基于a u t o c a d 的給水管網(wǎng)計(jì)算與信息管理 摘要 在科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的今天，計(jì)算機(jī)早已是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的標(biāo)志，而且在 各行各業(yè)中得到普遍運(yùn)用，c a d ( 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)) 技術(shù)作為工程設(shè)計(jì)的現(xiàn)代化 工具，也在很多領(lǐng)域中得以推廣。給水管網(wǎng)是個(gè)比較復(fù)雜的系統(tǒng)，管網(wǎng)的圖形 性質(zhì)可以用圖論的基本原理來分析，絕大多數(shù)的管網(wǎng)為平面圖形，a u t o c a d 在 半面圖形上的繪制和處理具有很強(qiáng)的功能，所以基于a u t o c a d 解決管網(wǎng)問題 能帶來很大的方便。 a u t o c a d 中的v i s u a ll i s p 語言對(duì)c a d 圖形具有很強(qiáng)的處理能力，通過對(duì) 管網(wǎng)圖形的遍歷可以實(shí)現(xiàn)對(duì)管網(wǎng)節(jié)點(diǎn)和管段的自動(dòng)編號(hào)，也可以得到進(jìn)行管網(wǎng) 計(jì)算時(shí)所用到的各種關(guān)系矩陣。在提取管網(wǎng)圖形信息的基礎(chǔ)上，利用比流量法 進(jìn)行節(jié)點(diǎn)流量的計(jì)算、利用最小平方和法初分流量、利用解節(jié)點(diǎn)方程法進(jìn)行平 差計(jì)算，采用拉格朗日法對(duì)管網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，同時(shí)把計(jì)算結(jié)果標(biāo)注在管網(wǎng)圖形 中，最后通過擴(kuò)展數(shù)據(jù)和圖形詞典實(shí)現(xiàn)對(duì)計(jì)算結(jié)果的存貯和查詢，實(shí)現(xiàn)了管網(wǎng) 信息管理的功能。 本諜題完全利用a u t o c a d 中的v i s u a ll i s p 語言來對(duì)管網(wǎng)進(jìn)行計(jì)算和圖形 處理，給管網(wǎng)處理帶來了一定程度的便利。 【關(guān)鍵詞】：給水管網(wǎng)優(yōu)化計(jì)算銜接矩陣擴(kuò)展數(shù)據(jù) t h ec a l c u l a t i o na n di n f o r m a t i o nm a n a g e m e n to f w a t e r s u p p l yp i p en e t w o r k sb a s e do na u t o c a d a b s t r a c t t o d a y ，s c i e n c ea n dt e c h n o l o g yi sd e v e l o p e d a tf u l ls p e e d t h ec o m p u t e ri s as i g no ft h em o d e r ns c i e n c ea n dt e c h n o l o g y ，a n di th a sb e e nw i d e l yu s e di n e v e r yw a l ko fl i f e t h et e c h n o l o g yo fc a d ( c o m p u t e ra s s i s t a n td e s i g n ) h a s b e e ns p r e a di nm a n yf i e l d sa sm o d e r nt o o li np r o j e c td e s i g n t h ew a t e rs u p p l y p i p en e t w o r k si sv e r yc o m p l i c a t e d ，t h eg r a p h i c sp r o p e r t yo fp i p en e t w o r k c a n b e e na n a l y z e db ym e a n so fb a s i c p r i n c i p l eo fg r a p h i c st h e o r y m o s tp i p e n e t w o r k sa r el e v e lf i g u r e s ，a u t o c a dh a sv e r ys t r o n gf u n c t i o n si nd r a w i n ga n d t r e a t m e n to nt h el e v e lf i g u r e ，s oi ti sv e r yc o n v e n i e n tt od e a lp r o b l e mo fp i p e n e t w o r kb a s e do na u t o c a d v i s u a ll i s pi na u t o c a dh a sv e r ys t r o n ga b i l i t yt od e a lc a d g r a p h i c s i t c a nb e e na c h i e v e dt h a tn o d ea n dp i p ea r ea u t o m a t i c a l l yn u m b e rb yv i s u a l l i s pi na u t o c a d ，a n dm a n yk i n d so fr e l a t i o n a lm a t r i xw h i c hw i l lb e e nu s e d i nn e t w o r kc a l c u l a t i o nc a nb e e na u t o m a t i c a l l ym a d e n o d ed e m a n di sb e e n c a l c u l a t e db ys p e c i f i cf l o wm e t h o d ，i n i t i a lf l o wa l l o c a t i o ni sa c h i e v e db y m i n i m u m s q u a r es u m m a t i o nm e t h o d ，a d j u s t m e n to fp i p en e t w o r km a k eu s eo f s o l v en o d ee q u a t i o nm e t h o d ，o p t i m a ld e s i g nm a k eu s eo fl e g r a n g em e t h o d ， a n dt h ed a t aa c h i e v e db yc a l c u l a t e di sl a b e l e di nt h eg r a p h i c s ，f i n a l l yt h ed a t a i ss a v e da n dc a nb e e nf o