
•一个非连通图G（V，E）总可以分为若干个相 互连通的部分，称为图G的连通分支，图G的连 通分支数记为P。显然，对于连通图G，P=1。
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
给水排水管道系统 给水管网优化设计
H — 泵站最大时扬程；
Q — 泵站最大时扬水流量；
P — 泵站经济指标，计算方法如下：
P 365 24gE 86000E
1000
其中：为泵站效率；
为泵站电费变化系数，即泵站全年平均时电费与最大时电费的比值；
E为电价，元/ kWh；
参数的计算
1， 值的计算 供水能量变化系数。中等城市可参照：网前水
1 T
)
m
•
m m
bk
m
2
qijm
hij
2 m
m
lij
m m
根据一般的和m值，若 1.6，m 5.33则得：
m m
1.3为正值，所以2hWi2j
0，说明极值为最小
技术经济计算中的变量关系
3，总结： 对于现在的 和m 值，环状网只有近似而没有
优化的经济流量分配。所以目前管网计算时， 只有从实际出发，先拟订初始流量分配，然后 采取优化的方法求得经济管径。
0,因此 W qij
0时极值为最大而不是最小，
即流量未分配时不能求得经济管径。
技术经济计算中的变量关系
2，分别对 qij 和 hij 求偏导。
➢ 2）对hij一阶偏导得：
W hij
(p 100
1 T
)
m
bk
m
2
qijm
hij
m m
m
lij m
PQ
对hij二阶偏导得：
2W hi2j
(p 100
参数的计算
2，管网造价参数的计算 2)，给水管道单位长度造价（元/m）
管径
0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 1.0 1.2
MIKE URBAN_CS介绍
MIKE URBAN CS介绍城市管网模型MIKE URBAN 整合了ESRI的ArcGIS、排水管网系统CS和给水管网WD 形成了一套城市水模拟系统。
MIKE URBAN建立在AO(ArcObject)的构架基础上，工程文件采取Geodatabase数据库作为存储格式，这使得urban与GIS具有天然的联系，可以提供强大的GIS功能。
该模型广泛应用于城市排水与防洪、分流制管网的入流/渗流、合流制管网的溢流、受水影响、在线模型、管流监控等方面。
IMike Urban除了管理方便、界面操作简单、帮助功能强大外，还具有以下优势：1、同时模型具备在同一平台上进行给水排水管网同时建模的功能，并且可以利用同一个GIS数据库，可以方便有效的管理管网数据库信息；2、与Arc GIS相类似的操作界面；图1 Mike Urban 与Arc GIS相似的显示界面3、根据DEM自动划分集水区；根据DEM可以自动提取节点高程；自动检查管网拓扑关系；图2 DEM4、用户还可以自定义管网元素的属性字段和属性表，添加自定义的属性数据，即使这种数据和建模毫无关联；5、在输入输出方面，URBAN可以读取和输出ESRI的SHP文件，SDE数据库，OLEDB，以及MAPINFO的文件格式数据，并能够通过ODBC和大型数据库相连接；6、URBAN中计算结果的动态充分使用的GIS强大的显示功能，并能和GIS数据在同一个用户界面中显示的。
与GIS的高度整合以及灵活的选择工具（例如，通过位置，属性和图形的选择）使得用户可以得到详细的结果分析。
图3 用ArcScene 表现城市管网一、MIKE Urban模块及功能简介1 . MIKE URBAN模块管理器（MM）MIKE URBAN模块管理器（Model Manager）不仅仅是GIS和时间序列数据处理的管理软件包，它还包括一个完整的模拟环境。
该模拟环境中不仅包括了DHI开发的雨污水管网模型Mouse，还包括了当今普遍应用的两大模型工具的最新版本：SWMM5 –由美国环保局开发的动态暴雨流和污水流管网模拟软件包；EPANET –世界上模拟供水管网的标准软件，同样由美国环保局开发。
20190616市政给排水工程考试知识点
第九章
1、排放系数：污水量定额与城市用水量定额之间的比 例关系（0.8~0.9）
7、地形是影响管道定线的主要因素。
8、污水主干管的走向与数目取决于污水厂和出水口的 位置和数目。
