EPANET在城市多水源供水管网水力及水质计算中的应用Word格式文档下载.docx
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分,
水中生物、
氯量和余氯。
化有物和
本软件中三氯甲烷的计算
在整个管网
中的氯衰
1.1水力模拟功能
全面、精确的水力模型是做有效的水质模型的先决条件,EPANET包括了在现有技术发展水平下的水力分析功能,其具有的优点和特点如下:
(1)管网系统的大小对计算分析没有限制;
(2)使用海曾一威廉(Hazen—Williams)公式,
达西一魏兹巴赫(Darcy—Weisbach)公式,和谢才一
曼宁(Chezy—Manning)公式进行水头损失计算,其中包括管道转弯和管道配件引起的水头损失;
(3)包含恒速泵和变频泵模型;
(4)可进行抽水能力和成本的计算;
(5)可模拟不同型式的阀门,如:
检查井、压力调节阀和流量控制阀;
(6)该软件考虑节点的要求,每个节点都有自己的时间变化函数;
(7)可模拟由喷射源引起的压力流模型。
1.2水质模拟功能
除了水力模拟的功能,EPANET还提供了以下水质模拟的功能:
①模拟示踪剂随着时间的变化情况;
②模拟反应物随时间的消耗和变化情况;
③计算水在管道中的停留时间;
④模拟在主体水流及管壁的水流水力条件;
⑤对主体水流使用n阶反应动力学的模型;
⑥示踪从给定节点到任一节点的流量比
水资源与水电工程科学国家重点实验室开放研究基金资助项目(200913055);
城市水资源与水环境国家重点实验室开放研究项目(08UWQA04);
中央高校基本科研业务费四川大学青年教师科研启动基金资助项目(2009SCUl1046)。
氯量是用于还性物质
消耗的氯,余氯是氯加入水中
饮用水消毒的主水加氯消毒
采用,
,余的分口]。
加氯消毒要方法
416给水排水V01.36增千U
2010
万方数据
致了三卤甲烷(THMs)的产生。
三卤甲烷包括三氯甲烷、一溴二氯甲烷、二溴一氯甲烷及溴仿的总和。
THMs具有致癌性。
因此,加强对自来水中THMs的监测和控制已成为改善饮用水水质的重要任务和目标。
要使管网中的余氯保证符合我国生活饮用水卫生标准规定,足以杀死管网末梢的细菌,又要使得氯在输水系统的远端有较长的存在时间时消毒副产物满足标准。
要很好的控制加氯点,保证经济性和可靠性是比较困难的,一般水厂使用的不具备反馈自动调节功能的加氯机往往存在加氯量调节滞后、模拟压力输水管网中的流量和水压,也可以进行水质分析,将该软件应用于相应的自动检测和自动控制设备,能随着流量、水压等变化调节加氯量,可以更好地保证制水质量。
衡量消毒剂的消毒效果一般要确定所使用的消毒剂对微生物的灭活速率,最终决定有效接触时间污染物引起的氯的指令信号在输配水管网里的传的速率是由初始氯浓度决定的。
这个依据使得估就也需要找到一个方法在给定某个时间某个位置氯浓度的情况下去精确估计衰减速率。
EPANET可以用来阐释和评估特定的输水系统中氯的消耗和三氯甲烷的生成,预测管网分配系统中由于微生物污染而引起的余氯的变化,从而确定加氯点和投EPANET是计算给水管网中经过一定时间的万方数据
质模型。
1.3
EPANET数据输入格式与使用方法
在使用EPANET计算供水管网平差之前,需
要获得大量的管网基础数据(包括节点、水源和管段信息),可采用图1所示的方法。
ANET管嘲模型基础信息
水源信息fl节点信息JI管段信息
羽网圉睦
刻水源Il水压力II曼II回供水总lI或最不lI堡Il环虽II利水头I坤副L旦
排
誓麓I测,最II幂希苫高口最Il票萎豢Il区域供Il水要求Il幽赢誉高时系IL——J
l荔薰萎
墼l
l范围来
l统计
型幽铫篓
l乘以比II算公式
图1
EPANET供水管网模型基础信息获取流程
EPANET可以用多种形式浏览计算结果,包括以不同色彩标注的管网图,生成计算结果数据表、等高线等。