u n db ym e a n so fe x t e n d e dd a t aa n d g r a p h i c s d i c t i o n a r y , a l lo f t h a ta r eb a s e do ng a i n i n gg r a p h i c si n f o r m a t i o n t h a ta c h i e v e s s i m p l em a n a g e m e n t o f p i p en e t w o r ki n f o r m a t i o n t h i sp a p e rm a k ef u l lu s eo fv i s u a ll i s pi na u t o c a dt oc a l c u l a t ep i p e n e t w o r ka n dd e a lw i t hg r a p h i c s ，t h a tb r i n g sc o n v e n i e n c et od e a lw i t hp i p e n e t w o r k k e yw o r d s ：w a t e rs u p p l yn e t w o r k ，o p t i m a ld e s i g n ，c o n n e c t i v i t y m a t r i x ， e x t e n d e dd a t a 合肥工業(yè)大學(xué) 本論文經(jīng)答辯委員會(huì)全體委員審查，確認(rèn)符合合肥工業(yè)大學(xué)碩士 學(xué)位論文質(zhì)量要求。 答辯委員會(huì)簽名：( 工作單位、職稱) 主席力斕 委員： 、上7 刷幣止缸 l 粥溈充7 , 4 1 、11 | 內(nèi)3 1 艦訓(xùn)虧- f t 扳 彩神馴菇涮為暑 砂仍易吩 、j ，j砷膨橢 形i工，揚(yáng)侈坪鐘釤組 第一章緒論 1 1 計(jì)算機(jī)運(yùn)用于給水管網(wǎng)的目的和內(nèi)容 計(jì)算機(jī)作為現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的重要標(biāo)志之一，已經(jīng)運(yùn)用到社會(huì)各個(gè)學(xué)科 中去。計(jì)算機(jī)在數(shù)值計(jì)算、數(shù)值模擬、信息管理等很多方面具有很強(qiáng)大的功能， 給生活生產(chǎn)、科學(xué)研究帶來了很大的方便。給水管網(wǎng)系統(tǒng)是一個(gè)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)復(fù)雜、 規(guī)模龐大、用水變化隨機(jī)性強(qiáng)、運(yùn)行控制為多目標(biāo)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)【l 】，管網(wǎng)分析是 指利用表達(dá)管網(wǎng)信息的數(shù)據(jù)庫和計(jì)算機(jī)程序完成給水管網(wǎng)計(jì)算的過程。用計(jì)算 機(jī)分析管網(wǎng)，克服了以往手工計(jì)算時(shí)工作量大并且費(fèi)時(shí)的困難，隨著計(jì)算機(jī)技 術(shù)的迅速發(fā)展和普及，特別是計(jì)算機(jī)速度的提高和內(nèi)存容量的擴(kuò)大，現(xiàn)在應(yīng)用 普通的微型計(jì)算機(jī)就可以在很短的時(shí)間內(nèi)對(duì)具有數(shù)千管段和節(jié)點(diǎn)的大型管網(wǎng)進(jìn) 行計(jì)算，并能以數(shù)據(jù)、圖表、曲線和圖形等各種方式表示出來，以供分析管網(wǎng) 的工作情況，也稱為給水管網(wǎng)運(yùn)行工況計(jì)算機(jī)仿真模擬。給水管網(wǎng)敷設(shè)在地下， 除了水源和為數(shù)不多的監(jiān)測(cè)點(diǎn)安裝有壓力、流量監(jiān)測(cè)儀表外，別無其他監(jiān)測(cè)手 段，因而管網(wǎng)的模擬仿真計(jì)算顯得非常重要。 應(yīng)用計(jì)算機(jī)解管網(wǎng)問題是根據(jù)管網(wǎng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)和運(yùn)行參數(shù)求解管網(wǎng)的數(shù)學(xué) 模型一一管網(wǎng)穩(wěn)態(tài)方程組。所謂結(jié)構(gòu)參數(shù)或靜態(tài)參數(shù)是指管網(wǎng)圖形、管段直徑、 管長、阻力系數(shù)、節(jié)點(diǎn)和地面標(biāo)高等：運(yùn)行參數(shù)或動(dòng)態(tài)參數(shù)是指節(jié)點(diǎn)流量、各 水源水泵特性參數(shù)、運(yùn)行調(diào)度方案、吸水池水位和水塔水位等。用數(shù)學(xué)模型計(jì) 算出各管段的流量和水頭損失、各節(jié)點(diǎn)的水壓以及各水源的供水壓力和流量等。 從而可以全面了解管網(wǎng)的工作狀況，并為管網(wǎng)的優(yōu)化運(yùn)行調(diào)度、改建擴(kuò)建、制 定發(fā)展規(guī)劃等提供科學(xué)依據(jù)。運(yùn)用計(jì)算機(jī)技術(shù)解決管網(wǎng)問題包括幾個(gè)方面，圖 文數(shù)據(jù)管理、管網(wǎng)計(jì)算和管網(wǎng)分析怛j 。 1 1 1 圖文數(shù)據(jù)管理 圖文數(shù)據(jù)管理就是對(duì)給水管網(wǎng)的圖形和管網(wǎng)信息數(shù)據(jù)進(jìn)行管理和查詢。用 于給水管網(wǎng)全部的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理，包括對(duì)管網(wǎng)及附件、水源、用水戶、主要生 產(chǎn)裝置及地理信息等數(shù)據(jù)的處理和加工等操作。 n 1 給水管網(wǎng)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)庫：包括對(duì)管網(wǎng)中各節(jié)點(diǎn)的位置、坐標(biāo)、地面高程 及埋深等數(shù)據(jù)的各種操作。 ( 2 ) 給水管網(wǎng)管段數(shù)據(jù)庫：包括對(duì)管網(wǎng)中各管段的位置、起止節(jié)點(diǎn)、管長、 管徑、管材、鋪設(shè)年代等數(shù)據(jù)的各種操作。 ( 3 ) 給水水源及加壓泵站數(shù)據(jù)庫：包括對(duì)二級(jí)泵站及水源泵站、中途加壓 泵站的水泵機(jī)組及管道布置、清水池容積、水位等數(shù)據(jù)的操作。 ( 4 ) 用戶水量計(jì)量數(shù)據(jù)庫：用于收費(fèi)及用戶檔案的管理，其水量指標(biāo)作為 節(jié)點(diǎn)流量推算的依據(jù)。