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1、管网技术经济计算第1页，本讲稿共64页管网的优化设计，应该考虑到四个方面：管网的优化设计，应该考虑到四个方面：即即保证供水所需的水量和水压保证供水所需的水量和水压，水质安全水质安全，可靠性可靠性(保证事故时水量保证事故时水量)和和经济性经济性。管网技术经济计算管网技术经济计算就是以经济性为目标函就是以经济性为目标函数，而将其余的作为约束条件，据此建立数，而将其余的作为约束条件，据此建立目标函数和约束条件的表达式，以求出最目标函数和约束条件的表达式，以求出最优的管径或水头损失。优的管径或水头损失。管网技术经济计算主要是管网技术经济计算主要是在考虑各种设计在考虑各种设计目标的前提下，求出一定设计年
2、限内，管目标的前提下，求出一定设计年限内，管网建造费用和管理费用之和为最小时的管网建造费用和管理费用之和为最小时的管段直径或水头损失，也就是段直径或水头损失，也就是求出经济管径求出经济管径或经济水头损失。或经济水头损失。第2页，本讲稿共64页在进行技术经济计算之前，事先必须完成下列工作：在进行技术经济计算之前，事先必须完成下列工作：确定水源位置，确定水源位置，完成管网布置，拟定泵站工作方案，选定控制点所需的最小服务水完成管网布置，拟定泵站工作方案，选定控制点所需的最小服务水头，算出沿线流量和节点流量等头，算出沿线流量和节点流量等。管网建造费用管网建造费用中主要是中主要是管线的费用，与管材、管长
3、和管径有关管线的费用，与管材、管长和管径有关，包，包括水管及其附件费用和挖沟埋管、接口、试压、管线消毒等括水管及其附件费用和挖沟埋管、接口、试压、管线消毒等施工施工费用费用。由于泵站、水塔和水池所占费用很小，一般忽略不计。由于泵站、水塔和水池所占费用很小，一般忽略不计。管理费用管理费用中主要是供水所需中主要是供水所需动力费用动力费用。动力费用随泵站的流量和。动力费用随泵站的流量和扬程而定，扬程则决定于控制点要求的最小服务水头，以及输水管扬程而定，扬程则决定于控制点要求的最小服务水头，以及输水管和管网的水头损失等。和管网的水头损失等。水头损失又和管材、管段长度、管径、流量水头损失又和管材、管段长
4、度、管径、流量有关有关。管网定线后，管网定线后，管段长度已定，此时若选定管材，则管段长度已定，此时若选定管材，则建造费用和建造费用和管理费用仅决定于流量或管径。管理费用仅决定于流量或管径。在管网技术经济计算时，先进行流量分配，然后采用优化的方法，写在管网技术经济计算时，先进行流量分配，然后采用优化的方法，写出以流量、管径出以流量、管径(或水头损失或水头损失)表示的费用函数式，求得最优解。表示的费用函数式，求得最优解。第3页，本讲稿共64页第一节第一节 管网年费用折算值管网年费用折算值目标函数和约束条件：目标函数和约束条件：第4页，本讲稿共64页目标函数和约束条件目标函数和约束条件第5页，本讲稿
5、共64页目标函数和约束条件目标函数和约束条件p压力供水时的目标函数压力供水时的目标函数第6页，本讲稿共64页目标函数和约束条件目标函数和约束条件p重力供水时的目标函数重力供水时的目标函数第7页，本讲稿共64页目标函数和约束条件目标函数和约束条件p约束条件约束条件第8页，本讲稿共64页技术经济计算中的变量关系技术经济计算中的变量关系技术经济计算中，未知量为管段流量技术经济计算中，未知量为管段流量q qijij和和管径管径D Dijij，这两者之间并没有直接的联系，这两者之间并没有直接的联系，但是当管段但是当管段q qijij和和D Dijij已定时，水头损失值等已定时，水头损失值等于：于：h h