9、污水干管一般沿城市道路布置。不宜 设在交通繁 忙的快车道下和狭窄的街道下，不宜 设在无道路的空 地上，而通常 设在 污水量较大或地下管线较少一侧 的人行道、绿化带或慢车道下。
10、雨水管渠布置：❶充分利用地形，就近排入水体； ❷尽量避免设置雨水泵站；❸结合街区及道路规划布置； ❹雨水管渠采取明渠和暗渠相结合的形式；❺雨水出口 的布置有分散和集中两种布置形式；❻调蓄水体的布置 应与城市总体规划相协调；❼城市中靠近山麓建设的中 心区、居住区、工业区，除了应设雨水管道外，应考虑 在规划地区周围设置排洪沟，以拦截在分水岭以内排泄 的洪水，避免洪水的损害。
3、管段设计流量分配通常应遵循的原则：❶【目的性】 从一个或多个水源（指供水泵站或水塔等在最高时供水 的节点）出发进行管段设计流量分配，使供水流量沿较 短的距离输送到整个管网的所有节点上；❷【经济性】 在遇到要向两个或两个以上方向分配设计流量时，要向 主要供水方向（如通向密集用水区或大用户的管段）分 配较多的流量，向次要供水方向分配较少的流量，特别 要注意不能出现逆向流；❸【可靠性】应确定两条或两 条以上平行的主要供水方向并且应在各平行供水方向上 分配相接近的较大流量，垂直于主要供水方向的管段上 也要分配一定的流量，使得主要供水方向上管段损坏时， 流量可通过这些管段绕道通过
给水排水管网模型
(8→3) ,(9→10) ,(10→5) ,(11→12) ,(12→10)}。 起点集合，记为F：F={1,2,3,4,5,6,8,9,10,11,12}； 终点集合，记为T：T={2,3,4,5,6,7,3,10,5,12,10}。
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。 （3）欧拉公式 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，
（3）割集
将节点与原图分离，需要切断的管段组成集合，称为G的一个割 集，记为S(V1)。
4.2.3 路径与回路
（1）路径： 图Gv径0(e。V1,vE1)e中1…，e从kv节k, ，点称v0到为v行k的走一，个如节果点行与走管不段含交重替复的的有节限点非，零称序为列路 管段数k为路径的长度，v0与vk分别为路径的起点和终点。
0
若管段j与节点i关联，且节点 i为管段j的起点 若管段j与节点i关联，且节点 i为管段j的终点 若管段j与节点i不关联
给水排水管道系统给水排水管网模型
简化模型
1，概念：由于给水管线很多，特别是大城市如果所有管 线一律加以计算，实际上是没有必要的，有时甚至是不可 能的，为此建立管网简化模型，所谓简化就是从实际系统 中去掉一些比较次要的给水排水设施。 2，简化原则：宏观等效原则；小误差原则。 3，管线简化方法：管线省略；平行管线的合并；管网分
解；并联串联管段的简化。 4，附属设施简化的方法：删除不影响全局水力特性的设
宏观模型管网宏观模型是在管网流量服从比例负荷的前提下应用黑箱理论的基本思想直接建立给水系统的输入量和输出量间的相互关系通常采用水厂的供水厂的供水压力和供水流量作为输入量压力监测点作为输出量这样就避免了研究给水系统细微内部结构所带来的困难和不确定因素同时避免了求解高阶非线性方程组的困难大大提高了计算速度
4.2 管网模型的拓扑特性
三，管网图的关联集与割集 1，节点的度 于节点v相连接的管段的数目，记为d(v)。 2，关联集 与节点v相关联的管段的集合，记为S(v)。 3，割集 在连通的管网图G(V,E)中有若干个相互关联的节点集，若 将它们与原图分离，需要切断的管段组成集合，称为G的 一个隔集。被分离的节点集称为割节点集。
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。
hij Hi H j Sij qinj
式中
H
i
,
H
为管段两端点的水压高程；
j
给水排水管网系统PPT演示文稿
2.5 规划布置
布置原则与形式
✓ 布置原则 参见教材 ✓ 布置形式 树状、环状
输水管渠定线 给水管网定线
19
给水管网定线
城市管网
✓ 内容：在地形平面图上确定管线的走向和位置。一般仅限于干管及联络管， 不包括分配管和进户管。
✓ 影响因素：城市平面布置、供水区地形、水源和调节水池位置、街区和用 户分布、河流铁路桥梁等位置
✓ 确定工艺流程及水质保 证措施