該數(shù)據(jù)庫包括下列信息：用戶屬性數(shù)據(jù)，包括用戶臺(tái)賬 的所號(hào)、本號(hào)、名稱、地點(diǎn)等內(nèi)容：用戶水量數(shù)據(jù)，包括查表日期、表指針、 用水量累積數(shù)等內(nèi)容；用戶接水點(diǎn)位置數(shù)據(jù)，根據(jù)用戶在管段上接水點(diǎn)的位置， 接水點(diǎn)距管段兩端的距離，該予系統(tǒng)可將用戶的水量折算到接點(diǎn)上，從而可根 據(jù)每月查表得到的水量數(shù)據(jù)，自動(dòng)快速地得出月平均節(jié)點(diǎn)流量，作為運(yùn)行狀態(tài) 參數(shù)分析的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。 ( 5 ) 測(cè)壓點(diǎn)數(shù)據(jù)庫：該予系統(tǒng)包括管網(wǎng)中壓力監(jiān)測(cè)點(diǎn)的名稱、位置、接管 點(diǎn)及實(shí)時(shí)的壓力數(shù)據(jù)，并繪制相應(yīng)的實(shí)時(shí)曲線圖形。 查詢系統(tǒng)包括對(duì)管段、節(jié)點(diǎn)、用戶等目標(biāo)的各種信息查詢，其查詢方法是 多方位的，即對(duì)同一目標(biāo)可以從不同角度去查詢。如需查詢某一管段的信息， 可以從管段節(jié)點(diǎn)編號(hào)、管段屬性、連接的用戶等不同的角度去查詢，即利用鼠 標(biāo)的光點(diǎn)著落位置，找出圖形數(shù)據(jù)。 1 1 2 管網(wǎng)計(jì)算 管網(wǎng)計(jì)算包括以下幾個(gè)方面： ( 1 ) 水量預(yù)測(cè)，該子系統(tǒng)可以利用過去日總供水量的記錄，預(yù)測(cè)日總供水 量，用來指導(dǎo)調(diào)度和進(jìn)行當(dāng)日的管網(wǎng)模擬計(jì)算。 ( 2 ) 管網(wǎng)簡化，由于有些管網(wǎng)的規(guī)模很大，運(yùn)算時(shí)存儲(chǔ)器和運(yùn)算時(shí)間都要 求對(duì)管網(wǎng)進(jìn)行簡化來滿足這兩方面的要求，這一模塊就是利用計(jì)算機(jī)自動(dòng)簡化 管網(wǎng)來達(dá)到簡化計(jì)算的目的。 f 3 ) 節(jié)點(diǎn)流量，節(jié)點(diǎn)流量的計(jì)算可分為集中流量和均布流量兩部分來進(jìn)行。 集中流量的計(jì)算，主要按它們?cè)诠芫W(wǎng)中的位置，將其計(jì)算到節(jié)點(diǎn)上。均布流量 的計(jì)算分為兩種方式，第一，就是面積比流量法；第二是管長比流量法。對(duì)這 兩種方法，也并不是把流量絕對(duì)的平均，而是根據(jù)實(shí)際情況按一定比例進(jìn)行計(jì) 算，以便使節(jié)點(diǎn)流量的值更符合實(shí)際。 ( 4 ) 網(wǎng)格化計(jì)算，因?yàn)楝F(xiàn)狀分析中等值顯示的需要，要對(duì)管網(wǎng)中已知的離 散點(diǎn)進(jìn)行網(wǎng)格化計(jì)算。 ( 5 ) 平差計(jì)算，平差程序可以一次計(jì)算一天工作的管網(wǎng)工況，也可有選擇 的進(jìn)行。對(duì)水源點(diǎn)需要輸入水泵和清水池的有關(guān)信息，出廠壓力和水量的數(shù)值 將由平差程序計(jì)算給出。 1 1 3 管網(wǎng)分析 管網(wǎng)分析可分為現(xiàn)狀顯示和現(xiàn)狀分析兩大模塊。 2 ( 1 ) 現(xiàn)狀顯示，這一模塊可以把地面高程、水壓分布、自由水壓、用戶水 頭、水量分布、管段坡降、管段流量、水頭損失、管段流速等九大類平差計(jì)算 的結(jié)果顯示出來。顯示方法有三種：等值顯示，利用等值線顯示計(jì)算結(jié)果，可 以畫出等自由水壓線、等絕對(duì)水頭線，用來輔助分析；彩色區(qū)域圖形顯示，用 不同的顏色來表示出不同區(qū)域的數(shù)值范圍；三維等值面，由于以上兩種方法都 是二維圖形，因此需開發(fā)用三維的等值面曲線顯示平差結(jié)果的模塊，用來更加 明顯的顯示出計(jì)算結(jié)果。 ( 2 ) 現(xiàn)狀分析管段負(fù)荷顯示，用不同的顏色表示出管網(wǎng)所處的運(yùn)行狀態(tài)， 是超負(fù)荷還是低負(fù)荷，可以用來發(fā)現(xiàn)管網(wǎng)中的“瓶頸”所在；可以查詢?nèi)我恻c(diǎn) 的主要供水路徑，并給出沿線的管段信息，可以用來分析管網(wǎng)中存在的聯(lián)結(jié)等 問題：顯示出不同水源的供水分界線；由平差結(jié)果給出管線中水流的流向。 綜e 所述計(jì)算機(jī)技術(shù)運(yùn)用于給水管網(wǎng)中的先進(jìn)之處在于以下幾個(gè)方面： a 先進(jìn)的圖形編輯器，使得給水系統(tǒng)一目了然： b 動(dòng)態(tài)的水力學(xué)分析，反映了系統(tǒng)隨時(shí)間的變化： c 方便靈活的方案管理，模擬實(shí)際運(yùn)行情況； d 準(zhǔn)確預(yù)測(cè)水質(zhì)的變化，便于管理； e 優(yōu)化成本分析和可供選擇的設(shè)計(jì)，節(jié)省投資。 1 1 4 管網(wǎng)c a d 軟件簡介 國內(nèi)和國外已經(jīng)有很多軟件成功的把計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的功能運(yùn)用到給水管網(wǎng)計(jì) 算和管理中去了i ，j “。 f 1 ) 市政管線設(shè)計(jì)軟件h y s z g xv 4 。軟件內(nèi)容包括：地形處理、道路平 面、給水設(shè)計(jì)、管網(wǎng)平差、污水設(shè)計(jì)、雨水設(shè)計(jì)和管線綜合等。h y s z g x v 4 0 的c a d 操作平臺(tái)為美國a u t o d e s k 公司的a u t o c a d r 2 0 0 0 2 0 0 2 。軟件根據(jù)給水、 污水、雨水管道各自的特點(diǎn)，結(jié)合道路的特征采用自動(dòng)定線和交互定線相結(jié)合 的方式，快速得到管道平面布置圖。對(duì)于布置好的管道，可以使用c a d 命令或 軟件提供的專用命令進(jìn)行編輯。軟件包括以下幾個(gè)部分：設(shè)置工程名；地形、 道路、總圖形；平面設(shè)計(jì)：管道計(jì)算；縱斷面圖：圖面標(biāo)注；管網(wǎng)平差；管線 綜合：統(tǒng)計(jì)表類；出圖工具；定制。 f 2 1w a t e r c a d 由世界上最大的給排水專業(yè)軟件開發(fā)與研究公司海思德工程 軟件公司f h a e s t a dm e t h o d s ，i n c ) 開發(fā)。w a t e r c a d 軟件可對(duì)給水管網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行靜 態(tài)分析和設(shè)計(jì)；可對(duì)給水管網(wǎng)系統(tǒng)迸行動(dòng)態(tài)模擬分析和設(shè)計(jì)，即分析和設(shè)計(jì)給 水管網(wǎng)系統(tǒng)在不同供水狀態(tài)下隨時(shí)間的響應(yīng)。