城市配水管网节点混合水质模型构建及应用

摘要

随着经济的发展，龙头水水质日益受到关注。精确的配水管网水质模型，对管网水龄计算、水质参数预测，以及水质预警模型建立均有非常重要的意义。而目前常用的管网水质模拟软件EPANET，其基于管网节点处发生完全瞬时混合假设，近年来国内外学者表明此会引起水质模型较大误差。因此，本文的目的是研究配水管网中节点处水质混合机理，并构建管网节点混合经验模型，以改进EPANET水质模型。
　　本文首先采用正交试验法进行CFD数值模拟试验，将影响配水管网节点混合显著的因素确定为配水管网节点混合模型的因子。正交试验结果表明，入流雷诺数比和出流雷诺数比对三种节点的混合均影响显著，此外双T间距离对双T节点混合也产生显著影响。因此，将上述因素进行全面CFD数值模拟，将新定义的节点混合指数C*作为评价指标，对CFD数值模拟结果进行整理和回归分析，建立配水管网节点混合数值模型。
　　然后，建立配水管网节点混合实验平台，将正交试验法得到的对节点混合影响显著的因素进行实验室模拟。以氯化钠作为示踪剂，以东出口为例，研究出口氯化钠无量纲浓度和氯化钠质量百分数随各因素的变化规律，探究节点混合机理。对实验结果进行整理和回归分析，建立配水管网节点混合实验模型。
　　配水管网节点混合数值模型和实验模型均与实际节点混合存在一定误差，其前者过于理想化，而后者又存在误差，故本文将建立的配水管网节点混合数值模型和实验模型进行人工拟合，形成配水管网节点混合经验模型。
　　在此基础之上，本文结合南方某市配水管网，提出了基于配水管网节点混合经验模型，改进EPANET水质模型的思路和方法，为水质模型更加精确的计算提供了指导。此外，利用EPANET软件和改进EPANET程序对该市配水管网的管段和节点水质模拟，将水质模拟结果与现场实测结果对比，验证本文改进EPANET程序的水质模拟精度。结果表明，本文改进的EPANET程序具有较高精度。

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第1章 绪 论

1.1 课题研究背景

1.2 研究目的和意义

1.3 城市配水管网节点混合研究进展

1.4 研究内容与技术路线

第2章 城市配水管网节点混合数值模型研究

2.1 城市配水管网水质模型理论研究

2.2 十字节点数值模拟正交试验

2.3 双T字节点数值模拟正交试验

2.4 H字节点数值模拟正交试验

2.5 城市配水管网节点混合数值模型研究

2.6 本章小结

第3章 城市配水管网节点混合实验模型研究

3.1 建立城市配水管网节点混合实验平台

3.2 节点混合实验方案设计

3.3 节点混合实验结果

3.4 本章小结

第4章 城市配水管网节点非完全混合水质模型

4.1 回归分析法

4.2 构建城市配水管网节点混合水质实验模型

4.3 构建城市配水管网节点混合水质数值模型

4.4 构建城市配水管网节点混合经验模型

4.5 本章小结

第5章 节点混合经验模型工程实例应用

5.1 工程实例概述

5.2 改进EPANET水质模型方法

5.3 EPANET改进程序检验

5.4 本章小结

结论

参考文献

附录1 CP市某区域供水管网模型某工况下各节点信息

附录2 CP市某区域供水管网模型某工况下各管段信息

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

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