这样对于结果浏览、管网计算调试非常方便,但其在最终平差计算结果的输出方面具有一定的局限性,主要因为水源、节点、管段在同一界面下只能显示一个属性信息,例如不能同时显示管段的直径和流速,即不能在一张结果图中看到全面的平差计算结果。
当使用EPANET模拟供水管网系统时,按照下边的典型步骤操作:
①绘出代表输水系统的网络,或者在text中输入对网络的基本描述;
②编辑组成系统的物质的特性;
③描绘该系统是如何运行的;
④选择一套分析选项;
⑤运行、进行水力和水质分析;
⑥查看分析结果。
1.4使用EPANET平差计算的几点体会
(1)分析选项设置:
计算单位默认英制单位,不符合我国常用米制单位,首先应把单位设置为米制,流量单位设置为L/s,长度、流量、流速的单位分别设置为m,L/s,m/s;
(2)管网绘制:
职AN田允许插入图元文件,可
将AutoCAD图输出为图元文件,插入EPPuNE订中作
为背景图,在其上面绘制管网图,提高绘图效率;
(3)管网基础信息:
对于较复杂的管网,EPA一
给水排水Vat.36增刊2010
417
余氯不稳定等缺点,影响水质。
EPANET不仅可以及投药量,因此可以建立一个模型来模拟由微生物播。
研究指出在浓度大的微生物悬浮液里余氯变化计污染物在具体时间具体位置的反应变得非常困难,因为余氯浓度随时间和空间都有改变。
这样氯量。
EPANET是一个被广泛应用于水压和水质建模的软件工具,它可以在考虑到主体水流和管壁表面反应的前提下动态仿真余氯在给水管网中的衰减‘引。
水力及水质状态的仿真的一个计算机程序。
管网由管道、节点(管接头)、水泵、阀门、水塔和蓄水池等组成。
EPANET模拟水在管道中的流动轨迹,每个节点的压力,每个水塔的水压,及由多个时间段组成的一个仿真周期内遍布整个管网的某种化学物质浓度的变化。
另外化学物质、水龄、多水源调度都可以被仿真。
可以进行管网平差、管网水力模拟和建立水
NET允许插入Excel表格文件,或将管网基本信息导出为表格形式,这就省去了逐个节点、逐段地输入,提高工作效率并且简洁明了。
1.5
EPANET的不足
EPANET虽能进行供水管网的水力及水质
变化模拟,但对监测数据不能进行有效及时的反馈,即不能进行实时调度,缺少反馈控制的程序接口。
EPANET运行结果有多种表示方法,包括不同颜色标注压力变化于管网,生成结果数据表、等高线等,这样便于观察结果及管网计算调试,但是一次只能看到一个属性信息,因此结果具有局限性。
比如,不能在一个界面中看到节点压力变化和流量分配。
2
EPANET计算模型与求解方法2.1
EPANET中管网计算基本方程
在有N个节点的管网中,假设hi为两个节点i
和j之间的水头损失,则对管段而言:
Hi—H,一k一哟+优Q§
(1)
式中H_一节点水头;
矗——水头损失;
r阻力系数;
Q一流量;
72——流动指数;
优——损失系数。
对水泵而言:
h#一--032Eh。
--r(Q/叫)”]
(2)
式中h。
——水泵对水头的影响;
n广相关流速影响;
r,以——泵曲线系数。
流量Q必须满足所有管段的要求,即∑Qi—
J
Di一0,(i一1,2,……,N)。
2.2在节点的迭代求解方法中采用一种新的解
法——矩阵方程
AH—F
(3)
式中A——一个N×
N阶矩阵;
H——未知节点水头的向量(NX卜一个NXl阶向量。
1阶);
这个矩阵的对角元素是:
Ai=∑Pi,非零,非
418给水排水V01.36增刊2010
对角线处:
Ad一一Pd。
P#是i和歹管段之间水头损失的一次微分的倒数。
,
对管段而言:
Pd一
对泵而言:
锄一瓦万瓦知
行rIqr1+2mIQ
管网平差计算:
Fi一(∑Q#一D:
)+∑Y#+
3
】
∑ptfH|
|
流量矫正系数:
管段蛳一岛(rIqI”+mlq2)
sgn(q)
泵:
yd一--p#叫2Eh。
--r(Qf山)”]
当x>0时sgn(x)=1;
当x<O时,sgn(x)一一1。
当新的水头被计算出后,新的流量计算:
Qj!