6、ijij=kq=kqijijn nl lijij/D/Dijijm m因此年折旧费用因此年折旧费用W W0 0值可看作是值可看作是q qijij和和D Dijij 或或q qijij和和h hijij的函数，的函数，但但以应用流量以应用流量q qijij和水头损失和水头损失h hijij的关系来分析比较简便。的关系来分析比较简便。第9页，本讲稿共64页技术经济计算中的变量关系技术经济计算中的变量关系第10页，本讲稿共64页技术经济计算中的变量关系技术经济计算中的变量关系第11页，本讲稿共64页技术经济计算中的变量关系技术经济计算中的变量关系第12页，本讲稿共64页技术经济计算中的变量关系技术经
7、济计算中的变量关系第13页，本讲稿共64页技术经济计算中的变量关系技术经济计算中的变量关系以图所示的一环管网来分析以图所示的一环管网来分析W W0 0值。值。如两条管段平均分配流量，即如两条管段平均分配流量，即Q Q1 1=Q=Q2 2=Q/2=Q/2，则得最大的，则得最大的W W0 0值。值。如将全部流量如将全部流量Q Q分到一条管段，即分到一条管段，即Q Q1 1Q Q，Q Q2 20 0时，得到的是时，得到的是最小的最小的W W0 0值，这时环状网就转化成树状网。值，这时环状网就转化成树状网。对环状网流量分配的研究结果认为，对环状网流量分配的研究结果认为，将环状网转化为树状网时，才可将环
8、状网转化为树状网时，才可得到最优的流量分配。得到最优的流量分配。但是同一环状网，可以去除不同部位的管段而得到各种形状但是同一环状网，可以去除不同部位的管段而得到各种形状的树状网，从这些不同的树状网中可选出最经济流量分配的的树状网，从这些不同的树状网中可选出最经济流量分配的树状网。树状网。第14页，本讲稿共64页技术经济计算中的变量关系技术经济计算中的变量关系从经济的观点，环状网的造价比树状网高，从经济的观点，环状网的造价比树状网高，可是为了供水的可靠性，不得不多花些费可是为了供水的可靠性，不得不多花些费用而采用环状网。用而采用环状网。对现有的对现有的和和m m值，值，环状网只有近似而没有环状网
9、只有近似而没有优化的经济流量分配优化的经济流量分配，只有树状网才有优，只有树状网才有优化的经济流量分配。所以目前管网计算时，化的经济流量分配。所以目前管网计算时，只有从实际出发，先拟定初始流量分配，只有从实际出发，先拟定初始流量分配，然后采取优化的方法求得经济管径。然后采取优化的方法求得经济管径。第15页，本讲稿共64页第二节第二节 输水管的技术经济计算输水管的技术经济计算p压力输水管的技术经济计算压力输水管的技术经济计算下图所示的从泵站到水塔的压力输水管，由下图所示的从泵站到水塔的压力输水管，由1 12 2、2 23 3、3 34 4、4 45 5管段组成。管段组成。第16页，本讲稿共64页
10、压力输水管的技术经济计算压力输水管的技术经济计算第17页，本讲稿共64页压力输水管的技术经济计算压力输水管的技术经济计算第18页，本讲稿共64页压力输水管的技术经济计算压力输水管的技术经济计算p按每米长管线建造费按每米长管线建造费用公式用公式c=a+bDc=a+bD中系中系数数a a值的求法：值的求法：将管径和造价的对应关系将管径和造价的对应关系点绘在方格纸上，如右图，点绘在方格纸上，如右图，将各点连成光滑曲线，并将各点连成光滑曲线，并延伸到和纵坐标相交，交延伸到和纵坐标相交，交点处的点处的D D0 0，则，则c=ac=a。第19页，本讲稿共64页压力输水管的技术经济计算压力输水管的技术经济计