系统在本分区内的主体设施和工程管网，制定针 对本分区的技术规定和实施措施
✓ 管网规划和干管布置与 ✓ 详细规划 提出调整意见和建议基础上，具体布
定线
置本详规范围所有的室外工程设施和工程管线，
✓ 其它
提出相应的工程建设技术要求和实施措施
13
2.2 规划原则及工作程序
规划原则
31
给水管网模型
管网模型化
管网抽象
管网的抽象
目的：表达为仅由管段和节点组成的管网模型 管段：（1）特征：输送水量而不改变水量，可以改变水的能量。
（2）属性：长度、直径、粗糙系数（构造属性）；管段方向、起 点、终点（拓扑属性）；流量、流速、扬程、摩阻、压降（水力属性） 节点：（1）特征：管线交叉点、端点或大流量出入点；传递能量，不能 改变水的能量，有流量的输入与输出。
给水管网系统
任课教师：梁建军 重庆大学城环学院
2007年3月
0 绪论
0.1 给水系统组成及任务 0.2 管网系统在给水系统的地位 0.3 管网系统主要内容 0.4 本课程的目的
2
0.1 给水系统组成及任务
系统组成
主要设施
取水
取水泵房、取水头部等
净水
水厂
输水
给水排水管网系统（第三版）答案
给水排水管网系统（第三版）答案给水排水管网系统第一章给水排水管网系统概论1、给排水系统功能有哪些？请分类说明。
①水量保障向指定用水点及时可靠提供满足用户需求的用水量，将排出的废水与雨收集输送到指定地点；②水质保障向指定用水点提供符合质量要求的水及按有关水质标准将废水排入受纳水体；③水压保障为用户提供符合标准的用水压力，同时使排水系统具有足够的高程和压力，顺利排水；2、给水的用途有哪几类？分別列举各类用水实例。
有生活用水、工业生产用水和市政消防用水。
生活用水有：居民生活用水（如家里的饮用、洗涤用水）、公共设施用水（如学校、医院用水）、工业企业生活用水（如企业区工人饮用、洗涤用水）；工业生产用水有：产品用水（如制作酸奶饮料的用水）、工艺用水（如水作为溶剂）、辅助用水（如冷却锅炉用水）；市政消防用水有道路清洗、绿化浇灌、公共清洁卫生和消防用水。
3、废水有哪些类型？分别列举各类用水实例。
按所接纳废水的来源分：生活污水、工业废水和雨水。
生活污水：居民生活所造成的废水和工业企业中的生活污水，如洗菜水、冲厕产生的水；工业废水：如乳制废水；雨水：如下雪、下雨产生的水。
4、给水排水系统由哪些子系统组成？各子系统包含哪些设施。
①原水取水系统包括：水源地、取水设施、提升设备和输水管渠等；②给水处理系统包括：各种采用物理化学生物等方法的水质处理设备和构筑物；③给水官网系统包括：输水管渠、配水管网、水压调节设施及水量调节设施等；④排水管网系统包括：污废水收集与输送管渠、水量调节池、提升泵等；⑤废水处理系统包括：各种采用物理化学、生物等方法的水质净化设备和构筑物；⑥排放和重复利用系统包括：废水收纳体和最终处置设施如排放口等。
5、给水排水系统各部分流量是否相同？若不同，是如何调节的？因为用水量和排水量是随时间变化的，所以各子系统一时间内流量不相同，一般是由一些构筑物或设施来调节，比如清水池调节给水处理流量与管网中的用水量之差，调节池和均合池用于调节排水官网流量和排水处理流量之差。
第四章-给水排水管网模型
Q4
q8,h8 Q5
q9,h9 Q6
任意设定，不一定等于管段中水流的流向。实际流 向与设定方向不一致，用负值表示。
（3）节点流量方向的设定 流出节点为正，流入为负值。
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）
（7）
Q7
[1]
管网模型的标识
（7）
Q7
[1]
（1）节点和管段编号 q1,h1 （1） [2] （2） [3]
节点（1）,（2）…
Q1
q2,h2 Q2
q3,h3
管段[1],[2]…
[5] q5,h5
[9]
（8） [4]
（3） q4,h4Q8 Q3 [7] q7,h7
（6）
（2）管段方向的设定
简化原则：宏观等效原则；最小误差原则。
简化方法： 1）删除次要管线，保留主管线； 2）交叉点近可合并为同一交叉点； 3）将全开阀门去掉，将管线从全闭阀门处切断； 4）采用水力等效原则将不同管材和规格等效为单一
管材和规格； 5）并联管线可简化为单管线； 6）大系统可拆分为多个小系统。
附属设施简化： 1）删除不影响全局水力特性的设施； 2）将同一处的多个相同设施合并。
