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《给水管道系统》 第4章 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 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 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 　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 　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 　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。 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。 （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）删除不影响全局水力特性的设施，如全开的闸阀、排气阀、消火栓、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。 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。 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 理更为安全。如 图所示: 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。 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。 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！） （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。 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