哈尔滨工业大学硕士学位论文

第2章 供水管网系统水力建模

2.1 城市供水管网水力模型的构建

城市供水管网系统建模的过程，实际上就是模拟特定运行状态下的实际管网系统，建立起具有供水系统特性数学模型的过程，主要有三部分模拟内容[15]：

（1）图元模拟 图元模拟就是将复杂的城市供水管网系统进行拓扑分析，在进行一定可行简化后，将管段、节点、水源、水泵、阀门以及水池等元素以一定的形式输入到计算机中，组成一个具有一定拓扑结构的模拟实际管网图形。输入的元素还应包括其基本的属性信息，如节点标高、管段长度、管径以及水池容积等。这些数据在管网的实际模拟中是不发生改变的，被称作管网的静态信息。根据管网的静态信息可建立起管网系统的图文数据库。

（2）状态模拟 状态模拟主要是模拟管网中元素的动态特性，包括节点流量随时间的变化，管道漏失量受管道压力及管道敷设年限的影响，水泵随时间或压力监测点压力大小的开启与调速变化，水源水位随时间的变化，阀门开度对水头损失系数的影响等。这些数据都是随着时间或某一变量而发生变化的，被称作管网系统的动态信息。状态模拟的目的就是利用管网系统的静态和动态信息建立并通过求解管网状态方程（包括节点流量连续性方程、环路能量守恒方程及水头损失方程），进行管网水力计算，以得到各个元素的运行状态（如节点压力、管段流量、水泵出口流量压力等）。

（3）参数模拟 参数模拟就是模拟和计算不随时间发生变化的参数。例如，管道水头损失系数C值，不同材料、不同敷设年代的管道，其C值不尽相同。在管网水质分析过程中，引入余氯衰减系数K值。从管道卫生学角度，K值表征管道内化学反应状况，对于不同年代管道、不同材料的K值也不同。所以，管网建模时，也应对C值、K值进行模拟。

2.1.1 供水管网水力建模所需信息

为进行供水管网水力水质分析建立管网水力模型所需要的数据信息有管网静态和动态信息。建模过程中需开发一个管网信息数据库，该数据库应包含管网系统全部信息。包括节点信息，如节点标高、节点流量等；管段信息，如管长、管径、管材、管道摩阻系数C值；水源水位、高位水池水位、水泵流量扬程特性曲线和功率、阀门、减压阀、止回阀以及其他设备信息。同时，还应包括管网主要