f—q一[%-Po(Hi一马)]
3实例计算
最高时多水源供水管网的计算。
某城市给水管网由2个泵站和1个水塔供水,水泵的型号如表1
所示,全程地形平坦地面标高按15.00in计设计水量为5
000
m3/d,最高时用水量占最高Et用水量的
5.92%,即822L/s。
要求的最小服务水头为24mc2|。
表1水泵的型号
水泵型号
转速叶轮直径
HXSz(s/L)
/r/min
/mm/mH20
/mH20
8SA一14295023579.410.00288
10SA一6
450
530
100.430.000
286
14SA一101450
466
76.25
0.000I
3.1管网水力计算
节点和管段编号如图2所示,迭代精度为
0.01
m,根据EPANET得出的计算结果见图2。
管
网计算时已将用水量折算成从节点流出的节点流量,所以各水源的供水分界线须通过节点。
从图2中可以看出,供水分界线通过节点3,7,11,在分界线处,管网的压力最低,而在3个节点中,节点11的压
力最低,为24m,因此可以保证控制点所需的最小服务水头。
东厂流量为263.0L/s,水压为30.36m,选用10SA一6J水泵3台,其中1台备用。
西厂出水管2条,总流量为493.0L/s,水压为34.65m,选用10SA一6J水泵4台,其中1台备用,水塔处的水距地高度为27.4m。
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■0193‘94卜5085m12kl
13b09
P7、矿≮6.10
14
巾趴
∞彳㈣
图2流蕈计算结果
通过对以上供水管网实例的分析,较系统地介绍了应用EPANET进行供水管网水力平差方法,其结果与文献[2]算例结果基本一致,验证了其水力计算的可靠性。
3.2余氯的计算
根据徐洪福等人[4]对加氯点与加氯量的研究得出,在初始氯浓度较高时,氯衰减速率较快,而在初始氯浓度较低时,氯衰减速率较慢。
这是因为氯与水体中物质的反应是复杂反应,反应物的初始浓度影响了某屿反应的发生。
在初始氯浓度高时,相对较难与氯反应的物质也参与了复合反应,与初始浓度较低时相比,副反应所造成的氯衰减速率较为明显,所以消耗了较多的氯。
计算时采用了余氯一阶衰减模型[1]。
水源初始
余氯浓度1mg/L,余氯衰减速率1d-。
,持续时间
24
h。
为了使模型的建立更接近实际情况的分析,
EPANET建立了时间系统来记录一天24h内管网各节点及管段中的各项变化,在时间轴的基础上记录水质的变化,通过记录水力停留时间,模拟出各节点及各管段的余氯变化情况和水质情况,根据程序输入一定的已知值,运行得出余氯的计算结果如图3所示,与水塔连接管段处余氯衰减最为明显,因此在实际设计中宜重点考虑水塔处的余氯是否满足要求。
供水分界线处的余氯数值也较低,尤其是最不利点,说明在多水源供水管网系统中,供水分界线处的余氯也宜重点考虑是否满足要求。
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00.818。
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图3某时刻余氯计算结果
4结论
(1)EPANET不仅具有一般管网水力计算软件管网平差的计算功能,还能模拟多水源供水管网。
此外,EPANET也可模拟管网水质特点,模拟余氯衰减、消毒副产物的生成。
EPANET的这些特点,对于指导供水管网的新建,改造及日常运行调度管理等工作提供了宝贵的信息;
(2)应用EPANET水力模型,可将平差压力和实测压力进行比较,判断管网出现问题的原因,进行修
改、优化管网,及时了解水质的变化隋况,做到安全供水;
(3)EPANET虽能进行供水管网的水力及水质变化模拟,但对监测数据不能进行有效及时的反馈,即不能进行实时调度,缺少反馈控制的程序接口。
EPANET运行结果一次只能看到一个属性信息,因此结果显示方面具有局限性。
参考文献
l
BrianCarrico,PhilipeSinger.Impactofboosterchlorination
on
