图论在给水管网系统中的应用研究

摘要

近年来,我国城市规模不断扩大,同时也出现与此相关的诸多问题,例如,城市人口数量不断上涨,极大地增加了城市水资源的供水压力;城市绿地面积的减少和不透水面的增加,改变城市地下径流,加大了发生城市洪涝灾害和干旱的可能性,严重了的制约了城市的可持续发展;城市工业废水的不达标排放进一步加剧了城市水资源短缺的压力;因此,城市水资源系统脆弱性方面的研究工作得到了很多学者的重视。城市给水系统是城市水资源分配的一个重要方面,其平稳运行对与缓解城市水资源压力具有重要的作用。城市给水系统主要是由一系列构筑物和输配水管网相互连接组成,其主要任务是从水源点进行取水,并按照用水单位对水质的要求进行净化处理,然后通过输配水管网系统把水输送到用水区域,向用户提供满足一定压力、流量、水质的水。随着经济的快速发展,人们生活水平的不断提高,城市给水系统发挥的作用越来越大,其正常运行是保证国民经济平稳发展和社会稳定的基础,对其进行研究具有重要的理论价值和现实意义。
　　 论文运用图论的方法,在整理现有研究成果的基础上,将给水管网系统抽象为由很多点和线相互连接而组成的图,并建立基于图形的数学模型进行研究。文中主要从以下两个方面对城市给水管网系统进行了分析研究:(1)对城市给水管网的水力计算进行了分析。主要思路是以节点水压与管段流量的关系为切入点,推导出节点水压和节点流量之间的矩阵方程式,通过构造管段流量计算的迭代格式,从而解得各节点的水压,根据节点水压与管道流量、管道水头损失之间的关系,最终求得各管道的流量和水头损失。(2)对管网的可靠性进行了分析。在讨论给水管网中节点及系统可靠度计算方法的基础上,根据各管道的故障率和维修率,求出各管段的可用度和不可用度;然后,在故障状态下对管网进行水力模拟得到各节点的最小割集,最终求得管网系统的可靠度值。

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英文文摘

论文说明:图表目录

致谢

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 给水管网系统国内外研究现状

1.3 可靠性研究现状

1.4 课题研究的意义

1.5 论文研究的主要内容

第二章 图论理论及其在城市给水管网中的应用

2.1 图论的起源

2.2 图论的发展

2.3 图论的基本概念

2.4 图的矩阵表示

2.5 基本关联矩阵、基本回路矩阵和基本割集矩阵之间的关系

2.6 给水管网的简化

2.7 给水管网的抽象

2.8 管网模型的标识

2.9 管网模型的拓扑特性

第三章 图论在给水管网水力分析中的应用

3.1 管道水头损失的计算

3.1.1 常用水头损失计算公式

3.1.2 巴甫洛夫斯基公式

3.1.3 舍维列夫公式

3.1.4 海曾—威廉公式

3.1.5 柯尔勃洛克—魏特公式

3.2 给水管网计算的基础方程

3.2.1 连续性方程

3.2.2 能量方程

3.3 环状网流量分配

3.4 给水管网的计算方法

3.5 实例分析

3.6 小结

第四章 图论在给水管网系统可靠性中的应用

4.1 概述

4.2 给水管网系统可靠性的分析基础

4.2.1 给水系统故障的种类

4.2.2 故障概率和正常工作的概率

4.2.3 失效率

4.2.4 修复率μ的确定

4.2.5 故障强度γ

4.2.6 系统可靠度的计算

4.3 实例分析

4.3.1 参数介绍

4.3.2 结果分析

第五章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

攻读硕士期间发表论文