模擬分析和設(shè)計(jì)含有水泵、水塔、 水庫和控制閥門的給水管網(wǎng)系統(tǒng)；進(jìn)行消防用水流量和平差分析，分析給水管 網(wǎng)系統(tǒng)在極端用水條件下的表現(xiàn)；除單純進(jìn)行水力學(xué)分析，w a t e r c a d j 丕提供更 為強(qiáng)大的功能，如水質(zhì)分析和工程造價(jià)分析。當(dāng)水中成分( 如余氯等) 在供水管 網(wǎng)中流動(dòng)時(shí)，水質(zhì)模型可跟蹤模擬該成分的變化。動(dòng)態(tài)水力模型能預(yù)測(cè)管網(wǎng)中 任何地方水流滯留時(shí)間和流動(dòng)趨勢(shì)；可對(duì)給水管網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行各種方案下的水文 水力學(xué)計(jì)算和成本分析比較，并為用戶產(chǎn)生各種圖表、曲線和報(bào)告。 本論文所做的工作和程序?qū)崿F(xiàn)的功能比上面兩個(gè)軟件要少的多，主要實(shí)現(xiàn) 了管網(wǎng)圖形繪制、管網(wǎng)水力計(jì)算和自動(dòng)標(biāo)注等功能。 1 2 給水管網(wǎng)計(jì)算現(xiàn)狀分析 新設(shè)計(jì)管網(wǎng)或者現(xiàn)有管網(wǎng)的管理中一般可能有兩類技術(shù)性問題： ( 1 ) 與選擇經(jīng)濟(jì)管徑有關(guān)的問題，這時(shí)需要應(yīng)用經(jīng)濟(jì)因素f 和其他類似的概念； ( 2 ) 管徑已定時(shí)的水力計(jì)算問題。所求的是管網(wǎng)各管段的實(shí)際流量分配、各節(jié) 點(diǎn)的水壓以及配水源的工作情況( 流量和水壓) 等。 解上述兩類技術(shù)問題時(shí)，常用兩種方法寫出數(shù)學(xué)表達(dá)式，第一種是傳統(tǒng)的 方法，即在已知管徑的前提下，進(jìn)行水力計(jì)算，根據(jù)管網(wǎng)各種參數(shù)，列出線性 和非線性方程組求解。包括管網(wǎng)連續(xù)性方程、能量方程和其他約束條件。第二 種方法，即寫出某些與管網(wǎng)參數(shù)有關(guān)的多變量函數(shù)，求出其極大值或極小值。 就是把約束條件在函數(shù)式中表達(dá)出來。通常用于管網(wǎng)的優(yōu)化計(jì)算。 管網(wǎng)計(jì)算的基本原理是保證質(zhì)量守恒和能量方程，據(jù)此可建立節(jié)點(diǎn)連續(xù)性 方程和能量方程。所謂連續(xù)性方程，就是對(duì)任一節(jié)點(diǎn)來說，流向該節(jié)點(diǎn)的流量 等于從該節(jié)點(diǎn)流出的流量。若規(guī)定流出節(jié)點(diǎn)的流量為正，流向節(jié)點(diǎn)的流量為負(fù)， 則節(jié)點(diǎn)i 的連續(xù)性方程可表示為： q ，+ q = o ( 卜1 ) 式中：q ，一一i 節(jié)點(diǎn)流量： g 。，一一與i 節(jié)點(diǎn)相連接的管段流量。 能量方程表示管網(wǎng)每一環(huán)中各管段的水頭損失總和等于零。一般規(guī)定水流 順時(shí)針方向的管段，水頭損失為正，逆時(shí)針方向的為負(fù)。則第_ ，環(huán)的能量方程 可表示為： h ，= 0 ( 卜2 ) ，e o 或5 ，q ，”2 0 ( 卜3 ) j e 口 式中：妒一一組成環(huán)，的管段的集合； h ，一一管段水頭損失； s ，一一管段摩阻； n 一一指數(shù)。 對(duì)于任一管網(wǎng)，其節(jié)點(diǎn)數(shù)j ，管段數(shù)p 和環(huán)數(shù)l p f l 的關(guān)系為： p = j + l 一1( 1 4 ) 4 可列m , j - 1 個(gè)獨(dú)立的節(jié)點(diǎn)流量方程和l 個(gè)獨(dú)立的能量方程，其中和q 。可按水頭 損失互相換算。給水管網(wǎng)計(jì)算中常用的水頭損失計(jì)算公式有： ( 1 ) 海曾一威廉( a h a z e n ，g s w i l l i a m s ) 公式： 1 0 6 7 q 1 8 5 2 f 6 2 可帝( 1 - - 5 ) 式中：，一一管段長度，m ； d 一一管徑，m ； q 一一流量，m 3 s ； c 一一系數(shù)。 ( 2 ) 舍維列夫公式： 適用于舊鑄鐵管和舊鋼管 v 1 2 m s v o 。則水流從f 節(jié)點(diǎn)流向，節(jié)點(diǎn)，反之的 0 ，說明順時(shí)針流 向的管段流量分配過大，逆時(shí)針流向的流量分配過小，因而須引入一個(gè)逆時(shí)針 方向的“環(huán)校正流量”句，以修正環(huán)上各管段的流量，再一次修正管段流量。 如此反復(fù)迭代，直到環(huán)閉合差小于規(guī)定值為止。環(huán)校正流量a 口的表達(dá)式為： 幻2 一習(xí)可丁( 2 2 5 ) 厶l j q 式中： 一一環(huán)內(nèi)各管段水頭損失代數(shù)和； 蚓一一各管段的s q 絕對(duì)值之和。 式中環(huán)校薩流量茸與環(huán)閉合差矗的符號(hào)相反，顯然這是保證收斂所必需的條 件。解環(huán)方程法的關(guān)鍵問題是： ( 1 ) 如何擬定管段初始流量； f 2 ) 如何計(jì)算環(huán)校正流量； ( 3 ) 如何修正管段流量。 解環(huán)方程法的優(yōu)點(diǎn)是不必解聯(lián)立方程組就可以求出環(huán)校正流量，在計(jì)算機(jī) 尚未普及而不得不用手工計(jì)算時(shí)，是一種好的簡化算法。但需要擬定初始流量， 這一點(diǎn)對(duì)于大中型管網(wǎng)來說，比較麻煩而費(fèi)時(shí)。當(dāng)所擬定的初始流量不合理時(shí)， 可能會(huì)影響其收斂性，再者需要輸入管網(wǎng)的回路信息，也比較麻煩。 2 5 2 解管段方程法 解管段方程法是直接解連續(xù)性方程和能量方程，據(jù)此求得各管段的流量和 水頭損失，再從已知節(jié)點(diǎn)水壓求出其余各節(jié)點(diǎn)水壓。為將能量方程中的自變量 轉(zhuǎn)換成管段流量，可將式( 2 - 1 9 ) 代入能量方程式( 2 1 6 ) e p ，得到下列方程組： j句+920(2-26) i l r q = 0 式f 2 - 2 6 ) 可合并為： l ii q i 常l 枷 f 2 2 7 ) 這是一個(gè)線性方程組，共有j - 1 個(gè)節(jié)點(diǎn)連續(xù)性方程，l 個(gè)環(huán)的能量方程， 可以解得j + l i = p 個(gè)未知的管段流量。因?yàn)閞 中含有管段流量，所以也需要擬 定初始流量并采用迭代解法。解管段方程法中，生成系數(shù)矩陣的方法比較簡單。 除了銜接矩陣外還需要輸入回路矩陣的信息，因而輸入信息量較多，而且方程 數(shù)也較多。 