压力驱动水力模型对供水管网漏损的改进

储子慧

(安徽建筑大学,安徽 合肥 230601)

1 技术路线

1.1 压力与流量以及供水管网漏损的关系

在整个供水管网漏损的研究过程中,许多学者提出了各种节点压力与管网漏损之间的联系,但本文将以一种新的思路,即基于压力驱动建立供水管网漏损模型,该方法将不需要根据节点压力来推算管网的物理漏损。

1.2 扩散器

扩散器一般用于消防系统或灌溉系统等,与节点连接可以模拟管网的漏损,也可用于连接节点的流量计算。扩散器的流量与节点的压力构成函数,如公式(1)。

q=Cpγ

(1)

式中：q为该节点的流量；p为该节点的压力； C与γ分别为扩散器的系数与指数。

在本文所构建的供水管网漏损模型系统中,扩散器属于连接节点属性,可以以改变节点属性的方式将节点转变为扩散器。

1.3 建立压力驱动模型

基于压力驱动分析建立供水管网水里模型需要满足式(2)压力和流量函数关系式以及式(3)回路能量与连续性函数关系式。

(2)

(3)

式(3)中：i,j 为节点; k为供水管段; a为供水管网中总节点数目；b为供水管网中总管段数目; Qij为节点i到j的流量;/为i节点处的需水量; Ji为所有与节点i相连的节点集合; Hi,k为节点i处对应的压力水头；Hj,k为节点j处对应的压力水头；hk为k处对应的水头损失。

由上述两式(2)与(3)可以发现,将式(2)导入式(3)之中并不需要引入新的未知数,因此在节点需水量以及各管网参数给定的情况下,压力驱动水力模型可以得到唯一解。

2 实例分析

图1为一个简单的供水管网,本章将对其进行基于压力驱动的漏损模型建立。

图1 一个简单供水管网结构

图1所示供水管网中包括：水库1,为水源,供水水头100米；2-9为节点,标高为0米；共包含12段管段,。各蓄水节点的最小供水压设置为零,临界压力设置为30米,常数n设置为2,漏损系数设置为0.00001。

运用EPANET软件直接以节点需水量驱动分析(DDA)和压力驱动分析(PDA)的方法分别建立水力模型,两种水力模型的结果对比如表1所示。

表1 DDA和PDA两种方法建立的水力模型结果对比

由表1可以发现采用 DDA 方法建立的水力模型中有节点出现负压,不符合实际情况,故在此基础上建立的漏损模型是没有意义的。在采用 PDA 方法建立的水 力模型基础之上进一步建立漏损模型,为了方便对管网系统漏损进行完整的模拟,在EPANET中水源点处设立一个节点,该节点的需水量为水源点的漏损量。对供水管网漏损模型进行模拟后,模型结果如表2所示。

表2 基于压力驱动的供水管网漏损模型模拟结果

将表1中压力驱动分析(PDA)方法的水力模型结果与表2的供水管网漏损模型模拟结果进行对比发现,在加入漏损因素后,水源点的出流量增加,管网压力降低。虽然节点9的漏损量升高,但由于压力的下降导致节点9的实际需水量也下降,节点总的流量降低。

3 结论与展望

本文所讲述的基于压力驱动水力模型对供水管网漏损的改进其实就是以传统的水力模型建立方法为基础,利用压力与流量、压力与漏损量的函数关系式对节点流量进行修正。以该方法建立的供水管网漏损模型可以对整个管网系统的漏损量进行初步的计算,这对于供水管网漏损的管理与控制有着重要作用。