管网技术经济计算课件.ppt

管网的优化设计，应该考虑到四个方面：即保证供水所需的水量和水压，水质安全，可靠性(保证事故时水量)和经济性。 管网技术经济计算就是以经济性为目标函数，而将其余的作为约束条件，据此建立目标函数和约束条件的表达式，以求出最优的管径或水头损失。 管网技术经济计算主要是在考虑各种设计目标的前提下，求出一定设计年限内，管网建造费用和管理费用之和为最小时的管段直径或水头损失，也就是求出经济管径或经济水头损失。 在进行技术经济计算之前，事先必须完成下列工作：确定水源位置，完成管网布置，拟定泵站工作方案，选定控制点所需的最小服务水头，算出沿线流量和节点流量等。 管网建造费用中主要是管线的费用，与管材、管长和管径有关，包括水管及其附件费用和挖沟埋管、接口、试压、管线消毒等施工费用。由于泵站、水塔和水池所占费用很小，一般忽略不计。 管理费用中主要是供水所需动力费用。动力费用随泵站的流量和扬程而定，扬程则决定于控制点要求的最小服务水头，以及输水管和管网的水头损失等。水头损失又和管材、管段长度、管径、流量有关。 管网定线后，管段长度已定，此时若选定管材，则建造费用和管理费用仅决定于流量或管径。 在管网技术经济计算时，先进行流量分配，然后采用优化的方法，写出以流量、管径(或水头损失)表示的费用函数式，求得最优解。 第一节 管网年费用折算值 目标函数和约束条件： 目标函数和约束条件 目标函数和约束条件 目标函数和约束条件 目标函数和约束条件 技术经济计算中的变量关系 技术经济计算中，未知量为管段流量qij和管径Dij，这两者之间并没有直接的联系，但是当管段qij和Dij已定时，水头损失值等于：hij=kqijnlij/Dijm 因此年折旧费用W0值可看作是qij和Dij 或qij和hij的函数，但以应用流量qij和水头损失hij的关系来分析比较简便。 技术经济计算中的变量关系 技术经济计算中的变量关系 技术经济计算中的变量关系 技术经济计算中的变量关系 技术经济计算中的变量关系 以图所示的一环管网来分析W0值。 如两条管段平均分配流量，即Q1=Q2=Q/2，则得最大的W0值。 如将全部流量Q分到一条管段，即Q1＝Q，Q2＝0时，得到的是最小的W0值，这时环状网就转化成树状网。 对环状网流量分配的研究结果认为，将环状网转化为树状网时，才可得到最优的流量分配。 但是同一环状网，可以去除不同部位的管段而得到各种形状的树状网，从这些不同的树状网中可选出最经济流量分配的树状网。 技术经济计算中的变量关系 从经济的观点，环状网的造价比树状网高，可是为了供水的可靠性，不得不多花些费用而采用环状网。 对现有的а和m值，环状网只有近似而没有优化的经济流量分配，只有树状网才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，先拟定初始流量分配，然后采取优化的方法求得经济管径。 第二节 输水管的技术经济计算 压力输水管的技术经济计算 下图所示的从泵站到水塔的压力输水管，由1—2、2—3、3—4、4—5管段组成。 压力输水管的技术经济计算 压力输水管的技术经济计算 压力输水管的技术经济计算 按每米长管线建造费用公式c=a+bDα中系数a值的求法： 将管径和造价的对应关系点绘在方格纸上，如右图，将各点连成光滑曲线，并延伸到和纵坐标相交，交点处的D＝0，则c=a。 压力输水管的技术经济计算 每米长管线建造费用公式c=a+bDα中系数b，指数α值的求法： 将c=a+bDα两边取对数，得lg(c-a)=lgb+αlgD,将对应的D和c-a值绘在双对数坐标纸上，则c-a与D成直线关系，如右图所示。当D=1时（lgD=0）， lg(c-a)=lgb，此时的c-a值就是b；直线的斜率就是α。从而得出单位长度管线的建造费用公式c=a+bDα。 重力输水管的技术经济计算 重力输水系统靠重力输水，不需要供水动力费用，因此技术经济计算问题是求出利用现有水压H(位置水头)并使管线建造费用为最低的管径。 重力输水管的技术经济计算 重力输水管的优化设计就是在充分利用现有水压条件下(即输水管的总水头损失∑hij等于可利用的水压H)，求W0为最小值时的水头损失或管径，可用拉格朗日条件极值法求解，于是问题转为求下列函数的最小值(以3条管段的输水管为例)： F(h)=W0+λ(H－h1—2－ h2—3－h3—4) λ为常数。 W0最小，H－h1—2－ h2—3－h3—4=0时， F(h)最小。也就是说求得F(h)的最小值，也就是求得H=h1—2+ h2—3+h3—4= ∑hij（充分利用现有水压）条件下的W0最小值。 重力输水管的技术经济计算 重力输水管的技术经济计算 重力输水管的技术经济计算例题 重力输水管由1—2和2—3两段组成。l1—2=500m，q1—2＝150L/s； l2—3