▪ 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、自由水头。
给排水管网考点
给排⽔管⽹考点给⽔排⽔管⽹系统第1章给⽔排⽔管⽹系统概论1、给⽔的⽤途通常分为：⽣活⽤⽔、⼯业⽣产⽤⽔、市政消防⽤⽔三⼤类。
2、给⽔排⽔系统应具备以下三项主要功能：（1）⽔量保障，（2）⽔质保障，（3）⽔压保障。
3、给⽔排⽔系统可以划分以下⼦系统：（1）原⽔取⽔系统，（2）给⽔处理系统，（3）给⽔管⽹系统，（4）排⽔管⽹系统，（5）废⽔处理系统，（6）排放和重复利⽤系统。
4、城市⽤⽔量分类：（1）居民⽣活⽤⽔量，（2）公共实施⽤⽔量，（3）⼯业企业⽣产⽤⽔量和⼯作⼈员⽣活⽤⽔量，（4）消防⽤⽔量，（5）市政⽤⽔量，主要指道路和绿地浇洒⽤⽔量，（5）未预见⽤⽔量及给⽔管⽹漏失⽔量。
5、名词：（1）平均⽇⽤⽔量：即规划年限内，⽤⽔量最多的年总⽤⽔量除以⽤⽔天数。
该值⼀般作为⽔资源规划和确定城市设计污⽔量的依据。
（2）最⾼⽇⽤⽔量：即⽤⽔量最多的⼀年内，⽤⽔量最多的⼀天的总⽤⽔量。
该值⼀般作为取⽔⼯程和⽔处理⼯程规划和设计的依据。
（3）最⾼⽇平均时⽤⽔量：即最⾼⽇⽤⽔量除以24⼩时，得到的最⾼⽇⼩时平均⽤⽔量。
（4）最⾼⽇最⾼时⽤⽔量：⽤⽔量最⾼⽇的24⼩时中，⽤⽔量最⼤的⼀⼩时⽤⽔量。
该值⼀般作为给⽔管⽹⼯程规划与设计的依据。
6、⽤⽔量变化系数⽤⽔量的变化及变化系数⽤⽔量的变化—⽤⽔量在⼀年之中的不同季节、⽉份及⽇期，以及在⼀天24⼩时之间都可能发⽣波动，影响因素—如季节、天⽓、⼯作⽇、休息⽇的变化三个重要的参数，反应⽤⽔量的变化情况，即年变化系数，⽇变化系数和时变化系数。
◆年变化系数—在设计年限内设计⽤⽔量（即最⾼年⽤⽔量）与期限内平均年的⽤⽔量之⽐值。
◆⽇变化系数—在⼀年中，最⾼⽇的⽤⽔量与平均⽇的⽤⽔量之⽐值。
◆时变化系数—在最⾼⽇内，最⾼⼩时的⽤⽔量与平均时的⽤⽔量之⽐值。
7、⽤⽔量变化曲线图：（会作图）P78、清⽔池：⽤于调节给⽔处理⽔量和管⽹中的⽤⽔量之差。
P9清⽔池⽔质：消毒剂作⽤、贮存合格⽔、达“卫⽣标准”⽔量：调节作⽤，满⾜城市取⽔量的要求。
艾三维BIM分享：Bentley市政给排水管网水力模型解决方案
Bentley市政给排水基础设施BIM应用前景水是人类生活不可或缺的部分，给排水从始至终贯穿人们生活的每一个角落，从古时大禹治水到如今南水北调等等，无一不体现市政给排水基础设施的重要性，随着计算机软件技术的不断发展，传统的给排水解决方案已经无法满足现阶段以及未来工程技术的要求，随着国内外建筑行业对于BIM应用的全面协同发展，给排水即将迎来新的行业升级，全新的市政给排水基础设施的解决方案将更加智能化，更加精确的设计、模拟、分析市政给排水真实的情况，帮助用户管理给排水基础设施的生命周期。
给排水基础设施解决方案以建立和管理给排水基础设施生命周期为中心。
构建、设计和运营用于提供饮用水的原水输送、处理和配送系统，或用于收集、输送污水和雨水径流进行处理的排水系统。
集规划、设计、建模和分析网络为一体的解决方案将给用户建造更加出色的输配水系统；解决方案还将搭载运营建模、GIS、资产性能和资产生命周期管理等各种功能，为用户提供漏损管理、能耗管理、资产维护、投资优先级等预测分析，帮助用户管理整个城市给排水生命周期做出更明智的决策！新的市政给排水基础设施BIM解决方案解决了传统解决方案无法避免的缺漏，极大的扩展了其解决范围，让高新技术融入其中，使给排水生命周期更趋于智能化、系统化，同时顺应国家对建筑行业发展和改革的大趋势。
Bentley市政给排水基础设施产品整体解决方案海思德（Haestad）是美国目前从事水资源与给排水工程专业软件开发研究最大的专业团队。
海思德创立于 1979 年。
其全球总部位于美国康涅狄克州的 Watertown 市。
经过将近 30 年的努力，海思德已经拥有 130 000 多个用户，遍布 170 个国家，用户既有大型自来水公司和政府机构，也有小型的市政咨询公司。
它专注于提供市政给排水及水利、水文专业模型软件、服务、教育、培训及专业图书等服务。
2004年8月，Haestad并入世界领先的建筑、工程和运营（AEC）软件开发商Bentley 系统公司，为水资源领域提供了全新的给排水BIM解决方案。
管网