11、算p每米长管线建造费用公式每米长管线建造费用公式c=a+bDc=a+bD中系数中系数b b，指数，指数值值的求法：的求法：将将c=a+bDc=a+bD两边取对数，得两边取对数，得lg(c-lg(c-a)=lgb+lgD,a)=lgb+lgD,将对应的将对应的D D和和c-ac-a值值绘在双对数坐标纸上，则绘在双对数坐标纸上，则c-ac-a与与D D成直线关系，如右图所示。当成直线关系，如右图所示。当D=1D=1时（时（lgD=0lgD=0），），lg(c-a)=lgb lg(c-a)=lgb，此此时的时的c-ac-a值就是值就是b b；直线的斜率就；直线的斜率就是是。从而得出单位长度管线的从而
12、得出单位长度管线的建造费用公式建造费用公式c=a+bDc=a+bD。第20页，本讲稿共64页重力输水管的技术经济计算重力输水管的技术经济计算重力输水系统靠重力输水，不需要供水动重力输水系统靠重力输水，不需要供水动力费用，因此技术经济计算问题是求出利力费用，因此技术经济计算问题是求出利用现有水压用现有水压H(位置水头位置水头)并使管线建造费用并使管线建造费用为最低的管径。为最低的管径。第21页，本讲稿共64页重力输水管的技术经济计算重力输水管的技术经济计算重力输水管的优化设计就是在充分利用现有水压条件重力输水管的优化设计就是在充分利用现有水压条件下下(即输水管的总水头损失即输水管的总水头损失hh
13、ijij等于可利用的水压等于可利用的水压H)H)，求求W W0 0为最小值时的水头损失或管径，为最小值时的水头损失或管径，可用拉格朗日条件极可用拉格朗日条件极值法求解，于是问题转为求下列函数的最小值值法求解，于是问题转为求下列函数的最小值(以以3 3条管段条管段的输水管为例的输水管为例)：F(h)=W F(h)=W0 0+(H+(Hh h1 12 2 h h2 23 3h h3 34 4)为常数。为常数。W W0 0最小，最小，H Hh h1 12 2 h h2 23 3h h3 34 4=0=0时，时，F(h)F(h)最小。也就是最小。也就是说求得说求得F(h)F(h)的最小值，也就是求得的
14、最小值，也就是求得H=hH=h1 12 2+h h2 23 3+h+h3 34 4=hhijij（充分利用现有水压）条件下的（充分利用现有水压）条件下的W W0 0最小值。最小值。第22页，本讲稿共64页重力输水管的技术经济计算重力输水管的技术经济计算第23页，本讲稿共64页重力输水管的技术经济计算重力输水管的技术经济计算第24页，本讲稿共64页重力输水管的技术经济计算例题重力输水管的技术经济计算例题重力输水管由重力输水管由1 12 2和和2 23 3两段组成。两段组成。l l1 12 2=500m=500m，q q1 12 2150L/s150L/s；l l2 23 3=650m=650m，
15、q q2 23 325L/s25L/s。起点。起点1 1和终点和终点3 3的高差为的高差为H=HH=H1 1H H3 35m5m，求输水管各段的管径。，求输水管各段的管径。第25页，本讲稿共64页重力输水管的技术经济计算例题重力输水管的技术经济计算例题第26页，本讲稿共64页重力输水管的技术经济计算例题重力输水管的技术经济计算例题在选用管径时，在选用管径时，应取相近而较大的标准管径（使计算所得允应取相近而较大的标准管径（使计算所得允许水力坡度大于水力计算表中的实际水力坡度），许水力坡度大于水力计算表中的实际水力坡度），以免控制以免控制点的水压不足，但是，为了有效地利用现有水压，整条输水管中点的
16、水压不足，但是，为了有效地利用现有水压，整条输水管中的一段或二段可以来用相近而较小的标准管径。的一段或二段可以来用相近而较小的标准管径。从式从式(7(721)21)可知，可知，流量较大的一段管径，水力坡度可较大即水流量较大的一段管径，水力坡度可较大即水头损失可较大（使水力计算表中的实际水力坡度在小于计算所头损失可较大（使水力计算表中的实际水力坡度在小于计算所得的允许水力坡度的前提下较接近于计算所得的允许水力坡度，得的允许水力坡度的前提下较接近于计算所得的允许水力坡度，如管段如管段1 12 2），因而选用相近而较小的标准管径（水力坡度越大，），因而选用相近而较小的标准管径（水力坡度越大，单位长度