2 5 ，3 解節(jié)點(diǎn)方程法 解節(jié)點(diǎn)方程法的關(guān)鍵是如何將以管段流量為自變量的節(jié)點(diǎn)方程轉(zhuǎn)換為以節(jié) 點(diǎn)水壓為白變量的表達(dá)式并線性化。 將管段壓降方程式( 2 2 3 ) 代入連續(xù)性方程式( 2 一l5 ) 中，得到： a c h + q = 0r 2 2 8 ) 再將式( 2 2 4 ) 代入上式中： a c a 。h + q = 0r 2 - 2 9 ) 式( 2 2 9 ) 目p 是以節(jié)點(diǎn)水壓為自變量的節(jié)點(diǎn)方程，而且是一個(gè)線性表達(dá)式。向量 c 中含有管段流量日，因此須采用迭代法求解3 9 】。 式( 2 2 9 ) 是解節(jié)點(diǎn)方程法的主要公式，其系數(shù)矩陣為j j 階對(duì)稱正定矩 陣，而且具有主對(duì)角優(yōu)勢(shì)。主對(duì)角元素全為正，且等于交匯于該節(jié)點(diǎn)的所有管 段的c 值之算術(shù)和，也就是同一行中除主對(duì)角元素之外其他非零元素的絕對(duì)值 之和。每一行中，除了主對(duì)角元之外，只有與該節(jié)點(diǎn)相鄰的節(jié)點(diǎn)所在的列元素 為非零元素，其值為該兩節(jié)點(diǎn)間管段的c 值并一律為負(fù)。因此，系數(shù)矩陣是稀 疏矩陣。按式( 2 2 9 ) 求解的過程是一個(gè)迭代過程，必須要擬訂管段的初始流量， 但不需要擬訂節(jié)點(diǎn)的初始水壓。這是因?yàn)?，按? 2 2 1 ) 計(jì)算管段的c 值時(shí)必須 用到管段流量，但并不要求所擬訂的初始流量滿足連續(xù)性方程。初始流量分配 不當(dāng)會(huì)增加迭代次數(shù)，但一般不會(huì)導(dǎo)致不收斂。通?？扇±字Z數(shù)r e = 2 x 1 0 5 來 擬訂初始流量： 打：2 1 0 5 t x d ( 2 - 3 0 ) 4p 根據(jù)所擬訂的初始流量按式( 2 2 1 ) 計(jì)算管段的c 值，從而由計(jì)算機(jī)程序自 動(dòng)生成系數(shù)矩陣，解出各節(jié)點(diǎn)水壓，由此得出各管段兩端節(jié)點(diǎn)水壓，再按式( 2 2 9 ) 重新計(jì)算各管段流量，并按前后兩次迭代所得管段流量的平均值重新計(jì)算c 值，再次形成式( 2 - - 2 9 ) ，重新求解節(jié)點(diǎn)水壓，如此反復(fù)迭代，直到前后兩次迭 代所求得的同一管段流量之差的最大值小于給定誤差為止。 2 5 4 多水源管網(wǎng)計(jì)算 多水源管網(wǎng)的計(jì)算原理雖然和單水源的設(shè)計(jì)原理相同，但有其特點(diǎn)。因這 時(shí)每一水源的供水量，隨著供水區(qū)用水量、水源的水壓以及管網(wǎng)中水頭損失而 變化，從而存在各水源之間的流量分配問題。應(yīng)用虛環(huán)的概念，可將多水源管 網(wǎng)轉(zhuǎn)化成為單水源管網(wǎng)。所謂虛環(huán)是將各水源與虛節(jié)點(diǎn)，用虛線連接成環(huán)。虛 管段中沒有流量，不考慮摩阻，只表示按某一基準(zhǔn)面算起的水泵揚(yáng)程或水塔水 壓。虛節(jié)點(diǎn)的位置可以任意選定，其水壓可假設(shè)為零。 管網(wǎng)計(jì)算時(shí)，虛環(huán)和實(shí)環(huán)看作是一個(gè)整體，即不分虛環(huán)和實(shí)環(huán)同時(shí)計(jì)算。 閉合差和校正流量的計(jì)算方法和單水源管網(wǎng)相同。管網(wǎng)計(jì)算結(jié)果應(yīng)滿足以下條 件： ( 1 ) 進(jìn)出每一節(jié)點(diǎn)的流量( 包括虛流量) 總和等于零，即滿足連續(xù)性方程； ( 2 ) 每環(huán)( 包括虛環(huán)) 各管段的水頭損失代數(shù)和為零，即滿足能量方程； 各水源供水至分界線處的水壓應(yīng)相同，就是說從各水源到分界線上控制點(diǎn)的沿 線水頭損失之差應(yīng)等于水源的水壓差。多水源環(huán)狀管網(wǎng)平差的物理模型是引入 虛節(jié)點(diǎn)和虛管段，把多水源管網(wǎng)轉(zhuǎn)化為單水源管網(wǎng)。 2 5 5 程序的實(shí)現(xiàn)【4 0 】【4 1 i 本論文采用解節(jié)點(diǎn)方程法進(jìn)行管網(wǎng)的平差計(jì)算。因?yàn)榻夤?jié)點(diǎn)方程法具有輸 入數(shù)據(jù)少，大部分工作可由計(jì)算機(jī)程序自動(dòng)完成。管網(wǎng)平差是在管徑已知的前 提下進(jìn)行的，管徑數(shù)據(jù)的獲取可以有兩種方式：讀入外掛數(shù)據(jù)文件；在a u t o c a d 平臺(tái)下用戶輸入。 在程序設(shè)計(jì)過程中，在管網(wǎng)的圖形拓?fù)潢P(guān)系提取階段把管段信息輸出到外 部文本中去，文本的格式為：管段號(hào)；管段一端點(diǎn)號(hào)；管段另一端點(diǎn)號(hào)。根據(jù) 圖2 - 1 所得到的文本如下： 11 21 1 21 09 1724 在這個(gè)文本的基礎(chǔ)上，添加管段的其他信息，例如管徑、管長、管材等信息。 文本的格式為： 11 21 l3 0 01 0 4 0 鑄鐵管 21 095 0 06 5 0 鑄鐵管 1 7243 0 01 5 0 0 鑄鐵管 再調(diào)用這個(gè)文本，把管徑和管長分別賦給管徑數(shù)組d i a o f p i p e 和管長數(shù)組 l o n g o f p i p e 。 在管網(wǎng)圖形是按實(shí)際坐標(biāo)定位的情況下，管網(wǎng)中每條管段的長度是可以在 c a d 中自動(dòng)測(cè)量出來的。使用a c t i v e x 的方法，調(diào)用v l a g e t l e n g t h 函數(shù) 就可以得到，再賦值給管長數(shù)組。在c a d 環(huán)境下用戶輸入就是使用g e t 族函 數(shù)。在圖形拓?fù)潢P(guān)系提取階段可以獲得管段數(shù)目l e n o f p i p e 、節(jié)點(diǎn)數(shù)目l e n o f p o i n t 等信息，同時(shí)定義管徑數(shù)組d i a o f p i p e ，把輸入的值存儲(chǔ)到這個(gè)數(shù)組中去。 圖2 - 2管網(wǎng)平差流程圖 采用解節(jié)點(diǎn)方程組法需要擬定管段的初始流量，初始流量分配不當(dāng)會(huì)增加 迭代次數(shù)。通常情況下初始流量是根據(jù)式( 2 3 0 ) 來擬定的，但a u t o l i s p 是一 種解釋性語言，計(jì)算功能相對(duì)比較差，對(duì)于大型數(shù)組的計(jì)算可能花的時(shí)間較多， 為此需要初始流量更接近于計(jì)算結(jié)果，這樣可以節(jié)省計(jì)算時(shí)間。本論文采用了 在用最小平方和法初分流量的基礎(chǔ)上，把初分結(jié)果作為各管段的初始流量，再 進(jìn)行平差計(jì)算。 