给水部分1 为什么给水排水管网中的水流实际上是非恒定流，而水力计算时却按恒定流对待？由于用水量和排水量的经常性变化,给排水管网中的水流经常处于非恒定流状态,特别是雨水排水及合流制排水管网中,流量骤涨骤落,水力因素随时间快速变化,属于非恒定流,但非恒定流计算比较复杂,在管网工程设计和水力计算时,一般按恒定流计算。
2 紊流流态分为三个阻力特性区:阻力平方区,过渡区,水力光滑管区.水力等效简化原则:经过简化后,等效的管网对象与原来的实际对象具有相同的水力特性.3. 为何要将给水排水管网模型化？通过哪两个步骤进行模型化？给水排水管网是一类大规模且复杂多变的管道网络系统，为了便于规划，设计和运行，应将其简化和抽象为便于用图形和数据表达和分析的系统，成为给水排水管网模型化。
步骤：管网简化是从实际管网系统中删减一些比较次要的组成部分，使分析和计算几种于主要对象；管网抽象是忽略分析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。
4. 模型化的给水排水管网由哪两类元素构成？它们各有何特点和属性？由管段和节点构成。
管段的特点和属性:构造属性:管道长度,直径,粗糙系数;拓扑属性:管段方向起点和终点;水力属性:流量,流速,扬程摩阻,压降；节点的构造属性:节点高程,位置.拓扑属性:与节点关联的管段及其方向.水力属性:节点流量,水头,自由水头.5.节点流量和管段流量负值代表意义:管段流量负值代表它的方向与管段设定方向相反；节点流量的方向一般以流出节点为正,负值表示流入节点.6.构成生成树的方案是唯一的吗？为什么？不是。
构成生成树的方法是去掉基环中的连枝，而且只要去掉每个基环中的任一一条管，即可构成生成树，所以方案不是唯一。
7. 给水管网水力分析的前提条件有那些?为什么必须已知至少一个节点的水头？（1）必须已知各管段的水力特性（2）节点流量与节点水头必须一个未知（3）必须至少有一个定压节点。
方程组和未知量的个数相等是方程组可解的必要条件，而不是充分条件，作为充分条件，要求管网中至少有一个定压节，管网中无定压节点（R=0)时，恒定流方程组无确定解。
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2)起端节点，简称起点； 3)终端节点，简称终点。 管段的水力属性有： 1）管段流量，是一个带符号值，正值表示流向
与管段方向相同，负值表示相反，单位常用m3/s 或L/s； 2）管段流速，也是一个带符号值，其方向与管 段流量相同，单位常用m/s； 3）管段扬程，即管段上泵站传递给水流的能量， 也是一个带符号值，正值表示泵站加压方向与管 段方向相同，负值则相反，单位用m；
给水排水管网模型
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）;
给水排水管网模型
给水排水管网模型
4.1.2 给水排水管网的抽象
经过简化的给水排水管网需进一步抽象，使 之成为仅由管段和节点两类元素组成的管网 模型
（1）管段 ➢ 管段是管线和泵站等简化后的抽象形式，
它只能输送水量，而不允许改变水量，即管 段中间不允许有流量的输入和输出，但管段 中可以改变水的能量，如具有水头损失、可 以加压和降压等。
给水排水管网模型
4）管段摩阻：表示管段对水流阻力的大小；
5）管段压降：表示水流从管段起点输送到终点
后，其机械能的减少量，因为忽略流速水头， 所以称为压降，意为压力水头的降低量，常用 单位为m 。 节点的构造属性有：
1）节点高程：即节点所在地点附近的平均地面
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（3）管段和节点的属性 ➢ 包括:构造属性、拓扑属性和水力属性 ➢ 构造属性是拓扑属性和水力属性的基础 ➢ 拓扑属性是管段与节点间的关联关系 ➢ 水力属性是管段和节点在系统中的水力
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。
给水排水管网模型
简化：从实际系统中去掉一些较次要的给水排
水设施，使分析与计算集中于主要对象;简化包 括管线的简化和附属设施的简化
抽象：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 扑关系和水力特征
拓扑学：数学的分支学科，研究几何图形在连