17、的水头损失就越大，所选择的管径就越小）；单位长度的水头损失就越大，所选择的管径就越小）；流量较小的管段，水力坡度较小即水头损失较小（使水力计算表中的流量较小的管段，水力坡度较小即水头损失较小（使水力计算表中的实际水力坡度在小于计算所得的允许水力坡度的前提下较远离于计算实际水力坡度在小于计算所得的允许水力坡度的前提下较远离于计算所得的允许水力坡度，如管段所得的允许水力坡度，如管段2 23 3），可用相近而较大的标准管径），可用相近而较大的标准管径（水力坡度越小，单位长度的水头损失就越小，所选择的管径就（水力坡度越小，单位长度的水头损失就越小，所选择的管径就越大）越大），目的在于使输水管的总水头损
18、失尽量接近于可利用，目的在于使输水管的总水头损失尽量接近于可利用的水压。的水压。第27页，本讲稿共64页p起点水压未给的管网起点水压未给的管网管网技术经济计算时，既可以求经济管径，管网技术经济计算时，既可以求经济管径，也可以求经济水头损失。实用上，求经济也可以求经济水头损失。实用上，求经济水头损失水头损失h hijij较为方便，而经济管径可从较为方便，而经济管径可从h hijij求得。求得。管网技术经济计算的原理，基本上和输水管网技术经济计算的原理，基本上和输水管相同，只是在求函数管相同，只是在求函数W W0 0的极小值时，还应的极小值时，还应符合每环符合每环hh0 0的水力约束条件。的水力约
19、束条件。第三节第三节 管网技术经济计算管网技术经济计算第28页，本讲稿共64页以图所示的环状网为例，图中已表明节点流量、管段流以图所示的环状网为例，图中已表明节点流量、管段流向和进入管网的总流量向和进入管网的总流量Q Q，H H9 9为控制点的水压标高。为控制点的水压标高。管网的管段数管网的管段数P P1212，节点数，节点数J J9 9，环数，环数L L4 4。未知。未知的管段流量的管段流量q qijij和水头损失和水头损失h hijij数各为数各为1212，共计，共计2424个未知量。个未知量。起点水压未给的管网起点水压未给的管网第29页，本讲稿共64页因管网起点的水压标高因管网起点的水压
20、标高H H1 1未知，但控制点的水压标高未知，但控制点的水压标高H H9 9已知，因此有下列关系：已知，因此有下列关系：H H1 1H H9 9h h1 19 9 式式h h1 19 9中是指从节点中是指从节点1 1到控制点到控制点9 9任一条管线的水头损失总和。这任一条管线的水头损失总和。这里，水头损失须根据水流方向采用正值或负值，如选定的里，水头损失须根据水流方向采用正值或负值，如选定的管线为管线为1 12 23 36 69 9，则式，则式H H1 1H H9 9h h1 19 9 可表示为：可表示为：H H1 1=h=h1 12 2+h+h2 23 3+h+h3 36 6+h+h6 69
21、 9+H+H9 9起点水压未给的管网起点水压未给的管网第30页，本讲稿共64页p拉格朗日乘数法拉格朗日乘数法要找函数要找函数Z=f(x,y)Z=f(x,y)在附加条件在附加条件(x,y)=0(x,y)=0下下的可能极值点，可以先构成辅助函数的可能极值点，可以先构成辅助函数F(x,y)=f(x,y)+(x,y)F(x,y)=f(x,y)+(x,y)，其中，其中为某一为某一常数。求辅助函数对常数。求辅助函数对x x与与y y的一阶导数，并使的一阶导数，并使之为零，然后与方程之为零，然后与方程(x,y)=0(x,y)=0联立起来：联立起来：起点水压未给的管网起点水压未给的管网第31页，本讲稿共64页