各管段的c 值可采用下式計(jì)算： 2 亍 ( 2 3 1 ) 一“ 式中q ，一管段流量； ，一管段水頭損失。 管段水頭損失的計(jì)算采用海曾一威廉公式，銜接矩陣在管網(wǎng)拓?fù)潢P(guān)系提取中已經(jīng) 獲得。采用解節(jié)點(diǎn)方程法進(jìn)行平差的計(jì)算流程圖形如圖2 - 2 所示。 多水源管網(wǎng)平差計(jì)算和單水源管網(wǎng)平差計(jì)算相似。把虛節(jié)點(diǎn)作為水源流量 匯入點(diǎn)，虛管段的水頭損失為： h = h 啦+ h b s q ；( 2 3 2 ) 真實(shí)管段的水頭損失指向與真實(shí)管段流量方向相同，虛管段的水頭損失指 向與虛管段的流量方向相反，同樣采用解節(jié)點(diǎn)方程法進(jìn)行計(jì)算。 2 6 環(huán)狀管網(wǎng)的優(yōu)化計(jì)算1 】【8 】 管網(wǎng)優(yōu)化計(jì)算的目的是，在技術(shù)上滿足城市供水水量、水壓和水質(zhì)要求的 前提_ f ，在經(jīng)濟(jì)上做到費(fèi)用最小，所以也可以稱為管網(wǎng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)計(jì)算。樹狀網(wǎng) 和環(huán)狀網(wǎng)的優(yōu)化有很大的區(qū)別，樹狀網(wǎng)任一管段的流量僅和其下游的節(jié)點(diǎn)流量 有關(guān)，而和管徑的大小無關(guān)：可環(huán)狀網(wǎng)卻不一樣，整個(gè)管網(wǎng)的流量分布受到用 水量和管徑大小的影響。環(huán)狀網(wǎng)優(yōu)化計(jì)算時(shí)，有一些管段將由于管徑為零而消 失，從面成為樹狀網(wǎng)。 管網(wǎng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，必須考慮四個(gè)方面的問題，即水壓、水量的保證性4 2 j 4 3 l ； 水質(zhì)的安全性；可靠性和經(jīng)濟(jì)性。管網(wǎng)的優(yōu)化計(jì)算就是以經(jīng)濟(jì)性為目標(biāo)函數(shù)， 而將其余作為約束條件，以建立目標(biāo)函數(shù)和約束的表達(dá)式，從而求出最優(yōu)解。 通常按最高用時(shí)用水量進(jìn)行管網(wǎng)優(yōu)化計(jì)算，在滿足用水量的前提下，還需要滿 足以下條件。 ( 1 ) 管網(wǎng)的水壓約束條件如下： h 。皿也( m )( 2 3 3 ) 式中：只一一管網(wǎng)任意點(diǎn)的自由水壓) ； h 。，日。一一允許的最大和最小自由水壓( m ) 。 ( 2 1 管網(wǎng)的水壓可靠性的約束條件，用概率表示時(shí)為： p h m 。h c h 。) 0 。 ( 2 3 4 ) 式中：r p 。一一允許的水壓保證性概率值a ( 3 ) 水質(zhì)安全性是把余氯消耗和反應(yīng)時(shí)間聯(lián)系起來，而以管網(wǎng)內(nèi)水流停留時(shí)間 丁表示得： p 丁 l 0 。( 2 3 5 ) 式中：l 。一一允許的水質(zhì)安全性概率值； 一一配水源到管網(wǎng)內(nèi)任一節(jié)點(diǎn)的水流停留時(shí)間允許值( h ) 。 ( 4 ) 可靠性即保證事故時(shí)管網(wǎng)允許的流量降低比，降低比口定義如下： 口= 輩篇器( 2 - - 3 6 ， “ 正常時(shí)的管網(wǎng)流量 管網(wǎng)的可靠性約束條件為： 口口。( 2 3 7 ) 式中：口。一一允許的可靠度。 管網(wǎng)優(yōu)化計(jì)算的目標(biāo)函數(shù)是管網(wǎng)的年折算費(fèi)用礦為最小4 4 】1 45 1 ，的表達(dá)式 如下： 州志+ 拯+ l 。+ 0 0 1 8 7 6 觸盟掣( 2 - - 3 8 ) 式中：d 一一每年扣除的折舊和大修費(fèi)，以管網(wǎng)造價(jià)的計(jì)； 口，b ，口一一單位長度管線造價(jià)公式中的系數(shù)和指數(shù)； t 一一投資償還期，a ； d 。一一管徑，f m ) ； l 一管段長度，( m ) ； e 一一電費(fèi)，分k w h ； p 一一輸入管網(wǎng)的總流量，l s ： 口一一供水能量變化系數(shù)； p 一一水的密度，p = l k g 1 ； h 。一一水泵靜揚(yáng)程，m ： 2 一一重力加速度； y h 。，一一從管網(wǎng)起點(diǎn)到控制點(diǎn)的人一條管線的水頭損失總和，l f l 。 上述目標(biāo)函數(shù)的約束條件如下： ( 1 ) 配水源以外的節(jié)點(diǎn)，其水壓可靠性的約束條件，用概率表示時(shí)為： j p 凰) 0 。 ( 2 3 9 ) 用水量變化時(shí)也必須滿足水壓約束條件，即必須符合： h 。h a ( 2 4 0 ) 換言之，任一節(jié)點(diǎn)的自由水壓h 。應(yīng)大于最小允許自由水壓日。 ( 2 ) 流速v 。( m s ) 和管徑d ，( 珊) 的約束條件： q ( 盧1 ，2 ，p ) ( 2 - 4 1 ) 式中：v 。一一最大允許流速。 d ，d 。( i = l ，2 ，p )( 2 4 2 ) 式中：d 。一最大允許直徑( m ) 。 管網(wǎng)設(shè)計(jì)中，流速和管徑的約束條件并不是很重要。一般只討論以水壓為 約束條件時(shí)，使目標(biāo)函數(shù)為最小的問題。目前過內(nèi)外已有的方法如下 4 6 i d 7 】f 4 8 4 9 】：( 1 ) 拉格朗日未定乘數(shù)法；( 2 ) 界限流量法：( 3 ) 廣義簡約梯度法等。 2 6 1 拉格朗日未定乘數(shù)法 該方法必須是等式約束，對(duì)于不等式約束條件必須先化成等式約束。因此， h c h 。的水壓約束條件必須變換為管網(wǎng)控制點(diǎn)r y t 的等式約束條件，即： h p + zp z m 一h i = h at 2 - - 4 3 ) 6 w 式中：z 。一一泵軸高程( m ) ； 日。一一水泵揚(yáng)程( m ) ； z 。一一控制點(diǎn)地面高程( m ) ； l m 一一從配水源到控制點(diǎn)任一管線上的管段集合； h ，一一管段i 的水頭損失( m ) ； h 。一一控制點(diǎn)最小允許自由水壓( m ) 。 水泵揚(yáng)程也可以用管徑d ，表示。 對(duì)于流量已經(jīng)分配的管網(wǎng)，各管段的流量q 。已知，待求的是管段的水頭損 失h 。或者管直徑d 前者必須解非線性方程組，求解復(fù)雜，所以采用逐步近似 法以直接求解有約束條件的經(jīng)濟(jì)管徑方程組。莫希寧對(duì)于管網(wǎng)優(yōu)化計(jì)算提出了 虛流量法，計(jì)算較為簡單。 設(shè)魚! 丟用q 表示，峋用以表示該管段流量占總流量q 的比例。b 可稱 為虛流量，當(dāng)通過管網(wǎng)的總流量為l 時(shí)，各管段的值在o 一1 之間。