壓力驅(qū)動水力模型對供水管網(wǎng)漏損的改進(jìn)

儲子慧

(安徽建筑大學(xué),安徽 合肥 230601)

1 技術(shù)路線

1.1 壓力與流量以及供水管網(wǎng)漏損的關(guān)系

在整個供水管網(wǎng)漏損的研究過程中,許多學(xué)者提出了各種節(jié)點(diǎn)壓力與管網(wǎng)漏損之間的聯(lián)系,但本文將以一種新的思路,即基于壓力驅(qū)動建立供水管網(wǎng)漏損模型,該方法將不需要根據(jù)節(jié)點(diǎn)壓力來推算管網(wǎng)的物理漏損。

1.2 擴(kuò)散器

擴(kuò)散器一般用于消防系統(tǒng)或灌溉系統(tǒng)等,與節(jié)點(diǎn)連接可以模擬管網(wǎng)的漏損,也可用于連接節(jié)點(diǎn)的流量計(jì)算。擴(kuò)散器的流量與節(jié)點(diǎn)的壓力構(gòu)成函數(shù),如公式(1)。

q=Cpγ

(1)

式中：q為該節(jié)點(diǎn)的流量；p為該節(jié)點(diǎn)的壓力； C與γ分別為擴(kuò)散器的系數(shù)與指數(shù)。

在本文所構(gòu)建的供水管網(wǎng)漏損模型系統(tǒng)中,擴(kuò)散器屬于連接節(jié)點(diǎn)屬性,可以以改變節(jié)點(diǎn)屬性的方式將節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)閿U(kuò)散器。

1.3 建立壓力驅(qū)動模型

基于壓力驅(qū)動分析建立供水管網(wǎng)水里模型需要滿足式(2)壓力和流量函數(shù)關(guān)系式以及式(3)回路能量與連續(xù)性函數(shù)關(guān)系式。

(2)

(3)

式(3)中：i,j 為節(jié)點(diǎn); k為供水管段; a為供水管網(wǎng)中總節(jié)點(diǎn)數(shù)目；b為供水管網(wǎng)中總管段數(shù)目; Qij為節(jié)點(diǎn)i到j(luò)的流量;/為i節(jié)點(diǎn)處的需水量; Ji為所有與節(jié)點(diǎn)i相連的節(jié)點(diǎn)集合; Hi,k為節(jié)點(diǎn)i處對應(yīng)的壓力水頭；Hj,k為節(jié)點(diǎn)j處對應(yīng)的壓力水頭；hk為k處對應(yīng)的水頭損失。

由上述兩式(2)與(3)可以發(fā)現(xiàn),將式(2)導(dǎo)入式(3)之中并不需要引入新的未知數(shù),因此在節(jié)點(diǎn)需水量以及各管網(wǎng)參數(shù)給定的情況下,壓力驅(qū)動水力模型可以得到唯一解。

2 實(shí)例分析

圖1為一個簡單的供水管網(wǎng),本章將對其進(jìn)行基于壓力驅(qū)動的漏損模型建立。

圖1 一個簡單供水管網(wǎng)結(jié)構(gòu)

圖1所示供水管網(wǎng)中包括：水庫1,為水源,供水水頭100米；2-9為節(jié)點(diǎn),標(biāo)高為0米；共包含12段管段,。各蓄水節(jié)點(diǎn)的最小供水壓設(shè)置為零,臨界壓力設(shè)置為30米,常數(shù)n設(shè)置為2,漏損系數(shù)設(shè)置為0.00001。

運(yùn)用EPANET軟件直接以節(jié)點(diǎn)需水量驅(qū)動分析(DDA)和壓力驅(qū)動分析(PDA)的方法分別建立水力模型,兩種水力模型的結(jié)果對比如表1所示。

表1 DDA和PDA兩種方法建立的水力模型結(jié)果對比

由表1可以發(fā)現(xiàn)采用 DDA 方法建立的水力模型中有節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)負(fù)壓,不符合實(shí)際情況,故在此基礎(chǔ)上建立的漏損模型是沒有意義的。在采用 PDA 方法建立的水 力模型基礎(chǔ)之上進(jìn)一步建立漏損模型,為了方便對管網(wǎng)系統(tǒng)漏損進(jìn)行完整的模擬,在EPANET中水源點(diǎn)處設(shè)立一個節(jié)點(diǎn),該節(jié)點(diǎn)的需水量為水源點(diǎn)的漏損量。對供水管網(wǎng)漏損模型進(jìn)行模擬后,模型結(jié)果如表2所示。

表2 基于壓力驅(qū)動的供水管網(wǎng)漏損模型模擬結(jié)果

將表1中壓力驅(qū)動分析(PDA)方法的水力模型結(jié)果與表2的供水管網(wǎng)漏損模型模擬結(jié)果進(jìn)行對比發(fā)現(xiàn),在加入漏損因素后,水源點(diǎn)的出流量增加,管網(wǎng)壓力降低。雖然節(jié)點(diǎn)9的漏損量升高,但由于壓力的下降導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)9的實(shí)際需水量也下降,節(jié)點(diǎn)總的流量降低。

3 結(jié)論與展望

本文所講述的基于壓力驅(qū)動水力模型對供水管網(wǎng)漏損的改進(jìn)其實(shí)就是以傳統(tǒng)的水力模型建立方法為基礎(chǔ),利用壓力與流量、壓力與漏損量的函數(shù)關(guān)系式對節(jié)點(diǎn)流量進(jìn)行修正。以該方法建立的供水管網(wǎng)漏損模型可以對整個管網(wǎng)系統(tǒng)的漏損量進(jìn)行初步的計(jì)算,這對于供水管網(wǎng)漏損的管理與控制有著重要作用。