22、本例中应用拉格朗日乘数法本例中应用拉格朗日乘数法起点水压未给的管网起点水压未给的管网第32页，本讲稿共64页将上式中的辅助函数将上式中的辅助函数F(h)细化，得：细化，得：起点水压未给的管网起点水压未给的管网第33页，本讲稿共64页求辅助函数求辅助函数F(h)对水泵扬程对水泵扬程H1和各管段水头损失和各管段水头损失hij的偏导数，并的偏导数，并令其等于零，得：令其等于零，得：起点水压未给的管网起点水压未给的管网第34页，本讲稿共64页由式（由式（7 72626），（），（7 72727），（），（7 72929）消）消去去,H H 得：得：起点水压未给的管网起点水压未给的管网第35页，本讲稿共
23、64页得简化方程组为：得简化方程组为：起点水压未给的管网起点水压未给的管网从上式看出，每一方程表示一个节点上的管段关系，例如节点从上式看出，每一方程表示一个节点上的管段关系，例如节点5 5的方程表示了的方程表示了该节点上管段该节点上管段2 25 5，4 45 5，5 56 6，5 58 8的关系。各节点方程的形式类似于管网水力的关系。各节点方程的形式类似于管网水力计算中节点流量平衡的条件，即包括了该节点上的全部管段，并且在计算中节点流量平衡的条件，即包括了该节点上的全部管段，并且在流向该节点的流向该节点的管段前标以负号，离开该节点的管段标以正号管段前标以负号，离开该节点的管段标以正号，所以称为
24、，所以称为节点方程节点方程。节点方程共有节点方程共有J J1 1个（个（9-1=89-1=8个，无控制点个，无控制点9 9的节点方程），加上的节点方程），加上L L个能量方程个能量方程h hijij0 0，共计，共计P PJ+LJ+L1 1个方程，可以求出个方程，可以求出P P个管段的水头损失个管段的水头损失h hijij。第36页，本讲稿共64页为求各管段的经济水头损失为求各管段的经济水头损失hij值，须解上述值，须解上述非线性方程，比较简单的解法说明如下。非线性方程，比较简单的解法说明如下。将上式各项除以将上式各项除以A，得：，得：起点水压未给的管网起点水压未给的管网第37页，本讲稿共64
25、页经济水头损失公式经济水头损失公式起点水压未给的管网起点水压未给的管网第38页，本讲稿共64页经济管径公式经济管径公式起点水压未给的管网起点水压未给的管网第39页，本讲稿共64页经济管径公式经济管径公式起点水压未给的管网起点水压未给的管网上式即为起点水压未给时或需求出二级泵站扬程时的环上式即为起点水压未给时或需求出二级泵站扬程时的环状网经济管径公式。状网经济管径公式。压力输水管时压力输水管时，因此时各管段，因此时各管段x xijij=1=1，沿线流量有输出即沿线流量有输出即QqQqijij，则，则D Dijij=(fQq=(fQqijijn n)1/+m1/+m；沿线；沿线无流量输出时无流量输
26、出时Q=qQ=qijij，则，则D Dijij=(fQ=(fQn+1n+1)1/+m1/+m。第40页，本讲稿共64页经济水头损失及经济管径公式经济水头损失及经济管径公式起点水压未给的管网起点水压未给的管网上述两式即为起点水压未给的管网的经济水头损上述两式即为起点水压未给的管网的经济水头损失和经济管径计算公式。失和经济管径计算公式。上述两式中已按照上述两式中已按照q qi i+q+qijij=0=0的条件分配流量而得的条件分配流量而得q qijij，A A、f f和和Q Q也是已知值，也是已知值，因此在求各管段的经济因此在求各管段的经济水头损失或经济管径时，只须求虚流量水头损失或经济管径时，只