在起點(diǎn)也 即在水源節(jié)點(diǎn)有勃= 1 ，在匯出點(diǎn)有嘞= 一1 ，其余節(jié)點(diǎn)處有x 口= o 。 十 = q 萬f 萬，參數(shù)意義同前。這里需要指出的是，大多數(shù)中、大型管網(wǎng)的流量 匯入點(diǎn)都不止一個(gè)匯入點(diǎn)，所有匯入點(diǎn)的虛流量之和等于一，在利用計(jì)算機(jī)求 節(jié)點(diǎn)虛流量和管段虛流量時(shí)，一定要做好匯入點(diǎn)的判斷。 對(duì)于起點(diǎn)水壓未給的管網(wǎng)，用此法求得的經(jīng)濟(jì)管徑計(jì)算公式為： b = ( f x , j q q u ) ”( 2 - 4 4 ) 式中：d ，一管徑，m ； 廠一一經(jīng)濟(jì)因素： x 。一管段虛流量； q 一進(jìn)入管網(wǎng)的總流量； g ，一一管段流量； n ，a ，聊一一指數(shù)。 對(duì)于管網(wǎng)起點(diǎn)水壓已給的管網(wǎng)，其經(jīng)濟(jì)管徑計(jì)算公式如下： 驢i 墊爭(zhēng)逾k ，書 c z 州， lj 式中：k 一一常數(shù)5 ，一一管段長度，m ； 月一一起點(diǎn)到控制點(diǎn)的可利用水壓，m ； 由于拉格朗日未定乘數(shù)法把管徑看作連續(xù)變量，而標(biāo)準(zhǔn)管徑系列卻是離散 的，因此式( 2 4 4 ) 和( 2 4 5 ) 算出的經(jīng)濟(jì)管徑就存在與標(biāo)準(zhǔn)管徑相矛盾的問題， 需要對(duì)部分計(jì)算管徑進(jìn)行調(diào)整。 2 6 2 界限流量法 界限流量法是一種近似優(yōu)化算法。該法仍以管徑公式( 2 4 4 ) 為依據(jù)，把每 一管段看作是與管網(wǎng)中其他管段無關(guān)的單獨(dú)工作管段。對(duì)于每種標(biāo)準(zhǔn)管徑不僅 有相應(yīng)的最經(jīng)濟(jì)的流量，而且有其經(jīng)濟(jì)的界限流量范圍，在此范圍內(nèi)用這一管 徑是經(jīng)濟(jì)的，超出界限流量范圍就必須采用大一號(hào)或小一號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)管徑。根據(jù) 相鄰兩標(biāo)準(zhǔn)管徑d l 和d ，的年費(fèi)用折算值相等的條件，可以確定界限流量。這時(shí) 相應(yīng)的流量g ，即為相鄰管徑的界限流量，也就是說，q 既為d ，的上限流量又是 d ，的下限流量。凡是管段流量在g 和q ：之間的則用d ：的管徑，若恰好兩檔管 徑d 。和d 。年費(fèi)用折算值相等的條件可求出界限流量g 的表達(dá)式為： l d1 g _ ( 罷九篇) j ( 2 - - 4 6 ) 式中各符號(hào)意義同前。城市的管網(wǎng)造價(jià)、電費(fèi)、用水規(guī)律和所用水頭損失等均 有不同，所以不同城市的界限流量不能任意套用。即使同一城市，管網(wǎng)建造費(fèi) 用和動(dòng)力費(fèi)用等也有變化，因此，必須根據(jù)當(dāng)時(shí)當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)指標(biāo)和所用水頭損 失公式。 例如當(dāng)b = 1 ，景= 妾?jiǎng)?wù)和廠= 1 時(shí)，代入式( 2 4 6 ) 得界限流量表如表2 1 。 表2 1 界限流量表 管徑界限流量管徑界限流量管徑界限流量 ( m m )( l s )( t u r n )( l s )( m m )( l s ) 1 0 0 節(jié)點(diǎn)流量( & j d ) i dj d a 直接輸入( & j d a ) 】“c “一y w w 2 1 i dj d d 調(diào)用文本( & j d b ) “c “一y w w 2 3 i dj d e 一通過計(jì)算( & j d c ) “c c y w w 2 2 i d c f 初分流量( & c ) 】“c “一y w w 3 i d p c 管網(wǎng)平差( & p ) “c “c y w w 4 i d y h【管網(wǎng)優(yōu)化( & y h ) 】“c ，、c y w w 9 i d i x【流向標(biāo)注( & l x ) 】“c “c y w w 7 i d g d x 【管段信息( & g x ) “c “一y w w 5 i dj d x 節(jié)點(diǎn)信息( & j x ) 】“c “一y w w 6 在a u t o c a d 中加載該菜單組，并且插入菜單項(xiàng)?？梢苑奖銓?duì)程序的使用 4 1 平差計(jì)算實(shí)例 4 1 ，1 實(shí)例簡介 第四章工程實(shí)例 某小型管網(wǎng)由1 2 個(gè)節(jié)點(diǎn)，1 7 個(gè)管段組成。通過一個(gè)水廠向此管網(wǎng)供水，管 網(wǎng)圖形如圖2 l 所示，水源分別通過節(jié)點(diǎn)1 向管網(wǎng)供水。水廠的供水量為8 2 2 l s ， 控制節(jié)點(diǎn)的水壓為2 5 5 m 。 4 1 2 計(jì)算結(jié)果 通過在a u t o c a d 總把圖形繪制出來，調(diào)用子程序模塊對(duì)管網(wǎng)中節(jié)點(diǎn)和管段 分別進(jìn)行自動(dòng)編號(hào)，調(diào)用圖形信息提取命令獲得管網(wǎng)的拓?fù)潢P(guān)系，得到銜接矩 陣和節(jié)點(diǎn)問關(guān)系矩陣等。根據(jù)管段長度，管徑和節(jié)點(diǎn)流量等數(shù)據(jù)對(duì)管網(wǎng)進(jìn)行平 差計(jì)算。在節(jié)點(diǎn)流量已知的情況下可以先初分流量再進(jìn)行平差計(jì)算，在節(jié)點(diǎn)流 量未知的情況下，可以通過計(jì)算比流量和沿線流量的方法獲得節(jié)點(diǎn)流量，程序 中也有計(jì)算節(jié)點(diǎn)流量的模塊。在節(jié)點(diǎn)流量未知的情況下，計(jì)算得到的節(jié)點(diǎn)流量 如表4 1 所示： 表4 1 平差實(shí)例的節(jié)點(diǎn)流量 節(jié)點(diǎn)號(hào) 節(jié)點(diǎn)流量( 1 s ) 節(jié)點(diǎn)號(hào) 節(jié)點(diǎn)流量( 1 s ) 1 4 0 5 27 6 2 6 0 2 6 9 2 584 8 6 7 3 6 6 6 89 7 2 6 8 4 6 4 3 21 0 4 9 7 4 58 0 灌31 1 9 0 4 8 67 5 4 7 1 21 0 0 7 8 在節(jié)點(diǎn)流量已經(jīng)知道的情況下就可以采用另外兩種方法：在c a d 直接輸入； 調(diào)用外部文本。水頭損失的計(jì)算采用了海曾一威廉公式，系數(shù)c 取1 2 0 。