续改变形状时还能保留不变的一些物性
给水排水管网模型
泵站、减压阀、跌水井、非全开阀门等 只通过流量而不改变流量，且具有水头 损失，其属性与管段相同，所以它们必 须设于管段上，而不能当作节点。
(2)节点 节点是管线交叉点、端点或大流量的出
入点的抽象形式。节点只能传递能量， 不能改变水的能量，即节点上的能量 （水头值）是唯一的，但节点可以有流 量的输入和输出。如用水的输入、排水 的收集或水量的调节等。
《给水管道系统》
第4章 给水排水管网模型
给水排水管网模型
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
的网络系统，为便于规划、设计和运行管理，应将其 简化和抽象为便于用图形和数据表达和分析的系统
➢ 这种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）如管线包括不同的管材和规格，应采用水 力等效原则将其等效为单一管材和规格。
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5）并联管线可简化为单管线，以水力等 效原则确定其管径。
6）在可能的情况下，将大系统拆分为多 个小系统，再分别进行计算。
给水管网简化示意见P67图4.1。请阅。
水塔
合并
合并 删除
分解
分解
图4.1 简给化水排后水管给网模型水管网
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沿线配水流量一分为二分别转移到 管段两端节 点上，而排水管网将管段沿线收集水量折算到 管段起端节点。相对而言，给水管网的处理
方法误差较小，
而排水管网的处
ql
ql
理更为安全。如 ql/2 给ql/2 ql 排
图所示:
图 沿线流量简化
当管线中有较大的集中流量，应在集中流量处 设置节点，因为大流量移位会造成较大的误差。 沿线出流或入流的管线较长时，也应分成若干 管段，以避免折算节点流量时出现较大的误差。
（3）附属设施简化的一般方法
给排水管网的附属设施包括泵站、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，均可进行简化。 具体措施包括：
1）、检查井等 2）将同一处的多个设施合并，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。
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4.1.1 给排水管网的简化 （1）简化原则
简化后的管网模型，再转化为数学问题，最终 的结果还要应用到实际的系统中去。
1）宏观等效原则 对管网中某些局部简化后，要保持功能，各元 素之间的关系不变
➢ 例：当目标是确定水塔高度和水泵扬程时，两 条并联的输水管可以简化为一条管道，但当目 标是设计输水管直径时，就不能将 其简化为一 条管道了
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2）小误差原则：简化产生误差，但要控制 在允许范围内，一般要满足工程上的要求
（2）管线简化的一般方法 简化措施： 1）删除次要管线（如管径较小的支管、配 水管、出户管等），保留主干管和干管线
➢ 次要管线、干管线和主干管线是相对的
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2）当管线交叉点很近时，可合并为一个交叉 点。如给水管网中在管线交叉处常用两个三通 代替四通(实际工程中很少用四通），但仍将两 个三通简化为四通，使 图中少了一个交叉点。 3）将全开的阀门去掉，将管线从闭阀门处切 断。全开和全关的阀门都不必在简化的管网中 出现。只有调节阀、减压阀等要给予保留
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注意：管段与节点要根据水力属性来划分 如:排水管网的管渠在流入检查井时如有跌
水，应认为跌水是在管段末端来完成的， 而不能认为在节点上完成的
又如给水或排水泵站，一般都是从水池吸 水，则吸水井处为节点，泵站内的水泵和 连接管道简化后应置于管段上靠近吸水井 节点端（泵站属于管段，不属于节点！）