27、须求虚流量x xijij值。值。第41页，本讲稿共64页起点水压未给的管网起点水压未给的管网p虚流量虚流量xij值的求解值的求解第42页，本讲稿共64页起点水压未给的管网起点水压未给的管网p虚流量虚流量xij值的求解值的求解第43页，本讲稿共64页起点水压未给的管网起点水压未给的管网p虚流量虚流量xij值的求解值的求解求虚流量求虚流量x xijij须先进行流量分配（分配时虚须先进行流量分配（分配时虚流量方向和实际流量分配时相同，除起点流量方向和实际流量分配时相同，除起点外（外（xxijij=1=1），其余节点应符合），其余节点应符合xxijij=0 =0 的条件）；的条件）；按虚流量进行计算，
28、计算时应同时满足按虚流量进行计算，计算时应同时满足xxijij=0 =0（虚节点方程）和（虚节点方程）和hh=0=0（虚能（虚能量方程）的条件；量方程）的条件；计算虚流量计算虚流量x xijij的校正流量的校正流量xxijij，对初分虚，对初分虚流量进行校正，直至达到需要精度为止。流量进行校正，直至达到需要精度为止。第44页，本讲稿共64页起点水压未给的管网起点水压未给的管网p虚流量虚流量xij值的求解值的求解虚流量虚流量x xijij的校正流量的校正流量xxijij的求解的求解第45页，本讲稿共64页起点水压未给的管网起点水压未给的管网求得各管段的虚流量求得各管段的虚流量xij后，带入下面两
29、个公后，带入下面两个公式，就可得到该管段的经济水头损失和经式，就可得到该管段的经济水头损失和经济管径。济管径。第46页，本讲稿共64页起点水压未给的管网起点水压未给的管网以进入管网的总流量为以进入管网的总流量为1，初分虚流量，初分虚流量xij；虚流量虚流量xij满足满足起点起点xxijij=1=1，其余节点应符，其余节点应符合合xxijij=0 =0 的条件；的条件；按照管网平差的方法，进行各环水力计算，按照管网平差的方法，进行各环水力计算，计算各环虚闭合差，从而求出各环虚校正计算各环虚闭合差，从而求出各环虚校正流量；流量；第47页，本讲稿共64页起点水压未给的管网起点水压未给的管网初分虚流量
30、初分虚流量 虚校正流量，得校正一次以后虚校正流量，得校正一次以后的虚流量，重新进行水力计算，直至各环虚的虚流量，重新进行水力计算，直至各环虚闭合差满足要求为止，得最终虚流量闭合差满足要求为止，得最终虚流量xij；求得各管段的最终虚流量求得各管段的最终虚流量xij后，带入下面两后，带入下面两个公式，就可得到该管段的经济水头损失和个公式，就可得到该管段的经济水头损失和经济管径。经济管径。第48页，本讲稿共64页起点水压已给的管网起点水压已给的管网水源位于高地水源位于高地(例如蓄水库例如蓄水库)依靠重力供水的管网，或从现有依靠重力供水的管网，或从现有管网接出的扩建管网，都可以看作是起点水压已给的管网
31、。管网接出的扩建管网，都可以看作是起点水压已给的管网。求经济管径时须满足每环求经济管径时须满足每环h hijij0 0的水力条件和充分利用现有的水力条件和充分利用现有水压尽量降低管网造价的条件。水压尽量降低管网造价的条件。管网年费用折算公式中，管网年费用折算公式中，可略去供水所需动力费用一项可略去供水所需动力费用一项。例如图所示的重力供水管网，因管网起点例如图所示的重力供水管网，因管网起点1 1和控制点和控制点9 9的水压的水压标高已知，所以标高已知，所以1 1、9 9两点之间管线水头损失应小于或等于所两点之间管线水头损失应小于或等于所能利用的水压能利用的水压H HH H1 1H H9 9，以