chlorinedecayandTHMproduction:
simulatedanalysis.JournalofEnvironmentalEngineering,ASCE.2009,135(10):
928~935
2严煦世,范瑾初.给水工程.第4版.北京:
中国建筑工业出版
社,1999
HelblingDE,VanBriesenJ
M
Modelingresidual
chlorine
re—
sponseto
a
microbiaIcontamination
event
in
drinking
water
dis—
tributionsystems.JournalofEnvironmentalEngineering,ASCE.2009,135(10):
918~927
研究.中国给水排水,2003,19(8):
15~18
QE-mail:
bcliu@SeLLedtl.cn
收稿日期:
2010—04—19
给水排水V01.36增刊2010
419
4徐洪福,赵洪宾,张金松,等.输配水系统中水体余氯的衰减规律
作者:
作者单位:
刊名:
英文刊名:
年,卷(期):
刘百仓,林璐,林佳琪,郑佳,梁丹青,袁国翠四川大学建筑与环境学院,成都,610065;
四川大学水力学与山区河流开发保护国家重点实验室,成都,610065给水排水WATER&
amp;
WASTEWATERENGINEERING2010,36(z1)
参考文献(4条)
1.徐洪福;
赵洪宾;
张金松输配水系统中水体余氯的衰减规律研究[期刊论文]-中国给水排水2003(08)
2.HelblingDE;
VanBriesenJMModelingresidualchlorineresponsetoamicrobialcontaminationeventindrinkingwaterdistributionsystems[外文期刊]2009(10)
3.严煦世;
范瑾初给水工程1999
4.BrianCarrico;
PhilipC.SingerImpactofboosterchlorinationonchlorinedecayandTHM
production:
simulatedanalysis2009(10)
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2.魏炜.贾海峰.苏保林.WEIWei.JIAHai-feng.SUBao-lin水力平差模型在供水规划中的应用[期刊论文]-北京水务2006(3)
3.曾宪银.孔德骞基于EPANET的供水管网工程设计案例分析与探讨[期刊论文]-给水排水2010,36(z1)
4.基于节点水龄的供水管网水质研究[期刊论文]-中国给水排水2009,25(19)
5.张凤娥.殷志宁.李宏.ZhangFeng&
#39;
e.YinZhining.LiHongEPANET水力模型在供水管网优化中的应用[期刊论文]-给水排水2007,33(11)
6.张凤娥.曾念.张敏.周韧.ZHANGFeng-e.ZENGNian.ZHANGMin.ZHOURen用EPANET水力模型优化乡镇供水管网
[期刊论文]-中国给水排水2008,24
(2)
7.张馨予.李树平.ZhangXinyu.LiShuping基于EPANET-MSX的多水源供水管网余氯模拟研究[期刊论文]-河南科学2010,28
(2)
8.张莹.宋启元.苏功军EPANET在供水管网平差计算中的应用[会议论文]-2009
9.马洪涛.王军.张卫红.MAHong-tao.WANGJun.ZHANGWei-hong基于GIS与EPANET的昌平新城再生水管网规划[期刊论文]-中国给水排水2008,24(24)
10.王永.信昆仑.吕存阵.陶涛应用EXCEL的VBA宏功能实现EPANET中的用水量自动分配[期刊论文]-给水排水2009,35(z1)
引证文献(1条)
1.徐强.陈求稳.李伟峰.顾军农管网水力与水质模型在多水厂供水管理中的应用[期刊论文]-中国给水排水2011(13)
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