管段數(shù) 據(jù)計(jì)算結(jié)果如表4 2 所示： 表4 - 2平差實(shí)例的管段數(shù)據(jù) 管段號(hào)管長( m ) 管徑( m m )流量( 1 s )水頭損失( m ) l1 0 4 02 5 03 9 7 53 4 0 8 26 5 04 5 01 0 9 2 70 7 9 2 31 6 7 03 5 05 9 5 32 2 4 6 41 5 1 02 0 08 8 00 8 9 9 57 6 02 0 03 9 8 77 4 2 4 61 1 5 03 5 04 5 6 70 9 4 7 74 8 03 0 01 1 9 0 74 9 3 8 81 1 3 03 0 01 5 5 7 51 9 1 1 6 97 6 04 5 03 0 4 6 2 6 18 2 l o 1 7 3 04 0 01 3 7 0 25 6 8 6 1 16 2 06 0 0 5 0 8 3 13 2 0 7 1 21 2 7 04 5 0 2 7 3 1 78 4 4 2 1 31 3 5 03 0 0 1 4 6 6 72 0 4 3 3 1 41 3 9 0 4 0 03 5 2 80 3 7 0 1 51 1 4 02 0 0 2 0 0 43 1 1 6 1 61 0 2 03 0 0 1 2 2 5 l 1 1 0 6 2 1 71 5 0 03 0 0 6 7 7 75 4 3 3 節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)果如表4 3 所示： 表4 3 平差實(shí)例的節(jié)點(diǎn)水壓 l節(jié)點(diǎn)號(hào)節(jié)點(diǎn)水壓( m ) 節(jié)點(diǎn)號(hào)節(jié)點(diǎn)水壓( m ) 15 8 3 1 73 2 9 2 24 9 4 2 82 5 5 35 5 1 1 92 9 4 4 44 3 9 9 l o2 8 6 5 54 9 8 7 1 12 6 4 0 64 8 9 2 1 22 9 8 1 圖4 - l 平差實(shí)例的計(jì)算結(jié)果自動(dòng)標(biāo)注 4 1 3 結(jié)果標(biāo)注 在計(jì)算得到結(jié)果的基礎(chǔ)上調(diào)用對(duì)節(jié)點(diǎn)和管段標(biāo)注的子程序模塊，在圖形上 對(duì)節(jié)點(diǎn)信息和管段信息進(jìn)行標(biāo)注。標(biāo)注的節(jié)點(diǎn)信息包括節(jié)點(diǎn)流量、節(jié)點(diǎn)水壓， 標(biāo)注的管段信息包括管段長度、管徑、管段流量和水頭損失。標(biāo)注所得圖形如 圖4 - 1 所示： 4 2 優(yōu)化實(shí)例 如圖4 2 所示為安徽省某市新建城區(qū)的供水管網(wǎng)圖，該城區(qū)的用水由一個(gè)泵 站保證管網(wǎng)所需的水量和水壓。該區(qū)管網(wǎng)圖形詳見圖4 2 。按最高日最高時(shí)設(shè)計(jì) 水量為依據(jù)進(jìn)行管網(wǎng)設(shè)計(jì)，該城區(qū)的最高曰設(shè)計(jì)用水兩為5 8 0 0 0 m 3 d ，最高時(shí)用 水量為最高日用水量的s 6 6 5 ，即為9 1 2 4 1 s ，要求整個(gè)管網(wǎng)的最小服務(wù)水頭為 2 0 m 。 一，y yy y 甘 產(chǎn) 剛刊卜 卜 ( 、1 7，：、 i 6 、1 5f、4 f r 二yv y 二， 商 n o d 一 刖 、o 、3 0， 、色0，、t 9 z、】8 f、 3， yyy弋7口 r ( u 門于 、3 己廠 、己8r乳己正、1 高 圈4 - 2 優(yōu)化實(shí)例的管網(wǎng)圖形 對(duì)管網(wǎng)進(jìn)行簡化后調(diào)用程序?qū)Ω鱾€(gè)管段和節(jié)點(diǎn)進(jìn)行自動(dòng)編號(hào)，得到的管網(wǎng) 圖形如圖4 ，2 所示。管網(wǎng)中無大用戶集中用水，在獲得各個(gè)管段的長度的基礎(chǔ)上， 只需要輸入進(jìn)入管網(wǎng)的總流量和進(jìn)入的節(jié)點(diǎn)號(hào)即可進(jìn)行節(jié)點(diǎn)流量的計(jì)算，進(jìn)而 對(duì)管網(wǎng)進(jìn)行優(yōu)化計(jì)算，結(jié)果如表4 4 和表4 5 所示。 表4 - 4 優(yōu)化實(shí)例的節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù) 節(jié)點(diǎn)號(hào)節(jié)點(diǎn)流量自由水壓節(jié)點(diǎn)號(hào)節(jié)點(diǎn)流量自由水壓 12 8 4 02 5 5 61 15 9 3 03 0 6 9 23 1 1 62 9 6 51 26 2 5 32 9 3 0 34 4 3 42 9 ，7 ij 34 8 8 22 2 4 2 4 2 1 7 03 5 0 71 42 1 1 72 4 1 2 55 0 9 33 3 0 61 54 1 2 9 2 3 2 4 63 6 4 23 4 0 91 66 1 9 72 7 0 8 74 2 4 73 3 8 11 7 4 7 0 82 0 86 9 1 73 0 8 81 84 9 1 12 7 4 6 96 1 0 53 2 0 61 93 6 3 22 7 7 1 1 04 3 2 63 2 1 2 2 0 2 3 6 7 2 2 9 6 2 l3 2 2 22 5 。6 6l 表4 5 優(yōu)化實(shí)例的管段數(shù)據(jù) 管段號(hào)管長( m ) 管徑( m m ) 流量( 1 s )水頭損失( m ) 1 1 0 4 02 5 03 5 0 52 7 0 2 6 5 03 0 06 2 _ 8 82 0 5 3 1 6 7 02 0 02 6 157 4 6 4 1 5 1 02 5 03 4 6 43 8 4 5 7 6 0l5 01 1 3 8 2 9 6 61 1 5 015 09 5 5 3 2 4 74 8 02 0 01 6 1 9 o 8 8 8 1 1 3 02 5 03 7 3 6 3 - 3 0 97 6 01 0 04 3 9 3 6 5 1 01 7 3 0 1 0 01 5 81 3 8 1 16 2 0 4 5 01 5 4 7 31 4 4 1 2 1 2 7 03 0 06 5 7 7 4 3 5 1 3 1 3 5 0l o o1 7 5 1 1 8 1 41 3 9 0 3 0 05 0 6 2 2 9 3 15 1 1 4 03 5 09 4 6 l 3 6 1 1 6 1 0 2 0l o o 0 7 60 1 9 1 71 5 0 02 0 0 1 7 5 63 2 1 1 88 6 5 3 5 07 6 1 3 1 8 4 1 91 4 0 0 4 5 01 4 1 4 7 2 7 5 2 06 2 3 6 0 02 7 0 0 4 1 o o 2 1 5 1 07 0 04 5 8 3 0 1 0 3 2 27 6 0 8 0 0 5 1 2 2 8o 9 8 2 3 8 9 07 0 0 3 7 8 4 2 1 2 6 2 4 9 5 06 0 0 2 8 5 3 3 1 6 9 2 5 1 7 2 0 3 5 08 7 3 3 4 7 0 2 6 8 6 31 0 0 1 1 40 3 4 2 7 1 2 0 01 0 0 o 8 7