32、选定路线，以选定路线1 12 23 36 69 9为例，有下为例，有下列关系：列关系：H=H=h hijij=h=h1 12 2+h+h2 23 3+h+h3 36 6+h+h6 69 9第49页，本讲稿共64页本例中应用拉格朗日乘数法本例中应用拉格朗日乘数法起点水压已给的管网起点水压已给的管网第50页，本讲稿共64页起点水压已给的管网起点水压已给的管网起点水压已给的管网和起点水压未给的管起点水压已给的管网和起点水压未给的管网相比，数学推导过程相同。网相比，数学推导过程相同。差别在于，起点水压已给的管网，经济因差别在于，起点水压已给的管网，经济因素素f值不同于起点水压未给的管网。值不同于起点水
33、压未给的管网。第51页，本讲稿共64页起点水压已给的管网起点水压已给的管网起点水压已给的管网经济因素起点水压已给的管网经济因素f值的确定值的确定第52页，本讲稿共64页起点水压已给的管网起点水压已给的管网起点水压已给的管网经济管径公式起点水压已给的管网经济管径公式第53页，本讲稿共64页起点水压已给的管网起点水压已给的管网p起点水压已给的管网，在技术经济汁算时：起点水压已给的管网，在技术经济汁算时：先求出各管段的虚流量先求出各管段的虚流量x xijij;虚流量平差，平差方法和起点水压未给的管网相同；虚流量平差，平差方法和起点水压未给的管网相同；求出从管网起点到控制点的选定管线上虚水头损失求出从
34、管网起点到控制点的选定管线上虚水头损失总和总和h hij，根据各管段分配的流量，根据各管段分配的流量q qijij、最终虚流量、最终虚流量x xijij以及可以利用的水压以及可以利用的水压H H，代入下式求经济管径。，代入下式求经济管径。第54页，本讲稿共64页起点水压已给的管网起点水压已给的管网以进入管网的总流量为以进入管网的总流量为1，初分虚流量，初分虚流量xij；虚流量虚流量xij满足满足起点起点xxijij=1=1，其余节点应符，其余节点应符合合xxijij=0 =0 的条件；的条件；按照管网平差的方法，进行各环水力计算，按照管网平差的方法，进行各环水力计算，计算各环虚闭合差，从而求出
35、各环虚校正计算各环虚闭合差，从而求出各环虚校正流量；流量；第55页，本讲稿共64页起点水压已给的管网起点水压已给的管网初分虚流量初分虚流量 虚校正流量，得校正一次以后虚校正流量，得校正一次以后的虚流量，重新进行水力计算，直至各环虚的虚流量，重新进行水力计算，直至各环虚闭合差满足要求为止，得最终虚流量闭合差满足要求为止，得最终虚流量xij；求出从管网起点到控制点的选定管线上虚水求出从管网起点到控制点的选定管线上虚水头损失总和头损失总和h hij，根据各管段分配的流量，根据各管段分配的流量q qijij、最终虚流量、最终虚流量x xijij以及可以利用的水压以及可以利用的水压H H，代入下式求经济
36、管径。代入下式求经济管径。第56页，本讲稿共64页第四节第四节 近似优化计算近似优化计算因为设计流量本身的精确度有限，而且计算所得的经因为设计流量本身的精确度有限，而且计算所得的经济管径往往不是标准管径，所以可用济管径往往不是标准管径，所以可用近似的技术经济近似的技术经济计算方法计算方法，在保证应有精度的前提下选择管径，在保证应有精度的前提下选择管径，以减以减轻计算工作量轻计算工作量。近似计算方法：近似计算方法：仍以经济管径公式仍以经济管径公式D Dijij=(fx=(fxijijQqQqijijn n)1/1/+m为依据，为依据，分配虚流量时须满足分配虚流量时须满足xxijij0 0的条件的
37、条件，但不进但不进行虚流量平差行虚流量平差。用近似优化法计算得出的管径，只是个。用近似优化法计算得出的管径，只是个别管段与精确算法的结果不同。为了进一步简化计算，别管段与精确算法的结果不同。为了进一步简化计算，还可使每一管段的还可使每一管段的x xijij 1 1，就是将它看作是与管网，就是将它看作是与管网中其它管段无关的中其它管段无关的单独工作管段单独工作管段，由此算出的管径，由此算出的管径，对于距离二级泵站较远的管段，误差较大。对于距离二级泵站较远的管段，误差较大。为了求出单独工作管段的经济管径，可应用界限流为了求出单独工作管段的经济管径，可应用界限流量的概念。量的概念。第57页，本讲稿共
38、64页界限流量界限流量按经济管径公式按经济管径公式D Dijij=(fx=(fxijijQqQqijijn n)1/1/+m求出的管径，求出的管径，是在某一流量下的经济管径，但不一定等是在某一流量下的经济管径，但不一定等于市售的标准管径。由于市售水管的标准于市售的标准管径。由于市售水管的标准管径分档较少，因此，管径分档较少，因此，每种标准管径不仅每种标准管径不仅有相应的最经济流量，并且有其经济的界有相应的最经济流量，并且有其经济的界限流量范围，限流量范围，在此范围内用这一管径都是在此范围内用这一管径都是经济的、超出界限流量范围就须采用大一经济的、超出界限流量范围就须采用大一号或小一号的标准管径
39、。号或小一号的标准管径。第58页，本讲稿共64页界限流量界限流量根据相邻两标准管径根据相邻两标准管径D Dn-1n-1和和D Dn n的年折算费用相等的条的年折算费用相等的条件，可以确定界限流量。这时相应的流量件，可以确定界限流量。这时相应的流量q q1 1即为相邻即为相邻管径的界限流量，也就是说管径的界限流量，也就是说q q1 1为为D Dn-1n-1的上限流量，又是的上限流量，又是D Dn n的下限流量。用同样方法求出相邻管径的下限流量。用同样方法求出相邻管径D Dn n和和D Dn+1n+1的界限流的界限流量量q q2 2，这时，这时q q2 2是是D Dn n的上限流量，又是的上限流量
40、，又是D Dn+1n+1的下限流量。的下限流量。凡是管段流量在凡是管段流量在q q1 1和和q q2 2之间的，应选用之间的，应选用D Dn n的管径，否则的管径，否则就不经济。如果流量恰好等于就不经济。如果流量恰好等于q q1 1或或q q2 2，则因两种管，则因两种管径的年折算费用相等，都可选用。标准管径的分档径的年折算费用相等，都可选用。标准管径的分档规格越少，则每种管径的界限流量范围越大。规格越少，则每种管径的界限流量范围越大。第59页，本讲稿共64页界限流量界限流量第60页，本讲稿共64页界限流量界限流量以上是以上是D Dn-1n-1和和D Dn n的界限流量的界限流量q q1 1的
41、求法，以同样的方法，可的求法，以同样的方法，可从从相邻标准管径相邻标准管径D Dn n和和D Dn+1n+1的年折算费用的年折算费用W Wn n相相W Wn+1n+1相等的相等的条件求出条件求出界限流量界限流量q q2 2。对标准管径对标准管径D Dn n来说，界限流量来说，界限流量在在q q1 1和和q q2 2之间，即在流量之间，即在流量q q1 1和和q q2 2范围内，选用管径范围内，选用管径D Dn n都都是经济的。是经济的。城市的管网造价、电费、用水规律和所用水头损失公式等城市的管网造价、电费、用水规律和所用水头损失公式等均有不同，所以均有不同，所以不同城市的界限流量不同不同城市的界限流量不同，必须根据当必须根据当时当地的经济指标和所用水头损失公式，求出时当地的经济指标和所用水头损失公式，求出f f、k k、m m等值，代入式等值，代入式(7(761)61)中确定界限流量。中确定界限流量。第61页，本讲稿共64页界限流量界限流量当已知某管段流量时，就可根据管段流量查界限流当已知某管段流量时，就可根据管段流量查界限流量表，确定该管段的经济管径。量表，确定该管段的经济管径。第62页，本讲稿共64页折算流量折算流量第63页，本讲稿共64页折算流量折算流量第64页，本讲稿共64页